آب به عنوان مهم‌ترین و رایج‌ترین حامل مایع برای کاربرد اغلب علف‌کش‌ها محسوب شده و حدود بیش از 55 درصد محلول سمپاشی را تشکیل می‌دهد، لذا کیفیت آن نقش مهمی در کارایی استفاده از علف‌کش‌ها داشته باشد. بیشتر علفکشهای رایج، محلول در آب و قابل پاشش هستند، از این رو کیفیت آب مورد استفاده در سمپاشی، یکی از عوامل بسیار مهم است که می‌بایست در جهت افزایش کارایی علف‌کش‌ها و کاهش مشکلات زیست محیطی به آن توجه شود. خصوصیات فیزیکی و شیمیائی آب میتواند بر شاخص‌های کیفیت آفت‌کش‌ها و در نتیجه کارایی انواع آنها مؤثر باشد. از مهم‌ترین عوامل کیفیت آب در مخزن سمپاش که بر جذب و انتقال برخی از علف‌کش‌ها تأثیر می‌گذارند، می‌توان به سختی، اسیدیته، میزان یون بیکربنات (–HCO3) و تیرگی آب اشاره کرد. بالا بودن سختی )بویژه عناصر کلسیم و منیزیم(، اسیدیته، همچنین وجود ذرات معلق، مواد آلی و رس (تیرگی آب) و بیکربنات‌ها در آب برخی از نقاط کشور، باعث کاهش معنی‌دار کارایی برخی علف‌کش‌ها و در نتیجه افزایش مصرف آنها شده است. با این وجود، اسیدیته و سختی آب، مهم‌تر از سایر عوامل هستند.
1- سختي آب
آب سخت به آب حاوی سطوح بالای کلسیم، منیزیم، سدیم و آهن گفته میشود که همگی دارای بار مثبت هستند و این توانایی را دارند که با مولکول‌های علف‌کشِ دارای بار منفی پیوند برقرار کرده و منجر به کاهش کارایی آنها شوند.
در اکثر آبهای کشور، کاتیون‌های غالب شامل+Na ،Mg++ ،++Ca و آنیون‌های غالب شامل SO4-2 ،–Cl و –HCO3 هستند. کلمۀ سختی آب هنگامی اطلاق میشود که آب حاوی مقادیر زیادی مواد حل شده بویژه کلسیم و منیزیم باشد. در برخی منابع، معیار سختی آب میزان یون‌های کلسیم و منیزیم است که براساس اکی‌والان گرم کربنات کلسیم بیان میشود. آب‌ها را براساس سختی (کربنات کلسیم موجود در آنها) دسته‌بندی می‌کنند.
دسته‌بندی آب‌ها از نظر سختی
| سختی آب بر اساس میلی‌گرم بر لیتر (ppm) کربنات کلسیم | نوع آب |
| 0-75 | نرم |
| 150-75 | سختی متوسط |
| 300-150 | سخت |
| بیشتر از 150 | بسیار سخت |
ارتباط سختي آب و علف‌كش‌ها
تاثیر کیفیت آب بر کارایی علف‌كش‌ها، به خصوصیات فیزیکی و شیمیایی علف‌كش‌ها بستگی دارد. ثابت تفکیک اسید (pKa) و ضریب حلالیت در اکتانول(Octanol) و آب (Kow)، از مهم‌ترین خصوصیات شیمیایی علف‌كش‌ها در مبحث کیفیت آب هستند
خاصيت اسيدي و بازي مولكول علفكش
اسیدها موادی هستند که ضمن حل شدن در آب، یون+H (یون هیدروژن) آزاد می‌کنند. البته یون +H به صورت آزاد در آب وجود ندارد، به سرعت آبپوشی شده و تبدیل به یون هیدرونیوم (+H3O) میشود. بازها موادی هستند که ضمن حل شدن در آب، یون –OH (یون هیدروکسید) آزاد می‌کنند. در آب، تعادل زیر بین اسید (HA) و آب برقرار میشود (معادلۀ 1). آب به عنوان یک باز رفتار می‌کند:
[HA]+ [H2O] ⇆ [A−]+[H3O+] 1 معادلۀ
در این معادله [ +H3O] غلظت یون هیدرونیوم (پروتون)،[A⁻] گونه‌های آنیونی و[HA] گونۀ خنثی است.
