農(nóng)藥根部緩控釋施藥技術(shù)研究進(jìn)展

張碩佳，趙鵬躍，王超杰，鄭 麗，程雪健，黃啟良

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，北京 100193）

農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害多發(fā)和頻發(fā)已成為當(dāng)今影響糧食產(chǎn)量和質(zhì)量的重要因素。在生物防治、化學(xué)防治、物理防治等方式中，化學(xué)農(nóng)藥防治仍然是防治病蟲(chóng)害最有效且最高效的方式。然而，我國(guó)2020年在三大糧食作物上化學(xué)農(nóng)藥的有效利用率僅為40.6%[1]。農(nóng)藥的大量流失不僅浪費(fèi)了資源，也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。隨著我國(guó)對(duì)綠色植物保護(hù)技術(shù)的重視和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部在2015年開(kāi)展化肥農(nóng)藥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)以來(lái)，如何科學(xué)、高效地發(fā)揮農(nóng)藥的最大作用已成為植保學(xué)者研究的重點(diǎn)。

大多病蟲(chóng)害主要為害農(nóng)作物的地上部位。莖葉噴霧作為農(nóng)藥的主流施藥方式，被廣泛應(yīng)用在病蟲(chóng)害發(fā)生甚至于爆發(fā)后。莖葉噴霧是直接把農(nóng)藥噴施在有害生物為害的靶標(biāo)部位進(jìn)行防治，目前正朝著技術(shù)手段優(yōu)化、節(jié)省成本和提高農(nóng)藥利用率的方向發(fā)展[2]。該噴霧技術(shù)雖已從傳統(tǒng)的背負(fù)式施藥逐步發(fā)展為農(nóng)用機(jī)械噴施，甚至植保無(wú)人機(jī)空中施藥，但無(wú)論是傳統(tǒng)噴霧還是器械噴霧或者無(wú)人機(jī)飛防，在進(jìn)行防治時(shí)，農(nóng)藥的防效都會(huì)受到植株的生長(zhǎng)形態(tài)，如植株高度、冠層結(jié)構(gòu)、有害生物在葉片的正面或背面的分布，以及光照、溫度、濕度及風(fēng)速等氣象因子的影響。另外，噴霧防治的過(guò)程中存在農(nóng)藥飄移問(wèn)題，施藥人員的暴露風(fēng)險(xiǎn)難以避免，而農(nóng)藥?kù)F滴飄移、彈跳及流失的缺陷也會(huì)導(dǎo)致農(nóng)藥浪費(fèi)，降低農(nóng)藥利用率并污染環(huán)境。

根部施藥技術(shù)是一種利用作物的蒸騰拉力，促進(jìn)農(nóng)藥向上運(yùn)輸?shù)街参锇袠?biāo)部位，最終使其在葉部積累的技術(shù)。這使得易暴發(fā)病蟲(chóng)害的葉片部位可以得到有效地預(yù)防，從而促進(jìn)作物順利進(jìn)行光合作用，植株順利成長(zhǎng)及保障了農(nóng)作物的產(chǎn)量[3-6]。同時(shí)，該技術(shù)也可有效地解決莖葉噴霧過(guò)程中藥劑飄移、彈跳及流失等問(wèn)題，避免藥液的損失并保障施藥人員的安全。根部施藥技術(shù)現(xiàn)已被廣泛運(yùn)用于高大園林觀賞植物、果樹(shù)及棉花等不便于進(jìn)行莖葉噴霧的植物，并且開(kāi)發(fā)出的緩控釋劑型可以減少用藥次數(shù)、節(jié)省人力。隨著緩控釋劑型加工技術(shù)及納米技術(shù)的發(fā)展，研發(fā)人員嘗試把內(nèi)吸性差的農(nóng)藥品種用納米技術(shù)進(jìn)行修飾或使用天然和人工合成的大分子材料進(jìn)行負(fù)載農(nóng)藥，改善其內(nèi)吸性，以此擴(kuò)大根部施藥的農(nóng)藥品種，達(dá)到更好的防效。例如，使用高分子材料把農(nóng)藥有效成分包裹的微囊劑和微球劑；使用緩控釋材料為載體的顆粒劑和膠囊劑；通過(guò)納米技術(shù)修飾的納米農(nóng)藥；通過(guò)與植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行偶聯(lián)輸送到靶標(biāo)部位的導(dǎo)向農(nóng)藥。

本文總結(jié)了根部施藥技術(shù)的種類，分析了制約根部施藥技術(shù)的因素，立足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對(duì)植物保護(hù)技術(shù)需求的變化，通過(guò)探索根部施藥技術(shù)及緩控釋劑型加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥使用的零增長(zhǎng)，旨在為未來(lái)農(nóng)藥減量增效的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

1 根部施藥技術(shù)種類

1.1 種子處理技術(shù)

