【农药行为与生物学效应】
拼译：behaviour of pesticide and biological effect
农药对生物体产生致毒作用之前，通常要经过不同的历程并表现出相应的行为特征。这些行为特征决定于农药本身的物理化学性质、农药的喷施手段和方法以及环境条件因素。农药行为对农药的剂量转移效率、农药的沉积分布、农药同生物体的接触机率以及农药的吸收和扩散都有直接影响，并最终表现为农药的实际防治效果。因此，研究农药行为与生物学效应的相关性，是提高化学防治效果和农药有效利用率的一项基础性研究。 农药行为对防治效果的影响早在19世纪末已引起注意。1900年，欧沃顿和梅耶(E．Overton和H．Meyer)首先报导了药剂的脂溶性和油／水分配系数对蚜虫触杀作用的影响，后为许多人的研究所证实。1909年，托比(J．Traube)又发现药液的表面张力降低，有利于药剂进入蚜虫气管而表现出较强的触杀效果。到本世纪20～40年代，这一领域的研究日益活跃，并发展到农药在田间作物上的行为。许多人(C．Stellwaag，1923；R．M．Wodman，1924等)研究了雾滴在叶面上的接触角、湿润展布行为的生物学效应。伊文思和马丁(A．C．Evans和H．Martin，1935)注意到药液从叶面上流失和滚落行为的区别，并从药液在叶面上的湿润能力及接触角进行了研究。1936年，文策尔(R．N．Wenzel)进一步研究发现了叶面糙度对药液展布的影响，提出了液滴在粗糙表面上的接触角是表观接触角(称为Wenzel氏角)比光滑表面上的接触角大，相应的生物学效果也比较低。有人发现雾滴在湿润能力差的情况下，在叶表面沉落时会发生弹跳现象，并发现较细的雾滴不易弹跳(R．T．Brunskill，1956)。对固体粉粒的行为特征包括粉粒在空中的运动和飘悬、在植物表面上的沉积和分布、粉粒的摩擦带电行为以及吸收和吸附行为等也进行了比较广泛的研究。1921年，摩尔(W．Moore)最早发现了叶面带有负电荷并能吸引带正电荷的粉粒。1944年，威尔逊等(H．F．Wilson)报告了粉粒带电现象及其对粉粒运动行为的影响。1951年，勃朗(A．W．A．Brown)根据滴滴涕对蚊虫的致死剂量及田间蚊虫的种群数量，推算出实际用药量比理论推算需药量高出3000倍之多。这一分析激发了对农药行为的更加积极活跃的研究。1943年，赫斯特(H．Hurst)在用除虫菊油剂气雾防治田间蚊群中，发现了细雾滴的效果显著高于粗雾滴，同时苏利文及古德威(W．N．Sulivan和L．D．Goodhue，1942)用Peet-Grady法证明了细雾滴能在空中悬浮很长时间，这一行为特征乃是细雾滴能获得更好的生物效果的重要原因。后来许多人积极展开了雾滴运动行为同细度的相关性研究，并引用了流体动力学的原理和方法。1947年，布鲁克斯(F．A．Brooks)用流体动力学方法证明了雾滴在生物靶体上的沉积行为受雾滴细度、靶标迎风面积以及气流速度的综合影响。1948年，赫梯(H．Hurtig)等又查明了靶体的几何形状对雾滴沉积行为的影响。这些研究工作推动了现代农药使用技术研究中对农药行为的系统性研究，并触发了农药使用技术的变革和发展。表1 某些生物体所能捕获的最佳粒径 
20世纪50年代初，乔伊斯(R．J．V．Joyce)等人在防治非洲沙漠蝗的研究中，根据活动靶标对雾滴的动态捕获理论，提出了用低容量、高浓度药液的细雾喷撒法防治沙漠蝗并取得成功，从而产生了超低容量喷雾法新技术，成为农药使用技术发展史上的一项重大突破。60年代，(R．D．MacCuaig)等人研究了生物体对不同细度雾滴的选择性捕获能力，发现不同的生物体对各种细度的雾滴捕获能力有明显差异。哈达威和巴罗(A．B．Hardaway和F．Barlow，1965)的风洞试验证明，在有风的条件下，20～60μm的雾滴能在采采蝇成虫体上大量沉积，而在采采蝇栖息的植物枝条上很难沉积。海默尔和伍克(C．M．Himel和S．Uk，1975)在总结各方面试验结果的基础上进行了典型靶标的试验以后，提出了生物最佳粒径学说，成为现代农药使用技术研究的重要理论依据。这项学说表明，根据期望获得的生物学效果，可以根据该生物体的形态特征及其对雾滴的选择捕获能力来选用适当的喷撒机具产生所需的雾滴。马修斯(G．A．