中國農藥七十年發展與應用回顧

潘興魯，董豐收，劉新剛，徐 軍，吳小虎，鄭永權

（中國農業科學院植物保護研究所，植物病蟲害生物學國家重點實驗室，農業農村部質量安全生物性危害因子風險評估實驗室（北京），北京 100193）

農藥是指用于防治、消滅或控制危害農業、林業的病、蟲、草和其他有害生物以及有目的地調節植物、昆蟲生長的化學合成或者來源于生物、其他天然物質的一種或幾種物質的混合物及其制劑[1]。農藥是農業生產中重要的生產資料，在防治病、蟲、草、鼠等引起的農業災害，促進農業增產增收方面發揮著重要的作用。中國是一個病、蟲、草、鼠等生物災害頻繁暴發、農業生態環境脆弱的農業大國，農藥是目前最經濟、最有效的防治病、蟲、草、鼠害的技術手段。20世紀90年代以來，我國每年使用農藥防治面積達58億畝次，挽回糧食損失5 800萬t以上，挽回棉花損失150萬t，在保護人類健康和糧食安全方面起到了關鍵作用[2]。中國農藥工業起步于新中國成立之后，經過70年的發展，農藥行業由弱到強，從追趕到比肩，取得了輝煌的成就，并在國際舞臺上發揮著越來越重要的作用。本文從農藥創制、劑型加工、施藥技術、殘留檢測和風險評估等方面進行重點回顧。

1 新農藥創制發展與應用

中國的農藥創制是在新中國成立后才起步的，農藥創制發展主要經歷了3個階段：①1949—1993年，中國農藥創制主要以仿制為主，仿中有創、半創半仿、嘗試創制，取得了一定的成績，比如1958年仿制合成了乙蒜素，1970年研發了氨基甲酸酯類殺蟲劑混滅威，1976年研制了不含氟元素的苯甲酰脲類昆蟲生長調節劑滅幼脲；②1993年起我國頒布了《專利法》和《農業化學物質產品行政保護條例》[3]，開始實施農藥化合物專利保護制度，由仿制轉向創制。殺蟲劑氟嗎啉的研發成功，實現了我國農藥創制零的突破，成為第一個具有自主知識產權的新品種農藥；③從“十五”開始，農藥創制投入不斷加大，包括南北農藥創制中心（農藥國家工程研究中心、國家南方農藥創制中心）、綠色農藥與農業生物工程教育部重點實驗室、國家高效低風險農藥科技創新聯盟在內的一系列國家級、省部級平臺以及創新聯盟（表1）相繼成立，973、863、支撐計劃等國家項目連續立項。

表1 我國農藥科技創新平臺

通過70年的努力，在新農藥創制理論和農藥品種方面取得了豐碩的成果。2008—2016年全球關于農藥的5 857項專利中，中國的專利數達到2 529項，占全球的43.18%（表2）；到目前為止，我國自主創制并獲得登記的農藥新品種有50余個。此外，近年來涌現出了一批重要綠色創制新品種（表3），其中，毒氟磷是我國首個具有自主知識產權的抗植物病毒劑，具有免疫誘抗作用，在水稻黑條矮縮病和蔬菜病毒病防控示范區得到廣泛應用[4]；環氧蟲啶作為新型新煙堿類農藥，對蜜蜂行為、蜂群群勢以及子脾發育無任何影響，已經獲得20余項PCT國際專利[5]；環吡氟草酮是我國自主研發的新型HPPD抑制劑類除草劑，與主流藥劑不存在交互抗性，對抗性及多抗性看麥娘、日本看麥娘高效，在實現同等除草效果的基礎上，環吡氟草酮比常規除草劑有效成分用量減少50%以上[6]。目前，我國農藥創制體系不斷完善，創新能力和競爭力不斷增強，正逐步邁進農藥創制國家的行列。

