新疆棉花病蟲害防治藥劑劑型研發(fā)策略

摘要

棉花是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物，也是受病蟲害危害最嚴(yán)重的農(nóng)作物之一。目前化學(xué)防治仍是棉田病蟲害防治的重要技術(shù)。新疆棉區(qū)是我國最大的棉花主產(chǎn)區(qū)，氣候類型屬于典型的溫帶大陸性氣候，具有光照充足、夏季高溫干旱、多風(fēng)、晝夜溫差大等特殊氣候特點(diǎn)，農(nóng)藥藥液噴施過程中容易發(fā)生蒸發(fā)、飄移、降解等損失，嚴(yán)重影響藥劑的防治效果。本文綜述了溫濕度、風(fēng)、光照等環(huán)境因子對(duì)藥劑防治效果的影響，以及國內(nèi)外對(duì)提升藥劑防治效果采取的調(diào)控措施，并結(jié)合新疆棉田的特殊氣候條件提出了劑型研發(fā)的新策略。在提升產(chǎn)品理化穩(wěn)定性的前提下，還需綜合考慮有效成分的理化性質(zhì)、棉花葉片的結(jié)構(gòu)及潤濕特性、施藥器械等多種因素。結(jié)合農(nóng)藥學(xué)、植物保護(hù)學(xué)、界面化學(xué)、有機(jī)化學(xué)等多學(xué)科交叉理論知識(shí)指導(dǎo)，利用先進(jìn)的技術(shù)和載體材料研發(fā)環(huán)境響應(yīng)型、靶向高效的農(nóng)藥劑型，結(jié)合配套使用技術(shù)及措施，探索農(nóng)藥高效利用及減量調(diào)控途徑，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥減量增效、引領(lǐng)棉花產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展提供科技支撐。

關(guān)鍵詞

新疆;"棉花;"氣候條件;"病蟲害;"化學(xué)防治;"劑型研發(fā)

中圖分類號(hào)：

S"435.622

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼："A

DOI："10.16688/j.zwbh.2023099

Research"and"development"strategy"for"pesticide"formulations"targetting"cotton"diseases"and"insect"pests"in"Xinjiang

ZHENG"Li1，"HUANG"Qiliang1，"LU"Yanhui1，"2*

（1."State"Key"Laboratory"for"Biology"of"Plant"Diseases"and"Insect"Pests，"Institute"of"Plant"Protection，"Chinese"

Academy"of"Agricultural"Sciences，"Beijing"100193，"China;"2."Western"Agricultural"Research"Center，"

Chinese"Academy"of"Agricultural"Sciences，"Changji"831100，"China）

Abstract

Cotton"is"an"important"economic"crop"in"China"and"is"one"of"the"crops"most"severely"damaged"by"diseases"and"insect"pests."At"present，"chemical"control"remains"the"most"important"pest"control"technology"in"cotton"field."Xinjiang"cotton"region，"for"its"typical"temperate"continental"climate，"is"the"largest"cottonproducing"area"in"China."It"exhibits"unique"climate"characteristics，"including"sufficient"sunlight，"high"temperatures，"drought，"windy"weather，"and"significant"daynight"temperature"variations"in"the"summer."Pesticide"droplets"is"prone"to"evaporation，"drift，"degradation"and"other"problems"in"the"process"of"spraying，"which"seriously"affect"the"effectiveness"of"pesticide"applications."This"paper"summarized"the"effects"of"environmental"factors"such"as"temperature，"humidity，"wind，"and"light"on"pesticide"application"effectiveness."It"also"discussed"domestic"and"international"control"measures"for"improving"pesticide"application"efficiency."Moreover，"it"puts"forward"a"new"strategy"for"the"research"and"development"of"pesticide"formulations"according"to"the"specific"climatic"conditions"in"cotton"fields"in"Xinjiang."In"addition"to"improving"the"physical"and"chemical"stability"of"the"product，"it"is"also"necessary"to"comprehensively"consider"the"physical"and"chemical"properties"of"the"active"ingredients，"the"structure"and"wetting"characteristics"of"cotton"leaves，"and"the"pesticide"application"equipment."Under"the"guidance"of"the"interdisciplinary"theoretical"knowledge，"encompassing"pesticide"science，"plant"protection"science，"interface"chemistry，"and"organic"chemistry，"environmentally"intelligent，"targeted，"and"highly"efficient"pesticide"formulations"were"developed"by"using"advanced"technology"and"carrier"materials."Combined"with"supporting"technologies"and"measures，"it"aims"to"explore"efficient"pesticide"utilization"and"reduction"strategies，"providing"scientific"and"technological"support"to"achieve"pesticide"reduction"and"highly"efficient"utilization，"thereby"leading"the"green"development"of"the"cotton"industry.

