我國生物農(nóng)藥發(fā)展歷程及應(yīng)用展望

袁楊 楊紅艷

摘 要 作為化學(xué)農(nóng)藥的綠色替代產(chǎn)品，生物農(nóng)藥在20世紀(jì)80年代以前被廣泛用于農(nóng)林有害生物防治。隨著化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，化學(xué)農(nóng)藥逐漸取代生物農(nóng)藥，成為農(nóng)林有害生物防治的主要手段?；瘜W(xué)農(nóng)藥在減少作物損失、保障糧食安全、抑制有害生物大面積發(fā)生和蔓延、改善生活環(huán)境衛(wèi)生狀況等方面發(fā)揮了重要作用，然而也引發(fā)了環(huán)境污染、農(nóng)藥殘留等問題。在可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的背景下，綠水青山就是金山銀山的理念已深入人心。新時期，重提發(fā)展生物農(nóng)藥，對實現(xiàn)化學(xué)農(nóng)藥使用量零增長、減少化學(xué)農(nóng)藥負(fù)面影響、改善生態(tài)環(huán)境都有重要意義。為了進(jìn)一步推動生物農(nóng)藥的發(fā)展，回顧了我國生物農(nóng)藥的發(fā)展歷史，從登記、管理、生產(chǎn)、銷售、應(yīng)用等方面綜述了生物農(nóng)藥的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展過程中遇到的問題，從發(fā)展趨勢、研發(fā)費用、政策支持、研發(fā)方向、推行應(yīng)用等角度探討了生物農(nóng)藥的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞 生物農(nóng)藥;化學(xué)農(nóng)藥;發(fā)展現(xiàn)狀;應(yīng)用前景

中圖分類號：S482 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.11.016

生物農(nóng)藥是利用生物活體或生物代謝過程中產(chǎn)生的具有生物活性的物質(zhì)，或者從生物體中提取的物質(zhì)制成的制劑[1]，具有選擇性高、對環(huán)境污染小、不易產(chǎn)生抗藥性、可利用資源多等特點[2]，20世紀(jì)80年代以前被廣泛用于農(nóng)林作物病、蟲、草、鼠等有害生物的防治。隨著化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，化學(xué)農(nóng)藥逐漸成為農(nóng)林有害生物防治的主要手段，其在減少作物損失、保障糧食安全、抑制有害生物大面積發(fā)生和蔓延、改善生活環(huán)境衛(wèi)生狀況等方面發(fā)揮了重要作用。然而，化學(xué)農(nóng)藥的濫用、誤用等不當(dāng)使用行為帶來的環(huán)境污染、對非靶標(biāo)生物的殺傷、生物多樣性喪失、害蟲抗藥性增強(qiáng)、農(nóng)藥殘留等諸多問題日益凸顯。

基于綠色發(fā)展的需求，農(nóng)業(yè)部提出《到2020年農(nóng)藥使用量零增長行動方案》，要求到2020年通過提高生物、物理防治覆蓋率的綠色防控手段及統(tǒng)防統(tǒng)治等措施，實現(xiàn)化學(xué)農(nóng)藥使用總量零增長。在可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的背景下，綠水青山就是金山銀山的理念已深入人心。新時期，重提發(fā)展生物農(nóng)藥，對實現(xiàn)化學(xué)農(nóng)藥使用量零增長、降低化學(xué)農(nóng)藥負(fù)面影響、改善生態(tài)環(huán)境都有重要意義。本文回顧了我國生物農(nóng)藥的發(fā)展歷史，綜述了生物農(nóng)藥的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展過程中遇到的問題，探討了我國生物農(nóng)藥的應(yīng)用前景，以期對解決生物農(nóng)藥發(fā)展中遇到的問題、進(jìn)一步推動生物農(nóng)藥的發(fā)展提供參考。