種子是作物生長(zhǎng)發(fā)育的開(kāi)端，也是作物生長(zhǎng)過(guò)程中抵抗病蟲(chóng)害的最早階段。種子處理技術(shù)是一種使用生物、物理、化學(xué)等方法來(lái)處理作物種子的技術(shù)手段，具有防治種子萌芽期或幼苗期的有害生物和調(diào)節(jié)苗期作物生長(zhǎng)發(fā)育的作用。使用藥劑進(jìn)行種子處理就是利用農(nóng)藥在作物與有害生物之間生物活性的不同及作用方式的差異，控制或避免有害生物對(duì)作物種子及幼苗的危害。種子被處理后，可以消除種子自身攜帶的病原菌來(lái)保護(hù)幼苗的正常生長(zhǎng)。將具有內(nèi)吸性的農(nóng)藥處理種子后，藥劑可以隨著作物生長(zhǎng)傳輸?shù)阶魑锏牡厣喜课弧Ｓ捎谵r(nóng)藥與種子直接接觸，且不同作物以及同種作物但品種不同的種子對(duì)農(nóng)藥的敏感性不同，所以用藥處理種子之前，需要對(duì)農(nóng)藥的理化性質(zhì)和種子的敏感性進(jìn)行全面考慮，避免產(chǎn)生藥害，造成經(jīng)濟(jì)損失。目前，在農(nóng)業(yè)上種子處理技術(shù)的具體方式可分為浸種、拌種和包衣。

1.1.1 浸種處理

浸種法是將種子在一定濃度的藥液中浸泡一定時(shí)間，消滅種子表面和內(nèi)部所帶病原菌或害蟲(chóng)，并通過(guò)提高種子的活力來(lái)促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)的方法。種子在浸種后可以吸收充足的水分以達(dá)到催芽的效果，同時(shí)可以吸收一定量的農(nóng)藥，消滅種子攜帶的有害生物和防止幼苗遭受病蟲(chóng)害。我國(guó)自20世紀(jì)50年代開(kāi)始推廣浸種技術(shù)并用于防治地下害蟲(chóng)，浸種的農(nóng)藥大多為水劑或乳劑等低毒劑型。浸種法消毒比較徹底，但浸種后的種子不能堆放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)在晾干后立即播種。傳統(tǒng)浸種是利用溫水或熱水浸泡種子來(lái)達(dá)到催芽和一定的消毒效果，現(xiàn)多用無(wú)機(jī)鹽類（氯化鈣、磷酸二氫鉀等）、有機(jī)溶劑（聚乙二醇、二甲基亞砜等）、作物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑（赤霉素、水楊酸、油菜素內(nèi)酯等）等具有加快種子萌發(fā)、提高作物的抗逆、抗病性和提高種子活力的化合物來(lái)浸泡種子，以此改善種子品質(zhì)，達(dá)到培育壯苗、增加產(chǎn)量的目的[7-12]。目前也有使用微生物菌劑浸種的方法，該方法可以使微生物在種子表面進(jìn)行繁殖，待種子種植后，微生物可以在作物根部固定氮元素來(lái)增加根部對(duì)養(yǎng)分的吸收，以此提供作物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)需求[13]。

由于浸種技術(shù)是把種子浸泡在藥液中，使種子直接接觸到藥液，在此過(guò)程中種子易產(chǎn)生藥害，所以大多數(shù)浸種技術(shù)是以使用各種試劑和作物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑來(lái)提高種子活力和消毒滅菌為主要目的。選擇浸種處理時(shí)，所選農(nóng)藥的品種及其濃度、浸泡時(shí)間和浸泡溫度是影響浸種處理效果和可能造成藥害的重要因素，通過(guò)增加農(nóng)藥濃度，延長(zhǎng)種子浸泡時(shí)間，提高浸泡藥液的溫度，都可以明顯地提高浸種處理的效果,但同時(shí)會(huì)增加產(chǎn)生藥害的風(fēng)險(xiǎn)程度。因此，研究人員需要不斷摸索來(lái)合理地控制這些因素，對(duì)浸種技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到最好的浸種處理效果。

1.1.2 拌種處理

農(nóng)藥拌種是一種將種子、農(nóng)藥和拌種助劑按照比例混勻攪拌，使種子表面均勻覆蓋一層農(nóng)藥的方法。大多數(shù)拌種劑也會(huì)被添加一些營(yíng)養(yǎng)元素用來(lái)促進(jìn)幼苗成長(zhǎng)。拌種后的種子可以消滅種子攜帶的病原菌，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存和運(yùn)輸，并且可以防治眾多土傳病蟲(chóng)害和苗期病蟲(chóng)害。我國(guó)從20世紀(jì)50年代開(kāi)始使用拌種技術(shù)防治地下害蟲(chóng)，以此來(lái)促進(jìn)種子的正常發(fā)育。當(dāng)前拌種技術(shù)分為濕拌和干拌。其中，干拌主要的使用劑型是粉劑，拌種時(shí)需要將拌種器械嚴(yán)格密封，防止粉塵污染；濕拌是拌種技術(shù)的主流方法，使用的劑型有微囊、膠懸劑、乳油和可濕性粉劑，可降低粉劑污染的可能性。拌種技術(shù)不僅對(duì)病蟲(chóng)害有良好的防治作用，也可以促進(jìn)幼苗的生長(zhǎng)。拌種處理后的藥劑大多具有良好的持效期，1次拌種相當(dāng)于用莖葉噴霧多次施藥，節(jié)省人力且降低農(nóng)藥用量[14]。束兆林等[15]使用有效成分為50～60 g的吡蟲(chóng)啉用于100 kg棉花種子拌種。拌種后60 d內(nèi)，其可有效地防治棉蚜，并對(duì)棉花的生長(zhǎng)也有良好的促進(jìn)作用。康敏等[16]使用丁硫克百威對(duì)水稻種子進(jìn)行拌種來(lái)防治在水稻生育期前期傳播病毒的介體白背飛虱，發(fā)現(xiàn)在拌種后31 d，其對(duì)白背飛虱的防效可以維持在95%左右，能有效降低水稻黑條矮縮病的傳播。

