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由於日本可用農田麵積相對有限,施用更多的農藥和肥料以提高單位麵積作物產量就成為必然選擇。然而,大量化學農藥的施用加重了環境負荷,保護土壤、水、生物多樣性、農村景觀和糧食安全以實現農業和環境的可持續發展就顯得尤為重要。隨著農作物中農藥殘留量較高而導致公共疾病病例不斷增加,農民和公眾傾向於使用更為安全和環保的生物農藥。
與歐洲“從農場到餐桌”計劃類似,日本政府於2021年5月製定了“綠色食品體係戰略”,力爭到2050年將化學農藥的風險加權使用量減少50%,將有機種植的麵積增加至100萬hm2(相當於日本25%的農田麵積)。該戰略期待通過實施有害生物綜合治理、改進施用方法和開發新的替代產品等創新實現韌性減碳措施(MeaDRI)來提升食品和農林漁業的生產力、確保其可持續
發展。其中,最重要的就是開發、應用和推廣有害生物綜合治理(IPM),而生物農藥則是重要的工具之一。
1 日本生物農藥的定義與範疇
生物農藥是相對化學或者合成農藥來說的,一般指利用或基於生物資源開發的對人、環境和生態等相對安全或友好的農藥。根據活性成分來源,生物農藥可分為以下幾大類:一是微生物源農藥,包括細菌、真菌、病毒和原生物動物等(基因修飾的)微生物活體及其分泌代謝物等;二是植物源農藥,包括植物活體及其提取物、植物嵌入式保護劑(轉基因作物)等;三是動物源農藥,包括活的昆蟲病原線蟲、寄生性和捕食性動物及動物提取物(如信息素)等。美國等國還將礦物油等天然礦物源農藥歸為生物農藥的範疇。
日本的SEIJ將生物農藥分為活生物體農藥和生物源物質農藥,並將信息素、微生物代謝物(農用抗生素)、植物提取物、礦物源農藥、動物提取物(如節肢動物毒液)、納米抗體和植物嵌入保護劑等歸為生物源物質農藥。日本北連農業合作社聯合會將日本生物農藥分為天敵節肢動物、天敵線蟲、微生物和生物源物質,並將滅活的蘇雲金芽孢杆菌歸為微生物而將農用抗生素排除在生物農藥的範疇之外。然而,在實際的農藥管理中,日本生物農藥則被狹義地定義為生物活體農藥,即“為防治有害生物而使用的拮抗微生物、植物病原微生物、昆蟲病原微生物、昆蟲寄生線蟲、寄生性和捕食性節肢動物等生物防治劑”。也就是說,日本生物農藥是將微生物、昆蟲病原線蟲和天敵生物等生物活體作為有效成分商業化的農藥,而生物源物質在日本登記的品種和種類(表1),則不屬於生物農藥的範疇。此外,根據日本《微生物農藥注冊申請相關安全性評估試驗結果的處理辦法》,基因修飾的微生物和植物不在日本生物農藥的管理範疇。近年來,農林水產省還啟動了生物農藥的重新評估程序,並製定了不予登記的生物農藥新標準,以降低生物農藥施用和擴散對生活環境中的動植物棲息地或生長可能造成重大損害的可能性。
表1 在日本登記的生物源物質農藥品種與分類
類別a |
用途 |
農藥品種 |
生物 化學 農藥 |
殺蟲 |
氫化澱粉水解物 |
殺菌 |
自釀造酵母提取的葡聚糖、純化木醋液、釀造醋 |
|
植物生長調節 |
脫落酸、苄基腺嘌呤、赤黴酸、衣康酸、混合藥材提取物、雙氫茉莉酮酸丙酯、癸醇、吲哚丁酸 |
|
信息素b |
甲基丁香酚、alemalure、armigelure、beetarmylure、bluwelure、cuelure、cossinlure、diamolure、diashilure、fallweblure、infelure、lawculure、litlure、okimelanolure、orfralure、peachflure、pirimalure、quercivolure、sakimelamolure、sweetvilure、synanthelure、tortorilure、uwabalure |
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其他 |
全蛋粉c |
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農用 抗生素 |
殺蟲 |
阿維菌素、甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽、雷皮黴素、樂貝黴素、多殺黴素、乙基多殺菌素、雙丙環蟲酯、殺線蟲菌素 |
