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由于日本可用农田面积相对有限,施用更多的农药和肥料以提高单位面积作物产量就成为必然选择。然而,大量化学农药的施用加重了环境负荷,保护土壤、水、生物多样性、农村景观和粮食安全以实现农业和环境的可持续发展就显得尤为重要。随着农作物中农药残留量较高而导致公共疾病病例不断增加,农民和公众倾向于使用更为安全和环保的生物农药。
与欧洲“从农场到餐桌”计划类似,日本政府于2021年5月制定了“绿色食品体系战略”,力争到2050年将化学农药的风险加权使用量减少50%,将有机种植的面积增加至100万hm2(相当于日本25%的农田面积)。该战略期待通过实施有害生物综合治理、改进施用方法和开发新的替代产品等创新实现韧性减碳措施(MeaDRI)来提升食品和农林渔业的生产力、确保其可持续
发展。其中,最重要的就是开发、应用和推广有害生物综合治理(IPM),而生物农药则是重要的工具之一。
1 日本生物农药的定义与范畴
生物农药是相对化学或者合成农药来说的,一般指利用或基于生物资源开发的对人、环境和生态等相对安全或友好的农药。根据活性成分来源,生物农药可分为以下几大类:一是微生物源农药,包括细菌、真菌、病毒和原生物动物等(基因修饰的)微生物活体及其分泌代谢物等;二是植物源农药,包括植物活体及其提取物、植物嵌入式保护剂(转基因作物)等;三是动物源农药,包括活的昆虫病原线虫、寄生性和捕食性动物及动物提取物(如信息素)等。美国等国还将矿物油等天然矿物源农药归为生物农药的范畴。
日本的SEIJ将生物农药分为活生物体农药和生物源物质农药,并将信息素、微生物代谢物(农用抗生素)、植物提取物、矿物源农药、动物提取物(如节肢动物毒液)、纳米抗体和植物嵌入保护剂等归为生物源物质农药。日本北连农业合作社联合会将日本生物农药分为天敌节肢动物、天敌线虫、微生物和生物源物质,并将灭活的苏云金芽孢杆菌归为微生物而将农用抗生素排除在生物农药的范畴之外。然而,在实际的农药管理中,日本生物农药则被狭义地定义为生物活体农药,即“为防治有害生物而使用的拮抗微生物、植物病原微生物、昆虫病原微生物、昆虫寄生线虫、寄生性和捕食性节肢动物等生物防治剂”。也就是说,日本生物农药是将微生物、昆虫病原线虫和天敌生物等生物活体作为有效成分商业化的农药,而生物源物质在日本登记的品种和种类(表1),则不属于生物农药的范畴。此外,根据日本《微生物农药注册申请相关安全性评估试验结果的处理办法》,基因修饰的微生物和植物不在日本生物农药的管理范畴。近年来,农林水产省还启动了生物农药的重新评估程序,并制定了不予登记的生物农药新标准,以降低生物农药施用和扩散对生活环境中的动植物栖息地或生长可能造成重大损害的可能性。
表1 在日本登记的生物源物质农药品种与分类
类别a |
用途 |
农药品种 |
生物 化学 农药 |
杀虫 |
氢化淀粉水解物 |
杀菌 |
自酿造酵母提取的葡聚糖、纯化木醋液、酿造醋 |
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植物生长调节 |
脱落酸、苄基腺嘌呤、赤霉酸、衣康酸、混合药材提取物、双氢茉莉酮酸丙酯、癸醇、吲哚丁酸 |
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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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农用 抗生素 |
杀虫 |
阿维菌素、甲氨基阿维菌素苯甲酸盐、雷皮霉素、乐贝霉素、多杀霉素、乙基多杀菌素、双丙环虫酯、杀线虫菌素 |
杀菌 |
土霉素、硫酸链霉素、多抗霉素、多抗霉素D锌盐、井冈霉素、春雷霉素 |
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植物源 农药 |
