“高效低风险”农药能获国家科技大奖

三农直通车2017-01-11 18:10:53

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原题:高效低风险才是好农药2013年,安徽蚌埠市,水稻病虫害防治农药高效安全科学施用技术现场会。2013年10月,山西临猗,全国果树高效安全施药技术示范现场会。植保所供图 三农直通...

  原题:高效低风险才是好农药

2013年,安徽蚌埠市,水稻病虫害防治农药高效安全科学施用技术现场会。

2013年,安徽蚌埠市,水稻病虫害防治农药高效安全科学施用技术现场会。

2013年10月,山西临猗,全国果树高效安全施药技术示范现场会。

2013年10月,山西临猗,全国果树高效安全施药技术示范现场会。植保所供图

  三农直通车综合报道:关注农药行业发展的人会注意到,近期,农业部相继发布4 项公告,其中都强调高效低风险农药在农产品质量安全和生态环境安全中的积极作用。记者获悉,在实际工作中,高效低风险已经成为农业部有关部门对农药进行登记时会考虑的一个重要因素。

  何谓低风险农药?为什么要在我国推广农药高效低风险的理念?近日,《中国科学报》记者采访了在我国率先提出农药高效低风险理念的中国农业科学院植物保护研究所副所长郑永权研究员及其团队。2017年1月9日,“农药高效低风险技术体系创建与应用”项目成果获得了2016年度国家科学技术进步奖二等奖。

  隐藏的农药风险

  氟虫腈是一种典型的高效低毒低残留农药,杀虫谱广,对蚜虫、叶蝉、飞虱、鳞翅目幼虫、蝇类和鞘翅目等重要害虫有很高的杀虫活性,对作物无药害。过去,氟虫腈常用于田间病虫害防治。

  然而不久后,人们发现蜜蜂对氟虫腈非常敏感。一只蜜蜂采集带有极微量氟虫腈的花粉后,有时候并不会直接死亡,而是把这种花粉带回巢穴。久而久之,就会造成整箱或整窝蜜蜂的死亡。因此氟虫腈被禁止使用了。

  又如磺酰脲类除草剂,每亩地仅用1到2克就可有效杀灭杂草,可以说是非常低毒低残留的农药了。但其留在土壤中会造成后茬作物死亡或植株矮小。因此也是一种高风险的农药。

  “过量施药、后茬作物药害、农药残留超标、水生生物中毒死亡、蜜蜂等益虫大量死亡、毒生姜事件等,这些都是农药使用中存在的农产品质量及生态环境安全风险。”郑永权告诉《中国科学报》记者,“高效、低毒、低残留”的农药概念主要针对人类而言,但是对生态环境、非标靶生物而言不一定安全,所以已经不能满足现代社会发展需求。

  为此,他们提出了农药高效低风险理念,创建了以有效成分、剂型设计、施用技术及风险管理为核心的农药高效低风险技术体系,将风险控制贯穿农药研发、加工、应用及管理全过程,取得系列创新与突破。

  然而,一种农药究竟是不是低风险、有没有潜在的风险,却不容易识别。且不论像氟虫腈那样的低毒低残留农药需要缓慢积累才能观察到其对环境的风险危害,就是同一种农药分子,由于具备不同的空间结构,也很可能产生完全不同的毒性机理,包括对非标靶生物和生态环境造成危害。

  这种相同分子式、不同空间结构的农药被科学家叫做“手性农药”。识别手性农药风险就成为郑永权团队的第一个突破口。

  手性农药占农药的40%,然而目前仅有7%的手性农药使用单一异构体。不同手性的异构体可能产生不同的生理作用。例如,s-异丙甲草胺和R-异丙甲草胺都可除草,但后者有致癌作用。

  经过长期研究,郑永权团队率先将手性固定相与串联质谱结合,应用于手性农药残留分析,灵敏度提高50~100倍,检测效率提高12倍。中国农科院植保所研究员董丰收介绍,他们已经成功识别了7种手性农药在异构体水平上的活性和毒性差异,首次发现苯醚甲环唑高效体活性是低效体的17.4倍、低效体毒性是高效体的6.8倍;发现三唑酮、苯醚甲环唑、己唑醇的高风险体在番茄中优先累积,易造成残留风险。

  好用的傻瓜型产品

  基于此,项目团队继续深入,设计了高效低风险农药剂型并进行了产业化应用。负责此项工作的中国农科院植保所研究员黄启良告诉记者,通过高效低风险农药有效成分、助剂的筛选,研究了配方组分之间的相互作用与增效关系,评价了配方组合的生物活性及安全性,他们研发了可分散油悬浮剂新产品。这种新产品使用植物油等低风险溶剂完全替代乳油中苯类有害溶剂。

