表面活性剂在叶面肥中的应用与进展

研究与开发

表面活性剂在叶面肥中的应用与进展

肖　艳,唐永康,曹一平3,王敬国

(中国农业大学资源与环境学院植物营养系,北京　100094)

[关键词]表面活性剂;叶面肥;协同作用

[摘　要]表面活性剂可以改善喷施液的表面活性,有利于叶面肥在作物叶面上的润湿、粘附与渗透,增加作物叶片对养分的吸收率。不同表面活性剂的助吸效果有一定差异,如果使用不当,容易引起叶面伤害、养分利用率降低等不良反应。复合型表面活性剂表现出协同增效作用,可以显著提高表面活性剂的助吸效果,在叶面施肥中得到了广泛的应用。随着人们对环境问题的关注,无公害类表面活性剂的应用逐渐得到了重视。

[中图分类号]TQ447.4 [文献标识码]A [文章编号]10076220(2003)04001403

Application of surfactan ts i n fertilizer for foli a ge dressi n g and its progress

X I AO Yan,TAN G Yong kang,CAO Y i p ing,W AN G J ing guo

(D ep art m ent of P lant N u trition,Colleg e of R esou rces and E nv ironm ent,Ch ina A g ricu ltu ral U niversity,B eij ing100094,Ch ina)

Key words:su rfactan t;fo liar fertilizer;synergistic effect

Abstract:Su rfactan ts are capab le of i m p roving the su rface activity of fo liar fertilizers and are good at the nu trien ts’up take by i m p roving the w etting,adhesi on and p er m eati on ab ility on to crop leaves.B ecau se of the differen t p rop erties,the i m p roper app licati on of su rfactan ts w ill lead to fo liar in ju ry,low er nu triti on efficiency and o ther undesired con sequences.Show ing synergistic effect,com pound su rfactan ts enhance the adso rp ti on effects and are w idely u sed in fo liar fertilizers.W ith increasing environm en tal p rob lem s, nu isanceless su rfactan ts are being paid m o re atten ti on.

自Griss报道将FeSO4溶液涂抹在葡萄叶片上用于纠正缺铁黄化症以来,人们对不同形态和种类的养分叶面喷施吸收效果进行了研究,结果表明,作物通过叶面吸收的养分与通过根部吸收的养分一样可以被作物利用[1]。与土壤施肥相比,叶面施肥具有养分吸收快、利用率高、使用方便等特点。随着集约化农业的发展,叶面施肥已经成为一项重要的施肥技术措施。与此同时,国际及国内市场上出现了多种多样的叶面肥,对农业生产的发展作出了重要的贡献。但是,作物通过叶面对养分的吸收机理及养分运输途径与根部养分吸收有明显的差异,了解作物的叶片结构、养分吸收机理及其对叶面养分吸收的影响,对克服叶面养分吸收障碍,提高养分利用率是至关重要的。

1　叶片结构的生物化学特征

高等陆生植物的叶片一般由表皮、叶肉、叶脉三部分组成,叶面即指叶片表皮的外侧,覆有蜡质层和角质层。作物叶片最外层的蜡质层由脂肪酸、酯类、酮、醇、类萜、醛等有机物组成[2],具有防止病毒侵入,降低水分非气孔损失,抵抗害虫咬噬,抗寒以及减少太阳辐射造成的伤害等多种作用[3～6]。位于蜡质层以内的角质层,其组成成分则较为复杂,不同植物叶片的角质层化学成分、结构、形态等有很大差异[7]。角质层的外层几乎完全由角质组成,内层由含有一定数量角质的纤维素和果胶混合物组成。角质层由疏水物质组成,水分及养分无法通过,但其中夹杂有多聚糖、氨基酸、蛋白质等亲水成分,可以作为水溶液进出的通道。养分也可以通过气孔以及叶毛与叶片交接处进入叶肉细胞,不同作物养分通过叶表进入叶肉细胞的途径可能有很大的差异[8]。叶片下表面的蜡质层和角质层数量一般少于上表面,气孔的数量也相对较多。因此,多数作物叶片下表面对养分的吸收效率高于上表面[9],所以,叶面施肥应尽量喷施于叶片上下两表面,以增加养分吸收量。

叶片最外侧的蜡质层具有疏水性,使作物叶片表面成为一种低能表面,造成养分喷施液与叶面之间的界面接触角大于90°,喷施液无法润湿叶面。另外,蜡质层一般非常粗糙,而且分布不均匀,结果使

[收稿日期]20030304

[作者简介]肖艳(1970),男,山东郓城人,中国农业大学博士研究生。

3通讯作者曹一平,女,中国农业大学教授。

2003年7月第18卷第4期

磷肥与复肥

Pho sphate&Compound Fertilizer

July2003

V o l.18N o.4

接触角Η进一步增大,喷施液对叶面的润湿性更差,在叶面上形成易滚落的水珠。养分在作物叶面的润湿是养分向叶片内部渗透的重要前提[10,11],因此,必须克服蜡质层造成的障碍,减小喷施液与作物叶片之间界面接触角,使喷施液在叶面上得以铺展润湿,才可以提高养分的吸收率。人们在进行叶面施肥的研究中,发现在喷施液内加入一定量的表面活性剂后可以明显改变喷施液的表面性质,增加喷施液在叶面的润湿作用。另外,表面活性剂还具有保湿、粘着、助渗的作用,极大地促进了养分的叶面吸收效果[12]。表面活性剂这种良好的表面活性性质,甚至能降低作物害虫虫体表面活性,破坏其表面蜡质层,提高农药使用效果,还可以利用高浓度化肥的渗透作用杀死害虫,这种方法可以减少农药用量,而且无公害、成本低[13],具有良好的发展前景。自19世纪发现磺化油的表面活性以后,人们已经研制成功大量的表面活性剂,由于其良好的叶面助吸作用,表面活性剂成为叶面施肥中不可缺少的重要成分,对提高叶面的养分吸收效率具有明显的作用,它的使用已经成为叶面肥研制与应用中的一项关键技术。