1? 生物農(nóng)藥的發(fā)展歷史

1.1? 生物農(nóng)藥的定義

生物農(nóng)藥目前在國際上沒有統(tǒng)一的定義。聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織和世界衛(wèi)生組織將生物農(nóng)藥定義為源于自然界的、可以以類似于常規(guī)化學(xué)農(nóng)藥的方式配制和應(yīng)用的、通常用于短期有害生物控制的物質(zhì)，如微生物、植物源物質(zhì)、化學(xué)信息素[3]。美國國家環(huán)境保護(hù)局將生物農(nóng)藥定義為從天然材料（如動物、植物、細(xì)菌和某些礦物質(zhì)等）中提取的農(nóng)藥，包括生物化學(xué)農(nóng)藥、微生物農(nóng)藥和轉(zhuǎn)基因植物農(nóng)藥（Plant-Incorporated-Protectants，PIPs）[4]。根據(jù)2019年8月農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的《對十三屆全國人大二次會議第6733號建議的答復(fù)》的闡釋，我國的生物農(nóng)藥包括微生物農(nóng)藥、植物源農(nóng)藥和生物化學(xué)農(nóng)藥。農(nóng)業(yè)部制定的《農(nóng)藥登記資料要求》分別對微生物農(nóng)藥、植物源農(nóng)藥和生物化學(xué)農(nóng)藥做出了具體的解釋。

1.2? 生物農(nóng)藥的發(fā)展歷程

生物農(nóng)藥的應(yīng)用歷史悠久。中國古代使用芒草、嘉草等植物滅殺害蟲，歐美地區(qū)則用煙草萃取液、煙草、石灰粉、除蟲菊粉、魚藤根粉滅殺害蟲[5]。以煙草、松脂、除蟲菊、魚藤、紅海蔥、馬錢子等有殺蟲功能的植物為代表的植物源農(nóng)藥，以由天然礦物原料加工制成的硫磺、硫酸銅、礦物油等為代表的無機(jī)農(nóng)藥，它們在人類歷史的大部分時間占據(jù)了農(nóng)藥使用領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。自20世紀(jì)40年代起，植物源農(nóng)藥和無機(jī)農(nóng)藥被逐漸取代，人類進(jìn)入化學(xué)合成農(nóng)藥的時代。

回顧我國生物農(nóng)藥發(fā)展歷史，蘇云金桿菌、白僵菌、昆蟲多角體病毒、魚藤根粉、印楝、昆蟲信息素等生物農(nóng)藥在中華人民共和國成立后得到迅速發(fā)展。20世紀(jì)60年代，魚藤根粉防治蔬菜和茶樹害蟲、白僵菌防治松毛蟲等生物防治技術(shù)在我國得到了大面積的推廣[2]。直至改革開放前，生物農(nóng)藥在我國有害生物防治上依然扮演重要角色。改革開放后，我國化學(xué)農(nóng)藥的發(fā)展進(jìn)入騰飛期，逐漸占據(jù)農(nóng)藥應(yīng)用的主要市場。盡管如此，以蘇云金桿菌、白僵菌、綠僵菌、木霉菌為代表的微生物農(nóng)藥，以苦參堿為代表的植物源農(nóng)藥，以誘蟲烯、梨小食心蟲信息素為代表的昆蟲信息素和以氨基寡糖素為代表的植物生長調(diào)節(jié)劑的研發(fā)仍然取得了極大的進(jìn)步。受限于當(dāng)時的政策和生產(chǎn)效率，我國生物農(nóng)藥的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于化學(xué)農(nóng)藥。進(jìn)入21世紀(jì)，在環(huán)境保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展等理念的支持下，生物農(nóng)藥的發(fā)展獲得了越來越大的空間。

