Ад’юванти для використання в рослинництві. Все що варто знати

524

Ад’ювант – це продукт, який при додаванні до робочої суміші пестицидів змінює її певні хімічні або фізичні характеристики та підвищує біологічну ефективність пестицидів. Багато ад’ювантів вводяться до складу заводських формуляцій пестицидів з метою забезпечення їх стабільності та функціональності діючих речовин у робочих сумішах. Втім, існує також попит на ад’юванти, які додаються у бакові суміші для забезпечення максимальної ефективності від застосування пестицидів.

КЛАСИФІКАЦІЯ АД’ЮВАНТІВ 

Найбільш загальновживаною є класифікація ад’ювантів за хімічними групами з розбиттям на загальні категорії: сурфактанти, масляні продукти, кондиціонери води, добрива тощо. Альтернативна класифікація може виходити з функцій, які ад’юванти виконують у робочій суміші. Втім, існує багато ад’ювантів, які здатні виконувати кілька функцій, що може викликати певні труднощі з такою класифікацією. Отже, наводимо класифікацію ад’ювантів за їх функціоналом.

Модифікація взаємодії компонентів бакової суміші

Препарати цієї групи покращують технологічність робочого розчину. До них належать «агенти сумісності», дрифт-ретарданти, антивипаровувачі. Найбільш поширеними у цьому відношенні є «агенти сумісності» та дрифт-ретарданти (продукти, які знижують знесення).

«Агенти сумісності», як правило, є поверхнево-активними речовинами (сурфактантами), які забезпечують співіснування активної речовини та інертних інгредієнтів (допоміжних речовин) у стабільній суміші. Такі сурфактанти, як правило, вже присутні в заводській препаративній формі. Ці сполуки особливо важливі для формуляцій, в яких активна речовина нерозчинна у воді. Якщо активна речовина частково нерозчинна у воді, препаративні форми можуть бути представлені у вигляді суспензій або сухих типів формуляцій. В такому разі сурфактант використовується для забезпечення стабільності препаративної форми та її легкого диспергування при розмішуванні з водою.

Потреба у додаванні агентів сумісності до бакової суміші виникає, зокрема, при необхідності застосування у баковій суміші кількох фізично або хімічно несумісних продуктів. Наприклад, це може стосуватися сумішей, які включають добрива для листкового живлення і пестициди, що можуть вступати в хімічні реакції з соляними сполуками у складі таких добрив.

Дрифт-ретарданти при змішуванні з пестицидною сумішшю змінюють її поверхневий натяг. Це може призводити до зміни розміру краплин, які утворюються при обприскуванні.

Ад’юванти, які підвищують поверхневий натяг робочого розчину, можуть збільшувати середній спектр розміру краплин, результатом чого буде зменшення їх зносу в повітрі. Більший за розміром спектр краплин може досягатися шляхом підвищення в’язкості робочої суміші.

Деякі ад’юванти посилюють розпилення, зменшуючи спектр розміру крапель. До таких відносяться продукти, які знижують поверхневий натяг рідини, внаслідок чого підвищується подрібнення краплин під час обприскування. Ця властивість по-різному проявляється для різних сурфактантів та їх концентрацій.

Ад’юванти також можуть уповільнювати атмосферне випаровування краплин робочої суміші, що утворюються під час розпилення. Краплини середнього та великого розміру мають більше шансів потрапити на цільовий об’єкт, аніж краплини меншого розміру, які можуть повністю випаруватися або бути знесеними внаслідок руху повітря.

Модифікація взаємодії з цільовою поверхнею

Найбільш загальний спосіб модифікації взаємодії краплин робочої суміші з цільовою поверхнею полягає у зміні поверхневого натягу краплин робочої суміші. Краплини з високим поверхневим натягом мають більше шансів відбитися від цільової поверхні, ніж краплини з низьким поверхневим натягом, які можуть розтектися й залишитися на цільовій поверхні.

Поверхневий натяг рідини можна знижувати шляхом збільшення концентрації сурфактанту до порогової, так званої критичної концентрації міцелоутворення (ККМ). Після досягнення цього порогу збільшення концентрації сурфактанту вже не буде знижувати поверхневий натяг, хоча посилення дії пестицидів (зокрема гербіцидів) може тривати.

