Hướng dẫn về chất bổ trợ nông nghiệp: Các loại thuốc phun, công dụng và cây trồng

Chất bổ trợ nông nghiệp: Khoa học công thức, Hiệu suất ứng dụng và Dữ liệu cụ thể về cây trồng

Mỗi hỗn hợp bình xịt phụ thuộc nhiều hơn vào thành phần hoạt chất bên trong nó. Hoạt động vật lý của dung dịch phun - cách nó làm ướt bề mặt lá, cách nó chống bay hơi, cách nó xuyên qua lớp biểu bì dạng sáp - hầu như bị chi phối hoàn toàn bởi các chất bổ trợ trong nông nghiệp. Đối với các nhà lập công thức và nhà nông học đang nghiên cứu hiệu suất trộn trong bể, việc hiểu rõ hóa chất bổ trợ không phải là điều bắt buộc; nó xác định liệu một thành phần hoạt động có đạt được mục tiêu sinh học hay không. Phần này xem xét việc phân loại tá dược, các thông số hiệu suất có thể đo lường được, mô hình ứng dụng dành riêng cho cây trồng và các cân nhắc về công thức để tách hỗn hợp bể ổn định khỏi hỗn hợp bể không thành công trên hiện trường.

Hiểu biết về chất bổ trợ trong nông nghiệp

Chất bổ trợ là bất kỳ chất nào được thêm vào công thức phun làm thay đổi hiệu suất vật lý, hóa học hoặc sinh học của công thức đó mà bản thân nó không hoạt động như một loại thuốc trừ sâu. Các chất bổ trợ phun nông nghiệp hoạt động bằng cách thay đổi sức căng bề mặt, sự phân bố kích thước giọt, tốc độ bay hơi, độ xuyên qua lớp biểu bì và khả năng tương thích với hỗn hợp bể. Một thành phần hoạt chất duy nhất có thể cho thấy sự khác biệt gấp hai lần hoặc lớn hơn về hiệu quả thực địa tùy thuộc hoàn toàn vào gói tá dược đi kèm, độ cứng của nước tại thời điểm sử dụng và độ ẩm xung quanh trong cửa sổ phun.

Cơ chế phần lớn là giao diện. Nước chưa được xử lý có sức căng bề mặt gần 72 mN/m, quá cao để có thể trải đều trên hầu hết các bề mặt lá cây trồng, đặc biệt là những lá có lớp sáp biểu mô dày như đồng thau, lúa miến hoặc nhiều loại cây ăn quả lâu năm. Các chất bổ trợ làm giảm sức căng bề mặt này, đôi khi xuống khoảng 22–30 mN/m, cho phép giọt phun xẹp xuống từ một hạt gần hình cầu thành một màng phẳng giúp tối đa hóa diện tích tiếp xúc với bề mặt lá. Sự thay đổi hình học duy nhất này góp phần tạo ra phần lớn hiệu quả đạt được nhờ các chương trình nông nghiệp bổ trợ thông qua trồng cây theo hàng, vườn cây ăn trái và sản xuất rau.

Chất kích hoạt Tá dược

Chất bổ trợ hoạt hóa ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất sinh học của hỗn hợp bể. Nhóm này bao gồm các chất hoạt động bề mặt, chất thẩm thấu và chất dán rải có nhiệm vụ tăng lượng hoạt chất thực sự đến được vị trí mục tiêu - bên trong lá, trên lớp biểu bì côn trùng hoặc trên thành bào tử nấm. Các chất hoạt động bề mặt không ion, chất hoạt động bề mặt organosilicon, chất cô đặc dầu thực vật và dầu hạt bị methyl hóa đều thuộc loại này. Bởi vì chúng làm thay đổi lượng hoạt chất được hấp thụ nên chất bổ trợ hoạt hóa là nhóm có mối liên hệ chặt chẽ nhất với những thay đổi có thể quan sát được trong hiệu quả kiểm soát và cũng là nhóm mà việc sử dụng quá mức có nhiều khả năng gây tổn thương do độc tố thực vật nhất.