農(nóng)用抗生素和天敵生物在我國曾經(jīng)也被劃為生物農(nóng)藥，不管過去還是現(xiàn)在都在農(nóng)林有害生物防治領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。自20世紀(jì)50年代起我國就開始了農(nóng)用抗生素的研制，代表性成果有井崗霉素、瀏陽霉素、寧南霉素等。雖然阿維菌素不是我國首先開發(fā)的產(chǎn)品，但是我國的研究促進(jìn)了該產(chǎn)品產(chǎn)量的提高。另外，我國很早就利用天敵生物防治害蟲，赤眼蜂利用的研究在20世紀(jì)30年代已有記載，目前赤眼蜂已被廣泛地用于農(nóng)林害蟲防治，其他天敵昆蟲（如麗蚜小蜂、食蚜癭蚊等）的應(yīng)用也有成熟的相關(guān)研究。

近年來，生物農(nóng)藥的研究方向更加多元化。以極細(xì)鏈格孢激活蛋白為代表的蛋白類生物農(nóng)藥得到了突破性的發(fā)展，RNA干擾技術(shù)（RNAi）成為了生物農(nóng)藥研究的新熱點，植物免疫和激發(fā)子的研究、土壤修復(fù)技術(shù)的研究也受到越來越多的關(guān)注[6]。在生物農(nóng)藥專利方面，我國的授權(quán)專利數(shù)呈現(xiàn)逐年上漲的趨勢[7]。1996—2005年得到授權(quán)的全球生物農(nóng)藥專利，美國、德國、中國的占比分別為22.9%、11.3%、10.3%[8]。雖然我國已是世界前三的生物農(nóng)藥授權(quán)專利擁有國，但占比不到美國的一半，仍有較大的進(jìn)步空間。

2? 我國生物農(nóng)藥的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1? 生物農(nóng)藥的登記和管理情況

《農(nóng)藥管理條例》在2017年修訂并施行后，新修訂的《農(nóng)藥登記管理辦法》《農(nóng)藥登記資料要求》《農(nóng)藥登記試驗管理辦法》《農(nóng)藥生產(chǎn)許可管理辦法》《農(nóng)藥經(jīng)營許可管理辦法》等相繼頒布。相關(guān)規(guī)定的施行，不僅使我國生物農(nóng)藥的管理更加規(guī)范，也縮短了生物農(nóng)藥試驗和登記的時間，提升了我國生物農(nóng)藥研發(fā)的便利性。

《我國生物農(nóng)藥登記有效成分清單（2020版）》列出了47個微生物農(nóng)藥有效成分、26個植物源農(nóng)藥有效成分和28個生物化學(xué)農(nóng)藥有效成分。截至2020年12月31日，我國有125種生物農(nóng)藥有效成分處于有效登記狀態(tài)，涉及1 735個產(chǎn)品，近5年生物農(nóng)藥有效成分登記數(shù)量和產(chǎn)品登記數(shù)量呈上升趨勢[9]。

根據(jù)2018年的數(shù)據(jù)，我國制定的生物農(nóng)藥產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有34項;藥效評價及使用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有14項;毒理學(xué)試驗標(biāo)準(zhǔn)中微生物農(nóng)藥（蘇云金桿菌）有6項，植物源農(nóng)藥、生物化學(xué)農(nóng)藥與一般化學(xué)農(nóng)藥同為28項;環(huán)境安全試驗標(biāo)準(zhǔn)中微生物農(nóng)藥有6項;殘留相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)10項[10]。目前我國制定的生物農(nóng)藥相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)雖然覆蓋了微生物農(nóng)藥、植物源農(nóng)藥和生物化學(xué)農(nóng)藥三大類別，但是僅涉及25種有效成分，遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于已登記的生物農(nóng)藥有效成分種類數(shù)。其中，涉及微生物農(nóng)藥的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相對較多，涉及植物源農(nóng)藥和生物化學(xué)農(nóng)藥的標(biāo)準(zhǔn)相對較少。生物農(nóng)藥相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的針對性不夠，多數(shù)種類沿用化學(xué)農(nóng)藥的標(biāo)準(zhǔn)，限制了其他未擁有獨立標(biāo)準(zhǔn)體系的生物農(nóng)藥的研發(fā)，我國生物農(nóng)藥的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)仍需進(jìn)一步完善。

