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植物源農藥表面活性劑研究

作者:admin 更新時間:2019年05月24日 09:23:38

  [提要]隨著現代化技術的發展和人們生活水平的日益提高,傳統化學農藥在使用過程中的很多缺點都逐漸顯現出來了,也慢慢被人們所重視。植物源農藥來源于自然,具有環保、長效、易光解、無殘留等優點。運用表面張力法篩選出的植物源農藥表面活性劑,能夠增強藥液在植物葉片上的持留和鋪展能力,從而提高藥液的有效利用率,減輕對環境和人體的危害。


  作者:王東宏,李丹東,李春城


  關鍵詞:傳統化學農藥;缺點;植物源農藥;優點;表面張力法;表面活性劑


  本文為大學生科技創新項目“表面張力法篩選植物源農藥表面活性劑的研究”(2013006),指導教師:田云飛


  中圖分類號:TQ450文獻標識碼:A


  收錄日期:2014年5月4日


  一、研究目的、意義及背景


  隨著人們對傳統化學農藥的高毒、高殘留、害蟲抗藥性、殺傷天敵、污染環境、危害人體健康等問題的廣泛關注。研究和開發環境友好型農藥成為了人們的迫切需求,生物農藥特別是植物源農藥成為了研究的熱點。


  植物源農藥在大多數情況下對人畜低毒,而且在環境中易降解,殘留量小。作為生物防治重要組成部分的植物源農藥、加快發展、加速產業化是順應人類生活質量的提高和社會進步的必然選擇,是保證農業可持續發展的重要手段,是今后農業工業發展的方向。我國每年使用農藥100萬噸(制劑)左右,防治面積達3億公頃次以上,但由于對農藥使用技術理論和技術措施的研究嚴重不足,普遍采用大容量、大霧滴噴霧技術的原因,我國農藥有效利用率很低。我國已成為農藥生產大國,但國內制劑、劑型的研究和產品質量與國外相比仍有很大差距,主要表現為一些制劑因濕潤性、滲透性和葉片沉積型差等原因造成藥效不穩定。因此選擇適當的表面活性劑添加到植物源農藥中使藥效得以充分發揮意義重大。


  二、傳統化學農藥的一般缺點和植物源農藥的諸多優點


  傳統化學農藥的廣泛使用,在保障農作物高產和穩產方面發揮了重要作用,然而傳統化學農藥的長期使用導致害蟲產生的抗藥性,迫使人們不斷地加大藥量劑,從而造成了越來越多的環境污染和危害人體健康等諸多問題。導致這些問題最主要的原因是農藥的殘留。所謂殘留,即農藥使用后殘留在生物體、食品(農副產品)和環境中的農藥原體、有毒代謝、降解物和雜質的總稱。殘留的農藥具有一定的毒性,是一種嚴重的化學危害,這樣對人體的健康就構成了直接或潛在的危害。


  植物源農藥就是直接利用或提取植物的根、莖、葉、花、果實和種子等,或是利用其次生代謝產物制成具有殺蟲或殺菌作用的活性物質。植物源農藥是發展有機農業、促進農業可持續發展的理想農藥。在國家“十五”和“十一五”科技攻關重大項目及科技成果轉化基金項目中,均有植物源農藥項目,植物源農藥的深入開發是目前研究的熱點。植物源農藥與傳統化學農藥相比具有諸多優點,一是化學結構新穎:在漫長的進化過程中,植物為了生存,可產生多種有昆蟲毒性的化合物,其中某些結構復雜多樣的毒性化合物,用傳統方法是不可能制造出來的;二是對環境安全:植物源農藥活性成分是自然存在的物質,自然界有其順暢的降解途徑,不會污染環境;三是選擇性高:來自植物的殺蟲活性物質具有高度的靶種選擇性,或通過共同進化而建立的特殊選擇性,是自然界長期選擇的結果,故對天敵較為安全,在這一點上,任何傳統殺蟲劑都不可比擬;四是不易產生抗藥性:多數植物源農藥成分復雜,能夠作用于有害生物的多個器官系統或某一系統中的多個靶標,有利于克服有害生物的抗藥性;五是原料來源廣泛:植物源農藥來源廣,資源豐富。而且我們所應用的源植物都是北方植物,可以人工栽培,原材料充足,資源廣泛,具有廣闊的市場潛力,還可帶動北方地區藥用植物的種植和農業收入。


