基于苹果叶片表面自由能的吡虫啉田间减量化研究*

郭瑞峰，张鹏九，刘中芳，樊建斌，范仁俊，高 越

（1 农业有害生物综合治理山西省重点实验室，山西省农业科学院植物保护研究所，太原030031）（2 山西省农业科学院高粱研究所）

药效是药剂和多种因素综合作用的结果，与药物剂型、作物靶标以及田间环境有关。在喷施过程中，受植保器械、药液理化性质、靶标表面特性、天气状况等因素的影响[1-3]，农药在“剂量传递”过程中会发生药液的蒸发、飘移、弹跳、滚落等现象，药液弹跳、滚落是制约药效发挥的重要因素。因此，让农药有效沉积于靶标作物表面，可提高药效。农药有效沉积与药液理化性质、作物界面特性紧密相关。探究作物界面特性与喷雾药液的相互关系对于开发专用助剂、改善药液行为、提高农药利用率、实施减量增效具有重要意义。研究发现，添加表面活性剂不仅可以显著减少药液的蒸发、弹跳[3]，促进药液的有效润湿和传递[4]，而且有助于降低施药过程中雾滴飘移的潜力[5]。

苹果黄蚜（Aphis citricolavan der Goot）常以大量成虫、若虫群集苹果新梢叶片背面，刺吸汁液，同时还可传播病毒，诱发多种果树病害[6-7]。目前，登记用于防治苹果黄蚜的药剂主要有啶虫脒、氟啶虫胺腈、吡虫啉等[8]。吡虫啉是一种高效内吸广谱型杀虫剂，具有胃毒和触杀作用，对刺吸式口器害虫有较好的防治效果。然而，近年来吡虫啉大量甚至超量使用，一方面导致用药成本上升，残留问题严重[9]，另一方面导致害虫抗药性增强[10]。目前，针对苹果黄蚜防治的吡虫啉田间减量研究报道较少，相关报道仅从能量的角度阐释了苹果不同生育期叶片表面自由能的变化[11-12]，并未提出药剂减量化的科学依据。本研究根据苹果黄蚜发生规律及危害部位，以苹果新梢嫩叶为研究对象，通过分析其表面特征结构与表面自由能及其分量之间的关系，结合田间药效试验，为高效功能表面活性剂种类和剂量筛选、吡虫啉制剂改进，以及按照苹果黄蚜防控剂量需求实现吡虫啉精准对靶传递提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料与仪器

苹果黄蚜、‘红富士’苹果叶片均采自山西省晋中市榆次区庄子乡上黄彩村苹果园。

10%吡虫啉可湿性粉剂，河北省农药厂生产；乙二醇、甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺等药剂均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司生产；高效改性有机硅类功能助剂，菲蓝高新材料有限公司提供。

TM-3030 电子显微镜，由日本株式会社制造；OCA20 型光学视频接触角测量仪，由德国Dataphysics 公司制造；DCTA 25 表面张力仪，由德国Dataphysics 公司制造；UPH-I-20T 超纯水制造系统，由成都超纯科技有限公司制造。

1.2 试验方法

1.2.1 苹果叶片表面结构表征

取苹果叶片，用去离子水洗涤后，置于载玻片上自然晾干，然后剪成大小一致的长方形，避开叶片主脉，用双面胶固定于载物台上，喷金处理后分别在100×、200×显微镜下观察新梢叶片近轴面和远轴面表面结构并拍照。

1.2.2 苹果叶片表面自由能测定

参照文献［13］中固体表面自由能测试方法，选取苹果叶片，用去离子水洗涤后晾干，剪取小块（近轴面、远轴面），固定在载玻片上，置于接触角测量仪样品台，吸取2 μL 去离子水、乙二醇、甲酰胺和N,N-二甲基甲酰胺，分别滴于叶片近轴面及远轴面上，30 s 后测量接触角，控制温度在25±0.5 ℃。重复3 次，计算平均值，利用SCA21 软件计算叶片表面自由能及其分量。

1.2.3 药液表面张力测定

配制10%吡虫啉可湿性粉剂3 000 倍（生产中推荐的浓度）稀释液，分成3 份，分别添加质量浓度为0.01%、0.03%、0.05%的有机硅助剂。用吊片法测量其表面张力，每次测量前用蒸馏水冲洗铂金片并用酒精灯灼烧，确保误差不超过±0.2 mN/m。

1.2.4 田间药效试验

试验于2017 年7 月20 日在黄彩村进行。在10%吡虫啉可湿性粉剂推荐剂量3 000 倍稀释液中分别添加质量分数为0.01%、0.03%、0.05%的有机硅助剂，配制具有不同表面张力的喷雾药液。

选取苹果黄蚜分布均匀、密集的区域，设5 个处理：分别添加质量分数为0.01%、0.03%、0.05%有机硅助剂的和不加有机硅助剂的10%吡虫啉可湿性粉剂3 000 倍液，对照喷清水。每处理选择大小及树形一致的苹果树12 株，每株树分别在树冠东西南北中5个斱位统计活蚜数，共调查活蚜600头。于施药后1、3、7 d 调查虫口数。4 株树为1次重复，重复3 次。计算虫口减退率和防治效果。