ثابت اسید (یا ثابت تفکیک اسید) نیز همان ثابت تعادل واکنش اسید( HA) و آب است (معادلۀ 2).
معادلۀ 2
اسیدهای قوی دارای مقدار بزرگی برای Ka هستند (یعنی واکنش تعادلی به سمت راست پیشروی می‌کند و اسید تقریبا بطور کامل به +H3O و –A تفکیک میشود. اسیدهای ضعیف دارای مقدار کوچکی برای Ka هستند .قدرت یک اسید را با ثابت تفکیک اسید (Ka) و یا هم ارزش آن pKa می‌سنجند.
pKa = -log10 Ka
پس اسیدهای قوی Ka بالا و pka پایین و اسیدهای ضعیف دارای Ka پایین و pKa بالا هستند. وقتی خاصیت اسیدی ضعیف وجود دارد، ترکیب در محلول آبی، هم به صورت ملکولی و هم به صورت یونی وجود دارد. اشکال ملکولی یک ترکیب، در چربی بهتر حل می‌شوند و اشکال یونی آن حلالیت بیشتری در آب دارند. البته pH محیط نیز مهم است؛ اگر pH محیط و pKa برابر باشند، نیمی از ترکیب به صورت یونی و نیمی به صورت ملکولی است. در مجموع نسبت گونه‌های خنثی به آنیون‌ها، تابعی از pH است و با افزایش pH نسبت آنیون‌ها زیاد میشود.
ارتباط بین pH و غلظت گونه‌های آنیونی [A⁻] و گونه‌ای خنثی [HA]
pH محلول سم، حلالیت و پایداری یونی علفکشهای اسید ضعیف را کنترل می‌کند. بنابراین، با تعیین شکل علف‌کش بر جذب و فعالیت زیستی آنها تأثیرگذار است. بدین ترتیب که با افزایش pH محلول سم به مقادیر بالاتری از pKa علف‌کش (ثابت یونیزاسیون اسیدی)، علف‌کش اسید ضعیف به شکل آنیونی تبدیل شده، غشاء و دیوارۀ سلولی بار منفی به خود می‌گیرد و در نتیجه، نفوذ علف‌کش به داخل کوتیکول چربی‌دوست را با مشکل مواجه می‌سازد. در عین حال، کاهش pH محلول سم به زیر pKa، علف‌کش اسید ضعیف را به شکل خنثی یا غیر یونی تبدیل کرده و بنابراین، نفوذ آنرا به داخل کوتیکول چربی‌دوست تسهیل می‌کند. pH همچنین بر سایر خصوصیات علف‌کش، مانند پایداری شیمیایی، فرّاریت، و سازگاری شیمیایی تأثیرگذار است.
تمام علف‌کش‌ها تحت تأثیر سختی آب قرار نمی‌گیرند. کاتیون‌های چند ظرفیتی که در آبهای سخت یافت می‌شوند، قادرند فعالیت علفکشهای پس‌رویشی با خاصیت اسیدی ضعیف، مانند گلایفوسیت، توفوردی‌آمین، ام‌سی‌پی‌آ و دایکامبا (اکسین‌های مصنوعی)، ستوکسیدیم و کلتودیم (بازدارنده‌های ACCase )، نیکوسولفورون، سینوسولفورون، ایمازامتابنز و ایمازتاپیر (بازدارنده‌های ALS )، مزوتریون (بی‌رنگ کننده‌ها)، بنتازون (بازدارنده‌های فتوسنتز در فتوسیستم II ) و گلوفوسینیت آمونیوم را تحت تأثیر قرار دهند.