  目前,在國內外針對植物源農藥的研究已經取得了一些成果,但已經成型的劑型卻很少,原因是在植物源農藥的研究過程中還存在很多的不足之處,例如:活性成分的復雜性和含量的不穩定性。天然產物的穩定性,從植物中提取分離的活性成分,雖然從結構上看與傳統化學農藥沒有什么差別,但它與傳統化學合成農藥的本質在于其穩定性較差,從植物中提取分離活性成分,其組成之復雜超過人們的預期,這不僅使提取分離工作較難,而且難以明確各成分之間的關系到底是協同、增效還是拮抗,給殺蟲抗病機理研究造成了困難。常出現是殺蟲效果好,但說不清其根本原因。在自然界可以被其他生物利用分解。這一方面是它的優點,但在應用中將面臨穩定性較差的難題。一般的液劑,其保持期很難超過年。制劑加工的特殊性,由于植物提取的成分復雜和種類繁多,要求在制劑加工過程中,必須采用不同方法加工或采用不同的劑型,使應用效果最大限度地得以發揮。


  三、有關表面張力和影響表面張力系數的因素問題


  表面張力就是沿液體表面層,能使液體表面收縮的作用力。液體由于表面張力的作用而具有自發收縮成球狀的趨勢,表面張力的大小可用表面張力系數來描述。表面張力系數在數值上等于液體增加單位表面面積時,外力所需做的功。噴灑農藥時,需要將藥液分散成許多極小的液滴,液體的表面積將增大很多,因此,需要消耗外界的能量。實驗表明,影響表面張力系數的因素有:液體的溫度、液體的純度和相鄰介質。溫度越高,表面張力系數越小,當液體沸騰時,表面張力系數為零。當液體中摻入某種物質時可以顯著地減小表面張力系數,這類物質稱表面活性物質。在噴灑農藥時,藥液在葉面上會自發聚集成液滴將嚴重影響葉片對藥液的吸收,這時加入表面活性物質可降低藥液的表面張力系數使藥液盡量在葉面上延展分布,提高植物對藥液的吸收。


  四、農藥領域常見的三種表面活性劑


  表面活性劑可將無法使用的農藥原藥制成可以使用的農藥制劑。它作為一種農藥助劑應用在農藥上,不但可以提高農藥的使用效果,改善藥液在葉片上的潤濕作用,從而減小農藥的用量,減輕農藥對環境的影響,并為農業生產帶來巨大效益。農藥領域常用的表面活性劑有三種:1、烷基多苷(APG)及葡萄糖酰胺(AGA);2、醇醚羧酸鹽(AEC)及酰胺醚羧酸鹽(AAEC);3、單烷基膦酸酯(MAP)及單烷基醚膦酸酯(MAEP)。這些表面活性劑具有生物降解性好,對皮膚刺激小,性能優良,與其他活性劑易配伍的優點,此外還具有增溶、乳化、潤濕、消泡和起泡等應用性質。通過界面膜發生作用,各種類型的界面上發生吸附,改變界面狀態,從而實現或改善化學過程。


  烷基多苷(APG)的HLB值在生產中可調節,并具有可降解性,不污染農作物和土壤,吸濕、增濕性好等特點,因此,它作為水劑農藥乳化劑不僅可以調節土壤濕度,還可以使除草劑、殺蟲劑、殺菌劑有顯著地降本增效作用,增效率在30%以上。葡萄糖酰胺(AGA)刺激性較少,對皮膚溫和;增溶作用良好;潤濕性能突出,也可用做乳化劑。另外,酰胺鍵具有良好的耐酸、耐堿、耐熱性能,醇醚羧酸鹽(AEC)具有卓越的增溶能力、潤濕性、乳化性、良好的易配伍能力、容易被生物降解等優點。酰胺醚羧酸鹽(AAEC)初始毒性和二次毒性都很低的表面活性劑,可完全生物降解,屬環境友好型表面活性劑。單烷基膦酸酯(MAP)具有較低的表面張力、良好的穩定性及乳化、分散、潤濕的特性。單烷基醚膦酸酯(MAEP)通常是指單酯質量分數在90%以上,與其他表面活性劑相比具有毒素低、刺激性小等優點。


  因為表面活性劑質量濃度對農藥的吸收起關鍵作用,所以通過配比不同濃度的表面活性劑進行試驗對比,從中確定合適配比量值添加到植物源農藥中,從而提高藥液的有效成分的活性,進而就減少了用藥量,降低了產品成本,減輕了對環境的污染。


  將上述三種表面活性劑分別加入到植物源農藥中,通過表面張力法分別測出其表面張力,最終研究得出單烷基膦酸酯(MAP)及單烷基醚膦酸酯(MAEP)這種表面活性劑添加后使得藥液的表面張力相比于另外兩種表面活性劑添加后的藥液的表面張力較小。因此,單烷基膦酸酯(MAP)及單烷基醚膦酸酯(MAEP)這種表面活性劑可以明顯增強藥液的表面活性,使液體表面張力明顯下降,從而提高有效成分的活性,減少了用藥量,減輕了對環境和人體的危害。

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