殺鈴脲在林業(yè)有害生物防治上的研究和應(yīng)用

譚海軍

(蘇州艾科爾化工科技有限公司,江蘇 昆山215300)

我國是全球林業(yè)有害生物危害最為嚴(yán)重的國家之一。有害生物通過蛀干、食葉、脫葉和傳播病蟲害等行為,每年給林業(yè)生產(chǎn)造成了較大的損失。由于結(jié)構(gòu)不合理、破碎化嚴(yán)重,森林生態(tài)多樣性喪失引起生態(tài)系統(tǒng)失衡,森林防御外來侵害能力降低,林業(yè)有害生物近年呈現(xiàn)了頻發(fā)重發(fā)的態(tài)勢[1]。目前,人們主要采用植物檢疫、林業(yè)管理、物理機械防治、生物防治和化學(xué)防治等方法進行有害生物防治,而化學(xué)防治仍是最有效的方式之一。但是,大量化學(xué)農(nóng)藥的不合理使用,造成了農(nóng)藥殘留和有害生物的抗性與再猖獗性,并產(chǎn)生了諸多環(huán)境和社會問題[2]。因此,研究和應(yīng)用作用機理新穎、經(jīng)濟實用和副作用小的新型殺蟲劑對控制林業(yè)害蟲具有重要意義。

苯甲酰脲類殺蟲劑是一類新型選擇性昆蟲生長調(diào)節(jié)劑,其作用機制獨特,廣譜持效,對多種有害生物的天敵和哺乳動物安全,在動物體內(nèi)和環(huán)境中易降解、殘留低[3],適用于林業(yè)有害生物防治和抗性管理。以殺鈴脲(Triflumuron)為代表的苯甲酰脲類殺蟲劑在林業(yè)有害生物防治上的研究和應(yīng)用情況值得關(guān)注。

1 苯甲酰脲類殺蟲劑與殺鈴脲

20世紀(jì)70年代,荷蘭Philips-Duphar公司首次報道了毒蟲脲(代號DU 19111)等化合物具有抑制昆蟲蛻皮的作用。1975年,該公司開發(fā)上市了第一個苯甲酰脲類殺蟲劑——除蟲脲(Diflubenzuron),從而開啟了該類殺蟲劑的新時代。隨后,德國Bayer公司對毒蟲脲結(jié)構(gòu)中的二氯代苯進行簡化,得到了活性更高的一氯代同類化合物殺鈴脲,代號Bay SIR 8514,并于1979年商業(yè)化。后來又有一系列的苯甲酰脲類殺蟲劑得以創(chuàng)制開發(fā),至今上市的該類殺蟲劑有10多個,按其化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為二氯代(a)、一氯代(b)和二氟代(c)3小類(圖1),殺蟲活性依次遞增[4]。這些苯甲酰脲類殺蟲劑的開發(fā)應(yīng)用,對農(nóng)業(yè)、衛(wèi)生、畜牧和林業(yè)等領(lǐng)域的有害生物防治發(fā)揮了重要的作用。

圖1 苯甲酰脲類殺蟲劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類與舉例Fig.1 Chemical structure classification and examples of benzoylurea insecticides

殺鈴脲具有苯甲酰脲類殺蟲劑的一般特點,對具有完全變態(tài)特征的,及纓翅目、同翅目(木虱和蚧等)和蜱螨類等害蟲具有廣譜活性。與其它苯甲酰脲類殺蟲劑相比,殺鈴脲的生物活性高于一氯代類滅幼脲(Chlorbenzuron)和二氯代類除幼脲(Dichlorbenzuron),生產(chǎn)成本和生態(tài)環(huán)境安全性也優(yōu)于除蟲脲和氟鈴脲(Hexaflumuron)等二氟代類,是一種相對經(jīng)濟實用的殺蟲劑。殺鈴脲在我國最早用于防治棉花棉鈴蟲和柑橘樹潛葉蛾,2008年推廣至林業(yè)有害生物防治,至今僅有用于防治楊樹上美國白蛾的農(nóng)藥登記。殺鈴脲在林業(yè)有害生物防治上具有較大的開發(fā)和應(yīng)用潛力。

2 作用效應(yīng)

2.1 生物化學(xué)效應(yīng)

