[doc] 影响杀虫剂药效的因素与科学使用杀虫剂的原理和方法Ⅱ．植物类型与杀虫药剂滞留量

[doc] 影响杀虫剂药效的因素与科学使用杀虫剂的原理和Ⅱ．植物类型与杀虫药剂滞留量 影响杀虫剂药效的因素与科学使用杀虫剂的原理和方法?(植物类型与杀虫药剂滞留 量 .--—— 46.--——江苏农业科学2OO5年第4期 影响杀虫剂药效的因素与科学使用杀虫剂的原理和方法 ?.植物类型与杀虫药剂滞留量 顾中言 (江苏省农业科学院植物保护研究所,江苏南京210014) 关键词:亲水性;疏水性;面张力;表面活性剂 中图分类号:$482.3文献标识码:A文章编号:1002—1302(2005)04—0046—05 了解不同植物的亲,疏水性,合理运用表面活性 剂,增加植物表面滞留药液的能力,促使有限的农药 喷洒量更多地滞留在植物上,是提高杀虫剂尤其是 触杀和胃毒作用杀虫剂防治害虫效果的重要途径. 1表面张力的概念 如图1所示,在一个金属丝或玻璃丝组成的一 边可以活动的方框内沾上水形成液膜,在无外力的 作用下液膜会自动收缩,使活动边,向膜缩小的方 向移动,这说明液体表面有一种力在起作用,这种使 液体表面缩小的力就是表面张力.这种力是由于液 体表面的分子总是受到液体内部分子的吸引而形成 的.为了保持液面不被收缩,必须施加大小适当的 一 外力厂于活动边,上,使其与方向相反,促使液面 3 图1液体的表面张力: 缩小的表面张力相等.显然,可活动边L越长值 越大.因为液膜有两面,故 =2(1) 式中的为表面张力,是垂直通过液体表面上单位 长度,与液面相切的收缩表面的力. 收稿13期:2005—02—2l 基金项目:国家重点攻关项目(编号:2001BA509B08);江苏省科技攻 关项目(编号:BS200433). 作者简介:顾中言(1957一).男,江苏无锡人,研究员,主要从事农药 应用研究.Tel:(025)84390403;E—mail:guzy@jaas.ac.ca. 2液体在固体表面的润湿作用 物质有气,液,固三态,也就有气,液,固三相,相 与相之间的分界面称为界面.一般又将有气相组成 的界面,如气一液界面,气一固界面称为表面;其他 相组成的界面,如液一液界面,液一固界面和固一固 界面仍称为界面. 图2为液体在固体表面的剖面示意图.一滴滴 二i二_= 完全润湿不完全湿润形成接触角口 图2液体在固体表面的剖面示意图 在固体表面的液体在固体表面达到平衡时,如展铺 成一薄层,这种现象被称为完全润湿;如以小液滴的 形式停留在固体表面,这种现象被称为不完全润湿 或部分润湿.在固,液,气三相交界处,作气一液界 面的切线,此切线经过液体内部到达气一液交界线 之间的夹角称为接触角(contactangle),以表示. 1805年杨氏(Young)提出了固体表面上液滴的接触 角与各种界面张力关系的杨氏方程: TLGCOS0sG一sL(2) 式中TLG为液体的表面张力;y.为固体的表面张力; y虬为固一液之间的界面张力. 为了研究液体在固体表面的润湿作用,将其分 为如图3所示的沾湿(附着润湿),浸湿(浸入润湿) 和铺展(扩散润湿)三种类型. 沾湿(adhesionalwetting)过程就是当液体与固 体接触后,将液一气和固一气界面变为固一液界面 的过程.农药喷洒到植株上以后,以液滴的形式附 着在植株上,两者间形成一定的接触面,这种润湿称 为沾湿.其能量变化公式为: 顾中言:影响杀虫剂药效的因素与科学使用杀虫剂的原理和方法?. 植物类型与杀虫药剂滞留量一47一 铺展润湿 b ==::===::=z=:=:—Z=z==:==,====]【=: 浸入润湿 :z一垒 沾附润湿 图3三种类型的润湿作用 =ysc+y一ysL(3) 式中为沾湿功. 沾湿功是将液体和固体接触部分分开1cm, 形成1cm新液体表面和1cm新固体表面,外界 所需做的最小功.显然,此值越大,则液体和固体结 合得越牢固.>0时,沾湿过程能自动进行. 将式(3)代人杨氏方程式(2),得: =Lc(cos0+1)(4) WA>0,即0.?0<180.时,沾湿过程自动进行. 浸湿(immersionalwetting)过程是指固体浸入 液体内,液体附着于固体表面并渗入其中,其实质是 固一气界面被固一液界面所代替.其能量变化公 式为: WI=ysc—sL(5) 式中为浸湿功. 浸湿功反映的是液体在固体表面取代气体的能 力.