然而，在拌種過(guò)程中，農(nóng)藥和肥料中的微量元素會(huì)對(duì)部分作物種子的生長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響，所以拌種時(shí)需要嚴(yán)格控制農(nóng)藥、肥料和種子的比例，避免出現(xiàn)“一拌無(wú)芽”的現(xiàn)象[17]。現(xiàn)階段，拌種技術(shù)多采用如氨基寡糖素、冠菌素、誘抗素等植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，通過(guò)提高種子和幼苗的活力來(lái)抵御病蟲(chóng)害的侵染，避免了對(duì)種子產(chǎn)生藥害的可能性。另外，拌種時(shí)還需添加鮮艷的著色劑來(lái)起警戒作用，既為了防止誤食，也避免對(duì)鳥(niǎo)類等生物造成傷害。

1.1.3 種子包衣處理

種子包衣技術(shù)是一種使用種衣劑處理種子的技術(shù)手段，并且是種子處理中應(yīng)用最多、研究最深的技術(shù)。種衣劑一般均含有殺蟲(chóng)劑、殺菌劑、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、微肥和微生物等有效成分，具有抗病、防蟲(chóng)、調(diào)節(jié)和補(bǔ)充作物營(yíng)養(yǎng)的功效[18]，可在種子表面形成牢固的藥膜。種子包衣技術(shù)在環(huán)境友好化的前提下，對(duì)被包衣的種子還具有良好的保護(hù)功能，能有效防止種子及幼苗遭受土壤中病菌的侵染和傳播，從而順利出苗成長(zhǎng)[19]。此外，種子中的農(nóng)藥成分既不會(huì)快速釋放，也不會(huì)受到外界雨水、灌溉、風(fēng)吹等環(huán)境因素的影響，減少農(nóng)藥的流失，從而有利于對(duì)病蟲(chóng)害進(jìn)行有效地防治，最終促進(jìn)農(nóng)作物的豐收[20-21]。然而，種衣劑同樣是直接作用于對(duì)外界條件敏感的種子萌芽期，所以在選擇用藥種類和用藥量時(shí)需謹(jǐn)慎。近年來(lái)，種子包衣技術(shù)出現(xiàn)種子活性降低、影響種子出苗等問(wèn)題，有時(shí)甚至?xí)p害天敵。例如，東北地區(qū)由于近兩年春播持續(xù)低溫，許多用含有戊唑醇成分包衣的玉米品種在播種后，低溫時(shí)會(huì)出現(xiàn)膜脂質(zhì)過(guò)氧化和葉綠體分解，最終表現(xiàn)出不發(fā)芽或出苗畸形的情況，由于冷害和藥害導(dǎo)致的缺苗率高達(dá)10%～30%，給玉米生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失[22]。

現(xiàn)階段，種子包衣技術(shù)從傳統(tǒng)均勻地把農(nóng)藥涂抹在種子表面的方法發(fā)展成為分層包衣、緩釋包衣、智能控釋等包衣方法[23]；種衣劑的種類也從最初的殺蟲(chóng)劑或殺菌劑發(fā)展成為植物源種衣劑、生物活性菌種衣劑、除草劑種衣劑、綜合性種衣劑[24]；包衣材料也逐步變?yōu)閷?duì)環(huán)境友好的天然產(chǎn)物和植物源材料[25-26]。在現(xiàn)代綠色植物保護(hù)技術(shù)中，緩釋型種衣劑逐漸成為主流的種衣劑。緩釋型包衣是利用特殊處理方法或高分子功能材料與有效成分互作，使有效成分按照預(yù)定的時(shí)間緩慢釋放，并且長(zhǎng)時(shí)間維持有效劑量的釋放。緩釋型種衣劑主要有通過(guò)改善劑型加工工藝，將種衣劑研磨成粒徑為15～30 nm的顆粒來(lái)進(jìn)行包衣的超細(xì)粉體緩釋型[27]；利用高分子成膜劑，將有效成分緩慢釋放的高分子膜緩釋型[28]；將有效成分先劑型加工成微囊后再進(jìn)行包衣的微囊緩釋型[29]；通過(guò)吸附、交聯(lián)等作用，將有效成分聚集成絮狀集合體的絮凝緩釋型[30]；使用智能響應(yīng)型高分子材料（如溫敏性材料、光敏性材料、pH響應(yīng)型材料等）對(duì)有效成分進(jìn)行包衣的智能控釋型[31-32]。