杀虫 |
红花油、棉籽油、油菜籽油、除虫菊素、淀粉、油酸钠、辛酸甘油酯、辛/癸酸甘油酯 |
杀菌 |
香菇菌丝体提取物、富马酸 |
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除草 |
壬酸、壬酸钾盐、右旋柠檬烯 |
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矿物源 农药 |
杀虫 |
矿物油 |
杀菌 |
银、硫、碳酸氢钠、多硫化钙 |
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植物生长调节 |
石蜡、氯化钙、硫酸钙 |
a 基于其他国家和地区的生物源物质农药分类;b 英文信息素的名称由“害虫名片段+(特征词+)lure”构成;c梅花鹿驱避剂。
日本农林水产省2022年新发布的《有机种植投入物清单》涵盖了全部的生物农药及部分生物源物质农药(表2)。日本生物农药可豁免制定每日允许摄入量(ADI)和最大残留限量(MRL),都可用于日本有机农业标准(JAS)农产品的生产。
表2 日本2022年新发布的《有机种植投入物清单》中的农药品种
类别 |
农药品种 |
生物农药 |
天敌生物、微生物、昆虫病原线虫 |
植物源农药 |
除虫菊素a、淀粉、红花油、棉籽油、植物油、香菇菌丝体提取物、小球藻提取物、混合天然药材提取物 |
动物源农药 |
干酪素b |
生物化学农药 |
信息素c、氢化淀粉水解物、食醋、氢化棕榈油甘油酯 |
农用抗生素 |
米尔贝霉素、多杀菌素 |
矿物源农药 |
机油、硫磺、石蜡、二氧化碳d、硅藻土d、碳酸钙e |
化学农药 |
四聚乙醛f、氧化钙g、硫酸铜g、碱式硫酸铜、碱式氯化铜、碳酸氢钠、碳酸氢钾、石硫合剂、磷酸铁、次氯酸 |
a 自除虫菊提取的;b 用作展着剂的;c 用于农业害虫防治的;d 用于贮藏设施的;e 用于防止铜制剂药害的;f 用于捕虫器的;g 用于波尔多液配制的。
2 日本生物农药的登记概况
作为生物农药研发和应用的领先国家,日本拥有相对完善的农药登记管理体系和较为丰富的生物农药登记品种。据笔者统计,截至2023年,在日本登记有效的生物农药制剂99种,涉及活性成分47种,约占登记农药总活性成分数的8.5%。其中,用于杀虫的成分35种(含2种杀线虫剂),用于杀菌的成分12种,无除草及其他用途(图1)。信息素在日本虽不属于生物农药的范畴,但通常与生物农药作为有机种植投入品一起进行推广应用。
2.1 天敌生物农药 在日本登记有效的天敌生物农药有效成分有22种(表3),根据生物种类和作用方式可分为寄生性昆虫、捕食性昆虫和捕食性螨虫。其中,捕食性昆虫和捕食性螨虫捕捉有害昆虫之为食,寄生性昆虫在寄生的害虫体内产卵且其孵化后的幼虫以寄主为食发育从而杀死寄主。在日本登记的蚜蜂、桨角蚜小蜂、蚜茧蜂、蚜小蜂、姬小蜂和离颚茧蜂等寄生性膜翅目昆虫主要用于温室栽培蔬菜上的蚜虫、潜蝇和粉虱防治,捕食性的草蛉、蝽、瓢虫和蓟马主要用于温室栽培蔬菜上的蚜虫、蓟马和粉虱防治,捕食性螨虫则主要用于温室栽培蔬菜、花卉、果树、豆类和马铃薯,以及田间种植的蔬菜、果树和茶叶等作物上的红蜘蛛、叶螨、腐食酪螨、侧多食跗线螨、蓟马和粉虱防治。红蜡蚧扁角跳小蜂(Anicetus beneficus)、粉蚧玉棒跳小蜂(Pseudaphycus malinus)、浆角蚜小蜂(E. eremicus)、西伯利亚离颚茧蜂(Dacnusa sibirica)、豌豆潜蝇姬小蜂(Diglyphus isaea)、一化象甲姬蜂(Bathyplectes anurus)、不纯伊绥螨[A.(=Iphiseius)degenerans]、胡瓜钝绥螨(A. cucumeris)和东亚小花蝽(O. sauteri)等天敌生物的登记失效未续。
图1 在日本登记有效的(生物)农药品种的种类和数量
表3 在日本登记有效的22种天敌生物农药
类别 |
生物农药品种 |
数量 |