Зниження поверхневого натягу до мінімального значення не завжди буває ефективним, оскільки робоча суміш може в результаті стікати з цільової поверхні. Деякі сурфактанти здатні знижувати поверхневий натяг до рівня, коли робоча суміш занадто швидко висихатиме, що знижуватиме ефективність діючої речовини, яка для якісного поглинання рослиною має перебувати у напіврідкому стані. Поверхневий натяг може впливати на формування розміру краплин під час обприскування, а також на рівень випаровування та утримання робочої суміші на обробленій поверхні.

Зниження поверхневого натягу робочого розчину призводить до зменшення середнього розміру краплин, які утворюються у процесі розпилу форсунками. Це, в свою чергу, може підвищувати ризик знесення краплин робочої суміші під час обприскування. Водночас осідання на листкову поверхню (особливо на вузькі вертикальні листки злакових рослин) буде покращуватися, оскільки енергія удару краплин знижуватиметься.

Однак зменшення поверхневого натягу та збільшення розтікання не завжди забезпечують підвищення ефективності гербіциду. Протилежний ефект (покращення контролю бур’янів при зменшеному розтіканні краплин) спостерігається при використанні гліфосату, імазетапиру, нікосульфурону, трифенсульфурон-метилу.

Модифікація проникнення препарату в цільовий організм

Поглинання пестициду різними цільовими поверхнями є комплексним процесом, в якому часто задіяні кілька шляхів проникнення.

У гербіцидів на основі гліфосату певне проникнення діючої речовини відбувається шляхом дифузії в кутикулі листка. Поглинання в такій ситуації буде кращим, якщо робоча суміш довше залишатиметься на поверхні листка в напіврідкому стані (оскільки це подовжить процес поглинання). В певні види рослин гліфосат може проникати через стомати. Цей процес покращується із застосуванням деяких сурфактантів, які знижують поверхневий натяг рідини до досить низького рівня. Поглинання пестицидів через клітинну стінку та клітинну мембрану (плазмалему) може також полегшуватися при застосуванні відповідних ад’ювантів, які взаємодіють з електрохімічною транспортною системою організму рослини.

Деякі ад’юванти здатні впливати на поглинання пестициду через кутикулу рослини (або шкідника), фізично руйнуючи листкову поверхню шляхом розчину воскових відкладень. Такі властивості можуть призводити до зниження ефективності деяких пестицидів або підвищувати ризик прямого чи опосередкованого фітотоксичного ураження культурної рослини внаслідок зниження селективності препарату.

Окремі масляні ад’юванти при нанесені на листкову поверхню можуть під дією високих температур та ультрафіолетових променів пошкоджувати клітинні мембрани, спричиняючи фітотоксичні ураження.

pН розчину може суттєво вплинути на розчинність деяких препаратів. Наприклад, гербіциди, які належать до сульфонілсечовин, набагато краще розчиняються у лужних розчинах (склянки справа), ніж у кислотних
pН розчину може суттєво вплинути на розчинність деяких препаратів. Наприклад, гербіциди, які належать до сульфонілсечовин, набагато краще розчиняються у лужних розчинах (склянки справа), ніж у кислотних

ОСНОВНІ ГРУПИ АД’ЮВАНТІВ

Сурфактанти (поверхнево активні речовини)

Сурфактанти утворюють найбільш поширену групу ад’ювантів у аграрній індустрії. В переважній більшості випадків застосовуються неіонні сурфактанти (не мають електричного заряду), однак у складі деяких готових формуляцій також використовуються аніонні сурфактанти (мають негативний заряд), які допомагають диспергуванню сухих типів препаративних форм у воді.

Сурфактанти впливають на характеристики змочування та розтікання, і їх основне призначення – вплив на поверхню краплини шляхом зниження поверхневого натягу рідини. Це забезпечує краплині краще розтікання на листковій поверхні.

На молекулярному рівні сурфактанти складаються із двох функціональних частин – гідрофільної структури (характеризуються тяжінням до води) та ліпофільної групи (притягується до жирів). Гідрофільно-ліпофільний баланс сурфактанту визначає специфіку його дії. Цей баланс може мати виразний вплив на ефективність ад’юванту при застосуванні з різними пестицидами. Тип та розмір гідрофільної та ліпофільної молекулярних структур сурфактанту впливає на характеристики розтікання краплини, її відбиття від поверхні, випаровування та поглинання пестициду рослиною.

