生物农药与农业可持续发展战略

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农作物病虫草鼠的发生与危害，严重制约着高优农业及可持续农业的发展。据联合国粮农组织（FAO）统计，世界粮食产量因病虫草鼠害造成的损失每年大约占总产的20-35%，其中虫害14%，病害10%；棉花因虫害损失16%，因病害损失12%，年损失额达1200亿美元，相当于中国农业总产值的1/2，美国的1/3，日本的2倍，英国的4倍多。我国1993年因病虫危害造成粮食减产10.48%，粮食损失443.29亿公斤，棉花少收52.2%，棉花损失19.53亿公斤。在农作物病虫草害的各种防治方法中，生物防治占有非常重要的地位。1987年美国国家科学院将生物防治定义为：“利用自然的或经过改造的生物，如作物、树木、动物和益虫及微生物”。生物防治的方法可归纳为三大技术体系：传统生物防治、本地天敌的自然保护与利用、微生物农药的产业化。由于生物农药对有害生物高效，对人畜及非靶标生物安全，不污染环境，在有害生物可持续治理中起着非常重要的作用。1992年“世界环境与发展大会”第21条决议指出“要在全球范围内控制化学农药的销售和使用，到2000年生物农药的产量将占农药总量的60%”。因此，生物农药的研究与开发利用具有十分广阔的发展前景。
  1可持续农业的内涵及特征
  可持续农业（SustainableAgriculture,下简称SA）是以可持续发展思想为指导，强调综合利用农业生态系统中自然与生物资源，尽可能地减少外部物质与能量的消耗。SA的目的：
  持续地增加产量，确保食物安全；
  持续地提高农民的利益，消灭贫困；
  合理地利用资源，保护和改善环境，强调在满足当代人生存需求的同时，又不破坏后代人赖以生存的资源基础环境条件。
  正如Iberd所强调，SA必须是：生态上是可恢复的，否则就不能持续到最后；经济上必须是高产和盈利的，否则在经济上就不可能持续；社会上是可接受的，否则SA不可行。
  总之，SA所涉及的不只是技术问题，而首先是思想方法和研究方法问题，需要从多个视角认识它。
  SA是使农业经济与农业生态环境同步发展的一种新的战略思想和一种新的农业对策。
  实施可持续农业已成为世界各国的共识，对资源环境相对薄弱的中国显得尤为重要。它的实施有赖于对农业生产系统中各组分及其环境之间关系的系统分析与调控，是一项复杂的系统工程。
  2生物农药的研究开发和应用
  生物农药主要是指以植物、动物、微生物等产生的具有农用生物活性的次生代谢产物开发的农药。广义的生物农药还应包括活的生物体，如各种捕食性天敌、寄生性天敌以及转基因作物。按照用途，生物农药可分为微生物源农药、植物源农药、动物源农药、天敌昆虫和转基因植物。据报道，80年代初生物防治剂的销售额为5000-6000万美元80年代末达5亿美元，预计本世纪将达80亿美元。

  2.1微生物源农药
  2.1.1微生物源杀虫剂。
  是目前应用最多的生物农药，占整个生物防治剂的90%以上。进行过深入研究和工业化生产的杀虫杀螨抗生素有杀螨素、阿维菌素、hygromycinB、destomycinB和milbemycin、除虫菊素及其衍生物、沙蚕毒素及其衍生物、鱼藤酮、菸碱、毒扁豆碱、浏阳霉素、白僵菌素、绿僵菌素、核型多角体病毒和颗粒体病毒。
  苏云金芽孢杆菌杀虫剂，是目前世界上用途最广，开发时间最长，产量最大，应用最成功的生物杀虫剂，占生物防治剂总量的90%以上，已有60多个国家登记120个品种，广泛用于防治农业、林业、贮粮害虫以及医学昆虫，我国年产量达3万吨左右。第二代细胞工程杀虫剂和第三代基因工程杀虫剂即将问世，它可以克服杀虫谱窄，持效期短，药效慢等弊端。
  阿维菌素是由日本北里研究所与美国默克公司联合开发的一种大环内酯杀虫素，具有优异的家畜驱虫作用、杀线虫作用，对多种为害农作物的刺吸式口器害虫害螨也有极高的毒杀活性，成为防治害螨和美洲斑潜蝇等害虫的高效抗生素类农药。

