申繼忠，余武秀

(上海艾農(nóng)國(guó)際貿(mào)易有限公司，上海 200122)

1 作物保護(hù)面臨的挑戰(zhàn)

1.1 日益增長(zhǎng)的人口和逐年減少的耕地矛盾

世界人口由1961 年30 多億至2016 年74 億多翻了一倍多，2022 年聯(lián)合國(guó)宣布世界人口總數(shù)量達(dá)80 億，2037 年將達(dá)90 億[1]。

持續(xù)增長(zhǎng)的人口，對(duì)糧食需求大幅增長(zhǎng)。有限的土地資源面臨壓力增加，全球人均耕地面積從1961 年約0.45 hm2持續(xù)下降至2016 年0.21 hm2。截至2020 年，全球農(nóng)業(yè)用地面積占陸地面積38%，約50 億hm2。其中約1/3 為耕地，其余為放牧牲畜的草地和牧場(chǎng)[2]。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)耕地年均凈減少1957—1996 年超600 萬(wàn)畝(40 萬(wàn)hm2)，1996—2008 年超1 000 萬(wàn)畝(66.67 萬(wàn)hm2)，2009—2019 年超1100 萬(wàn)畝(73.33 萬(wàn)hm2)；人均耕地逐年減少，第1 次全國(guó)土地調(diào)查為1.59 畝(0.11 hm2)、第2 次為1.52 畝(0.10 hm2)、第3 次為1.36 畝(0.09 hm2)。

中國(guó)現(xiàn)有耕地19.18 億畝(1.28 億hm2)，稍高于18 億畝(1.2 億hm2)紅線[3]，為此《中國(guó)國(guó)土規(guī)劃綱要(2016—2030 年)》確定了2020 年和2030 年耕地保有量目標(biāo)，分別為18.65 億畝(1.24 億hm2)和18.25 億畝(1.22 億hm2)[4]。2022 年度全國(guó)國(guó)土變更調(diào)查初步匯總結(jié)果顯示，以2022 年12 月31 日為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)，全國(guó)耕地面積19.14 億畝(1.28 億hm2)，較上年末凈增加約130 萬(wàn)畝(8.67 萬(wàn)hm2)；建設(shè)用地6.30 億畝(0.42 億hm2)，較上年末凈增加約440 萬(wàn)畝(29.33 萬(wàn)hm2)，年度增幅從0.83%降至0.70%[5]。

為滿足人類生活所需，解決絕對(duì)增長(zhǎng)的人口和絕對(duì)有限的耕地面積矛盾，必要進(jìn)一步探索農(nóng)業(yè)增產(chǎn)提質(zhì)技術(shù)以及作物保護(hù)技術(shù)和方法。

1.2 氣候變化引起的自然災(zāi)害

自然災(zāi)害(旱澇、風(fēng)災(zāi)、極端溫度等非生物脅迫)和病蟲(chóng)草害是造成作物損失的最重要因素?？焖侔l(fā)展的人類生產(chǎn)和消費(fèi)活動(dòng)導(dǎo)致的氣候變化也不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，氣候變化不僅可引起自然災(zāi)害造成作物直接損害，還會(huì)導(dǎo)致病蟲(chóng)草害偏重發(fā)生，進(jìn)一步損害作物。

《國(guó)際植保公約》秘書處主編的《氣候變化對(duì)植物有害生物影響的科學(xué)評(píng)論：預(yù)防和減輕農(nóng)業(yè)、林業(yè)和生態(tài)系統(tǒng)中植物有害生物風(fēng)險(xiǎn)的全球挑戰(zhàn)》[6]中，不僅發(fā)現(xiàn)氣候變化將增加有害生物在農(nóng)業(yè)和林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中傳播的風(fēng)險(xiǎn)，特別是在較冷的北極、北方、溫帶和亞熱帶地區(qū)，還分析了15 種已經(jīng)或可能因氣候變化而傳播的植物有害生物，并強(qiáng)調(diào)有害生物一旦在新領(lǐng)土上扎根，往往不可能被根除。新出現(xiàn)植物病害中，一半是通過(guò)全球旅行和貿(mào)易而傳播，且過(guò)去10 年數(shù)量增加了2 倍，而天氣是第二大重要因素。由于氣候變暖，草地貪夜蛾和果蠅等害蟲(chóng)已經(jīng)擴(kuò)散，沙漠蝗蟲(chóng)預(yù)計(jì)將改變它們的遷徙路線和地理分布。入侵性有害生物也是導(dǎo)致生物多樣性喪失的主要驅(qū)動(dòng)因素之一。

Motha[7]研究了1981—2011 年共30 年內(nèi)美國(guó)經(jīng)歷的90 多起與天氣有關(guān)自然災(zāi)害，發(fā)現(xiàn)總損失超10 億美元。干旱、洪水、颶風(fēng)，嚴(yán)重的風(fēng)暴、熱浪、冰凍和野火都是對(duì)農(nóng)業(yè)的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。

美國(guó)環(huán)保局信息[8]顯示，1960—2010 年極端天氣對(duì)玉米產(chǎn)量造成嚴(yán)重影響。其中，3 次干旱引起玉米減產(chǎn)分別達(dá)17%、26%和29%，濕春和早霜導(dǎo)致玉米減產(chǎn)16%。2010 年夜間高溫影響玉米帶玉米產(chǎn)量，2012 年暖冬引起的過(guò)早發(fā)芽導(dǎo)致密歇根州櫻桃損失2.2 億美元。

1.3 病蟲(chóng)草害對(duì)作物生產(chǎn)的影響持續(xù)存在甚或更加嚴(yán)重

聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)估計(jì)，每年有高達(dá)40%的全球作物產(chǎn)量因蟲(chóng)害而損失。而每年植物病害給全球經(jīng)濟(jì)造成的損失超過(guò)2 200 億美元，入侵有害生物造成的損失至少為700 億美元[9]。

2006—2015 年，我國(guó)農(nóng)作物病蟲(chóng)草鼠害總體處于嚴(yán)重發(fā)生狀態(tài)，各類病蟲(chóng)害年發(fā)生面積為4.603 5 億～5.075 3 億hm2次。五大糧食作物水稻、小麥、玉米、大豆和馬鈴薯每年通過(guò)防治挽回?fù)p失的比例為分別占55.18%、21.29%、18.97%、1.88%和2.68%，實(shí)際造成損失的比例分別占33.67%、23.32%、35.13%、2.11%和5.79%。影響全國(guó)糧食生產(chǎn)最為重要的10種(類)病蟲(chóng)害依次為稻飛虱、水稻紋枯病、稻縱卷葉螟、玉米螟、小麥蚜蟲(chóng)、二化螟、稻瘟病、小麥紋枯病、小麥赤霉病、小麥白粉病。其中任一種病蟲(chóng)暴發(fā)危害時(shí)最高可實(shí)際造成200 萬(wàn)t 以上的糧食損失，10 種病蟲(chóng)暴發(fā)造成總損失可達(dá)2 200 萬(wàn)t，占該類糧食總產(chǎn)的12%左右，對(duì)國(guó)家糧食安全影響巨大[10]。

據(jù)文獻(xiàn)[11]報(bào)道，2010—2012 年，有關(guān)植保機(jī)構(gòu)和科研教學(xué)單位在華南、江南、西南、長(zhǎng)江中下游和東北五大稻區(qū)開(kāi)展了較大范圍的病蟲(chóng)害危害損失評(píng)估測(cè)產(chǎn)研究，發(fā)現(xiàn)上述區(qū)域3 年間病蟲(chóng)自然危害損失率均值分別為64.08%、50.31%、26.47%、28.36%和19.67%。以此數(shù)據(jù)代表五大稻區(qū)病蟲(chóng)害危害損失率，再以各稻區(qū)的水稻產(chǎn)量和面積進(jìn)行加權(quán)平均，測(cè)算全國(guó)水稻病蟲(chóng)害危害損失率則為34.44%。這與聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織所估計(jì)的，全世界谷物生產(chǎn)中，常年因蟲(chóng)害損失14%、因病害損失10%、草害損失11%的結(jié)論接近。另外，2011 年在廣東省佛岡縣的一項(xiàng)雜草危害損失試驗(yàn)表明，稻田雜草混合種群，在不防治的情況下，造成的產(chǎn)量損失高達(dá)70.51%。盡管“十三五”期間農(nóng)作物病蟲(chóng)害總體發(fā)生有減輕趨勢(shì)，但結(jié)合病蟲(chóng)發(fā)生的一般規(guī)律分析認(rèn)為這一降低除自然變化外，更多為植物保護(hù)有效控制病蟲(chóng)害發(fā)生流行的結(jié)果。綜上判斷，統(tǒng)計(jì)資料顯示的糧食作物病蟲(chóng)草鼠害防治挽回?fù)p失13.17%，或明顯低于病蟲(chóng)害防治實(shí)際挽回的損失。

2021 年，全國(guó)農(nóng)作物重大病蟲(chóng)害總體偏重發(fā)生，特別是上半年小麥條銹病、赤霉病同時(shí)嚴(yán)重發(fā)生，下半年水稻螟蟲(chóng)、稻飛虱、稻瘟病、南方水稻黑條矮縮病，以及草地貪夜蛾、玉米螟和玉米穗期病蟲(chóng)在部分地區(qū)發(fā)生嚴(yán)重。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，全年農(nóng)作物病蟲(chóng)草鼠害發(fā)生面積60 億畝次(4 億hm2次)，防治面積80 億畝次(5.33 億hm2次)，經(jīng)防治挽回產(chǎn)量損失1 250 億kg，占全年糧食總產(chǎn)的18.3%[12]。

