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自水葫芦作为观赏植物引入各国后,迄今已蔓延到世界5大洲多达50多个国家。作为已知的生长最为快速的植物之一,水葫芦在脱离人为控制下,在适宜的环境条件下大肆扩散蔓延,在水域会快速形成大面积单一优势群体,覆盖水面,造成激烈的种内竞争,导致腐烂死亡,污染水体,对生态环境、生物多样性和社会经济会造成巨大的危害。因此,对其的治理必须引起高度的重视。现在国内外对其治理主要的手段包括人工打捞、化学除草剂防除、利用生物天敌防除、多措施综合运用及对其综合利用。但人工打捞劳动强度大,且费用较高,效果不好;化学除草剂有较好的效果,但滥用除草剂会对水体环境造成污染,破环生态环境,在短期内很难了解其对环境和人类健康的长期影响;生物防治建立种群较慢,且面临天敌存活等问题。
由于水杨酸(SA)能有效抑制甚至杀灭水葫芦,本实验采用悬浮聚合制备负载水杨酸的聚丙烯酸酯漂浮控释微球(SLP),实现水葫芦根部的定点施药,不仅提高了SA的有效利用率,速效性好,且避免了较高的费用和对环境的破坏。
本实验分为4部分。第一部分是用悬浮聚合法制备聚丙烯酸酯漂浮微球。实验采用丙烯酸甲酯(MA)和丙烯酸乙酯(EM)作为单体,偶氮二异丁腈(AIBN)作为引发剂,二甲基丙烯酸二乙醇酯(EGDMA)为交联剂。以微球产物的粒径以及分散性作为参考,实验首先通过对悬浮聚合影响因素进行研究,得到在100g的水相体系中,分散剂聚乙烯醇(PVA)的量不能低于1%、EGDMA存在下,水油比在5/1-2/1范围、搅拌速度为350r/min能得到分散性良好的微球产物,且当水油比的量为2/1、搅拌速度为350r/min,体系聚合2h基本能够完全转化。
在此基础上充分考虑了可漂浮微球的分散度、粒径、稳定性、漂浮能力和释放能力,确定以醋酸丁酯(n-BAC)作为密度调节剂,研究了制备因素对聚丙烯酸酯漂浮微球粒径、形变度、分散度、稳定性、漂浮能力、释放能力的影响,发现n-BAC在油相中的含量以及EGDMA与单体的质量比(n-BAC-EGDMA)对微球的成型及上述性质有显著的影响;实验得到制备载SA漂浮微球的配方:水相为100g时,搅拌速度为350r/min,PVA含量为1%;n-BAC-EGDMA(wt%-wt%)为75-8,75℃-80℃下聚合3.5h聚丙烯酸酯漂浮微球颗粒较大,粒径、交联度适宜,分散性良好。
第二部分是载药漂浮微球的制备与释放性能测试。实验制备了四种载药微球SLP-1、SLP-2、SLP-3和SLP-4,并通过比较研究微球的粒径、分散性、水面漂浮时间及SA的释放速度,发现SLP-4有较好的释放性能。同时确定将SLP-4作为后续生测研究的负载微球模型,并以SLP-4进行垂直扩散实验,发现负载漂浮微球能对SA起到控制释放的作用,且释放率达90%以上。
第三部分研究了分别从根部和叶面施药,水杨酸对单株水葫芦的生长抑制和除灭作用,结果表明SA对水葫芦的生长有明显的抑制作用。根部施药时,200 mg/L的SA作用6天能使水葫芦枯萎及根部脱落;300 mg/L以上的SA3天内能使水葫芦根部黑化,植株完全枯萎死亡,效果十分明显。但从叶面施药时SA和n-BAC仅能对水葫芦的生长产生一定的阻碍,即使根部脱落,适宜条件下3天能重新长出新根。所以于根部施药才能有效杀灭水葫芦植株。
第四部分是负载水杨酸漂浮微球制剂对水葫芦的室内与现场杀灭实验。负载SA漂浮微球对水葫芦的室内、现场杀灭实验结果表明负载SA漂浮微球能对水葫芦的生长有明显的抑制作用,一定用量和浓度下能有效地杀灭水葫芦。在5-6月份,室内实验中300 mg/L的水杨酸浓度能在6天完全杀死水葫芦的;200 mg/L也能迅速使水葫芦死亡,9天已完全干枯腐烂,但少量分蘖组织处出现新根;100 mg/L仅表现出了抑制作用,不能导致水葫芦死亡。
现场实验,微球的释放受到多种气候因素及水体水生物扰动的影响,这些因素也会影响实验的效果。在现场测试中,主要表现出区域内水葫芦出现局部的损害和死亡,实验结果受到6、7月份的天气以及水葫芦的连根生长特征和所处的复杂水体环境影响,结果表明SLP制剂有良好的抑制作用。在6、7月较高气温时期内,水葫芦生长强盛,施药2天后测试区域的水葫芦叶柄脱落、枯萎,6天后部分植株死亡并腐化。