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 農業有害生物綜合治理山西省重點實驗室，山西省農業科學院植物保護研究所，太原030031）（2 山西省農業科學院高粱研究所）

藥效是藥劑和多種因素綜合作用的結果，與藥物劑型、作物靶標以及田間環境有關。在噴施過程中，受植保器械、藥液理化性質、靶標表面特性、天氣狀況等因素的影響[1-3]，農藥在“劑量傳遞”過程中會發生藥液的蒸發、飄移、彈跳、滾落等現象，藥液彈跳、滾落是制約藥效發揮的重要因素。因此，讓農藥有效沉積于靶標作物表面，可提高藥效。農藥有效沉積與藥液理化性質、作物界面特性緊密相關。探究作物界面特性與噴霧藥液的相互關系對于開發專用助劑、改善藥液行為、提高農藥利用率、實施減量增效具有重要意義。研究發現，添加表面活性劑不僅可以顯著減少藥液的蒸發、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，一方面導致用藥成本上升，殘留問題嚴重[9]，另一方面導致害蟲抗藥性增強[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依據。本研究根據蘋果黃蚜發生規律及危害部位，以蘋果新梢嫩葉為研究對象，通過分析其表面特征結構與表面自由能及其分量之間的關系，結合田間藥效試驗，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吡蟲啉精準對靶傳遞提供數據支持。

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莊子鄉上黃彩村蘋果園。

10%吡蟲啉可濕性粉劑，河北省農藥廠生產；乙二醇、甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺等藥劑均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司生產；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，由成都超純科技有限公司制造。

1.2 試驗方法

1.2.1 蘋果葉片表面結構表征

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構并拍照。

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（生產中推薦的濃度）稀釋液，分成3 份，分別添加質量濃度為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量分數為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、密集的區域，設5 個處理：分別添加質量分數為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個斱位統計活蚜數，共調查活蚜600頭。于施藥后1、3、7 d 調查蟲口數。4 株樹為1次重復，重復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-施藥后活蟲數）/施藥前蟲口基數］×100

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

2 結果與分析

2.1 蘋果葉片表面形態

電鏡掃描結果顯示，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。現有研究表明，植物表面密集的毛被不但可阻擋太陽輻射，防止水分蒸發，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

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

葉片是植物制造有機養料的重要器官，葉的表皮[17]除了覆蓋著角質蠟層外，有的還存在茸毛等附生物質。角質蠟層[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]等作物上已廣泛應用。葉片表面自由能大小及其分量所占比率是目前農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。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，選擇添加高效有機硅助劑做進一步研究發現，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，導致結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果。

有效劑量是發揮農藥藥效的保障。通過對不同時期葉片結構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，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，噴霧藥液應添加適量滯留劑，對于果實膨大期及后期應當加入潤濕劑[13]，從而獲得更高的經濟和社會效益。

在吡蟲啉防治蘋果黃蚜的實際生產中，應根據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表面的潤濕沉積效果，提高防治效果，實現減量目的。