我國生物農藥發展歷程及應用展望

袁 楊，楊紅艷

（云南思力生態替代技術中心，云南昆明 650225）

生物農藥是利用生物活體或生物代謝過程中產生的具有生物活性的物質，或者從生物體中提取的物質制成的制劑[1]，具有選擇性高、對環境污染小、不易產生抗藥性、可利用資源多等特點[2]，20 世紀80 年代以前被廣泛用于農林作物病、蟲、草、鼠等有害生物的防治。隨著化學工業的迅速發展，化學農藥逐漸成為農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生和蔓延、改善生活環境衛生狀況等方面發揮了重要作用。然而，化學農藥的濫用、誤用等不當使用行為帶來的環境污染、對非靶標生物的殺傷、生物多樣性喪失、害蟲抗藥性增強、農藥殘留等諸多問題日益凸顯。

基于綠色發展的需求，農業部提出《到2020年農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防統治等措施，實現化學農藥使用總量零增長。在可持續發展和生態文明建設的背景下，綠水青山就是金山銀山的理念已深入人心。新時期，重提發展生物農藥，對實現化學農藥使用量零增長、降低化學農藥負面影響、改善生態環境都有重要意義。本文回顧了我國生物農藥的發展歷史，綜述了生物農藥的發展現狀和發展過程中遇到的問題，探討了我國生物農藥的應用前景，以期對解決生物農藥發展中遇到的問題、進一步推動生物農藥的發展提供參考。

1 生物農藥的發展歷史

1.1 生物農藥的定義

生物農藥目前在國際上沒有統一的定義。聯合國糧食及農業組織和世界衛生組織將生物農藥定義為源于自然界的、可以以類似于常規化學農藥的方式配制和應用的、通常用于短期有害生物控制的物質，如微生物、植物源物質、化學信息素[3]。美國國家環境保護局將生物農藥定義為從天然材料（如動物、植物、細菌和某些礦物質等）中提取的農藥，包括生物化學農藥、微生物農藥和轉基因植物農藥（Plant-Incorporated-Protectants，PIPs）[4]。根據2019 年8 月農業農村部發布的《對十三屆全國人大二次會議第6733號建議的答復》的闡釋，我國的生物農藥包括微生物農藥、植物源農藥和生物化學農藥。農業部制定的《農藥登記資料要求》分別對微生物農藥、植物源農藥和生物化學農藥做出了具體的解釋。

1.2 生物農藥的發展歷程

生物農藥的應用歷史悠久。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農藥，它們在人類歷史的大部分時間占據了農藥使用領域的主導地位。自20 世紀40 年代起，植物源農藥和無機農藥被逐漸取代，人類進入化學合成農藥的時代。

回顧我國生物農藥發展歷史，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藥在中華人民共和國成立后得到迅速發展。20世紀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在我國得到了大面積的推廣[2]。直至改革開放前，生物農藥在我國有害生物防治上依然扮演重要角色。改革開放后，我國化學農藥的發展進入騰飛期，逐漸占據農藥應用的主要市場。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藥，以苦參堿為代表的植物源農藥，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節劑的研發仍然取得了極大的進步。受限于當時的政策和生產效率，我國生物農藥的應用遠遠落后于化學農藥。進入21 世紀，在環境保護、可持續發展等理念的支持下，生物農藥的發展獲得了越來越大的空間。

農用抗生素和天敵生物在我國曾經也被劃為生物農藥，不管過去還是現在都在農林有害生物防治領域發揮著重要作用。自20 世紀50 年代起我國就開始了農用抗生素的研制，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的產品，但是我國的研究促進了該產品產量的提高。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30 年代已有記載，目前赤眼蜂已被廣泛地用于農林害蟲防治，其他天敵昆蟲（如麗蚜小蜂、食蚜癭蚊等）的應用也有成熟的相關研究。