寄生性昆虫 |
阿希齐斯蚜蜂(Aphelinus asychis Walker)、加州浆角蚜小蜂(Eretmocerus californicus Rose & Zolnerowich)、蒙氏桨角蚜小蜂(E. mundus Mercet)、科曼尼蚜茧蜂(Aphidius colemani Viereck)、烟蚜茧蜂(A. gifuensis Ashmead)、丽蚜小蜂(Encarsia formosa Gahan)、潜蝇姬小蜂(Diglyphus isaea Walker)、芙新姬小蜂(Neochrysocharis formosa Westwood)、番茄潜蝇离颚茧蜂(Dacnusa sibirica Telenga) |
9 |
捕食性昆虫 |
普通草蛉(Chrysoperla carnea Stephens)、烟盲蝽(Nesidiocoris tenuis Reuter)、南方小花蝽(Orius strigicollis Poppius)、异色瓢虫(Harmonia axyridis Pallas)、龟纹瓢虫(Propylea japonica Thunberg)、细腰凶蓟马(Franklinothrips vespiformis Craw ford)a、短简管蓟马(Haplothrips brevitubus)a |
7 |
捕食性螨虫 |
加州钝绥螨[Amblyseius(Neoseiulus)californicus McGregor]、库库姆卡斯钝绥螨(A. cucumeris Oudemans)、斯氏小盲绥螨[A.(Typhlodromips)swirskii Athias-Henriot]、智利小植绥螨(Phytoseiulus persimilis Athias-Henriot)、奇异雌绥螨(Gynaeseius liturivorus Ehara)、柠檬近盲绥螨(Amblydromalus limonicus Garman & McGregor) |
6 |
a 用于控制温室栽培蔬菜上的其他蓟马。
2.2 微生物农药 在日本登记有效的微生物农药有效成分有23种(表4),根据微生物种类和用途可分为病毒杀虫/杀菌剂、细菌杀虫/杀菌剂和真菌杀虫/杀菌剂。其中,微生物杀虫剂通过侵染增殖和分泌毒素等方式来杀死或控制害(线)虫;微生物杀菌剂通过定殖竞争、分泌抗菌物或产生次生代谢物,以及诱导植物抗性等作用来实现对病原菌的控制。真菌(捕食)杀线虫剂瘤捕单顶孢(Monacrosporium phymatopagum),微生物杀菌剂放射形土壤杆菌(Agrobacterium radiobacter)、假单胞菌CAB-02菌株(Pseudomonas sp. CAB-02)、非致病性尖孢镰刀菌(non-pathogenic Fusarium oxysporum)和辣椒轻斑驳病毒弱毒株(Pepper mild mottle virus attenuated strain),以及微生物除草剂野油菜黄单胞菌反枝苋致病变种(Xanthomonas campestris pv. retroflexus)和稗内脐蠕孢菌(Drechslera monoceras)等微生物农药的登记失效未续。
表4 在日本登记有效的23种微生物农药
类别 |
生物农药品种 |
数量 |
|
病毒 |
杀虫剂 |
苹果小卷蛾颗粒体病毒(Adoxphyes orana fasciata granulosis virus)、茶长卷蛾颗粒体病毒(Homona magnanima granulosis virus)、斜纹夜蛾核型多角体病毒[Spodoptera litura nucleopolyhedrovirus] |
3 |
杀菌剂 |
西葫芦黄化花叶病毒弱毒株(Zucchini yellow mosaic virus attenuated strain) |
1 |
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