浅析纳米农药在农作物病虫害防治中的应用

郑州市农业技术推广中心 牛亚斌 刘雪平

一、研究背景

中国农业科学院植物保护研究所对纳米农药初步定义为：应用于有害生物防控场景，通过技术手段，使农药以纳米尺度稳定存在，使用时能发挥出区别于原剂型性能的农药制剂。纳米农药集绿色、高效、智能等多种标签于一身，其研究潜力和应用效果受到了农业领域和化工领域的共同认可。2022 年4 月，以“纳米农药”作为关键词查询国家专利信息，共获得了100 多条相关结果。我国经历了纳米农药由试验研发到市场应用的迅速发展历程。目前，它正在朝着产业化和规模化的方向发展。

农作物病虫害防治是农业生产过程中的重要环节，包括对农业有害生物监测预报、预防控制、应急处理等防治活动。提升农作物病虫害防治能力，对减轻经济损失、保障农产品质量安全具有重要意义。纳米农药的研究和发展是贯彻《农作物病虫害防治条例》，开展农作物病虫害防治科技创新，推进农作物病虫害防治的智能化、专业化、绿色化的重要途径。同时，它也是推动农业绿色可持续发展和农用投入品减量增效的重要手段。

二、纳米农药的分类

（一）根据制备方式进行分类

纳米农药主要分为2 种：第一种是纳米微粒剂农药。通过特殊的技术手段，将农药的有效成分直接加工成纳米级微粒。纳米级农药微粒施药时呈现出比表面积增大、反应活性增高、小尺寸效应、量子效应等理化特性，给施药效果带来不同的影响。第二种是纳米缓释剂农药。借用纳米材料载体，将传统农药微粒包载其中，提高农药稳定性、增强对药效释放的控制效果。

（二）根据粒径大小不同进行分类

纳米农药主要分为9 种（见表1）。

表1 不同粒径纳米农药分类

三、纳米农药的应用现状

21世纪初期，欧洲已开展了纳米农药的研究与应用。虽然在指导性文件中并未出现“纳米农药”的关键词，但是相关农产品应用的管理机构——欧盟食品安全管理局（EFSA）已经对农产品的生产与加工过程中所使用的纳米制剂和技术进行规范与指导。

2020 年，印度发布了纳米制剂在农产品与农业投入品的标准化指南文件，包括纳米食品、纳米饲料、纳米化肥、纳米农药在内的相关纳米技术产品都已经进入应用阶段。

目前，中国农业科学研究院农业环境与可持续发展研究所、南京国家农创园纳米农药技术联合实验室等多家单位正在进行纳米农药的应用性研究，包括河南省、江苏省、黑龙江省等省的农业技术推广部门均对纳米农药相关产品进行技术推广与示范应用。

以江苏省为例，在当地推广示范的纳米农药减量增效复配技术，可有效解决传统农药剂型不稳定的问题。一方面，通过增大农药微粒数量和表面积，扩大与防治靶标的接触面，显著提高了农药传输与渗透性；另一方面，通过精准用药方案，病虫害防治所需的多种农药得到了科学精准混配，从而达到提高农药药效、减量控害的目的。与传统农药相比，在保证防治效果的情况下，纳米农药使用量可有效减少20%。

四、纳米农药的应用优势

（一）提高有效成分的利用率

农药有效成分在农作物表面的牢固附着，是药效作用的关键性影响因素。农作物植株表面存在蜡质等特殊结构导致疏水性较高，加上外界气流因素，农药在农作物植株表面的黏附效果会削弱很多。纳米农药在加工过程中被进行化学处理，其粒子对农作物植株表面的亲和性发生变化，增加其在作物植株表面的黏附与沉积，减少农药雾滴的反弹与流失，从而提高农药有效成分的利用率。王希等（2021）试验结果表明，在使用噻虫嗪作为农药有效成分防治柑橘木虱的田间试验中,当超低容量液剂用药量为传统水分散粒剂用药量的64%时，施药后5 d、药后10 d、药后15 d 的防治效果相当，甚至略高。

