用處理種子來防治病蟲害的方法歷史悠久,在公元前數十年的古老年代,就有溫湯浸種催芽,之后又有與鹽、石灰、泥土及藥劑浸種、拌種來防治地下害蟲、防病和避鳥保苗。19世紀,開始出現種子包衣在蔬菜、花卉和牧草上的應用。20世紀,種子處理劑尤其是種衣劑(種子包衣)技術迅速發展,在實際應用中凸顯優勢,在農藥劑型加工和應用技術融合中形成研究和應用熱潮。進入21世紀,全球種衣劑市場份額約有320億美元,2012年全球種子處理劑市場產值23億美元,之后以10%以上的年復合增長率攀升,預計2018年產值翻番,仍有巨大的發展空間。作為農藥發展趨勢風向標的歐洲和美洲諸國,研發種子處理劑起步較早,種子處理劑市場相當成熟而明朗。我國每年農業用種量近150億公斤,如此巨大的種子市場必然成為國際競爭的熱點,歐美的農藥跨國公司巨頭,紛紛加大對種子和種子處理劑的研發投入和重組,加足研發種子處理劑的馬力,加速對我國種子及種子處理劑市場的滲透和搶占。
先行者如此看重古老而年輕的種子處理劑,肯定是在實踐調查的基礎上,對未來發展趨勢作出準確的判斷和科學決策。
一、種子處理劑的優勢和發展前景
1 種子是農作物生長發育和高產的基礎,保種保苗特別關鍵。種子處理劑是在作物源頭部位和病蟲草生命力最薄弱的時機,集中用藥,把種傳和土傳及初生代的病蟲草等有害生物消滅在萌發狀態,大大減輕了中后期的植保壓力。用量少,效果好,且省工、省時、省種、省藥,生產成本大為降低。還可通過種子處理劑,提供營養、氧氣以及保水、抗寒、抗鹽堿和誘抗等抗逆助長元素和生物藥肥制劑,制成多功能多用途的種衣劑,保證幼苗的齊全健壯,為農作物優質、高產奠定堅實基礎。
2 種子處理在小范圍內進行,處理后的藥劑又各自隱蔽地下緊護種子,不易流失和受大氣、日照、高溫等影響,殘效期延長,而對大氣環境、天敵和有益生物和地上農產品無不良影響。即使農藥從種衣內有微量移出,因土壤吸附和微生物分解及植體酶系的生物降解,在土壤和農產品中的殘留甚少。當農藥殘留量在作物、環境及人體中不超過危害的程度,農藥就會在整個自然生態和人體中降解,遠比地上鋪天蓋地噴藥安全得多,符合預防為主、綠色防控、綜合防治、保護環境的時代要求,特別有利于蔬菜等短生長期的地上部食用作物選用。
3 種子處理劑還可使難于機播的輕小種子加大成丸,容易使良種標準化和機械播種與精確施藥緊密配合,能很好適應集約化、精細化、種肥藥械一體化和優質、高產、高效大農業的發展趨勢。
4 由于種子萌發后的根系是作物無機和有機物質內循環系統重要組成部分,是作物土壤營養和葉面光合作用物質交換的匯接點和物流通道,使藥物自下而上順勢融入植物體的物質循環中,不易像地上施藥那樣,受外界自然因素如光、風、雨的直接干擾和破壞,而且作物地上部表面容藥量有限又難順暢傳導,因此,種子處理劑將是農藥施用智能化技術的最佳切入點。即種衣劑與植物生長調節劑、誘抗劑、信息傳遞物質及控制釋放技術結合,通過種子多層包衣,發展和完善種衣劑的綜合型智能化功能,可使受限于種苗期作用的現有種子處理劑,擴伸到作物整個生長期,最終實現定時、定向、定量地釋放農藥,達到農藥施用的真正環保化和作物生命期的全程綜合護養。因此,種衣劑及其使用技術有著廣闊的發展空間和美好前景,這是我國農藥劑型研究實現跨越式發展的重要突被口。因此,發展種子處理劑大有作為。
二、我國發展種子處理劑的有利條件