1.4 有害生物抗藥性的挑戰(zhàn)

自從有機(jī)合成農(nóng)藥問(wèn)世以來(lái)，有害生物抗性問(wèn)題就一直伴隨著化學(xué)農(nóng)藥的使用。

在20 世紀(jì)60 年代早期，人們并不認(rèn)為殺菌劑的抗性是一個(gè)真正的問(wèn)題，因?yàn)槎嗄陙?lái)殺菌劑一直被大量使用在幾種作物上，沒(méi)有明顯的抗性跡象。當(dāng)時(shí)殺菌劑市場(chǎng)上的主要?dú)⒕鷦┊a(chǎn)品都是非靶標(biāo)特異性、非內(nèi)吸性和中等有效的殺菌劑。當(dāng)時(shí)有關(guān)于柑橘綠霉菌(Penicillium digitatum)對(duì)苯胺和2-苯基苯酚鈉鹽(sodium-o-phenylphenate)抗性的報(bào)道(Harding，1962)，在澳大利亞用六氯苯防治小麥光腥黑粉菌(Tilletia foetida)失效的報(bào)道(Kuiper，1965)，蘇格蘭的燕麥核腔菌的某些分離株對(duì)有機(jī)汞種子處理劑的抗性(Noble 等，1966)，但是這些極少數(shù)的報(bào)道被認(rèn)為沒(méi)有經(jīng)濟(jì)意義。

然而，苯并咪唑類殺菌劑苯菌靈在美國(guó)商用于葫蘆白粉病防治后僅2 年就發(fā)現(xiàn)抗藥性，這引起了更大的關(guān)注。隨后很快就有對(duì)苯菌靈和其他相關(guān)殺菌劑產(chǎn)生耐藥性的報(bào)告。在這些早期抗性案例之后，對(duì)殺菌劑耐藥的報(bào)告變得更加頻繁。20 世紀(jì)70 年代，發(fā)表了對(duì)重要?dú)⒕鷦┤缍喙?、春日霉素和苯基錫類殺菌劑耐藥的報(bào)道。之后對(duì)殺菌劑耐藥的案例在數(shù)量、重要性和地理分布上都有所增加，苯基酰胺類、二甲酰亞胺類、麥角甾醇抑制劑類如(三唑類)、甲氧基丙烯酸酯類(QoIs)以及琥珀酸脫氫酶類抑制劑(SDHIs)都發(fā)生了對(duì)關(guān)鍵作物上的病原菌敏感性的變化或完全產(chǎn)生耐藥性的變化[13]。

從殺菌劑抗性行動(dòng)委員會(huì)(FRAC)的殺菌劑抗性風(fēng)險(xiǎn)分類可以看出，各種內(nèi)吸性單作用位點(diǎn)的殺菌劑都有不同程度的抗性風(fēng)險(xiǎn)。

A.L.Melander 在1914 年首次記錄了介殼蟲(chóng)對(duì)殺蟲(chóng)劑的耐藥性，當(dāng)時(shí)介殼蟲(chóng)表現(xiàn)出對(duì)無(wú)機(jī)殺蟲(chóng)劑的耐藥性。1914—1946 年，又記錄了11 起對(duì)無(wú)機(jī)殺蟲(chóng)劑耐藥的案例。滴滴涕(DDT)等有機(jī)殺蟲(chóng)劑的開(kāi)發(fā)讓人們覺(jué)得昆蟲(chóng)抗藥性可能成為過(guò)去。但不幸的是，就在1947 年，家蠅對(duì)滴滴涕的抗藥性就出現(xiàn)了。隨著每一類新的殺蟲(chóng)劑如環(huán)二烯類、氨基甲酸酯類、甲脒類、有機(jī)磷類、擬除蟲(chóng)菊酯類，甚至蘇云金芽孢桿菌的引入，耐藥性案例可在2～20 年內(nèi)出現(xiàn)[14]。

除草劑抗性問(wèn)題始于20 世紀(jì)70 年代。1968 年發(fā)現(xiàn)歐洲千里光(Senecio vulgaris)對(duì)莠去津的耐藥性。早期關(guān)于除草劑的抗性報(bào)道有茅草枯(1962)、2,4-滴(1963)、氨氯吡啶酸(1973)、氟樂(lè)靈(1982)、莠去津(1988)、禾草靈(1982)、野麥畏(1987)、氯磺隆(1987)、異丙隆(1995)、草甘膦(2006)等[15]。

1970—1978 年，平均每年發(fā)現(xiàn)1 種雜草抗性。1978 年以后，平均每年增加9 種。根據(jù)國(guó)際抗除草劑雜草數(shù)據(jù)庫(kù)信息，目前全球有518 個(gè)除草劑抗性特定案例(雜草種×作用位點(diǎn))，涉及267 種雜草(154 種雙子葉和113 種單子葉)。雜草已對(duì)31 種已知除草劑作用位點(diǎn)中的21 種產(chǎn)生了抗性，涉及165 種不同的除草劑。報(bào)道的抗性涉及72 個(gè)國(guó)家的97 種作物[16]。

1908 年，Melander 首次發(fā)現(xiàn)美國(guó)加利福尼亞州梨園蚧對(duì)石硫合劑產(chǎn)生抗性。到1946 年僅發(fā)現(xiàn)11 種害蟲(chóng)和螨產(chǎn)生抗性。1946 年以后，隨著有機(jī)合成殺蟲(chóng)劑的廣泛使用，抗性害蟲(chóng)的總數(shù)幾乎呈直線上生。20 世紀(jì)80 年代之后，害蟲(chóng)抗性已經(jīng)成為蟲(chóng)害防治的嚴(yán)重障礙，害蟲(chóng)抗藥性研究成為農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)防治的重要課題。

選擇性作用于昆蟲(chóng)魚(yú)尼丁受體的雙酰胺類殺蟲(chóng)劑于10 多年前投放市場(chǎng)，特別是針對(duì)不同農(nóng)學(xué)和園藝種植系統(tǒng)中鱗翅目害蟲(chóng)的控制。它們現(xiàn)已在全球許多國(guó)家注冊(cè)，并在大多數(shù)情況下提供可靠的害蟲(chóng)控制。然而，由于頻繁使用，導(dǎo)致世界上一些最具破壞性的鱗翅目害蟲(chóng)包括小菜蛾、番茄葉螟、水稻螟蟲(chóng)和甜菜黏蟲(chóng)種群對(duì)二雙酰胺類殺蟲(chóng)劑產(chǎn)生抗性。由于高水平的抗性，降低了這類殺蟲(chóng)劑在田間推薦劑量下的藥效水平。這已被證明是由影響雙酰胺殺蟲(chóng)劑結(jié)合位點(diǎn)即魚(yú)尼丁受體靶突變(敏感性下降)造成的。從2012 年首次報(bào)道雙酰胺殺蟲(chóng)劑防治小菜蛾失敗案例之后，至少已獨(dú)立發(fā)現(xiàn)9 種不同種的鱗翅目害蟲(chóng)產(chǎn)生抗性。已報(bào)道的害蟲(chóng)包括水稻螟蟲(chóng)、卷葉蛾、草地貪夜蛾、甜菜夜蛾、番茄潛葉蛾、小菜蛾，涉及的國(guó)家有中國(guó)、印度、泰國(guó)、韓國(guó)、日本、巴西、意大利、希臘、西班牙等[17]。

1.5 突發(fā)疫情和戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)糧食生產(chǎn)的挑戰(zhàn)

冠狀病毒病在全球范圍內(nèi)造成了意想不到的負(fù)面局面，影響了農(nóng)業(yè)部門、經(jīng)濟(jì)、人類健康和糧食安全。Okolie 等[18]研究了2019 冠狀病毒(COVID-19)病對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全的影響。考慮到2019 冠狀病毒病大流行對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的短缺和對(duì)糧食安全體系的威脅所造成的嚴(yán)峻形勢(shì)和情況，研究人員選擇了在Web of Science和Scopus上發(fā)表的研究文章，共下載了174篇BibTeX格式的已發(fā)表論文供進(jìn)一步研究。該研究的結(jié)論是，疫情導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)糧食供應(yīng)中斷影響了供需沖擊，對(duì)糧食安全的所有四大支柱[數(shù)量(產(chǎn)量和生產(chǎn))、可及性(糧食價(jià)格和人群獲取食物的能力)、利用(營(yíng)養(yǎng)和烹飪)和穩(wěn)定性(數(shù)量受影響而出現(xiàn)波動(dòng))]都產(chǎn)生了負(fù)面影響。

2021 年11 月23 日，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織發(fā)布《2021 年糧食及農(nóng)業(yè)狀況》報(bào)告[19]。本期報(bào)告聚焦新冠肺炎疫情下提高農(nóng)業(yè)糧食體系韌性和應(yīng)對(duì)沖擊及壓力等議題。報(bào)告指出，疫情暴露了全球農(nóng)業(yè)糧食體系在遭受沖擊和壓力時(shí)的脆弱性，以及全球糧食不安全和人口營(yíng)養(yǎng)不良狀況加劇。報(bào)告呼吁全球亟需采取行動(dòng)，以提高農(nóng)業(yè)糧食體系的韌性、效率、可持續(xù)性和包容性。

農(nóng)業(yè)對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)至關(guān)重要，占全球國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)的4%，在一些發(fā)展中國(guó)家，農(nóng)業(yè)可占GDP的25%以上。

