椰子油桶混助剂配方优化及对玉米田除草剂的增效作用

张欣欣 于 朋 潘双喜 赵雪萍 董利利 董金皋张利辉， 马树杰，

（1河北农业大学植物保护学院，河北 保定 071000；2威县农业农村局，河北 邢台 054700；3邢台市现代职业学校，河北 邢台 054007）

玉米（Zea maysL.）作为我国第一大粮食作物，2021 年种植面积约4.33×105km2，居我国首位，产量约为2.73×1011kg［1］。而杂草的发生和危害是制约我国玉米产业发展的主要因素之一，每年由草害导致玉米减产10%～15%，严重时可高达40%［2-3］。化学除草剂仍是杂草防除的主要手段，据农业农村部农技推广中心统计，2021 年玉米田草害发生面积2.58×105km2，利用除草剂挽回玉米产量1.44×1011kg。但在生产过程中，长期使用单一化学除草剂导致包括以反枝苋（Amaranthus retroflexus）、马唐（Digitaria sanguinalis）等为主的恶性杂草抗性显著增强。与此同时，长期不间断使用化学除草剂造成农业生态周边水域和环境中药物残留、作物药害等问题日益突出［4-5］。为延缓杂草抗性的产生、延长现有除草剂的使用寿命、减少除草剂药害和农药残留量，筛选对玉米安全性好、环境相容性好的除草剂增效助剂已成为玉米生产中急需解决的问题。

研究表明，在添加农药增效剂的情况下，不仅可以减少除草剂的使用量，而且能显著提高田间杂草的防除效果，还可将后期防治效果维持在较高水平［6］，相关研究在水稻［7］、小麦［8］田上也有报道。除草剂助剂本身并无活性，但能够改善除草剂的理化性质，从而促进药剂的吸收及其在叶片表面的沉积，以此延长或提高药效［9］。例如甲酯化植物油可以显著增加噁唑酰草胺药液在稗草叶面上的沉积量［10］；植物油助剂GY-Tmax能改进药液润湿、渗透性，提高农药覆盖率，从而对苯唑草酮产生增效作用［11-12］。此外，在干旱或缺水情况下，植物油类助剂还能够缓解恶劣环境对药效造成的不利影响［13］。因此，加强增效助剂的研究对除草剂的安全、高效、持续使用具有重要意义，同时有助于未来绿色生态农业发展［14］。桶混助剂是一种农药与制剂产品搭配使用、现混现用的助剂，可达到减少农药用量及保证药效的目的［15］。

椰子油是从生椰子肉或肉仁中提取的一种天然油，具有抗炎、抗氧化、抗癌和皮肤保湿等特性［16］。天然产物农药与靶标分子设计实验室前期发现椰子油可通过降低药液与叶片的接触角及药液表面张力、缩短干燥时间对烟嘧磺隆和硝磺草酮产生增效作用［17-18］。目前关于椰子油桶混助剂的配方尚鲜见报道。

因此，本研究针对玉米田苗后除草剂使用过量的问题，选择椰子油对混助剂进行配方优化，通过温室盆栽试验与田间药效试验评价椰子油助剂对7 种玉米田除草剂的减量增效作用，以期为玉米田化学除草剂的减量高效使用提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点