Key"words

Xinjiang;"cotton;"climatic"conditions;"diseases"and"insect"pests;"chemical"control;"pesticide"formulation

棉花是我國最主要的經(jīng)濟(jì)作物之一，病蟲害的發(fā)生嚴(yán)重制約棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展［13］，而化學(xué)防治是最重要的棉花病蟲害防治技術(shù)之一［48］。新疆是目前我國最大的優(yōu)質(zhì)棉種植區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年我國棉花種植總面積為295.21萬hm2，總產(chǎn)量為613.8萬t，新疆棉花面積達(dá)246.03萬hm2，產(chǎn)量563.4萬t［9］。新疆屬典型的溫帶大陸性干旱氣候，夏季炎熱干燥，降水稀少，南北疆水汽來源不同，南疆主要源于太平洋，北疆主要源于大西洋和北冰洋，因此從西北向東南降水逐漸減少，絕大多數(shù)地區(qū)年降水量不足200"mm，降水分布呈“山地多于盆地、北疆多于南疆、西部多于東部”的趨勢［1011］。新疆棉區(qū)光熱資源豐富，光合作用充分，全疆大部分植棉區(qū)全年≥20℃活動(dòng)積溫為1"859～3"985℃，日照時(shí)間為1"326～2nbsp;120"h，平均每天光照時(shí)數(shù)均在10"h以上，最長日照時(shí)數(shù)在15"h以上。新疆棉區(qū)晝夜溫差較大，一般在13～16℃，多年年均溫分布呈“南疆高、北疆低;盆地高，山區(qū)低”的趨勢［1213］。

在新疆棉區(qū)特殊氣候條件下，農(nóng)藥藥液在噴施過程中因受環(huán)境影響易造成霧滴蒸發(fā)、飄移、光解等損失現(xiàn)象，進(jìn)而影響農(nóng)藥藥效的發(fā)揮。本文綜述了環(huán)境因子對(duì)藥劑防治效果的影響，以及國內(nèi)外提出的主要調(diào)控措施，并結(jié)合新疆的特殊氣候環(huán)境以及棉花葉片潤濕特性等提出了防治藥劑劑型研發(fā)的新策略，以期為設(shè)計(jì)精準(zhǔn)、控釋、環(huán)保的高效劑型，實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥減施增效、提升棉花病蟲害綠色防控提供參考。

1"環(huán)境因子對(duì)藥劑防治效果的影響

農(nóng)藥經(jīng)器械噴施后霧滴完全暴露在環(huán)境中，溫濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、光照等環(huán)境因子通過改變霧滴所受曳力的大小、蒸發(fā)速率等，使農(nóng)藥霧滴在空間運(yùn)行過程中發(fā)生蒸發(fā)、飄移等損失現(xiàn)象（圖1）［1415］。

1.1"溫濕度

環(huán)境溫度和相對(duì)濕度主要影響農(nóng)藥霧滴在空間運(yùn)行及界面沉積過程中的蒸發(fā)飄移。霧滴飄移包括蒸發(fā)飄移（vapor"drift）和顆粒飄移（particle"drift）。蒸發(fā)飄移是指農(nóng)藥霧滴受溫濕度等外界環(huán)境的影響，農(nóng)藥活性成分或分散體系中的溶劑蒸發(fā)或揮發(fā)擴(kuò)散到周圍環(huán)境中，導(dǎo)致霧滴偏離靶標(biāo)沉積區(qū)域［1618］。農(nóng)藥霧滴在空間運(yùn)行過程中，霧滴不斷與環(huán)境空氣發(fā)生質(zhì)量和熱量交換的蒸發(fā)行為，該行為以氣相擴(kuò)散過程為主要控制步驟。溫度與農(nóng)藥霧滴的蒸發(fā)速率呈強(qiáng)相關(guān)性，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，空氣中水蒸氣的質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù)增加，同時(shí)傳遞速率加快，霧滴單位面積上的蒸發(fā)速率也就越大。隨著不斷蒸發(fā)，霧滴自身質(zhì)量下降而出現(xiàn)水平飄移，霧滴水平飄移量明顯受環(huán)境風(fēng)帶來的曳力作用影響，飄移距離也隨環(huán)境溫度的升高而增加［1922］。相對(duì)濕度與溫度類似，也是通過影響蒸發(fā)過程改變霧滴蒸發(fā)保留率及飄移距離。當(dāng)相對(duì)濕度降低時(shí)，霧滴表面的水蒸氣與空氣中水蒸氣的濃度差增加，推動(dòng)力增強(qiáng)，促進(jìn)水分子從霧滴表面蒸發(fā)到環(huán)境中，進(jìn)而加劇霧滴粒徑的衰減［2325］。Xue等［26］選取了常溫常濕（30℃，RH"60%）和高溫低濕（40℃，RH"30%）2種典型施藥氣候，霧滴初始粒徑在"50～300"μm"之間，發(fā)現(xiàn)在高溫低濕環(huán)境中霧滴的蒸發(fā)速率會(huì)增加，導(dǎo)致粒徑變小，尤其是100"μm"以下霧滴的蒸發(fā)損失會(huì)更加嚴(yán)重，甚至?xí)霈F(xiàn)完全蒸發(fā)的現(xiàn)象，以氣相形式擴(kuò)散到大氣環(huán)境中。