但農(nóng)業(yè)驅(qū)動(dòng)的GDP 增長(zhǎng)、減貧和糧食安全面臨風(fēng)險(xiǎn)。從2019 冠狀病毒病相關(guān)的破壞到極端天氣、病蟲(chóng)害和戰(zhàn)爭(zhēng)(沖突)等多重沖擊正在影響糧食系統(tǒng)，導(dǎo)致糧食價(jià)格上漲和饑餓加劇。俄-烏戰(zhàn)爭(zhēng)加劇了全球糧食危機(jī)，使數(shù)百萬(wàn)人陷入極端貧困，45 個(gè)國(guó)家約2.05 億人的糧食短缺，危及生命[20]。

總的來(lái)說(shuō)，農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)對(duì)危機(jī)的反應(yīng)是理性的。例如，小麥價(jià)格在戰(zhàn)爭(zhēng)開(kāi)始后不久飆升，然后回落到戰(zhàn)前的水平，有時(shí)甚至更低。玉米的情況也類似，美國(guó)的基本面因素對(duì)價(jià)格走勢(shì)的推動(dòng)作用要比俄羅斯和烏克蘭發(fā)生的任何事情大得多。雖然玉米是烏克蘭2022、2023 年的主要出口產(chǎn)品，但烏克蘭可能感受到戰(zhàn)爭(zhēng)造成的短缺，不會(huì)對(duì)全球供應(yīng)或價(jià)格產(chǎn)生太大影響[21]。

1.6 農(nóng)藥禁限用和新農(nóng)藥化合物開(kāi)發(fā)日趨困難的挑戰(zhàn)

中國(guó)已經(jīng)全面禁止使用的農(nóng)藥有效成分達(dá)50 種，在部分范圍禁止使用的達(dá)20 種。另外，2,4-滴丁酯自2023 年1 月23 日起禁止使用。溴甲烷可用于“檢疫熏蒸處理”。殺撲磷已無(wú)制劑登記。甲拌磷、甲基異柳磷、水胺硫磷、滅線磷，自2024 年9 月1 日起禁止銷售和使用[22]。

農(nóng)藥行動(dòng)網(wǎng)(PAN)2022 年5 月發(fā)布的第6 版全球農(nóng)藥禁用名單顯示，168 個(gè)國(guó)家共禁用了531 種農(nóng)藥有效成分。比2021 年第5 版多73 個(gè)。其中歐盟未經(jīng)批準(zhǔn)的有效成分共有927 個(gè)，已批準(zhǔn)有效成分453 個(gè)[23]。

Phillips McDougall 公司的研究表明[24]，相較于2005—2008 年，在2010—2014 年間發(fā)現(xiàn)、開(kāi)發(fā)和登記一個(gè)農(nóng)藥有效成分的平均研發(fā)成本增加了3 000 萬(wàn)美元(增11.7%)，達(dá)2.86 億美元。而在2005—2008 年間，農(nóng)藥研發(fā)的平均成本為2.56 億美元，較2000 年增長(zhǎng)了39%；2000 年的平均研發(fā)成本為1.84 億美元，較1995 年增長(zhǎng)了21%。研究還發(fā)現(xiàn)，與2005—2008 年相比，2010—2014 年間，成功登記一個(gè)新產(chǎn)品需篩選的新化合物數(shù)量增加了14.1%，達(dá)159 574 個(gè)。該數(shù)據(jù)是1995 年52 500 個(gè)篩選化合物的3 倍多。盡管有大量的化合物進(jìn)入農(nóng)藥研發(fā)鏈，但能夠進(jìn)入開(kāi)發(fā)階段的化合物平均數(shù)量從1995 年的4 個(gè)下降至2010—2014 年間的1.5 個(gè)。本質(zhì)上，這也反映了決定產(chǎn)品進(jìn)入開(kāi)發(fā)階段的正確性大幅提高，因?yàn)檫M(jìn)入開(kāi)發(fā)階段的產(chǎn)品絕大多數(shù)進(jìn)入了商品化。從產(chǎn)品的首次合成到首次上市所需的時(shí)間，1995年為8.3 年，2000 年為9.1 年，2005—2008 年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是9.8 年，而2010—2014 年延長(zhǎng)到11.3 年。

在過(guò)去20 年里，作為新活性成分研發(fā)關(guān)注的主要市場(chǎng)(北美、歐盟15 國(guó)和日本)在作物保護(hù)市場(chǎng)上的份額有所下降。發(fā)展中國(guó)家市場(chǎng)出現(xiàn)了更大的增長(zhǎng)。大公司的研發(fā)預(yù)算已經(jīng)從農(nóng)用化學(xué)品轉(zhuǎn)向了轉(zhuǎn)基因(GM)性狀的開(kāi)發(fā)，因此新活性成分進(jìn)入開(kāi)發(fā)并隨后被引入的速度已經(jīng)下降。所以，農(nóng)藥行業(yè)變得更加依賴于老的和非專利保護(hù)的化學(xué)農(nóng)藥產(chǎn)品，盡管老產(chǎn)品的可獲得性受到了再登記要求的影響(尤其在歐盟)。目前的登記標(biāo)準(zhǔn)往往會(huì)將廣譜的農(nóng)用化學(xué)品排除在外，因此導(dǎo)致許多新的活性成分都是具有單一作用位點(diǎn)的高選擇性化合物。這樣就會(huì)增加耐藥性發(fā)展的可能性，特別是雜草對(duì)除草劑的耐藥性，雖然情況并非總是如此[25]。

2 作物保護(hù)新技術(shù)進(jìn)展

2.1 新型化學(xué)農(nóng)藥和生物農(nóng)藥的研究與開(kāi)發(fā)

超高效(＜75 g a.i./hm2)、低毒(LD50＞2 000 mg/kg)、安全(環(huán)境安全，對(duì)蜂、鳥(niǎo)、魚(yú)、蠶毒性低，符合環(huán)境毒性等國(guó)際農(nóng)藥生產(chǎn)許可證的標(biāo)準(zhǔn))的農(nóng)藥被稱為綠色農(nóng)藥。

我國(guó)是綠色農(nóng)藥的最早提出者，2003 年，綠色農(nóng)藥創(chuàng)制被正式列入國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973 計(jì)劃)，標(biāo)志著我國(guó)綠色農(nóng)藥創(chuàng)制得到認(rèn)可。李忠教授將中國(guó)綠色農(nóng)藥創(chuàng)制分為3 個(gè)階段：2003—2008 年，綠色化學(xué)農(nóng)藥的先導(dǎo)結(jié)構(gòu)及作用靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)與研究；2010—2014 年，分子靶標(biāo)導(dǎo)向的綠色化學(xué)農(nóng)藥創(chuàng)新研究；2017—2020 年，農(nóng)業(yè)生物藥物分子靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)與綠色藥物分子設(shè)計(jì)[26]。

宋寶安院士認(rèn)為當(dāng)今國(guó)際新農(nóng)藥創(chuàng)制研究趨勢(shì)主要呈現(xiàn)三大特點(diǎn)：一是新的生物技術(shù)引領(lǐng)：以功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)以及結(jié)構(gòu)生物學(xué)為代表的生命科學(xué)前沿技術(shù)，尤其是以基因編輯為代表的顛覆性技術(shù)與新農(nóng)藥創(chuàng)制研究的結(jié)合日益緊密。二是生物信息技術(shù)應(yīng)用：高性能計(jì)算、大數(shù)據(jù)以及人工智能等新興技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于新農(nóng)藥創(chuàng)制研究，極大地提高了農(nóng)藥創(chuàng)制效率。三是多學(xué)科發(fā)展的推進(jìn)：世界農(nóng)藥科技的發(fā)展已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代，多學(xué)科之間的協(xié)同與滲透、新技術(shù)之間的交叉與集成、不同行業(yè)之間的跨界與整合已經(jīng)成為新一輪農(nóng)藥科技創(chuàng)新浪潮的鮮明特征。

在未來(lái)5～10 年的時(shí)間里，我國(guó)綠色農(nóng)藥創(chuàng)新研究的重點(diǎn)：一是新型高效生物農(nóng)藥的創(chuàng)制及產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。以活體微生物、活性代謝產(chǎn)物為有效成分創(chuàng)制安全高效的生物農(nóng)藥新品種，建立綠色高效、低成本、低污染制造工藝，創(chuàng)制安全高效、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、持效期長(zhǎng)的生物農(nóng)藥。二是綠色化學(xué)農(nóng)藥的創(chuàng)制及產(chǎn)業(yè)化技術(shù)?；谔烊划a(chǎn)物及化學(xué)小分子數(shù)據(jù)庫(kù)，發(fā)展基于人工智能和計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)設(shè)計(jì)新型農(nóng)藥分子骨架；發(fā)展基于靶標(biāo)抗性預(yù)測(cè)的藥物合理設(shè)計(jì)新方法，降低農(nóng)藥創(chuàng)制抗性和交互抗性的風(fēng)險(xiǎn)，創(chuàng)制高效、環(huán)境安全、綠色化學(xué)農(nóng)藥新產(chǎn)品[27-29]。

