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抗漂移纳米化制剂或将成为未来飞防药剂发展方向 qrcode

2016-10-14

无人机喷洒农药由于适应性更强,能够有效解决作业难问题,能提高农药利用率等优势,近年来在我国得到迅速发展。我国由于农业种植结构的特殊性和轮作、间作指数高,基本农田集中度低,农田周边树木、蔬菜、水塘、养鱼池、河流、山地等环境条件复杂多变,农村土地流转加速和人口的城镇化,有不同于国外的植保作业和农业服务要求,能够采用GPS测速,用速度控制喷头的农药流量和雾滴分布,实现农药自动定量精准控制喷洒的植保无人机可能更适合我国目前的实际情况。

但无人机植保作为一个快速发展的新生事物,实际应用中也发现许多亟待改进的问题,如无人机的质量不过关,坠机事件时有发生;熟练的专业飞手不足;电池续航时间太短,成本高;飞机的保养和售后服务跟不上;防治效果不稳定、药害或环境污染事故时有发生以及适合飞防的专用药剂和助剂少等。

防漂移助剂可有效减少飞机喷雾雾滴飘移

飞防喷雾和常规喷雾有的很大的区别(表1)。目前市面上常用的农药剂型主要分为固体剂型和液体剂型。固体剂型一般都含有固体填料,这些填料不溶于水,用作飞机喷洒磨损飞机的喷头且容易堵塞;液体农药剂型兑水稀释后,由于浓度较高,必须在规定时间内喷洒完毕,否则会出现析出、分层和沉淀,如果当天的天气不适合飞行,药剂不能回收利用,造成浪费、污染。对于含有大量甲苯、二甲苯等有机溶剂的乳油来说,不但有毒有害,而且一般密度比水小,兑水喷施时,比重小的药液容易发生飘失。如果大量药剂漂移到池塘、江河中,可能危害水生生物;漂移到水源地、生活区,还可能引发安全事故。

表1飞机喷雾与常规喷雾的区别(200g/L 康宽SC)
喷雾方式
喷液量(L)
稀释倍数
作业高度(m)
飘移距离
常规喷雾
30—50
3000—5000
≤0.3
与喷头类型、作业高度、风速、温度、药剂性质等有关
飞机喷洒
0.5—1.0
30—100
3-8

关于农药、药械与施药技术,中国农业大学药械与施药技术研究中心主任何雄奎曾有个形象比喻:农药使用过程中农药、药械与施药技术这三个方面的关系就像战场上开枪打敌人,农药是子弹,药械是枪支,怎样一枪就把敌人打死的打法就是施药技术。张子勇认为“农业航空器和配套药剂是航空植保发展的车之两轮、鸟之两翼。”由于飞防作业的特殊性,对使用的药剂与助剂都有比较严格的要求。针对飞防的特点,适合飞防的药剂应该具备以下特点:

安全高效:
由于飞机喷雾使用的药剂浓度大,用量少,所以药剂有效成分活性高、亩用量少、有内吸传导性、对作物安全等才能达到较好的防治效果。选择农药有效成分时除了考虑飞防作业防治对象的防治效果外,还需要充分考虑其毒性(急性毒性、亚慢性毒性、慢性毒性)以及环境安全性(蜂、鸟、鱼、蚕、水生生物、家畜、天敌昆虫、蚯蚓、土壤微生物以及暴露人群如生产工人、施药人员、附近居民以及对大气、水源、非靶植物的安全性),充分评估其施药安全性和风险,做好风险防范紧急预案。

抗挥发和抗飘失:挥发和飘失不仅降低了农药的利用率而且造成污染,所以药剂具有很好的抗飘失作用,粘附性好能提高药剂的利用率。

沉积性能好:药剂粘附性能好、易于润湿、展布和吸收,可以提高利用率。

合适的剂型:在剂型的选择上主要以液体剂型,最好是超低喷雾油剂或其他水基化的剂型,如水剂、水乳剂、悬浮剂、油悬剂等。若采用的不是飞防专用药剂,稀释后一般需要添加飞防助剂,以减少药剂在喷洒过程中的飘失、沉积等问题。