農(nóng)藥霧滴在空中運(yùn)行過程中因水分蒸發(fā)導(dǎo)致粒徑變小進(jìn)而發(fā)生飄移，藥液質(zhì)量損失。因此，相比較大霧滴而言，細(xì)小霧滴更容易受到環(huán)境溫度和相對(duì)濕度的影響，相對(duì)蒸發(fā)量極大，50"μm以下的霧滴在到達(dá)靶標(biāo)葉面之前基本完全蒸發(fā)［2730］。在常溫常濕環(huán)境下，100"μm以下（恒飄區(qū)）的霧滴為受蒸發(fā)損失影響較為嚴(yán)重的部分，100～150"μm霧滴（敏感區(qū)）的粒徑衰減比例在4%～14%之間，劑量損失比例在12%～35%之間;而在高溫低濕等極端環(huán)境條件下，100～150"μm霧滴粒徑衰減比例增加到12%～38%，劑量損失比例高達(dá)31%～76%。除此之外，該區(qū)間霧滴在極端條件下的蒸發(fā)損失容易使得自身粒徑減少到100"μm左右，如初始粒徑為125"μm的霧滴在高溫低濕環(huán)境下運(yùn)行2.47"s"時(shí)自身粒徑縮減為93"μm"左右，逐漸瀕臨恒飄區(qū)霧滴的尺寸范圍，即原本可能沉降下來的霧滴因受環(huán)境氣候的影響逐漸逃出靶標(biāo)區(qū)域，在極端條件下蒸發(fā)損失較為嚴(yán)重的霧滴粒徑為150"μm左右［3133］。

不同溫度、濕度除了影響農(nóng)藥霧滴在空中的傳遞行為之外，還會(huì)影響霧滴在葉片表面的蒸發(fā)時(shí)間和蒸發(fā)速率［3435］。霧滴在葉面的蒸發(fā)行為是吸熱過程，因此霧滴內(nèi)部的溫度高于氣液界面的溫度。外界環(huán)境可以使霧滴界面溫度產(chǎn)生表面張力梯度，進(jìn)而引起馬拉戈尼流。霧滴蒸發(fā)過程中，液滴和葉片基底的相對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)決定了馬拉戈尼流的流動(dòng)方向。當(dāng)葉片與液滴的導(dǎo)熱系數(shù)比值小于1.45時(shí)，液滴邊緣溫度最低，熱馬拉戈尼流朝霧滴內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，當(dāng)毛細(xì)管流小于向內(nèi)的馬拉戈尼流時(shí)，農(nóng)藥有效成分匯集到液滴的中間。研究表明，當(dāng)葉片溫度為室溫或更高溫度時(shí)，毛細(xì)管流作用力增強(qiáng)，液滴最終呈現(xiàn)咖啡環(huán)狀沉積狀態(tài)［3638］。藥效的發(fā)揮受溫度直接影響，在一定溫度范圍內(nèi)，氣溫較高時(shí)會(huì)增強(qiáng)藥劑的滲透性，利于提高藥效;當(dāng)氣溫超過一定范圍后，高溫會(huì)加快藥物分解，導(dǎo)致藥效的持久性降低。農(nóng)藥藥液一般都具有易揮發(fā)、易分解的特點(diǎn)，溫度的高低同空氣中分子活動(dòng)的活躍度呈正相關(guān)關(guān)系，溫度較高時(shí)空氣中分子更為活躍，此時(shí)藥液容易揮發(fā)和蒸騰，導(dǎo)致藥效時(shí)間變短［39］。

1.2"風(fēng)

環(huán)境風(fēng)速是造成霧滴飄移的主要影響因素，甚至決定霧滴在近距離區(qū)域內(nèi)的飄移損失比例。顆粒飄移是指細(xì)小霧滴因受環(huán)境氣流脅迫作用從而脫離靶標(biāo)區(qū)域的過程［40］。當(dāng)霧滴蒸發(fā)時(shí)表面空氣的對(duì)流強(qiáng)度會(huì)受風(fēng)速的影響，進(jìn)而影響空氣與霧滴之間的傳質(zhì)和傳熱過程。環(huán)境風(fēng)速較大時(shí)，氣液傳質(zhì)速率隨空氣對(duì)流強(qiáng)度的增大而加快，霧滴蒸發(fā)后造成劑量損失增加。同時(shí)，霧滴在強(qiáng)風(fēng)速條件下所受的曳力是自身重力的數(shù)百至數(shù)千倍，因此在環(huán)境風(fēng)的卷攜作用下一直在空間運(yùn)行，更容易導(dǎo)致有效成分經(jīng)蒸發(fā)擴(kuò)散飄失到環(huán)境中［19］。大量風(fēng)洞試驗(yàn)研究表明，霧滴的飄移比例與風(fēng)速呈線性關(guān)系［4142］。薛士東［17］研究了不同尺寸霧滴在不同環(huán)境風(fēng)速下的劑量傳遞規(guī)律，結(jié)果表明在環(huán)境風(fēng)速為1"m/s時(shí)，各尺寸霧滴基本均可以沉積在下風(fēng)2"m范圍內(nèi)。環(huán)境風(fēng)速對(duì)100～150"μm之間霧滴的劑量傳遞影響更為顯著，表明該粒徑范圍內(nèi)的霧滴對(duì)環(huán)境氣候改變的響應(yīng)程度更為敏感。當(dāng)環(huán)境風(fēng)速增加時(shí)，霧滴的飄移損失逐漸增加，導(dǎo)致空間劑量傳遞降低。當(dāng)環(huán)境風(fēng)速超過3"m/s時(shí)，霧滴的傳遞效率將隨下落高度發(fā)生大幅度降低，呈現(xiàn)嚴(yán)重的飄移損失趨勢。當(dāng)環(huán)境風(fēng)速從1"m/s增加到2、3、4"m/s時(shí)，霧滴下落0.5"m時(shí)的劑量損失分別為2.54%、2.94%、10.76%和24.29%。當(dāng)霧滴繼續(xù)下落時(shí)環(huán)境風(fēng)速對(duì)劑量損失的影響更為明顯，下落1.0"m時(shí)4種環(huán)境風(fēng)速下的劑量損失分別為8.37%、47.12%、85.50%和96.01%。