然而，種衣劑的廣泛應(yīng)用在為人類帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的同時(shí)，也可能給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)一些潛在的生態(tài)影響，如傷害天敵和傳粉昆蟲(chóng)，以及制備種衣劑的化學(xué)材料會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生污染等。這些負(fù)面影響需要引起科研人員的重視，對(duì)現(xiàn)有的種衣劑的制備技術(shù)和使用技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化。

1.2 土壤處理技術(shù)

土壤是給作物整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中提供營(yíng)養(yǎng)的場(chǎng)所，也是許多病原菌和地下害蟲(chóng)棲居的場(chǎng)所。對(duì)土壤進(jìn)行施藥處理不僅可以有效防治土傳的病蟲(chóng)害，還可以通過(guò)作物根部吸收土壤中施用的農(nóng)藥并轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部來(lái)防治地上部的有害生物。土壤處理一般有澆灌、溝施和撒施等。土壤施藥較為簡(jiǎn)便省力，也不易對(duì)周圍環(huán)境造成污染，但土壤環(huán)境會(huì)對(duì)施加的農(nóng)藥存在著吸附作用和降解作用，使農(nóng)藥無(wú)法發(fā)揮良好的效果。一般來(lái)說(shuō)，根部吸收農(nóng)藥的過(guò)程如圖1所示：農(nóng)藥施用于土壤后，其有效成分首先在作物根部周圍富集，隨后利用通過(guò)根表皮細(xì)胞內(nèi)外的濃度差，以跨膜擴(kuò)散的方式被根部吸收，再通過(guò)質(zhì)外體和共質(zhì)體途徑進(jìn)入木質(zhì)部中，從而傳輸?shù)礁鱾€(gè)部位[33]。土壤中的有機(jī)質(zhì)含量、溫度、pH、陽(yáng)離子交換量等眾多因素都會(huì)影響此過(guò)程中農(nóng)藥被根部吸附的程度。其中，土壤中有機(jī)質(zhì)含量的高低是決定作物根部吸附農(nóng)藥量的關(guān)鍵因素。有機(jī)質(zhì)對(duì)農(nóng)藥的吸附行為可能與有機(jī)質(zhì)的疏水特性相關(guān)，通常土壤中有機(jī)質(zhì)含量越高時(shí)，能與農(nóng)藥發(fā)生鍵合的官能團(tuán)數(shù)量就越多，使得土壤對(duì)農(nóng)藥的吸附力越強(qiáng)，因此減少土壤中農(nóng)藥向作物根部的遷移性，從而導(dǎo)致作物吸收的農(nóng)藥量減少[34-35]。

圖1 農(nóng)藥被根部吸收進(jìn)入作物體內(nèi)的主要過(guò)程

周風(fēng)帆等[36]研究多效唑在不同土壤的吸附行為及多效唑在模擬田間生態(tài)系統(tǒng)中的分布動(dòng)態(tài)，指出多效唑的吸附率與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著的線性正相關(guān)。Clandio等[37]建立了酸性農(nóng)藥在土壤中的吸附模型，發(fā)現(xiàn)土壤的pH會(huì)影響有機(jī)化合物在土壤中的吸附，且對(duì)離子型化合物和有機(jī)酸農(nóng)藥的影響更大。Lawrence等[38]發(fā)現(xiàn)陽(yáng)離子污染物易被帶負(fù)電的細(xì)胞膜吸引，而陰離子污染物則會(huì)被細(xì)胞膜排斥，難以穿過(guò)細(xì)胞膜。也有研究表明，土壤中的其他因素，如有機(jī)碳和土壤酶，也會(huì)影響作物對(duì)農(nóng)藥的吸收[39-40]。因此，土壤處理需要篩選不易被土壤吸附和降解的農(nóng)藥品種，還需考慮施藥環(huán)境是否便于進(jìn)行根部施藥。

1.2.1 土壤熏蒸技術(shù)

土壤熏蒸技術(shù)可以把具有殺蟲(chóng)、殺菌或除草等作用的農(nóng)藥氣體施用于土壤中，從而在人為的密閉空間中防治土傳病蟲(chóng)草害[41]，一般在作物種植前進(jìn)行。作為熏蒸劑的農(nóng)藥分子量較小，降解較快，無(wú)殘留風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)食品安全。在歐美等地區(qū)，采用熏蒸劑進(jìn)行土壤消毒是綜合防治技術(shù)體系的一部分，其被廣泛應(yīng)用在果樹(shù)、草坪、蔬菜、觀賞植物上[42]。土壤熏蒸劑主要包括溴甲烷、棉隆、威百畝、異硫氰酸甲酯和氯化苦。農(nóng)藥本身的理化性質(zhì)和環(huán)境條件是影響土壤熏蒸效果的主要因素，而農(nóng)藥的揮發(fā)性是影響熏蒸效果的重要因素。在密閉的土壤環(huán)境中，藥劑的揮發(fā)性決定能殺死病蟲(chóng)的有效濃度。農(nóng)藥的擴(kuò)散性和滲透性也是決定土壤化學(xué)熏蒸效果的重要因素。農(nóng)藥在被施用于土壤后需要克服土壤中的阻礙，與有害生物接觸，才可以有效防治有害生物，因而需要較大的用藥量。土壤的溫度、濕度、質(zhì)地等性質(zhì)同樣是影響土壤熏蒸效果的重要因素。一般情況下，在溫度高于10℃時(shí)，如果土壤或環(huán)境的溫度越高，土壤熏蒸的效果就越好；濕度會(huì)影響熏蒸劑在土壤中的移動(dòng)，并影響著某些藥劑的活性，因此在土壤熏蒸前2周需進(jìn)行土壤灌溉；土壤熏蒸劑在土壤中的分解強(qiáng)度和活性取決于土壤的理化性質(zhì)和熏蒸劑的類型，在土壤熏蒸前可進(jìn)行翻土和整土[43]。