  他们设计开发出水基替代油基的高效氯氰菊酯、烯酰吗啉、苯醚甲环唑等水基化新产品,其中有10 个获得了农药登记并实现了产业化。上述产品有机溶剂用量减少60%以上,在全国28 个省、市、自治区推广应用,大幅度降低了环境风险。

  不仅如此,为了方便技术推广和农民使用,他们还研发了一套“科学选药、合理配药、精准喷药”的高效低风险施药技术。

  团队成员中国农科院植保所研究员蒋红云告诉《中国科学报》记者,以典型作物重大害虫为例,过去农民和技术人员凭经验选药,准确性差,即便采用实验室检测的方法,也需要3到7天时间才能出结果,不能实时知道田间用药。

  现在,他们成功研制出瓜蚜、麦蚜、桃蚜、褐飞虱、烟粉虱、小菜蛾、棉铃虫等重要农业害虫的精准选药试剂盒26 套。只需要把田间害虫捕捉放到试剂盒内,1~3小时内观察其死亡率就能判断这种农药是否能有效杀害田间害虫,并且可以实时跟踪,及时调整用药。“选药准确率提高到80%以上。”蒋红云说。这为当前农药应用中大量存在的盲目选药和药不对症等难题提供了重要的技术解决方案,降低了“选药不当”带来的农药应用风险,填补了国内空白。

  团队还研发了以药液沾着展布比对卡为指导的合理配药技术。通过建立可视化液滴形态标准,实时指导田间适宜剂型与桶混助剂的使用,与常规施药方法比,可减少农药用量20%~30%。

  蒋红云介绍,团队还发明了以雾滴密度指导农药施用的精准喷药技术。过去用药是“喷雨式”,不管需要多少,一直喷到药液往下流才行,这样大大增加了不必要的农药喷施量。

  新的方法把雾滴密度测试卡粘在要喷施的叶面上,施药人员正常施药,然后将测试卡与比对卡比较,根据测试卡上显示的雾滴密度来判断施药量是否合适。“这种方法能减少药液喷施量30%~70%,实现了用‘雾滴个数’指导农民用药,提高了农药应用水平,减少了农药应用风险。”蒋红云说。

  为政策制定出谋划策

  “我们的创新成果已经被农业部相关部门采纳,为农药风险管理提供了科学支撑。”郑永权说,该团队提出了以“风险监测、风险评估、风险控制”为核心的风险管理方案。

  通过对后茬作物药害风险控制研究,发现氯嘧磺隆等长残效除草剂对土壤微生物群落结构的影响及其降解代谢规律,明确了9 种后茬敏感作物安全种植与前茬施药剂量及间隔期之间的关系,提出了限定施药剂量和施药次数及后茬作物种类的技术措施。这些成果为农业部671 号公告提供了重要技术支撑,有效降低了后茬作物药害发生几率。

  同时,通过对环境生物毒性风险控制研究,系统进行了氟虫腈在产地环境中的风险评估,揭示了氟虫腈在四种土壤中的环境行为,明确了氟虫腈对非靶标生物高毒特性,以及其在稻田应用中对甲壳类水生生物和蜜蜂存在高毒性风险,提出了氟虫腈在水稻上禁用的建议,研究成果被农业部1157 号公告采用。

  而在农产品残留风险控制方面,通过市场监测和田间试验验证,系统研究了毒死蜱、三唑磷、三氯杀螨醇、氰戊菊酯等4 种高风险农药在我国蔬菜、果树和茶叶上的残留特性和降解规律,明确了上述农药降解慢、残留长是导致农产品农药残留超标的主要原因,提出了其在蔬菜、果树和茶叶上禁用建议,该研究结果被农业部199 号、2032 号公告采用,有效地保障了农产品质量安全。

  2014 年10 月,中国农学会组织的以吴孔明院士为组长、宋宝安院士和乔雄梧研究员为副组长的成果评价专家组认为:“该成果针对我国传统农药毒性高、利用率低、安全性差等问题,提出了农药高效低风险新理念,系统研发了高效低风险农药识别、高效剂型设计、高效施用技术等关键技术,构建了农药高效低风险技术体系。成果整体处于国际同类研究先进水平,在手性农药对映体识别与风险评价、靶向沉积技术方面达到国际领先水平。”

  郑永权告诉记者,农药高效低风险技术体系在河北、山东等28 个省、市、自治区的水稻、小麦、棉花、蔬菜、果树上进行了推广应用,累计达1.8 亿亩次,新增产值149.9 亿元,新增效益107.0 亿元,社会、经济、生态效益显著。(本报记者 李晨)

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