苯甲酰脲類殺蟲劑殺鈴脲的生物化學(xué)效應(yīng)表現(xiàn)為影響幾丁質(zhì)的合成、運輸和沉積,同時影響酶、蛋白質(zhì)和DNA的合成和正常功效。研究表明[5],殺鈴脲處理后會抑制美國白蛾幼蟲體壁幾丁質(zhì)的合成和沉積,使其體內(nèi)葡萄糖的合成速率變緩,脂肪含量明顯增加。殺鈴脲還能激活分月扇舟蛾[6]和舞毒蛾[7]幼蟲體內(nèi)的羧酸酯酶(CarE)、乙酰膽堿酯酶(AChE)和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶(GST)、超氧化物岐化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和多酚氧化酶 (PPO)等多種解毒酶和保護酶的活性,影響其正常的生理代謝,從而實現(xiàn)毒殺效果。然而,殺鈴脲對榆紫葉甲成蟲的GST和CAT表現(xiàn)為抑制作用[8],這可能與殺鈴脲對成蟲的直接作用較弱有關(guān)。有趣的是,殺鈴脲與阿維菌素混用后,可使舞毒蛾幼蟲體內(nèi)的CarE,GST和PPO的活性受到抑制[7],這說明二者的混用有利于延緩有害生物抗性的發(fā)展。

2.2 生物學(xué)效應(yīng)

殺鈴脲兼具胃毒和觸殺作用,對各靶標(biāo)害蟲的幼蟲、蛹、成蟲和卵,及其寄主植物均有直接或間接的生物學(xué)效應(yīng)。殺鈴脲對害蟲蟲體和卵均無內(nèi)吸活性[9],作用效果與有機磷和擬除蟲菊酯等其它類殺蟲劑相比較慢。

2.2.1對幼蟲和蛹的效應(yīng)

殺鈴脲使幼蟲的角質(zhì)層畸形化,幼蟲在蛻皮過程中或完成1次或多次后死亡,高峰期一般出現(xiàn)在藥后3～5 d。一般低齡的幼蟲比高齡的對殺鈴脲更敏感,或者無差異。幼蟲或在蛻皮完后因新皮太薄破裂而亡,或不能蛻去老皮而死,或不能取食而死,或延遲至畸形蛹而死。殺鈴脲對蛹還具有延遲的觸殺作用,表現(xiàn)為形成畸形成蟲。殺鈴脲處理后,美國白蛾幼蟲的新表皮變薄,頭寬和體長變短,生長發(fā)育延緩,活動和取食量減少,蟲體逐漸萎縮、體色變暗,蛻皮或變態(tài)受阻,體液流出中毒而死[5]。西部云杉色卷蛾[10]和榆紫葉甲[11]幼蟲取食殺鈴脲后,其蛻皮受到抑制、不能進入化蛹階段而死亡。

2.2.2對卵的效應(yīng)

殺鈴脲沒有直接的殺卵活性,但可抑制胚胎幾丁質(zhì)的形成,使幼蟲不能鉆出卵殼而死,或在卵孵化當(dāng)時或完成后不久將幼蟲殺死。殺鈴脲可經(jīng)卵巢傳遞或直接施用于蟲卵來抑制其孵化:經(jīng)卵巢傳遞可直接通過接觸或飼喂雌成蟲,或間接通過雄成蟲交配傳遞給雌成蟲來實現(xiàn)；直接施用的抑制作用與藥劑的濃度和對卵殼的滲透性有關(guān),一般會隨藥劑濃度的降低、制劑溶劑的減少和卵齡的增加而降低。殺鈴脲飼喂成蟲或浸漬蟲卵可完全抑制醬曲露尾甲和隆肩露尾甲[12]的卵孵化,單性處理白松球果象[13]和桑天牛[14]成蟲也可抑制其卵孵化,但直接施用于云杉葉蜂蟲卵則無效[9]。在停止飼喂或接觸殺鈴脲后,蟲卵的活力可得到恢復(fù)[12]。

2.2.3對成蟲的效應(yīng)

殺鈴脲一般對成蟲沒有直接致死作用[11],不會使其形態(tài)和取食等發(fā)生變化[14],但會使其繁殖力和生殖力降低,產(chǎn)卵量減少。桑天牛[14]、栗山天牛[15]和云杉葉蜂[9]成蟲的壽命都不受其影響,桑天牛的內(nèi)部生殖器官形態(tài)也無顯著變化,但雌成蟲的產(chǎn)卵量(特別是產(chǎn)卵后期)和雄成蟲精巢內(nèi)的成熟精子含量都減少[14],這可能與其DNA受到抑制有關(guān)。此外,殺鈴脲還可降低白松球果象成蟲的存活率,且對雄蟲的抑制作用高于雌蟲[13]。

2.2.4對寄主植物的效應(yīng)