室内试验在河北农业大学天然产物实验室开展，田间试验在保定市莲池区试验田进行。

1.2 试验材料

供试玉米品种：郑单958，河南永优种业科技（鹤壁）有限公司。

供试杂草：马唐、稗草（Echinochloa crusgalli）、反枝苋、苘麻（Abutilon theophrasti），试验杂草种子均采集于保定市莲池区。

供试药剂：4%烟嘧磺隆悬浮剂、10%硝磺草酮悬浮剂，山东滨农科技（滨州）有限公司；26%烟嘧·莠去津悬浮剂、30%硝磺·莠去津悬浮剂，吉林省八达农药（公主岭）有限公司；30%硝·烟·莠去津悬浮剂，上海沪联生物药业（夏邑）股份有限公司；90%莠去津颗粒剂，浙江中山化工集团（湖州）股份有限公司；30%苯唑草酮、乙基和甲基酯化植物油，巴斯夫（中国）有限公司（上海）；市售植物油助剂；99%椰子油、单硬脂酸甘油酯（glyceryl monostearate，MG），上海麦克林生化科技股份有限公司；脂肪酸聚氧乙烯9 酯（polyoxyethylene fatty acid ester，LAE-9），南通源莱新材料有限公司；蓖麻油聚氧乙烯50 醚（cremophor EL 50，EL-50），石家庄金鹏化工助剂有限公司；烷基酚聚氧乙烯醚（nonyl phenol polyoxyethylene ether，NP-10），南京都莱生物技术有限公司；辛基酚聚乙烯醚（polyoxyethylene octylphenol ether，OP-10），武汉吉业升化工有限公司；三苯乙基苯酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚1601#（pesticide emulsifier 1601#，1601#）、三苯乙基苯酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚1602#（pesticide emulsifier 1602#，1602#）、十二烷基苯磺酸钙（calcium alkylbenzene sulfonate，500#），邢台鑫蓝星科技有限公司；吐温-80（Tween-80）、司班-80（Span-80），天津福晨化工试剂厂；甲醇、乙醇、正丁醇、正己醇、环己醇、乙醚、异丙醚、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、丙酮，均为分析纯，天津市富宇精细化工有限公司。

供试仪器：3WP-2000 型行走式喷雾塔（农业农村部南京农业机械化研究所）、JG2000DM 型接触角测量仪（上海中晨数字技术设备有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 椰子油桶混助剂的优化及质量检测

1.3.1.1 椰子油桶混助剂的优化 椰子油助溶剂的筛选：将溶剂和椰子油按比例（1∶1～10∶1）配制并置于4 ℃条件下贮存48 h，观察体系中是否有分层和沉淀现象产生。若出现分层和沉淀现象，将溶剂体系置于室温中，在室温条件下2 h内恢复则视为合格。

椰子油桶混助剂的乳化剂筛选：称取0.50 g 椰子油，添加溶剂使其溶解，加入添加量为体系10%的乳化剂，依据乳油乳化分散性的检测方法及标准对体系的乳化分散性进行评价［19］，判断是否合格。根据乳化剂对椰子油的乳化情况，将对椰子油乳化效果较好的乳化剂按比例进行复配，通过考察乳油热贮、冷贮稳定性及冻融稳定性来确定乳化剂的最优配方。

乳化剂添加量的筛选：称取3.0 g 椰子油和3.0 g已筛选溶剂于试管中，分别加入8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、15%、10%和16%的乳化剂，补足10 g，充分混匀。各取1 mL 于200 mL 标准硬水中观察，评价乳化分散性。

1.3.1.2 乳油质量控制指标测定 分别参照《GB/T 1600-2021 农药水分测定方法》［20］、《GB/T 1603-2001农药乳液稳定性测定方法》［21］、《GB/T 19137-2003 农药低温稳定性测定方法》［22］、《GB/T 19136-2021 农药热储稳定性测定方法》［23］和《GB/T 1601-1993 农药pH值的测定方法》［24］测定水分含量、乳液稳定性、冷贮稳定性、热贮稳定性、pH 值，除pH 值测定结果取5 个批次样品的平均值外，其余均测定3个样品的平均值。

1.3.1.3 桶混助剂添加量筛选 在1 g 4%烟嘧磺隆悬浮剂中分别添加0.1%、0.5%、1%的椰子油桶混助剂，以不添加助剂溶液为对照加超纯水定容至300 mL，取2.5 μL 在室温条件下用SZ-CAMA 型接触角测量仪对不同药液进行接触角测定，每个药液处理重复3次。

