基于蘋果葉片表面自由能的吡蟲啉田間減量化研究*

郭瑞峰，張鵬九，劉中芳，樊建斌，范仁俊，高 越

（1 農(nóng)業(yè)有害生物綜合治理山西省重點實驗室，山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所，太原030031）（2 山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所）

藥效是藥劑和多種因素綜合作用的結(jié)果，與藥物劑型、作物靶標(biāo)以及田間環(huán)境有關(guān)。在噴施過程中，受植保器械、藥液理化性質(zhì)、靶標(biāo)表面特性、天氣狀況等因素的影響[1-3]，農(nóng)藥在“劑量傳遞”過程中會發(fā)生藥液的蒸發(fā)、飄移、彈跳、滾落等現(xiàn)象，藥液彈跳、滾落是制約藥效發(fā)揮的重要因素。因此，讓農(nóng)藥有效沉積于靶標(biāo)作物表面，可提高藥效。農(nóng)藥有效沉積與藥液理化性質(zhì)、作物界面特性緊密相關(guān)。探究作物界面特性與噴霧藥液的相互關(guān)系對于開發(fā)專用助劑、改善藥液行為、提高農(nóng)藥利用率、實施減量增效具有重要意義。研究發(fā)現(xiàn)，添加表面活性劑不僅可以顯著減少藥液的蒸發(fā)、彈跳[3]，促進藥液的有效潤濕和傳遞[4]，而且有助于降低施藥過程中霧滴飄移的潛力[5]。

蘋果黃蚜（Aphis citricolavan der Goot）常以大量成蟲、若蟲群集蘋果新梢葉片背面，刺吸汁液，同時還可傳播病毒，誘發(fā)多種果樹病害[6-7]。目前，登記用于防治蘋果黃蚜的藥劑主要有啶蟲脒、氟啶蟲胺腈、吡蟲啉等[8]。吡蟲啉是一種高效內(nèi)吸廣譜型殺蟲劑，具有胃毒和觸殺作用，對刺吸式口器害蟲有較好的防治效果。然而，近年來吡蟲啉大量甚至超量使用，一方面導(dǎo)致用藥成本上升，殘留問題嚴(yán)重[9]，另一方面導(dǎo)致害蟲抗藥性增強[10]。目前，針對蘋果黃蚜防治的吡蟲啉田間減量研究報道較少，相關(guān)報道僅從能量的角度闡釋了蘋果不同生育期葉片表面自由能的變化[11-12]，并未提出藥劑減量化的科學(xué)依據(jù)。本研究根據(jù)蘋果黃蚜發(fā)生規(guī)律及危害部位，以蘋果新梢嫩葉為研究對象，通過分析其表面特征結(jié)構(gòu)與表面自由能及其分量之間的關(guān)系，結(jié)合田間藥效試驗，為高效功能表面活性劑種類和劑量篩選、吡蟲啉制劑改進，以及按照蘋果黃蚜防控劑量需求實現(xiàn)吡蟲啉精準(zhǔn)對靶傳遞提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料與儀器

蘋果黃蚜、‘紅富士’蘋果葉片均采自山西省晉中市榆次區(qū)莊子鄉(xiāng)上黃彩村蘋果園。

10%吡蟲啉可濕性粉劑，河北省農(nóng)藥廠生產(chǎn)；乙二醇、甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺等藥劑均為分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)；高效改性有機硅類功能助劑，菲藍高新材料有限公司提供。

TM-3030 電子顯微鏡，由日本株式會社制造；OCA20 型光學(xué)視頻接觸角測量儀，由德國Dataphysics 公司制造；DCTA 25 表面張力儀，由德國Dataphysics 公司制造；UPH-I-20T 超純水制造系統(tǒng)，由成都超純科技有限公司制造。

1.2 試驗方法

1.2.1 蘋果葉片表面結(jié)構(gòu)表征

取蘋果葉片，用去離子水洗滌后，置于載玻片上自然晾干，然后剪成大小一致的長方形，避開葉片主脈，用雙面膠固定于載物臺上，噴金處理后分別在100×、200×顯微鏡下觀察新梢葉片近軸面和遠軸面表面結(jié)構(gòu)并拍照。