上世紀50年代,我國就有土法藥劑浸種、拌種、毒土、毒谷、毒餌、稻種包黃泥后撒播的用藥習慣。1980年代,中國農業大學系統研發并組織生產的種衣用懸浮劑,在玉米、小麥、棉花、大豆、水稻、花生、蔬菜等作物種子中應用,受到廣大農戶歡迎,并產生了較好的經濟、社會和生態效益,各地相繼新建了近百個小型種衣劑專業加工廠和專門的研究機構及配套的包衣機、播種機生產廠,而且中西藥及食品業成熟的制丸機可以借用,這充分表明種子處理劑在我國已有廣闊的應用市場和良好的研發和生產基礎。但是,由于當時選用的多數原藥品種毒性高,且在水系中易分解,加之劑型單一,低水平重復廠點多,產品質量不穩定,時有中毒或藥害發生,技術上又未出現突出的創新成果,因此,當時國內熱了一陣的種衣劑又漸漸冷了下來。進入新世紀,國外拜耳的“高巧”(70%吡蟲啉拌種劑,實則種衣劑)橫空出世,以老原藥、高含量、新種衣劑姿態展現在國人面前,之后先正達又面市了噻蟲嗪、咯菌腈、精甲霜靈復合型種子處理劑,并旗開得勝,迅速占領了市場。對此態勢,國內企業有的迷茫,有的觀望,有的復制仿造,其效果與洋貨還是有差距,但未就此引起眾人對種子處理劑的高度重視和深層思考。難道國人不能在現已有利條件基礎上,跳出舊模式,擴展思維,繼續深入挖潛,開辟適合中國國情的種子處理劑發展道路嗎?為此,筆者提出一些關于農藥劑型發展和種子處理劑的粗淺看法,拋磚引玉,供業內相關同仁參考。
三、對當前農藥制劑和種子處理劑發展的思考
1 農藥制劑研究要深化
誠然,原藥性能是綜合防治效果的決定性因素,但鑒于新藥創制本身存在著研發所需的時間、經費、原料、“三廢”、技術積累等難題,因而,新藥創制速度普遍低于有害生物抗藥性發展速度,加之我國目前新藥創制的質量和創新度相對滯后的現狀,遠水不解近渴,更應強化農藥劑型和制劑的研究,加大對農藥劑型和制劑研究的支持力度,以彌補高新農藥的不足和減少對新藥誕生的過度依賴。一方面,從新老原藥的科學復配、選擇合理的劑型、改善藥劑易被展著吸收和在自然界的穩定性能、添加對路的植物生長調節劑、誘抗劑、增效劑及有害生物行為控制劑等具有增效作用的助劑及關聯化學品等方法,來提高已有重點產品的生物防治效果;另一方面,研發新老品種的非葉部噴藥的新劑型、新施藥法及新用途等,以形成新的增長點,把高效、安全、經濟、省力作為制劑研究的持續追求,這也是農藥制劑研究當前和今后長期進行的永恒課題,絕不能讓制劑產品僅停留在模擬實驗條件下的物理和化學性能指標合格的水平上。
2 把種子處理劑作為農藥劑型研發十分重要的方向
當前,我們著重狠抓的水性化、粒狀化、無塵化、改造藥械、飛機施藥等措施,是解決地上噴霧藥劑中的原料和施藥時的安全環保及省力化問題,但很難根本解決地上普遍噴布作業對人畜、作物和大氣環境及土壤的污染,因而不是農藥制劑環保化的長遠終極目標。為趕超先進、實現跨越式發展,農藥劑型及制劑研發要把農業產業政策、農業耕作制度和方法的變革與施藥技術緊密結合,才有廣闊的發展空間。因而,兼并重組研發力量,在進一步提高現有重點制劑產品質量和藥效的同時,針對各地不同重點農作物(水稻、玉米、麥類、棉花、油菜、大豆、花生、蔬菜、瓜類、甜菜、牧草、中草藥、花卉和苗木等)防治有害生物和生長發育的地域需求,瞄準種子處理劑、藥肥制劑大方向,主動出擊,著重展開更接地氣的綜合功能型種子處理劑研究。
3 全面發展綜合功能的種子處理劑