在我國(guó)科學(xué)家提出綠色農(nóng)藥之前，綠色化學(xué)的概念早在20 世紀(jì)90 年代初即被英國(guó)科學(xué)家首次提出，1997 年成立了綠色化學(xué)研究，1999 年出版了英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)公認(rèn)的綠色化學(xué)雜志的第一卷。綠色化學(xué)的概念基于十二項(xiàng)原則，旨在減少或消除化學(xué)產(chǎn)品的合成、生產(chǎn)和應(yīng)用中的危險(xiǎn)材料，從而減少或消除對(duì)人類健康和環(huán)境有害的材料的使用。綠色化學(xué)的十二項(xiàng)原則是幫助化學(xué)家實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)方針。綠色化學(xué)的特點(diǎn)是仔細(xì)規(guī)劃化學(xué)合成和分子設(shè)計(jì)，以減少不良后果。綠色化學(xué)的十二項(xiàng)原則是由Paul Anastas 和John Warner 在1998 年提出的。它們是設(shè)計(jì)新化學(xué)產(chǎn)品和工藝的指導(dǎo)框架，適用于工藝生命周期的所有方面，從所用原材料到轉(zhuǎn)化的效率和安全性，以及所用產(chǎn)品和試劑的毒性和生物降解性[30]。

很顯然，中國(guó)專家提出的綠色化學(xué)的概念與國(guó)外的不同。中國(guó)專家強(qiáng)調(diào)的是結(jié)果，而國(guó)外專家更注重過(guò)程。但筆者認(rèn)為，中國(guó)科學(xué)家在開(kāi)發(fā)綠色農(nóng)藥的過(guò)程中也應(yīng)該遵守綠色化學(xué)的原則。

劉長(zhǎng)令[31]指出綠色農(nóng)藥必備的五要素：安全性高、效果好、成本低、專利權(quán)穩(wěn)定、市場(chǎng)潛力大。他強(qiáng)調(diào)，研究人員從研究之初就要充分考慮這五要素。新農(nóng)藥創(chuàng)制成功率之所以那么低，就是因?yàn)檠芯康臅r(shí)候沒(méi)有充分考慮開(kāi)發(fā)，尤其是安全性和成本。在整個(gè)研發(fā)過(guò)程中，化合物結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，是農(nóng)藥創(chuàng)制的核心所在，它決定了后續(xù)的一切，決定了原材料、反應(yīng)工藝、效果等，決定了產(chǎn)品能否成功上市以及是否具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；而后續(xù)的劑型、應(yīng)用等研究，都是在化合物結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的錦上添花。

周明國(guó)[32]提出了“靶向農(nóng)藥”的概念。他認(rèn)為，“靶向農(nóng)藥”就像“一把鑰匙只開(kāi)一把鎖”，是指能夠識(shí)別、瞄準(zhǔn)特定結(jié)構(gòu)的分子靶標(biāo)，安全高效地防治特定病蟲(chóng)草害的農(nóng)藥活性化合物，或者農(nóng)藥制劑。靶向農(nóng)藥的毒理學(xué)是預(yù)知的，安全性非常高，可以減少農(nóng)藥登記所需的一些安全性和毒理學(xué)評(píng)價(jià)費(fèi)用。隨著科技的發(fā)展，將來(lái)還可以把核酸農(nóng)藥直接導(dǎo)入到植物體內(nèi)，賦予作物自身長(zhǎng)期抗病、抗蟲(chóng)的能力，這樣防治病蟲(chóng)害的成本就會(huì)下降。

盡管“生物農(nóng)藥”在世界各國(guó)的定義不盡相同，但對(duì)其不同于傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥的特性和優(yōu)勢(shì)已達(dá)成共識(shí)。

傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥的使用每年以2%的速度減少，而生物農(nóng)藥的使用以10%的速度增長(zhǎng)。微生物農(nóng)藥、生物化學(xué)農(nóng)藥和嵌入植物的保護(hù)劑(PIP)是重要的生物農(nóng)藥類別，它們占據(jù)全球農(nóng)藥市場(chǎng)5%的份額，其中微生物農(nóng)藥占主導(dǎo)地位[33]。

近年來(lái)，無(wú)論是大型研發(fā)公司、非專利產(chǎn)品制造商，還是許多小型企業(yè)和初創(chuàng)企業(yè)，對(duì)生物制劑的興趣都有了顯著增長(zhǎng)。這是由于生物農(nóng)藥面臨的監(jiān)管程序要求較低、病蟲(chóng)害綜合管理(IPM)項(xiàng)目的增長(zhǎng)以及農(nóng)民為應(yīng)對(duì)病蟲(chóng)害威脅對(duì)更多樣化的措施的需求所推動(dòng)的。在IPM 系統(tǒng)中，生物和合成農(nóng)藥產(chǎn)品經(jīng)常一起使用。自1960 年以來(lái)，生物制品(包括天然物質(zhì)、發(fā)酵產(chǎn)物、微生物和信息素、捕食昆蟲(chóng)和螨類、真菌和線蟲(chóng))的引進(jìn)速度顯著增長(zhǎng)。在1960—1990 年期間，平均每年有3 種新的生物產(chǎn)品被引入全球市場(chǎng)。1990—2016 年，平均每年有11 種新的生物制劑問(wèn)世。在過(guò)去20 年里，新生物產(chǎn)品的引進(jìn)速度經(jīng)常超過(guò)傳統(tǒng)產(chǎn)品，而且這一趨勢(shì)似乎還將繼續(xù)下去。在專利申請(qǐng)方面，2017 年是生物農(nóng)藥專利數(shù)量(173 件)首次超過(guò)傳統(tǒng)作物保護(hù)產(chǎn)品(117 項(xiàng))的一年。生物農(nóng)藥的銷售額從1993 年的1 億美元增長(zhǎng)到2016 年的30 億美元，從占全部作物保護(hù)產(chǎn)品銷售額的0.4%增長(zhǎng)到5.6%[34]。

生物農(nóng)藥在種子處理、土壤處理和收獲后應(yīng)用方面市場(chǎng)前景廣闊。預(yù)測(cè)到2027 年，生物農(nóng)藥(微生物、生物化學(xué)和有益昆蟲(chóng))市場(chǎng)預(yù)計(jì)將達(dá)到23 億美元，2021—2027 年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為4.7%。有機(jī)食品市場(chǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力是對(duì)有機(jī)食品需求的增長(zhǎng)、原材料成本的降低以及監(jiān)管審批的加快[35]。

我國(guó)生物農(nóng)藥主要包括生物化學(xué)農(nóng)藥、微生物農(nóng)藥和植物源農(nóng)藥。截至2022 年12 月31 日，在有效登記狀態(tài)的生物農(nóng)藥有效成分有142 個(gè)，產(chǎn)品1 900 多個(gè)。8 年來(lái)生物農(nóng)藥有效成分和產(chǎn)品的年均增長(zhǎng)率分別為6.40%和8.83%，說(shuō)明我國(guó)生物農(nóng)藥登記數(shù)量在平穩(wěn)增長(zhǎng)，生物農(nóng)藥行業(yè)正逐漸壯大[36]。

2.2 生物刺激劑和植物免疫激活劑的開(kāi)發(fā)應(yīng)用

在科學(xué)文獻(xiàn)中，“生物刺激劑”一詞的首次定義出現(xiàn)在Kauffman 等(2007)的同行評(píng)議論文：“生物刺激劑是一種與肥料不同的材料，在少量施用時(shí)可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)”，“生物刺激劑有多種配方和不同成分”。為了創(chuàng)建一個(gè)統(tǒng)一的定義，作為生物刺激劑必須具備的一些主要特征：⑴生物刺激劑的性質(zhì)是多樣的；⑵生物刺激劑的生理功能是多樣的；⑶生物刺激劑對(duì)作物的功效包括提高作物對(duì)養(yǎng)分的利用效率及對(duì)非生物脅迫的耐受性，或改善作物的品質(zhì)性狀。歐盟、美國(guó)和印度等已給出植物生物刺激劑的明確定義，并出臺(tái)了相應(yīng)的監(jiān)管法規(guī)。歐盟將生物刺激劑納入新的肥料法予以管制，印度修訂其肥料法規(guī)也將生物刺激劑納入監(jiān)管。美國(guó)經(jīng)過(guò)研究最終決定不將生物刺激劑納入美國(guó)的農(nóng)藥管理法規(guī)(FIFRA)，而是由美國(guó)農(nóng)業(yè)部監(jiān)管[37]。

植物生物刺激劑作為不同于農(nóng)藥或肥料的一類獨(dú)特的農(nóng)業(yè)投入品，彌補(bǔ)了農(nóng)藥和肥料的不足，可以在很大程度上改善農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)和提高作物的產(chǎn)量。

生物刺激劑通過(guò)以下方式促進(jìn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展[38]：⑴提高植物對(duì)非生物脅迫的耐受性，包括干旱、極端溫度(寒冷、霜凍和高溫)和鹽度；⑵促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和有效利用；⑶通過(guò)增加有益的土壤微生物來(lái)改善土壤健康；⑷通過(guò)改善植物健康和活力從而提高作物品質(zhì)；⑸提高作物產(chǎn)量。

生物刺激劑在從種子萌發(fā)到作物成熟的整個(gè)作物生命周期中，通過(guò)許多已證明的方式促進(jìn)作物生長(zhǎng)和改善發(fā)育，包括但不限于如下幾個(gè)方面[39]：⑴通過(guò)改進(jìn)植物健康和活力而提高作物的代謝效率，從而誘導(dǎo)產(chǎn)量增加和提高作物品質(zhì)；⑵提高作物對(duì)非生物脅迫的耐受性和恢復(fù)能力；⑶促進(jìn)養(yǎng)分的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和利用；⑷提高產(chǎn)品的品質(zhì)屬性，如糖含量、色澤等；⑸提高用水效率；⑹提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和有效利用。

