Что такое сельскохозяйственные адъюванты и как они улучшают эффективность опрыскивания

Сельскохозяйственные адъюванты: наука о разработке рецептур, эффективность применения и данные по конкретным культурам

Каждая смесь для опрыскивания зависит не только от содержащегося в ней активного ингредиента. Физическое поведение раствора для опрыскивания — то, как он смачивает поверхность листьев, как противостоит испарению, как проникает в восковую кутикулу — почти полностью определяется вспомогательными веществами в сельском хозяйстве. Для разработчиков рецептур и агрономов, работающих над эффективностью баковых смесей, понимание химии адъювантов не является обязательным; он определяет, достигает ли активный ингредиент своей биологической цели вообще. В этом разделе рассматриваются классификация адъювантов, измеримые параметры эффективности, схемы применения для конкретных культур, а также соображения по составу, которые отличают стабильную баковую смесь от смеси, которая не пригодна в полевых условиях.

Понимание адъювантов в сельском хозяйстве

Адъювант – это любое вещество, добавляемое в состав спрея, которое изменяет физические, химические или биологические характеристики этого состава, не действуя при этом как пестицид. Адъюванты для сельскохозяйственных спреев действуют путем изменения поверхностного натяжения, распределения капель по размерам, скорости испарения, проникновения в кутикулу и совместимости баковых смесей. Один активный ингредиент может иметь двукратную или более разницу в полевой эффективности в зависимости исключительно от того, какая упаковка адъюванта его сопровождает, жесткости воды в месте нанесения и влажности окружающей среды в период распыления.

Этот механизм во многом является интерфейсным. Необработанная вода имеет поверхностное натяжение около 72 мН/м, что слишком велико, чтобы обеспечить равномерное распределение по поверхности листьев большинства сельскохозяйственных культур, особенно тех, которые имеют толстый эпикутикулярный восковой слой, таких как капустные растения, сорго или многие многолетние плодовые культуры. Адъюванты снижают это поверхностное натяжение, иногда до диапазона 22–30 мН/м, позволяя капле распыления схлопываться из почти сферической капли в сплющенную пленку, которая максимизирует площадь контакта с поверхностью листа. Это единственное изменение в геометрии ответственно за значительную долю повышения эффективности, приписываемого программам вспомогательного сельского хозяйства при выращивании пропашных культур, садах и овощеводстве.

Общие категории адъювантов и технические параметры

Выбор категории адъювантов требует сравнения сразу нескольких измеряемых параметров: снижение поверхностного натяжения, значение ГЛБ, профиль биоразлагаемости, склонность к пенообразованию и совместимость с жесткой водой. В таблице ниже перечислены типичные диапазоны параметров для категорий, наиболее часто используемых в составах сельскохозяйственных опрыскиваний.

Химические составы фосфатных эфиров, включая составы сельскохозяйственных адъювантов тристирилфенол этоксилатфосфата, занимают особую нишу в этом сравнении, поскольку фосфатная группа обеспечивает анионный характер поверх неионогенной этоксилатной основной цепи. Этот двойной характер улучшает толерантность к электролиту и устойчивость к жесткой воде по сравнению со стандартными этоксилатами алкилфенолов, поэтому производные эфиров фосфорной кислоты часто назначаются для регионов с высокой жесткостью воды или для баковых смесей, которые уже содержат несколько ионных активных ингредиентов.

Снижение поверхностного натяжения в зависимости от типа адъюванта

На приведенной ниже диаграмме показаны измеренные значения поверхностного натяжения 0,1% водного раствора для шести категорий адъювантов. Более низкие значения указывают на большую способность выравнивать капли опрыскивания на восковой поверхности листьев, что на практике означает более равномерное покрытие на единицу объема нанесенного раствора.

Для каких культур используются сельскохозяйственные адъюванты

Спрос на адъюванты не является одинаковым для разных культур. Морфология листьев, плотность кроны, время опрыскивания и химический состав обычно применяемых активных ингредиентов – все это определяет, какой класс адъюванта будет указан. Следующая разбивка охватывает основные группы сельскохозяйственных культур, для которых программы вспомогательного сельского хозяйства являются стандартной практикой.

Тристирилфенол этоксилат фосфат: технический профиль

Сельскохозяйственный адъювант тристирилфенол этоксилат фосфат представляет собой производное сложного эфира фосфорной кислоты, построенное на основной цепи тристирилфенол этоксилата. Структура тристирилфенола обеспечивает большую, объемистую гидрофобную группу, а длину этоксилатной цепи можно регулировать во время синтеза, чтобы сместить значение ГЛБ в диапазоне, подходящем для эмульгирования, диспергирования или смачивания. Концевая группа сложного эфира фосфорной кислоты придает анионный характер, что является причиной его особенно высоких характеристик в жесткой воде и баковых смесях с высоким содержанием электролитов по сравнению со стандартными неионными этоксилатами.