  2.1.2微生物源杀菌剂。
  这是一类称作农用抗菌素的物质，已经商品化的有灭瘟素、春雷霉素、多氧霉素、公主岭霉素、农抗120、农抗5102等，应用面积最大的是井冈霉素，这是上海农药所分离筛选的对水稻纹枯病有显著防效的农用抗生素，已使用20年，至今尚未发生明显抗药性。
  2.1.3微生物源除草剂。
  从微生物中发展了许多除草活性的物质，主要有杂草菌素（用于防除水田稗草等禾本科杂草）、细交链孢霉素、茴香霉素。近年来，从微生物代谢产物开发新型除草剂最成功的有双丙氨酰膦和草胺膦，双丙氨酰膦是从Streptomyceshydrossopius发酵液中分离的一种有机磷双肽化合物，德国赫司物公司又以双丙氨酰膦为模板，人工合成开发出草胺膦，双丙氨酰膦和草胺膦都为非选择性内吸输导型高效除草剂，广泛用于果园、苗圃、橡胶园等防除多种一年生和多年生禾本科杂草及阔叶杂草。

  2.2植物源生物农药
  据Ahmed1985年资料，全世界已报道过1600多种具有控制有害生物的高等植物，其中具有杀虫活性的1005种，杀螨活性的39种，杀线虫活性的108种，杀鼠活性的109种，杀软体动物活性的8种，对昆虫具有拒食活性的384种，忌避活性的279种，引诱活性的28种，引起昆虫不育的4种，调节昆虫生长发育的31种，抗真菌的94种，抗细菌的11种，抗病毒的17种，这些类型具有杀虫、杀菌、除草活性植物毒素，生物碱类、香豆素类的噻吩的聚炔类、萜烯类、植物中的昆虫拒食剂和忌避剂及植物内源激素，应用较多的为苦参碱、烟碱、鱼藤酮、茶皂素、木烟碱、楝素、赤霉素、脱落酸、吲哚乙酸、乙烯等。

  2.3动物源农药
  2.3.1昆虫内源激素
  （1）保幼激素，由昆虫咽侧体分泌，抑制昆虫器官正常生长发育使其保持
  幼虫形态特征的激素。化学家已合成了上千种具有保幼激素活性的物质，作为农药注册登记并实际投入大面积使用的有烯虫酯、蒙-512、双氧威等。
  （2）蜕皮激素，由昆虫胸腺分泌，可控制昆虫的蜕皮过程，从1954年从家蚕肾中分离出第一个蜕皮激素，至今已从昆虫中分离鉴定了10余种蜕皮激素，如近年来RhomHass公司开发成功的抑食肼（RH-5849）。
  1.3.2昆虫信息素。
  信息素的种类很多，通过信息素的释放向昆虫的种内和种间传送各种信息，其中主要的有性信息素、产卵忌避素、报警激素、集合信息素及跟踪信息素。其中用来诱杀和干扰昆虫正常行为的昆虫性信息素成为害虫管理中一个重要的手段，如巴基斯坦通过使用棉铃虫性信息素防治棉铃虫（Penctinophoragossypiella）达到100%干扰交配，节省农药50%的效果，中国科学院动物研究所应用棉铃虫性引诱剂大面积防治棉铃虫，可使雌蛾交配率下降40-70%，效果十分显著，1992-1999年的应用面积达400多万公顷，目前已有20余种实现了商品化。