1.3.2 椰子油桶混助剂对苗后茎叶处理除草剂增效作用的室内测定 为验证桶混助剂对玉米田除草剂的增效作用，测定烟嘧磺隆、烟嘧·莠去津2 种除草剂对禾本科杂草（马唐、稗草）的抑制率以及硝磺草酮、硝磺·莠去津对阔叶杂草（反枝苋、苘麻）的抑制率；选用苯唑草酮与莠去津混合，通过添加不同的植物油助剂，测定其对杂草的抑制率，并与市售植物油助剂进行对比评价。将马唐、稗草、反枝苋和苘麻种子分别种植于相同规格的花盆中，待阔叶杂草2～4叶期，禾本科杂草3～4 叶期时进行茎叶喷雾处理。施药前一天间苗，除苘麻为每盆保留5棵外，其余杂草每盆保留9棵。根据药剂的推荐用量设置常量和减量处理，并设置空白对照。药后7 d测定鲜重抑制率。

1.3.3 椰子油桶混助剂对玉米的安全性测定 每盆放3 粒玉米种子，覆盖土壤0.5～1.0 cm。待玉米长到3～4 叶期时进行茎叶喷雾处理，桶混助剂添加量占喷雾体积分数的0.1%、0.5%、1%、5%、10%，另设体积分数为10%的溶剂对照和空白对照。在药后7 d 测定鲜重抑制率，计算对作物生长抑制率在10%的有效浓度EC10。

1.3.4 椰子油桶混助剂对苗后茎叶处理除草剂增效作用的田间药效试验 常量（推荐剂量）处理：26%烟嘧·莠去津悬浮剂390 g·hm-2、30%硝磺·莠去津悬浮剂900 g·hm-2、30%硝·烟·莠去津悬浮剂855 g·hm-2、30%苯唑草酮悬浮剂27 g·hm-2+乙基和甲基酯植物油。减量处理：26%烟嘧·莠去津悬浮剂292.5 g·hm-2、30%硝磺·莠去津悬浮剂675 g·hm-2、30%硝·烟·莠去津悬浮剂641.3 g·hm-2、30%苯唑草酮悬浮剂27 g·hm-2+莠去津675 g·hm-2+乙基和甲基酯植物油，另设人工除草对照和空白对照。此外，通过添加椰子油助剂、市售植物油助剂，测定其对杂草的抑制率。每个处理3 次重复，田间随机区组排列，小区之间留保护行，每个小区面积30 m2。药液配制采用二次稀释法，喷施药液量为450 L·hm-2。

1.3.5 杂草防效及玉米产量调查 防效调查：药后14 d分别在每个小区随机5点取样，每个取样点0.25 m2，分草种调查杂草株数；药后28 d 调查每个小区内的杂草株数及其地上部鲜重。按以下公式计算杂草防治效果：

式中，CK 为对照区杂草株数或鲜重；PT 为处理区杂草株数或鲜重。

玉米产量调查：随机选取3个点，每个点测量10行的行距和单行30 株的株距，计算亩有效穗数；每个小区选取临近双行各连续15穗，计算穗行数、行粒数、穗粒数。按照缩值系数0.85 计算每个小区玉米产量，计算公式如下：

1.4 数据处理

试验数据采用ExceL 2016 和SPSS 19.0 软件进行处理，并采用Duncan 新复极差法对不同处理防效进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 椰子油助剂配方优化

2.1.1 椰子油助剂助溶剂的筛选结果 对椰子油在供试溶剂中的溶解性和贮存稳定性进行测试发现，椰子油在正己醇、二甲苯和丙酮中无析出，溶解性较好，于4 ℃储存48 h 后稳定性较好，在这三种溶剂中的溶解度表现为丙酮＞二甲苯＞正己醇。结合试验结果和实际生产情况，选用正己醇作为椰子油的助溶剂。

2.1.2 乳化剂的选择及椰子油助剂配方确定 乳化剂决定助剂乳化分散性，在助剂的制备中主要起乳化、分散、增溶和润湿作用。本试验首先研究了MG、Span-80、LAE-9、500#、NP-10、OP-10、Tween-80、1601#和1602#等9 种单体乳化剂对椰子油的乳化效果。结果表明，9 种单体乳化剂对椰子油的乳化效果均不理想，不能作为椰子油合适的乳化剂。因此，进一步从中选取了4 种亲水疏水平衡（hydrophilelipophile balance number，HLB）值相差较大的乳化剂EL-50、Span-80、OP-10、Tween-80 等比例组合进行乳化剂的复配试验。综合考虑乳化效果和分散性能，复配乳化剂Span-80+Tween-80 更适合作为椰子油的乳化剂（表1）。