種子處理劑是浸種劑、拌種劑和種衣劑的總稱,它們均不屬農藥,而是由基礎劑型在施藥方法的引伸發展而得名。拌種劑一般指在種皮外形成不牢固的吸附層,對種子和土壤中病蟲有效,但藥物容易脫落,時限短暫;而種衣劑的顯著特點是包衣后在種子外形成較牢固的薄膜或殼層,有較持久的藥效和較高的環境安全性,選用較多。國內現已大量應用的懸浮種衣劑,是從施藥法角度出發命名,若從劑型分類角度出發,可稱謂種衣用懸浮劑較為確切。作為廣義的種衣劑,是在多種劑型,如懸浮體(FS、SES、CSS、PAS漿糊劑)、固體(DS、SPS、DFS、WS、WGS、CGS)及液體(ASS、MES、EWS、SLS)等劑型的理化性能和全面植保功能的基礎上,增添成膜(成丸)及作物營養、保健、抗逆功能來制作的。根據作物種苗期多發病、蟲、草、鼠、鳥害等情況,選擇相應的農藥品種,再根據作物種子物理性狀和農藥理化性質,選擇上述三種物態分散體系中最佳劑型,以保證包衣效果、質量穩定和充分顯效。上述三種物態分散體各有自身優勢和用場,液態劑型包衣層為透明或半透明的薄膜,制作和應用簡易,但容納技術元素有限。而粉體劑型包衣層為一定厚度的不透明外殼,易加入較多和較高含量的作用成分及生物制劑或使小種子變大,且易形成水氣通透的空隙,易于出苗,還可根據作物不同生育階段的綜合需求或避免各種衣層的相互作用,選用浸種或成膜液體和粉體交替包衣的多層種衣,盡力實現一次用藥全程生效,粉體劑等固體劑型更有助于上述目標的實現。
作物要健康生長發育,也和人類及動物一樣,需要防病壯體和營養保健,作物的病、蟲、草、鼠、鳥害往往復合發生,構建一個重點突出而又綜合治理的種子處理劑配方體系,符合作物生長發育規律,不必再分解成特別繁雜的單項功能種衣劑。
種衣劑按其包衣后存放時間分為現制現用(存放1小時至幾天)型和預結合型(一年以上),后者種衣保護作用時間長,但一般要經過包衣后較嚴格的干燥處理,能適應復雜處理和長期貯存過程,而又不影響播種時發芽出苗的作物種子可以選用,但增大了種子所需倉庫容量及安全維護的麻煩。前者能及時發揮種子萌發勢潛能,萌發保險系數較高,并回避了干燥、貯存包衣種子所帶來的不便,易于普遍推廣和被集約化、機械化的農戶所采納。
上世紀90年代,沈陽化工研究院研發成功并取得專利權的水稻直播用種衣粉劑,是日本保土谷公司配方的綜合優化型,它用復合微量元素平衡原理,來克服碳酸鈣的單鹽毒害而造成的出苗率下降和早衰,增添了保水劑及植物生長調節劑,從而取得快速生根發育和結實的良好效果。即稻種浸種催芽后,用過氧化鈣主成分包衣的種衣粉劑,形成如花生衣形狀的外殼,可直接成株成行地播入濕潤稻田土中,在兩個月之內緩慢放氧,滿足稻種快速發芽和根系發育的需求,節省了育苗、移植插秧等花費的人力、物力、財力和時間,結果比育苗插秧省工30%~40%,省種、省水、省肥各約10%,綜合成本降低20%~30%,另可平均增產10%以上(5%~35%)或持平,比以往直播法增產20%~40%,稻谷出米率高,味美可口。該成果已通過專家鑒定和科技部全國試點推廣,凡除草劑和直播機配套且農技操作到位的試點,均取得了顯著的增產效果,但因與推廣工廠化育苗和機械拋秧相抵觸,且中試廠又未能獲得農藥定點資質,無法正式生產應用而被迫擱淺。
上述水稻種子處理劑,還可在浸種消毒的同時,培養稻種抗寒和抗鹽堿等的抗逆能力,而后再用粉劑包衣,防病除害,促成苗齊勻健壯。此外,還通過改革工藝,提高過氧化鈣原粉含量和產品規格,更換供氧源等綜合措施來提高包衣質量和產品效果。
水分、溫度和氧氣,是任何作物種子萌發缺一不可的必備條件。土壤中的水分和溫度可以人為控制和把握。空氣中含約20%的氧氣,但水中最多只能溶解15 ppm氧氣,而土壤中幾乎為零,顯著影響種子的萌發和出苗,上述水稻種子處理劑,就是解決稻種在土壤中也能發芽出苗的難題。對氧的反應十分明顯的還有其它作物種子,如麥類、玉米、大豆、番茄、甜菜等種子,可探索浸種引發,而后用綜合功能的種衣劑包衣,以進一步挖掘它們的增產潛能。
