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高效低風險才是好農藥

  關注農藥行業發展的人會注意到,近期,農業部相繼發布4項公告,其中都強調高效低風險農藥在農產品質量安全和生態環境安全中的積極作用。記者獲悉,在實際工作中,高效低風險已經成為農業部有關部門對農藥進行登記時會考慮的一個重要因素。

  何謂低風險農藥?為什么要在我國推廣農藥高效低風險的理念?近日,《中國科學報》記者采訪了在我國率先提出農藥高效低風險理念的中國農業科學院植物保護研究所副所長鄭永權研究員及其團隊。2017年1月9日,“農藥高效低風險技術體系創建與應用”項目成果獲得了2016年度國家科學技術進步獎二等獎。

  隱藏的農藥風險

  氟蟲腈是一種典型的高效低毒低殘留農藥,殺蟲譜廣,對蚜蟲、葉蟬、飛虱、鱗翅目幼蟲、蠅類和鞘翅目等重要害蟲有很高的殺蟲活性,對作物無藥害。過去,氟蟲腈常用于田間病蟲害防治。

  然而不久后,人們發現蜜蜂對氟蟲腈非常敏感。一只蜜蜂采集帶有極微量氟蟲腈的花粉后,有時候并不會直接死亡,而是把這種花粉帶回巢穴。久而久之,就會造成整箱或整窩蜜蜂的死亡。因此氟蟲腈被禁止使用了。

  又如磺酰脲類除草劑,每畝地僅用1到2克就可有效殺滅雜草,可以說是非常低毒低殘留的農藥了。但其留在土壤中會造成后茬作物死亡或植株矮小。因此也是一種高風險的農藥。

  “過量施藥、后茬作物藥害、農藥殘留超標、水生生物中毒死亡、蜜蜂等益蟲大量死亡、毒生姜事件等,這些都是農藥使用中存在的農產品質量及生態環境安全風險。”鄭永權告訴《中國科學報》記者,“高效、低毒、低殘留”的農藥概念主要針對人類而言,但是對生態環境、非標靶生物而言不一定安全,所以已經不能滿足現代社會發展需求。

  為此,他們提出了農藥高效低風險理念,創建了以有效成分、劑型設計、施用技術及風險管理為核心的農藥高效低風險技術體系,將風險控制貫穿農藥研發、加工、應用及管理全過程,取得系列創新與突破。

  然而,一種農藥究竟是不是低風險、有沒有潛在的風險,卻不容易識別。且不論像氟蟲腈那樣的低毒低殘留農藥需要緩慢積累才能觀察到其對環境的風險危害,就是同一種農藥分子,由于具備不同的空間結構,也很可能產生完全不同的毒性機理,包括對非標靶生物和生態環境造成危害。

  這種相同分子式、不同空間結構的農藥被科學家叫做“手性農藥”。識別手性農藥風險就成為鄭永權團隊的第一個突破口。

  手性農藥占農藥的40%,然而目前僅有7%的手性農藥使用單一異構體。不同手性的異構體可能產生不同的生理作用。例如,s-異丙甲草胺和R-異丙甲草胺都可除草,但后者有致癌作用。

  經過長期研究,鄭永權團隊率先將手性固定相與串聯質譜結合,應用于手性農藥殘留分析,靈敏度提高50~100倍,檢測效率提高12倍。中國農科院植保所研究員董豐收介紹,他們已經成功識別了7種手性農藥在異構體水平上的活性和毒性差異,首次發現苯醚甲環唑高效體活性是低效體的17.4倍、低效體毒性是高效體的6.8倍;發現三唑酮、苯醚甲環唑、己唑醇的高風險體在番茄中優先累積,易造成殘留風險。

  好用的傻瓜型產品

  基于此,項目團隊繼續深入,設計了高效低風險農藥劑型并進行了產業化應用。負責此項工作的中國農科院植保所研究員黃啟良告訴記者,通過高效低風險農藥有效成分、助劑的篩選,研究了配方組分之間的相互作用與增效關系,評價了配方組合的生物活性及安全性,他們研發了可分散油懸浮劑新產品。這種新產品使用植物油等低風險溶劑完全替代乳油中苯類有害溶劑。

  他們設計開發出水基替代油基的高效氯氰菊酯、烯酰嗎啉、苯醚甲環唑等水基化新產品,其中有10個獲得了農藥登記并實現了產業化。上述產品有機溶劑用量減少60%以上,在全國28個省、市、自治區推廣應用,大幅度降低了環境風險。

