全 文 ：生态环境学报 2010, 19(3): 692-696 http://www.jeesci.com
Ecology and Environmental Sciences E-mail: editor@jeesci.com
基金项目：公益性行业（农业）科技专项（200803021）
作者简介：刘晓燕（1983年生），女，硕士研究生，从事紫茎泽兰的防控技术研究。E-mail：lxy19831231@163.com
*通讯作者：caoac@vip.sina.com.cn；hzyin@sdau.edu.cn
收稿日期：2009-12-20
有机硅提高除草剂在紫茎泽兰叶片上润湿性能的研究
刘晓燕 1，2，3，曹坳程 2，3*，尹洪宗 1*，郭章碧 2，3，白洁 2，3
1. 山东农业大学化学与材料科学学院，山东 泰安 271018；2. 农业部农药化学与应用重点开放实验室，北京 100193；
3. 中国农业科学院植物保护研究所，北京 100193

摘要：市售的氨氯吡啶酸与甲嘧磺隆制剂用四川省西昌市当地自来水稀释 1 250、2 500、5 000、10 000 和 625、1 250、
2 500、5 000 倍后，得到的药液的表面张力大于紫茎泽兰的临界表面张力，药液滴与紫茎泽兰叶片的接触角在接触 4 min
后仍为 50°～70°。虽然氨氯吡啶酸和甲嘧磺隆对紫茎泽兰（Eupatorium adenophorum Spreng）防除效果较好，可喷药后药剂
不容易被植物持留，造成巨大浪费和当地的环境污染。从农药应用角度来看，这两种农药制剂中表面活性剂存在不合理性。
笔者通过添加有机硅表面活性剂，探索合理的有机硅添加浓度，减小氨氯吡啶酸、甲嘧磺隆与紫茎泽兰叶片的接触角，改善
该药剂对紫茎泽兰叶片润湿性，提高其利用率，减少损失，避免环境污染。文章测定了有机硅临界胶束浓度、紫茎泽兰临界
表面张力及添加不同浓度有机硅药液的表面张力，得到有机硅质量分数大于等于 0.05%（有机硅临界胶束浓度），药液即可
以在叶面铺展的结论。通过有机硅添加量与药液铺展速率的关系的测定，得到结论：有机硅添加质量浓度达到 0.05%时，添
加浓度越大，铺展速率越大。
关键词：有机硅；紫茎泽兰；氨氯吡啶酸；甲嘧磺隆；表面张力；接触角；润湿
中图分类号：X173 文献标识码：A 文章编号：1674-5906（2010）03-0692-05
紫茎泽兰（Eupatorium adenophorum Spreng）
在我国是外来入侵杂草，于20世纪40年代由东南亚
传入我国并不断扩张。该草竞争力极强，严重破坏
生物多样性，危害作物生长，并且能导致草食动物
中毒，给社会经济和生态平衡带来巨大损失[1]。紫
茎泽兰的破坏力已引起有关领导及广大科技工作
者的极大关注，目前科技人员不断探索人工拔除、
生物防治、替代控制和化学防治等治理措施。
曹坳程等[2]在紫茎泽兰的化学防除及生态修复
效果试验中发现使用氨氯吡啶酸和甲嘧磺隆防治，
紫茎泽兰的枯死率在90%以上，对大多数非靶标植
物安全，可在短期内达到生态恢复的目的。据祝增
荣等[3]介绍：在中国, 农田喷洒农药的利用率通常
仅有20%，约有80%的药液不能被植物所持留，既
造成巨大的浪费，又污染了当地环境。顾中言等[4]
认为，原因是从农药应用角度来看，现有的农药制