Chất bổ trợ có mục đích đặc biệt (Tiện ích)

Các chất bổ trợ có mục đích đặc biệt giải quyết vấn đề vật lý hoặc hậu cần trong bể phun thay vì thúc đẩy sự hấp thu sinh học. Các chất giảm trôi, chất khử bọt, chất điều hòa nước, chất đệm và axit hóa, chất tương thích và chất cô đặc chống tạo bọt đều thuộc nhóm này. Ví dụ, chất điều hòa nước cô lập các ion canxi và magie trong nguồn nước cứng để glyphosate hoặc các hoạt chất nhạy cảm với ion khác không bị vô hiệu hóa trước khi chúng đến lá. Những chất bổ trợ hữu ích này hiếm khi làm thay đổi đường cong hiệu quả nội tại của hoạt chất, nhưng sự vắng mặt của chúng có thể khiến một chương trình được thiết kế tốt thất bại hoàn toàn do sự đối kháng, kết tủa hoặc tắc nghẽn vòi phun.

Các loại tá dược phổ biến và thông số kỹ thuật

Việc lựa chọn loại tá dược đòi hỏi phải so sánh nhiều thông số có thể đo lường cùng lúc: mức giảm sức căng bề mặt, giá trị HLB, đặc tính phân hủy sinh học, xu hướng tạo bọt và khả năng tương thích với nước cứng. Bảng dưới đây liệt kê các phạm vi thông số đại diện cho các loại được chỉ định thường xuyên nhất trong công thức phun thuốc nông nghiệp.

Danh mục bổ trợ	Sức căng bề mặt (mN/m)	Phạm vi HLB	Khả năng chịu nước cứng	Tỷ lệ sử dụng điển hình
Chất hoạt động bề mặt Organosilicon	20 – 22	10 – 12	Trung bình	0,05 – 0,1% v/v
Alkylphenol ethoxylat không ion	28 – 32	12 – 14	Trung bình	0,1 – 0,25% v/v
Tristyrylphenol etoxylat photphat	26 – 30	13 – 16	Cao	0,1 – 0,5% v/v
Dầu hạt đã methyl hóa (MSO)	28 – 34	không áp dụng	Thấp	1 – 2 đ/mẫu Anh
Dầu thực vật cô đặc (COC)	30 – 35	không áp dụng	Thấp	1 – 2% v/v
Chất điều hòa nước (loại AMS)	Không áp dụng	không áp dụng	Cao	8,5 – 17 lb/100 gal

Các hóa chất este photphat, bao gồm các công thức tá dược nông nghiệp tristyrylphenol ethoxylate photphat, chiếm một vị trí khác biệt trong so sánh này vì nhóm photphat cung cấp đặc tính anion trên đỉnh khung ethoxylat không ion. Đặc tính kép này giúp cải thiện khả năng chịu đựng chất điện phân và độ ổn định của nước cứng so với alkylphenol ethoxylate tiêu chuẩn, đó là lý do tại sao dẫn xuất este photphat thường được chỉ định cho những vùng có độ cứng của nước cao hoặc cho hỗn hợp bể chứa đã chứa nhiều thành phần hoạt tính ion.

Giảm sức căng bề mặt theo loại tá dược

Biểu đồ dưới đây đo sức căng bề mặt của dung dịch nước 0,1% cho sáu loại tá dược. Các giá trị thấp hơn cho thấy khả năng làm phẳng các giọt phun trên bề mặt lá sáp lớn hơn, điều này trong điều kiện thực tế có nghĩa là độ phủ đồng đều hơn trên một đơn vị thể tích dung dịch phun được áp dụng.

Sức căng bề mặt (mN/m) của dung dịch tá dược 0,1% v/v, đo ở 20°C.