چنان‌چه علفکشهای دارای بنیان اسید ضعیف در آب سخت حل شوند، یونیزه شده و به دنبال آن در مولکول‌های علف‌کش یون‌های فلزی جایگزین هیدروژن می‌شوند که دراین صورت، نه تنها عبور آنها از کوتیکول گیاه دشوار میشود، بلکه جابه‌جایی این مولکول‌ها در بافت گیاه نیز به کندی انجام می‌گیرد. خاصیت اسید ضعیف، جذب آن در سلول‌ها و حرکت علف‌کش در گیاه را تحت تأثیر قرار می‌دهد.
حلاليت علفكش
یکی دیگر از خصوصیات مهمی که میزان کارآیی علف‌کش‌ها و به خصوص نحوۀ رسیدن آنها از خاک یا سطح گیاه به محل هدف را تحت تأثیر قرار می‌دهد، حلالیت علف‌کش است. معیار دقیق میزان حلالیت در آب یا چربی، از طریق ثابتی به نام Kow بیان میشود که در واقع بیان کنندۀ میزان حلالیت در اکتانول و یا آب است. علفکشهای با Kow کم در آب محلول هستند. علف‌کش‌هایی که Kow بالایی دارند، در حلال‌های آلی حل می‌شوند. برای علف‌کش‌هایی که دارای بخش‌های قابل یونیزه شدن هستند (علفکشهای دارای خاصیت اسیدی ضعیف) میزان Kow متغیر بوده و به گروه‌های یونیزه شونده بستگی دارد. این علف‌کش‌ها در شکل غیر یونیزه اغلب دارای خاصیت چربی‌دوستی و در شکل یونیزه بیشتر دارای خاصیت آب‌دوستی هستند. Kow رابطۀ معکوس با حلالیت (حلالیت در آب به عنوان حلالی قطبی) داشته و به عوامل زیر بستگی دارد:
- قطبیت مولکول: هرچه ترکیب شیمیایی قطبی‌تر باشد، میزان حلالیت آن در آب بیشتر و در نتیجه، میزان Kow کمتر است.
- جرم مولکولی: هرچه جرم مولکولی کمتر باشد، میزان حلالیت در آب افزایش یافته و در نتیجه، میزان Kow کمتر است.
- حجم و سطح مولکول: هرچه حجم مولکول کمتر و سطح آن بیشتر باشد، میزان حلالیت در آب افزایش یافته و در نتیجه، میزان Kow کمتر است.
- نقطۀ جوش: هرچه نقطۀ جوش بالاتر باشد، میزان حلالیت در آب افزایش یافته و در نتیجه، میزان Kow کمتر است.
- چگالی: هرچه چگالی بالاتر باشد، میزان حلالیت در آب افزایش یافته و در نتیجه، میزان Kow کمتر است.
2- اثر اسيديتۀ آب بر كارايي علف‌كش‌ها
بطورکلی، برای اکثر علف‌کش‌ها و حشره‌کش‌ها اسیدیتۀ مناسب آب کمی اسیدی (بین 4 تا 6) است، اگرچه همیشه استثناهایی وجود دارند. برای مثال، مولکول‌های بعضی از علف‌کش‌ها در pH اسیدی (کمتر از هفت) شکسته می‌شوند. علفکشهای خانوادۀ سولفونیل اوره در pHهای اسیدی آب به صورت غیر فعال در می‌آیند. این درحالی است که اکثر حشره‌کش‌ها ،قارچ‌کش‌ها و علف‌کش‌ها، در آب‌هایی که pH آنها بیشتر از هفت باشد (آبهای قلیایی) خیلی سریع به صورت غیرفعال در می‌آیند. در بین علف‌کش‌ها، فقط سولفونیل اوره‌ها در pHهای بالای آب حلالیت بهتری از خود نشان می‌دهند و از این لحاظ استثنا هستند.
با توجه به pH آب، می‌توان بر اساس راهنمای ذیل اقدام به مخلوط کردن آب با علف‌کش نمود:
- اگر pH آب در محدودۀ 6- 5/3 باشد، برای مخلوط کردن با اکثر علف‌کش‌ها مطلوب است و می‌توان محلول سم را برای مدت زمان کوتاهی (12 تا 24 ساعت)در مخزن سمپاش نگهداری کرد.