除環(huán)境風(fēng)速之外，風(fēng)向也影響霧滴的空間擴(kuò)散行為。趙峻逸等［24］的研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)橫向風(fēng)速由1"m/s增加至7"m/s后，飄移距離從0.92"m迅速升高至6.75"m。橫向風(fēng)速對(duì)霧滴與空氣的相對(duì)速度產(chǎn)生影響后會(huì)改變雷諾數(shù)Re、舍伍德數(shù)Sh，進(jìn)而改變霧滴的蒸發(fā)速率。因此，霧滴橫向受力與橫向風(fēng)速呈正相關(guān)，風(fēng)速增大時(shí)蒸發(fā)作用增強(qiáng)，霧滴飄移距離越遠(yuǎn)。霧滴在豎直方向運(yùn)行時(shí)，受到曳力與浮力的合力遠(yuǎn)大于自身重力，從而阻力增加動(dòng)能衰減，與空氣的相對(duì)速度逐漸減小。

1.3"光照

日光是降解農(nóng)藥的重要因素，藥效與光的強(qiáng)弱相關(guān)，藥劑在強(qiáng)烈的光照條件下會(huì)加快揮發(fā)與降解，導(dǎo)致藥效降低。研究發(fā)現(xiàn)真正使農(nóng)藥發(fā)生降解的是日光中的紫外部分（290～400"nm），可導(dǎo)致有機(jī)物大部分共價(jià)鍵斷裂，生成"CO2、H2O、NO-3、PO3-4、鹵素等離子，但光照強(qiáng)度因地域、時(shí)間而異，因此農(nóng)藥發(fā)生降解的程度也不同［43］。擬除蟲菊酯類農(nóng)藥有效成分容易受光照的影響引起大分子有機(jī)物發(fā)生光化學(xué)降解。擬除蟲菊酯類藥劑經(jīng)器械噴施后存在于植物表面、大氣、土壤以及水體等不同環(huán)境中，均可以在太陽光的輻射下發(fā)生降解反應(yīng)［44］。駱愛蘭等［45］通過紫外光對(duì)高效氯氰菊酯進(jìn)行照射處理，發(fā)現(xiàn)紫外光照射10"min后高效氯氰菊酯的降解率提高10%。當(dāng)波長在380"nm以下時(shí)擬除蟲菊酯類藥劑分子中的化學(xué)鍵會(huì)發(fā)生斷裂，其中C=O"鍵與"CH"鍵分別在164"nm和280"nm下斷裂。

2"提升藥劑防治效果的主要措施

為了減少農(nóng)藥藥液在噴施過程中受環(huán)境因素的影響，國內(nèi)外學(xué)者提出了一系列的調(diào)控策略，包括添加噴霧助劑、劑型設(shè)計(jì)與改進(jìn)、配套施藥器械與技術(shù)等［4648］。隨著納米技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，通過無機(jī)、有機(jī)聚合物等載體材料構(gòu)建緩控釋載藥體系，可以有效延長農(nóng)藥的持效期，保證環(huán)境敏感型有效成分的化學(xué)穩(wěn)定性［49］。環(huán)境響應(yīng)性載體材料具有良好的智能響應(yīng)性和生物相容性，可以響應(yīng)光、溫度、熱等環(huán)境刺激的變化，實(shí)現(xiàn)有效成分的靶向控制釋放，在農(nóng)藥控釋方面具有明顯的優(yōu)勢［50］。

2.1"添加噴霧助劑

基于霧滴在高溫干旱條件下的空間運(yùn)行及界面蒸發(fā)損失規(guī)律，噴施農(nóng)藥時(shí)應(yīng)添加噴霧助劑調(diào)控霧滴譜的初始分布，盡可能地減少細(xì)小霧滴的比例;或通過界面修飾等技術(shù)將霧滴“包裹”在保護(hù)膜內(nèi)來抑制有效成分的蒸發(fā)［51］。藥液的表面張力和黏度是影響霧滴飄移最為重要的理化性質(zhì)參數(shù)。研究表明，通過改變藥液的理化性質(zhì)可以調(diào)控液膜波動(dòng)破裂和液絲拉伸破碎的過程，抑制界面處的擾動(dòng)和震蕩，進(jìn)而改善霧滴譜的分布特征。增加藥液的黏度能夠提高霧滴的粒徑大小，降低表面張力能夠顯著改善霧滴粒徑的分布跨度，提高霧滴譜的均勻性，在一定程度上可以降低霧滴的飄移潛在性能［52］。近年來，噴霧助劑對(duì)霧滴譜分布及飄移沉積規(guī)律的影響得到了國內(nèi)外眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注，通過添加油基、乳化的噴霧助劑達(dá)到減少霧滴飄移、抗蒸發(fā)的效果［5354］。林金元等［55］研究對(duì)比了添加不同噴霧助劑及濃度對(duì)植保無人機(jī)噴施效果的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加濃度主要影響霧滴群的體積中徑和細(xì)霧滴（≤70"μm）的體積百分比，最終決定霧滴的飄移潛在指數(shù)。利用液力式噴頭噴施，添加噴霧助劑可以減少霧滴飄移24.1%～66.4%，其中效果最好的為改性植物油助劑。當(dāng)風(fēng)速為3.5"m/s時(shí)，添加植物油類噴霧助劑與清水相比飄移率降低66.4%。Wang等［56］發(fā)現(xiàn)，在稀聚合物溶液中加入締合表面活性劑（SDS）時(shí)能顯著地提高霧滴譜的均勻性及抗飄移能力，同時(shí)減飄效果與濃度呈正相關(guān);當(dāng)加入非締合表面活性劑（Tween20）時(shí)反而降低了霧滴粒徑，增加了霧滴的飄移損失。

