淺析納米農(nóng)藥在農(nóng)作物病蟲害防治中的應(yīng)用

鄭州市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心 牛亞斌 劉雪平

一、研究背景

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所對納米農(nóng)藥初步定義為：應(yīng)用于有害生物防控場景，通過技術(shù)手段，使農(nóng)藥以納米尺度穩(wěn)定存在，使用時能發(fā)揮出區(qū)別于原劑型性能的農(nóng)藥制劑。納米農(nóng)藥集綠色、高效、智能等多種標(biāo)簽于一身，其研究潛力和應(yīng)用效果受到了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域和化工領(lǐng)域的共同認(rèn)可。2022 年4 月，以“納米農(nóng)藥”作為關(guān)鍵詞查詢國家專利信息，共獲得了100 多條相關(guān)結(jié)果。我國經(jīng)歷了納米農(nóng)藥由試驗研發(fā)到市場應(yīng)用的迅速發(fā)展歷程。目前，它正在朝著產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；姆较虬l(fā)展。

農(nóng)作物病蟲害防治是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，包括對農(nóng)業(yè)有害生物監(jiān)測預(yù)報、預(yù)防控制、應(yīng)急處理等防治活動。提升農(nóng)作物病蟲害防治能力，對減輕經(jīng)濟(jì)損失、保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全具有重要意義。納米農(nóng)藥的研究和發(fā)展是貫徹《農(nóng)作物病蟲害防治條例》，開展農(nóng)作物病蟲害防治科技創(chuàng)新，推進(jìn)農(nóng)作物病蟲害防治的智能化、專業(yè)化、綠色化的重要途徑。同時，它也是推動農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展和農(nóng)用投入品減量增效的重要手段。

二、納米農(nóng)藥的分類

（一）根據(jù)制備方式進(jìn)行分類

納米農(nóng)藥主要分為2 種：第一種是納米微粒劑農(nóng)藥。通過特殊的技術(shù)手段，將農(nóng)藥的有效成分直接加工成納米級微粒。納米級農(nóng)藥微粒施藥時呈現(xiàn)出比表面積增大、反應(yīng)活性增高、小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)等理化特性，給施藥效果帶來不同的影響。第二種是納米緩釋劑農(nóng)藥。借用納米材料載體，將傳統(tǒng)農(nóng)藥微粒包載其中，提高農(nóng)藥穩(wěn)定性、增強(qiáng)對藥效釋放的控制效果。

（二）根據(jù)粒徑大小不同進(jìn)行分類

納米農(nóng)藥主要分為9 種（見表1）。

表1 不同粒徑納米農(nóng)藥分類

三、納米農(nóng)藥的應(yīng)用現(xiàn)狀

21世紀(jì)初期，歐洲已開展了納米農(nóng)藥的研究與應(yīng)用。雖然在指導(dǎo)性文件中并未出現(xiàn)“納米農(nóng)藥”的關(guān)鍵詞，但是相關(guān)農(nóng)產(chǎn)品應(yīng)用的管理機(jī)構(gòu)——?dú)W盟食品安全管理局（EFSA）已經(jīng)對農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)與加工過程中所使用的納米制劑和技術(shù)進(jìn)行規(guī)范與指導(dǎo)。

2020 年，印度發(fā)布了納米制劑在農(nóng)產(chǎn)品與農(nóng)業(yè)投入品的標(biāo)準(zhǔn)化指南文件，包括納米食品、納米飼料、納米化肥、納米農(nóng)藥在內(nèi)的相關(guān)納米技術(shù)產(chǎn)品都已經(jīng)進(jìn)入應(yīng)用階段。

目前，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所、南京國家農(nóng)創(chuàng)園納米農(nóng)藥技術(shù)聯(lián)合實驗室等多家單位正在進(jìn)行納米農(nóng)藥的應(yīng)用性研究，包括河南省、江蘇省、黑龍江省等省的農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣部門均對納米農(nóng)藥相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)推廣與示范應(yīng)用。

