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合著者信息（从左到右）：
Rene Haensel, 赢创欧洲，中东和非洲地区农业技术总监&全球高级专家；
Marc McPherson, 赢创农艺师；
Sachin Vishwakarma, 赢创印度技术服务经理
在农业飞防应用中，如何保证田试效率且有效控制飘移是目前飞防喷施的主要痛点。鉴于此，赢创开发了两种新型助剂，BREAK-THRU®MSO MAX 522和TEGO® XP 11134。这些新型助剂是基于聚醚-三硅氧烷与其他成分的复配。无人机用于农业应用越来越广泛，已经成为种植者应用杀虫剂和其他药剂的多功能工具。当前在东南亚，无人机已经开始广泛用于应用于农业，但同时也面临诸多挑战，例如飘移和喷洒效率。
赢创开发的这两种新型助剂将促进无人机技术在农业领域的应用。添加这些助剂将提高喷洒功效和农药使用效率，减少农业投入对环境的影响。在最大限度地减少其对环境的影响的同时，确保种植者能够继续生产高质量的作物。
农业无人机是一种多功能工具，可用于：
地理围栏
作物和生长监测
检查作物健康状况
作物喷雾
用于农作物喷洒的无人机有很多优点。它可以连接储液罐和喷杆，方便运输和喷洒化肥和植物保护产品。它们可用于喷洒生长阶段后期的作物，而这些作物如果使用拖拉机喷洒会受到损害。此外，对于土地面积较小或需要点对点喷洒的种植者，使用无人机可以替代背负式喷雾器或手持式喷杆，从而减少农药接触。无人机的喷洒速度比拖拉机快5-7倍，可以减少劳动力和燃料成本（图1）。其喷施过程更加精确和灵活，并且可以使用更少的燃料，这非常环保。然而，无人机也可能存在一些缺点，载荷能力较小，为了使其有效地施加农业投入品，所使用的水量较低，因此农药浓度比传统的喷洒设备所使用的浓度更高。无人机的喷洒量1~40升/公顷不等，而地面喷洒的喷洒量为200升/公顷到高达1000升/公顷。拖拉机喷施的高度为0.3-1.0米，而无人机的喷施高度比拖拉机喷施高出二到四米。喷施高度的增加可能会增加飘移，并且由于喷施体积减少，那些脱离靶标的喷雾液滴浓度更高。
图1：飞防应用背景
为了克服无人机的独特挑战，需要设计合适的助剂来优化喷雾效果并减少飘移。目前市场上针对无人机的助剂一般桶混添加0.1%和1%。无人机专用助剂通过提高喷雾液的表面活性来提高喷雾效果，从而增加喷雾液滴在叶面上的附着、铺展（润湿）和持留能力。此外，良好的无人机助剂应具有保湿特性，以延缓液滴落在植物表面之前的干燥速度（无人机的作业高度显著高于拖拉机喷雾器），并延迟液滴植物表面的干燥时间以增加渗透时间。此外，如果助剂可以减少飘移，对无人机来说是非常有益的。
图2: 飞防助剂特性
高表面活性是飞防助剂的基本要求
图3揭示了喷雾液滴成功着陆并停留在目标植物/作物表面的挑战。一旦液滴离开喷嘴，就容易飘移，液滴越小，离靶标越远。如果喷雾液的表面张力和液滴对疏水表面的界面张力不够低，液滴将无法保持沉积，并会回弹和弹离。低表面张力可以使液滴在植物表面上更容易铺展而不易回弹，进而不易弹离。因此，具有低表面张力的沉积液滴才有可能更好的粘附和保留在植物表面上。
图3：喷雾液滴的传输。液滴的表面张力越低，回弹效果越弱，弹离的机会就越小。接触角越小，径流的机会越低，喷雾液滴的附着力和保持力越好