其意义是将液体逆向移动,露出单位面积固体 表面,外界所需做的最小功.将式(5)代人杨氏方 程式(2),得: WI=TLGCOS0(6) WI>0,即0.<0<90.时,浸湿过程自发进行. 铺展润湿(spreadingwetting)指气一固界面被 液一固界面取代的同时,液体在固体表面扩展的过 程.其能量变化公式为: =ysc—TLG—sL(7) 式中为铺展功. 铺展功的意义在于将铺展的液体膜向逆方向移 动,露出单位面积固体表面,外界所需做的最小功. Ws>0时,铺展过程可自发进行. 将式(7)代人杨氏方程式(2),得: =TLG(cos0—1)(8) 0=0o是铺展过程自发进行的最基本条件. 农药喷洒到植株上以后,不仅能沾着在植 株上,如能自动铺展,增加单位体积药量能覆盖的面 积,就能获得更好的防治效果. 与农药喷洒有关的主要是沾湿和铺展. 从式(4),(6)和(8)可以看出,从接触角的大小 可以判别液体在固体表面的润湿程度,接触角越小 润湿性就越好.在日常生活中和工作中很容易发 现,当液体在固体表面的接触角0>90.时,润湿性 就差,液体容易从固体表面滚落.当液体在固体表 面的接触角0<90.时,液体能牢固地附着在固体表 面,甚至能完全展布在固体表面(0=0.). 3植物的亲水,疏水性 走进自然界进行观察,会发现雨水对不同植物 的润湿作用是不一样的,不同植物承载雨水的能力 也不同.有些植物的叶片完全被雨水润湿了,在叶 缘或叶尖处能见到往下流淌的水滴,雨水在叶面上 没有接触角或者说接触角为零度(彩插图1一图 3).有些植物叶片上较为均匀地分布着弧形或半 圆形的水滴,雨水在这些叶面上的接触角小于9O. (彩插图4,图6).有些植物的叶片几乎是干的, 只在较平坦处有大小不等的水珠,这些水珠在植株 叶面上的接触角大于9O.(彩插图7,图8).从自然 界的观察中可以发现,雨水在叶片上的接触角小于 9O.时,无论叶片与地面的夹角如何,雨水总能沾着, 在叶片上,叶片上有较多的滞水量,将这样的植物称 为亲水型植物.雨水在叶片上的接触角大于9O., 只在较平坦的叶片上或叶片的平坦处有少量的水 珠,叶片与地面的夹角较大时,雨水不能沾着在叶片 上,叶片上的滞水量极少,将这样的植物称为疏水型 植物.亲水型植物和疏水型植物是由于植物表面的 结构不同,使得它们的表面能不同所造成的. 4植物表面的临界表面张力 根据接触角可以判断液体在植物叶片表面的润 湿程度.Zisman等发现,液体在同一固体表面上的 接触角随液体表面张力降低而变小.以cos0对液 体表面张力作图可得到一条直线.将直线外延至 cos0=1处,相应的液体表面张力值即为该固体的临 界表面张力值(图4).不同表面张力的液体在同一 植物表面上的接触角同样随液体表面张力降低而减 小,用Zisman的方法同样可以估测植物的临界表面 张力值.临界表面张力值的物理意义是,凡小于此 表面张力值的液体均能在此植物表面润湿展布,表 面张力大于此值的液体则不能完全展布. ---—— 48---——江苏农业科学2O05年第4期 1.O O.8 . 0.6 0.4 O.2 O 2O4O608O mN/m) ()氯乙旆征构烷烃(b)聚乙#同系物液体 图4Zisman图与临界表面张力 cos0=1,即接触角为零度.据此,可用不同表 面张力的液体滴在植物表面,根据接触角为零或接 近于零的液体的表面张力来估测植物的临界表面张 力值. 从式(3)和式(7)可以看到,当液体的表面张力 一 定以后,固体的表面张力越大,和就越大, 越有利于被液体所润湿.从表1可以发现,不同植 表121种植物的临界表面张力值 植物名称临界 (m 表 N 面 /m 张 ) 力植物名称.I缶界 (m 表 N 面 /m 张 ) 力 雀麦31.9马齿苋39.00,43.38 狗尾草34.2刺苋39.00,43.38 牛筋草36.0茄子43.38,45.27’ 日本看麦娘36.1辣椒43.38,45.27’ 甘蓝36.4小飞蓬43.38,45.27 水稻36.7裂叶牵牛46.49,57.91’ 小麦36.9玉米47.40,58.70’ 无芒稗37.1黄瓜58.7O,63.3O 鸭跖草36.26,39.00’丝瓜45.27,58.70’ 水花生36.26,39.00棉花63.3O,71.81’ 豇豆39.00,43.38’ 注:”+”是根据接触角为零或接近于零的液体的表面张力估测 的部分植物的临界表面张力值,前一个数值代表的液体可在叶面展 布或充分展布,后一个数值代表的液体在叶面略有接触角.