张琳娜， 杨代斌， 袁会珠

（中国农业科学院农药化学与应用重点开放实验室，中国农业科学院植物保护研究所，北京 100193）

许多农田作物经历了长期的进化优化，形成了各种各样适合生存的叶表面结构，如凸包、凹坑、条纹、网格等［1］，这些结构对于作物本身来讲都有至关重要的作用，而也正是这些表面特征给农药喷雾使用带来了多种多样的困难。据统计，在中国，农田喷洒农药的利用率通常在30%以下，大部分药液不能被植物所持留，既造成巨大的浪费，又污染了当地环境［2］。植物表面的这些特性是造成这一现象的根本原因之一。一般植物按表面特性可分为两大类，一类是相对容易被润湿植物，例如棉花、番茄；另一类是难以被润湿植物，例如水稻、小麦［3］。润湿性是指液体与固体表面相接触时，沿固体表面扩展的现象［1］。但是农药使用中不仅要求药液能黏附在植物表面，而且能自动铺展以达到最大覆盖面积，从而达到最佳的保护效果［4］。对植物润湿性的研究很多，许多研究者从接触角、表面张力、铺展面积、叶片最大持药量等多种角度研究农田作物的润湿性［6－9］，例如接触角越大，叶表面的憎水性越强，润湿性就越差，药液就越容易从叶片上滚落，致使农药利用率低。但是这些测定方法均需要特定的仪器，通常不方便在田间使用，尤其不适用于农药喷洒者在田间快速测定药液在各种作物表面的润湿情况。鉴于植物表面结构的多样性，没有一个统一的快速评判药液润湿性的标准，本文介绍一种农药药液润湿性测试卡的制备方法，并对其性能进行初步评价。

1 材料与方法

1．1 试验材料与仪器

1.1.1 供试植物叶片

黄瓜、番茄、辣椒和小麦生长于中国农业科学院植物保护研究所温室。甘蓝和油菜为市售。供试植物的生长状况：黄瓜和番茄生长到1 m左右，辣椒和小麦生长到30 c m左右，每次试验选取每种植物表面性质相似的叶片完成。

1．1．2 仪器与试剂

有机硅助剂Sil wet 408、固体石蜡、数显恒温电热套（巩义市英峪予华仪器厂）、接触角测定仪（日本Er ma公司）、JYW－200A自动界面张力仪（承德市世鹏检测设备有限公司）、5～50μL移液枪、常用玻璃仪器等。

1．2 农药药液润湿性测试卡的制备方法及使用

1．2．1 农药药液润湿性测试卡的制备及其参数

本文所介绍的农药药液润湿性测试卡的制作方法简单易行，首先将设计好的方格型图案按照固定比例印制到特定纸卡表面，继而将预先调配好的指示剂溶液均匀涂布在纸卡上。待其干燥后，涂一层石蜡模拟植物表面即可。农药药液润湿性测试卡的各项参数如表1所示。

表1 农药药液润湿性测试卡的制备参数

1．2．2 农药药液润湿性测试卡的使用方法

将测试卡水平放置，用移液枪或其他取液器移取20μL的待测溶液于卡的中央，此时待测溶液会在测试卡上逐渐铺展，测试卡与药液接触的部分会发生变色反应（如图1～3所示），待溶液完全铺展后读取变色部分所占的小格数，即铺展系数。在点样量20μL的条件下，测试卡上每一个小格是以20μL的清水在测试卡表面的铺展面积划定的，定义每个小格代表铺展系数为1。

1．3 药液润湿性测试卡的性能分析

1．3．1 试验药液配制

以有机硅表面活性剂Sil wet 408为铺展助剂，配制浓度分别为0．05%、0．03%、0．01%、0．005%、0．003%、0．001%的Sil wet 408水溶液作为试验处理，清水为对照。

1．3．2 表面张力的测定

用JY W－200 A自动界面张力仪分别测定上述溶液的表面张力，每处理重复3次，计算平均值。

1．3．3 接触角的测定

分别选取叶面平整、叶片状况一致的黄瓜、番茄、辣椒、甘蓝、油菜、小麦叶片以及农药药液润湿性测试卡，置于接触角测定仪上，再用移液枪分别移取5μL供试溶液于7种表面，测定接触角，重复6次，计算平均值和标准偏差。

1．3．4 润湿性测试卡的重复性测定

用移液枪分别移取20μL上述供试溶液于测试卡上，待溶液完全铺展后读取铺展系数，每处理重复3次，并计算平均值和标准偏差。

2 结果与分析

2．1 不同浓度Sil wet 408水溶液的表面张力

图4显示的是清水及不同浓度的Sil wet 408水溶液（从低到高）的表面张力值。从图中可以看出，有机硅Sil wet 408可以显著降低药液的表面张力。清水的表面张力为71．67 mN／m，随着溶液中Sil wet 408浓度不断增加，溶液的表面张力不断降低，Sil wet 408浓度为0．001%时，表面张力为33．41 mN／m；0．01%时，表面张力为20．22 mN／m；0．05%时，表面张力为16．51 mN／m。