За електричним зарядом їх гідрофільної групи сурфактанти класифікуються на: аніонні (негативний заряд), катіонні (позитивний), амфотеричні (можуть мати як позитивний, так і негативний заряд) та неіонні (не мають заряду). Як вже зазначалося, для бакових сумішей здебільшого використовують неіонні сурфактанти.

Діючі речовини сурфактантів, зокрема, включають: етоксилати алкоголю, етоксилати ноніл фенолу, етоксилати алкил октилфенолу, алкил полісахариди, клатрати сечовини, етоксилати жирних кислот, етоксилат таллового аміну, фосфатні ефіри, жирні кислоти, органосилікони.

Сучасний український ринок сурфактантів представлений великою кількість продуктів, які досить сильно відрізняються між собою за своїм призначенням і характеристиками. Це, зокрема: Сільвет Голд (органосилікон), ПАР Тренд 90 (етоксилат ізодецилового спирту), Біопауер (алкілефірсульфат, натрієва сіль), Вет Ол (етоксилат ізодецилового спирту).

Листя, вкрите щільним шаром волосків (трихомами), суттєво ускладнює доступ пестициду до листкової поверхні
Листя, вкрите щільним шаром волосків (трихомами), суттєво ускладнює доступ пестициду до листкової поверхні
Зліва – сурфактант допомагає розтіканню краплин робочого розчину на восковій поверхні листка.  Справа – воскова поверхня листка відштовхує краплини води, надаючи їм округлої форми
Зліва – сурфактант допомагає розтіканню краплин робочого розчину на восковій поверхні листка. Справа – воскова поверхня листка відштовхує краплини води, надаючи їм округлої форми

Масляні ад’юванти

Масляні ад’юванти мають досить давню історію. Вони застосовувалися для контролю шкідників і бур’янів, а також як антимікробні агенти ще до винайдення синтетичних пестицидів. Як ад’юванти вони використовуються для:

  • покращення проникнення системного пестициду в організм рослини та шкідника;
  • зменшення випаровування краплин робочої суміші, утворених у процесі розпилу;
  • подовження періоду активної дії деяких гербіцидів, інсектицидів і фунгіцидів на поверхні рослини.

Масляні ад’юванти можна класифікувати за їх сировинним походженням (рослинним або нафтовим) і препаративною формою. Масляні ад’юванти можна розділити на ті, які мають низький (1–3%), середній (5%) і високий понад 15%) рівень вмісту сурфактантів/емульгаторів. Тип і кількість сурфактанту, який використовується у складі препаративних форм масляних ад’ювантів, може суттєво впливати на їх дію.

Нафтові оливи різняться базовою композицією, вмістом парафіну та несульфанізованих залишків. Ці характеристики впливають на їхню в’язкість і фітотоксичність. Деякі ад’юванти на основі нафтових олив можуть додатково містити стабілізатори ультрафіолетового випромінювання, щоб забезпечити пестициду певний рівень захисту від нього.

Модифіковані (метильовані) рослинні олії виробляються з рослинної сировини. Одним із прикладів є біодизель. Модифіковані рослинні олії, як правило, представлені у вигляді емульсій, а також ефірних сполук для забезпечення набагато нижчої в’язкості порівняно з базовим продуктом. Тип емульгатора, який додається до складу таких препаратів, і його концентрація суттєво впливають на характеристики формуляції та її токсичність.

Гербіциди досить сильно різняться між собою щодо впливу на їх ефективність різних масляних ад’ювантів залежно від їхньої відносної розчинності у воді та в жирних сполуках.

Гліфосат характеризується високим рівнем розчинності у воді, й додавання масляних ад’ювантів інколи може знижувати його ефективність. На противагу гліфосфату, такий гербіцид, як атразін, є малорозчинним у воді, його ефективність в цілому підвищується з додаванням масляних ад’ювантів.

Слід пам’ятати, що оскільки масляні ад’юванти підвищують ефективність пестицидів головним чином шляхом покращення їх проникнення через воскову поверхню кутикули, підвищені норми таких препаратів при застосуванні з селективними гербіцидами можуть призводити до проявів фітотоксичності в культурних рослин.