表1 椰子油助剂复配乳化剂的筛选Table 1 Selection of Selection of coconut oil additives compound emulsifier

从筛选乳化剂单剂试验中发现，当乳化剂的HLB值在10～13 之间时，椰子油的乳化效果相对较好。但所筛选乳化剂组合的乳化分散性未达到理想效果，因此对乳化剂的HLB 值进行筛选。由于植物油助剂中乳化剂的量一般在10%～20%之间，故初步暂定体系中乳化剂的添加量为10%，并将两种乳化剂按不同比例进行复配，测定复配乳化剂的HLB值，结果见表2。

表2 乳化剂添加量为10%时不同比例复配乳化剂的HLB值Table 2 The HLB value of compound emulsifiers with different proportions when the addition amount of emulsifiers are 10%

本试验制备的乳油在（0±2）℃冷贮7 d后，虽冻结，但室温下静置1 h 即可恢复外观为黄色的可流动均相液体。乳化剂HLB值为12时对椰子油乳化效果较好。但热贮14 d 仍有少量油析出，故进一步调整乳化剂的添加量。当椰子油助剂复配乳化剂添加量为15%时，复配乳化剂Span-80∶Tween-80 为1.40∶3.60，乳化效果最好，热贮14 d未出现析油现象。

通过上述试验，确定椰子油桶混助剂乳油配方如下：溶剂为正己醇，乳化剂为Span-80 和Tween-80 的混合物（15%），复配乳化剂Span-80∶Tween-80 为1.40∶3.60。质量检测结果表明，桶混助剂在室温下呈现黄色可流动均相液体，平均含水量为（1.58±0.01）%，pH值为7.00；冷贮稳定性（0±2 ℃，7 d）合格；热贮稳定性（54±2 ℃，14 d）合格，未出现析油现象；乳液稳定性（100 mL，25～30 ℃，1 h）合格。于4 000 r·min-1、25 ℃离心5 min 观察发现，离心前后质量平均变化率为（99.82±0.03）%，合格。综上，桶混助剂各项指标均为合格，符合国家标准［20-24］。

2.2 椰子油桶混助剂添加量的筛选结果

由图1 可知，随着桶混助剂添加量的增加，药剂的接触角有所下降。未添加桶混助剂时，烟嘧磺隆的接触角为66.02°；当桶混助剂添加量为喷雾量的0.5%时，溶液的接触角下降至57.62°，与添加量1.0%处理无显著差异。因此，确定桶混助剂的最适添加使用量为喷雾量的0.5%。

图1 不同助剂添加量对药液接触角的影响Fig.1 The effect of different additives on the contact angle of liquid medicine

2.3 椰子油桶混助剂的增效作用及对玉米的安全性（室内试验）

2.3.1 椰子油桶混助剂对苗后除草剂增效作用及玉米的安全性 温室盆栽试验结果表明，椰子油桶混助剂对4 种除草剂具有不同的增效作用，与市售植物油助剂相比增效作用更加明显。由表3 可知，烟嘧磺隆45 g·hm-2、烟嘧·莠去津292.5 g·hm-2分别添加椰子油桶混助剂较常规推荐剂量下对马唐、稗草的鲜重抑制率分别高12.40、15.05、3.92、9.19 个百分点。硝磺草酮112.5 g·hm-2、硝磺·莠去津607.5 g·hm-2分别添加椰子油桶混助剂对反枝苋、苘麻的防效与推荐剂量处理下的防效相当。

表3 植物油助剂对几种不同除草剂的增效作用Table 3 Synergistic effect of vegetable oil adjuvants on several different herbicides

从几种植物油桶混助剂对苯唑草酮和莠去津的增效作用试验中可以发现，添加椰子油桶混助剂、乙基和甲基酯植物油、市售植物油助剂对杂草的鲜重抑制率分别在71.26%～78.43%、77.01%～82.92%、73.45%～76.47%之间，椰子油桶混助剂的增效作用优于市售植物油助剂（表3）。