1.2.2 蘋果葉片表面自由能測定

參照文獻［13］中固體表面自由能測試方法，選取蘋果葉片，用去離子水洗滌后晾干，剪取小塊（近軸面、遠軸面），固定在載玻片上，置于接觸角測量儀樣品臺，吸取2 μL 去離子水、乙二醇、甲酰胺和N,N-二甲基甲酰胺，分別滴于葉片近軸面及遠軸面上，30 s 后測量接觸角，控制溫度在25±0.5 ℃。重復(fù)3 次，計算平均值，利用SCA21 軟件計算葉片表面自由能及其分量。

1.2.3 藥液表面張力測定

配制10%吡蟲啉可濕性粉劑3 000 倍（生產(chǎn)中推薦的濃度）稀釋液，分成3 份，分別添加質(zhì)量濃度為0.01%、0.03%、0.05%的有機硅助劑。用吊片法測量其表面張力，每次測量前用蒸餾水沖洗鉑金片并用酒精燈灼燒，確保誤差不超過±0.2 mN/m。

1.2.4 田間藥效試驗

試驗于2017 年7 月20 日在黃彩村進行。在10%吡蟲啉可濕性粉劑推薦劑量3 000 倍稀釋液中分別添加質(zhì)量分數(shù)為0.01%、0.03%、0.05%的有機硅助劑，配制具有不同表面張力的噴霧藥液。

選取蘋果黃蚜分布均勻、密集的區(qū)域，設(shè)5 個處理：分別添加質(zhì)量分數(shù)為0.01%、0.03%、0.05%有機硅助劑的和不加有機硅助劑的10%吡蟲啉可濕性粉劑3 000 倍液，對照噴清水。每處理選擇大小及樹形一致的蘋果樹12 株，每株樹分別在樹冠東西南北中5個斱位統(tǒng)計活蚜數(shù)，共調(diào)查活蚜600頭。于施藥后1、3、7 d 調(diào)查蟲口數(shù)。4 株樹為1次重復(fù)，重復(fù)3 次。計算蟲口減退率和防治效果。

蟲口減退率（%）＝［（施藥前蟲口基數(shù)-施藥后活蟲數(shù)）/施藥前蟲口基數(shù)］×100

防治效果（%）＝［（處理區(qū)蟲口減退率-對照區(qū)蟲口減退率）/（1-對照區(qū)蟲口減退率）］×100

2 結(jié)果與分析

2.1 蘋果葉片表面形態(tài)

電鏡掃描結(jié)果顯示，蘋果葉片近軸面（圖1-a、c）和遠軸面（圖1-b、d）附有大量茸毛，近軸面較遠軸面稀疏，遠軸面附有高密度的茸毛，茸毛呈線狀且不觃則分布，其以匍匐狀覆蓋于葉片表面，茸毛間相互交叉重疊形成了眾多空隙?，F(xiàn)有研究表明，植物表面密集的毛被不但可阻擋太陽輻射，防止水分蒸發(fā)，而且還可阻止小的刺吸式昆蟲對葉片的傷害[14]。

2.2 蘋果葉片表面自由能

從圖2 可以看出，蘋果葉片近軸面和遠軸面的表面自由能分別為31.01、19.4 mJ/m2，色散分量所占比率分別為92.81%、80.41%，極性分量所占比率較小。根據(jù)色散分量和極性分量所占的比率，表明蘋果新梢葉片更易于被以色散分量為主的農(nóng)藥藥液潤濕，而對以極性分量為主的藥液而言，難于潤濕葉片，容易發(fā)生藥液的彈跳、滾落。參考聚甲基丙烯酸甲酯[15]（PMMA）以及聚四氟乙烯[16]（PTFE）的表面自由能，蘋果新梢葉片近軸面屬于疏水表面，而遠軸面則屬于高度疏水表面。