- اگر pH آب در محدودۀ 7- 1/6 باشد ،برای مخلوط کردن فوری با علف‌کش‌ها مناسب است و محلول سم نباید بیشتر از 1 تا 2 ساعت در مخزن سمپاش نگهداری شود. ا
- گر pH آب در محدودۀ 7 باشد، باید حتما از مواد افزودنی و بهبوددهنده‌هایی که از نوع مواد بافری یا عوامل اسیدی‌کننده هستند، استفاده کرد.
حلالیت علفکشهای دارای خاصیت اسیدی ضعیف، با pH تغییر می‌کند. بنابراین، حلالیت در آب علفکشهای اسیدی، با افزایش اسیدیته افزایش پیدا می‌کند. همچنین، یونیزاسیون علف‌کش‌ها میتواند باعث کاهش Kow شده و در نتیجه، در جابه‌جایی ترکیب علف‌کش در گیاه تأثیر بسزایی ایجاد کند. بیشتر علفکشهای سیستمیک متحرک در آوند آبکش، اسیدهای ضعیفی هستند که Kow آنها در دامنۀ 3-1 است، اما علفکشهای غیر متحرک خاک مصرفی مانند دیفلوفنیکان (Diflufenican) Kow برابر با 9/4 دارند.
آب سخت و pH بالا، هر دو کاهش کارایی علفکشهای اسیدی ضعیف را سبب می‌شوند. pH بالا باعث یونیزه شدن علفکشهای اسیدی ضعیف میشود که به دنبال آن، مولکول‌های علف‌کش به کاتیون‌های آب سخت متصل شده و علف‌کش کارایی لازم را نخواهد داشت.
3- اثر قلياييت (بيكربنات‌ها) بر جذب و انتقال علف‌كش‌ها
قلیاییت آب‌ها به دلیل وجود کربنات‌ها، بیکربنات‌ها، هیدروکسیدها و فسفات‌ها است و در این میان ،کربنات‌ها و بیکربنات‌ها نقش عمده‌ای ایفا می‌کنند (بیکربنات‌ها عامل اصلی قلیاییت به شمار می‌روند). اگر غلظت یون بیکربنات از 500 قسمت در میلیون در آب تجاوز کند، موجب کاهش فعالیت برخی علف‌کش‌ها میشود.
4- تاثير تیرگی آب بر كارايي علف‌كش‌ها
آب گل‌آلود به دلیل وجود مواد معلقی از قبیل رس، سیلت، موادآلی و غیرآلی نرم، ترکیبات آلی رنگی، جلبک‌ها و سایر مواد آلی است. وجود میکروارگانیسم‌ها، شن، مواد آلی طبیعی و برخی فلزات، باعث تیرگی آب میشود. آبهای حاوی ذرات معلق خاک یا مواد آلی، کارایی علفکشهای پس‌رویشی را کاهش می‌دهند. حشره‌کش‌ها و علف‌کش‌ها با ذرات خاک پیوند برقرار می‌کنند .ضرایب جذب سطحی خاک( Kd) و جذب سطحی کربن آلی خاک( Koc)، برای توصیف شدت پیوند (ترکیب شدن) علف‌کش‌ها با خاک به کار برده می‌شوند. این ضرایب نسبت مولکول‌هایی از علف‌کش که با خاک پیوند برقرار می‌کنند و همچنین میزان استحکام پیوندها را نشان می‌دهند. امروزه ضریب Koc کاربرد بیشتری دارد. هرچه میزان جذب سطحی کربن آلی خاک بیشتر باشد، مولکول‌های علف‌کش با قدرت بیشتری به وسیلۀ ذرات خاک موجود در آب جذب می‌شوند. علفکشهای گلایفوسیت و پاراکوآت، ضریب جذب سطحی کربن آلی بالایی دارند و این باعث میشود تا کارایی جذب و انتقال این علف‌کش‌ها در آبهای کدر کاهش یابد.