研究表明[16],苯甲酰脲類殺蟲劑除蟲脲處理可使落葉松球果氣味中的α-蒎烯、β-蒎烯、月桂烯、3-蒈烯、β-羅勒烯和水芹烯等多種揮發(fā)物的含量發(fā)生變化,球果花蠅在感受到該變化后不再選擇該植株作為寄主,從而減少產(chǎn)卵和松果危害。殺鈴脲對害蟲寄主植物也很有可能存在類似的作用效應(yīng),即通過改變該植物釋放的揮發(fā)性信息激素的含量來產(chǎn)生對有害生物的驅(qū)避作用。此外,殺鈴脲對林業(yè)樹木安全,至今未見相關(guān)藥害報道。

3 生物活性

殺鈴脲對多種林業(yè)害蟲具有較高的生物活性,對榆紫葉甲、楊葉甲、榆毒蛾、櫟毒蛾、舞毒蛾、天幕毛蟲、楊扇舟蛾、興安落葉松鞘蛾、朱蛺蝶和絹粉蝶等多種鱗翅目害蟲的活性均優(yōu)于同劑量的滅幼脲[17]。研究表明[18],殺鈴脲對東部云杉色卷蛾3～6齡幼蟲的毒力EC50為0.05～0.08 mg/L,且其活性不受高壓滅菌和太陽燈的影響。殺鈴脲對靶標(biāo)有害生物的急性毒性較低,發(fā)揮藥效需要一定的時間。殺鈴脲對舞毒蛾1～4齡幼蟲的半數(shù)擊倒時間LT50為0.12～4.15 d,優(yōu)于除蟲脲[19]；對以歐洲赤松葉蜂和小吉松葉蜂為主的松葉蜂的2齡幼蟲10～12 d的胃毒毒力LC90為0.001 mg/L,與除蟲脲相當(dāng)[20-21]。殺鈴脲飼喂云杉葉蜂雌蟲后可使其11 d內(nèi)產(chǎn)的卵不能孵化或存活,抑制率在93%以上[9]。同時,對栗山天牛子代卵孵化的抑制作用優(yōu)于除蟲脲和滅幼脲,與濃度呈正相關(guān)系數(shù)關(guān)系[15]。

4 林業(yè)有害生物防治

4.1 使用方法

殺鈴脲水溶性相對較弱,須制成可濕性粉劑、懸浮劑、乳油和油劑等制劑進行施用。一般含有機溶劑的制劑的脂溶性和噴施后的沉積、防治效果較好,如殺鈴脲油劑對榆紫葉甲的殺卵效果要優(yōu)于懸浮劑[22]。殺鈴脲的林間施用方式包括噴霧、噴煙、涂枝和誘捕等,而利用專用飛機、直升機或人工機械進行噴灑最為常用。對樹冠或樹干進行常量、低量或超低量噴霧均能實現(xiàn)一定的防治效果,處理工效依次提高,低量和超低量噴霧一般要加入尿素等助劑沉降霧滴、抑制蒸發(fā)飄散,以確保藥效。殺鈴脲制劑的施用方式及施用量與森林覆蓋、樹勢和蟲齡等有關(guān),防治高齡害蟲應(yīng)適當(dāng)加大用藥量。施用時間一般以在雌成蟲出現(xiàn)之前至卵期為宜,產(chǎn)卵始盛期和盛期進行二次施藥的防效明顯優(yōu)于一次施藥的[23]。

為增強速效性和殺蟲譜,一般將殺鈴脲與增效劑或不同作用機理的殺蟲劑混合施用。殺鈴脲與洗衣粉混用可成倍地提高殺鈴脲對美國白蛾的速效性[24],與保幼激素烯蟲酯混用可顯著提高對西部云杉色卷蛾的殺死率[25]。

4.2 防治效果

殺鈴脲的單一和復(fù)配制劑對林間的鱗翅目、膜翅目、雙翅目和同翅目等多種害蟲具有較好的防效,持效期長達35 d左右,如表1所示。殺鈴脲對落葉松球果花蠅、天幕毛蟲、松毛蟲、銀杏大蠶蛾、大袋蛾和榆紫葉甲的防效優(yōu)于同類的滅幼脲、除蟲脲、氟鈴脲、氟苯脲和氟啶脲等或與之相當(dāng),接近有機磷類、擬除蟲菊酯類、氨基甲酸酯類和雙酰肼等殺蟲劑的防效。殺鈴脲對天幕毛蟲和松毛蟲進行飛防的單位成本低于滅幼脲、除蟲脲、溴氰菊酯和蟲酰肼[35-37],20%殺鈴脲SC替代25%滅幼脲WP防治林業(yè)有害生物可降低成本11%以上[17]。