  不僅如此,為了方便技術推廣和農民使用,他們還研發了一套“科學選藥、合理配藥、精準噴藥”的高效低風險施藥技術。

  團隊成員中國農科院植保所研究員蔣紅云告訴《中國科學報》記者,以典型作物重大害蟲為例,過去農民和技術人員憑經驗選藥,準確性差,即便采用實驗室檢測的方法,也需要3到7天時間才能出結果,不能實時知道田間用藥。

  現在,他們成功研制出瓜蚜、麥蚜、桃蚜、褐飛虱、煙粉虱、小菜蛾、棉鈴蟲等重要農業害蟲的精準選藥試劑盒26套。只需要把田間害蟲捕捉放到試劑盒內,1~3小時內觀察其死亡率就能判斷這種農藥是否能有效殺害田間害蟲,并且可以實時跟蹤,及時調整用藥。“選藥準確率提高到80%以上。”蔣紅云說。這為當前農藥應用中大量存在的盲目選藥和藥不對癥等難題提供了重要的技術解決方案,降低了“選藥不當”帶來的農藥應用風險,填補了國內空白。

  團隊還研發了以藥液沾著展布比對卡為指導的合理配藥技術。通過建立可視化液滴形態標準,實時指導田間適宜劑型與桶混助劑的使用,與常規施藥方法比,可減少農藥用量20%~30%。

  蔣紅云介紹,團隊還發明了以霧滴密度指導農藥施用的精準噴藥技術。過去用藥是“噴雨式”,不管需要多少,一直噴到藥液往下流才行,這樣大大增加了不必要的農藥噴施量。

  新的方法把霧滴密度測試卡粘在要噴施的葉面上,施藥人員正常施藥,然后將測試卡與比對卡比較,根據測試卡上顯示的霧滴密度來判斷施藥量是否合適。“這種方法能減少藥液噴施量30%~70%,實現了用‘霧滴個數’指導農民用藥,提高了農藥應用水平,減少了農藥應用風險。”蔣紅云說。

  為政策制定出謀劃策

  “我們的創新成果已經被農業部相關部門采納,為農藥風險管理提供了科學支撐。”鄭永權說,該團隊提出了以“風險監測、風險評估、風險控制”為核心的風險管理方案。

  通過對后茬作物藥害風險控制研究,發現氯嘧磺隆等長殘效除草劑對土壤微生物群落結構的影響及其降解代謝規律,明確了9種后茬敏感作物安全種植與前茬施藥劑量及間隔期之間的關系,提出了限定施藥劑量和施藥次數及后茬作物種類的技術措施。這些成果為農業部671號公告提供了重要技術支撐,有效降低了后茬作物藥害發生幾率。

  同時,通過對環境生物毒性風險控制研究,系統進行了氟蟲腈在產地環境中的風險評估,揭示了氟蟲腈在四種土壤中的環境行為,明確了氟蟲腈對非靶標生物高毒特性,以及其在稻田應用中對甲殼類水生生物和蜜蜂存在高毒性風險,提出了氟蟲腈在水稻上禁用的建議,研究成果被農業部1157號公告采用。

  而在農產品殘留風險控制方面,通過市場監測和田間試驗驗證,系統研究了毒死蜱、三唑磷、三氯殺螨醇、氰戊菊酯等4種高風險農藥在我國蔬菜、果樹和茶葉上的殘留特性和降解規律,明確了上述農藥降解慢、殘留長是導致農產品農藥殘留超標的主要原因,提出了其在蔬菜、果樹和茶葉上禁用建議,該研究結果被農業部199號、2032號公告采用,有效地保障了農產品質量安全。

  2014年10月,中國農學會組織的以吳孔明院士為組長、宋寶安院士和喬雄梧研究員為副組長的成果評價專家組認為:“該成果針對我國傳統農藥毒性高、利用率低、安全性差等問題,提出了農藥高效低風險新理念,系統研發了高效低風險農藥識別、高效劑型設計、高效施用技術等關鍵技術,構建了農藥高效低風險技術體系。成果整體處于國際同類研究先進水平,在手性農藥對映體識別與風險評價、靶向沉積技術方面達到國際領先水平。”

  鄭永權告訴記者,農藥高效低風險技術體系在河北、山東等28個省、市、自治區的水稻、小麥、棉花、蔬菜、果樹上進行了推廣應用,累計達1.8億畝次,新增產值149.9億元,新增效益107.0億元,社會、經濟、生態效益顯著。

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