按農(nóng)藥有效成分的釋放特性分類,農(nóng)藥緩釋劑型可分為自由釋放的常規(guī)型和控制釋放劑型兩大類。據(jù)報(bào)道,常規(guī)型農(nóng)藥的利用率只有20%~30%,而通過各種途徑的損失率高達(dá)50%~60%,這不僅在經(jīng)濟(jì)上是一種浪費(fèi),而且造成了大面積的環(huán)境污染。因此,控制釋放數(shù)量、釋放時(shí)間和釋放空間,一直是化學(xué)農(nóng)藥新劑型研究的一個(gè)重要方向。
控制釋放技術(shù)的核心是使高分子化合物與農(nóng)藥互作,農(nóng)藥活性成分會(huì)按照預(yù)先設(shè)定的濃度和時(shí)間(根據(jù)病蟲害防治的需要制定)持續(xù)而緩慢地釋放到環(huán)境中,并能長時(shí)間地維持一定的濃度。因此,農(nóng)藥的緩釋劑型由于高分子物質(zhì)的保護(hù)作用可使藥劑性能更為穩(wěn)定,減少了水、空氣等環(huán)境因子的影響;其次,緩釋技術(shù)可大大延長相同劑量農(nóng)藥的特效期,因而可減少農(nóng)藥的使用次數(shù)和總用量,使殘留和污染環(huán)境的可能性顯著降低;再次,緩釋技術(shù)可降低農(nóng)藥的毒性和藥害。
現(xiàn)有農(nóng)藥緩釋劑型可分為物理型緩釋劑和化學(xué)型緩釋劑。物理型緩釋劑是指將活性物質(zhì)“溶解”在聚合物中或用其他物理方法使之與聚合物混成一體,可分為微膠囊、包結(jié)化合物、多層制品、空心纖維、吸附體、發(fā)泡體、固溶體、分散體、復(fù)合體等?;瘜W(xué)型緩釋劑是指將活性物質(zhì)與聚合物通過形成化學(xué)鍵而結(jié)合在一起或活性物質(zhì)單體通過聚合形成該活性物質(zhì)的聚合物,可分為自身縮聚體、直接結(jié)合體和架橋結(jié)合體。在已商品化的農(nóng)藥緩釋劑中,以物理型的居多,而各種物理型的又以微膠囊劑型居多。若根據(jù)農(nóng)藥的種類統(tǒng)計(jì),則殺蟲劑的緩釋劑型最多,除草劑和殺菌劑其次,調(diào)節(jié)劑最少。
自1974年美國的Pennwalt公司推出微膠囊化甲基對(duì)硫磷以來,緩釋技術(shù)在農(nóng)藥界受到廣泛關(guān)注,相繼有20多個(gè)商品問世,但產(chǎn)量并不大。我國也一度生產(chǎn)過甲基對(duì)硫磷和辛硫磷微膠囊劑,由于種種原因,一直未推廣開??偟恼f來,緩釋劑的發(fā)展是緩慢的,其原因是囊皮材料價(jià)貴、制劑費(fèi)用較高,缺乏競爭能力。
一、緩釋農(nóng)藥的研究與應(yīng)用
1. 緩釋材料的篩選
針對(duì)現(xiàn)有緩釋農(nóng)藥價(jià)格高的問題,北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站在研究成功“控制種子延遲發(fā)芽技術(shù)”的基礎(chǔ)上,選用價(jià)廉易得的天然高分子材料作為控制釋放材料,通過特制的加工工藝及加工設(shè)備與農(nóng)藥組成復(fù)合體,采用生物測試法和化學(xué)滴定法測定緩釋農(nóng)藥的釋放濃度和速度,已經(jīng)篩選出了系列緩釋材料——包括勻速釋放的和非勻速“S”曲線釋放的緩釋材料,勻速釋放指的是農(nóng)藥活性成分在相同時(shí)間從緩釋材料釋放到環(huán)境中的濃度相同;非勻速“S”曲線釋放指的是農(nóng)藥活性成分從緩釋材料釋放到環(huán)境中的速度隨著時(shí)間的推移不斷地增加,到了最大值后又隨著時(shí)間的推移不斷地減少,釋放呈“S”曲線。通過在緩釋農(nóng)藥復(fù)合體中加入一些可生物降解高分子的材料,還可調(diào)整農(nóng)藥的釋放速度,使農(nóng)藥的釋放動(dòng)態(tài)與生產(chǎn)需要達(dá)到一致;把緩釋農(nóng)藥復(fù)合體制成丸粒,再在丸粒表面涂敷一層高分子材料膜,農(nóng)藥活性成分再經(jīng)過高分子膜的降解孔隙釋放到作物吸收的環(huán)境中,這樣可以達(dá)到控制緩釋農(nóng)藥釋放的時(shí)間更長。