剂中表面活性剂存在不合理性。只有当药液中表面
活性剂的浓度超过临界胶束浓度（CMC）时才能使
雾滴迅速被叶片持留[5]。市售农药表面活性剂的浓
度大多达不到临界胶束浓度（CMC），在使用时往
往需要另外添加适量表面活性剂来降低药液表面
张力，促进药剂在靶标作物表面的润湿展布，既可
以提高农药利用率，也减小了对当地生态环境的污
染[6]。
一种液体能否在一种固体表面润湿展布，取决
于液体的表面张力是否小于固体的临界表面张力；
液体内的表面活性剂浓度是否大于临界胶束浓度
[7]。因此，文章通过测定有机硅的临界胶束浓度、
紫茎泽兰的临界表面张力和添加不同有机硅浓度
药液的表面张力，确定可以使药液铺展的有机硅添
加量。由于在生产中，常把接触角定为润湿性标准，
角越大，润湿能力越好[8]，文章通过测定不同处理
药液接触角进一步探讨有机硅添加浓度铺展速率
的关系，以期为紫茎泽兰化学防除提供理论指导，
达到防除紫茎泽兰和避免浪费除草剂和污染环境
的双重目的。
1 材料与方法
1.1 试验植物叶片
紫茎泽兰（Eupatorium adenophorum Spreng）
叶片采自凉山州农业局招待所院内
1.2 试验农药和农药助剂
70%甲嘧磺隆可溶性粉剂（西安近代农药科技
有限公司）；24%氨氯吡啶酸水剂（利尔化学有限公
司）；速润有机硅（深圳诺普信农化股份有限公司）：
有效成分为有机硅氧烷基类化合物，属超级渗透剂
和铺展剂，使农药在植物叶面完全铺展，大大提高
药液的利用率，增强植物气孔渗透性，提高抗雨水
冲刷能力，使农药被作物快速吸收。
DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2010.03.035
刘晓燕等：有机硅提高除草剂在紫茎泽兰叶片上润湿性能的研究 693
1.3 试验仪器
JC2000C1 接触角/界面张力测量仪（上海中晨
数字技术设备有限公司）；分析天平（北京赛多利
斯仪器系统有限公司）；5、10 mL 移液管；10 μL
微量进样器（上海安亭微量进样器厂）；常用玻璃
仪器等。
1.4 试验处理
称有机硅 0.0550 g，用自来水溶解于 100 mL
容量瓶中。配制质量浓度分别为 0.000 0、0.001 1、
0.010 7、0.021 3、0.053 3、0.106 5、0.213、0.532 5、
1.075 0、1.612 5、2.150 0 g·L-1的有机硅水溶液。根
据除草剂氨氯吡啶酸和甲嘧磺隆制剂的推荐剂量
及对紫茎泽兰的野外防除效果，氨氯吡啶酸和甲嘧
磺隆各选择四个典型的药剂浓度，即 24%氨氯吡啶
酸 10 000倍液（0.2 g·L-1）、5 000倍液（0.4 g·L-1）、
2 500倍液（0.8 g·L-1）、1 250倍液（1.6 g·L-1），70%
甲嘧磺隆 5 000 倍液（0.8 g·L-1）、2 500 倍液（0.4
g·L-1）、1 250倍液（0.2 g·L-1）、625倍液（0.1 g·L-1），
分别于上述药液中添加质量分数为 0.00%、0.01%、
0.02%、0.05%、0.10%及 0.15%的有机硅。
注：以上各药液均直接采用四川省西昌市当地
自来水配制。
1.5 测定研究内容
1.5.1 有机硅临界胶束浓度的测定