表2 2008—2016年我國農藥專利申請情況

表3 我國國家科研計劃中涌現出的綠色創制新品種

2 劑型加工發展與應用

農藥原藥不能直接施用，只有經過特定加工處理形成具有特定性狀的制劑后才可以商品化使用?！耙粋€農藥的成功，一半在于劑型”，通過農藥制劑加工可以使新的有效成分藥效得到充分的發揮，也可以使部分老的農藥品種降低使用毒性，提高藥效，重獲新生，延長使用壽命。我國農藥制劑發展主要經歷以下3個階段：①農藥制劑的原始階段，主要制劑包括汞制劑、硫磺熏蒸劑、石硫合劑等無機農藥；②20世紀50年代的農藥制劑初級發展階段，當時為了便于使用有機氯、有機磷等有機合成農藥而開發了粉劑、可濕性粉劑、乳油和水劑等基本劑型；③20世紀70年代后進入農藥制劑學形成階段，農藥制劑朝著水基化、顆?；?、控釋化、省力化的方向發展，懸浮劑、水分散粒劑、水乳劑、微膠囊劑等四大環保劑型應運而生。

目前，我國原藥生產已經在全球市場占主導地位，但農藥制劑加工水平卻相對落后，我國環保型農藥制劑僅占18%，遠低于發達國家的33%。近年來我國農藥制劑登記逐漸符合環境保護和促進農業可持續發展的原則，雖然乳油和可濕性粉劑在當前市場上仍占有較大的份額，但其比例一直下降（表4），環保劑型懸浮劑已經連續多年成為登記數量最多的制劑[7]。同時，以微乳劑、泡騰片劑、納米載藥劑型為代表的綠色農藥新劑型得到了快速發展。例如，泡騰片劑在保持了原有粉劑使用方便、工效高的優點的同時，又克服了原有粉劑易漂浮污染環境、有效利用率低的局限；納米載藥制劑相對于傳統劑型，能夠更好地被葉片吸收和轉運，能顯著提高農藥的有效利用率，為農藥減量施用提供了新途徑[8]。新的活性化合物的開發難度越來越大，成本也不斷提高。所以，綠色、環保、省力化新農藥劑型的開發對中國農藥發展具有重要意義。

表4 近年我國各種劑型農藥數量占當年年度登記產品量比值

3 農藥施用技術發展與應用

農藥的科學施用要求農藥最大限度地擊中生物靶標，最少地危及環境，使農藥成為“刺向有害生物的劍，而非禾莠不分的鐮”。我國農藥施用技術發展主要可分為3個階段：①1949年開始的“人背機器”階段，包括現在依然使用的壓縮式噴霧器、背負式手動噴霧器、擔架式噴霧機；②20世紀70年代開始的“機器背人”階段，施藥效率大大提高，主要包括自走式噴桿噴霧機、果園噴霧機、大型航空施藥飛機等；③從2017年開始，農藥施用進入“人機分離”階段，主要包括植保機器人、無人機、地面航空智能化施藥平臺，2017年也被稱為“植保飛防作業”的元年。

目前，我國每年的農藥施用量在30萬t（折百）左右，但農藥的有效利用率僅為39.8%，而發達國家能達到60%～70%。主要原因是我國農藥施用過程中基本不考慮靶標的特殊性，不論植株高低，不論病蟲害種類，普遍空心圓錐噴頭大容量噴霧，造成農藥利用率低的同時也帶來了農殘超標、面源污染、施藥人員健康風險等危害。近年來，隨著我國高效化施藥器械種類漸趨齊全，以及高效低風險施藥技術體系的構建與應用，農藥有效利用率逐年提升，2019年較2015年提高了3.2個百分點。對靶噴霧機、靜電噴霧機、植保無人機保有量逐年增加，2017年我國小型植保無人機數量達到1萬架，年作業面積達到8 200多萬畝次。蘭玉彬教授構建了不同作物株形、不同病害發生特點的海量無人機數據信息，根據病害發生情況，通過植保無人機智能化控制系統及遠程管理平臺，基于遙感信息的農田三維地理環境重構，實現了無人機高效自動化施藥[9]；鄭永權團隊研發了“科學選藥、合理配藥、精準噴藥”高效低風險施藥技術，攻克了診斷劑量和時間控制、貨架壽命及田間適應性等技術難題，發明了瓜蚜等精準選藥試劑盒，準確率達到80%以上；建立了可視化液滴形態標準，發明了藥液沾著展布比對卡，實時指導田間適宜劑型與桶混助劑的使用，可減少農藥用量20%～30%；研究了不同施藥條件下藥液濃度、霧滴大小、覆蓋密度等與防治效果的關系，發明了藥劑噴霧霧滴密度指導卡，實現了用“霧滴個數”指導農民用藥，減少藥液噴施量30%～70%。董豐收研究員首次提出了“按需施藥”的用藥理念，基于防效、環境安全、食品安全3個安全閾值參數綜合形成農藥施藥限量標準（圖1），農藥最低有效劑量為施藥限量下限，以食品安全和環境安全施藥閾值的下限為限量標準上限，制定了施藥限量標準，為我國農藥精準施用提供了一把科學的“量尺”。目前，中國大力推進化學農藥減量使用，控制農田面源污染，加強農業環境保護，高效、安全、對靶、智能化是我國施藥技術未來的發展方向。