雖然土壤熏蒸技術(shù)可以有效地防治土傳病蟲(chóng)草害，但該技術(shù)是一種處理比較繁瑣、風(fēng)險(xiǎn)較大的農(nóng)藥使用技術(shù)，操作人員需要嚴(yán)格遵守使用程序，防止出現(xiàn)人員中毒、作物藥害及破壞土壤微生物群落等問(wèn)題。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所聯(lián)合相關(guān)企業(yè)建立了一套土壤消毒體系，研發(fā)制定了關(guān)鍵技術(shù)規(guī)程、消毒器械、土傳病害防控體系和社會(huì)服務(wù)體系來(lái)推進(jìn)土壤熏蒸事業(yè)的發(fā)展。植保所目前已對(duì)土壤熏蒸劑硫酰氟、異硫氰酸烯丙酯（AITC）、二甲基二硫（DMDS）及棉隆進(jìn)行了改善，并在國(guó)內(nèi)首創(chuàng)了電噴式廣角土壤消毒機(jī)械，大幅度提高了消毒效率，同時(shí)破解了三七、生姜以及草莓等高附加值作物的連作障礙[44]。

1.2.2 澆灌技術(shù)

澆灌是一種以水稀釋農(nóng)藥，把農(nóng)藥澆灌至作物根部附近土壤中的技術(shù)手段，一般將藥液澆灌至土壤10～15 cm深處為最佳。澆灌的方式包括漫灌、滴灌、灌根等。早期澆灌法主要用于防治土傳病蟲(chóng)害，所用的農(nóng)藥大多是不具有內(nèi)吸性的化學(xué)農(nóng)藥，只針對(duì)地下有害生物，無(wú)法防治地上部病蟲(chóng)害。隨著研究人員發(fā)現(xiàn)新煙堿類殺蟲(chóng)劑具有優(yōu)秀的內(nèi)吸性，并且對(duì)一些刺吸式害蟲(chóng)有良好的防效，研究人員遂開(kāi)始嘗試使用新煙堿類殺蟲(chóng)劑進(jìn)行澆灌。目前，在澆灌法使用的農(nóng)藥中，內(nèi)吸性農(nóng)藥具有較高的占比。我國(guó)從1974年引進(jìn)澆灌技術(shù)，經(jīng)過(guò)四十多年的發(fā)展，該技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)全面普及，現(xiàn)已被廣泛用于大棚內(nèi)蔬菜等作物灌溉、園林觀賞植物和果樹(shù)灌根或滴灌、大田棉花滴灌等。現(xiàn)代化的灌溉技術(shù)將滴灌、噴灌技術(shù)系統(tǒng)改裝，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、定時(shí)定量地向土壤中施入農(nóng)藥。澆灌系統(tǒng)現(xiàn)已發(fā)展成不僅可以防治為害根部的黃萎病、根腐病、根結(jié)線蟲(chóng)、蠐螬、田鼠等病蟲(chóng)鼠害，還可以實(shí)現(xiàn)將水分、化肥、農(nóng)藥等定向輸送至根部周圍，減小水分和藥肥的流失，從而做到精準(zhǔn)施藥、施肥[45]。對(duì)于不易噴施到靶標(biāo)部位的園林觀賞植物和果樹(shù)，灌根法可以較好地把內(nèi)吸性農(nóng)藥輸送到莖葉等靶標(biāo)部位[46-47]。楊慶喜等[48]采用噴霧和灌根法來(lái)防治草莓蚜蟲(chóng)，發(fā)現(xiàn)灌根法與莖葉噴霧相比，灌根法的速效性較差，但持效期遠(yuǎn)高于莖葉噴霧。

與傳統(tǒng)的施藥方式相比，水藥肥一體化的現(xiàn)代化澆灌系統(tǒng)不僅提高農(nóng)藥化肥的利用率，還減少勞動(dòng)力，有效地降低農(nóng)業(yè)成本，增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益[49-50]。但近年來(lái)也有一些報(bào)道表明，灌根法施用的農(nóng)藥不易在土壤中降解，并且與肥料聚集在一起易造成土壤板結(jié)，對(duì)土壤環(huán)境造成破壞；農(nóng)藥不易在土壤中流動(dòng)，被澆灌后一直存留在土壤的上表層；澆灌的藥液過(guò)多使得農(nóng)藥隨水流流入至地下水；土壤中的病原菌未能被有效地殺死且隨水流加快傳播等[54-55]。因此，在農(nóng)藥澆灌時(shí)需要科學(xué)用藥，選用不易被土壤吸附的農(nóng)藥，并控制農(nóng)藥的用量，減少藥液對(duì)周圍環(huán)境的破壞和對(duì)人、畜的毒害。