首先进行有机硅临界胶束浓度的测定，将各个
不同浓度有机硅溶液分别采用 JC2000C1接触角/界
面张力测量仪测定，利用该仪器软件中的悬滴法计
算各溶液的表面张力，每个溶液做 3个重复，每个
重复利用悬滴法计算 3次数据，最后求平均值得溶
液的表面张力。由表面张力对浓度作图，求出有机
硅的临界胶束浓度。
1.5.2 紫茎泽兰临界表面张力的测定
借用Zisman提出的方法测定植物临界表面张
力。不同表面张力的液体在同一植物表面的接触角
随液体表面张力降低而减小。以cosθ对液体表面张
力作图可得到一条直线。将直线外延至cosθ=1处，
相应的液体表面张力值即为该植物的临界表面张
力值。表面张力的测定方法同“1.5.1”节，接触角
测定方法同“1.4”节。
1.5.3 不同浓度有机硅对药液表面张力的影响
测定有机硅表面活性剂的临界胶束浓度和紫
茎泽兰的临界表面张力后，只需再进一步测定不同
有机硅添加量的药液表面张力，根据“一种液体能
否在一种固体表面润湿展布，取决于液体的表面张
力是否小于固体的临界表面张力；液体内的表面活
性剂浓度是否大于临界胶束浓度”来确定使药液铺
展的有机硅合理添加量。表面张力测定方法同
“1.5.1”节。
1.5.4 有机硅浓度与接触角变化速率的关系
采集新鲜、大小均匀的紫茎泽兰中部叶片，选
取平整部分剪取小块叶面（避开叶脉、病斑），不
破坏叶面结构并使叶面保持自然状态，固定成平面
后放在接触角测定仪的样品台上[9]。液体在叶面形
成液滴后，不再移动叶片。为避免温度变化引起液
体表面张力的变化，液体蒸发改变液滴体积而影响
测定准确性，整个测定过程在温度为 25 ℃左右[10]。
利用 10 μL进样器滴加药液，采用 JC2000C1接触
角/界面张力测量仪拍摄液滴与新鲜紫茎泽兰叶片
的动态润湿过程，记录动态接触角的变化。监测的
时间范围为 0～300 s，时间间隔为 1 s。每个处理做
3 个重复，每个重复利用该仪器软件中的量高法[11]
计算 3次数据，取平均值即得处理药液在新鲜紫茎
泽兰叶片的动态接触角。计算每个处理的接触角数
据的平均偏差。
2 结果与分析
2.1 有机硅临界胶束浓度
图 1显示的是有机硅表面活性剂系列浓度与对
应的表面张力值，从图中可以看出当助剂的质量浓
度从 0增加到 0.532 5 g·L-1（即质量分数为 0.05%）
时，表面张力一直在减小，且此后基本不再变化，
这个浓度被认为是临界胶束浓度[12]。说明有机硅溶
液中，表面吸附达到饱和时的表面张力为 36
mN·m-1[13]。因此选择添加临界胶束浓度左右的五个
有机硅质量浓度：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5 g·L-1（对
应质量分数为 0.01%、0.02%、0.05%、0.10%、
0.15%），来测定添加不同浓度有机硅的氨氯吡啶酸
和甲嘧磺隆对紫茎泽兰叶片的润湿性变化。
2.2 临界表面张力的测定结果
不同表面张力的液滴在紫茎泽兰叶面上的接触
角度数及相应的 cosθ值列于表 1。根据表中液体的表
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
ρ (有机硅)/(g•L-1)
γ/
(m
N
•m
-1
)