以江蘇省為例，在當(dāng)?shù)赝茝V示范的納米農(nóng)藥減量增效復(fù)配技術(shù)，可有效解決傳統(tǒng)農(nóng)藥劑型不穩(wěn)定的問題。一方面，通過增大農(nóng)藥微粒數(shù)量和表面積，擴(kuò)大與防治靶標(biāo)的接觸面，顯著提高了農(nóng)藥傳輸與滲透性；另一方面，通過精準(zhǔn)用藥方案，病蟲害防治所需的多種農(nóng)藥得到了科學(xué)精準(zhǔn)混配，從而達(dá)到提高農(nóng)藥藥效、減量控害的目的。與傳統(tǒng)農(nóng)藥相比，在保證防治效果的情況下，納米農(nóng)藥使用量可有效減少20%。

四、納米農(nóng)藥的應(yīng)用優(yōu)勢

（一）提高有效成分的利用率

農(nóng)藥有效成分在農(nóng)作物表面的牢固附著，是藥效作用的關(guān)鍵性影響因素。農(nóng)作物植株表面存在蠟質(zhì)等特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致疏水性較高，加上外界氣流因素，農(nóng)藥在農(nóng)作物植株表面的黏附效果會削弱很多。納米農(nóng)藥在加工過程中被進(jìn)行化學(xué)處理，其粒子對農(nóng)作物植株表面的親和性發(fā)生變化，增加其在作物植株表面的黏附與沉積，減少農(nóng)藥霧滴的反彈與流失，從而提高農(nóng)藥有效成分的利用率。王希等（2021）試驗結(jié)果表明，在使用噻蟲嗪作為農(nóng)藥有效成分防治柑橘木虱的田間試驗中,當(dāng)超低容量液劑用藥量為傳統(tǒng)水分散粒劑用藥量的64%時，施藥后5 d、藥后10 d、藥后15 d 的防治效果相當(dāng)，甚至略高。

（二）延緩藥效釋放

當(dāng)農(nóng)藥微粒被包裹在納米材料載體中，其有效成分的穩(wěn)定性將極大增強(qiáng)，在保證病蟲害防治效果相當(dāng)?shù)那闆r下，可降低施藥頻率，減少藥量使用。鄭曉斌等（2021）研究表明，在相同劑量高效氯氟氰菊酯防治蔥薊馬的田間試驗中，用藥14 d 后，10%高效氯氟氰菊酯納米緩釋劑相較于5%高效氯氟氰菊酯微乳劑在相同劑量下對大蔥薊馬的防治效果更佳，這可能是納米農(nóng)藥緩釋劑的緩慢釋放能力，保證了其在14 d 依然具有良好的防治效果。

（三）環(huán)境條件響應(yīng)

納米載體材料不但可以提高農(nóng)藥有效成分的穩(wěn)定性，還可以在溫度、光照、酶、pH 等某一個外界因素滿足反應(yīng)條件時，準(zhǔn)確釋放藥效，從而使農(nóng)藥有的放矢地對病蟲害進(jìn)行防治。楊夢丹等（2020）制備了一種酯酶響應(yīng)性光活化納米農(nóng)藥（PB-GSANPs），可以在接收到酯酶的刺激響應(yīng)以后，釋放具備光化學(xué)穩(wěn)定性的光活化農(nóng)藥，表明納米技術(shù)在制備光活化農(nóng)藥方面的應(yīng)用潛力。

（四）提高傳輸效果

呼倩等（2020）試驗結(jié)果標(biāo)明，在5 種植物源殺蟲劑添加納米農(nóng)藥助劑后，對西藍(lán)花薊馬的防治效果均提高了10%～20%，顯示出納米農(nóng)藥助劑對植物源殺蟲劑的增效作用。通過實驗室觀察，植物源殺蟲劑與納米農(nóng)藥助劑混合后，苦參堿的粒徑從1000 nm 降低到10 nm，推測納米農(nóng)藥助劑的增效作用是由于納米農(nóng)藥助劑對植物源殺蟲劑粒子結(jié)構(gòu)和直徑的影響，使藥效更好地進(jìn)入作物及害蟲體內(nèi)。