  1.3.3原生动物。
  在原生动物中，微孢子虫作为微生物杀虫剂使用量广泛，它的宿主范围广，包括鳞翅目、直翅目、鞘翅目、半翅目、膜翅目和蜉蝣目的多种昆虫。常用的有蝗虫微孢子虫、行军微孢子虫和云杉卷叶蛾微孢子虫等。近几年来在我国采用蝗虫微孢子虫饵剂防治东亚飞蝗、亚洲际小东蝗、宽须蚊蝗、白边痂蝗、皱膝蝗等优势种蝗虫，每年防治面积达8-10公顷。

  1.3.4昆虫忌避剂。
  据Norris（1990）报道，昆虫和其他节肢动物产生的昆虫忌避剂有296种，但昆虫忌避剂目前仅限于卫生害虫的防治，如避蚊胺、避蚊醇，在农业方面迄今未有成功的报道。

  1.3.5节肢动物毒素。
  这一类型毒素是节肢动物（包括昆虫）产生的用于保卫自身、抵御敌人、攻击猎物的天然产物，如沙蚕毒素、斑蝥素、蜂毒肽蜂毒明肽、蝎毒等。在这一方面最著名的例子是从异足索蚕中分离的沙蚕毒素，以此为先导化合物，开发出如杀螟丹、杀虫双、杀虫单、巴丹等一系列沙蚕毒素类商品化杀虫剂。

  2.4天敌昆虫
  在自然界，生物与生物之间相互制约，对天敌资源的保护和利用，是传统的生物防治方法。我国天敌资源丰富，自50年代以来，还引进了多种天敌来防治农林害虫，如防治吹绵蚧的澳洲瓢虫和孟氏陷唇瓢虫、防治温室粉虱的丽蚜小蜂、防治李始叶螨的西方盲走螨、防治储粮害虫的黄色花蝽、防治松突园蚧的花角蚜小蜂等。目前世界上正在开展天敌昆虫人工饲养大量繁殖技术工厂化商品生产工艺和抗药性天敌昆虫培育的研究。国际上天敌昆虫公司已发展到80余家，北美已经商品化生产的天敌昆虫有130余种，英国的BCP天敌公司年创汇100万英镑，荷兰Koppert公司生产的天敌昆虫商品已占据欧洲大部分市场，广泛应用于果园、温室及园艺作物。在美国，10%的温室、8%苗圃和19%的果园及时散放了天敌昆虫。
  我国自70-80年代始，开展了人工卵繁殖赤眼蜂和平腹小蜂的研究，并已成功地研制出人工卵机械化生产的赤眼峰和平腹小蜂，大面积应用于防治多种害虫。每年生产的赤眼蜂防治玉米螟、甘蔗螟的应用面积约在50-60万公颂。生产的平腹小蜂防治荔枝蝽的面积约8万公顷。

  2.5转基因抗性作物

  转基因抗性作物可分为：抗虫转基因工程作物、抗病转基因工程作物、耐除草剂的基因工程作物。
  1983年，首批转基因植物烟草和马铃薯问世，1986年转基因抗虫和抗除草剂棉在美获准进入市场销售，据不完全统计，目前国外批准商业化应用的各种转基因植物产品已近90种，如抗虫玉米、抗虫棉花、抗虫马铃薯、抗病毒西葫芦、抗病毒番木瓜，以及抗除草剂的玉米、大豆、棉花、芝麻等，转基因植物的种植面积逐年增加，1996年为200公顷，1997年为1280万公顷，1998年上升到22600万公顷。美国1999年转基因作物的种植面积占全球转基因作物总面积的72%。
  中国转基因植物的研究也获得了巨大发展，根据1996年统计，研究和开发的转基因植物达47种，涉及各类基因103种，其中与病虫草害防治相关的基因约62种，自行研究培育出了抗棉铃虫的棉花，抗病毒病的番茄和甜椒以及抗白叶枯病、抗衰老的水稻等。如我国河北省转Bt基因抗虫棉花在1988年种植8万公顷,占棉花播种总面积的1/3，1999年达20万公顷，占总播面积的90%，对控制棉铃虫猖獗危害起到了显著的作用。