2.2? 生物農(nóng)藥的生產(chǎn)和銷售情況

國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)顯示，2014—2016年我國生物農(nóng)藥規(guī)模以上企業(yè)（年產(chǎn)值2 000萬元以上）的數(shù)量、企業(yè)主營業(yè)務(wù)收入和企業(yè)利潤總額呈逐年上升的趨勢（見圖1，數(shù)據(jù)來自于文獻(xiàn)[7][11]）。2017年受我國新的《農(nóng)藥管理條例》實施的影響，農(nóng)藥行業(yè)的生產(chǎn)情況發(fā)生波動。2017年和2018年，生物農(nóng)藥的生產(chǎn)效益整體下滑。雖然自2017年以來更嚴(yán)格、更完善的管理措施和市場變化使得規(guī)模以上企業(yè)數(shù)一直呈現(xiàn)下降的趨勢，但是經(jīng)過2年的調(diào)整期，自2019年起我國生物農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)的主營業(yè)務(wù)收入和利潤總額恢復(fù)增長。

我國生物農(nóng)藥的產(chǎn)量在2018年達(dá)到約8.5萬t（包括農(nóng)用抗生素），其中微生物農(nóng)藥、植物源農(nóng)藥和生物化學(xué)農(nóng)藥的產(chǎn)量之和約為2.9萬t，生物化學(xué)農(nóng)藥的產(chǎn)量在上述3種生物農(nóng)藥中最高（見圖2）;蘇云金桿菌、枯草芽孢桿菌、棉鈴蟲核型多角體病毒、金龜子綠僵菌CQMa421和多粘類芽孢桿菌KN-03占據(jù)了78%的微生物農(nóng)藥產(chǎn)量，苦參堿、樟腦、魚藤酮、螺威和雷公藤甲素占據(jù)了86%的植物源農(nóng)藥產(chǎn)量，赤霉酸、氨基寡糖素、蕓臺素內(nèi)酯、三十烷醇和14-羥基蕓臺素甾醇占據(jù)了71%的生物化學(xué)農(nóng)藥產(chǎn)量[12]。我國生物農(nóng)藥的生產(chǎn)呈現(xiàn)出以生物化學(xué)農(nóng)藥為主，集中于幾個有效成分的特點。

以蘇云金桿菌為代表的微生物農(nóng)藥在國內(nèi)外已經(jīng)形成了成熟的生產(chǎn)和銷售模式，2017年我國蘇云金桿菌制劑年產(chǎn)值約3.5億元，年出口約1.5億元;農(nóng)用抗生素的生產(chǎn)和銷售也很亮眼，如阿維菌素年產(chǎn)值約15億元、年出口約7億元;此外，我國害蟲天敵的生產(chǎn)處于國際領(lǐng)先地位，赤眼蜂的年蜂繁量約100億頭，其人工繁殖面積為全球第一[6]。自2010年起，我國生物農(nóng)藥行業(yè)市場銷售收入總體呈現(xiàn)上漲的趨勢（見圖3），但是生物農(nóng)藥銷售收入在全國農(nóng)藥銷售收入的占比在2018年只有約12.3%，遠(yuǎn)低于全球水平[13]。