用于无人机喷洒的助剂需要具备高表面活性，这将迅速降低喷雾液的表面张力。助剂与疏水叶面发生相互作用，降低液滴与叶面之间的界面张力。喷雾液滴的低表面张力和低界面张力导致喷雾液滴的优异保留（图4）。赢创公司的新型助剂具备无人机桶混助剂的最佳性能。这些助剂利用聚醚三硅氧烷的功能性与其他成分的混合物进行优化，适用于无人机。聚醚三硅氧烷成分提供了非常低的水表面张力（约21 mN/m），添加比例较低（0.05% v/v）。由于它们可以与疏水表面相互作用，在<8 mN/m的范围内提供了极低的界面张力。典型的植物叶片表面张力为30 mN/m，这意味着聚醚三硅氧烷可以降低喷雾液滴与界面的接触角为0°。此外，这些助剂可以实现喷雾液滴的超级铺展，从而提高附着性、持留性和植物表面高覆盖率。
图4：液体的表面张力越低，液体/固体之间的界面张力越低，接触角越低
赢创的这两款飞防助剂均是混合物，可明显降低药液表面张力和提升植物表面覆盖
聚醚-三硅氧烷可以实现喷雾液滴与界面的0°接触角，并实现超级铺展，从而增加叶面与液态水膜的覆盖范围。
图5：0.05%v/v的聚醚-三硅氧烷水溶液足以提供超级铺展效应
喷雾液滴与叶片的密切接触提高了植物保护产品的生物效力，这只能通过聚醚三硅氧烷实现。然而，飘移是无人机应用中的一个重要影响因素，而聚醚三硅氧烷往往对飘移不起作用，或者只能稍微减少飘移。这就是为什么赢创公司选择将聚醚三硅氧烷与其他具有防飘移效果的成分混合的原因。这些专为无人机应用而设计的新型助剂是一种复杂的表面活性剂混合物，具有提高生物防控效果和减少飘移的能力。
BREAKTHRU® MSO MAX 522是一款聚醚-三硅氧烷与甲基化植物油（MSO）及其他功能助剂的复配产品，特别适用于内吸性活性成分。该产品在水中具备良好的乳液稳定性、抗飘移、极佳的附着力、持留和铺展。MSO成分在叶子上形成坚实的保护层，将液滴对叶子的渗透率提高10倍。这种叠加的渗透性有助于活性成分快速渗透到叶子内部。此外，MSO是一种保湿剂（延缓干燥时间），可以减少落在植物表面之前液滴体积的损失，并为活性成分渗透叶片提供更多时间。
TEGO® XP 11134是一款聚醚-三硅氧烷与特殊短链聚醚的混合物，在桶混过程提供稳定的均匀分散、超级铺展、附着力和持留、渗透和抗飘移性能。聚醚成分提供保湿特性，与MSO非常相似，在落在植物表面之前减少液滴体积的损失，并为活性成分渗透叶片表面提供了更多时间。
喷雾飘移控制的基础知识
液滴粒径在105µm~210µm范围内最容易飘移，一般可以通过添加某些特性的助剂减少这些液滴的比例。比较典型的聚合物，如瓜尔豆胶、聚丙烯酸盐和聚乙烯醇被用来减少小液滴的数量。这些聚合物可以增加喷雾液体的粘度，并提高喷雾液滴之间的内聚力。然而，它们会大幅降低喷雾角度，这是因为它们提高了液滴的拉伸粘度。此外，这些聚合物会增加所有液滴的粒径，增加直径超过700微米的喷雾液滴比例，从而增加了农药反弹或流失的比例。这类助剂应用的最终结果是在减少飘移和农药使用效率（在同一面积上使用更多的农药）之间进行权衡。
赢创助剂在不减小喷雾角度的情况下可以有效地减少飘移
在无人机应用中，必须避免减小喷雾角度，保证覆盖均匀性，并优化植物保护产品在有限用水量下较低的稀释率。影响喷雾角度的助剂将导致覆盖不足、生物效力降低，甚至在某些情况下引起作物药害。赢创公司的无人机助剂可以形成不溶于喷雾液的液滴。这些不溶于喷雾液的液滴会移动到喷雾薄膜的空气/水界面，并使其比水更早破裂。这种早期的破裂发生在薄膜更厚的时候，从而可以产生更大的喷雾液滴（图6）。
