农业实际生产需求推动农药制剂创新

随着土地集约化发展、种植结构调整以及劳动力结构变化，使得施药作业人工成本不断增加，近年来，无人飞机飞防植保作为一种适应时代发展需求的高效施药方式得到快速发展，已在我国不同地区的多种农作物病虫害防治中得到应用。2021年，我国植保无人飞机保有量预估达到16万架，作业面积也高达14亿亩次（1hm²=15亩）。

• 飞防制剂

植保无人飞机应用中涉及多个环节（图1），需考虑包括药液稀释稳定性、雾滴雾化和沉积、润湿铺展以及渗透吸收和传导等诸多因素，在应用过程中还要考虑制剂、药械和防治策略相结合。无人飞机飞防植保每公顷的喷雾量一般在7.5～22.5 L，药液稀释倍数较低，属于低容量或超低容量喷雾，因此在选用制剂产品时需要满足以下要求：1) 低稀释倍数下具备较高的理化稳定性，短时间内不会出现分层沉淀、析油、絮凝及有效成分分解等问题；2) 具有良好的兼容性，可最大限度满足多种制剂混合、制剂与肥料和桶混助剂混合的稳定性要求，同时还要与施药器械具有良好的兼容性，能保证雾滴的均匀度和穿透性；3) 具有良好的界面性能，由于单位面积喷雾药液量较小，因此，药液需具有更小的蒸发飘移以及更高的沉积、润湿和铺展等性能，以保证充分发挥药效。目前，针对无人飞机飞防植保的专用制剂较少，大多数情况下是采用常规喷雾制剂产品进行喷洒，而关于低稀释倍数下制剂的稳定性、使用剂量、残留量以及对靶标作物与非靶标环境的安全性等均需要进一步评估，同时，更要关注无人飞机飞防植保中农药有效成分的高效剂量传递。

图1  植保无人飞机应用中的多个环节

• 飞防助剂

随着植保无人飞机行业的迅速发展，适用于植保无人飞机的桶混助剂的开发也发展迅速。目前，市面上的飞防助剂仍主要来源于传统的桶混喷雾助剂，按化学组成可分为有机硅类、植物油类、矿物油类、表面活性剂类、无机盐类和高分子类等，其主要功能包括调节雾滴大小和粒径分布，降低蒸发和飘移，增加有效成分沉积、铺展和渗透，提高耐雨水冲刷等。宋睿等通过研究5种表面活性剂及其不同添加量对农药药液润湿性、防蒸发性及沉积性能的影响，发现添加飞防助剂TAB78（2.0% AS-1与0.2% GD复配）后农药液滴接触角降低、雾滴蒸发时间延长、沉积覆盖率和沉积密度提高。Li等通过比较不同助剂对雾滴尺寸和速度的影响，发现4种助剂（Maisi、Maidao、Surun和AdseeAB-600）均能使液滴尺寸增大和速度提高。Zhao等研究了不同种类桶混助剂（SURFOM ADJ 8860和SURFOM ADJ 8872）在植保无人飞机应用中对药液理化性质、剂量传递效率及生物活性的影响，结果表明，使用性能良好的桶混助剂时，即使制剂使用量减少1/3也能获得优异的防治效果。刘晓慧等也发现，助剂的添加可以提高飞防药效，当添加10mL/L的助剂倍达通时，可使飞防作业对棉铃虫的防效从64.00%提高到92.59%。

无人飞机飞防植保作为科技和时代发展的产物，已经在玉米、小麦、水稻、棉花、果树等作物上得到应用，而针对无人飞机飞防植保施药的标准、制剂与桶混助剂的标准和评价方法，以及环境影响评价标准和方法等亟需建立，以实现无人飞机飞防植保的健康发展和农药的减施增效，满足现代农业生产的要求。