其中,飞防因作业高度(3-5米)较高带来的雾滴飘移问题,不仅影响雾滴的均匀撒布和沉积粘附,而且容易对周围敏感植物或非靶生物造成影响,需要设置隔离区以降低对非靶生物和周围水域等的影响。而防漂移助剂的添加可以影响雾化效果、减少小雾滴(≤50µ)产生,有效控制雾滴的飘移。

北京广源益农化学有限责任公司多年来一直致力于喷雾助剂的研发,在飞防助剂开发应用方面积累了丰富经验。开发的飞防专用助剂“迈飛”已与多家飞防公司合作,应用范围涉及杀虫、杀菌、除草以及植物生长调节剂等,2015年获得中国农药工业协会颁发的“安全科学用药单品贡献奖”,2016年度被全国农技推广中心作为统防统治和飞防专用助剂列入推荐产品目录,已在全国多个省区的多种作物上进行示范推广,通过田间对照:农药正常用量下,添加飞防专用增效剂“迈飛”,可提高飞机作业防治效果30%;在保证同等药效前提下,添加飞防专用增效剂“迈飛”后,可节省农药使用量20%-30%。

纳米制剂成飞防专用药剂研究重点

国内目前在飞防上应用过的农药产品涵盖杀虫杀螨剂、杀菌剂、除草剂以及植物生长调节剂等各类产品,如氯虫苯甲酰胺、溴氰虫酰胺、氟虫双酰胺、溴虫腈、氟啶虫胺腈、螺虫乙酯、螺螨酯、吡虫啉、吡蚜酮、啶虫脒、虫酰肼、噻虫嗪、噻虫啉、阿维菌素、多杀菌素、苦参碱、楝素、白僵菌、绿僵菌、蝗虫微孢子虫、浏阳霉素、井冈霉素、吡唑醚菌酯、氰氟草酯、五氟磺草胺、芸苔素内酯等,涉及剂型有SC、SL、OD、SE、OL、WG、SP和UL等。

最早开发的适应于飞机作业的农药专用剂型是超低容量液剂(Ultralow Volume Concentrate,ULV或UL),它是一种直接喷施到靶标无需稀释的特制油剂,具有低粘度和高稳定性,适合于飞机喷洒成60~100μm的细小雾滴,均匀分布于作物茎叶表面,有效发挥防治病虫草害作用。其优点是(1)喷液量低,5L/hm2以下(大田)或50L/hm2以下(森林或果树);(2)雾滴细,粒径60~100μm (而一般常规喷雾的雾滴是200~500μm或更大);(3)工效高;(4)不用水;(5)渗透黏附好,抗挥发、耐雨水冲刷,药效高;(6)储藏运输使用方便。其缺点是需要专用施药设施、成本较高、高温可能产生药害。固体难溶有效成分也可以制成超低容量悬浮液剂型。

超低容量液剂制备关键在于溶剂的选择,在选择溶剂时需要考虑溶解性、挥发性、药害以及粘度、闪点、表面张力和密度等。一般选择使用闪点大于40℃、沸点200℃以上的溶剂油,近年多用植物油或改性植物油。超低容量液剂的质量控制指标有效含量、外观均一透明、低温与热储稳定性合格、挥发性(滤纸悬挂法)小于30%、闪点(开口杯法)>70℃、粘度<2Pa•s、急性毒性和植物安全性等。

国内参与飞防的企业开发飞防专用超低容量液剂的热情较高,但由于最新修订的农药剂型代码标准可能取消超低容量液剂的剂型,将其归为油剂,可能会对该类产品登记产生一些影响。我国已经取得登记或在开发登记的超低容量液剂见表2所示。

