開啟高效低風(fēng)險(xiǎn)的全新農(nóng)藥時(shí)代
——記中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所副所長、研究員鄭永權(quán)

本刊記者 吳應(yīng)清

開啟高效低風(fēng)險(xiǎn)的全新農(nóng)藥時(shí)代
——記中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所副所長、研究員鄭永權(quán)

本刊記者 吳應(yīng)清

獲2016年度國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)

作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，我國具有數(shù)量龐大的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)和供給鏈條。好比人生病了要吃藥，植物生病了也要打藥，農(nóng)藥為我國農(nóng)作物穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)做出了重要貢獻(xiàn)。但硬幣尚有兩面，農(nóng)藥殺蟲，同樣也會(huì)對其他生物產(chǎn)生危害。一方面，農(nóng)藥是保障農(nóng)產(chǎn)品安全不可或缺的生產(chǎn)資料，農(nóng)藥的使用每年可挽回全球糧食損失約30%左右，挽回經(jīng)濟(jì)損失3000億美元；另一方面，其特有的生態(tài)毒性、不科學(xué)合理使用等會(huì)帶來諸多負(fù)面影響。

在水果蔬菜市場，很多消費(fèi)者談農(nóng)藥色變，甚至將有無使用農(nóng)藥作為挑選產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)。農(nóng)藥真的這么可怕嗎？對此，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所副所長、研究員鄭永權(quán)的回答是否定的。今年1月份，他主持的“農(nóng)藥高效低風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)體系創(chuàng)建與應(yīng)用”項(xiàng)目榮獲了2016年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。他表示，這個(gè)項(xiàng)目集合了“高效低風(fēng)險(xiǎn)”的農(nóng)藥發(fā)展理念和應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新，對農(nóng)藥行業(yè)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展均具有重要的里程碑意義。

核心理念“高效低風(fēng)險(xiǎn)”

“高效低風(fēng)險(xiǎn)”究竟是什么意思？

鄭永權(quán)介紹，迄今為止，農(nóng)藥經(jīng)歷了低效高毒、高效高毒、高效低毒和現(xiàn)在的高效、低毒、低殘留4個(gè)發(fā)展階段。其中，“高效、低毒、低殘留”農(nóng)藥概念一度非常先進(jìn)，但隨后，研究人員發(fā)現(xiàn)，這種模式下的農(nóng)藥成分隱性風(fēng)險(xiǎn)高、藥液流失嚴(yán)重、農(nóng)藥殘留超標(biāo)和生態(tài)環(huán)境污染問題嚴(yán)重，因此，這種概念已不能滿足現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展需求。

舉例來說，氟蟲腈是一種典型的高效低毒低殘留農(nóng)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，對哺乳動(dòng)物沒有不良影響，如果正確使用，其在收獲的農(nóng)產(chǎn)品中殘留量很低。但是，蜜蜂卻對氟蟲腈非常敏感，僅微量接觸——一只蜜蜂采集帶有極微量氟蟲腈的花粉后帶回巢穴，就會(huì)導(dǎo)致蜜蜂整箱死亡。又如磺酰脲類除草劑，每畝地僅用1～2克就可有效殺滅雜草，效果極好，毒性多為低毒或微毒，在農(nóng)產(chǎn)品中的殘留都為未檢出，但其留在土壤中卻會(huì)造成后茬作物死亡或植株矮小。

鄭永權(quán)總結(jié)道：“‘高效、低毒、低殘留’的農(nóng)藥概念主要針對人類而言，但是對生態(tài)環(huán)境、非標(biāo)靶生物而言不一定安全，所以已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展需求。而我們提出的‘高效低風(fēng)險(xiǎn)’理念則符合當(dāng)前人們對農(nóng)藥使用的要求，這也是整個(gè)項(xiàng)目的核心?！笔聦?shí)上，鄭永權(quán)團(tuán)隊(duì)提出的這一理念并非集中在哪一個(gè)步驟，他們提出要將風(fēng)險(xiǎn)控制貫穿農(nóng)藥研發(fā)、加工、應(yīng)用及管理的全過程，在農(nóng)藥使用的全線保證低風(fēng)險(xiǎn)。