图6：喷雾薄膜层破裂的时间会影响液滴大小。左上角：纯水情况，水的液体薄膜较晚破裂，形成小液滴，容易飘移。右上：赢创新型助剂可使液体薄膜较早/提前破裂，形成较大的液滴，不易飘移。
助剂导致液膜提前破裂的机制可以用热力学原理来解释（图7）。抗飘移助剂的不溶性液滴需要比喷雾液体（σl）更低的表面能（σo）。当这种情况发生时，进入系数保持正值，液滴会迁移到表面。液滴要在表面上扩散，表面能（σo）必须低于喷雾液（σl），从而使扩散系数保持正值，并且液滴具有增加其表面积的能力。
图7：某不溶性助剂的热力学效应图和用于描述这种行为的方程
赢创的无人机助剂，BREAKTHRU® MSO MAX 522和TEGO® XP 11134，具有恰当的水溶性平衡，可以减少飘移，因为它们的溶解度低，但也并非完全不溶。它们符合热力学的要求，可以促进喷雾薄膜层的早期破裂，以增加液滴大小，而不会增加粘度和减小喷雾角度。此外，这两款产品在叶子表面都表现出优异的助剂性能，赋予喷雾液滴出色的附着力、持留性、铺展和对活性成分的渗透。表1总结了两种助剂的物理化学性质。
表1：助剂的物理化学性质
*BOPP 是聚丙烯双向拉伸薄膜
使用赢创助剂进行无人机田试试验
与ICAR-中央棉花研究所（印度那格浦尔）合作，在印度的实地试验中评估了赢创新型助剂的性能，并采用商用无人机进行实验（表2）。实验为随机完全区组设计，每组有三个重复。在棉花种植后90天，当蓟马数量超过经济阈值（5至10头蓟马/叶）时，使用乙基多杀菌素悬浮剂进行一次喷雾。在应用之前，水敏卡被垂直放置在喷带内的植物冠顶部、中间和底部，以评估冠层渗透率，喷雾带外的位置用来评估飘移（图8）。用药后0、3、7、10和14天，从每个小区随机选择的10株棉花中计算了蓟马个数。对每株植物的顶部、中间和底部采集的叶子上的蓟马计数。在用药后0天、10天和14天进行植物毒性评估。
表2：田试测试参数
图8：印度实地试验中每个地块的图表，无人机喷施赢创助剂与Spinetoram SC相结合，以控制蓟马。每个地块为40米x76米。水敏感喷雾卡（灰色盒子）也放置在植物冠顶部、中间和底部垂直的喷雾带的植物上，以评估冠层的渗透、沉积和覆盖率。此外，在每个地块周围还放置了对水敏感的喷雾卡，以评估飘移。喷洒时，风起源于东南部，角度为137度，速度为5.5公里/小时。
在印度的无人机喷雾试验中，BREAK-THRU MSO MAX® 522和TEGO® XP 11134在用药三天后，提高了乙基多杀菌素悬浮剂的生物防治效果。BREAKTHRU®MSO MAX 522在处理7 天后，提高了对蓟马的防治效果, 而TEGO® XP 11134也显著改善了防治效果。在处理10天时，两个助剂都显著提高了乙基多杀菌素悬浮剂对蓟马的防治。在施药14 天后，大多数添加助剂的处理区域中没有蓟马（图9）。在本次试验中，没有观察到任何植物毒性。
图9：用药3天、7天、10天和14天后，评估了每片棉花叶上蓟马的平均数量。使用BREAK-THRU® MSO MAX 522和TEGO® XP 11134与Spinetoram SC混合喷雾（分别使用0.1％和0.4％体积比）可以提高药剂对蓟马的防治效果。在所有评估节点，Spinetoram SC都显著降低了蓟马数量。小写字母表示不同处理之间的显著性差异（α = 0.05）