Li 等[40]發(fā)表了一份關(guān)于生物刺激劑(專門針對(duì)非微生物類刺激劑)使用效果的綜合薈萃分析報(bào)告。報(bào)告分析了全球180 項(xiàng)合格研究中超過(guò)1 000 對(duì)露地田間數(shù)據(jù)。比較了不同參數(shù)(生物刺激劑類別、施用方法、作物種類、氣候條件和土壤性質(zhì))條件下在露地種植中施用生物刺激劑后的產(chǎn)量增加情況?？傮w結(jié)果表明：⑴不同類別生物刺激劑的增產(chǎn)效益平均為17.9%，土壤處理的增產(chǎn)潛力最大；⑵生物刺激劑在干旱地區(qū)和蔬菜種植中對(duì)作物產(chǎn)量影響最大；⑶生物刺激劑在有機(jī)質(zhì)含量低、非中性、鹽堿化、養(yǎng)分不足和沙質(zhì)土壤中效果較好。

植物免疫誘抗劑即植物疫苗，主要是通過(guò)增強(qiáng)植物生理功能，增加植物對(duì)致病因子的抵抗力，從而提高植物的誘導(dǎo)抗性。它能夠激發(fā)植物體內(nèi)多條代謝路徑，加強(qiáng)新陳代謝，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，達(dá)到增產(chǎn)抗病的效果。目前植物免疫誘抗劑主要有植物免疫蛋白、寡糖、水楊酸及其類似物、次生代謝物等類型[41-42]。

目前報(bào)道的免疫誘抗劑類物質(zhì)主要包括有機(jī)酸類(水楊酸、茉莉酸及其甲酯、茉莉酮酸及其甲酯、草酸)，無(wú)機(jī)化合物(磷酸鹽、二氧化硅、臭氧)，寡糖類(海帶多糖、殼寡糖、多聚半乳糖醛酸、寡聚脫乙酰殼多糖、殼聚糖、氨基寡糖素)以及蛋白多肽類(如Harpin 蛋白及類似物)[43]。

由國(guó)外公司開(kāi)發(fā)的具有抗病誘導(dǎo)功能的農(nóng)藥品種有Messenger(Harpin 蛋白)、苯并噻二唑(BTH)、KeyPlex 腐殖酸、烯丙異噻唑、Sereenade、昆布素、Oxycom、Chitosan、Actigard、NCI、吡唑醚菌酯等。

已在我國(guó)登記的具有抗病誘導(dǎo)功能的農(nóng)藥品種有植物激活蛋白、S-ABA、S-誘抗素、氨基寡糖素、甲噻誘胺、香菇多糖、井岡霉素、氟唑活化酯、阿泰靈(6%寡糖+鏈蛋白)、毒氟磷等[44]。

吳宇煉等[45]采用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法對(duì)1985—2021 年在國(guó)內(nèi)外期刊上發(fā)表的關(guān)于植物免疫誘抗劑的文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析。結(jié)果表明，當(dāng)前植物免疫誘抗劑相關(guān)研究文獻(xiàn)處于波動(dòng)上升的趨勢(shì)；根據(jù)WOS 數(shù)據(jù)庫(kù)，在外文文獻(xiàn)中，植物免疫誘抗劑相關(guān)文獻(xiàn)主要出自美國(guó)、中國(guó)、日本等國(guó)家。通過(guò)高頻次關(guān)鍵詞分布，研究熱點(diǎn)為水楊酸類植物免疫誘抗劑、氨基寡糖素類、青枯雷爾氏菌，以及秸稈反應(yīng)堆技術(shù)、作物增產(chǎn)技術(shù)等方面。

根據(jù)以上描述，筆者認(rèn)為免疫誘抗劑應(yīng)該屬于生物刺激劑的范疇，是生物刺激劑的一部分。

生物刺激劑市場(chǎng)的增長(zhǎng)是由于對(duì)可持續(xù)農(nóng)業(yè)的需求激增和有害化肥的使用減少[46]。有市場(chǎng)預(yù)測(cè)報(bào)告指出，生物刺激劑(包括腐殖酸類物質(zhì)、海藻提取物和微生物改良劑等)的全球市場(chǎng)額2027 年預(yù)計(jì)可達(dá)62 億美元，2022—2027 年復(fù)合年增長(zhǎng)率為11.8%[47]。

2.3 微生物脂肽等微生物產(chǎn)品越來(lái)越重要

微生物對(duì)農(nóng)業(yè)的重要性人所共知。微生物肥料、微生物農(nóng)藥、生物刺激劑、生物堆肥、作物營(yíng)養(yǎng)利用和管理、作物對(duì)生物和非生物脅迫的抵抗力、自然農(nóng)業(yè)等都離不開(kāi)微生物。

使用微生物(生物肥料和生物農(nóng)藥)作為合成肥料和農(nóng)藥的替代品或補(bǔ)充品來(lái)增加土壤肥力以及在農(nóng)業(yè)中防治病蟲(chóng)害的做法日益突出。生物肥料和生物農(nóng)藥是環(huán)境友好型產(chǎn)品，可用于綜合營(yíng)養(yǎng)管理(INM)和綜合病蟲(chóng)害管理(IPM)技術(shù)。微生物在提高土壤肥力、病蟲(chóng)害防治方面具有重要作用，對(duì)促進(jìn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展不可或缺[48]。

Markets and Markets 預(yù)測(cè)，全球農(nóng)業(yè)微生物市場(chǎng)(土壤改良和作物保護(hù))2027 年將達(dá)到126 億美元，2022—2027 年復(fù)合年增長(zhǎng)率為14.6%[49]。

Mordor Intelligence 公司發(fā)布了2023—2028 年微生物農(nóng)藥市場(chǎng)規(guī)模和份額的預(yù)測(cè)報(bào)告[50]，該報(bào)告涉及包括基于細(xì)菌、真菌、病毒等的微生物農(nóng)藥，應(yīng)用場(chǎng)景包括谷物、豆類和油籽、水果和蔬菜以及其他作物，涉及的市場(chǎng)包括北美、歐洲、亞太、南美和非洲。預(yù)測(cè)在此期間內(nèi)微生物農(nóng)藥市場(chǎng)的復(fù)合年增長(zhǎng)率為16.3%。增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)是南美洲，最大的市場(chǎng)是北美洲。當(dāng)將微生物農(nóng)藥納入病蟲(chóng)害綜合管理計(jì)劃(IPM)時(shí)，將在很大程度上減少對(duì)合成農(nóng)藥的需求，而不影響作物產(chǎn)量。

在植物病害防治方面，微生物殺菌劑的作用除了以其本身作為拮抗微生物抵御病原微生物侵襲之外，微生物的次生代謝產(chǎn)物在抵御病原菌方面也會(huì)發(fā)揮很大作用。這方面的研究報(bào)告也非常多。近年來(lái)微生物脂肽類代謝產(chǎn)物在作物病害防治方面的應(yīng)用潛力廣受關(guān)注[51]。

脂肽是微生物發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物(通常為混合物)，脂肽生物表面活性劑通常是由β-氨基或β-羥基脂肪酸(親油基團(tuán))與肽鏈或肽環(huán)(親水基團(tuán))構(gòu)成的一類生物表面活性劑(親水基和親油基以化學(xué)鍵連接，結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，具有較強(qiáng)的極性，水油兩親，可大幅降低表面和界面張力)，是一類新型天然表面活性劑，主要來(lái)源于芽孢桿菌(如表面活性素、伊枯草素、豐原素)，假單胞菌(黏液毒素)，地衣芽孢桿菌(地衣素)等[52-53]。

一些微生物脂肽已被用作植物病害生物防治劑(表1)[54]。

表1 作為生物防治劑的脂肽

2.4 納米農(nóng)藥的開(kāi)發(fā)利用

納米技術(shù)是21 世紀(jì)最有前途的技術(shù)之一。它是通過(guò)觀察、測(cè)量、操縱、組裝、控制和制造納米尺度的物質(zhì)，將納米科學(xué)理論轉(zhuǎn)化為應(yīng)用的能力。美國(guó)國(guó)家納米技術(shù)計(jì)劃(NNI)將納米技術(shù)定義為“在納米尺度(1～100 nm)上進(jìn)行的科學(xué)、工程和技術(shù)”。納米科學(xué)不同于納米技術(shù)。納米科學(xué)是物理學(xué)、材料科學(xué)和生物學(xué)的融合，涉及在原子和分子尺度上操縱材料。而納米技術(shù)是在納米尺度上觀察、測(cè)量、操作、組裝、控制和制造物質(zhì)的能力。

納米技術(shù)是一門相對(duì)較新的科學(xué)分支，其應(yīng)用范圍廣泛，從能源生產(chǎn)到工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程再到生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。納米材料(NMs)可以被設(shè)計(jì)成具有獨(dú)特的組成和功能，這可以提供新的工具和技術(shù)。

一些國(guó)際組織如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、經(jīng)合組織(OECD)和歐盟(EU)以及一些國(guó)家主管機(jī)構(gòu)如美國(guó)環(huán)保署(EPA)對(duì)納米技術(shù)和/或納米材料都有定義，但是目前為止還沒(méi)有見(jiàn)到對(duì)納米農(nóng)藥的官方定義。但是，這些國(guó)際組織和國(guó)家主管機(jī)構(gòu)都在研究如何監(jiān)管納米農(nóng)藥。