植物的 l临界表面张力应大于或等于前一个数值,小于后一个数值.其余是 用Zisman法测定的临界表面张力值. 小型 胶束 物间的l临界表面张力值差异很大.棉花,黄瓜等易 润湿的植物,临界表面张力大,大多数农药的药液喷 洒到这些植物上后,能在叶片上润湿,多余的药液从 叶缘滴落.水稻,小麦及甘蓝等难润湿的植物,l临界 表面张力小,很多农药的药液喷洒到这些植物上后 以水珠的形式滚落. 5表面活性剂的作用 如何增加药液在疏水型植物表面的滞留量,并 能较好地润湿展布呢? 从式(7)可看出,当固体的表面张力一定后,液 体的表面张力越小,就越大,就越有利于在固体 表面润湿展布.表面活性剂能降低水的表面张力. 表面活性剂的分子结构特点是具有不对称性 (图5).整个分子可分为两个部分,一部分是亲油 的非极性基团,叫作疏水基或亲油基;另一部分是极 性基团,叫作亲水基.两部分分处两端,形成不对称 结构.因此,表面活性剂分子被称为两亲分子. 图5表面活性剂的分子结构 把少量表面活性剂加入水中,表面活性剂分子 的亲水基向内,疏水基向外,被吸附在水的表面上, 形成一个定向排列的单分子层,使得水一空气界面 被表面活性剂的亲油基一空气界面所取代,使水表 面的亲水性变成亲油性,降低了水的表面张力.当 水表面吸附的单分子层达到饱和时,此时表面活性 剂达到了l临界胶束浓度,液体的表面张力达到了该 表面活性剂所能达到的最低值.当水溶液中的表面 活性剂超过临界胶束浓度时,表面张力几乎不再下 降,多余的表面活性剂在溶液中形成胶束(图6). (a)(b)(c)(d) 图6表面活性剂在水一气界面的吸附和胶束的形成 将清水直接喷洒到盆栽水稻上,大多数以水珠图9).在清水中加入适量的表面活性剂,降低水的 的形式从稻叶上滚落下来,只有少量的水珠沾在稻表面张力后再喷洒盆栽水稻,液体能很好地沾着在 叶上,并且这些水珠随时可能从稻叶上滚落(彩插水稻叶片上(彩插图10).两相比较,很显然,加了 颐中言:影响杀虫剂药效的因素与科学使用杀虫剂的原理和方法1I.植物类型与杀虫药剂滞留量一49一 表面活性剂,降低了水的表面张力后,水稻叶面的滞 液量明显增多,并能较好地润湿展布. 同样的情况发生甘蓝植物上,从照片甘蓝一1 可以看到,未加表面活性剂的清水喷洒到甘蓝的叶 面后,叶面的滞液量很少,喷洒到甘蓝叶面的清水基 本上都沿着叶面滚落到叶柄基部,并溢出流到地面 (彩插图11).在清水中加了表面活性剂,降低了清 水的表面张力以后,液体在甘蓝叶面润湿展布,滞液 量增加(彩插图12). 表2是作者测定的4种表面活性剂不同浓度溶 液的表面张力值.从表2可以看到,随着溶液中表 面活性剂浓度的升高,溶液的表面张力值下降.当 溶液的表面张力达到一定的数值后,增加表面活性 剂浓度,溶液的表面张力几乎不再下降. 图7是作者测定的不同浓度的吐温80,TX一 10,6202一B和0202溶液在水稻,甘蓝,豇豆和棉花 叶上的滞液量变化.从中可以发现,TX一10,6202 一 B和0202三种表面活性剂的水溶液在疏水型的 植物水稻和甘蓝上的滞液量随浓度的升高而增加. 而由于加入吐温80的水溶液的最低表面张力值仍 大于水稻和甘蓝的临界表面张力值,吐温80的水溶 若 皇 × 逝 楚 业 兰 皇 × 一 爆 址 液在水稻和甘蓝叶上的滞液量几乎不随溶液浓度的 升高而增加或只有少量的增加.因此,不是所有的 表面活性剂都能够增加疏水型植物的滞液量,这就 需要筛选和研究,必须找出最适宜的表面活性剂. 对于亲水型植物豇豆和棉花来说,随着表面活 性剂浓度的升高,叶片的滞液量下降.因此,对于亲 水型植物而言,降低药液的表面张力会导致更多的 药液流失. 表24种表面活性剂溶液的表面张力值 图7不同浓度表面活性剂溶液在水稻,甘蓝,豇豆和棉花叶上的持液 量变化 江苏农业科学2OO5年第4期 图1棉花叶片被雨水完全润湿 图4雨水在石榴叶片上的接触角 小于90~ 图7雨水在水稻叶片上的接触角 大于90~ 图10有表面活性剂的溶液 在水稻叶片上 图2黄瓜叶片被雨水完全润湿 图5雨水在李叶片上的接触角 小于90o 图8雨水在甘蓝叶片上的接触角 大于90~ 图11无表面活性剂的溶液 在甘蓝叶片上 图3桃叶片被雨水完全润湿 图6雨水在辣椒叶片上的接触角 小于90o 图9无表面活性剂的溶液 在水稻叶片上 图12有表面活性剂的溶液 在甘蓝叶片上