4 農藥殘留檢測發展與應用

農藥殘留檢測一般分為兩大步驟：樣品前處理與儀器分析。樣品前處理主要包括樣品的處理、提取、凈化和濃縮等環節；儀器分析主要包括色譜法和光譜法等，可分為定性分析和定量分析。我國農藥殘留檢測前處理技術發展主要經歷了3個階段：①20世紀50年代興起的液液分配、索氏提取等方法，這些方法選擇性差，提取凈化效率低，科研人員勞動強度大；②20世紀70年代出現的凝膠滲透色譜（GPC）、固相萃?。⊿PE）等方法，提取凈化效率相對液液分配提高了2～5倍，但科研人員的勞動強度依然較大；③2003年QuEChERs方法的出現標志著前處理技術進入第3個發展階段，該方法提取凈化效率相對固相萃取方法提高了10倍，極大地提高了農藥殘留檢測的效率。

同樣，我國農藥檢測儀器分析發展也分為3個階段：①20世紀50年代開始使用的化學法、比色法、生物測定法，這些方法缺乏專一性，靈敏度低；②20世紀70至80年代開始使用的氣相色譜和液相色譜，色譜方法分離效率好，靈敏度較高，但容易受到樣品基質干擾；③2000年以后開始使用的氣相色譜/液相色譜串聯質譜、色質串聯技術，靈敏度相對于色譜技術提高了10～100倍，且不受樣品基質干擾，可用于代謝物的結構鑒定[10]。

目前，我國的農藥殘留檢測技術發展已經處于世界前列，潘燦平教授發明了樣品快速凈化m-PFC技術，并研制成自動化樣品凈化設備，1 min內可以批量完成凈化與過膜步驟[11]；鄭永權研究員利用超臨界流體取代常規化學試劑，成功開發了三唑類手性農藥快速綠色殘留檢測分析方法，有機溶劑用量和分析時間分別為原來的13%和20%[12]，隨著科學技術的飛速發展，未來農藥殘留檢測技術將朝著快速高效、綠色環保、無標篩查、無損處理、實時監測的方向發展?；谙冗M的樣品前處理和儀器分析技術，我國已經建立400余項農藥殘留分析方法國家標準和7 107項農藥殘留限量國家標準（GB 2763—2019），基本涵蓋了我國已批準使用的常用農藥和居民日常消費的主要食品種類，解決了歷史遺留的“有農藥登記、無限量標準”問題。

5 農藥風險評估發展與應用

農藥風險評估是指采用科學技術及信息，在特定條件下，就農藥對人類健康及生態環境產生不良影響的可能性和嚴重性進行科學評價。目前具有代表性的風險評估技術體系仍以歐美為主，歐洲以德國、英國、荷蘭等為代表。發展中國家只有中國建立了一系列農藥風險評估方法。我國農藥風險評估主要包括膳食風險評估、生態/環境風險評估和健康風險評估，健康風險評估又分為職業健康風險評估和居民健康風險評估。

膳食風險評估主要基于農藥的最大殘留限量（MRL），估算長期或短期攝入量與毒理學評估數據進行比較（式（1）～（3））。

膳食風險評估在我國農藥殘留限量標準制定工作的3個階段逐漸引入應用；①探索發展階段（1963—1996年），我國于1963年成立農業部農藥檢定所，主要承擔農藥登記管理及相關標準制定工作，此時，農藥殘留管理工作主要集中在高毒有機磷農藥的殘留檢測，制定了一系列包括農藥殘留限量標準等參數的農藥合理使用準則（農藥殘留限量為推薦性標準）；②快速發展階段（1997—2008年），我國于1997年頒布實施了《農藥管理條例》，強化了農藥對農產品和食品安全性要求，而2006年，我國成為國際食品法典農藥殘留委員會主席國，標志著農藥殘留膳食風險評估工作在我國農藥殘留限量標準制定應用的正式開始，并制定和頒布實施了GB 2763—2005《食品中農藥最大殘留限量》，涉及136種農藥478項限量值；③健全階段（2009年至今），我國2009年實施了《食品安全法》，規定食品中農藥最大殘留限量標準是強制執行的標準，標志著我國農藥殘留標準制定工作進入了快速發展和健全完善階段。