1.2.3 溝施技術(shù)

溝施是指在作物播種時(shí)或在土壤翻耕時(shí)把農(nóng)藥施用于作物播種溝中或犁溝中，再加土覆蓋，并把覆蓋的土塊整碎。一般黏土和結(jié)塊較大的土壤溝施效果較差。溝施是除草劑較為常用的施藥方法，播種前把具有選擇性的除草劑進(jìn)行溝施并混土處理可殺死藥層的雜草。溝施中較為常用的除草劑有揮發(fā)性強(qiáng)的燕麥敵、易光解的氟樂(lè)靈、易被土壤吸附較難接觸到雜草種子的西瑪津等幾種類型[56]。

1.2.4 撒施技術(shù)

撒施是農(nóng)藥最早期的施藥方法之一，對(duì)于毒性較高或者易受溫度和光照等外界環(huán)境影響而分解的農(nóng)藥，可將農(nóng)藥制備成顆粒劑撒施到作物根部附近。內(nèi)吸性農(nóng)藥因其可被植株吸收傳導(dǎo)而制造成顆粒劑進(jìn)行撒施，非內(nèi)吸農(nóng)藥則可以利用納米技術(shù)改善其內(nèi)吸性來(lái)進(jìn)行撒施[57]。顆粒劑撒施相比于常規(guī)莖葉噴霧具有使用方便、施藥效率高、高毒農(nóng)藥低毒化、持效期長(zhǎng)、減少農(nóng)藥損失、提高農(nóng)藥利用率、減輕對(duì)周圍環(huán)境破壞等優(yōu)點(diǎn)。農(nóng)藥的撒施可以結(jié)合肥料一起施用，或者施用藥肥一體化的顆粒劑來(lái)減少人工成本，從而達(dá)到增效的目的[58-59]。早期顆粒劑只需要撒施，無(wú)需進(jìn)行藥液的配制，也無(wú)農(nóng)藥飄移等缺陷，因而被廣泛用于防治作物地下害蟲(chóng)和地表害蟲(chóng)及衛(wèi)生防疫等。目前，隨著處理顆粒劑的發(fā)展，這種利用撒施技術(shù)，由作物吸收并轉(zhuǎn)運(yùn)農(nóng)藥來(lái)防治作物病蟲(chóng)害的方法具有良好的持效期[60-61]。撒施技術(shù)也由最初的人工撒施發(fā)展為機(jī)械撒施和無(wú)人機(jī)航空撒施，大大地節(jié)省了人力，也極大地降低對(duì)施藥人員的危害，但航空撒施技術(shù)必須要制定航空撒施標(biāo)準(zhǔn)并受相關(guān)部門監(jiān)管，防止對(duì)周圍環(huán)境造成破害[62]。

2 緩控釋技術(shù)種類

根部施藥后，作物轉(zhuǎn)運(yùn)農(nóng)藥最低有效劑量的耗時(shí)相比于其他施藥方式較長(zhǎng)，因而需要提前施用持效期較長(zhǎng)的農(nóng)藥，或者根據(jù)病蟲(chóng)害的為害規(guī)律，利用緩控釋技術(shù)控制有效成分的釋放，從而達(dá)到對(duì)有害生物的防控。農(nóng)藥緩控釋技術(shù)是一種將農(nóng)藥的有效成分當(dāng)作芯材，利用天然或人工材料將有效成分包裹，在適宜的條件下緩慢釋放有效成分的方法。按照制備手段，緩控釋劑型可分為物理型和化學(xué)型。化學(xué)型制劑是通過(guò)農(nóng)藥分子間的化學(xué)反應(yīng)形成的具有緩釋型的制劑[63]；物理型制劑是通過(guò)包衣封閉、吸附、溶解等物理作用使得原藥和高分子化合物形成具有緩釋性能的制劑[64]。傳統(tǒng)緩控釋劑型產(chǎn)品都存在著不能精準(zhǔn)地在有害生物發(fā)生前控制釋放，或釋放的有效成分含量不足以阻礙有害生物的爆發(fā)等問(wèn)題。此外，一些緩控釋產(chǎn)品不能較好地減少土壤對(duì)有效成分的吸附和降解作用，導(dǎo)致農(nóng)藥的持效性不足以抵御有害生物的發(fā)生。新型緩控釋技術(shù)利用發(fā)現(xiàn)的天然材料和人工合成材料對(duì)農(nóng)藥的有效成分進(jìn)行包裹，可以降低光照、土壤、溫度、pH等條件對(duì)有效成分的影響，解決根部施藥易被土壤降解或吸附的問(wèn)題和避免對(duì)外界環(huán)境因素產(chǎn)生負(fù)面影響。緩控釋劑型可以較好地靶標(biāo)有害生物的發(fā)生期，做到定點(diǎn)、定量、定時(shí)地釋放有效成分，其緩控釋特性也可以避免施用初期對(duì)作物的藥害和農(nóng)藥損失[65]。