Cây trồng nào sử dụng chất phụ trợ nông nghiệp

Nhu cầu bổ trợ không đồng đều giữa các loại cây trồng. Hình thái lá, mật độ tán, thời gian phun và tính chất hóa học của các hoạt chất thường được áp dụng đều xác định loại tá dược nào được chỉ định. Phần phân tích sau đây bao gồm các nhóm cây trồng chính trong đó các chương trình nông nghiệp bổ trợ là thông lệ tiêu chuẩn.

Cây trồng theo hàng

Ngô, đậu nành, lúa mì và bông là loại có khối lượng sử dụng tá dược lớn nhất. Việc sử dụng thuốc diệt cỏ sau khi nảy mầm trên đậu tương và ngô thường yêu cầu chất hoạt động bề mặt không ion hoặc dầu hạt đã methyl hóa để thâm nhập vào các lớp biểu bì của lá, trong khi các chương trình dựa trên glyphosate trên bông và ngô phụ thuộc nhiều vào chất bổ trợ điều hòa nước để bù đắp cho việc tưới tiêu khó khăn trong khu vực và nguồn nước giếng.

Vườn cây ăn quả và cây nho

Tán táo, cam quýt và nho có cấu trúc lá dày đặc, chồng lên nhau khiến cho việc phun thuốc khó xâm nhập. Chất hoạt động bề mặt organosilicon và chất bổ trợ este photphat thường được sử dụng trong các chương trình diệt nấm trên các loại cây trồng này vì sự lan rộng vượt trội làm giảm số vùng lá không được xử lý nơi mầm bệnh nấm có thể hình thành.

Sản xuất rau

Cây cà chua, dưa chuột, hạt tiêu và cải bắp kết hợp lớp biểu bì dạng sáp với tán cây phát triển nhanh, đòi hỏi phải bón phân nhiều lần trong suốt mùa vụ. Lựa chọn bổ trợ trong nhóm này thường ưu tiên rủi ro độc tính tế bào thấp bên cạnh hiệu suất lan rộng, vì cây rau nhạy cảm hơn với hiện tượng cháy lá do các chất hóa học xâm nhập mạnh hơn so với cây trồng theo hàng.

Nhà kính và văn hóa được bảo vệ

Sản xuất trong môi trường được kiểm soát đặt ưu tiên hàng đầu vào tính đồng nhất của phun, vì luồng không khí và kiểu trôi dạt khác với điều kiện ngoài đồng. Các chất bổ trợ có xu hướng tạo bọt thấp và hiệu suất ổn định trong dải nhiệt độ hẹp được ưu tiên hơn, vì những người vận hành nhà kính thường áp dụng khối lượng mẻ nhỏ hơn với tần suất cao hơn.

Tristyrylphenol Ethoxylate Phosphate: Hồ sơ kỹ thuật

Chất bổ trợ nông nghiệp tristyrylphenol ethoxylate phosphate là một dẫn xuất este photphat được xây dựng trên xương sống tristyrylphenol ethoxylate. Cấu trúc tristyrylphenol cung cấp một nhóm kỵ nước lớn, cồng kềnh, trong khi độ dài chuỗi ethoxylate có thể được điều chỉnh trong quá trình tổng hợp để thay đổi giá trị HLB trong phạm vi phù hợp với các ứng dụng nhũ hóa, phân tán hoặc làm ướt. Nhóm este photphat cuối cùng bổ sung thêm đặc tính anion, đây là nguồn gốc mang lại hiệu suất mạnh mẽ đáng chú ý của nó trong hỗn hợp bể chứa nước cứng và chất điện phân cao so với ethoxylat không ion tiêu chuẩn.