图 1 不同质量浓度有机硅的表面张力变化
Fig.1 The surface tension of silicone in the different concentrations

694 生态环境学报 第 19卷第 3期（2010年 3月）
面张力值和 cosθ值，分别作图（图 2）。将图中 cosθ
对液体表面张力作图所得到的直线外延至 cosθ=1
处，两条直线相交处对应的液体表面张力值即分别为
紫茎泽兰的临界表面张力值。其物理意义在于，小于
此表面张力的药液可以在叶面润湿展布[14]。
由上图所对应的直线方程可以得到紫茎泽兰
的临界表面张力约为43.1 mN·m-1。因此得到结论：
当药液的表面张力小于43.1 mN·m-1时，该药液可以
在紫茎泽兰叶片上很快润湿铺展[15]。
2.3 含不同质量浓度有机硅药液的表面张力测定
结果
由上图3可以得到以下结论：1）未加入有机硅
的除草剂药液表面张力大于紫茎泽兰临界胶束浓
度43.1 mN·m-1，且两种除草剂高质量浓度与低质量
浓度表面张力变化不大，药剂本身含有的表面活性
剂的用量没有也未达到其临界胶束浓度（CMC），
因此药液对紫茎泽兰叶片润湿性较差；2）加入有
机硅表面活性剂可以大大降低药液的表面张力，且
加入有机硅临界胶束质量分数0.05%时，药液的表
面张力均可低于紫茎泽兰的临界胶束浓度（43.1
mN·m-1）。由此可知：当有机硅质量浓度大于等于
其临界胶束浓度（即质量分数为0.05%）时，药液
可以在紫茎泽兰叶片润湿铺展。
2.4 有机硅浓度与接触角变化速率的关系测定结果
接触角测定的平均偏差为 3~5 ℃。
2.4.1 加入 0.05%有机硅质量浓度的药液与叶片接
触角变化
由图 4可以看出，添加 0.05%有机硅可以使氨
氯吡啶酸和甲嘧磺隆药液液滴与紫茎泽兰叶片在
约 280 s时几乎铺展。因此从接触角可以直观地看
出，当有机硅浓度达到其临界胶束浓度时，液滴可
以基本铺展。
2.4.2 加入不同质量浓度有机硅的药液与叶片接
触角变化速率
图 5为添加 0.05%、0.10%和 0.15%有机硅接触
角的变化情况。可以看出随着有机硅质量分数的增
加，铺展时间渐短，尤其添加 0.15%有机硅时，接
触角可在 30 s内基本铺展。
3 讨论
综上所述，市售的氨氯吡啶酸和甲嘧磺隆药液
均不可以在紫茎泽兰叶面铺展，直接施药会造成除
草剂的浪费与环境的污染[16]，根据有机硅临界胶束
浓度、紫茎泽兰临界表面张力及添加不同质量浓度
有机硅药液表面张力的测定结果，得到结论：添加
y = -0.0309x + 2.3318
R 2 = 0.9918
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
40.00 50.00 60.00 70.00 80.00
γ /(mN•m-1)
co
sθ

图 2 紫茎泽兰临界表面张力的 Zisman
Fig.2 The Zisman figure of the critical surface tension
of Eupatorium adenophorum Spreng
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
0.00% 0.05% 0.10% 0.15% 0.20%
w (有机硅) /%
γ/
(m
N
•m
-1
)
氨氯吡啶酸0.2g/L 氨氯吡啶酸0.4g/L
氨氯吡啶酸0.8g/L 氨氯吡啶酸1.6g/L
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
120.0
0.00% 0.05% 0.10% 0.15% 0.20%
w (有机硅)/%
γ/
(m
N
•m
-1
)
甲嘧磺隆0.1g/L 甲嘧磺隆0.2g/L
甲嘧磺隆0.4g/L 甲嘧磺隆0.8g/L
图 3 不同质量分数有机硅对氨氯吡啶酸和甲嘧磺隆表面张力的影响
Fig.3 The influence on surface tension of Picloram solution and sulfometureon methyl solution from the different concentration silicone

表 1 不同表面张力的液体在紫茎泽兰叶面的接触角
Table 1 The contact angles of the different surface tension
liquids on Eupatorium adenophorum Spreng leaves
液体表面张力值/(mN·m-1) 接触角度数/(°) cosθ
42.27 5.25 0.9958
44.21 12.18 0.9775
59.60 56.66 0.5505
69.20 80.95 0.1573
72.00 83.88 0.1080

刘晓燕等：有机硅提高除草剂在紫茎泽兰叶片上润湿性能的研究 695
有机硅质量分数大于等于 0.05%，可以使药液在叶
面铺展。且有机硅达到临界胶束浓度后，浓度越高，
液滴在紫茎泽兰表面展布越快。分析表面活性剂浓
度越高，在紫茎泽兰表面展布越快的可能原因是：
当溶液中有机硅的质量浓度低于 CMC 时，有机硅
主要在表面上进行吸附；超过 CMC 时，则表面吸
附满了，这时就易于在界面上存在以降低界面张
力；同时有机硅浓度越高，越易于在界面上进行有
序排列，所以接触角降低得越快。另外，有机硅还
都有很好的渗透作用，可以提高药液在液面向植物
组织的渗透能力，这个渗透能力必然也是随有机硅
质量浓度的提高而加大。
4 结论
添加有机硅质量分数大于等于 0.05%，药液可
以在叶面铺展，且达到临界胶束浓度后，有机硅质
量分数越高，液滴在紫茎泽兰表面展布越快。因此
合理添加有机硅可以明显改善市售的氨氯吡啶酸
和甲嘧磺隆除草剂药液在紫茎泽兰表面的润湿性，
提高农药的利用率。