近年來，生物農藥的研究方向更加多元化。以極細鏈格孢激活蛋白為代表的蛋白類生物農藥得到了突破性的發展，RNA 干擾技術（RNAi）成為了生物農藥研究的新熱點，植物免疫和激發子的研究、土壤修復技術的研究也受到越來越多的關注[6]。在生物農藥專利方面，我國的授權專利數呈現逐年上漲的趨勢[7]。1996—2005 年得到授權的全球生物農藥專利，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藥授權專利擁有國，但占比不到美國的一半，仍有較大的進步空間。

2 我國生物農藥的發展現狀

2.1 生物農藥的登記和管理情況

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

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

根據2018年的數據，我國制定的生物農藥產品質量標準有34 項；藥效評價及使用技術標準有14 項；毒理學試驗標準中微生物農藥（蘇云金桿菌）有6項，植物源農藥、生物化學農藥與一般化學農藥同為28項；環境安全試驗標準中微生物農藥有6 項；殘留相關標準10項[10]。目前我國制定的生物農藥相關標準雖然覆蓋了微生物農藥、植物源農藥和生物化學農藥三大類別，但是僅涉及25種有效成分，遠遠少于已登記的生物農藥有效成分種類數。其中，涉及微生物農藥的相關標準相對較多，涉及植物源農藥和生物化學農藥的標準相對較少。生物農藥相關標準的針對性不夠，多數種類沿用化學農藥的標準，限制了其他未擁有獨立標準體系的生物農藥的研發，我國生物農藥的相關標準仍需進一步完善。

2.2 生物農藥的生產和銷售情況

國家統計局的數據顯示，2014—2016 年我國生物農藥規模以上企業（年產值2 000 萬元以上）的數量、企業主營業務收入和企業利潤總額呈逐年上升的趨勢（見圖1，數據來自于文獻[7][11]）。2017 年受我國新的《農藥管理條例》實施的影響，農藥行業的生產情況發生波動。2017 年和2018 年，生物農藥的生產效益整體下滑。雖然自2017 年以來更嚴格、更完善的管理措施和市場變化使得規模以上企業數一直呈現下降的趨勢，但是經過2 年的調整期，自2019 年起我國生物農藥生產企業的主營業務收入和利潤總額恢復增長。

圖1 我國生物農藥行業規模以上企業（年產值2 000萬元以上）的生產情況

我國生物農藥的產量在2018 年達到約8.5 萬t（包括農用抗生素），其中微生物農藥、植物源農藥和生物化學農藥的產量之和約為2.9 萬t，生物化學農藥的產量在上述3 種生物農藥中最高（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占據了78%的微生物農藥產量，苦參堿、樟腦、魚藤酮、螺威和雷公藤甲素占據了86%的植物源農藥產量，赤霉酸、氨基寡糖素、蕓臺素內酯、三十烷醇和14-羥基蕓臺素甾醇占據了71%的生物化學農藥產量[12]。我國生物農藥的生產呈現出以生物化學農藥為主，集中于幾個有效成分的特點。

圖2 我國生物農藥產量各類占比

以蘇云金桿菌為代表的微生物農藥在國內外已經形成了成熟的生產和銷售模式，2017 年我國蘇云金桿菌制劑年產值約3.5 億元，年出口約1.5 億元；農用抗生素的生產和銷售也很亮眼，如阿維菌素年產值約15億元、年出口約7 億元；此外，我國害蟲天敵的生產處于國際領先地位，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，我國生物農藥行業市場銷售收入總體呈現上漲的趨勢（見圖3），但是生物農藥銷售收入在全國農藥銷售收入的占比在2018年只有約12.3%，遠低于全球水平[13]。

圖3 我國近年生物農藥銷售收入

2.3 生物農藥的應用情況

我國微生物農藥的應用相對廣泛，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]。天敵生物在農林害蟲治理中發揮著重要作用。赤眼蜂在我國應用面積超過133萬hm2，其應用面積全球最大[6]。林業有害生物每年對我國林業生產造成了巨大的損失，據估算，2006—2010 年間其造成的年均直接經濟損失達到了245億元[14]。在林業害蟲治理方面，天敵生物應用效果顯著，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]。