图4 清水及不同浓度Sil wet 408水溶液的表面张力

2．2 不同浓度Sil wet 408水溶液在7种表面的接触角

清水以及不同浓度的Sil wet 408水溶液（从低到高）分别在小麦、黄瓜、番茄、辣椒、甘蓝、油菜和测试卡上的接触角情况如图5～11所示。由于不同表面性质的差异，清水在油菜表面的接触角为51．2°，在小麦表面的接触角为104．5°，在测试卡上的接触角为109．3°。与清水相比，每种浓度的溶液都在一定程度上降低了液滴在7种植物表面的接触角，且随着浓度的增加，接触角不断降低。当Sil wet 408的浓度增加到0．01%时，液滴与6种植物叶片表面所形成的接触角基本趋于0°，而在测试卡表面的接触角仍处于下降趋势，浓度为0．05%时，接触角降低为0°，由此可见，在助剂浓度较高时，该种测试卡仍然能显示出接触角的细微变化。从图中可以看出，测试卡与其他植物叶片一样，都表现出对不同浓度溶液的润湿性变化，更与难润湿的小麦叶片相似。番茄和油菜属易于润湿的表面，在实际喷雾中，可以减少助剂的用量，防止药液流失，而像小麦这种难以润湿的表面，如果不添加助剂，药液滑落，将会导致药液流失，并且污染环境。这不仅可以作为不同种类的植物表面与测试卡的相关性比较，也可以衡量不同表面的润湿难易程度，从而为大田农药使用添加助剂提供实际的指导。

2．3 农药药液润湿性测试卡的重复性分析

清水以及系列浓度的Sil wet 408水溶液（由低到高）在测试卡表面的铺展系数如图12所示。清水在测试卡表面的铺展系数始终为1。随着Sil wet 408浓度不断增加，在测试卡表面的铺展系数逐渐增大，浓度为0．001%时，铺展系数为2．0，为水的2倍；浓度达到0．05%，铺展系数达到44．3。在浓度0．03%～0．05%之间，溶液的铺展情况增加最为迅速。溶液浓度较低时，测试卡表现出良好的重复性，随着浓度的增大，测试卡的重复性减弱。但在多次试验后数据显示，即使测试卡表现的重复性高浓度不如低浓度的明显，但依然可以准确地反映溶液的铺展情况，其偏差范围在0～4．4之间，可以满足试验要求。

图12 清水及不同浓度的Sil wet 408水溶液在测试卡上的铺展系数

2．4 溶液的表面张力、接触角与润湿性测试卡铺展系数的关系

根据测试结果，以试验溶液的铺展系数为横坐标，分别以表面张力值和小麦叶片上的接触角为纵坐标（此部分仅列出小麦），模拟逻辑斯蒂曲线（Logistic），图13中：A1＝13 345．447 73；A2＝18．352 89；x0＝0．038 45；p＝1．694 36；R2＝0．991 23；p＝9．970 36×10－5；图14中：A1＝97．206 77；A2＝－0．114 77；x0＝3．641 73；p＝8．397 6；R2＝0．982；p＝8．648 46×10－4。随着Sil wet 408水溶液浓度不断增加，溶液的表面张力和接触角不断降低，在测试卡上的铺展系数不断增大，最后趋于稳定。清水的铺展系数为1，对应表面张力为71．67 mN／m，在小麦叶片的接触角为104．5°；浓度0．003%的Sil wet 408水溶液铺展系数为3．3，对应表面张力26．79 mN／m，接触角66．5°；浓度0．05%，铺展系数达到44．3，对应表面张力16．51 mN／m，接触角为0°，铺展系数比清水增大了44．3倍。虽然本段只提到了小麦叶片，但试验数据显示（结果与分析2．2），本文提到的其他叶片也都表现出类似性质。随着助剂浓度不断增大，接触角和表面张力都各自达到最低值，由于溶液体积的限制，存在最大铺展系数。分析结果表明，无论是溶液的表面张力，还是接触角都与其在测试卡上的铺展系数存在规律性相关，田间测试可以利用药液在测试卡上铺展情况大致反映出待测药液的表面张力及其在不同作物上的接触角，从而快速检测药液的润湿性。

3 结论与讨论

本文所介绍的农药药液润湿性测试卡以固体石蜡为表面（石蜡为碳原子数为18～30的烃类混合物），可以作为模拟植物叶表蜡质层的材料，虽然该测试卡为人工制成，一定程度上显示出自然植物叶片的相似性质，可作为多种植物叶片的比对标准。其优点是可以直接从药液铺展面积快速检测药液的润湿性，不仅制作简单，重复性满足要求（偏差范围0～4．4），而且使用方便易携带，当药液与测试卡接触，会产生明显的颜色变化，读数直观。许多测定润湿性的方法虽然准确，但操作比较繁琐，不能在田间使用，直接指导农药喷雾作业。本研究表明，测试卡读数可以大致反映出药液许多性质，如表面张力、接触角和铺展情况等，作为快速判断农药是否适合喷雾的依据。在实际的农药喷雾中，药效的发挥取决于多方面原因，但就目前，国内较缺乏在药液中添加助剂，以减少用药量、用水量，保护环境提高防效的意识，这种测试卡一定程度上对于喷雾助剂添加提供了重要的参考依据。

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