2.3? 生物農(nóng)藥的應(yīng)用情況

我國微生物農(nóng)藥的應(yīng)用相對廣泛，蘇云金桿菌、球孢白僵菌、金龜子綠僵菌、木霉菌、淡紫擬青霉、厚孢輪枝菌、昆蟲核型多角體病毒和昆蟲顆粒體病毒等被用于防治鱗翅目害蟲（如棉鈴蟲、玉米螟、松毛蟲、草地夜貪蛾等）、鞘翅目害蟲（如金龜子、天牛等）、直翅目害蟲（如蝗蟲等）等害蟲和植物病害。蝗蟲微孢子蟲、苦參堿和印楝素亦是重要的蝗蟲防治藥劑[12]。天敵生物在農(nóng)林害蟲治理中發(fā)揮著重要作用。赤眼蜂在我國應(yīng)用面積超過133萬hm2，其應(yīng)用面積全球最大[6]。林業(yè)有害生物每年對我國林業(yè)生產(chǎn)造成了巨大的損失，據(jù)估算，2006—2010年間其造成的年均直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到了245億元[14]。在林業(yè)害蟲治理方面，天敵生物應(yīng)用效果顯著，例如：白蛾周氏嚙小蜂被用于防治美國白蛾，花絨寄甲被用于防治栗山天牛、松褐天牛、云斑天牛、光肩星天牛，腫腿蜂被用于防治松褐天牛、銹色粒肩天牛、楊十斑吉丁[15]。

進(jìn)入21世紀(jì)，我國農(nóng)作物病蟲害生物防治的面積、農(nóng)作物生物防治占防治總面積的比例、生物農(nóng)藥應(yīng)用的面積逐年增長。農(nóng)作物病蟲害生物防治的面積由2002年的1 973萬公頃次上升到2007年的3 980萬公頃次，農(nóng)作物生物防治占防治總面積的比例由2002年的約8%上升到2007年的約9%[16]。到2018年，我國農(nóng)作物生物農(nóng)藥防治覆蓋率約10%，雖然相比過去有所增長，但是仍遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家20%～60%的水平[17]。

3? 應(yīng)用展望

化學(xué)農(nóng)藥在過去50年為全球有害生物防治做出了重要貢獻(xiàn)，但也對生態(tài)安全、食品安全和人體安全造成了不利影響。根據(jù)2014年的數(shù)據(jù)，我國單位面積平均化學(xué)農(nóng)藥用量比世界平均水平高2～2.5倍，每年遭受農(nóng)藥殘留污染的作物面積約8 000萬hm2，其中受到嚴(yán)重污染的占40%[18]。提高農(nóng)藥使用率，發(fā)展化學(xué)農(nóng)藥替代品是我國亟需解決的問題。20世紀(jì)末，美國在保證作物產(chǎn)量不減少的前提下，化學(xué)農(nóng)藥的使用量減少了35%[19]。鑒于此，對化學(xué)農(nóng)藥實施更為嚴(yán)格的管理，推行毒性相對較低的生物農(nóng)藥是全球趨勢。

據(jù)估計，研發(fā)一個新的化學(xué)農(nóng)藥需要用時10年左右，花費超過2億5 000萬美元;而研發(fā)一個新的生物農(nóng)藥，在美國只需3年左右，花費在300萬～500萬美元[20]。生物農(nóng)藥的研發(fā)時間和研發(fā)費用遠(yuǎn)低于化學(xué)農(nóng)藥，發(fā)展?jié)摿善?。有關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測，全球生物農(nóng)藥市場在2019—2024年期間將以14.1%的年復(fù)合增長率增長[7]。中國是僅次于巴西和美國的全球第三大農(nóng)藥市場，但是生物農(nóng)藥的市場占有率并未進(jìn)入全球前三。因此，生物農(nóng)藥未來在我國還有廣闊的增長空間。

在綠色發(fā)展新時期，生物農(nóng)藥的發(fā)展有著重要意義。2014年起，我國在部分地區(qū)示范對使用生物農(nóng)藥的農(nóng)民進(jìn)行補(bǔ)貼，鼓勵農(nóng)民使用生物農(nóng)藥。2015年農(nóng)業(yè)部頒布了《到2020年農(nóng)藥使用量零增長行動方案》，提出大力推進(jìn)綠色防控、統(tǒng)防統(tǒng)治，大力推廣應(yīng)用生物農(nóng)藥、高效低毒低殘留農(nóng)藥。隨后，《農(nóng)藥工業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》《國家質(zhì)量興農(nóng)戰(zhàn)略規(guī)劃（2018—2022年）》《2020年種植業(yè)工作要點》《關(guān)于推進(jìn)實施農(nóng)藥登記審批綠色通道管理措施的通知》等政策相繼出臺，鼓勵發(fā)展生物農(nóng)藥，助推綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展。在相關(guān)政策的支持下，我國化學(xué)農(nóng)藥使用量連續(xù)六年下降，生物農(nóng)藥整體發(fā)展呈穩(wěn)步上升趨勢，積極走向農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展之路。2021年8月，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部等六部門頒布了《“十四五”全國農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》，要求加強(qiáng)綠色防控。農(nóng)藥減量增效依然是新時期的工作重點，為實現(xiàn)新時期的目標(biāo)，推動生物農(nóng)藥的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用有重要意義。