4 種子處理劑的配方組成及選擇
(1)殺菌劑
防治各種作物種傳和土傳病菌及苗期病蟲害是種子處理劑的首要目標,如水稻的惡苗病、干線蟲病、稻瘟病、紋枯病、白葉枯病和胡麻斑病等,其它作物有自身常發的病害,應選用對路且在土壤中較穩定的某些安全的殺菌劑,同時應兼顧土壤立枯病、青枯病、枯萎病、莖枯病、根腐病、根腫病、猝倒病防治。如咯菌腈、噻呋酰胺、硅噻菌胺、啶酰菌胺、氟啶胺、嘧菌酯、三氮唑核苷、滅銹胺、克菌丹、多菌靈、甲基立枯磷、噁霉靈、戊唑醇、噻菌靈、己唑醇、嘧菌環胺、福美雙、腈苯唑、腈菌唑、滅菌唑、咪鮮胺、萎銹靈、異菌脲、苯醚甲環唑、種菌唑、土菌靈、粉唑醇、精甲霜靈、拌種靈、三唑醇、烯唑醇、抑霉唑、多抗霉素、武夷菌素、春雷霉素、熒光假單胞桿菌、幾丁聚糖、氨基寡糖素、葡聚烯糖、寡雄腐霉、腐植酸、木霉菌、甲哌鎓、三乙膦酸鋁、五氯硝基苯、氧化亞銅、乙蒜素、浸種靈等,以及其它低毒性殺菌劑都可以選用。
(2)殺蟲劑、驅鼠劑及驅鳥劑
殺蟲劑主要防治地下害蟲、線蟲(病)及小麥吸漿蟲及苗期蚜螨,小麥、玉米、大豆、花生及蔬菜等旱田作物種衣劑中,根據地域情況酌情添加。由于殺蟲劑、殺鼠劑容易造成蟲鼠和種子的兩敗俱傷,應選擇兼備觸殺、熏蒸和胃毒或驅避、拒食作用、性能穩定的廣譜農藥品種。內吸性藥劑對苗期病蟲也有效。如吡蟲啉、噻蟲嗪、呋蟲胺、氟蟲腈、丁蟲腈、吡蚜酮、阿維菌素、殺螟丹、毒死蜱、辛硫磷、印楝素等。有明顯驅鼠效果的品種為放線菌酮、福美雙、稻瘟靈、萘酚、噻酚、薄荷等,部分農藥對老鼠也有一定兼治效果。三氧化二鐵可驅避麻雀。
(3)微肥、植物生長調節劑及誘抗劑
種子萌發所需的營養及能量是靠自身貯存物的生化反應代謝物來提供的,而這些生化反應又要硼、鋅、錳、鉬、銅、鐵、鎂、鈷等微量元素(<0.05%)參與催化。各種作物對微量元素需求和承受量不等,如禾本科作物對錳的需求量大于豆科、茄科、十字花科作物,而雙子葉作物對硼的需求量大于單子葉作物,水稻對硅的需求量大于番茄,北方易缺鋅、錳、鐵,南方易缺硼、鉬、釩,必須因作物和土壤而異,應以易被吸收利用的絡合態或螫合態等形式,在安全量范圍內添加。氮、磷、鉀、鈣、鎂、鐵等大中量肥源,已在土壤基肥中,只有地上部生長需用時補給。稀土元素、氨基酸肥、固氮菌等亦可選用。
植物生長調節劑及誘抗劑,可促進根系和幼苗早生快發,提高光合作用效率和抗逆性,加速營養生長和生殖生長,對提高作物產量和品質具有重要作用,與肥料配合一般可產生協同效應。芐氨基嘌呤、硅豐環、吲哚丁酸、復硝酚、烯效唑、萘乙酸、胺鮮酯、水楊酸、脫落酸、茉莉酸、殼聚糖、海藻糖等可以選用。
(4)除草劑
目前,除草劑在種子處理劑中的應用較少,芐嘧磺隆可用于水稻種衣劑中,對于轉基因的作物種子可試用草甘膦、草銨膦、2,4-滴、麥草畏等除草劑于相應種衣劑中,其它除草劑均要加入安全劑或某些除草劑混合,在充分試驗后方可選用,絕不可冒然或勉強而為之。種衣劑中的安全劑也可免受殘留于土壤中的除草劑危害。
(5)保水劑及賦形劑
在粉體種衣劑中,選用高分子吸水劑和比表面積或陽離子代換量大的白炭黑、硅藻土、凹凸棒土、珍珠巖粉、輕質碳酸鈣、膨潤土、泥炭、鈣鎂磷肥、硼泥、磷石膏等作為保水劑及賦形劑。人工合成的高分子吸水劑多為聚丙烯酸類和聚淀粉衍生物類,性能優異,用量小,目前價格較昂貴,不常選用。
(6)成膜劑及粘結劑
成膜劑及粘結劑是種衣劑均勻、快速、牢固成膜成型,而又能膨脹、裂縫或露孔,不影響種子吸水通氣的主要物質。成膜劑及粘結劑多為高分子有機黏性化合物,其中聚丙烯酸和聚乙烯脂肪酸的聚縮合物、淀粉類共聚衍生物、纖維素衍生物、天然膠、海藻酸、甲殼素、高級醇、高級脂肪酸及它們的接枝聚合物或混合物、膨潤土、石膏、硅酸鋁鎂、蠟類、松香等動植物膠等,根據種衣劑性能要求,均可對應選用。