Trong công thức pha chế thực tế, chất hóa học này thường được chọn vì ba lý do: khả năng chống lại sự can thiệp của canxi và magie trong nguồn nước cứng, khả năng tương thích với nhiều loại chất đồng công thức anion và không ion và hiệu suất nhũ hóa ổn định của nó trên một cửa sổ pH rộng. Những đặc tính này làm cho nó trở thành lựa chọn thường xuyên trong các công thức cô đặc có thể nhũ hóa (EC) và cô đặc huyền phù (SC), trong đó độ ổn định của hỗn hợp bể trong vài giờ sử dụng tại hiện trường là một yêu cầu về công thức hơn là sự thuận tiện.

tham số	Giá trị điển hình
Ngoại hình	Chất lỏng nhớt màu vàng nhạt đến màu hổ phách
Giá trị HLB	13 – 16 (có thể điều chỉnh theo mức độ ethoxylation)
Ký tự ion	Lai anion/không ion (ester photphat)
Độ hòa tan trong nước	Hòa tan hoàn toàn, tự nhũ hóa
Cửa sổ ổn định pH	4,0 – 9,0
Khả năng chịu nước cứng	Cao (stable up to 1000 ppm CaCO3 equivalent)
Tỷ lệ sử dụng được đề xuất	0,1 – 0,5% v/v of finished tank mix

Phản hồi về khả năng giữ giọt nước và độ bao phủ của lá

Ngoài sức căng bề mặt, biện pháp thực tế quan trọng trên hiện trường là lượng phun được giữ lại trên một đơn vị diện tích lá - bao nhiêu dung dịch được áp dụng thực sự vẫn còn trên lá thay vì chảy ra hoặc bật đi. Giá trị này tăng mạnh khi nồng độ tá chất tăng từ 0 lên đến ngưỡng, sau đó tá dược bổ sung chỉ tạo ra mức tăng biên và, trong một số ngành hóa học, bắt đầu tăng dòng chảy trở lại do màng phun quá mỏng.

Khả năng lưu giữ tương đối của dung dịch phun ở lá khi nồng độ chất bổ trợ tăng lên, được lập chỉ mục theo giá trị lưu giữ tối đa quan sát được.

Đường cong phản ứng này là cơ sở cho phạm vi khuyến nghị tiêu chuẩn được công bố trên hầu hết các nhãn sản phẩm bổ trợ. Nồng độ dưới 0,05% thường chỉ cho thấy sự cải thiện không đáng kể so với nước chưa qua xử lý, trong khi mức tăng cao nhất xảy ra trong khoảng từ 0,05% đến 0,2%. Ngoài khoảng 0,3–0,5%, hầu hết các chất hoạt động bề mặt đều đạt đến mức ổn định về hiệu suất, nghĩa là sản phẩm bổ sung sẽ làm tăng thêm chi phí mà không mang lại hiệu quả tương xứng - một yếu tố cần cân nhắc trực tiếp khi lập kế hoạch chi phí trộn bể trên các chương trình diện tích lớn.

Các loại chất bổ trợ được sử dụng phổ biến nhất trong thực hành thực địa

Trong sản xuất cây trồng đặc sản và cây trồng theo hàng trên toàn cầu, chất hoạt động bề mặt không ion vẫn là loại chất bổ trợ được áp dụng rộng rãi nhất, phần lớn là do chúng mang lại khả năng tương thích rộng rãi giữa các hóa chất diệt cỏ, thuốc diệt nấm và thuốc trừ sâu mà không có tương tác ion có thể làm mất ổn định một số công thức nhất định. Trong nhóm này, alkylphenol ethoxylat và các dẫn xuất este photphat như tristyrylphenol ethoxylat photphat được sử dụng đặc biệt nhiều ở những vùng mà độ cứng của nước là yếu tố hạn chế đối với hiệu suất phun.