На сьогодні на ринку представлені, зокрема, такі масляні ад’юванти: Меро (ефіри жирних кислот ріпакової олії 81% + етокситридеканол), Еко Ойл Спрей (парафінова мінеральна олива), Олемікс (парафінова мінеральна олива 84% + сурфактанти), Кодасайд (ріпакова олія 95% + емульгатор), Синерджен SOC (ефіри жирних кислот рослинної олії 50% + алкоксилати жирних спиртів).

Кондиціонери води

Жорстка вода містить розчинені мінеральні солі у вигляді катіонів (Ca2+, Fe2+, Mg2+ та інші), які вступають в реакцію з молекулами певних пестицидів, особливо гербіцидів, утворюючи біологічно неактивні сполуки і знижуючи тим самим біологічну ефективність препаратів. Найбільш вразливі до цієї реакції слабокислотні гербіциди (гліфосат, глюфосинат амонію, клетодим, 2,4-Д амінна сіль, бентазон, клопіралід, дикамба, імазамокс, імазапир, імазетапир, МЦПА амінна сіль, метсульфурон-метил, піклорам, квізалофоп, сетоксидим). Для вирішення цієї проблеми використовуються хелатні агенти – ад’юванти, які зв’язують розчинені у жорсткій воді катіони. В хімії цей процес називається хелатуванням. До найбільш поширених хелатних агентів належать сульфат амонію, фосфат дикалію або інші їх альтернативи (зокрема, солі органічних кислот).

Використання кондиціонерів води також може знижувати рівень pH робочої суміші, попереджуючи лужний гідроліз деяких пестицидів (див. нижче).

Препаративні форми кондиціонерів води часто включають неіонні сурфактанти різного хімічного походження.

Одним із прикладів кондиціонера води для використання в рослинництві є Ікс-Чейндж (амонієва сіль пропіонової кислоти + інші компоненти).

Модифікатори pH (включаючи буферизатори pH)

Рівень pH робочої суміші відіграє важливу роль у хімічній стабільності пестицидів та їх ефективності. Високий рівень pH робочої суміші може спричинити хімічний розклад діючої речовини пестициду і, відповідно, знизити його ефективність. Цей процес називається лужним гідролізом. Найбільш вразливими до нього є карбаматні та органофосфорні інсектициди. Для вирішення цієї проблеми застосовуються підкислювачі води/ буферизатори pH води (утримують рівень pH на певному рівні). Ад’юванти цього типу включають різні типи сумішей ліпідів (жироподібні органічні сполуки) з органічними кислотами.

На сьогодні проблема лужного гідролізу при використанні зазначених інсектицидів у цілому вирішується наявними в препаративних формах компонентами. Втім, рекомендації щодо приведення рівня pH до 7 або нижче все ж таки містяться на американських етикетках діметоату та карбарилу.

Підкислення робочого розчину не завжди спричиняє підвищення активності пестициду. Деякі препарати, наприклад 2,4-Д, при низькому рівні pH можуть утворювати сіль або перетворюватися у гель.

Підкислення води робочого розчину також відбувається при змішуванні з водою кислотних пестицидів. Препаративні форми гліфосату, які додаються до води з нейтральним або лужним pH, можуть знижувати рівень pH приблизно до 5 залежно від концентрації діючої речовини у розчині.

Не слід знижувати рН робочого розчину при застосуванні сульфонілсечовин, які краще розчиняються при підвищеному рівні рН. Значне зниження рН призводить до часткового випадання цих сполук в осад, і відповідно, зменшення їх ефективності.

На ринку також представлені модифікатори рН, які підвищують його рівень, але їх застосування досить обмежене.

Прикладами модифікаторів рН, представленими на нашому ринку, є вже згадуваний вище Ікс-Чейндж (гідроксипропан трикарбоксилова кислота + інші компоненти) та Цитрик (лимонна кислота).