化肥和农药作为重要的农业生产资料，对农业的增产增收起着重要作用，但化肥和农药的不合理使用既会造成环境污染，也是农作物病虫草害出现抗药性的根源之一。如何在保证农业生产的同时实现化肥和农药的减施增效，是现代农业亟需解决的问题，而药肥的出现为这一问题的有效解决提供了很好的思路。

药肥具有以下特点：1) 省时省力；2) 改善作业条件，保护人畜安全；3) 提高效果，药、肥双减；4)药-肥互作，协同增效；5) 符合农业可持续发展的趋势及精准农业、高效农业的要求。

• 我国药肥的发展现状

药肥产业涵盖农药和化肥领域，由于政策、技术研究及市场等方面的叠加因素，我国药肥目前尚处在发展过程中。经过近20多年的发展，截至2021年3月31日，在农业农村部农药登记有效期内的药肥产品数量为146个，具备有效农药登记证的药肥企业为68家，产能约180万吨，2019年年产量达70.4万吨，主要应用在甘蔗、玉米、小麦、花生等作物上防治小地老虎、蝼蛄、金针虫等地下害虫和立枯病、猝倒病等土传病害。

从历年登记数量统计（图2）可知：2016年之前，药肥产品登记总体呈缓慢发展趋势；2017至2018年登记数量爆发，其原因与市场发展需求相关，同时也与2017年《新农药管理条例》发布、《登记资料要求》修订，企业存在登记要求将提高的预期，因而将未来几年登记证件的申请计划提前有关。

图2  2011至2020年每年药肥登记数量

从主要药肥产品登记功能类型看，以杀虫和除草作用为主，还有一部分杀菌药肥，除草药肥占比20.55%，杀虫药肥占64.38%，杀菌药肥占13.70%，杀线虫药肥占1.37%。从主要登记有效成分看，苄嘧磺隆、苯噻酰草胺、阿维菌素、毒死蜱、噻虫嗪及噻虫胺等有效成分是药肥产品登记的主要成分（图3）。从登记的药肥产品剂型看则均为颗粒剂产品，目前尚未有液体形式的药肥产品登记。

图3  登记药肥产品的主要有效成分

• 药肥研究进展

有关药肥的研究最早见于1964年《日本东北农业实验场研究报告》中。20世纪60年代初，以本谷耕一为代表的研究人员将除草剂五氯苯酚（PCP）加入到肥料中作为基肥施用，研究结果表明，PCP能够抑制土壤中硝化细菌的代谢作用，使硝化作用受阻，PCP与肥料混合施用不但可以维持其除草效果，并且具有抑制土壤中硝化反应的作用，可减少氮肥的流失。20世纪60年代中期，美国科研人员发现扑草净能强烈抑制硝化作用和反硝化作用，减少氮的损失，还能增强生物固氮，增加土壤中的氮含量。前苏联曾推广由乐果和磷肥制成的颗粒肥料，以减少杀虫剂乐果乳剂在水溶液中的分解失效。这些研究结果为药肥产品的研发奠定了基础。我国针对药肥的研究始于20世纪80年代，其中多以尿素等化肥为载体，将农药包裹在尿素颗粒外表，虽已形成产品，但因效果不佳并未得到推广应用。

目前，常见的药肥类型主要有以下几种：

1) 固体药肥。化肥类。化肥类药肥通常含有不同比例的氮、磷、钾，可为作物生长提供所需养分。由于此类药肥吸潮、结块、破碎等，因此农药助剂与生产工艺的选择是关键。此外，由于化肥类药肥中所含有的氮、磷、钾养分比例固定，不能很好地契合不同地区、不同田块的氮、磷、钾需求。

有机质类。这类药肥以有机生物刺激素为载体，其生物刺激素组成通常为腐植酸、氨基酸、海藻酸等，由于上述有机质类颗粒养分多元，成分复杂，农药与其负混时存在原药易分解，成品易吸潮、结块、析晶、破碎、胀气等问题，但有机质类药肥能很好地契合农户种植时撒施、沟施、穴施的施用场景，在防治病虫害的同时可有效改良土壤，增加土壤有机质含量，保水、保肥、保墒，增强土壤透气性，因此能有效提高土壤中肥料的吸收利用率和农产品品质。

