農藥是保障糧食安全的重要農業(yè)投入品，但是農藥利用率低一直是業(yè)界關注的熱點問題。2019年我國糧食作物農藥利用率不足40%。研究表明，目前廣為采用的莖葉噴霧技術，約60%的農藥藥液在向靶標作物葉面?zhèn)鬏數(shù)倪^程中因蒸發(fā)飄移、彈跳、飛濺等流失進入環(huán)境。
農藥霧滴在靶標植物葉面的沉積是一個復雜的液-固界面相互作用的動態(tài)過程，與霧滴和靶標植物葉面的理化特性密切相關。只有當農藥霧滴有效沉積在植物葉面，才能對有害生物發(fā)揮防控作用。對于靶標植物葉面，只能認知不能改變，中國農科院植物保護研究所化學農藥應用創(chuàng)新團隊研究探明了藥液對靶標作物表面的潤濕規(guī)律，創(chuàng)建了“臨界表面張力+接觸角”雙因子藥液對靶潤濕識別新技術。靶標植物葉面的臨界表面張力小于30N/m以及接觸角大于90°的作物為難潤濕的疏水作物；靶標植物葉面的臨界表面張力大于40N/m以及接觸角小于90°的作物為易潤濕的親水作物，為通過噴霧功能助劑改善藥液對靶劑量傳遞效率、減少農藥藥液流失提供了理論支持。
對于親水作物，添加功能助劑容易造成藥液的流失，對于疏水作物葉面，需要添加功能助劑增加藥液在靶標植物葉面的潤濕鋪展。國內外研究表明，一定施藥場景下噴霧功能助劑是提高農藥霧滴在植物葉面沉積率和實現(xiàn)化學農藥減施增效的關鍵技術。然而，目前的農藥功能助劑的使用存在兩個突出問題：一方面，功能助劑應用缺乏科學依據，存在濫用和錯用，導致浪費和藥液流失。另一方面，來源于石化領域的通用助劑易對環(huán)境造成污染。
針對功能助劑應用缺乏科學依據的問題，化學農藥應用創(chuàng)新團隊分別研究了農藥藥液的擴張流變性質和農藥藥液與靶標植物葉面之間的粘附力與農藥對靶沉積的關系。該團隊首次提出了藥液的彈性模量以及藥液與靶標作物葉面之間的黏附力是決定藥液在靶標作物葉面是否發(fā)生彈跳的主控因素；針對典型的疏水作物，利用陰離子表面活性劑改變了農藥懸浮體系的流變性質，如疏水性靶標作物水稻和甘藍，控制藥液與水稻葉面的彈性模量低于1.88 mN/m；或者藥液與甘藍葉面的粘附力大于93.3 μN，可以實現(xiàn)農藥霧滴的有效沉積。彈性模量是評價農藥霧滴表面性質的參數(shù)，彈性模量越大，則代表該液滴的表面剛性越強，彈性模量越小，則代表農藥霧滴的粘性越強，就好比玻璃球和泥巴二者撞擊到墻上，玻璃球一定是反彈或者碎裂的，但是泥巴會粘在墻上。
團隊通過調控農藥霧滴的彈性模量，將其表面性質調節(jié)為類似于泥巴這樣的粘性表面。而農藥霧滴與靶標植物葉面的黏附力則代表了二者之間作用力的大小，黏附力越大，農藥霧滴碰撞靶標植物葉面后越容易黏附。該發(fā)現(xiàn)為農藥桶混助劑的科學篩選和合理應用提供了重要依據。
功能助劑是調控農藥藥液流變性質以及農藥霧滴與靶標植物葉面的重要技術?；瘜W農藥應用創(chuàng)新團隊對相關的桶混助劑進行了大量的表征和測試，發(fā)現(xiàn)聚丙烯酸酯微交聯(lián)的高分子功能助劑可構筑具有空間立體網狀微交聯(lián)結構，實現(xiàn)農藥霧滴在靶標植物葉面的有效潤濕鋪展和沉積，同時，發(fā)現(xiàn)功能助劑的分子量是影響其靶向增效的重要因素，當分子量達到10萬以上，功能助劑可以有效地沉積靶標植物葉面。
此外，針對當前來源于石油化工的通用功能助劑產品對環(huán)境不友好，作物易產生藥害問題，該團隊研究了生物表面活性劑在植物葉面的碰撞彈跳以及沉積等一系列動態(tài)沉積行為，發(fā)現(xiàn)生物表面活性劑十二烷基麥芽糖苷對甘藍葉面潤濕效果極好，在甘藍葉面噴霧后不發(fā)生彈跳，可高效沉積。該功能助劑綠色可降解，對環(huán)境友好。以上功能助劑的研究應用，可提高農藥藥液在靶標植物葉面沉積率約20%左右。