Dầu thực vật cô đặc và dầu hạt bị methyl hóa theo sát sau về tổng khối lượng, đặc biệt là trong ứng dụng thuốc diệt cỏ sau khi nảy mầm trên ngô và đậu tương, trong đó tác dụng thẩm thấu gốc dầu của chúng đặc biệt phù hợp để khắc phục lớp sáp biểu bì dày có trên các loài cỏ dại. Các chất hoạt động bề mặt organosilicon, mặc dù được sử dụng với tổng khối lượng nhỏ hơn, chiếm ưu thế trong các phân khúc cây trồng đặc sản có giá trị cao như cây ăn quả và nghề trồng nho, trong đó sức căng bề mặt đặc biệt thấp của chúng khiến chi phí trên mỗi đơn vị cao hơn.

Tác dụng phụ tiềm ẩn và các yếu tố rủi ro

Việc sử dụng bổ trợ không phải là không có rủi ro và tác dụng phụ thường rơi vào ba loại: độc tính đối với tế bào, sự không ổn định trong công thức và tương tác ngoài ý muốn với môi trường.

Độc tính thực vật và tổn thương lá

Các chất bổ trợ có khả năng thẩm thấu cao như chất hoạt động bề mặt organosilicon và chất cô đặc dầu thực vật có thể làm bong lớp sáp bảo vệ khi sử dụng ở nồng độ quá cao hoặc trong điều kiện nhiệt độ cao và độ ẩm thấp. Các triệu chứng bao gồm lốm đốm lá, hoại tử mép lá và trong trường hợp nghiêm trọng là rụng lá. Rủi ro tăng lên đáng kể khi các ứng dụng được xử lý bổ trợ được thực hiện ở nhiệt độ trên 29–30°C hoặc khi độ ẩm tương đối giảm xuống dưới 40% tại thời điểm phun.

Tính không ổn định của hỗn hợp xe tăng

Sự kết hợp tá dược và hoạt chất không tương thích có thể gây ra kết tủa, tách pha hoặc tạo bọt quá mức bên trong bình phun. Điều này đặc biệt phổ biến khi trộn nhiều hoạt chất ion mà không có chất điều hòa nước hoặc chất tương thích thích hợp và nó có thể dẫn đến tắc vòi phun, tốc độ ứng dụng không đồng đều và giảm hiệu quả tại hiện trường ngay cả khi mỗi sản phẩm riêng lẻ hoạt động chính xác.

Chuyển động và dòng chảy ngoài mục tiêu

Các chất bổ trợ làm giảm kích thước giọt để cải thiện độ bao phủ có thể đồng thời làm tăng tỷ lệ các giọt mịn dễ bị trôi do phun. Ngược lại, một số chất bổ trợ làm tăng khả năng giữ giọt đủ để dung dịch dư thừa tích tụ và nhỏ giọt từ bề mặt lá, làm tăng khối lượng hoạt chất tiếp cận đất thay vì mục tiêu trên lá như dự định.

Các thông số về công thức và kiểm soát chất lượng

Đối với một nhà lập công thức chỉ định nguyên liệu thô bổ trợ, tính nhất quán giữa các lô sản xuất cũng quan trọng như bản thân hóa chất cơ bản. Sự thay đổi về mức độ ethoxyl hóa, hàm lượng photphat tự do hoặc mức chất phản ứng còn sót lại có thể làm thay đổi giá trị HLB và hiệu suất của nước cứng theo những cách khó phát hiện cho đến khi hỗn hợp bể thành phẩm được kiểm tra tại hiện trường. Kiểm soát chất lượng ở giai đoạn sản xuất đối với các chất bổ trợ este photphat và ethoxylate thường theo dõi các thông số sau.