(7)刺激感知反應物
與醫藥個體用藥不同,農藥的施用方式是群體施藥,其結果是噴出的絕大部分農藥散落在土壤、大氣和無病蟲的作物部位,這是造成農藥巨大浪費和農產品及環境污染與抗藥性飚升的主要根源,因而準確定向、定量、定時用藥,是實現農藥制劑環保化的理想目標,是實現農業可持續發展的必然選擇。而刺激感知反應物就是實現目標中信息表達的開關和媒介。刺激感知反應物,即對環境刺激敏感的化學物質。當外界溫度、水分、二氧化碳、光照、酸堿度、外襲物分泌物、植物體反應代謝物及酶系統等變化時,這些包覆或與農藥結合的高分子均聚物、共聚物、嵌段或接枝聚合物、共混物等,發生氫鍵斷裂、溶脹或體積、物相、滲透壓等的突變,來控制藥物的定時、定向釋放。如溫度敏感物聚乙烯甲醚、N,N-二甲基丙烯酰胺、聚N-異丙基丙烯酰胺;酸堿敏感物殼聚糖聚環氧化合物、殼聚糖聚丙烯酸、甲基丙烯酸葡聚糖酯、甲基丙烯酸酯聚合物、聚2-乙基丙烯酸;光敏感物葉綠素、呋喃香豆素及三苯基甲烷氰基與聚N-異丙基丙烯酰胺聚合物;時間敏感物,聚乳酸、聚氨基酸;靶向敏感物β-環糊精兩性物、兩性嵌接共聚物、納米釋藥載體、傳導載體及激素、引誘劑等,它們是藥物使用智能化技術的重要資材,需要不斷研制和發現。
其他劑型要求的濕潤、分散、懸浮和穩定性能所需的助劑及辨別色素(染料或顏料)等按需添加。
上述諸多輔助劑均在不斷發展和創新,在無高性價比助劑之前,也可在廣泛的化工及相關行業內尋找類似物和復配制品。同時,也不宜在一個配方中添加太多物質,應根據制劑個性化總體設計要求,加以選擇和分步實施,而且盡量做到一物多用,最好是加入物都兼備生物活性,這樣既能節省原料,又可減少多成分間的相互干擾,但關系產品質量和效果的組分不能偷工減料,常還需用復配組分加以解決。
種子處理劑的最大風險是藥害造成的缺苗、毀苗,而藥害的主要根源是配方組成、原料質量及雜質和加工制作質量。一定要經過周密反復的物理、化學實驗和生物試驗鑒定,保證絕對安全后方可上市應用。
5 作物種子物理性狀與劑型選擇
不同作物種子的外形和種皮性狀差異很大,常見作物中如水稻種留種殼,棉花留絨毛,玉米、大豆、花生外種皮光滑,油菜、甜菜、蔬菜、煙草、花草種子是無規小粒、形形色色,它們附著藥劑的難易度不同,應選用易于附著藥劑的一種或多種處理方法,如玉米、大豆、花生也可用速干液體劑包衣,棉花及某些蔬菜種子,可先浸種或濕潤而后用粉體劑包衣成殼成丸。另外,單子葉作物種子發芽出苗后種子總保留在土壤中,能長時間發揮種衣劑作用,而雙子葉作物發芽出苗時種子被頂至土壤上部或地面,種衣劑作用發揮不充分。若有必要,可同時用緩釋藥肥予以彌補。對于不宜包衣或需要移植的大蒜、韭菜、大蔥、甘薯、馬鈴薯、煙草等作物或地下害蟲、線蟲或雜草十分嚴重的地塊,也需要土壤處理劑的密切配合。緩釋性載藥粒肥也有文章可做,在種子處理劑容易出現安全問題時,由于作物根系的向肥性,藥劑也可被作物吸收,而發揮類似的作用。
總之,從長遠看,作物的“地下工作”比“地上工作”更有發展前途,因此,在盡可能改善“地上工作”的同時,高瞻遠矚地開展“地下工作”,從而超前地跨進更高水平施藥技術的理想彼岸。更多最新市場調研報告,投資分析報告,,市場分析報告,市場調查報告,調查報告請訪問。
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