ISO 將納米材料定義為任何外部尺寸或內(nèi)部結(jié)構(gòu)或表面結(jié)構(gòu)具有納米尺度的材料，其中長(zhǎng)度范圍約為1～100 nm 被視為納米尺度。

與常規(guī)顆粒相比，納米顆粒可能具有不同的物理甚至化學(xué)性質(zhì)的改變。因此，納米農(nóng)藥的環(huán)境安全性和毒理學(xué)特性可能都需要更深入的評(píng)價(jià)，這給監(jiān)管帶來(lái)了新的壓力[55-57]。

納米技術(shù)在農(nóng)業(yè)上有廣泛的應(yīng)用潛力，但就作物生產(chǎn)和作物保護(hù)而言，納米肥料和納米農(nóng)藥的開(kāi)發(fā)和利用將會(huì)給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)變革。

關(guān)于納米農(nóng)藥的研究進(jìn)展，已有一些綜述文章可供參考[58-60]。

納米農(nóng)藥制劑具有不同于傳統(tǒng)農(nóng)藥制劑的諸多優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在[61]：⑴改進(jìn)農(nóng)藥在植物葉面上的黏附性和穿透性；⑵防止農(nóng)藥過(guò)早降解；⑶減少農(nóng)藥使用頻次；⑷提高水不溶性農(nóng)藥的溶解度；⑸控制或緩慢釋放農(nóng)藥；⑹改進(jìn)農(nóng)藥的生物可獲得性；⑺靶向傳遞農(nóng)藥；⑻促進(jìn)靶標(biāo)害物對(duì)農(nóng)藥的吸收；⑼改進(jìn)農(nóng)藥制劑的穩(wěn)定性；⑽降低抗性產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)；⑾降低環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)；⑿降低有害生物防控成本。

目前，全球范圍內(nèi)獲得登記和商品化的納米農(nóng)藥產(chǎn)品還很少。美國(guó)登記了納米銀制劑作為抗微生物產(chǎn)品使用，不是農(nóng)業(yè)用藥。另外，各種農(nóng)藥微乳劑產(chǎn)品也是人們?cè)跓o(wú)意識(shí)的情況下登記了的符合納米定義的納米農(nóng)藥產(chǎn)品。但是目前研究中的納米農(nóng)藥重點(diǎn)都不在微乳劑產(chǎn)品上。

佛羅里達(dá)大學(xué)在美國(guó)農(nóng)業(yè)部國(guó)家食品和農(nóng)業(yè)研究所(NIFA)特種作物研究計(jì)劃(Specialty Crop Research Initiative)的資助下組建了多州、跨學(xué)科的Zinkicide 團(tuán)隊(duì)。該團(tuán)隊(duì)包括納米科學(xué)家、植物病理學(xué)家、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)家、推廣專家和其他人員，共同努力幫助柑橘種植者、消費(fèi)者和當(dāng)?shù)鼐用駬碛薪】档臉?shù)木和美味、安全的柑橘產(chǎn)品。據(jù)稱，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品目前在申請(qǐng)EPA 登記中。

在中國(guó)，納米農(nóng)藥研究正處于火熱狀態(tài)中，還成立了一些專門研究機(jī)構(gòu)。一些研究機(jī)構(gòu)和農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)也宣稱已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了某些納米農(nóng)藥產(chǎn)品。有些產(chǎn)品處于登記狀態(tài)，但是并不是以“納米制劑”申請(qǐng)的登記，因?yàn)橹袊?guó)還沒(méi)有對(duì)“納米農(nóng)藥制劑”的登記做出任何特別的規(guī)定。如河北中天邦正生物科技股份公司已經(jīng)獲得登記的45%聯(lián)肼·乙螨唑懸浮劑。

我國(guó)納米農(nóng)藥研究取得了重大進(jìn)展：創(chuàng)制了一批高效、安全與低殘留納米農(nóng)藥新制劑；針對(duì)大噸位與主導(dǎo)性殺蟲(chóng)劑、殺菌劑和除草劑，開(kāi)發(fā)了納米微乳劑、混懸劑、膠囊劑、水溶膠與固體分散體等綠色納米農(nóng)藥新劑型，判明了其增效減排效果、適用范圍、優(yōu)選劑量與施用方法；可以平均提高藥效30%～50%，延長(zhǎng)持效期4～5 倍，顯著降低殘留污染[62]。

為了加強(qiáng)納米農(nóng)藥的質(zhì)量管理，2021 年我國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)藥檢定所發(fā)布了中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)即納米農(nóng)藥產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)范的征求意見(jiàn)稿。

根據(jù)聯(lián)合市場(chǎng)研究公司(Allied Market Research)發(fā)布的一份名為“納米農(nóng)藥市場(chǎng)”的新報(bào)告，2021 年納米農(nóng)藥(納米殺蟲(chóng)劑、納米殺菌劑、納米除草劑及其他)市場(chǎng)價(jià)值為5 億美元，預(yù)計(jì)到2031 年將達(dá)到16 億美元，2022—2031 年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為12.5%[63]。另有預(yù)測(cè)報(bào)告指出，預(yù)計(jì)到2030 年全球納米農(nóng)藥市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到19 億美元左右，2022—2030 年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為13.66%[64]?？梢?jiàn)，2 份預(yù)測(cè)報(bào)告對(duì)納米農(nóng)藥市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)預(yù)估基本一致。

2.5 育種新技術(shù)(基因編輯和RNA 干擾技術(shù))在作物保護(hù)中的應(yīng)用

利用育種技術(shù)改善作物品質(zhì)，或者提高作物對(duì)各種非生物和生物脅迫的抵御能力是始終伴隨著作物生產(chǎn)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)的育種技術(shù)被現(xiàn)代轉(zhuǎn)基因技術(shù)替代。作物轉(zhuǎn)基因育種始于20 世紀(jì)80 年代，經(jīng)過(guò)40 多年的發(fā)展，已育成多種作物的轉(zhuǎn)基因品種，并在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。轉(zhuǎn)基因技術(shù)能將一個(gè)生物體中結(jié)構(gòu)明確、功能清楚的基因取出，讓其在另一個(gè)作物體內(nèi)發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)基因在不同物種間的重組。這項(xiàng)新技術(shù)不僅更精準(zhǔn)，而且利用其他物種的基因資源能極大擴(kuò)充作物自身的基因庫(kù)，使作物具備抗蟲(chóng)、耐除草劑、抗旱等特性?？共莞熟⒌霓D(zhuǎn)基因玉米和大豆以及抗蟲(chóng)的轉(zhuǎn)基因棉花等已經(jīng)在全球很多國(guó)家栽種。我國(guó)也要大力發(fā)展轉(zhuǎn)基因大豆和玉米的種植。

2013 年，以CRISPR/Cas9 系統(tǒng)為標(biāo)志的第3 代基因編輯技術(shù)取得了決定性突破，打破了常規(guī)育種瓶頸，成為基因編輯主流技術(shù)。基因編輯是指對(duì)目標(biāo)基因進(jìn)行精確操作，使基因?qū)崿F(xiàn)定點(diǎn)突變、插入、刪除，從而直接啟動(dòng)、關(guān)閉某些基因，甚至直接在分子水平對(duì)致病基因做編輯、修改，進(jìn)而對(duì)未知功能基因進(jìn)行研究和基因治療的技術(shù)。這個(gè)過(guò)程既模擬了基因的自然突變，又修改并編輯了原來(lái)的基因組，真正實(shí)現(xiàn)了“基因編輯”。為推進(jìn)該技術(shù)在中國(guó)農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，2022 年1 月24 日，中國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部制定公布了《農(nóng)業(yè)用基因編輯植物安全評(píng)價(jià)指南(試行)》。

基因編輯是當(dāng)前全球發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、滿足農(nóng)產(chǎn)品需求所高度重視的革命性顛覆性技術(shù)，全球農(nóng)業(yè)大國(guó)高度重視。2018 年美國(guó)政府發(fā)布《2018—2023 年戰(zhàn)略計(jì)劃》，將基因編輯列為5 個(gè)顛覆性技術(shù)之一長(zhǎng)期投資；2019 年俄羅斯公布約17 億美元的聯(lián)邦計(jì)劃，支持基因編輯研究，旨在培育基因編輯作物和動(dòng)物新品種。世界多國(guó)積極推進(jìn)基因編輯技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，放開(kāi)基因編輯產(chǎn)品監(jiān)管，目前已經(jīng)在水稻、玉米、大豆、小麥和番茄等農(nóng)作物以及豬、牛、羊等農(nóng)業(yè)動(dòng)物中廣泛應(yīng)用，國(guó)外已有百余種植物基因編輯產(chǎn)品成功上市。

基因組編輯(GE)技術(shù)有助于有針對(duì)性和快速地實(shí)現(xiàn)作物育種計(jì)劃，增強(qiáng)對(duì)害蟲(chóng)和病原體的抗性。GE 不需要雜交，因此避免了在優(yōu)秀品種中通過(guò)連鎖引入不良性狀，加快了整個(gè)育種過(guò)程。GE 技術(shù)可以通過(guò)直接編輯有害生物基因組或植物敏感基因組或作為生物防治劑(BCA)的微生物基因組，對(duì)植物敏感性基因及害蟲(chóng)和病原體的毒力因子進(jìn)行編輯，以獲得植物保護(hù)效果[65]。