Matthew S，1979)把这方面的研究结果总结为：飞翔中的昆虫所需的最佳粒径为10～50μm，栖息在叶面上的昆虫所需的最佳粒径为30～50μm，叶片上的为40～100μm，土壤施药为250～500μm的粗雾。但是雾滴落到生物体表面上是一个动态的撞击过程，撞击时雾滴会根据撞击的势能而产生不同的变化。杨氏(W．Young，1980)利用高速摄影的方法发现，在低的撞击能量下雾滴只发生轻微的变形或不变形，能稳定沉积；在中等的撞击能量下雾滴则发生变形，展成液饼，边缘可能碎裂或不碎裂，最后再回缩；而在高能量撞击下雾滴则处于不稳状态，容易发生碎裂和弹跳。适宜的助剂可以改变这种行为。药液的粘度、表面张力和雾滴的细度均会影响这一过程。细雾喷撒法由于雾滴细，一般能稳定沉积。为了提高雾滴在生物体上的沉积能力和沉积效率，1964年菲力次(N．J．Felici)研究了静电喷雾方法，使喷出的雾滴带有电荷，赋予雾滴以新的行为特征。带电雾滴容易被生物体捕获并能稳定沉积。1979年，柯菲(R．A．Coffee)成功地发展了一种可商品化的静电喷雾器具，取得了一次新的技术突破。这种施药技术可以获得极高的沉积效率，以至每公顷的施药液量只需1．5L，雾滴不发生飘移，在叶面撞击时也不会发生明显的雾滴弹跳行为。因此，静电喷雾法一时被视为近乎完全理想的一种施药技术。细雾滴的行为特征，总体上说是有利于提高农药的生物学效应的，但细雾滴同时又受气流的干扰，容易偏离靶标而造成细雾的飘移，进入环境而引起污染。静电喷雾法可以克服这个缺点，但是在实际应用时发现带电雾滴首先被上层叶片所拦截，而作物中下层不易受到药剂。因此目前这项技术对作物株冠层的通透性能相当差，从而在作物整体的防治效果上还不理想。希斯洛(E．C．Hislop，1983)提出用风速小而风量大的气流来辅助静电喷雾，已初步获得成功。用低风速、大风量的气流来改变农药雾滴的运动行为和沉积行为，已经在多种施药技术上取得成功(Tu Yuqin，1990)。在农药行为的研究领域中还有许多有待探索和开发的方面。农药的飘移行为是近年来备受关注的重要问题。海默尔(1981)将它区分为田内飘移和田外飘移。田内飘移是指农药散落在非靶标部分，导致农药的损失和整体水平上生物效应的降低。田外飘移是指农药随气流散失到大气中而扩散到田外非靶标地区的部分，同样导致农药的损失和整体水平上生物效应的降低，而且导致农药对环境的污染。已经对飘移的原因进行了大量研究，今后将着重于研究解决的办法。静电喷雾是非常有效的技术，用适当的气流来控制带电雾滴的运动行为也将是有效办法之一，还可能从农药的剂型结构方面探索新的办法。在田间机械化喷雾时由于高压所引起的细雾飘移，最近已成功地利用气流加以解决。在喷杆喷头上加装一长袖状的筒，用一轴流风机向袖状筒中送入适当风量的低速气流，就可以把细雾完全压回到作物丛中从而消除飘移。这项研究已引起了人们很大兴趣，将获得很大的发展。农药细雾喷撒早已证明是效率最高的施药技术，细雾在生物靶体上的沉积行为也已基本研究清楚。今后将着力于研究解决在各种农田和园林条件下控制细雾运动行为的技术。沉积在作物表面的农药如何扩散和渗透，是农药的微观行为，直接影响其生物学效应。近年来已利用扫描电镜技术对这种微观行为进行了广泛研究，观察到农药剂型结构对于微观行为有极大影响，这必将导致农药型的重大发展。【参考文献】：1 Brown A W A．Insect control by chemicals．New York：John Willey，Bros，19512 Joyce R J V．FAO Plant Protection Bulletin，，1955，3：863 Hardaway A B，Barlow F．Ann．Appl．Biol．，1965，55：2674 Wade Van Valkenburg．Pesticide Formulations．Marcel Dekker Inc．New York，19735 Himel C M，Uk S．Proc．5th Agric．Avia．Congr，1975，2346 Hartley G S，Graham-Bryce I J．Physical Principles of Pesicide Behaviour．London／New York：Academic，1980，1：2(中国农业科学院植物保护研究所屠予钦研究员撰) |