2.1 微囊

微囊是最常用的農(nóng)藥緩控釋劑型之一。通過(guò)化學(xué)或物理方法，利用天然高分子材料或合成高分子材料為囊壁，把有效成分包裹起來(lái)可形成微囊。每種微囊的制備都需要考慮壁材和芯材的物理化學(xué)性質(zhì)、釋放性能要求、應(yīng)用場(chǎng)景等因素來(lái)選取適宜的制備條件[66]。制備微囊時(shí)，先把原藥乳化分散成微粒，然后通過(guò)選擇使用溶液蒸發(fā)法、界面聚合法、噴霧干燥法、復(fù)凝聚法和同軸靜電法等一種或多種制備方法來(lái)制作微囊。微囊的藥物釋放速率可隨著粒徑的減小而增大，但如何提高微囊中藥物的負(fù)載率是微囊制備技術(shù)中的一大技術(shù)難題[67-68]。微囊因其壁材的包裹作用為農(nóng)藥提供了穩(wěn)定的釋放空間，能夠提高農(nóng)藥的有效成分的穩(wěn)定性，同時(shí)可減少有效成分的揮發(fā)，延長(zhǎng)活性物質(zhì)的作用時(shí)間，減少施藥量和施藥頻率，降低高毒農(nóng)藥的危害[69]。微囊技術(shù)目前已被廣泛用于種子處理劑，而種子處理的微囊懸浮劑也有產(chǎn)品在登記使用[70-71]。

2.2 緩控釋型顆粒劑

顆粒劑是根部施藥技術(shù)中常用的劑型，由于其在施藥過(guò)程中具有方向性，能夠使藥物不附著在作物莖葉上，從而避免產(chǎn)生藥害。該農(nóng)藥劑型無(wú)農(nóng)藥或粉塵飄移，具有對(duì)施藥人員安全、使用方便高效、持效期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。由于大多數(shù)顆粒劑外部被包裹著一些無(wú)機(jī)或有機(jī)材料，可避免其中的有效成分因暴露在外部環(huán)境而發(fā)生光解或熱解。這些材料也可以在一段時(shí)間內(nèi)將大部分有效成分與土壤隔絕，避免接觸而發(fā)生分解。因此，顆粒劑本身就具有一定的緩控釋性能。

近年來(lái)，眾多具有緩控釋性能的天然產(chǎn)物和人工合成的載體材料已被應(yīng)用于緩釋農(nóng)藥上，研究人員通過(guò)篩選這些載體材料來(lái)進(jìn)一步加強(qiáng)顆粒劑的緩控釋性能。目前的載體材料分為無(wú)機(jī)和有機(jī)材料，無(wú)機(jī)材料主要有二氧化硅、金屬有機(jī)骨架、氧化石墨烯、膨潤(rùn)土和硅藻土等；有機(jī)材料有殼聚糖、海藻酸鈉、環(huán)糊精、纖維素、明膠等天然高分子化合物，以及聚羥基脂肪酸、聚丁二酸丁二醇酯、殼聚糖-聚乳酸共聚物等人工合成類材料[72]。

2.3 緩控釋藥肥

提高作物的產(chǎn)量不僅僅需要農(nóng)藥來(lái)防治病蟲(chóng)害，還需要施肥來(lái)給作物提供營(yíng)養(yǎng)。緩控釋藥肥可以做到將藥肥一起施用來(lái)減少勞動(dòng)力，并減少化肥和農(nóng)藥的使用量[73-74]。目前，微囊緩控釋藥肥和顆粒劑緩控釋藥肥在藥肥領(lǐng)域上運(yùn)用較多，部分植物源農(nóng)藥因其藥渣可以給作物提供養(yǎng)分也被做成綠色生物藥肥[75-76]。藥肥的使用需要注意以下幾點(diǎn)：（1）根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求、生產(chǎn)條件和農(nóng)藥、肥料的種類等因素進(jìn)行綜合考慮，避免化肥和農(nóng)藥相互反應(yīng)，使兩者的理化性質(zhì)發(fā)生變化；（2）注意防治的病蟲(chóng)害種類，避免化肥提供營(yíng)養(yǎng)給有害生物而導(dǎo)致藥肥減效；（3）需要從化肥和農(nóng)藥的使用釋放時(shí)間來(lái)考慮藥肥的最佳施用時(shí)間[77]。未來(lái)緩控釋藥肥的發(fā)展需要研究人員對(duì)化肥和農(nóng)藥在土壤中的釋放、在作物體內(nèi)的吸收傳導(dǎo)等過(guò)程的客觀規(guī)律進(jìn)行研究，從而形成一套緩釋藥肥產(chǎn)品性能的評(píng)價(jià)方案，使藥肥滿足作物生長(zhǎng)需求，并且能實(shí)現(xiàn)智能化釋放來(lái)提高藥肥效率。