進入21世紀，我國農作物病蟲害生物防治的面積、農作物生物防治占防治總面積的比例、生物農藥應用的面積逐年增長。農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，我國農作物生物農藥防治覆蓋率約10%，雖然相比過去有所增長，但是仍遠低于發達國家20%～60%的水平[17]。

3 應用展望

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

據估計，研發一個新的化學農藥需要用時10年左右，花費超過2億5 000萬美元；而研發一個新的生物農藥，在美國只需3 年左右，花費在300 萬～500 萬美元[20]。生物農藥的研發時間和研發費用遠低于化學農藥，發展潛力可期。有關機構預測，全球生物農藥市場在2019—2024 年期間將以14.1%的年復合增長率增長[7]。中國是僅次于巴西和美國的全球第三大農藥市場，但是生物農藥的市場占有率并未進入全球前三。因此，生物農藥未來在我國還有廣闊的增長空間。

在綠色發展新時期，生物農藥的發展有著重要意義。2014 年起，我國在部分地區示范對使用生物農藥的農民進行補貼，鼓勵農民使用生物農藥。2015 年農業部頒布了《到2020年農藥使用量零增長行動方案》，提出大力推進綠色防控、統防統治，大力推廣應用生物農藥、高效低毒低殘留農藥。隨后，《農藥工業“十三五”發展規劃》《國家質量興農戰略規劃（2018—2022 年）》《2020 年種植業工作要點》《關于推進實施農藥登記審批綠色通道管理措施的通知》等政策相繼出臺，鼓勵發展生物農藥，助推綠色農業發展。在相關政策的支持下，我國化學農藥使用量連續六年下降，生物農藥整體發展呈穩步上升趨勢，積極走向農業綠色發展之路。2021 年8 月，農業農村部等六部門頒布了《“十四五”全國農業綠色發展規劃》，要求加強綠色防控。農藥減量增效依然是新時期的工作重點，為實現新時期的目標，推動生物農藥的研發、生產和應用有重要意義。

目前，市場上的生物農藥以殺蟲劑、殺菌劑為主，在除草劑領域相對空白。除草劑是生物農藥未來值得突破的研發方向。需要注意的是，印楝素雖然是近年使用較廣的植物源農藥，但已有研究顯示它會對傳粉昆蟲的行為、生長和發育產生消極的影響。例如，在施用了印楝素相關的殺蟲劑后，蜜蜂在甜瓜花期的出現率降低[21]。作為傳粉昆蟲的蜜蜂，其在作物花期的出現率可能會影響作物的產量。所以，在研發植物源農藥時，其對傳粉昆蟲的影響應當被重視。考慮到許多國家對轉基因作物的消極態度，關注基于RNAi 的生物農藥，尤其是可直接使用的RNAi 殺蟲劑的研發會是我國生物農藥發展的機會。但是，我們也需要注意到RNA 的可降解性在其作為生物農藥使用時既是優點，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定性和有效性需要更深入的研究[22]。

相比化學農藥，生物農藥防治相對專一、見效相對較慢，小農農業體系下的農戶對生物農藥的防治效果的感知不如化學農藥，影響其使用生物農藥的積極性。除此之外，農戶對生物農藥的認識不足、生物農藥的價格相對較高等也是制約生物農藥廣泛應用的因素。如何降低生物農藥的成本是影響生物農藥推廣的關鍵。此外，化學農藥擁有成熟的產銷體系，與農戶直接接觸的一線推廣人員，可以幫助農戶解決在種植過程中、在農藥使用過程中遇到的問題。這種便利性也讓農戶更傾向于使用化學農藥。我國為了推廣生物農藥，在示范區域會給使用生物農藥的農戶進行補貼?？墒俏覀冃枰⒁猓绻荒芙鉀Q不補貼后農戶放棄使用生物農藥的問題，補貼性的推廣方式難以使生物農藥得到持續的應用。在生物農藥的推廣中，解決農民的顧慮、對農民提供有效的知識和長期的技術支持需要得到更多的關注。