Неефективне поводження краплини при потраплянні на листкову поверхню (зліва направо): відскакування, розбризкування, стікання
Неефективне поводження краплини при потраплянні на листкову поверхню (зліва направо): відскакування, розбризкування, стікання

Азотні добрива

При змішуванні деяких гербіцидів із препаратами для листкового живлення на основі амонійного азоту або карбаміду може забезпечуватися значне підвищення їх поглинання рослинами та транслокація. Зокрема, сульфат амонію демонструє підвищення ефективності гербіцидів на основі солей (гліфосат, 2,4-Д, МЦПА, бентазон, імазетапир та ін.). З них тільки гліфосат та імазетапир мають на етикетках рекомендації виробників щодо додавання сульфату амонію. Однак більш широко сульфат амонію використовується з гербіцидами імідазолінової групи (імізапир, імазетапир, імазамокс).

Насичений сульфат амонію непридатний для використання як ад’ювант із гліфосатом, оскільки він містить алюміній, який є хімічним антагоністом для гліфосату.

Антивипаровувачі

Ці ад’юванти мають синтетичне або натуральне походження і застосовуються для уповільнення випаровування води робочої суміші з обробленої поверхні в атмосферу. Уповільнення темпів випаровування дає змогу покращити поглинання деяких пестицидів рослиною. Чим довше краплина робочого розчину залишається у рідкій/напіврідкій формі, тим більше певний пестицид має часу для проникнення у листкові тканини. Це особливо актуально для високополярних (гідрофільних) водорозчинних пестицидів у ситуаціях, коли розчинений стан діючої речовини у воді критично важливий для здатності пестициду проникати у тканини рослини. Як тільки робочий розчин із вмістом полярного пестициду висихає (кристалізується), він втрачає здатність швидко проникати в тканини рослини. Для пестицидів, які абсорбуються недостатньо швидко, продовження процесу висихання робочої суміші може бути критичним.

Подібні властивості проявляють, зокрема, модифіковані рослинні олії та продукти на основі гліцеринів.

Прилипачі (приклеювачі)

Прилипачі допомагають краплинам робочої суміші краще закріпитися та утриматися на цільовій поверхні. Зокрема, вони допомагають утримувати пестицид на листковій поверхні при вітряній або дощовій погоді чи при механічному впливі.

Прилипачі, як правило, містять латекс або різні смоли, що допомагають закріпити на листковій поверхні робочу суміш після її висихання. Такі препарати покращують ефективність пестицидів, діючі речовини яких представлені в препаративній формі у вигляді твердих частинок (змочуваних порошків, вододисперсійних гранул, концентратів суспензій тощо), які після висихання робочої рідини можуть легко змиватися або осипатися з обробленої поверхні. Такі водонерозчинні препарати також дають змогу попереджувати змив опадами високорозчинних у воді пестицидів.

Ад’юванти цієї групи часто містять у своєму складі сурфактанти для покращення розтікання робочої суміші по листковій поверхні. Їх застосування може також мати ефект антивипаровувача.

На ринку України, зокрема, представлені Еластік (синтетичний латекс 45% + сурфактант), Нью Філм 17, Вапор Гард (полімеризований терпен 96% + сурфактанти), Споднам (полімеризований терпен 50–60% + сурфактанти).

Піногасники та антиспінювачі

Ці ад’юванти застосовуються для контролю або попередження утворення піни під час приготування робочої суміші, її перемішування та застосування. Деякі продукти цієї групи пригнічують утворення піни шляхом зниження поверхневого натягу повітряних бульбашок, внаслідок чого вони руйнуються. Інші препарати руйнують плівку бульбашок, які утворюють піну, шляхом стягування їх стінок між собою. Прикладом антиспінювача є Термінатор Піни (полідиметилсилоксан 10% + інертні інгредієнти).

Дрифтретарданти (ретарданти дрейфу або знесення)

Краплини робочої суміші розміром 100 мікронів (0,1 мм) і менше найбільш вразливі до знесення/дрейфу в атмосферному середовищі, внаслідок чого частина препарату потрапляє на нецільові поверхні. Хімічні сполуки, які підвищують в’язкість води, зменшують кількість таких краплин під час розпилювання і збільшують середню величину краплин. В результаті зменшується середня кількість краплин, які потрапляють на оброблювану поверхню, при збереженні тієї ж самої норми пестициду на 1 га. Таким чином, дрифт-ретарданти допомагають зменшити осідання робочої суміші на нецільову поверхню. Слід зазначити, що збільшення середнього розміру краплин може впливати або ж не впливати на ефективність пестициду.

