Адъюванты помогут земледельцам значительно повысить эффективность систем защиты культур и снизить затраты. Как? О теории и практике использования адъювантов подробно рассказывает Лариса Степановна Елиневская – начальник отдела разработки препаративных форм компании «Август».
Итак, что такое адъюванты? Это химические вещества (или смесь веществ), позволяющие изменять биологическую активность пестицида и модифицировать его физико-химические свойства. Все адъюванты делятся на два типа.
Адъюванты-активаторы увеличивают биологическую эффективность обработки за счет улучшения проницаемости препарата через кутикулу и увеличения степени транслокации действующего вещества (д. в.) в клеточном пространстве.
Адъюванты-модификаторы модифицируют физико-химические свойства препарата-партнера, способствуют совмещению различных препаратов в рабочем растворе, эффективному прилипанию и растеканию капель рабочей жидкости, уменьшают ее снос и препятствуют высыханию и кристаллизации капель.
Без сомнения, процессы активации и модификации взаимосвязаны – результат применения адъюванта может быть комплексным, так как каждый из адъювантов вносит свой вклад в процессы модификации и активации.
Чтобы понять, как работают адъюванты, нужно разобраться, какие процессы происходят при опрыскивании. Момент его начала, который длится очень короткий промежуток времени, можно разделить на несколько этапов.
Первый этап – формирование капель при распылении. Он длится не более 20 миллисекунд. Как только капли сформировались, часть из них сносится под действием тока воздуха; длится этот этап от 100 до 400 миллисекунд. Далее капли, которые не улетели, должны попасть на лист и удержаться на его поверхности. При этом с ними тоже происходят удивительные метаморфозы. Если капля попала на лист, она должна смочить его, и в этот момент начинается другой, более тонкий процесс – испарение воды и образование пленки. Все эти этапы пролетают мгновенно – от 10 миллисекунд до 1 секунды. Но влияние их на биологическую эффективность обработки колоссально. В итоге начинается процесс проникновения капель через эпикутикулярные воска и кутикулу растений и затем перемещение до целей воздействия пестицида.
Каким образом адъюванты влияют на все эти микропроцессы? Первый этап – формирование капель при распылении. Здесь из теории известно, что чем ниже поверхностное натяжение, которое создает адъювант в растворе, и чем ниже вязкость раствора, тем меньше размер образующихся капель. Раньше, до внедрения современных опрыскивателей, было важно еще то, что за счет адъюванта увеличивается угол распыла. Но сейчас это, конечно, не является столь существенным. Но вот размер капель уменьшится. Хорошо это или плохо, определяется на следующем этапе.
Когда размер капель меньше 120 микрон, идет интенсивный процесс их сноса. И этот снос может «съесть» до 60 % препарата! Все унесется в никуда либо на соседнее поле, а миграция частиц, например, в районе 80 микрон составляет до нескольких километров. И тогда придется разбираться, почему препарат, примененный на зерновых, повредил сахарную свеклу на достаточно большом расстоянии.
Таким образом, чем меньше поверхностное натяжение жидкости, чем меньше капля, тем больше снос. Для его снижения необходимо увеличить вязкость рабочего раствора путем введения полимерных или вязкопластичных добавок либо увеличить размер капель. Таким образом, на два первых этапа опрыскивания одни и те же адъюванты оказывают противоположное действие. То есть, на первом этапе они нам помогают, на втором – создают необходимость дополнительных добавок или настроек техники.
Следующий вопрос – как удержать каплю на поверхности листа? Когда она попадает на лист, с ней тоже происходят всевозможные метаморфозы. Например, ударившись о поверхность, капля разбивается на микрокапли, часть из которых отскакивает от поверхности листа, и фактически их эффективность будет сводиться к нулю. Также часто встречается такое явление, как частичный отскок капли. Именно частичный – из капли выделяется часть, улетает, а остается капля гораздо меньшего размера. И третий, самый важный процесс, против которого в основном надо бороться, это так называемый «пинг-понг» эффект, когда капля ударилась о лист и улетела целиком. Наша основная задача предотвратить «пинг-понг» эффект и мягко осадить каплю на поверхность растения.