不同添加量的椰子油助剂对供试作物玉米的鲜重抑制率回归方程为Y＝-1.819+0.348X，相关系数R2=0.974，椰子油桶混助剂对玉米的EC10值为350.7 mL·L-1，说明助剂在最适用量（5 mL·L-1）下不会影响玉米的正常生长。

2.3.2 椰子油桶混助剂对玉米田除草剂的减量增效作用（田间试验） 由表4 可知，苯唑草酮和莠去津混用处理株数总防效及鲜重防效高于其他处理。其中，苯唑草酮+莠去津+椰子油桶混助剂处理对杂草的综合防效最好，药后14、28 d株数总防效和鲜重防效分别为100%、93.16%和93.61%，玉米产量较对照增产率为4.11%。

表4 不同除草剂与助剂混用对玉米田的杂草总防效及玉米产量的影响Table 4 Effects of mixed application of different herbicides and additives on weeds and corn yield

椰子油桶混助剂和市售植物油助剂对除草剂的增效作用不同，烟嘧·莠去津292.5 g·hm-2添加椰子油桶混助剂对杂草的28 d株数总防效和鲜重防效分别比添加市售植物油助剂处理高9.47和6.15个百分点；且试验处理后的株数总防效与烟嘧·莠去津390 g·hm-2下的防效相当。在硝磺·莠去津处理和苯唑草酮+莠去津混用的处理中也可以观察到这一趋势。

在烟嘧·莠去津处理中，烟嘧·莠去津292.5 g·hm-2+椰子油桶混助剂处理的玉米增产率最高，为4.87%，比添加市售植物油助剂处理的玉米增产率高1.04 个百分点。在硝磺·莠去津、硝·烟·莠去津处理中，减量添加椰子油桶混助剂和市售植物油助剂处理的玉米增产率相较不加助剂处理分别增加了0.33和0.61、1.80和0.93 个百分点；且除草剂减量添加椰子油桶混助剂处理与除草剂推荐剂量下的玉米产量之间，无显著差异。

3 讨论

玉米田杂草的管理主要依赖于化学除草剂。然而，玉米耕作制度的改革和单一除草剂的高频使用促使杂草抗药性增强，导致全球抗除草剂杂草呈上升趋势［25-27］。针对玉米田除草剂在应用过程中出现的问题，可采用轮作、混用、交替使用除草剂等技术来延缓杂草抗药性，轮换耕作可延缓抗药性两到三倍，除草剂混用可延缓抗药性高达六倍［28］。本研究发现，单一使用苯唑草酮时玉米田杂草容易再次滋生，影响玉米的产量和品质，造成玉米减产3.38%。有研究认为，苯唑草酮与对杂草有更高抑制活性的除草剂（如莠去津）混用对杂草的防效优于其单一使用［29］。本研究在田间药效试验中也得到类似结论，即：与单独使用苯唑草酮相比，苯唑草酮与莠去津二者混用对杂草的28 d 株数总防效和鲜重防效分别高约23.36和19.02个百分点，玉米产量高5.24%。

除草剂中是否添加桶混助剂也会影响其对杂草的控制程度。除草剂助剂具有提高除草剂对作物的安全性、增加杂草对药剂的敏感性、降低除草剂向农田生态系统摄入、延缓杂草抗药性的形成等作用［30-32］。本研究在助溶剂筛选中，为减少二甲苯对环境的污染并避免丙酮的使用，选用稳定性和溶解性均较好的正己醇作为椰子油的助溶剂。在乳化剂筛选中，为达到较好的乳化效果且满足较低的经济成本，将亲油乳化剂（Span-80）、亲水乳化剂（Tween-80）进行复配，这两种乳化剂分子结构中都含有失水山梨醇单油酸脂，碳氢分子链之间能很好的相互吸引，从而更有利于溶液稳定［33］。为获取乳化效果最好的乳化剂，在实际过程中，可根据HLB 值法来辅助筛选复配乳化剂的比例和添加量［34］。本研究发现，当复配乳化剂添加量为15%时，乳化剂的浓度达到了临界胶束浓度，说明该添加量下乳化液的稳定性最好，乳化效果最佳。

