藥液噴霧在作物葉面彈跳流失 且看MIT研究員如何“反彈”

材料牛注：噴灑殺蟲劑過程中，大量藥液從作物葉面彈落至地表，并滲入河流，造成徑流污染。MIT的研究人員通過在噴霧中加入兩種高分子添加劑，大幅減少了彈離作物葉面的噴液量。

農民在田地里噴灑殺蟲劑時，只有2%的藥液粘附于農作物，其余大部分都彈落到地表并滲入河流中，造成嚴重污染。麻省理工大學的一組研究人員試圖解決這一問題。通過在噴霧中加入兩種添加劑，顯著減少了彈離作物的噴液量。目前，這項研究發表于Nature Communications雜志上。

此前，研究人員曾嘗試利用表面活性劑等添加劑來降低滴液的彈跳率。然而，實驗表明，這種做法的效果并不明顯。此外，表面活性劑使噴霧形成的液滴更小，因而更易被風吹落。

新方案使用的是兩種不同的添加劑。將噴霧分成兩部分，在其中添加不同的高分子物質，分別形成帶正電荷和負電荷的兩種溶液。這兩種帶有異性電荷的液滴在葉片表面融合時，發生親水效應，從而保留更多的液滴。許多植物的葉子具有天然的斥水性，這也是導致液滴彈離葉面的原因，而葉面發生的上述親水碰撞則有力地抵消了這種傾向。

研究團隊發現，之前的方法效力有限的部分原因在于，液滴彈跳得非常迅速，整個過程只需幾毫秒。這就意味著大多數借助化學特性的“反彈跳”措施根本來不及發揮效力。論文的作者之一Varanasi表示，“我們開始轉變思路，采用電荷相互作用的新方法。”他們發現，在液滴彈離葉面之前，這兩種不同的高分子添加劑可將其“固定”在葉面上，并且這一過程與液滴的擴散同時發生。

該項目是為造福印度及其他發展中國家的社區而研發的技術。在這些地區，農民背著藥箱手動噴灑殺蟲劑頗為常見。對農民而言，殺蟲劑的開支是預算中的重要部分，因此，減少殺蟲劑的浪費可以促進小型農業的整體經濟發展，并且還能減少土壤污染和水污染。此外，減少噴灑的殺蟲劑可以降低農民曝露于化學物噴霧中的頻率。

基于實驗室的試驗，該團隊估計，這一新方法可以讓農民僅使用十分之一的殺蟲劑劑量就能獲得同樣的效果。這些高分子添加劑能進行生物降解，不會造成徑流污染。只需對農民目前使用的工具稍作改裝，使殺蟲劑分離成兩股支流，分別加入少量聚合物即可。這些聚合物從常見的低價材料中提取，可在本地生產。“使用裝有兩個藥箱的普通噴霧器，兩個藥箱中加入電荷相反的物質。只需加入我們配置的溶液，農民完全可以和平常一樣進行作業。”

研究人員也在為設計不同的噴霧器進行試驗，以期簡化操作程序，甚至可能不再需要兩個藥箱。該團隊接下來的努力方向是開發操作更簡便、實用性更高的設備，他們還打算明年在印度的小型農場上進行實地試驗。

原文鏈接：Reducing runoff pollution by making spray droplets less bouncy。

文獻鏈接：Enhancing droplet deposition through in-situ precipitation。

本文由編輯部顧玥提供素材，丁一琴編譯，點我加入材料人編輯部。