Для этого нам необходимо, чтобы кинетическая энергия капли при попадании на поверхность листа рассеялась. А достичь этого можно только быстрым уменьшением динамического поверхностного натяжения. То есть здесь опять необходимо влияние адъювантов. Итак, на третьем этапе адъюванты снова положительно действуют на процесс обработки.
Следующий этап – смачивание поверхности листа. Здесь основным параметром является краевой угол смачивания. Чем он меньше, тем капля лучше растекается, тем большую поверхность она занимает. Это свойство чрезвычайно важно для всех контактных препаратов, однако оно не столь однозначно для системных пестицидов. Очень низкое поверхностное натяжение и, соответственно, малый краевой угол смачивания могут привести к объединению нескольких капель на листе и к их стеканию, особенно на листьях злаковых растений. То есть можно взять очень эффективный адъювант, а результат получить хуже, чем без него… Мы специально занимались этим вопросом, закладывали испытания в нашей лаборатории искусственного климата, изучали физико-химические показатели. И определили несколько критических моментов, с которыми могут столкнуться земледельцы на практике.
Например, мы испытывали наш граминицид на зерновые культуры Ластик экстра (в состав которого и так входит комплекс ПАВ, поэтому эти опыты имели чисто модельный характер) с разными адъювантами, в том числе с любимым всеми Адью. И получили эффективность от использования этого гербицида с Адью ниже, чем у чистого Ластика экстра! Трижды повторяли опыты, и результат был совершенно одинаков. Оказалось, что Адью за счет создания достаточно низкого краевого угла смачивания приводит к объединению капель рабочей жидкости на всей поверхности листа, и эффективная концентрация действующего вещества на сорной растительности резко уменьшается, что в итоге приводит к снижению биологической эффективности препарата.
Следующий этап – испарение воды и образование пленки препарата на листе. Когда капля попала на растение, из нее сразу же начинает испаряться вода. Причем процесс испарения происходит достаточно быстро, даже если температура воздуха невысокая. Если этот процесс сопровождается кристаллизацией д. в., то его эффективность сразу понижается. Поэтому важно подобрать такой адъювант, который будет способствовать образованию жидкокристаллической структуры при высыхании капли, когда пленка есть, а кристаллов нет. Только в этом случае испарение воды не приведет к потере эффективности. Следует иметь в виду, что чем ниже краевой угол смачивания, тем быстрее капля испаряется. То есть в данном случае положительный эффект адъюванта на стадии смачивания может сыграть отрицательную роль при испарении.
Следующий этап – проникновение препарата через эпикутикулярные воска растений и кутикулу. Д. в. должно пройти достаточно большой путь для того, чтобы достичь своей цели, которая чаще всего находится под поверхностью кутикулы и восков, которые покрывают растения.
Выделяют три основных пути для проникновения д. в. Первый – липофильный. В этом случае пестицид растворяется в кутикулярных восках и за счет простой диффузии проходит дальше, до цели. Второй проводящий путь – водный, когда пестицид адсорбируется через водоподающие каналы кутикулы, размер которых составляет 0,6 - 5 нанометров. И третий путь – проникновение через устьица, размер которых доходит до 100 нанометров. Третий путь, несмотря на то, что про него всегда очень много пишут, не так уж эффективен – доля веществ, проникающих через устьица, минимальна. Поэтому базовыми являются два первых проводящих пути. И, наконец, только после того как д. в. проникло вглубь растения, оно начинает работать.
Основной принцип подбора адъюванта на стадии проникновения пестицидов такой: если д. в. проникает липофильным способом, то и адъювант должен проникать таким же способом, а для гидрофильного д. в. необходимо использовать гидрофильный адъювант. Второе – скорость проникновения д. в. пестицида должна соответствовать скорости проникновения адъюванта.