我國生態/環境風險評估體系從發展到完善主要也經歷了3個階段：①探索階段（1982—2000年），我國于1982年開始實行農藥登記制度，當時的《農藥登記規定》要求農藥登記申請者提交產品的環境質量影響資料，此階段環境資料的要求更多為形式上的要求，大部分產品登記時基本屬于無生態安全性數據階段；② 發展階段（2001—2014年），2001年農藥登記才正式提出基本的環境影響試驗資料要求，包括對蜜蜂、鳥類、魚類和家蠶的急性毒性資料；2014年GB/T 31270—2014《化學農藥環境安全評價試驗準則》系列國家標準發布，建立起了一套適合于我國國情的農藥環境影響標準試驗方法[13]；③ 完善階段（2015—），2016年，NY/T 2882《農藥登記環境風險評估指南》發布實施，該指南涵蓋了農藥施用對水生生態系統、地下水、鳥、家蠶、蜜蜂、非靶標節肢動物以及土壤生物等的風險評估方法和程序。至此，我國農藥生態/環境安全評價體系初具雛形，目前已構建了符合我國基本國情的風險評估模型2個：①China-PEARL模型，主要用于預測中國北方旱作區農藥不同施藥方式（如土壤表面噴霧、莖葉噴霧和土壤處理等）下淋溶至地下水的暴露水平；②TOP-RICE模型，主要用于預測我國南方水稻田農藥淋溶至地下水的濃度，以及通過地表漫溢徑流注入天然池塘后塘水中農藥暴露濃度。

我國農藥健康風險評估近年來剛起步，但發展迅速。與歐美發達國家相比，我國有特殊的施藥場景，例如我國農田仍以背負式噴霧器等手動施藥方式為主，而蚊香類殺蟲劑我國以臥室使用為主，所以我國目前的農藥健康風險評估模型是針對我國特殊的施藥場景開發的，已建立了健康風險評估的方法見式（4）、（5）。

式中：RQ為風險商值，RQ總≤1，風險可接受；RQ總＞1，風險不可接受。

我國農藥風險評估技術體系已經在我國農藥管理中發揮了重要的作用。在膳食風險評估方面，例如，毒死蜱、三唑磷在甘藍等蔬菜上殘留超標，膳食風險不可接受，停止其在蔬菜上登記使用；乙酰甲胺磷在水稻上使用時，乙酰甲胺磷及其高毒代謝物甲胺磷殘留超標，但膳食風險可以接受，所以重新修訂了乙酰甲胺磷和甲胺磷在糙米中的殘留限量；在生態/環境風險評估方面，2015年我國由于氟苯蟲酰胺在對地表水生態系統風險評估不可接受而禁止其在水稻田中使用，2016年美國環保署也基于相同原因取消了氟苯蟲酰胺的登記使用。在健康風險評估方面，2013年完成了氯烯炔菊酯等7種有效成分的蠅香產品在室內、室外共5個使用場景的風險評估，結果表明，蠅香室內使用風險不可接受，室外可接受。根據健康風險評估結果，正式禁止蠅香產品登記。氟苯蟲酰胺的禁用體現了我國在農藥安全化風險管理能力方面與國際同步甚至領跑的地位。

6 總 結

農藥仍是目前最有效的病蟲害防控手段，合理開發、科學施用和有效控制是對農藥可持續利用的重要措施。中國從過去的農藥弱國成長為今天的農藥大國，值得肯定和慶幸，但距離農藥強國，依然還有很長的道路要走，尤其在農藥研發和應用的各個領域，還存在各種挑戰和機遇，如何揚長避短、科學發展、合理應用和有效控制仍是農藥不斷研究和探索的課題。中國農藥的發展前景廣闊，但任重而道遠。