目前我國噴霧助劑種類較多，主要包括礦物油、植物油、有機(jī)硅、非離子表面活性劑、無機(jī)鹽和高分子聚合物等，但添加不同類型助劑及不同濃度助劑對(duì)農(nóng)藥霧滴抗蒸發(fā)效果的影響程度也存在較大差異［57］。Wang等［58］通過硅油培養(yǎng)皿收集不同高度處的霧滴研究添加不同種類助劑后霧滴的動(dòng)態(tài)蒸發(fā)過程。結(jié)果表明，添加植物油助劑和非離子表面活性劑的霧滴動(dòng)態(tài)蒸發(fā)規(guī)律隨溫度的降低和相對(duì)濕度的增大而減小，而添加有機(jī)硅助劑的霧滴在高溫高濕時(shí)動(dòng)態(tài)蒸發(fā)較少，主要是由于有機(jī)硅助劑的飽和蒸汽壓與溫度呈負(fù)相關(guān)，表明農(nóng)藥活性成分或溶劑的物化參數(shù)與環(huán)境條件共同決定霧滴的蒸發(fā)損失。Zhou等［59］發(fā)現(xiàn)，當(dāng)助劑濃度增加時(shí)，表面活性劑分子在固液界面形成吸附能壘，分子間相互作用形成致密的自組裝保護(hù)層，水分子束縛在液滴內(nèi)部無法逸出從而抑制了霧滴的蒸發(fā)，延長了蒸發(fā)時(shí)間。Liu等［60］構(gòu)建了一種水性凝聚層和動(dòng)態(tài)共價(jià)三聚體表面活性劑，協(xié)同控制農(nóng)藥在棉花葉片上的沉積、持留和釋放。通過掃描電鏡顯示凝聚體獨(dú)特的致密納米級(jí)網(wǎng)絡(luò)與葉片表面微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)大的釘扎力，從而有利于農(nóng)藥沉積。

2.2"優(yōu)化改進(jìn)劑型

目前，農(nóng)藥劑型的研究主要分為2個(gè)方面：一是傳統(tǒng)劑型的改進(jìn)，二是新劑型的研發(fā)。水基化、粒性化、緩釋化等農(nóng)藥劑型已發(fā)展成為主流方向［61］。懸浮劑、水分散粒劑和可溶粒劑克服了傳統(tǒng)粉劑易飄浮容易造成粉塵污染的缺點(diǎn)。緩釋劑可有效降低環(huán)境中光、空氣、水和微生物對(duì)原藥的分解，減少揮發(fā)流失的可能性，并可以改變釋放性能，使持效期延長。具有殼核結(jié)構(gòu)的農(nóng)藥微囊化制劑，可以避免環(huán)境敏感型農(nóng)藥有效成分的光解，延長持效期。Jia等［62］通過聚多巴胺（PDA）修飾微膠囊包裹阿維菌素，最大限度地減少了阿維菌素的揮發(fā)，改善了其在棉花葉片表面的黏附性，延長了農(nóng)藥藥液的滯留時(shí)間。阿維菌素釋放動(dòng)力學(xué)研究表明，Av@PDA微膠囊具有緩釋和控釋性能。此外，PDA殼能有效屏蔽紫外線輻射，保護(hù)阿維菌素不受光降解，更適用于葉面噴施。Guo等［63］利用環(huán)氧氯丙烷與羧甲基纖維素交聯(lián)，制備了一種新型的酶反應(yīng)型苯甲酸阿維菌素微囊，發(fā)現(xiàn)微囊對(duì)苯甲酸阿維菌素具有良好的負(fù)載能力，能有效地保護(hù)阿維菌素抗光降解和熱降解。

隨著納米科技的迅猛發(fā)展，利用一些無機(jī)、有機(jī)聚合物等納米材料與技術(shù)研究納米農(nóng)藥新劑型成為應(yīng)用領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。Sabry等［64］以殼聚糖作為載體制備了200～400"nm的茚蟲威和吡蟲啉納米粒，結(jié)果表明，茚蟲威和吡蟲啉納米粒對(duì)二代棉鈴蟲的防治效果是常規(guī)劑型的12倍和4倍。Su等［65］通過納米級(jí)星狀陽離子聚合物與甲基硫菌靈自組裝制備了納米制劑，納米載體主動(dòng)遞送藥劑分子到達(dá)植物體內(nèi)，能夠有效抑制大麗輪枝菌Verticillium"dahliae生長，保護(hù)棉花免受黃萎病侵害。