2. 在防治蔬菜病蟲害上的應(yīng)用
將吡蟲啉、阿克泰等內(nèi)吸性殺蟲劑與緩釋材料復(fù)合,加工成具有緩釋性能的根用農(nóng)藥亞丸?;蝾w粒劑。在作物播種或移栽時(shí)施入土壤,藥劑活性成分從緩釋載體材料緩慢釋放出來,通過作物葉片的水分蒸騰作用隨著水分向上傳導(dǎo),到達(dá)葉片防治蟲害。由于在害蟲發(fā)生初期害蟲數(shù)量少和害蟲正處于低齡階段就有藥劑進(jìn)行防治。因此,低劑量的藥就可以達(dá)到防治指標(biāo),藥劑通過根部一次性隱蔽施藥,又保護(hù)了施藥人員和害蟲的天敵。用于蘿卜桃蚜的防治田間試驗(yàn)結(jié)果表明,根用亞丸粒對(duì)出苗率有一定影響,緩釋顆粒劑對(duì)出苗無影響,其中緩釋阿克泰顆粒劑施用675g/hm2,施藥后45天、55天和80天,防治蚜蟲效果分別達(dá)90.9%、100.0%和80.0%,而相同劑量的常規(guī)阿克泰施入土壤,施藥后45天、55天和80天的防治效果分別為55.3%、23.0%和0.0%,可以看出阿克泰加人緩釋材料后,藥效和持效期大幅度提高。根用緩釋阿克泰防治番茄白粉虱的田間試驗(yàn)結(jié)果表明,施藥后30天、44天和58天,防治效果分別達(dá)75.0%、80.0%和70.0%,既解決了白粉虱防治難的問題,又降低了人工打藥成本。初步可以得出根用緩釋農(nóng)藥一次性隱蔽施藥即可防治蔬菜整個(gè)生育期內(nèi)的白粉虱、蚜蟲等害蟲的危害。
3. 在棉花全程矮化上的應(yīng)用
在棉花上應(yīng)用縮節(jié)安塑造株型、控制徒長、促進(jìn)早熟和增產(chǎn)已成為一項(xiàng)常規(guī)植棉措施,在生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用。尤其在我國新疆內(nèi)陸棉區(qū),目前實(shí)行的“矮、密、早、膜”栽培方式,即建立在縮節(jié)安系統(tǒng)化控的基礎(chǔ)上,因?yàn)橥ㄟ^縮節(jié)安的矮化作用,才有可能增加種植密度,從而為早熟創(chuàng)造條件。但需要指出的是,縮節(jié)安的使用方法一直以葉面噴施為主,而葉面噴施縮節(jié)安延緩生長的有效期為15~20天。因此,棉花一個(gè)生長季根據(jù)苗情和氣候條件一般需要噴施2~5次縮節(jié)安,這不僅增加用工投入,而且不利于技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化。如能采用控制釋放技術(shù),使有效成分的釋放數(shù)量、釋放時(shí)間和釋放空間可控制,則可做到一次施藥(縮節(jié)安)即控制棉株全生育期生長,從而簡化棉花的管理措施。
在緩釋材料研究的基礎(chǔ)上,探索了應(yīng)用緩釋縮節(jié)安包衣使種子亞丸?;透镁忈尶s節(jié)安顆粒劑在棉花上的應(yīng)用效果,通過縮節(jié)安的動(dòng)態(tài)連續(xù)釋放來持續(xù)控制棉花生長。田間試驗(yàn)結(jié)果表明:緩釋縮節(jié)安種子亞丸?;诳刂泼藁ㄉL上可以達(dá)到常規(guī)噴藥4~5次的效果,例如:北京地區(qū)的試驗(yàn)結(jié)果表明,處理棉花株高可以控制在60~80cm,對(duì)照為140cm;在新疆瑪納斯縣的試驗(yàn)結(jié)果表明,處理后棉花株高可以控制在50~60cm,對(duì)照為110cm。緩釋縮節(jié)安種子亞丸?;夹g(shù)在只進(jìn)行種子處理的情況下,所有主莖節(jié)間和果枝的伸長生長均得到了持續(xù)的控制,說明采用這項(xiàng)技術(shù)能達(dá)到使用一次縮節(jié)安即控制棉株全生育期生長的目的。緩釋縮節(jié)安技術(shù)完善后,不僅可以簡化棉花的生產(chǎn)管理措施,有利于棉花化學(xué)控制技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化,從而加快其推廣速度。試驗(yàn)同時(shí)證明,在緩釋縮節(jié)安中添加殺蟲劑還可大大減輕棉花苗期的蟲害,若進(jìn)一步添加殺菌劑,可有望防治或減輕苗期的病害。這將使棉花的栽培管理措施進(jìn)一步簡化,具有廣闊的應(yīng)用前景。