殺菌 |
土黴素、硫酸鏈黴素、多抗黴素、多抗黴素D鋅鹽、井岡黴素、春雷黴素 |
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植物源 農藥 |
殺蟲 |
紅花油、棉籽油、油菜籽油、除蟲菊素、澱粉、油酸鈉、辛酸甘油酯、辛/癸酸甘油酯 |
殺菌 |
香菇菌絲體提取物、富馬酸 |
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除草 |
壬酸、壬酸鉀鹽、右旋檸檬烯 |
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礦物源 農藥 |
殺蟲 |
礦物油 |
殺菌 |
銀、硫、碳酸氫鈉、多硫化鈣 |
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植物生長調節 |
石蠟、氯化鈣、硫酸鈣 |
a 基於其他國家和地區的生物源物質農藥分類;b 英文信息素的名稱由“害蟲名片段+(特征詞+)lure”構成;c梅花鹿驅避劑。
日本農林水產省2022年新發布的《有機種植投入物清單》涵蓋了全部的生物農藥及部分生物源物質農藥(表2)。日本生物農藥可豁免製定每日允許攝入量(ADI)和最大殘留限量(MRL),都可用於日本有機農業標準(JAS)農產品的生產。
表2 日本2022年新發布的《有機種植投入物清單》中的農藥品種
類別 |
農藥品種 |
生物農藥 |
天敵生物、微生物、昆蟲病原線蟲 |
植物源農藥 |
除蟲菊素a、澱粉、紅花油、棉籽油、植物油、香菇菌絲體提取物、小球藻提取物、混合天然藥材提取物 |
動物源農藥 |
幹酪素b |
生物化學農藥 |
信息素c、氫化澱粉水解物、食醋、氫化棕櫚油甘油酯 |
農用抗生素 |
米爾貝黴素、多殺菌素 |
礦物源農藥 |
機油、硫磺、石蠟、二氧化碳d、矽藻土d、碳酸鈣e |
化學農藥 |
四聚乙醛f、氧化鈣g、硫酸銅g、堿式硫酸銅、堿式氯化銅、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、石硫合劑、磷酸鐵、次氯酸 |
a 自除蟲菊提取的;b 用作展著劑的;c 用於農業害蟲防治的;d 用於貯藏設施的;e 用於防止銅製劑藥害的;f 用於捕蟲器的;g 用於波爾多液配製的。
2 日本生物農藥的登記概況
作為生物農藥研發和應用的領先國家,日本擁有相對完善的農藥登記管理體係和較為豐富的生物農藥登記品種。據筆者統計,截至2023年,在日本登記有效的生物農藥製劑99種,涉及活性成分47種,約占登記農藥總活性成分數的8.5%。其中,用於殺蟲的成分35種(含2種殺線蟲劑),用於殺菌的成分12種,無除草及其他用途(圖1)。信息素在日本雖不屬於生物農藥的範疇,但通常與生物農藥作為有機種植投入品一起進行推廣應用。
2.1 天敵生物農藥 在日本登記有效的天敵生物農藥有效成分有22種(表3),根據生物種類和作用方式可分為寄生性昆蟲、捕食性昆蟲和捕食性蟎蟲。其中,捕食性昆蟲和捕食性蟎蟲捕捉有害昆蟲之為食,寄生性昆蟲在寄生的害蟲體內產卵且其孵化後的幼蟲以寄主為食發育從而殺死寄主。在日本登記的蚜蜂、槳角蚜小蜂、蚜繭蜂、蚜小蜂、姬小蜂和離顎繭蜂等寄生性膜翅目昆蟲主要用於溫室栽培蔬菜上的蚜蟲、潛蠅和粉虱防治,捕食性的草蛉、蝽、瓢蟲和薊馬主要用於溫室栽培蔬菜上的蚜蟲、薊馬和粉虱防治,捕食性蟎蟲則主要用於溫室栽培蔬菜、花卉、果樹、豆類和馬鈴薯,以及田間種植的蔬菜、果樹和茶葉等作物上的紅蜘蛛、葉蟎、腐食酪蟎、側多食跗線蟎、薊馬和粉虱防治。紅蠟蚧扁角跳小蜂(Anicetus beneficus)、粉蚧玉棒跳小蜂(Pseudaphycus malinus)、漿角蚜小蜂(E. eremicus)、西伯利亞離顎繭蜂(Dacnusa sibirica)、豌豆潛蠅姬小蜂(Diglyphus isaea)、一化象甲姬蜂(Bathyplectes anurus)、不純伊綏蟎[A.(=Iphiseius)degenerans]、胡瓜鈍綏蟎(A. cucumeris)和東亞小花蝽(O. sauteri)等天敵生物的登記失效未續。