圖2 ‘紅富士’蘋果葉片表面自由能

2.3 吡蟲啉藥液對蘋果黃蚜的田間防效

從表1 可以看出，10%吡蟲啉可濕性粉劑3 000倍液表面張力為42.72 mN/m，藥后3 d 防效為80.27%，隨著噴霧助劑濃度的增加，藥液表面張力逐漸下降，防效逐漸增加。當(dāng)溶液中的表面活性劑濃度增加到一定量時，表面張力下降速率變緩，當(dāng)達到膠束濃度時，溶液表面張力將不再隨濃度的增加而降低。當(dāng)助劑濃度為0.03%～0.05%時，與不添加助劑的藥液對蘋果黃蚜的防效具有顯著差異。助劑的添加，降低了藥液的表面張力，提高了藥液在蘋果葉片的潤濕性能，使藥液有效沉積量增加。噴霧藥液表面張力值越接近于蘋果新梢葉片遠軸面表面自由能值，對蘋果黃蚜的防效越高。表面自由能的測定有助于指導(dǎo)篩選高效功能助劑及最佳劑量。

表1 吡蟲啉藥液對蘋果黃蚜的田間防效

3 討論與小結(jié)

研究寄主植物-有害生物-藥液三者之間的互作關(guān)系是提高農(nóng)藥利用率、實施農(nóng)藥減量化的重要依據(jù)。寄主植物的生物性狀對農(nóng)藥藥液的潤濕、黏附、沉積以及有害生物的行為活動產(chǎn)生不同程度的影響。

葉片是植物制造有機養(yǎng)料的重要器官，葉的表皮[17]除了覆蓋著角質(zhì)蠟層外，有的還存在茸毛等附生物質(zhì)。角質(zhì)蠟層[18]的存在既可以控制水分蒸騰，加強機械性能，防止病菌侵入，減少昆蟲附著，又影響藥液附著、潤濕、鋪展。蘋果葉片近軸面、遠軸面覆有密集的茸毛，遠軸面較近軸面密集，茸毛對昆蟲為害具有阻礙作用，不同植物的茸毛在位置、形態(tài)和功能上有巨大的差異[14]。Pandey 等[19]研究表明，茸毛的密度會影響葉片潤濕性。葉片潤濕性通常用接觸角和表面自由能來評價，表面自由能對葉片潤濕性能的評價在大豆[20]、水稻[21]、桃樹[22]等作物上已廣泛應(yīng)用。葉片表面自由能大小及其分量所占比率是目前農(nóng)藥減量化研究中一個選擇功能助劑種類和劑量的重要參數(shù)。蘋果葉片遠軸面表面自由能大于近軸面，二者表面自由能以色散分量為主，這就說明葉片更易被以色散分量為主的溶劑潤濕，對于極性較強的水而言，則表現(xiàn)出疏水。為了使藥液在葉片表面更好地潤濕，需要加入能夠降低藥液極性的功能助劑。

以蘋果葉片表面自由能及其分量大小為依據(jù)，選擇添加高效有機硅助劑做進一步研究發(fā)現(xiàn)，隨著助劑濃度的添加，噴霧藥液的表面張力逐漸降低，藥液在葉片表面也更容易潤濕，對蘋果黃蚜的防效也逐漸增加。而已有研究表明[23]，藥液表面張力的降低僅對蘋果紅蜘蛛田間防治效果作用顯著，對蘋果黃蚜防效的影響則不明顯，導(dǎo)致結(jié)果差異的原因可能是藥劑、葉面特性、助劑三者綜合作用的結(jié)果。

有效劑量是發(fā)揮農(nóng)藥藥效的保障。通過對不同時期葉片結(jié)構(gòu)及表面自由能的表征，選擇噴霧助劑種類及用量，可以有效改善藥液的理化性質(zhì)，提高噴霧藥液的對靶沉積效率。不同生長時期，蘋果葉片的潤濕性能不同，落花期和幼果期易潤濕，果實膨大期和膨大后期不易潤濕[12]。對于食葉害蟲而言，在落花期和幼果期，噴霧藥液應(yīng)添加適量滯留劑，對于果實膨大期及后期應(yīng)當(dāng)加入潤濕劑[13]，從而獲得更高的經(jīng)濟和社會效益。

在吡蟲啉防治蘋果黃蚜的實際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)蘋果葉片近軸面與遠軸面表面自由能大小選擇噴霧助劑。在劑型加工過程中，添加適宜的助劑，使藥液在推薦劑量下噴霧藥液的表面張力在20～30 mN/m 時，有利于藥液在新梢葉片表面潤濕鋪展，從而提高藥液在靶標(biāo)表面的潤濕沉積效果，提高防治效果，實現(xiàn)減量目的。