2.4 納米技術(shù)

農(nóng)藥能否被作物根部吸收不僅受到根部周圍的農(nóng)藥濃度差的影響，也會(huì)受到農(nóng)藥的水溶性和脂溶性的影響。農(nóng)藥先在作物根部吸收土壤水溶液的過(guò)程中達(dá)到水相濃度平衡，然后在根部的生物膜和細(xì)胞膜脂類上完成吸附過(guò)程。此外，農(nóng)藥的結(jié)構(gòu)不同也會(huì)造成其被作物根部吸收的程度不同。近年來(lái)，納米技術(shù)的迅速發(fā)展為現(xiàn)代植物保護(hù)技術(shù)開(kāi)辟了新的應(yīng)用場(chǎng)景，并為改善農(nóng)藥本身的理化性質(zhì)，使其適用于根部施藥提供了新的方向。納米載體具有穩(wěn)定的理化性質(zhì)、高生物相容性和在植物中的低降解性等優(yōu)勢(shì)，可以利用其對(duì)這些農(nóng)藥進(jìn)行負(fù)載，改善農(nóng)藥的內(nèi)吸轉(zhuǎn)運(yùn)的理化性質(zhì)，負(fù)載農(nóng)藥在作物體內(nèi)吸收傳導(dǎo)并轉(zhuǎn)運(yùn)到作物靶標(biāo)部位上。此項(xiàng)技術(shù)不僅可以減少農(nóng)藥被土壤吸附的程度，使其可以較易地移動(dòng)至作物根部附近，從而被作物吸收，還可以避免有效成分的降解和流失，延長(zhǎng)了農(nóng)藥的持效期[78-80]。

3 展 望

從全世界范圍來(lái)看，農(nóng)藥使用技術(shù)及劑型加工都向著精準(zhǔn)、低量、高濃度、對(duì)靶性、自動(dòng)化的方向發(fā)展。如何科學(xué)運(yùn)用根部施藥技術(shù)需要結(jié)合有害生物的生物學(xué)特性和發(fā)生特點(diǎn)、農(nóng)藥的理化性質(zhì)和作用方式、施藥劑型的特點(diǎn)、施藥的環(huán)境條件、施藥器械的原理等因素進(jìn)行綜合考慮，使農(nóng)藥最大限度地發(fā)揮對(duì)有害生物的作用，同時(shí)最大限度地減小對(duì)非靶標(biāo)生物和環(huán)境的影響。由于根部施藥技術(shù)是把農(nóng)藥施加到根部附近或種子的根部，在采用該項(xiàng)技術(shù)時(shí)需注重如下幾點(diǎn)：（1）所選農(nóng)藥必須對(duì)作物安全，并且嚴(yán)格控制施藥量；（2）選取在土壤中較易遷移的農(nóng)藥，利于作物根部吸收；（3）通過(guò)農(nóng)藥劑型加工來(lái)改善農(nóng)藥在作物體內(nèi)的吸收運(yùn)轉(zhuǎn)性能，從而提高農(nóng)藥輸送效率；（4）利用緩控釋載體材料來(lái)包裹或負(fù)載有效成分，減少其流失或分解，使農(nóng)藥持效期延長(zhǎng)；（5）探索協(xié)同增效的新型藥肥產(chǎn)品來(lái)保障作物良好生長(zhǎng)，從而達(dá)到省力、省肥、省藥的效果。

隨著越來(lái)越多的天然高分子化合物和人工合成化合物的研發(fā)，利用納米材料、天然高分子化合物或人工合成化合物作為載體，構(gòu)建根部施藥的新劑型，可減少土壤對(duì)農(nóng)藥的吸附和降解作用，并改善農(nóng)藥的內(nèi)吸性能，使農(nóng)藥的有效成分能夠被作物根部吸收并傳輸，從而可以防治作物地上部位的有害生物；同時(shí)也使農(nóng)藥具有緩控釋性能，達(dá)到延長(zhǎng)農(nóng)藥的持效期、提高農(nóng)藥利用率、降低對(duì)環(huán)境的污染等效果。除此之外，在制備新型緩控釋藥肥時(shí)，也可以利用這些載體材料來(lái)提高肥料和農(nóng)藥的利用率，達(dá)到減肥、減藥、增效的目的。

緩控釋技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中仍存在著一些需要改善的地方：緩控釋的載體材料合成工藝復(fù)雜，成本較高，在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中會(huì)增加生產(chǎn)成本；其釋放性能受到溫度、pH、光照等因素影響，在向土壤施藥過(guò)程中可能會(huì)受到不可控的影響；持效期的延長(zhǎng)也可能帶來(lái)農(nóng)藥殘留超標(biāo)等問(wèn)題。因此，在農(nóng)藥緩控釋劑型研發(fā)過(guò)程中，科研人員需要通過(guò)學(xué)科間的交叉研究，綜合考慮載體材料的種類、生產(chǎn)加工的工藝、農(nóng)藥的理化性質(zhì)和施藥的環(huán)境等因素，從而最終獲得穩(wěn)定控釋、性能優(yōu)良的緩控釋劑型。