團(tuán)隊(duì)要做的第一步就是要判別一種農(nóng)藥是不是低風(fēng)險(xiǎn)，但在實(shí)際生活中，這并不容易。即便是同一種農(nóng)藥分子，由于具備不同的空間結(jié)構(gòu)，也很可能產(chǎn)生完全不同的毒性機(jī)理，對生物和生態(tài)環(huán)境造成危害?！拔覀儼堰@種相同分子式、不同空間結(jié)構(gòu)的農(nóng)藥叫做‘手性農(nóng)藥’。作為農(nóng)藥使用大國，我國手性農(nóng)藥約占農(nóng)藥的40%，然而目前僅有7%的手性農(nóng)藥使用單一異構(gòu)體。不同手性的異構(gòu)體可能產(chǎn)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。要推行高效低風(fēng)險(xiǎn)的農(nóng)藥使用概念，準(zhǔn)確識別手性農(nóng)藥風(fēng)險(xiǎn)也是一個(gè)重要的突破口?！编嵱罊?quán)說。

經(jīng)過長期研究，鄭永權(quán)團(tuán)隊(duì)率先建立了手性色譜和質(zhì)譜聯(lián)用分析方法，成功實(shí)現(xiàn)了腈菌唑等大宗使用的手性農(nóng)藥對映體分離，平均檢測時(shí)間10min/樣品，效率提高12倍，靈敏度提高50～100倍。他們已經(jīng)成功識別了7種以三唑類手性農(nóng)藥為主的對映體隱性風(fēng)險(xiǎn)；明確了4種對映體的差異性代謝規(guī)律及影響農(nóng)產(chǎn)品安全的關(guān)鍵因子，為高效低風(fēng)險(xiǎn)手性農(nóng)藥的研發(fā)、應(yīng)用及風(fēng)險(xiǎn)控制提供了技術(shù)指導(dǎo)。

此外，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了高效低風(fēng)險(xiǎn)農(nóng)藥劑型并進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。他們率先建立了“表面張力和接觸角”雙因子藥液對靶潤濕識別技術(shù)，制定了作物潤濕判別指標(biāo)，提高對靶沉積率30%以上。通過水基化技術(shù)創(chuàng)新、有害溶劑替代、專用劑型設(shè)計(jì)、功能助劑優(yōu)化，研發(fā)了10個(gè)高效低風(fēng)險(xiǎn)農(nóng)藥制劑并進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化，在全國28個(gè)省、市、自治區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用。

三步走的科學(xué)施藥技術(shù)

再好的農(nóng)藥也要科學(xué)合理地使用才能發(fā)揮它的效用，也要在保證防治效果的前提下盡量減少農(nóng)藥的用量。鄭永權(quán)表示，隨著農(nóng)藥登記的逐漸嚴(yán)格，現(xiàn)在農(nóng)藥的安全性相對來說已有了很大改善，其本身的風(fēng)險(xiǎn)越來越低，反而是不合理的使用方法加大了其風(fēng)險(xiǎn)性。為此，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研發(fā)了“科學(xué)選藥、合理配藥、精準(zhǔn)噴藥”高效低風(fēng)險(xiǎn)施藥技術(shù)。

“把自己想象成一個(gè)農(nóng)民（使用者），使用農(nóng)藥的步驟中，第一步是什么，很顯然是去買，也就是挑選農(nóng)藥?！鞭r(nóng)民使用農(nóng)藥大都是從市場上購買后直接使用，這種農(nóng)藥未必對于當(dāng)?shù)氐牟∠x害等有效，且有可能對人和環(huán)境有潛在風(fēng)險(xiǎn)。鄭永權(quán)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過深入研究害蟲對常用農(nóng)藥的敏感性的基礎(chǔ)上，在攻克了診斷劑量和時(shí)間控制、貨架壽命及田間適應(yīng)性等技術(shù)難題后，發(fā)明了瓜蚜等精準(zhǔn)選藥試劑盒26套。農(nóng)民可以自行去田間捉蟲子等放入試劑盒中，1～3小時(shí)內(nèi)即可將蟲子的死亡率與試劑盒說明書中的進(jìn)行對比，以此來判斷藥劑是否有效。該試劑盒的準(zhǔn)確率達(dá)80%以上。通過這個(gè)試劑盒來選藥，可以判斷所選農(nóng)藥是否有較高的防效，達(dá)到規(guī)避盲目選擇農(nóng)藥的風(fēng)險(xiǎn)。