溫度響應(yīng)型載體材料在外界溫度刺激下其物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，主要分為熱脹型溫敏載體（溫度正響應(yīng)型）和熱縮型溫敏載體（溫度負(fù)響應(yīng)型）。溫度響應(yīng)型材料主要包括N取代的聚酰胺類、羥丙基甲基纖維素、聚乙烯基甲基醚和聚乙烯醇類等聚合物［66］。以聚乙二醇6000作為載體制備阿維菌素緩釋固體分散體時(shí)，阿維菌素的釋放具有溫度敏感性，釋放量隨著溫度的升高而上升，且具有良好的防紫外光降解的作用［6768］。Wang等［69］通過簡單的物理吸附過程將高效氯氟氰菊酯（LC）負(fù)載在聚N異丙基丙烯酰胺改性氧化石墨烯PNIPAMGO納米復(fù)合載體上，LC@PNIPAMGO為溫度響應(yīng)型控釋劑，使LC在指定溫度下釋放并延長其持續(xù)釋放時(shí)間。此外，LC@PNIPAMGO具有抗紫外線性能。

同時(shí)，利用光響應(yīng)型載體材料制備高效劑型也得到了快速的發(fā)展。光響應(yīng)型載體材料利用光敏性高分子的感光現(xiàn)象使分子間或分子內(nèi)產(chǎn)生物理變化或化學(xué)反應(yīng)［7072］。Zhang等［73］利用聚多巴胺修飾后的CuS為光熱劑，以金屬有機(jī)骨架ZIF8負(fù)載吡蟲啉構(gòu)建了光熱響應(yīng)型控釋制劑，CuS吸收大量紅外光后使凝膠顆粒逐步軟化溶解，促進(jìn)了吡蟲啉有效成分的釋放。Xu等［74］利用偶氮苯分子與吡蟲啉結(jié)合制備了光響應(yīng)型控釋劑，在紫外光照射下，偶氮苯分子發(fā)生順反異構(gòu)化，可以使兩端的吡蟲啉分子與受體接觸發(fā)揮藥效。在無光條件下，偶氮苯分子為順式結(jié)構(gòu)，吡蟲啉分子只有一端接觸受體，殺蟲活性相對(duì)較低。Xu等［75］將螺蟲乙酯烯醇與香豆素共價(jià)交聯(lián)，制得光響應(yīng)型控釋劑。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，螺蟲乙酯烯醇可以在420"nm"藍(lán)光或太陽光下觸發(fā)釋放，具有良好的光刺激響應(yīng)性能。生測結(jié)果表明，其在黑暗條件下對(duì)蚜蟲無明顯殺蟲活性，而在光照條件下顯示出良好的殺蟲活性。Alekseev等［76］利用苜蓿和向日葵作為基質(zhì)制備了阿維菌素顆粒劑，在紫外光下照射3"h后阿維菌素沒有損失，而薄膜中的阿維菌素在同樣的照射條件下快速降解，僅剩初始量的0.2%。

2.3"配套施藥技術(shù)

施藥方式和技術(shù)的革新是提高化學(xué)農(nóng)藥防治效果的重要途徑。目前國內(nèi)外主要應(yīng)用低容量與超低容量噴霧、防飄噴霧、精準(zhǔn)噴霧等減量施藥技術(shù)與器械［77］。氣流輔助式防飄移噴霧技術(shù)將霧滴通過風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流輸送至靶標(biāo)，可增加霧滴在葉片正反面的覆蓋密度和沉積率，顯著減少霧滴的飄移［7879］。靜電噴霧技術(shù)是指在噴頭與靶標(biāo)作物之間利用高壓靜電建立靜電場，藥液霧化后帶電荷的霧滴定向運(yùn)動(dòng)吸附到靶標(biāo)作物上，能夠提高藥液在作物冠層中下部及葉片背面的附著能力［80］。通過靜電噴霧器、電動(dòng)噴霧器、植保無人機(jī)等新型器械施藥，配合專用劑型及噴霧助劑，可不斷提高化學(xué)防治的施用效果。

農(nóng)藥藥液霧化過程中，霧滴的初始大小與速度是關(guān)鍵參數(shù)。噴頭是植保機(jī)械作業(yè)時(shí)的重要部件，因結(jié)構(gòu)和霧化原理不同，不同類型的噴頭具有特定的霧滴譜［81］。何勇等［82］從噴嘴壓力與流量、噴嘴噴霧角、防堵塞性、最佳作業(yè)粒徑4個(gè)方面分析了噴嘴類型對(duì)植保無人機(jī)噴施均勻性及減少霧滴飄移效果的影響。范小博等［83］的研究發(fā)現(xiàn)，通過輔助式噴霧、靜電噴霧、變量噴霧、低量低壓噴霧、抗飄移噴頭等方法可以減少霧滴飄移。低飄移噴頭、抗飄移助劑等噴霧減飄技術(shù)可提高防治效果，同時(shí)可以減少處理區(qū)10"m范圍外的霧滴飄移［84］。

3"適宜新疆棉花病蟲害防治的藥劑劑型研發(fā)重點(diǎn)