虫口减退率（%）＝［（施药前虫口基数-施药后活虫数）/施药前虫口基数］×100

防治效果（%）＝［（处理区虫口减退率-对照区虫口减退率）/（1-对照区虫口减退率）］×100

2 结果与分析

2.1 苹果叶片表面形态

电镜扫描结果显示，苹果叶片近轴面（图1-a、c）和远轴面（图1-b、d）附有大量茸毛，近轴面较远轴面稀疏，远轴面附有高密度的茸毛，茸毛呈线状且不觃则分布，其以匍匐状覆盖于叶片表面，茸毛间相互交叉重叠形成了众多空隙。现有研究表明，植物表面密集的毛被不但可阻挡太阳辐射，防止水分蒸发，而且还可阻止小的刺吸式昆虫对叶片的伤害[14]。

2.2 苹果叶片表面自由能

从图2 可以看出，苹果叶片近轴面和远轴面的表面自由能分别为31.01、19.4 mJ/m2，色散分量所占比率分别为92.81%、80.41%，极性分量所占比率较小。根据色散分量和极性分量所占的比率，表明苹果新梢叶片更易于被以色散分量为主的农药药液润湿，而对以极性分量为主的药液而言，难于润湿叶片，容易发生药液的弹跳、滚落。参考聚甲基丙烯酸甲酯[15]（PMMA）以及聚四氟乙烯[16]（PTFE）的表面自由能，苹果新梢叶片近轴面属于疏水表面，而远轴面则属于高度疏水表面。

图2 ‘红富士’苹果叶片表面自由能

2.3 吡虫啉药液对苹果黄蚜的田间防效

从表1 可以看出，10%吡虫啉可湿性粉剂3 000倍液表面张力为42.72 mN/m，药后3 d 防效为80.27%，随着喷雾助剂浓度的增加，药液表面张力逐渐下降，防效逐渐增加。当溶液中的表面活性剂浓度增加到一定量时，表面张力下降速率变缓，当达到胶束浓度时，溶液表面张力将不再随浓度的增加而降低。当助剂浓度为0.03%～0.05%时，与不添加助剂的药液对苹果黄蚜的防效具有显著差异。助剂的添加，降低了药液的表面张力，提高了药液在苹果叶片的润湿性能，使药液有效沉积量增加。喷雾药液表面张力值越接近于苹果新梢叶片远轴面表面自由能值，对苹果黄蚜的防效越高。表面自由能的测定有助于指导筛选高效功能助剂及最佳剂量。

表1 吡虫啉药液对苹果黄蚜的田间防效

3 讨论与小结

研究寄主植物-有害生物-药液三者之间的互作关系是提高农药利用率、实施农药减量化的重要依据。寄主植物的生物性状对农药药液的润湿、黏附、沉积以及有害生物的行为活动产生不同程度的影响。

叶片是植物制造有机养料的重要器官，叶的表皮[17]除了覆盖着角质蜡层外，有的还存在茸毛等附生物质。角质蜡层[18]的存在既可以控制水分蒸腾，加强机械性能，防止病菌侵入，减少昆虫附着，又影响药液附着、润湿、铺展。苹果叶片近轴面、远轴面覆有密集的茸毛，远轴面较近轴面密集，茸毛对昆虫为害具有阻碍作用，不同植物的茸毛在位置、形态和功能上有巨大的差异[14]。Pandey 等[19]研究表明，茸毛的密度会影响叶片润湿性。叶片润湿性通常用接触角和表面自由能来评价，表面自由能对叶片润湿性能的评价在大豆[20]、水稻[21]、桃树[22]等作物上已广泛应用。叶片表面自由能大小及其分量所占比率是目前农药减量化研究中一个选择功能助剂种类和剂量的重要参数。苹果叶片远轴面表面自由能大于近轴面，二者表面自由能以色散分量为主，这就说明叶片更易被以色散分量为主的溶剂润湿，对于极性较强的水而言，则表现出疏水。为了使药液在叶片表面更好地润湿，需要加入能够降低药液极性的功能助剂。

以苹果叶片表面自由能及其分量大小为依据，选择添加高效有机硅助剂做进一步研究发现，随着助剂浓度的添加，喷雾药液的表面张力逐渐降低，药液在叶片表面也更容易润湿，对苹果黄蚜的防效也逐渐增加。而已有研究表明[23]，药液表面张力的降低仅对苹果红蜘蛛田间防治效果作用显著，对苹果黄蚜防效的影响则不明显，导致结果差异的原因可能是药剂、叶面特性、助剂三者综合作用的结果。

有效剂量是发挥农药药效的保障。通过对不同时期叶片结构及表面自由能的表征，选择喷雾助剂种类及用量，可以有效改善药液的理化性质，提高喷雾药液的对靶沉积效率。不同生长时期，苹果叶片的润湿性能不同，落花期和幼果期易润湿，果实膨大期和膨大后期不易润湿[12]。对于食叶害虫而言，在落花期和幼果期，喷雾药液应添加适量滞留剂，对于果实膨大期及后期应当加入润湿剂[13]，从而获得更高的经济和社会效益。

在吡虫啉防治苹果黄蚜的实际生产中，应根据苹果叶片近轴面与远轴面表面自由能大小选择喷雾助剂。在剂型加工过程中，添加适宜的助剂，使药液在推荐剂量下喷雾药液的表面张力在20～30 mN/m 时，有利于药液在新梢叶片表面润湿铺展，从而提高药液在靶标表面的润湿沉积效果，提高防治效果，实现减量目的。