В практической работе над рецептурами этот химический состав чаще всего выбирается по трем причинам: его устойчивость к воздействию кальция и магния в источниках жесткой воды, его совместимость с широким спектром анионных и неионогенных со-реагентов и его стабильные характеристики эмульгирования в широком диапазоне pH. Эти свойства делают его частым выбором для составов эмульгируемых концентратов (EC) и суспензионных концентратов (SC), где стабильность баковой смеси в течение нескольких часов использования в полевых условиях является требованием рецептуры, а не удобством.

Задержка капель и реакция покрытия листьев

Помимо поверхностного натяжения, практической мерой, которая имеет значение в полевых условиях, является сохраняемый объем распыления на единицу площади листа — какая часть нанесенного раствора фактически остается на листе, а не стекает или отскакивает. Это значение резко возрастает по мере того, как концентрация адъюванта увеличивается от нуля до определенного порога, после чего дополнительный адъювант дает лишь незначительный выигрыш и, в некоторых химических процессах, снова начинает увеличивать сток из-за чрезмерного утончения пленки распыления.

Эта кривая отклика является основой для стандартных диапазонов рекомендаций, опубликованных на этикетках большинства адъювантных продуктов. Концентрации ниже 0,05% обычно демонстрируют лишь незначительное улучшение по сравнению с неочищенной водой, тогда как самый резкий прирост происходит между 0,05% и 0,2%. За пределами примерно 0,3–0,5% большинство химических составов поверхностно-активных веществ достигают плато производительности, а это означает, что дополнительный продукт увеличивает стоимость без пропорционального возврата эффективности - фактор, который имеет непосредственное значение для планирования затрат на баковую смесь в программах на больших площадях.

Наиболее часто используемые типы адъювантов в полевой практике

В мировом производстве пропашных и специальных культур неионогенные поверхностно-активные вещества остаются единственной наиболее широко применяемой категорией адъювантов, главным образом потому, что они обеспечивают широкую совместимость с химическими составами гербицидов, фунгицидов и инсектицидов без ионных взаимодействий, которые могут дестабилизировать определенные составы. В этой группе этоксилаты алкилфенолов и производные эфиров фосфорной кислоты, такие как фосфат тристирилфенола этоксилата, особенно широко используются в регионах, где жесткость воды является ограничивающим фактором для эффективности распыления.

Концентраты растительных масел и метилированные масла семян следуют за ними по общему объему, особенно при послевсходовом применении гербицидов на кукурузе и соевых бобах, где их проникающее действие на масляной основе специально подходит для преодоления густого кутикулярного воска, обнаруженного на видах травяных сорняков. Кремнийорганические поверхностно-активные вещества, хотя и используются в меньшем общем объеме, доминируют в сегментах дорогостоящих специальных культур, таких как фруктовые деревья и виноградарство, где их исключительно низкое поверхностное натяжение оправдывает более высокие затраты на единицу продукции.

Потенциальные побочные эффекты и факторы риска

Использование адъювантов сопряжено с риском, а побочные эффекты обычно делятся на три категории: фитотоксичность, нестабильность состава и непреднамеренное взаимодействие с окружающей средой.

Параметры рецептуры и контроля качества

Для разработчика рецептуры, определяющего сырье для адъювантов, согласованность между производственными партиями так же важна, как и сам базовый химический состав. Изменение степени этоксилирования, содержания свободных фосфатов или остаточных уровней реагентов может изменить значение ГЛБ и характеристики жесткой воды такими способами, которые трудно обнаружить до тех пор, пока готовая баковая смесь не будет проверена в полевых условиях. Контроль качества на этапе производства адъювантов на основе эфиров фосфорной кислоты и этоксилатов обычно отслеживает следующие параметры.

Гибкость формулировок является еще одним практическим соображением. Степень этоксилирования можно регулировать во время синтеза, чтобы сместить сложный эфир тристирилфенолфосфата в сторону более высокого ГЛБ для вододиспергируемых применений или в сторону более низкого ГЛБ для эмульсионных систем с непрерывной нефтью. Концентрацию также можно регулировать в соответствии с платформами для приготовления эмульгируемых концентратов, суспензионных концентратов или вододиспергируемых гранул, что позволяет использовать один и тот же базовый химический состав для обслуживания нескольких типов последующих продуктов без необходимости использования совершенно нового сырья.

Выбор адъюванта для конкретных условий применения

При выборе адъюванта следует учитывать химический состав источника воды, структуру покрова целевой культуры, время внесения в зависимости от температуры и влажности, а также ионный характер каждого другого компонента, уже присутствующего в баковой смеси. Приведенные ниже соображения суммируют практические моменты принятия решений, наиболее важные для отбора на местах.