Існує багато типів таких продуктів, і їх ефективність часто залежить від обприскувального обладнання та характеристик робочої суміші. Немає одного універсального ад’юванту, який би підійшов для всіх випадків, оскільки кожна робоча суміш може утворювати краплини різного типу. Таким чином, різні за своїми характеристиками бакові суміші потребуватимуть різних дрифт-ретардантів і різних їх норм.

На сьогодні створено чимало ад’ювантів, які можуть додаватися у бакову суміш для підвищення її в’язкості. Такі комерційні продукти, як правило, представлені різними типами довголанцюгових полімерів або смолами. Деякі полімери, які підвищують в’язкість, також допомагають покращити утримання робочої рідини на цільовій поверхні, знижуючи відскакування від неї краплин, їх розбризкування та стікання. Однак інколи полімери створюють і певні проблеми. Наприклад, вони можуть недостатньо добре працювати з деякими форсунками, які знижують знесення, внаслідок чого спричинятимуть неякісне обприскування або утворення краплин занадто великого розміру, що призводитиме до зниження ефективності пестициду.

Інша категорія таких ад’ювантів працює шляхом зниження відсотка дрібних краплин, але не обов’язково при цьому збільшує розмір більших краплин. Такі ад’юванти представлені олійно-водними емульсіями або сурфактантами (наприклад, лецитиновими продуктами) чи більш традиційними масляними ад’ювантами (втім, не всі масляні ад’юванти є ефективними дрифт-ретардантами). Масляні продукти утворюють велику кількість малих і гнучких крапель масляно-водної емульсії. У процесі обприскування ці краплини формують більші краплини без початкового формування великих краплин. Застосування таких продуктів більш ефективне при використанні форсунок певних типів.

Обприскування без додавання дрифт-ретарданту (зліва) та з його додаванням (справа)
Обприскування без додавання дрифт-ретарданту (зліва) та з його додаванням (справа)

Незважаючи на те, що дрифт-ретарданти досить ефективні для зниження зносу при обприскуванні, у більшості випадків виробничники також досягають мінімізації зносу шляхом використання відповідних форсунок, обприскуванням при низькому тиску для отримання краплин бажаного розміру та проведенням обприскування за найбільш сприятливих умов.

Дрифт-ретарданти також можуть забезпечувати інші функції ад’ювантів, наприклад, покращення утримання робочої суміші та покращення розтікання на обробленій поверхні. Залежно від складу їх препаративної форми, вони також здатні покращувати проникнення пестициду в рослину.

Інші ад’юванти

  • Пігменти, що допомагають оператору ідентифікувати оброблені ділянки та оцінити якість обприскування. Серед них найбільш популярними є червоні та сині пігменті сполуки. У деяких випадках як пігмент використовується діоксид титану, який завдяки своєму білому кольору добре візуалізується і зберігається на оброблених поверхнях впродовж кількох місяців.
  • Пінні маркери для маркування оброблених площ. Часто застосовуються за необхідності обробки окремих ділянок полів.
  • Ад’юванти, які маскують різкий запах пестициду.
  • Очищувачі баків обприскувачів від залишків пестицидної суміші, які представлені різними типами залежно від типу використовуваного пестициду.
  • Агенти сумісності, що допомагають вирішити проблему хімічної та фізичної несумісності різних хімічних сполук і препаративних форм при їх використанні в одній баковій суміші.
  • Ад’юванти, які модифікують харчову поведінку шкідників, наприклад, сухе молоко, препарати на основі вірусів та інші біологічні інсектициди.

Значна кількість препаративних форм сучасних ад’ювантів містить кілька функціональних компонентів, що забезпечує їх мультифункціональну дію. Тому часто буває важко однозначно класифікувати той чи інший ад’ювант за його хімічним складом або функціональним призначенням.

Якщо виникає необхідність у застосуванні ад’юванту, виробничники можуть обрати препарат, який вирішує лише одне завдання, або ж продукт, що виконує кілька функцій. Це залежить від конкретних потреб, а також технологічної та економічної доцільності.

Ігор Петранюк, Сергій Кондратюк, вчений агроном

Опубліковано в журналі “Агроном”, 2018