目前，市場上的生物農(nóng)藥以殺蟲劑、殺菌劑為主，在除草劑領(lǐng)域相對空白。除草劑是生物農(nóng)藥未來值得突破的研發(fā)方向。需要注意的是，印楝素雖然是近年使用較廣的植物源農(nóng)藥，但已有研究顯示它會對傳粉昆蟲的行為、生長和發(fā)育產(chǎn)生消極的影響。例如，在施用了印楝素相關(guān)的殺蟲劑后，蜜蜂在甜瓜花期的出現(xiàn)率降低[21]。作為傳粉昆蟲的蜜蜂，其在作物花期的出現(xiàn)率可能會影響作物的產(chǎn)量。所以，在研發(fā)植物源農(nóng)藥時，其對傳粉昆蟲的影響應(yīng)當(dāng)被重視?？紤]到許多國家對轉(zhuǎn)基因作物的消極態(tài)度，關(guān)注基于RNAi的生物農(nóng)藥，尤其是可直接使用的RNAi殺蟲劑的研發(fā)會是我國生物農(nóng)藥發(fā)展的機(jī)會。但是，我們也需要注意到RNA的可降解性在其作為生物農(nóng)藥使用時既是優(yōu)點，也是缺點。在商品化RNAi殺蟲劑時，如何讓其在施用后保持更持久的穩(wěn)定性和有效性需要更深入的研究[22]。

相比化學(xué)農(nóng)藥，生物農(nóng)藥防治相對專一、見效相對較慢，小農(nóng)農(nóng)業(yè)體系下的農(nóng)戶對生物農(nóng)藥的防治效果的感知不如化學(xué)農(nóng)藥，影響其使用生物農(nóng)藥的積極性。除此之外，農(nóng)戶對生物農(nóng)藥的認(rèn)識不足、生物農(nóng)藥的價格相對較高等也是制約生物農(nóng)藥廣泛應(yīng)用的因素。如何降低生物農(nóng)藥的成本是影響生物農(nóng)藥推廣的關(guān)鍵。此外，化學(xué)農(nóng)藥擁有成熟的產(chǎn)銷體系，與農(nóng)戶直接接觸的一線推廣人員，可以幫助農(nóng)戶解決在種植過程中、在農(nóng)藥使用過程中遇到的問題。這種便利性也讓農(nóng)戶更傾向于使用化學(xué)農(nóng)藥。我國為了推廣生物農(nóng)藥，在示范區(qū)域會給使用生物農(nóng)藥的農(nóng)戶進(jìn)行補(bǔ)貼。可是我們需要注意，如果不能解決不補(bǔ)貼后農(nóng)戶放棄使用生物農(nóng)藥的問題，補(bǔ)貼性的推廣方式難以使生物農(nóng)藥得到持續(xù)的應(yīng)用。在生物農(nóng)藥的推廣中，解決農(nóng)民的顧慮、對農(nóng)民提供有效的知識和長期的技術(shù)支持需要得到更多的關(guān)注。

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收稿日期：2022-02-24

作者簡介：袁楊（1993—），女，云南普洱人，碩士，主要研究方向為生態(tài)農(nóng)業(yè)。E-mail： yang123.yuan@foxmail.com。