علفکشهای دایکوآت، پاراکوآت و گلایفوسیت، به مخلوط شدن با آبهای کدر حساسیت دارند و برای پاشش این علف‌کش‌ها حتما باید از آبهای تمیز و شفاف استفاده کرد. استفاده از آب گل‌آلود در مخزن سمپاش میتواند پس از گذشت یک ساعت، علفکشهای پاراکوآت، دیکوآت و گلایفوسیت را غیر فعال کند. مشکل دیگر مربوط به ذرات موجود در آبهای گل آلود، رسوب مواد آلی و ذرات معلق سیلت در نازل‌های سمپاش است که جلوی پاشش یکنواخت سم در مزرعه را می‌گیرد. تنها راه حل مناسب برای غلبه بر این مشکلات، استفاده نکردن از آبهای گل‌آلود است؛ برای پاشش علف‌کش، استفاده از منابع شفاف و زلال ضروری است. همچنین، باید به این نکته توجه داشت که وجود ذرات گرد و غبار و خاک روی سطح برگ گیاهان، باعث کاهش جذب و انتقال این علف‌کش‌ها میشود. حتی ذرات گرد و غبار بلند شده از پشت دستگاه سمپاش نیز بر جذب و انتقال علف‌کش‌ها تأثیر می‌گذارد. ذرات گرد و غبار خاک در درجۀ اول شامل مواد معدنی رس و مواد آلی هستند.
کولتیواسیون مزرعه و تردد در جاده‌های آن، از منابع اصلی تولید گرد و غبار خاک روی گیاهان هستند؛ بویژه هنگامی که لاستیک‌های ادوات و ماشین‌آلات کشاورزی خاک مزرعه را ترک کرده و روی جاده حرکت می‌کنند. بنابراین، آگاهی از اثرات گرد و غبار خاک مزر عه بر کارایی علف‌کش‌ها، ممکن است در بهبود مؤثر برنامه‌های مدیریت شیمیایی علف‌های‌هرز مفید واقع شود.
اثر كل مواد جامد حل شده در آب بر جذب و انتقال علف‌كش‌ها
در سال‌های اخیر، تحقیقات نسبتا زیادی دربارۀ اثرات غلظت‌های مختلف مواد معدنی موجود در آب بر کارایی علف‌کش‌ها صورت گرفته است؛ زیرا فعالیت برخی علف‌کش‌ها بطور نامطلوبی تحت تأثیر برخی از مواد معدنی حل شده در آب قرار می‌گیرد. این تأثیرات منفی، بویژه در مورد علفکشهای با فرمولاسیون نمکی از قبیل گلایفوسیت و گلوفوسینیت صدق می‌کند. در محلول آب، شش عنصر مهم(شش یون اصلی) وجود دارند که به مجموع این عناصر، کل مواد جامد حل شده در آب گفته میشود. این یون‌ها شامل یون‌های با بار منفی (مانند –Cl– ،SO4، –HCO3) و یون‌های با بار مثبت )مانند Mg++ ،++Ca و +Na) هستند. اگر غلظت این عناصر بطور مستقیم اندازه‌گیری شده و مجموع این شش یون بیشتر از 500 میلی‌گرم در لیتر باشد، بایستی از مصرف و مخلوط کردن چنین آبی با علف‌کش اجتناب کرد؛ زیرا کارایی علف‌کش‌هایی مانند فرم آمینی توفوردی را کاهش می‌دهند. راه دیگر اندازه‌گیری کل مواد جامد محلول در آب، اندازه‌گیری هدایت الکتریکی یا EC است. واحد اندازه‌گیری هدایت الکتریکی میکروزیمنس بر سانتی‌متر است. اگر هدایت الکتریکی به دست آمده، بیشتر از 500 میکروزیمنس بر سانتی‌متر باشد، توانایی کاهش جذب و انتقال برخی علف‌کش‌ها را خواهد داشت.