表2我国已经取得登记或在开发登记的超低容量液剂
作物
防治对象
产品名称
水稻
稻纵卷叶螟
1.5%阿维菌素UL
1%甲维盐UL
1.5%伊维菌素UL
3%茚虫威UL
5%虫螨腈UL
6%虱螨•高氯氟UL
水稻二化螟
20%二嗪磷UL
20%喹硫磷UL
水稻纹枯病
5%嘧菌酯UL
5%吡唑醚菌酯UL
5%苯醚甲环唑UL
3%己唑醇UL
3%氟环唑UL
6%噻氟•氟环唑UL
12%苯醚•吡唑酯UL
纹枯病和稻曲病
3%戊唑醇UL
稻飞虱
5%烯啶虫胺UL
蔬菜
小菜蛾
10%虱螨•虫螨腈UL
17%虱螨•茚虫威UL
甘蔗
甘蔗增糖
4%乙烯利UL
 
超低容量液剂外观与普通的乳油产品类似,但因使用方式不同,二者还是存在一些显著差异(表3)。

表3 超低容量剂与乳油的比较(刘广文,2013,现代农药剂型加工技术)
性能指标
超低容量剂(UL
乳油(EC
制剂用量(L/hm2
1~1.5,通常设计1 L处理1 hm2地块
0.1~0.15,通常设计1 L处理10 hm2地块
兑水稀释
不用水稀释
稀释几百到几千倍后使用
雾滴粒径(μm)
50~100
≥200
雾滴分布
窄,50~100占80%
宽,20~400
黏附与沉积性
喷雾机具
飞机喷洒或超低容量喷雾机
手动或喷杆式喷雾机
挥发性和飘移性
控制挥发和飘移技术
易于挥发飘移
有害溶剂
一般不含或少量
含二甲苯等
稀释稳定性测定
均一稳定,不稀释
稀释100~200倍测乳液稳定性

纳米制剂也是目前飞防专用药剂研究的重点。张子勇认为要提高农药制剂的药效,就必须降低农药微粒尺寸,实现纳米化。“纳米农药主要针对微溶、难溶或不溶于水的农药,使其以最小的微粒尺寸(几到几百个纳米)分散在水中,实现表观水溶,外观透明,热力学稳定。这样,单位质量的微粒数量多,表面积大,接触靶标面积广,发挥的药效就大。”“这种农药纳米缓释药剂的介质是水,不含有机溶剂,同时专门加入了抗漂移剂,增大药液粘度,喷洒时一般可抵抗漂移的发生。如果再使用绿色助剂,可生物降解,不含壬基酚聚氧乙烯醚类表面活性剂,就真正实现了环境友好。”这种药剂在喷洒后,不会随着液滴中水分的蒸发形成农药的结晶聚集体,而会均匀分散为纳米微粒。张子勇说,以农药水剂取代乳油剂型,改善了作业环境,节约了宝贵资源,消除了有害溶剂和助剂对生态环境的影响。

在飞防专用药剂和剂型方面,需要开发更加高效安全,适合飞防低量和超低量喷雾作业的农药产品,超低容量剂的研制值得关注,尤其是抗蒸发、抗飘移、增效减量的助剂和制剂产品。另外,油悬浮剂、可分散油悬浮剂由于高效安全抗蒸发值得关注,但此类产品的稳定性问题必须解决;悬浮剂、微囊悬浮剂、可溶性液剂、水分散粒剂等都可以用于飞防,但对于不同产品的稀释稳定性以及与其他产品和喷雾助剂的配伍性需要通过大量试验,明确其配伍可行性与有效性,以防因其物理稳定性或分散稳定性而影响喷洒。

安全、高效、省工、节能、环保适合不同农业作业和植保要求的专业化航空植保快速发展,未来飞防药剂应以注重使用方便、不用稀释或稀释与配伍简易化、大包装或可便携易替换的可重复使用包装、液体剂型或颗粒纳米化、抗蒸发、抗飘移、沉积渗透和润湿吸收快、广谱高效多功能的制剂或制剂组合会成为未来飞防配套药剂与助剂的发展方向。

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