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| 減施增效農(nóng)藥劑型設(shè)計與制劑研發(fā)策略 |
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來源: 發(fā)表于：2021/3/10 |
在可預(yù)見的將來,使用農(nóng)藥仍然是有效防控農(nóng)業(yè)有害生物的重要手段。目前普遍采用莖葉噴霧技術(shù)施用農(nóng)藥,藥液自噴施器械噴出進(jìn)入靶標(biāo)作物生長的生態(tài)環(huán)境之后,便受到風(fēng)、光、溫、濕等氣象因子以及靶標(biāo)作物冠層與葉面特性等的影響,霧滴在空中蒸發(fā)變小而產(chǎn)生飄移,在葉片表面碰撞彈跳而濺落流失。1979年,Young提出農(nóng)藥“劑量轉(zhuǎn)移”概念,指出農(nóng)藥利用率(作物沉積率,下同)約為20%~30%,有效利用率不足0.1%。2015年,我國農(nóng)業(yè)部提出農(nóng)藥零增長行動方案,發(fā)布小麥、水稻、玉米三大主糧作物農(nóng)藥利用率為36.6%；2016年再次部署,從4個方面推進(jìn)農(nóng)藥減施增效；2019年小麥、水稻、玉米三大主糧作物農(nóng)藥利用率達(dá)到了39.8%。約60%的農(nóng)藥在向靶標(biāo)作物葉面沉積的過程中流失,不僅造成了農(nóng)藥浪費(fèi),更為嚴(yán)重的是帶來了環(huán)境污染及農(nóng)產(chǎn)品安全等問題,引起國內(nèi)外普遍關(guān)注,并成為業(yè)界研究的熱點(diǎn)。
在這種形勢下,以農(nóng)藥對靶劑量傳遞過程為主線,通過對劑量傳遞過程行為與流失規(guī)律的認(rèn)知,探討減施增效農(nóng)藥劑型設(shè)計與制劑研發(fā)策略；嘗試提出基于防控場景進(jìn)行農(nóng)藥適宜劑型設(shè)計,并賦予制劑優(yōu)異的產(chǎn)品性能,保證藥液分散體系及霧滴分散體系中農(nóng)藥有效成分的分散形貌及分散度,進(jìn)而保證其對靶劑量傳遞的性能,以滿足當(dāng)今國家對農(nóng)藥減施增效的戰(zhàn)略需求。
1 農(nóng)藥對靶劑量傳遞過程
目前施用農(nóng)藥廣泛采用莖葉噴霧方式,農(nóng)藥脫離噴霧器械后對靶高效傳遞是一個復(fù)雜的劑量傳遞過程,會受到農(nóng)藥藥劑特性、環(huán)境氣象因素、有害生物為害規(guī)律、靶標(biāo)作物葉面結(jié)構(gòu)等多種因素的影響。首先是從農(nóng)藥制劑稀釋成藥液,藥液再經(jīng)施用器械霧化成霧滴,該過程受外界因素影響很小,劑量傳輸效率可達(dá)95%以上。其次是霧滴或霧化體系分散到靶標(biāo)作物生態(tài)環(huán)境中,并向靶標(biāo)作物冠層或有害生物為害部位運(yùn)行,該過程中農(nóng)藥完全暴露在開放的生態(tài)環(huán)境中,受風(fēng)吹、日曬、雨淋等環(huán)境因素影響很大,劑量傳輸效率一般不足70%。第三是霧滴進(jìn)入作物冠層并向葉片表面沉積和形成持留,該過程主要基于霧滴性能和葉片表面特性,受到葉片屏蔽和冠層微環(huán)境干擾,發(fā)生碰撞、彈跳以及聚并、滾落而流失,農(nóng)藥沉積率一般不足40%。最后是沉積到靶標(biāo)作物葉面或有害生物為害部位的農(nóng)藥,被有害生物攝取進(jìn)入有害生物體內(nèi)或滲透到靶標(biāo)作物內(nèi)部,并在體內(nèi)傳輸和分布,該過程主要受體內(nèi)傳輸途徑和各種生理生化物質(zhì)的影響,最終到達(dá)作用部位能發(fā)揮生物活性作用的劑量大多不足0.1%。
由此可見,農(nóng)藥制劑、藥液和霧化分散體系是農(nóng)藥劑量傳遞的3個載體；而且從劑量傳遞過程來講,這3個分散體系是一種劑量傳遞的串聯(lián)過程,任何一個分散體系的性能都會影響到農(nóng)藥對靶劑量傳遞效率。霧滴在空間運(yùn)行和界面沉積與持留是農(nóng)藥損失的關(guān)鍵環(huán)節(jié),期間農(nóng)藥損失率累計高達(dá)約60%。究其原因,主要是霧滴從噴施器械進(jìn)入空間環(huán)境后,其運(yùn)行行為主要受大氣環(huán)境條件、作物冠層結(jié)構(gòu)、作物葉面特性等人為不可控因素影響。就農(nóng)藥使用者而言,對于特定地理環(huán)境條件下農(nóng)藥的使用,這3個因素都不可改變。只有加強(qiáng)農(nóng)藥霧滴空間運(yùn)行行為及損失規(guī)律的研究和認(rèn)知,從源頭上進(jìn)行農(nóng)藥減施增效劑型設(shè)計,改善制劑兌水稀釋形成藥液的霧化性能,才能從根本上調(diào)控霧滴的對靶劑量傳遞性能,從而提高農(nóng)藥利用率。
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