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[66]，1995 年有研究人員發(fā)現(xiàn)注射正義RNA(senseRNA)和反義RNA(antisense RNA)均能有效并特異性地抑制秀麗新小桿線蟲(chóng)(Caenorhabditis elegans)par-1 基因的表達(dá)，該結(jié)果不能使用反義RNA 技術(shù)的理論做出合理解釋。直到1998 年，F(xiàn)ire和Mello 課題組接手了此課題。他們以秀麗新小桿線蟲(chóng)為模型，發(fā)現(xiàn)在此課題中，引發(fā)線蟲(chóng)par-1基因沉默的是小片段的雙鏈RNA，而不是正義單鏈RNA或負(fù)義單鏈RNA。他們之后又研究了秀麗新小桿線蟲(chóng)的unc-22 基因，進(jìn)一步闡述了雙鏈RNA 在基因沉默中的作用，并將這一現(xiàn)象命名為“RNA 干擾(RNAi)”。他們的研究成果激起了其他科學(xué)家研究RNA 干擾現(xiàn)象的濃厚興趣，由于他們的發(fā)現(xiàn)揭示了分子生物學(xué)中一個(gè)全新的，具有普遍性的機(jī)制，2 位科學(xué)家Andrew Fire 和Craig C. Mello 因此在2006 年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

RNAi 是指在進(jìn)化過(guò)程中高度保守的、由雙鏈RNA(dsRNA)介導(dǎo)的同源mRNA 高效特異性降解的現(xiàn)象，也稱為轉(zhuǎn)錄后基因沉默(PTGS)，在植物、線蟲(chóng)、昆蟲(chóng)、脊椎動(dòng)物等真核生物中普遍存在。該現(xiàn)象在20 世紀(jì)90 年代發(fā)現(xiàn)之后便成為一種重要的基因干擾技術(shù)。RNAi 技術(shù)是一種多功能、有效、安全、環(huán)保的作物保護(hù)替代方案，有大量證據(jù)表明通過(guò)宿主誘導(dǎo)基因沉默(HIGS)和噴霧誘導(dǎo)基因沉默(SIGS)技術(shù)都可以用于控制病毒、細(xì)菌、真菌、昆蟲(chóng)和線蟲(chóng)。RNAi 技術(shù)也是一種強(qiáng)大的、多功能的作物病蟲(chóng)害控制替代技術(shù)，它在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用擴(kuò)展到病毒、細(xì)菌、真菌、昆蟲(chóng)、線蟲(chóng)和植物。過(guò)去阻礙其應(yīng)用的主要問(wèn)題是生產(chǎn)成本和穩(wěn)定性，隨著新技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)成本越來(lái)越低，而穩(wěn)定性封裝策略提供了一種避免性能退化的解決方案。在脂質(zhì)體、病毒樣顆粒、復(fù)合納米顆粒和生物黏土中封裝dsRNAs 在過(guò)去10 年中獲得了實(shí)用性，因?yàn)樗鼈兡芊乐菇到?。提高其穩(wěn)定性一直是該技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)挑戰(zhàn)，裸露的dsRNAs 很容易因?yàn)榄h(huán)境暴露或酶的作用以及目標(biāo)生物的pH 而降解。封裝為dsRNA 的穩(wěn)定性提供了保證，有時(shí)也提高了生物細(xì)胞對(duì)dsRNAs的攝取。一些用于封裝的材料對(duì)害蟲(chóng)防治還有加和作用；然而，封裝材料大多無(wú)害、可生物降解而且在多種化學(xué)環(huán)境中穩(wěn)定，這有利于dsRNAs 的可控釋放[66]。

根據(jù)目前的研究進(jìn)展，基因沉默技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的抗病蟲(chóng)害效果已經(jīng)得到廣泛的證實(shí)，金蕓等[67]的研究也證明了HIGS 用于對(duì)抗難以防治的土傳真菌病害的有效性。由于傳統(tǒng)的化學(xué)控制方法對(duì)根部侵染的病原菌幾乎難以奏效，因此拓展HIGS的方法到其他根部侵染的病原菌的防治中非常值得嘗試。同時(shí)，得益于真菌基因組的測(cè)序，基因功能的解析和對(duì)侵染過(guò)程及宿主抗病過(guò)程的深入了解，研究人員將可能挑選合適有效的靶標(biāo)基因進(jìn)行特定靶向沉默。因此，基因沉默技術(shù)具有非常光明的應(yīng)用前景及切實(shí)可行的操作性。

高瀝文等[68]回顧了RNA 干擾的基本作用機(jī)制和發(fā)展歷程，全面總結(jié)了RNAi 生物農(nóng)藥的研究水平和應(yīng)用現(xiàn)狀，深入分析了RNAi 生物農(nóng)藥發(fā)展面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，以及未來(lái)的發(fā)展前景。毫無(wú)疑問(wèn)，將RNAi 應(yīng)用于農(nóng)作物保護(hù)無(wú)疑具有很多優(yōu)點(diǎn)，特別是能夠特異性地靶向已知的核苷酸序列，并有望減少植物病害、減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)。近年來(lái)，一些研究發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)化了其應(yīng)用程序，降低了生產(chǎn)成本。此外，研究者們還進(jìn)行了一些探討，其目的在于使RNAi的使用變得更加有效和安全。盡管外源dsRNAs 的識(shí)別、吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制仍有待確定，但最近的研究表明使用局部施用的RNA 農(nóng)藥作為作物保護(hù)措施的潛在益處有很多，包括相對(duì)于許多現(xiàn)有農(nóng)藥而言的低毒性、物種特異性以及當(dāng)設(shè)計(jì)了合適的dsRNA序列時(shí)對(duì)環(huán)境的友好性。所以，如果謹(jǐn)慎地進(jìn)行構(gòu)思和開(kāi)發(fā)，RNA 農(nóng)藥能夠以安全有效的方式徹底改變田間病蟲(chóng)害及雜草的管理體系。

與基因敲除、基因編輯等技術(shù)相比，RNAi 極具優(yōu)勢(shì)。dsRNA 在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用方式，特別是在病蟲(chóng)害防治中的應(yīng)用方式，可以通過(guò)3 種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)：⑴寄主誘導(dǎo)的基因沉默(host-induced gene silencing，HIGS)；⑵病毒誘導(dǎo)的基因沉默(virus-induced gene silencing，VIGS)；⑶噴霧誘導(dǎo)的基因沉默(sprayinduced gene silencing，SIGS)。HIGS 需要通過(guò)轉(zhuǎn)基因作物來(lái)表達(dá)針對(duì)害蟲(chóng)或病原物的dsRNA。VIGS基于病毒工程在昆蟲(chóng)體內(nèi)產(chǎn)生足量的dsRNA。如利用CTV(柑橘衰退病毒)表達(dá)載體在柑橘植株內(nèi)獲得長(zhǎng)期、穩(wěn)定表達(dá)的抗黃龍病外源基因，成功抑制了黃龍病的發(fā)生和蔓延。SIGS 則更類似于傳統(tǒng)農(nóng)藥的施用方法，通過(guò)非轉(zhuǎn)基因手段，直接向環(huán)境中噴施或注射dsRNA，通過(guò)害蟲(chóng)取食或病原體侵染的過(guò)程而起作用[68]。

2.6 大數(shù)據(jù)、人工智能和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在未來(lái)作物保護(hù)上的應(yīng)用

人工智能是一組使計(jì)算機(jī)能夠模擬人類智能的技術(shù)。人工智能的子領(lǐng)域包括自動(dòng)化機(jī)器學(xué)習(xí)(AutoML)和機(jī)器學(xué)習(xí)，這是指使用算法在沒(méi)有人為干預(yù)的情況下學(xué)習(xí)和執(zhí)行任務(wù)；深度學(xué)習(xí)，即使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別大容量數(shù)據(jù)中的復(fù)雜模式；認(rèn)知計(jì)算，即用于模擬人類大腦的功能來(lái)解決復(fù)雜問(wèn)題；以及自然語(yǔ)言處理，即幫助計(jì)算機(jī)理解和解釋人類語(yǔ)言。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，大數(shù)據(jù)是更大、更復(fù)雜的數(shù)據(jù)集，尤其是來(lái)自新數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)集。這些數(shù)據(jù)集是如此龐大，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理軟件根本無(wú)法管理它們。但是這些海量的數(shù)據(jù)可以用來(lái)解決人們以前無(wú)法解決的業(yè)務(wù)問(wèn)題。大數(shù)據(jù)有3 個(gè)特點(diǎn)，也稱3 個(gè)“V”，即種類更多(variety)、數(shù)量(volume)不斷增加，速度(velocity)更快。

大數(shù)據(jù)是人工智能運(yùn)行的燃料。大量不同的數(shù)據(jù)使機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用程序能夠完成它們的設(shè)計(jì)任務(wù)：獲得并完善一項(xiàng)技能。

人工智能通過(guò)自動(dòng)化和增強(qiáng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)可視化、預(yù)測(cè)建模和其他復(fù)雜的分析任務(wù)，使大數(shù)據(jù)分析變得更加簡(jiǎn)單，否則這些任務(wù)將是勞動(dòng)密集型和耗時(shí)的。人工智能可以幫助用戶更快地從大型、復(fù)雜的數(shù)據(jù)集中處理、操作和顯示可操作的見(jiàn)解。人工智能獲得的數(shù)據(jù)越多，它就越能學(xué)習(xí)并提高其模式識(shí)別能力。

