喷施农药是农业生产中的一个重要环节，可以保障作物的产量和质量。然而，过量使用农药也严重威胁着环境安全。提高农药利用率、大幅降低农药用量并减轻对环境的影响是当前精准农业发展亟需解决的问题。农药主要是通过喷施器械以液滴的形式沉积到靶标表面上发挥作用。农药液滴沉积到靶标表面后会经历润湿铺展、渗透吸收和传输等一系列的动态过程，农药液滴着靶后的动态润湿铺展行为将直接影响施药效果，并决定药液在生态系统中的传递方向。此外，研究表明农药药液从喷嘴喷出到作用于靶标的全过程中，存在着药液剂量传递逐级递减的现象；其中，在靶标表面的传递会造成约35%的剂量损失。因此，研究农药液滴在靶标表面润湿铺展的整个动态过程，明晰其润湿铺展机理，进而调控其在靶标表面的动态润湿铺展行为是提高农药防治效果、减少农药流失、降低环境污染的有效途径。近期，华南农业大学文晟课题组完成的题为“农药液滴在水稻叶面的动态润湿铺展行为”的研究在《中国农业科学》2024年第57卷13期正式发表。
通过调节Silwet-408的浓度配制出表面张力为21.4、33.2、43.7 mN·m-1的Silwet-408溶液代替农药药液，利用液滴发生器生成532、627、746、830、957 μm的单液滴，对其在倾角为40°、65°、85°水稻叶片近轴面、远轴面的动态润湿铺展行为进行全因子试验。
表面张力、液滴粒径、叶片倾角均显著影响（P<0.05）水稻叶面的液滴接触角变化率，且近轴面、远轴面所受影响的整体趋势基本相同，增大叶片倾角或减小液滴粒径或降低表面张力均能增大接触角变化率，促进液滴润湿铺展。其中，以降低表面张力的效果最显著，当表面张力从33.2 mN·m-1降至与水稻叶面临界表面张力接近的21.4 mN·m-1时，叶片近轴面的接触角（前进角和后退角）变化率分别增大7.49、6.22倍，远轴面的分别增大11.13、7.61倍，液滴的润湿性在75 s内从较差或差（80°≤接触角<100°或接触角≥100°）转变成中等或好（60°≤接触角<80°或接触角<60°）；当表面张力比水稻叶面临界表面张力大得多时，接触角变化率随叶片倾角的增大而增大，随液滴粒径的减小而增大，但叶片倾角的影响小于液滴粒径的影响，经过75 s后，几乎所有粒径的液滴仍保持较差或差的润湿性（80°≤接触角<100°或接触角≥100°）。液滴粒径与表面张力对前进角变化率的交互影响
液滴粒径与叶片倾角对前进角变化率的交互影响
表面张力与叶片倾角对前进角变化率的交互影响
液滴润湿滞后现象分析表明，水稻叶面的粗糙度相对较小，液滴润湿滞后现象并不严重。表面张力与水稻叶面临界表面张力接近的液滴在固-液-气三相体系动态表面张力的驱使下在叶面润湿铺展，接触角随时间的动态变化可使用模型θ=θe+Aexp(-Kt)进行拟合；表面张力比水稻叶面临界表面张力大得多的液滴虽能稳定地黏附在叶面上，没有出现滚落现象，但始终未突破叶面的钉扎效应和滞留阻力，无法实现润湿铺展。近轴面的润湿滞后变化
表面张力、液滴粒径、叶片倾角3个因素均显著影响农药液滴在水稻叶面的动态润湿铺展行为，在实际施药场景中，由于叶片倾角无法人为调节，因此可根据施药的目的调节药液的表面张力和液滴粒径进而调控液滴的动态润湿铺展行为。研究结果有助于理解农药液滴在水稻叶面动态润湿铺展的机理，并可为水稻施药场景中合理选择药液表面张力、液滴粒径提供理论支持与指导。
该研究获得广州市科技计划项目重点研发计划（2023B03J1362）、国家自然科学基金面上项目（32271985）、广东省普通高校特色创新类项目（2019KZDZX1002）、广东省自然科学基金（2022A1515011008）、高等学校学科创新引智计划（D18019）的资助。张建桃, 黄路生, 刘广彬, 兰玉彬, 文晟. 农药液滴在水稻叶面的动态润湿铺展行为[J]. 中国农业科学, 2024, 57(13): 2583-2598.
ZHANG JianTao, HUANG LuSheng, LIU GuangBin, LAN YuBin, WEN Sheng. The Dynamic Wetting and Spreading Behavior of Pesticide Droplet on Rice Leaf Surface[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(13): 2583-2598.
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