Thông số QC	phương pháp	Phạm vi mục tiêu
Giá trị axit	Chuẩn độ	Đặc điểm kỹ thuật cụ thể theo lô
Độ ẩm	Chuẩn độ Karl Fischer	1,0%
Oxit ethylene tự do	phân tích GC	5 trang/phút
Điểm đám mây	Phương pháp trực quan/nhiệt	Phụ thuộc vào đặc điểm kỹ thuật
Sức căng bề mặt (dung dịch 0,1%)	Đo độ căng vòng hoặc tấm	Phụ thuộc vào đặc điểm kỹ thuật
Màu sắc (thang Gardner)	So sánh trực quan	3 – 5 tùy cấp lớp

Tính linh hoạt của công thức là một cân nhắc thực tế khác. Mức độ ethoxyl hóa có thể được điều chỉnh trong quá trình tổng hợp để chuyển este tristyrylphenol photphat sang HLB cao hơn cho các ứng dụng phân tán trong nước hoặc hướng tới HLB thấp hơn cho các hệ nhũ tương liên tục trong dầu. Tương tự, nồng độ có thể được điều chỉnh để phù hợp với các nền tảng tạo công thức hạt cô đặc có thể nhũ hóa, cô đặc huyền phù hoặc phân tán trong nước, cho phép cùng một loại hóa chất cơ bản phục vụ nhiều loại sản phẩm tiếp theo mà không cần nguyên liệu thô hoàn toàn mới.

Chọn chất bổ trợ cho các điều kiện ứng dụng cụ thể

Việc lựa chọn chất bổ trợ phải tính đến thành phần hóa học của nguồn nước, cấu trúc tán cây trồng mục tiêu, thời điểm áp dụng liên quan đến nhiệt độ và độ ẩm cũng như đặc tính ion của mọi thành phần khác đã có trong hỗn hợp bể. Những cân nhắc dưới đây tóm tắt những điểm quyết định thực tế phù hợp nhất với việc lựa chọn ở cấp độ hiện trường.

Độ cứng của nước

Các nguồn nước có độ cứng trên 300 ppm thường yêu cầu este photphat hoặc chất bổ trợ điều hòa nước để ngăn chặn các ion canxi và magie liên kết với các hoạt chất ion trước khi chúng chạm tới bề mặt lá.

Mật độ tán

Những tán cây dày đặc, chồng chéo như vườn cây ăn quả và cây nho được hưởng lợi từ các chất hóa học có sức căng bề mặt thấp hơn như chất hoạt động bề mặt organosilicon, giúp cải thiện khả năng thâm nhập vào các vùng tán bên trong mà tầm phủ vòi phun tiêu chuẩn không thể tiếp cận trực tiếp.

Nhiệt độ tại ứng dụng

Các chất bổ trợ có khả năng thẩm thấu cao có nguy cơ gây độc tế bào cao trên 29°C. Tỷ lệ nồng độ thấp hơn hoặc chuyển sang chất hoạt động bề mặt không ion nhẹ hơn thường được khuyến nghị khi ứng dụng phải diễn ra vào thời điểm nắng nóng cao điểm vào ban ngày.

Độ phức tạp của hỗn hợp xe tăng

Hỗn hợp kết hợp ba hoặc nhiều hoạt chất có nguy cơ tương tác ion cao hơn. Chất tương thích hoặc chất bổ trợ este photphat có khả năng dung nạp ion rộng làm giảm khả năng kết tủa hoặc đối kháng giữa các sản phẩm được sử dụng đồng thời.

Giai đoạn tăng trưởng

Những tán lá non hơn với lớp biểu bì mỏng hơn sẽ nhạy cảm hơn với các chất hóa học xâm nhập mạnh. Nồng độ chất bổ trợ thường giảm trong giai đoạn sinh dưỡng sớm và chỉ tăng khi độ dày lớp biểu bì phát triển vào cuối vụ.

Loại công thức của thành phần hoạt tính

Các công thức cô đặc huyền phù và hạt phân tán trong nước thường đã chứa các gói chất hoạt động bề mặt bên trong, nghĩa là chất bổ trợ bổ sung phải được bổ sung một cách thận trọng để tránh hiện tượng bề mặt quá mức và dẫn đến các vấn đề về bọt hoặc tách pha.