人工智能在農(nóng)業(yè)和上的應(yīng)用場(chǎng)景包括：⑴實(shí)時(shí)作物和土壤監(jiān)測(cè)；⑵作物產(chǎn)量預(yù)測(cè)和價(jià)格預(yù)測(cè)；⑶有害生物識(shí)別和及時(shí)噴灑農(nóng)藥；⑷更明智地配置資源；⑸改善食品和環(huán)境的可持續(xù)性；⑹分析市場(chǎng)需求，管理風(fēng)險(xiǎn)；⑺作物保護(hù)、施肥和收獲作物。

人工智能在有害生物治理中的作用如下[69]：⑴簡(jiǎn)單的偵察方法：人工智能可以偵查和提供準(zhǔn)確的有害生物描述和它們?cè)谔镩g的確切位置。⑵解決病蟲(chóng)害診斷方面的挑戰(zhàn)：正確識(shí)別田間特定病蟲(chóng)害對(duì)其成功管理至關(guān)重要。有害生物管理的另一個(gè)重要方面是定期監(jiān)測(cè)有害生物，這有助于確定發(fā)病率和開(kāi)始進(jìn)行有害生物管理干預(yù)的時(shí)間。⑶及早預(yù)測(cè)有害生物問(wèn)題：應(yīng)用人工智能技術(shù)可以幫助自動(dòng)化和加快過(guò)程，在有害生物管理的重要方面，如有害生物識(shí)別、有害生物監(jiān)測(cè)和選擇適當(dāng)?shù)挠泻ι锕芾聿呗裕蜣r(nóng)民提供及時(shí)和正確的決策支持。⑷大規(guī)模有害生物監(jiān)測(cè)和監(jiān)視：基于人工智能原理的無(wú)人機(jī)用于森林監(jiān)測(cè)和監(jiān)視。⑸有害生物管理：利用基于人工智能的無(wú)人機(jī)噴灑農(nóng)藥，通過(guò)確保作物完全覆蓋，在更大范圍內(nèi)有效控制有害生物。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)(PA)，有時(shí)被稱為“處方農(nóng)業(yè)(prescription farming)”或“可變速率技術(shù)(variable rate technology)”，是管理空間和時(shí)間變化的實(shí)踐。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是一種基于觀察、測(cè)量和響應(yīng)作物田間和田內(nèi)變化的農(nóng)業(yè)管理概念?？梢哉f(shuō)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展和人工智能技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展始于20 世紀(jì)90 年代中期，得益于由衛(wèi)星提供的全球定位系統(tǒng)(GPS)服務(wù)的廣泛可用性。首次應(yīng)用是聯(lián)合收割機(jī)的產(chǎn)量制圖和土壤養(yǎng)分制圖，根據(jù)田地的空間變化進(jìn)行磷肥和鉀肥的施用。隨后是作物生長(zhǎng)成像，指導(dǎo)氮肥施用。傳感器用于記錄來(lái)自衛(wèi)星、飛機(jī)、無(wú)人機(jī)或拖拉機(jī)上的可見(jiàn)光波段和近紅外攝像機(jī)的圖像。土壤結(jié)構(gòu)制圖也使用電導(dǎo)率設(shè)備進(jìn)行，該設(shè)備可用于操作空間可變播種率。使用GPS 的自動(dòng)拖拉機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)現(xiàn)在在英國(guó)被廣泛采用。

到目前為止，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的大部分發(fā)展都應(yīng)用于谷物和歐洲的油菜，以及北美的玉米和大豆等作物。然而，在葡萄藤和果園中也有潛在的機(jī)會(huì)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在作物保護(hù)領(lǐng)域的商業(yè)化應(yīng)用相對(duì)有限。

黑草(Alopecurus myosuroides)在英國(guó)冬小麥中的普遍存在，對(duì)除草劑的抗性越來(lái)越強(qiáng)，這引起了人們對(duì)繪制這種雜草在田間發(fā)生情況的興趣，從而使昂貴的除草劑的補(bǔ)丁噴灑成為可能。收集黑草圖像的最佳時(shí)間是在收獲前，盡管這意味著第一次使用除草劑的機(jī)會(huì)是在下一季。EyeWeed 項(xiàng)目由Innovate UK 聯(lián)合資助，雷丁大學(xué)(University of Reading)和幾家工業(yè)合作伙伴參與其中，該項(xiàng)目利用安裝在地面的農(nóng)業(yè)機(jī)械(尤其是噴霧器)上的攝像頭，研究了在作物生長(zhǎng)的早期階段檢測(cè)谷物中的黑草。目前正在評(píng)估一種允許除草劑“實(shí)時(shí)”施用的原型噴霧器(prototype sprayer)。

另一項(xiàng)正在開(kāi)發(fā)的技術(shù)是高光譜成像的應(yīng)用。使用特殊的傳感器，可以記錄農(nóng)作物葉片反射光光譜的差異。這些差異與葉綠素的熒光和玉米黃質(zhì)的存在有關(guān)，可以表明作物健康狀況的變化以及遭受干旱或與病害有關(guān)的壓力的程度。美國(guó)的專業(yè)公司提供基于高光譜傳感器的服務(wù)，主要用于研究目的。有一些證據(jù)表明，葉部病害的發(fā)病率甚至可以在人眼可見(jiàn)之前檢測(cè)到。劍橋大學(xué)和工業(yè)合作伙伴Blightsense 在開(kāi)發(fā)一種快速的聲學(xué)生物傳感器設(shè)備，用于田間鑒定馬鈴薯疫病的病原體疫霉(Phytophthora infestans)在空氣中傳播的孢子。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在作物保護(hù)中的廣泛應(yīng)用將在很大程度上取決于這些不斷發(fā)展的傳感器技術(shù)的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)可行性[70]。

總之，大數(shù)據(jù)、人工智能和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)3 者相互聯(lián)系，相輔相成，它們?cè)谖磥?lái)的作物保護(hù)中必將發(fā)揮重要的作用。

2.7 再生農(nóng)業(yè)與未來(lái)的作物保護(hù)

位于美國(guó)明尼蘇達(dá)州明尼阿波里斯市的再生農(nóng)業(yè)基金會(huì)(RAF)認(rèn)為，再生農(nóng)業(yè)是很難定義的[71]。再生農(nóng)業(yè)不是一個(gè)新概念。再生農(nóng)業(yè)并不是一套精心描繪的實(shí)踐或某種認(rèn)證的農(nóng)業(yè)類型，也不僅僅是基于一系列的指標(biāo)如土壤有機(jī)碳含量和水質(zhì)給出的定義。最好把再生農(nóng)業(yè)看作解決多種危機(jī)的步驟。再生農(nóng)業(yè)使人們朝著一個(gè)豐富的食品和纖維生產(chǎn)、恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)、運(yùn)轉(zhuǎn)良好的水和碳循環(huán)、繁榮的社區(qū)以及一個(gè)公平而繁榮的食品經(jīng)濟(jì)的世界發(fā)展。

國(guó)際公益環(huán)保組織自然資源保護(hù)委員會(huì)(Natural Resource Defense Council，NRDC)2022 年3月發(fā)布了一份報(bào)告，即《可再生農(nóng)業(yè)：21 世紀(jì)的農(nóng)業(yè)政策，推進(jìn)可再生農(nóng)業(yè)的政策建議》[72]。報(bào)告認(rèn)為，再生農(nóng)業(yè)是一種土地管理理念，農(nóng)民和牧場(chǎng)主在與自然和社區(qū)和諧相處的情況下種植糧食和纖維。該報(bào)告還為再生農(nóng)業(yè)提出了一個(gè)決策框架(表2)。

表2 再生農(nóng)業(yè)的決策框架

再生不會(huì)在一夜之間削弱農(nóng)藥市場(chǎng)，但對(duì)氣候變化和碳封存的關(guān)注及持續(xù)的監(jiān)管壓力，消費(fèi)者對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)可追溯性的需求，以及農(nóng)民尋求削減生產(chǎn)成本，將在短期內(nèi)逐步減少投入使用，并可能使許多化學(xué)類別在未來(lái)10 年淘汰[73]。

3 作物保護(hù)的未來(lái)展望

如前所述，當(dāng)前的作物保護(hù)面臨著諸多挑戰(zhàn)，因此科學(xué)家們一直在不斷探索作物保護(hù)的新技術(shù)和新方法。同時(shí)，其他行業(yè)的各種新技術(shù)的發(fā)展也可為未來(lái)的作物保護(hù)提供更多的可能性。然而，未來(lái)的作物保護(hù)如何能以史為鑒采取更為智慧的指導(dǎo)思想開(kāi)發(fā)和利用各種新舊作物保護(hù)技術(shù)和方法是非常重要的。

筆者認(rèn)為，未來(lái)的作物保護(hù)應(yīng)該在尊重自然法則的基礎(chǔ)上發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，并利用好符合自然法則的老舊技術(shù)：⑴首先不能過(guò)多依賴化學(xué)品的投入；⑵其次以土壤、種子、作物為本，利用現(xiàn)代技術(shù)尤其是生物產(chǎn)品的投入為主，充分利用微生物資源，保障土壤、種子和作物的健康，實(shí)行作物全生命周期保護(hù)；⑶與作物育種、生態(tài)協(xié)同技術(shù)以及營(yíng)養(yǎng)投入(肥料)密切配合；⑷倡導(dǎo)和發(fā)展再生農(nóng)業(yè)理論和技術(shù)，走與自然和諧的作物保護(hù)道路；⑸實(shí)施作物全生活周期(從播種-幼苗-長(zhǎng)成-收獲-收獲后)的作物健康保護(hù)，而不是見(jiàn)蟲(chóng)殺蟲(chóng)，見(jiàn)病防病。