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0
10
20
30
40
50
60
70
0 100 200 300
t (药液与叶面接触)/s
α
(接
触
角
)/(
°)
氨氯吡啶酸0.2g/L 氨氯吡啶酸0.4g/L
氨氯吡啶酸0.8g/L 氨氯吡啶酸1.6g/L
0
10
20
30
40
50
60
70
0 100 200 300
t (药液与叶面接触)/s
α
(接
触
角
)/(
°)
甲嘧磺隆0.1g/L 甲嘧磺隆0.2g/L
甲嘧磺隆0.4g/L 甲嘧磺隆0.8g/L

图 4 添加 0.05%有机硅药液与紫茎泽兰叶片的接触角动态变化
Fig.4 the dynamic change of contact angle of herbicides’ solution added 0.05% the silicon on Eupatorium adenophorum Spreng leaves

ρ (24%氨氯吡啶酸)为0.4g•L-1
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
0 100 200 300
t (药液与叶片接触时间）/s
α
(接
触
角
)/(
°)
有机硅质量分数=0.05% 有机硅质量分数=0.10%
有机硅质量分数=0.15%
ρ (70%甲嘧磺隆)为0.2g•L-1
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
0 100 200 300
t (药液与叶面接触)/s
α
(接
触
角
)/(
°)
有机硅质量分数=0.05% 有机硅质量分数=0.10%
有机硅质量分数=0.15%
图 5 有机硅添加浓度对接触角变化速率的影响
Fig.5 The influence on the change rate of contact angle from the silicon’s concentration
696 生态环境学报 第 19卷第 3期（2010年 3月）
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2003, 2(4): 21-23.

Study on enhancement of wetting property of herbicide on
Eupatorium adenophorum spreng leaves by silicone surfactant

LIU Xiaoyan1,2, CAO Aocheng2, YIN Hongzong1, LIU Xiaowen2, YANG Qiang2, BAI Jie 2
1. College of Chemistry and Material Science, Shandong Agricultural University, Tai an 271018, China;
2. Key Laboratory of Pesticide Chemistry and Application, Ministry of Agriculture, Beijing 100193, China;
3. Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China

Abstract: When commercial formulations of picloram and sulfometureon methyl formulations were diluted to1 250、2 500、
5 000、10 000 and 625、1 250、2 500、5 000 times with the local water taken from the city of Xichang in Sichuan Province,
the surface tension of both solutions of picloram solution and sulfometureon methyl were bigger than the critical surface
tension of Eupatorium adenophorum Spreng. The contact angles of the picloram solution and sulfometureon methyl solution on
Eupatorium adenophorum Spreng leaves were 50°～70° after 4min contacted although the efficacies were satisfaced for control of
Eupatorium adenophorum Spreng with picloram and sulometureon methyl solution, but, the drops from the two solutions on the
leaves were not easy to be reserved, which led to run off and environmental pollution. In order to reduce the contact angle and to
improve the wetting of the two herbicides on Eupatorium adenophorum Spreng, the reasonable concentrations of silicone sur-
factant added to herbicides were studied. After three factors, e.g. the CMC of the silicon surfacan, the critical surface tension
of Eupatorium adenophorum Spreng and the surface tension of the solutions added the different concentrations of the solicon, were
tested, an initial conclusion could be summarized that when ≧0.05% silicon was added to the solutions of two herbicides, the drops
could be spreaded. The more silicon was added, the better witting was obtained.
Key words: silicone; Eupatorium adenophorum Spreng; picloram; sulfometureon methyl surface tension; contact angle; wet-
ting