注:“*”兌水稀釋比例。

林間田試驗結(jié)果表明,殺鈴脲還可有效防治云杉、冷杉和松樹等林木樹上的西部云杉色卷蛾[45]、松異舟蛾[26]、歐卷葉蜂、歐松葉蜂、歐洲赤松葉蜂、歐洲新松葉蜂、松阿扁葉蜂、扁葉蜂、法氏腮扁葉蜂[11]和楊干象[46]等其它鱗翅目、膜翅目和鞘翅目有害生物的蟲卵、幼蟲和成蟲,并大大減少油橄欖果實里的巢蛾幼蟲危害[47]。此外,25%殺鈴脲WP按300～400 g/hm2施用,也可有效防治東南亞的非洲油棕櫚上的多種刺蛾和和袋蛾類鱗翅目害蟲,5～10 d可發(fā)揮最佳藥效[48]。20%殺鈴脲SC地面噴霧防治赤松毛蟲,可春防越冬代幼蟲,秋防第一代低齡幼蟲,對下一代的蟲口具有持續(xù)的控制作用[28]。5%殺鈴脲SC對美國白蛾的持效期長達49 d[49],并可控制多代災(zāi)情。然而,對云杉葉蜂持效期的研究[50]表明,殺鈴脲殘留不會在多代間傳遞,或累積較少。

4.3 施用后的影響

殺鈴脲屬于低風(fēng)險殺蟲劑,施用后對林間有益物種種群的多樣性無不良影響。殺鈴脲對松毛蟲赤眼蜂急性毒性LR50高于9.16×10-3mg/L,對其子代也安全[51]。同時,對林間美國白蛾重要天敵白蛾周氏嚙小蜂、克氏原螯蝦和多種捕食舞毒蛾的鳥類等均安全,對蜘蛛織網(wǎng)[10]無不良影響或影響較小。但對林間自由飛行的蜜蜂幼蜂存在一定的殘留毒性[52],對黑唇瓢蟲和蒙氏瓢蟲的繁殖力和卵生存力不利[53],施用時應(yīng)注意。殺鈴脲的持久性低,在林間土壤降解迅速,與土壤類型和天氣狀況無關(guān),施用后90 d基本全部降解[54]。

5 小結(jié)與展望

一氯代苯甲酰脲類殺蟲劑——殺鈴脲具有胃毒和觸殺作用,通過影響靶標(biāo)害蟲幾丁質(zhì)的合成、運輸和沉積,使幼蟲或蛹不能正常蛻皮而畸變直至死亡。同時,殺鈴脲還影響害蟲的酶、蛋白質(zhì)和DNA,引起成蟲存活率和生殖力下降,表現(xiàn)出經(jīng)卵巢傳遞的殺卵活性。殺鈴脲具有廣譜殺蟲活性,持效期較長,林間施用可有效控制鱗翅目、鞘翅目、膜翅目、同翅目和雙翅目等多種有害生物,對有害生物的天敵和生態(tài)環(huán)境影響小,單位用量和成本優(yōu)于滅幼脲和除蟲脲等同類品種。殺鈴脲在林業(yè)有害生物防治上的應(yīng)用開發(fā)符合農(nóng)藥減量增效和綠色發(fā)展理念,具有廣闊的市場前景。

未來,應(yīng)加強殺鈴脲在林業(yè)有害生物防治上的深入研究和推廣應(yīng)用。一是加強作用機理和抗性機理的研究,探討殺鈴脲對林業(yè)有害生物的亞致死效應(yīng)和抗性機制,及對寄主植物的作用效應(yīng),以此指導(dǎo)產(chǎn)品開發(fā)和防治應(yīng)用；二是加強劑型和復(fù)配組合開發(fā),通過選擇新的合適劑型、與不同作用機理和內(nèi)吸傳導(dǎo)的殺蟲劑復(fù)配,以實現(xiàn)協(xié)同增效和延緩抗性的目的；三是加強應(yīng)用拓展及使用技術(shù)開發(fā),探索在防治美國白蛾以外的林業(yè)有害生物方面的應(yīng)用,及與之相適應(yīng)的施用方法和技術(shù)；四是加強綜合防治技術(shù)的開發(fā),充分利用殺鈴脲的低副作用特點,引入生物天敵,結(jié)合其它多種手段進行林業(yè)有害生物綜合防治。