2) 液体药肥。将液体形态的肥料与农药制剂以科学稳定的方式复配一起，形成液体药肥。液体药肥分为清液型药肥与悬浮型药肥两种。二者复混后的稳定性是液体药肥需要关注的问题，因此需选择耐高盐的制剂体系。虽然液体药肥相对固体药肥占比较少，但是在作物苗床、移栽定植缓苗等时期由于滴灌冲施方便，可有效避免农药与肥料现混出现絮凝沉淀，降低药效堵塞喷头滴孔等情况，因此也是未来药肥发展的重要方向之一。

3) 缓释药肥。采用包膜法生产的缓释药肥经过缓控释技术加工后，形成“肥料-农药-包膜”颗粒，药和肥有效成分都在膜内一起缓慢释放，提高了肥料的利用效率，延长了病虫草害防治的持效期。随着缓控释农药和肥料的发展，药肥也逐渐向智能控释的方向发展，目前研究较多的几种智能载体材料有：聚多巴胺、水凝胶和受温度、pH以及电场等外部刺激而改变的材料。纳米技术为载体材料的发展提供了新的方向，以纳米颗粒作为农药和肥料的载体，可以提高纳米药肥在植物叶面上的黏附性能，调节药物释放速率，提高农药和肥料的利用效率。

• 目前我国药肥发展中存在的问题

1) 药肥中农药有效成分稳定性及均匀性。肥料主要是偏酸性或者偏碱性的多盐体系，因此药肥在贮存过程中容易出现农药有效成分分解的问题；此外，药肥中农药含量通常非常低，在生产过程中经常出现物料中农药有效成分均匀度不一致的问题，这与加工设备和工艺存在一定的关系。

2) 农药与肥料配比的科学性和精准性。药肥中农药和肥料的配比既要满足植物生长对肥的要求，也要满足对病虫草害的有效控制，尤其对于具有缓控释性能的药肥产品。由于植物不同生长期对肥的需求以及病虫草害的发生时间存在差异，因此，如何有效控制药和肥的释放，满足植物不同时期药和肥的需求，是提升药肥功能的关键。

3) 农药与肥料的混配性问题。农药与肥料之间有增效作用，但碱性肥料不能与有机磷酸酯、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯类农药混用，否则会造成氮肥中的氨挥发损失，降低肥效。同时农药多为亲脂性，水溶性差，与肥料混配负载后，药剂很难随水再分散，靶向传递、靶标接触效率降低；化肥多为水溶性，在土壤中的随水分配传递效率高，但用量大，局部浓度高，与根系直接接触，易致其失水发生肥害。因此，肥料与农药的物化相容性及作物对二者的需求在时间与空间维度上不一致的问题仍亟需解决。

4) 标签成分和使用技术标示不明，使用不当容易出现药害。部分药肥产品存在标签标示不清、注意事项不全、添加隐性成分、技术指导不够详细等问题，经常导致药害事件的发生。

5) 市场竞争不规范、随意降低养分含量。部分药肥产品存在养分含量不足的问题，导致作物生长期内得不到足够的营养，后期发生脱肥、生长缓慢，使农户蒙受经济损失。

6) 药肥登记管理难度大。登记管理办法中并无“药肥”的剂型，造成产品混杂，良莠不齐。同时登记评审时，只对农药有关实验进行评价，对于肥效部分不予评价，容易使不法商家“钻空子”，破坏市场平衡。

• 药肥未来发展趋势

1) 高效、低毒、环境友好的农药有效成分与新型肥料载体相结合，丰富药肥产品种类。根据防治需求选择具有不同内吸传导特性的高效、低毒、环境友好的化学农药或生物源农药，同时扩展新型肥料载体种类，如生物有机肥等，除基础大量营养元素外，还应根据作物的类型添加不同的中微量元素；此外，在药肥的外观形态上，除颗粒状药肥以外，还可以通过螯合技术等开发液体药肥，丰富药肥制剂种类，满足不同使用方式的需求。