来自喷雾带外的水敏感喷雾卡的数据表明，飘移发生在顺风下。单独使用Spinetoram SC的飘移高达8米。添加BREAKTHRU®MSO MAX 522 0.1% v/v，飘移6m。BREAKTHRU® MSO MAX 522的0.4%v/v和TEGO® XP 11134的0.1%和0.4%添加的配方中，飘移4m。因此，BREAK-THRU® MSO MAX 522和TEGO® XP 11134减少了无人机喷雾的飘移现象。
喷雾带内水敏喷雾卡的数据表明，BREAKTHRU® MSO MAX 522和TEGO® XP 11134在0.1%和0.4%的v/v添加时，改善了药液的覆盖率、沉积和树冠渗透率（图10、11和12）。
图10：BREAK-THRU® MSO MAX 522和TEGO® XP 11134 0.1%和0.4% v/v的添加时，改善了在棉冠顶部、中间和底部垂直放置的喷雾卡上的Spinetoram SC的渗透率。这表明，与单独使用杀虫剂相比，这两种助剂都改善了通过树冠发现的液滴数量，喷雾液滴偏离靶标移
动较少/或液滴对树冠的渗透更深
图11：BREAK-THRU® MSO MAX 522和TEGO® XP 11134在0.1%和0.4%的添加量下，提高了棉冠顶部、中间和底部垂直放置的喷雾卡上的Spinetoram SC的覆盖率百分比。这表明这两种助剂都提高了杀虫剂对树冠的覆盖率，比单独使用杀虫剂覆盖更多的喷雾卡表面积。请注意，这可能是由于助剂减少了液滴的飘移，液滴在喷雾卡上更好的润湿性和铺展也增加了其在喷雾卡上的润湿面积
图12：沉积体积（µL/cm3）是根据喷雾卡上每个单位面积的液滴数量和液滴大小计算的。使用0.1％和0.4％体积比例的BREAK THRU® MSO MAX 522和TEGO® XP 11134与Spinetoram SC混合喷雾可以提高沉积量。这表明，使用两款助剂都增加了喷雾卡的液体数量，从而改善了杀虫剂在冠层中的覆盖范围。请注意，这可能是由于助剂减少了飘移，着陆在喷雾卡上后的喷雾液滴的具备良好润湿性和铺展性所影响的
总结
赢创公司创新设计了两种新型飞防助剂，BREAKTHRU® MSO MAX 522和TEGO® XP 11134，并提供了这些助剂如何减少飘移、保持喷雾角度、保持润湿（在着陆前减少液滴体积损失并增加植物表面的干燥时间以增加渗透）、改善沉积、持留、粘附和渗透背后的科学原理。在印度田间测试中，BREAKTHRU® MSO MAX 522和TEGO® XP 11134，在0.1%至0.4%v/v的添加量下，与低用水量的无人机一起使用时，可以更好的协同杀虫剂控制棉花上的蓟马害虫。赢创的两种助剂的飞防应用相对用量都很低，推荐用量在0.1%至1%之间。在所有评级中，两种助剂都没有观察到植物毒性。根据水敏感卡提供的数据，可以看到BREAKTHRU® MSO MAX 522和TEGO® XP 11134在0.1%至0.4%v/v的添加量下，改善了药液的树冠渗透、沉积、覆盖和减少飘移。研究结果表明，BREAKTHRU® MSO MAX 522和TEGO® XP 11134添加量较低，可以显著提高药效。此外，这些新型助剂可以减少弹跳和径流造成的飘移和损失，可以提高飞防的工作效率，减少了环境污染。
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