有研究认为，除草剂的药效与药液的表面张力呈负相关，当除草剂加入助剂后，表面张力降低，液滴可以在叶片上自动铺展，表皮细胞和蜡层被助剂破坏，对杂草的防效更高［35-38］。前人研究发现，松香和椰子油可以显著降低烟嘧磺隆的接触角［15］。本试验表明，椰子油桶混助剂也可以显著降低烟嘧磺隆药液与叶片的接触角，当椰子油桶混助剂添加量为0.5%时，其接触角下降8.4°，润湿性增加。虽然现有研究结果表明椰子油桶混助剂的加入可降低药液表面张力、提高药剂的铺展性等物化指标，但椰子油桶混助剂对除草剂的增效机制还应从多个方面进行进一步深入研究。

本研究为了减少玉米田苗后烟嘧磺隆、硝磺草酮等除草剂的使用量，在前期试验基础上对天然植物油——椰子油进行优化，通过筛选验证得到椰子油桶混助剂。室内和田间试验发现，在苗后除草剂减量的情况下，添加椰子油桶混助剂处理与推荐剂量下的防效相当。田间试验表明，去津减量后，添加椰子油桶混助剂处理的杂草防效及小区玉米产量与常规用量处理相当。在硝·烟·莠去津减量25%并添加椰子油桶混助剂处理下，仅14 d 株数总防效与常规用量处理存在显著差异，28 d的株数总防效，鲜重防效及小区玉米产量较常规用量处理均无显著差异，这可能与玉米种植过程中不同生态区优势杂草类型、密度不同有关。

本研究是在充分考虑农业可持续发展下进行的，通过减少剂量、减少施用频率或部分施用，将除草剂的使用和其他形式的干预控制在仅必要的水平，这对植株造成的风险是可以接受的，并且干预不会增加杂草种群产生抗药性的风险。Skrzypczak 等［39］发现，将甲基磺草酮、烟嘧磺隆与甲基化菜籽油混用后，除草剂和桶混助剂未产生拮抗作用，同时增加了杂草控制效果，与未处理地块相比，除草剂减量并添加助剂处理的地块产量较高。玉米田除草剂减施后，添加多元醇非离子型表面活性剂激健、甲酯化植物油助剂迈丝两种助剂可实现对杂草的防除效果，同时对玉米的保产效果与常规用量相当［40-41］。本研究药效评价证明椰子油桶混助剂对烟嘧·莠去津、硝磺·莠去津和苯唑草酮有较强的增效活性，其杂草防效与常规用量相当。硝·烟·莠去津减施并添加桶混助剂处理玉米产量与常规用量相当，并未随杂草株数总防效的降低而显著降低。说明田间使用该类除草剂时，结合椰子油桶混助剂使用可有效减少除草剂的使用量，减量空间可达25%，减药量可与一些已商品化的植物油类助剂相当。

4 结论

本研究确定了椰子油桶混助剂的溶剂和复配乳化剂比列及田间应用的最适添加使用量。在室内药效评价中，添加桶混助剂的除草剂相比常规剂量对禾本科和阔叶杂草表现出较好的防治效果。其增效机制可能是降低接触角和表面张力，促进液滴铺展在靶标上，使药液更易在表皮持留润湿，从而达到增效作用。在田间药效试验中，配合3 种除草剂减量25%使用的过程中，桶混助剂的添加对玉米生长和产量无明显影响。桶混助剂对玉米田除草剂有明显的减量效应，且在不同除草剂间存在一定差异。椰子油桶混助剂作为一种安全的除草剂减量增效助剂，降低了除草剂使用成本，值得在玉米生产上推广应用。综上，椰子油桶混助剂有作为除草剂喷雾助剂的潜力，可丰富除草剂喷雾助剂的种类，减少对现有助剂的依赖。