2) 提升药肥质量，由粗放型向精细化、多功能方向发展。在提升药肥混合稳定性的基础上，通过助剂筛选提升有效成分的利用效率，实现药肥的提质增效。同时开展药肥产品精准控释和智能靶向传递研究，通过高分子包膜技术实现药和肥的单独精准控释，满足不同作物、不同生长期的需肥量要求以及不同病虫害精准防控的需求，实现药和肥的同时高效利用。

3) 建立符合作物栽培与农艺模式的药肥施用综合解决方案，积极推进水、药、肥一体化。结合作物栽培模式、施用方式以及旋耕、施肥和灌溉(滴灌)等农艺措施，建立基于特种作物的水、药、肥一体化、精准化施用的综合解决方案，实现农药和肥料的高效利用以及农业生产的节本增效。

4) 建立、健全和完善药肥相关标准体系，引领行业健康发展。目前，关于药肥已出台了相应的标准和技术规范，如2020年3月20日农业农村部发布的行业标准NY/T 3589―2020《颗粒状药肥技术规范》、2021年8月25日中国农药工业协会发布的团体标准T/CCPIA 100―2021《药肥产品标签标识规范》等，但均只针对颗粒状药肥，有关液体药肥、固体水溶性药肥、土壤调理剂、生物药肥等的规定还需进一步规范。此外，农业农村部也对颗粒状制剂的登记进行了限制，原则上不再批准土壤施药防治地上病虫害类颗粒剂产品的登记，进一步明确主要用于土传病害和地下害虫防治的颗粒剂登记。 

世界人口持续增长，粮食需求不断增加，农药仍是粮食生产和安全的重要保障，而农药新品种研究开发周期长、投资大以及筛选成功率低，使得农药新品种的开发难度增加。农药制剂作为农药的最终使用形式，高效、绿色、安全、功能化制剂的研发对提高防治效果、延缓抗性产生、延长产品使用寿命具有重要作用。随着生产需求的变化和技术的进步，缓控释制剂、省力化制剂、纳米制剂、药肥等新剂型相继出现，以无人飞机飞防为代表的施药技术与施药装备快速发展，农药制剂正向着精准、高效、靶向、省力、智能化方向发展。制剂研发理论的增强、多种表征技术和方法的应用以及助剂产品性能的快速提升，使得农药制剂研发和生产进入了精细化时代，未来农药制剂要求具有稳定的理化性质、优良的対靶传输性能以及高效的生物活性，并且符合精准施药、高效利用和减施增效、农产品质量安全和环境安全的要求。

目前，我国农药制剂的研究已经取得长足的发展，但同时仍有一些问题有待解决：精细化的研发手段和智能化生产装备尚未普及；绿色环保可降解材料缺乏，仍处于缓释向控释发展的阶段；纳米农药仍处于研究阶段，相关标准、管理办法和环境归趋研究需进一步完善；省力化制剂仍以颗粒剂为主，功能化的产品研发有待加强；无人飞机飞防植保发展迅速，但专用制剂、相关标准亟待建立；药肥作为一种特有的制剂产品，如何根据病虫害发生规律和作物不同生长阶段对肥料的需求实现药和肥的协同增效和高效利用仍需进一步研究。

总之，任何一种新的剂型、方法或技术的出现，都有其特有的优势和时代背景，在农业可持续发展和高效、绿色植保理念的指引下，农药制剂的开发应遵循防治的实际需求，采用先进的研究方法和评价手段，在尝试中实现性能提升，为国家粮食安全、农产品质量安全和生态环境安全提供重要保障。

来源：摘选自《农药学学报》

作者：马英剑，甄硕，孙喆，于萌，赵锐，郭鑫宇，徐勇，吴学民