選好了藥，下一步就是配藥?！耙酝r(nóng)民在選完藥之后都是自己隨意配藥，不同作物構(gòu)造各異，如何才能讓農(nóng)藥粘在葉子上發(fā)揮效果？”鄭永權(quán)說，基于此，團(tuán)隊(duì)建立了可視化液滴形態(tài)標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)了藥液沾著展布比對卡，實(shí)時(shí)指導(dǎo)田間適宜劑型與桶混助劑的使用，可減少農(nóng)藥用量20～30%。

只有真正站在使用者的角度去思考才能解決其切身關(guān)心的問題。在選藥、配藥之后，團(tuán)隊(duì)面臨的下一個(gè)步驟就是噴藥。據(jù)鄭永權(quán)介紹，現(xiàn)在農(nóng)民在噴農(nóng)藥的時(shí)候，大多采用的是粗放的噴灑方式，直到農(nóng)藥從葉子上往下流才收手。事實(shí)上，在霧滴往下滴的時(shí)候，農(nóng)藥大多已經(jīng)噴灑過度了。繼沾著展布比對卡之后，團(tuán)隊(duì)通過研究霧滴大小、霧滴密度與防治效果的關(guān)系，又發(fā)明了藥劑噴霧霧滴密度指導(dǎo)卡，指導(dǎo)卡結(jié)合霧滴密度測試卡、比對卡，通過此“三卡”聯(lián)合使用，實(shí)現(xiàn)用“霧滴個(gè)數(shù)”指導(dǎo)農(nóng)民用藥，減少藥液噴施量30%～70%。

最后，鄭永權(quán)團(tuán)隊(duì)還提出了以“風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測、風(fēng)險(xiǎn)評估、風(fēng)險(xiǎn)控制”為核心的風(fēng)險(xiǎn)管理方案。系統(tǒng)開展了高風(fēng)險(xiǎn)農(nóng)藥對后茬作物藥害、環(huán)境生物毒性、農(nóng)產(chǎn)品殘留超標(biāo)等風(fēng)險(xiǎn)控制研究，三唑磷、毒死蜱等農(nóng)藥風(fēng)險(xiǎn)控制措施被行業(yè)主管部門采納，為農(nóng)藥風(fēng)險(xiǎn)管理提供了科學(xué)支撐。根據(jù)鄭永權(quán)項(xiàng)目組統(tǒng)計(jì)，目前，以高效低風(fēng)險(xiǎn)理念為支撐的技術(shù)和產(chǎn)品推廣應(yīng)用1.8億畝次，新增農(nóng)業(yè)產(chǎn)值149.9億元，新增效益107.0億元，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益顯著。

劉旭、吳孔明、宋寶安、蔡道基等中國工程院院士認(rèn)為，鄭永權(quán)團(tuán)隊(duì)的此項(xiàng)研究在技術(shù)和理論方面均具有明顯突破和創(chuàng)新，對我國農(nóng)藥發(fā)展和應(yīng)用具有很強(qiáng)的實(shí)用性和指導(dǎo)性，成果整體處于國際國內(nèi)同類研究領(lǐng)先水平。對此，鄭永權(quán)表示，當(dāng)初開展項(xiàng)目的時(shí)候，因?yàn)榉N種條件限制，只選擇了我國農(nóng)藥中應(yīng)用最為廣泛的殺蟲藥，今后他們會(huì)把目標(biāo)放在殺菌劑和除草劑上。另外，對于整個(gè)團(tuán)隊(duì)來說，在項(xiàng)目取得突出成果之后，最大的困擾反而是把技術(shù)和產(chǎn)品商品化推廣。下一步，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在農(nóng)業(yè)部等部門大力支持下，加速推廣相關(guān)成果和技術(shù)，為農(nóng)業(yè)發(fā)展和食品安全做出更大貢獻(xiàn)。

有人說，農(nóng)藥是一把雙刃劍，割斷了蟲害之索，也割開了危害之門。當(dāng)下，國家政策大力倡導(dǎo)減少農(nóng)藥用量，實(shí)現(xiàn)“青山綠水”的友好型環(huán)境社會(huì)，國內(nèi)專業(yè)合作制、土地流轉(zhuǎn)、大農(nóng)場制的大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式快速發(fā)展，“高效低風(fēng)險(xiǎn)”的農(nóng)藥應(yīng)用有了合適的溫床去發(fā)展，有望真正使農(nóng)藥這把“雙刃劍”實(shí)現(xiàn)“正面作用可期，負(fù)面影響可控”，趨利避害，造福百姓。