2　表面活性剂的类型及其作用原理

2・1　表面活性剂的类型及特性

表面活性剂是指一类低浓度即可明显地改变溶剂(一般指水)表面性质的物质[14],由疏水亲油的非极性基和亲水疏油的极性基组成,属于一种两亲性(亲油和亲水)分子。表面活性剂具有在溶液表面产生定向吸附的特性,可以改变溶液的表面活性性质,如降低溶液表面张力,改变固体表面润湿性,增加溶质水溶性等。根据其所起的作用,表面活性剂可以称为润湿剂(H um ectan ts agen t)、铺展剂(Sp readers agen t)、助溶剂(Co so lven ts)、渗透剂(Penetran ts)、乳化剂(Em u lsifying agen t)、消泡剂(A n tifoam a2 gen t)、分散剂(D isp ersing agen t)等。

根据表面活性剂在水溶液中能否解离及解离后所带电荷的类型,可以将其分为阴离子型、阳离子型、两性离子型及非离子型等4大类。阴、阳离子型表面活性剂由于受溶液pH值、无机盐类等因素的影响较大,对无机养分的助吸效果尤其是在高浓度无机养分类叶面肥的配制中受到很大限制。而两性离子表面活性剂具有低毒及良好的生物降解特性,且与其它表面活性剂有良好的配伍性,一般可产生协同增效作用。非离子型表面活性剂在营养液中稳定性高,不受无机盐类以及pH值的影响,一般无毒,与其它表面活性剂相溶性好。后两类表面活性剂还有很好的抗硬水能力,因此,在叶面施肥中得到广泛的应用。

2・2　表面活性剂对养分的助吸作用原理

覆有蜡质层的叶面具有低能表面的特征,使叶面肥喷施液无法在叶面润湿,不利于作物叶片对养分的吸收。而在喷施液中加入表面活性剂以后,则可以明显降低肥液的表面张力ΧLV,同时表面活性剂中疏水的碳氢链通过色散力吸附于叶面蜡质层的表面,其亲水基深入喷施液内形成定向吸附膜,降低了喷施液与蜡质层之间的界面张力ΧS L。根据杨氏方程ΧS V-ΧS L=ΧLV co sΗ,为了维持方程两边的平衡,co s Η必须增大,因此,接触角Η将变小,增加喷施液在叶面的润湿作用。表面活性剂还具有溶解叶表蜡质的作用[15],可以增大作物叶片表面能ΧS V,使接触角Η进一步变小,更有利于喷施液在作物叶面的润湿,增加叶片对养分的吸收率。

喷施液养分的吸收效果还受喷施液向叶片内部渗透能力大小的影响,养分对叶片的渗透是一种被动的扩散过程,其扩散作用与养分离子的性质、浓度、组成等因素有很大的关系。养分在叶面渗透的过程可以看作是养分对蜡质与角质组成的多孔固体的渗透过程,是一种毛细现象。毛管力∃p是发生渗透过程的驱动力,若喷施液中不含表面活性剂时,其在蜡质或角质的孔壁上所形成的接触角Η>90°,则毛管力∃p<0,方向指向叶片外部,对喷施液的渗透有阻挡作用,蜡质层致密以及角质层中极性通道孔径太小,都可使这种阻力加大。如果在喷施液中加入了表面活性剂,则可以降低喷施液的表面张力以及孔壁与喷施液之间的界面张力,使接触角Η减小,当表面活性剂的作用达到一定程度时,毛管力∃p>0,其方向与喷施液的渗透方向一致,促进喷施液向叶片内部渗透。表面活性剂还可以增加喷施液的吸湿性、保温性以及在叶面的粘着能力,因此,可以延长叶片对养分的吸收时间,增加叶片对养分的吸收。

国内外科技工作者对表面活性剂的助吸效果做了大量研究,结果表明,多种表面活性剂对作物叶面养分的吸收有良好的助吸作用:如L77可以明显地促进柑橘和菜豆叶片对Fe的吸收,减少缺铁黄化症的发生,还可以减轻单纯施用FeSO4所造成的叶面伤害[16,17]。喷施液中加入Tw een80和Tw een 20可以增加苹果叶片对尿素的吸收,在2～5h内尿素的吸收率比不加表面活性剂的对照增加达1倍以上[18]。DM SO可以促进玉米叶片对K、Fe、NO3等离子的吸收[19],烷基聚氧乙烯基醚(PPJ)有利于大豆

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第18卷第4期

肖　艳等 表面活性剂在叶面肥中的应用与进展