新疆棉區(qū)具有光照充足、高溫干旱、多風(fēng)、晝夜溫差大等特殊氣候特點(diǎn)，農(nóng)藥藥液經(jīng)噴施器械霧化后在空間運(yùn)行及界面沉積過程中容易發(fā)生蒸發(fā)、飄移、降解等損失問題，嚴(yán)重影響藥劑的防治效果。隨著植保技術(shù)的發(fā)展以及對(duì)農(nóng)藥靶劑量傳輸規(guī)律的深入研究，農(nóng)藥制劑的研發(fā)除了在提升產(chǎn)品理化穩(wěn)定性的前提下，還需要綜合考慮農(nóng)藥有效成分理化性質(zhì)、病蟲害的發(fā)生規(guī)律、靶標(biāo)葉面結(jié)構(gòu)特性、環(huán)境因子、施藥器械和技術(shù)等多種因素，最大限度地提高農(nóng)藥有效成分到靶標(biāo)的劑量傳遞以及對(duì)非靶標(biāo)生物的安全性［85］。

3.1"基于新疆氣候特點(diǎn)，設(shè)計(jì)環(huán)境響應(yīng)釋放型制劑

在新疆棉區(qū)光照充足、高溫干旱、晝夜溫差大等特殊氣候條件下噴施農(nóng)藥，易造成有效成分在靶標(biāo)或周圍環(huán)境中快速光降解或熱降解，導(dǎo)致農(nóng)藥的持效期降低。因此，針對(duì)一些易光解、揮發(fā)等環(huán)境敏感型農(nóng)藥有效成分，應(yīng)借助刺激響應(yīng)聚合物載體和小分子物質(zhì)等材料，結(jié)合材料學(xué)、界面化學(xué)以及農(nóng)藥學(xué)等交叉學(xué)科理論知識(shí)，通過物理吸附、包裹或自組裝構(gòu)建溫度和光等環(huán)境因子響應(yīng)型精準(zhǔn)釋放載藥體系，根據(jù)不同施藥場景及病蟲害發(fā)生規(guī)律，利用可逆/非可逆光響應(yīng)型聚合物、溫度正響應(yīng)/負(fù)響應(yīng)聚合物的特性，通過外界環(huán)境刺激改變其結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)，精準(zhǔn)靶向地調(diào)節(jié)控制農(nóng)藥有效成分釋放，保護(hù)環(huán)境敏感型農(nóng)藥，抑制環(huán)境因素造成的農(nóng)藥降解和流失，提高穩(wěn)定性和持效期，降低其在非靶標(biāo)區(qū)域和環(huán)境中的殘留污染。例如Xu等［72］利用聚多巴胺（PDA）微球?yàn)楣鉄釀?，包覆溫敏型材料聚N異丙基丙烯酰胺（PNIPAM），并通過PDA@PNIPAM納米復(fù)合材料負(fù)載吡蟲啉，發(fā)現(xiàn)該控釋劑具有較高的負(fù)載率和良好的溫度響應(yīng)釋放性能。當(dāng)溫度低于最低臨界相變溫度（32℃）時(shí)，有效成分殘留在PNIPAM殼內(nèi)不利于釋放（25℃，5"h釋放20.5%）;當(dāng)溫度高于最低臨界相變溫度時(shí)，有效成分容易通過聚合物包膜層擴(kuò)散到周圍介質(zhì)中（40℃，5"h釋放64.3%），因此有利于提高吡蟲啉對(duì)有害生物的防治效果。在近紅外光照射下，0.5"h吡蟲啉累積藥物率為15.7%，而無光下為5.2%，其緩釋性能有利于維持吡蟲啉對(duì)靶標(biāo)生物的長期毒性。

3.2"依據(jù)棉花葉片潤濕特性，設(shè)計(jì)高黏附沉積型制劑

植物作為農(nóng)藥噴施的直接靶標(biāo)，其所處生態(tài)環(huán)境、冠層結(jié)構(gòu)、葉面特性等影響并決定了農(nóng)藥在其表面的沉積與分布，進(jìn)而影響了農(nóng)藥對(duì)有害生物的防治效果［85］。棉花葉片具有親水性的絨毛，表現(xiàn)為親水性表面。葉片表面的潤濕性受絨毛分布密度、形態(tài)和類型的影響，棉花葉面絨毛的形態(tài)和密度受溫度、光照、降水及空氣成分的改變等環(huán)境條件的影響較大［86］。

棉花葉片的臨界表面張力比較大，約為63.30～71.81"mN/m，水滴在棉花葉面上接觸角約為0［87］。只有當(dāng)藥液的表面張力值小于葉片的臨界表面張力值時(shí)，液滴才能在葉片表面很好地潤濕鋪展［88］。實(shí)際應(yīng)用中大多數(shù)藥液的表面張力小于棉花葉片的臨界表面張力，農(nóng)藥噴施到親水性作物棉花葉片上均能潤濕鋪展，但隨著藥液表面張力的減小，其葉面持液量也隨之減少，容易造成藥液流失，影響防治效果且污染環(huán)境。此外，高密度種植的棉花封行后，霧滴冠層穿透性較差，主要沉積在棉花上、中部冠層［8990］。因此，基于對(duì)棉花葉片表面結(jié)構(gòu)特征及潤濕特性的認(rèn)識(shí)，可通過天然生物大分子（殼聚糖、透明質(zhì)酸、海藻酸鹽、明膠）等功能載體材料制備高效劑型。兒茶酚基團(tuán)對(duì)各種表面具有強(qiáng)勁且持久的黏附力，利用含有兒茶酚基團(tuán)的改性劑（多巴胺、3，"4二羥基苯甲醛等）對(duì)載體材料進(jìn)行親和性修飾，有利于促進(jìn)農(nóng)藥藥液對(duì)棉花葉片正反面的黏附性與滲透性。針對(duì)不同生長期的棉花應(yīng)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)選擇合適的噴霧助劑及推薦濃度，減少液滴在葉片表面的蒸發(fā)、滾落流失。