（二）延缓药效释放

当农药微粒被包裹在纳米材料载体中，其有效成分的稳定性将极大增强，在保证病虫害防治效果相当的情况下，可降低施药频率，减少药量使用。郑晓斌等（2021）研究表明，在相同剂量高效氯氟氰菊酯防治葱蓟马的田间试验中，用药14 d 后，10%高效氯氟氰菊酯纳米缓释剂相较于5%高效氯氟氰菊酯微乳剂在相同剂量下对大葱蓟马的防治效果更佳，这可能是纳米农药缓释剂的缓慢释放能力，保证了其在14 d 依然具有良好的防治效果。

（三）环境条件响应

纳米载体材料不但可以提高农药有效成分的稳定性，还可以在温度、光照、酶、pH 等某一个外界因素满足反应条件时，准确释放药效，从而使农药有的放矢地对病虫害进行防治。杨梦丹等（2020）制备了一种酯酶响应性光活化纳米农药（PB-GSANPs），可以在接收到酯酶的刺激响应以后，释放具备光化学稳定性的光活化农药，表明纳米技术在制备光活化农药方面的应用潜力。

（四）提高传输效果

呼倩等（2020）试验结果标明，在5 种植物源杀虫剂添加纳米农药助剂后，对西蓝花蓟马的防治效果均提高了10%～20%，显示出纳米农药助剂对植物源杀虫剂的增效作用。通过实验室观察，植物源杀虫剂与纳米农药助剂混合后，苦参碱的粒径从1000 nm 降低到10 nm，推测纳米农药助剂的增效作用是由于纳米农药助剂对植物源杀虫剂粒子结构和直径的影响，使药效更好地进入作物及害虫体内。

五、纳米农药待解决的问题

（一）雾滴漂移影响

随着纳米农药雾滴粒径的变小，其受环境气流的影响会更大。胡红岩等（2021）在试验中发现，使用植保无人机对棉花蚜虫进行防治时，飞行高度过高，会使药液雾滴在棉花植株上的有效沉淀减少，纳米农药在棉花植物表面的覆盖率无法得到保证。虽然在此条件下纳米农药利用率低于常规农药，但是对棉花蚜虫的防治效果仍然优于常规农药。

（二）制备效率局限性

目前，大部分推广应用的纳米农药制剂均为实验室生产，其生产速度和稳定性尚未达到农业化工产量、病虫害专业化防治的要求。因此，纳米农药标准化、高效率的生产技术仍然有待突破。

（三）风险不确定性

无论是改变农药有效成分的粒经大小，还是使用纳米材料载体包裹农药微粒，其材料特性都呈现了相抵效应、共振效应、诱导效应等应有的复合效应，影响因素较多、机理比较复杂，由此带来了生态毒性、环境污染等诸多风险的不确定性。

（四）监管政策待补充

截至2022 年4 月，负责农药监督管理工作的农业农村主管部门尚未出台纳米农药的监管政策，但已获农药登记的某些农药微乳剂产品粒径为50～100 nm，属于典型的纳米制剂。现行的标准化文件是由全国纳米技术标准化技术委员会发布的《纳米技术适用于工程纳米材料的职业风险管理原则和方法》。该标准为推荐性的国家标准，对广泛的纳米材料加工过程进行规范。纳米农药相关的政策监管仍然有待补充。

六、建议与展望

（一）优化生产线工艺

在提高纳米农药防治农作物病虫害效果的基础上，其生产要选择更简单、小型化的设备，使生产工艺更高效、更节能、以获得更高的经济效益。

（二）发展可持续农业

纳米农药在研制过程中选择天然生物源、高分子材料等易降解材料，在降低影响生态环境的过程中减少病虫的抗药性，为人类健康带来保障。

（三）出台标准化规则

相关部门要经过科学审慎的论证，出台相关的生产标准、登记标准、风险评估标准，以规则获得秩序，促进技术交流和农业发展。

早在1800 年前，我国就已经开始用矿物质和植物性杀虫剂来防治病虫害。新中国成立后，农业生产蓬勃发展，从《农药管理条例》《农作物病虫害防治条例》等法规的逐步完善，到科学用药、绿色防控等农业技术与理念的大力推广，农作物病虫害防治正在朝着更加经济、安全、有效的方向健康发展。相信在不久的将来，纳米农药作为农业与化工业的融合产物，将会在农作物病虫害防治中发挥更加重要的作用，推动农业发展，增进人类福祉。