五、納米農(nóng)藥待解決的問題

（一）霧滴漂移影響

隨著納米農(nóng)藥霧滴粒徑的變小，其受環(huán)境氣流的影響會更大。胡紅巖等（2021）在試驗中發(fā)現(xiàn)，使用植保無人機(jī)對棉花蚜蟲進(jìn)行防治時，飛行高度過高，會使藥液霧滴在棉花植株上的有效沉淀減少，納米農(nóng)藥在棉花植物表面的覆蓋率無法得到保證。雖然在此條件下納米農(nóng)藥利用率低于常規(guī)農(nóng)藥，但是對棉花蚜蟲的防治效果仍然優(yōu)于常規(guī)農(nóng)藥。

（二）制備效率局限性

目前，大部分推廣應(yīng)用的納米農(nóng)藥制劑均為實驗室生產(chǎn)，其生產(chǎn)速度和穩(wěn)定性尚未達(dá)到農(nóng)業(yè)化工產(chǎn)量、病蟲害專業(yè)化防治的要求。因此，納米農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)化、高效率的生產(chǎn)技術(shù)仍然有待突破。

（三）風(fēng)險不確定性

無論是改變農(nóng)藥有效成分的粒經(jīng)大小，還是使用納米材料載體包裹農(nóng)藥微粒，其材料特性都呈現(xiàn)了相抵效應(yīng)、共振效應(yīng)、誘導(dǎo)效應(yīng)等應(yīng)有的復(fù)合效應(yīng)，影響因素較多、機(jī)理比較復(fù)雜，由此帶來了生態(tài)毒性、環(huán)境污染等諸多風(fēng)險的不確定性。

（四）監(jiān)管政策待補(bǔ)充

截至2022 年4 月，負(fù)責(zé)農(nóng)藥監(jiān)督管理工作的農(nóng)業(yè)農(nóng)村主管部門尚未出臺納米農(nóng)藥的監(jiān)管政策，但已獲農(nóng)藥登記的某些農(nóng)藥微乳劑產(chǎn)品粒徑為50～100 nm，屬于典型的納米制劑。現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)化文件是由全國納米技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會發(fā)布的《納米技術(shù)適用于工程納米材料的職業(yè)風(fēng)險管理原則和方法》。該標(biāo)準(zhǔn)為推薦性的國家標(biāo)準(zhǔn)，對廣泛的納米材料加工過程進(jìn)行規(guī)范。納米農(nóng)藥相關(guān)的政策監(jiān)管仍然有待補(bǔ)充。

六、建議與展望

（一）優(yōu)化生產(chǎn)線工藝

在提高納米農(nóng)藥防治農(nóng)作物病蟲害效果的基礎(chǔ)上，其生產(chǎn)要選擇更簡單、小型化的設(shè)備，使生產(chǎn)工藝更高效、更節(jié)能、以獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。

（二）發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)

納米農(nóng)藥在研制過程中選擇天然生物源、高分子材料等易降解材料，在降低影響生態(tài)環(huán)境的過程中減少病蟲的抗藥性，為人類健康帶來保障。

（三）出臺標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)則

相關(guān)部門要經(jīng)過科學(xué)審慎的論證，出臺相關(guān)的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、登記標(biāo)準(zhǔn)、風(fēng)險評估標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)則獲得秩序，促進(jìn)技術(shù)交流和農(nóng)業(yè)發(fā)展。

早在1800 年前，我國就已經(jīng)開始用礦物質(zhì)和植物性殺蟲劑來防治病蟲害。新中國成立后，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)蓬勃發(fā)展，從《農(nóng)藥管理條例》《農(nóng)作物病蟲害防治條例》等法規(guī)的逐步完善，到科學(xué)用藥、綠色防控等農(nóng)業(yè)技術(shù)與理念的大力推廣，農(nóng)作物病蟲害防治正在朝著更加經(jīng)濟(jì)、安全、有效的方向健康發(fā)展。相信在不久的將來，納米農(nóng)藥作為農(nóng)業(yè)與化工業(yè)的融合產(chǎn)物，將會在農(nóng)作物病蟲害防治中發(fā)揮更加重要的作用，推動農(nóng)業(yè)發(fā)展，增進(jìn)人類福祉。