  3生物农药发展中存在的问题及策略
  生物农药在我国虽有很大的发展，但在思想观念、基础研究、产品开发、生产管理、质量控制、市场流通等诸多环节还不相适应。主要表现：对生物农药的认识不够，投入经费不足，研究力量分散，低水平的重复开发；研究项目虽然不少，但真正能进入产业化的不多；仿制产品多，有知识产权的少；基础研究薄弱，新产品开发的后劲不足。在产业化中，企业规模小，重复建设多，多数厂家技术落后，产品质量不稳定，市场混乱，缺少严格的质量监督体系，劣质产品鱼目混珠，影响了生物农药的信誉。

  3.1加强环保意识，发展生物合理防治制剂
  化学防治目前仍是有害生物防治中的一个重要措施，在防治有害生物和保障农业增产方面起了积极作用，但大量不合理使用化学农药，引起了一系列的环境和社会问题，即“三R”问题（抗性Resistance,再猖獗Resurgence,残留Residue）。随着人类对生存环境的日益重视，要求减少化学农药使用量的呼声越来越高涨，在美国，60%的人对农药污染问题的关注大大强于5年前，其中92%的人愿意使用相对无害的农药，71%的人希望少用农药，66%的人则赞成严惩滥用农药者。为此，美国、欧盟等许多国家，制订了相应的法律法规，严格限制或停止使用一些化学农药，同时制订出环境保护、无公害、无残留绿色农产品和食品管理政策。丹麦和荷兰也分别制订了在1997年和2000年减少化学农药使用量50%的“行动计划”和“长期作物保护规划”。我国也制订了“农药管理条例”、“农药管理条例实施办法”及“环境保护法”，建立了绿色食品生产基地，农业无公害生产基地，实行绿色食品登记。
  与此同时，对人畜及生态环境相对安全的生物制剂产量每年以10-20%的速度递增。随着各国政府对生态环境保护的重视，为生物农药在农业可持续发展中发挥重要作用创造了良好的机遇，并成为有害生物可持续性治理中不可缺少的一项重要措施。

  3.2重视基础研究，鼓励新产品开发
  在重视环境保护的新形势下，对农药性能的要求愈来愈高，品种的淘汰速度加快，近年来，化学农药以每年2%左右的比例下降，而生物农药以20%的速度递增，由于生物农药中产品开发方面有明显的优势，因此世界各国都争相投资，研究和开发生物农药。我国也把生物农药的研制和开发列为国家重点科技攻关和高新技术发展计划。
  随着我国加入WTO，我国企业将面临全球一体化的市场，农药市场的竞争将更加激烈。市场需要更多、更好的生物农药新产品。国家应重视基础研究，加强知识创新力度，大力开发有自己知识产权的新品种，并加快科研成果产业化，提高产品质量，建立我国自己的产品质量标准。同时，还要加强对生物农药产品质量的监督和管理，加大对生物农药研究、开发和资金的投入，对创新产品给予重奖，并在税收、价格等方面实行优惠政策。

  3.3加大宣传力度，提高农民的生态环境意识和植保水平
  我国已将发展生物农药列入《中国21世纪议程》，然而对生物农药宣传还很不够。特别是应加强对农民的宣传工作。农民即是生产者，又是农事操作、病虫草防治活动的决策者，即农药生态系统的管理者。因此必须提高农民科技素质，重视对农民的培训，使其掌握科学、合理的农药使用方法，充分认识生物农药在农业可持续发展中的地位和作用。

  3.4积极开展转基因作物安全性评价和抗性风险评估
  转基因作物由于具有节省杀虫剂和杀菌剂的作用，将成为有害生物综合防治中的一个重要手段。因此，必须加强转基因作物生态风险评价和抗性风险评估。1990年美国等几个发达国家共同提出了“基因工程安全问题备忘录”，最近欧盟规定转基因食品上市必须贴签，日本也计划对转基因仪器进行登记。1993年国家科委颁布了“基因工程安全管理办法”，1996年我国农业部颁布了“农业生物基因工程安全管理实施办法”，这些政策和措施为转基因作物的使用和正确评价转基因作物提供了依据。