3.3"結(jié)合新疆棉田主推施藥器械，設(shè)計(jì)配套專用型制劑

劑型的設(shè)計(jì)和開發(fā)還與施藥器械有密切關(guān)系，農(nóng)藥的有效利用率以及對(duì)病蟲害的防治效果受施藥器械作業(yè)質(zhì)量的直接影響。目前，植保無人機(jī)因具有作業(yè)效率高、適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)得到快速發(fā)展，但常規(guī)傳統(tǒng)劑型不適合植保無人機(jī)飛防作業(yè)，藥劑兌水稀釋后容易出現(xiàn)沉淀、絮凝等情況，造成噴頭堵塞或產(chǎn)生藥害［91］。尤其在新疆高溫干旱、多風(fēng)的氣候條件下，植保無人機(jī)噴施的霧滴粒徑較細(xì)小，由于重量輕，下降過程中受空氣阻力影響速度衰減較為嚴(yán)重，到達(dá)靶標(biāo)所需時(shí)間較長，受風(fēng)力影響具有更高的飄移風(fēng)險(xiǎn)［92"93］。

為了提高植保無人機(jī)飛防技術(shù)在新疆棉花種植區(qū)的應(yīng)用質(zhì)量，需開發(fā)具有抗蒸發(fā)、抗飄移、強(qiáng)沉降等特點(diǎn)的高效專用制劑。首先應(yīng)對(duì)有效成分、助劑進(jìn)行篩選，一般有效成分中的酯類、芳香烴、醚類容易揮發(fā)，因此，在選擇農(nóng)藥時(shí)需了解有效成分的揮發(fā)性，最大限度地減少飄移藥害。同時(shí)，選擇吡蟲啉、氟啶蟲酰胺等內(nèi)吸傳導(dǎo)或跨層傳導(dǎo)能力極強(qiáng)的藥劑（尤其是殺菌劑），施藥后1～2"h植物即可吸收農(nóng)藥有效成分，且在葉片中均勻分布，并能夠迅速地轉(zhuǎn)移到作物的蠟質(zhì)層或跨層移動(dòng)到植物葉片背部，從而達(dá)到防治有害生物的效果;其次以水基化劑型如懸浮劑、水乳劑、微乳劑等為主，飛防專用劑型超低容量液劑（ULV）因具有霧滴細(xì)、濃度高、揮發(fā)性低、滲透性強(qiáng)、藥液覆蓋率高等優(yōu)點(diǎn)使用相對(duì)普遍;此外，可制備與農(nóng)藥霧滴同等粒徑、表面可乳化的顆粒劑減少空間運(yùn)行過程中的蒸發(fā)飄移損失，同時(shí)優(yōu)化噴施技術(shù)，顆粒到達(dá)葉面可立即乳化分散增加黏附，利用粒性化技術(shù)替代傳統(tǒng)霧滴，突破技術(shù)瓶頸，完善植保無人機(jī)飛防藥劑的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合新疆晝夜溫差大的氣候特點(diǎn)，在使用無人機(jī)時(shí)應(yīng)考慮天氣情況，一般選擇在清晨或傍晚氣溫相對(duì)較低時(shí)進(jìn)行，此時(shí)風(fēng)力較小，田間濕度較大，有利于霧滴沉積附著。

4"結(jié)語

新疆棉區(qū)具有高溫干旱、光照充足、多風(fēng)、晝夜溫差大等氣候特點(diǎn)，農(nóng)藥藥液在空間運(yùn)行及界面沉積過程中容易發(fā)生蒸發(fā)、飄移、降解等損失，嚴(yán)重影響農(nóng)藥對(duì)有害生物的防治效果。因此，基于新疆棉區(qū)特殊的氣候特點(diǎn)，農(nóng)藥制劑的研發(fā)以產(chǎn)品穩(wěn)定為前提，稀釋藥液添加蒸發(fā)抑制劑、沉降劑等專用助劑，減少霧滴在噴施過程中的蒸發(fā)、飄移等問題，增強(qiáng)藥液在棉花葉面的沉積性和滲透性。此外，還需綜合考慮有效成分的理化性質(zhì)、棉花葉片的結(jié)構(gòu)及潤濕特性、施藥器械等多種因素，結(jié)合農(nóng)藥學(xué)、植物保護(hù)學(xué)、界面化學(xué)、有機(jī)化學(xué)等多學(xué)科交叉理論知識(shí)指導(dǎo)，利用先進(jìn)的技術(shù)和載體材料研發(fā)環(huán)境響應(yīng)釋放型、靶向高效的農(nóng)藥劑型，結(jié)合配套使用技術(shù)及措施，利用粒性化技術(shù)替代傳統(tǒng)霧滴，突破技術(shù)瓶頸，探索農(nóng)藥高效利用及減量調(diào)控途徑，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥減量增效、引領(lǐng)棉田綠色發(fā)展提供科技支撐。

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