圖1 在日本登記有效的(生物)農藥品種的種類和數量
表3 在日本登記有效的22種天敵生物農藥
類別 |
生物農藥品種 |
數量 |
寄生性昆蟲 |
阿希齊斯蚜蜂(Aphelinus asychis Walker)、加州漿角蚜小蜂(Eretmocerus californicus Rose & Zolnerowich)、蒙氏槳角蚜小蜂(E. mundus Mercet)、科曼尼蚜繭蜂(Aphidius colemani Viereck)、煙蚜繭蜂(A. gifuensis Ashmead)、麗蚜小蜂(Encarsia formosa Gahan)、潛蠅姬小蜂(Diglyphus isaea Walker)、芙新姬小蜂(Neochrysocharis formosa Westwood)、番茄潛蠅離顎繭蜂(Dacnusa sibirica Telenga) |
9 |
捕食性昆蟲 |
普通草蛉(Chrysoperla carnea Stephens)、煙盲蝽(Nesidiocoris tenuis Reuter)、南方小花蝽(Orius strigicollis Poppius)、異色瓢蟲(Harmonia axyridis Pallas)、龜紋瓢蟲(Propylea japonica Thunberg)、細腰凶薊馬(Franklinothrips vespiformis Craw ford)a、短簡管薊馬(Haplothrips brevitubus)a |
7 |
捕食性蟎蟲 |
加州鈍綏蟎[Amblyseius(Neoseiulus)californicus McGregor]、庫庫姆卡斯鈍綏蟎(A. cucumeris Oudemans)、斯氏小盲綏蟎[A.(Typhlodromips)swirskii Athias-Henriot]、智利小植綏蟎(Phytoseiulus persimilis Athias-Henriot)、奇異雌綏蟎(Gynaeseius liturivorus Ehara)、檸檬近盲綏蟎(Amblydromalus limonicus Garman & McGregor) |
6 |
a 用於控製溫室栽培蔬菜上的其他薊馬。
2.2 微生物農藥 在日本登記有效的微生物農藥有效成分有23種(表4),根據微生物種類和用途可分為病毒殺蟲/殺菌劑、細菌殺蟲/殺菌劑和真菌殺蟲/殺菌劑。其中,微生物殺蟲劑通過侵染增殖和分泌毒素等方式來殺死或控製害(線)蟲;微生物殺菌劑通過定殖競爭、分泌抗菌物或產生次生代謝物,以及誘導植物抗性等作用來實現對病原菌的控製。真菌(捕食)殺線蟲劑瘤捕單頂孢(Monacrosporium phymatopagum),微生物殺菌劑放射形土壤杆菌(Agrobacterium radiobacter)、假單胞菌CAB-02菌株(Pseudomonas sp. CAB-02)、非致病性尖孢鐮刀菌(non-pathogenic Fusarium oxysporum)和辣椒輕斑駁病毒弱毒株(Pepper mild mottle virus attenuated strain),以及微生物除草劑野油菜黃單胞菌反枝莧致病變種(Xanthomonas campestris pv. retroflexus)和稗內臍蠕孢菌(Drechslera monoceras)等微生物農藥的登記失效未續。
表4 在日本登記有效的23種微生物農藥
類別 |
生物農藥品種 |
數量 |
|
病毒 |
殺蟲劑 |
蘋果小卷蛾顆粒體病毒(Adoxphyes orana fasciata granulosis virus)、茶長卷蛾顆粒體病毒(Homona magnanima granulosis virus)、斜紋夜蛾核型多角體病毒[Spodoptera litura nucleopolyhedrovirus] |
3 |
殺菌劑 |
西葫蘆黃化花葉病毒弱毒株(Zucchini yellow mosaic virus attenuated strain) |
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