4. 緩釋矮壯劑在草坪上的應(yīng)用
草坪的養(yǎng)護(hù)管理費(fèi)用高和耗水量大等是社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問題。將矮壯劑、殺菌劑等加工成具有緩釋性能的根用顆粒劑,施于草坪表面或在鋪草坪時(shí)施于草坪底部。田間試驗(yàn)結(jié)果表明:兩種施用方式都能達(dá)到控制草坪生長的效果,一次施藥可以控制草坪1~2年生長,草坪修剪頻率明顯降低,并且草坪耗水量減少,抗逆性增強(qiáng),耐踩、延綠。
二、小結(jié)
農(nóng)藥的緩釋劑型適應(yīng)了日益嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)的需要;農(nóng)藥控制釋放的應(yīng)用,為化學(xué)農(nóng)藥領(lǐng)域開辟了廣闊的前景,它使傳統(tǒng)的農(nóng)藥品種結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化,由自由釋放型向控制釋放型、功能型、器具藥物一體化方向轉(zhuǎn)化,按照使用的劑量、時(shí)間和作用點(diǎn)嚴(yán)格控制釋放,使一些瀕于淘汰的老農(nóng)藥品種又有了新的生命力,成為高效、安全、經(jīng)濟(jì)的新農(nóng)藥。我國也曾做過五氯酚的化學(xué)緩釋劑的探索研究工作,生產(chǎn)出了對(duì)硫磷、辛硫磷等微膠囊劑。但由于我國是農(nóng)業(yè)大國,從發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的角度,更應(yīng)該大力研制開發(fā)高效、安全、經(jīng)濟(jì)、方便的綠色農(nóng)藥,以提高我國農(nóng)藥工業(yè)的整體水平。
作為一門新興技術(shù),緩釋技術(shù)在理論研究和實(shí)際操作上尚不十分成熟,存在不少亟需解決的問題,如加工費(fèi)用較高,聚合物的最終去向難以預(yù)測等。盡管如此,緩釋技術(shù)已引起越來越多有關(guān)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)<业闹匾?,并且正在形成一個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域。相信通過農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)工作者的共同努力,該技術(shù)將在農(nóng)業(yè)上得到全面的應(yīng)用。
控制釋放技術(shù)的核心是使高分子化合物與農(nóng)藥互作,農(nóng)藥活性成分會(huì)按照預(yù)先設(shè)定的濃度和時(shí)間(根據(jù)病蟲害防治的需要制定)持續(xù)而緩慢地釋放到環(huán)境中,并能長時(shí)間地維持一定的濃度。因此,農(nóng)藥的緩釋劑型由于高分子物質(zhì)的保護(hù)作用可使藥劑性能更為穩(wěn)定,減少了水、空氣等環(huán)境因子的影響;其次,緩釋技術(shù)可大大延長相同劑量農(nóng)藥的特效期,因而可減少農(nóng)藥的使用次數(shù)和總用量,使殘留和污染環(huán)境的可能性顯著降低;再次,緩釋技術(shù)可降低農(nóng)藥的毒性和藥害。
現(xiàn)有農(nóng)藥緩釋劑型可分為物理型緩釋劑和化學(xué)型緩釋劑。物理型緩釋劑是指將活性物質(zhì)“溶解”在聚合物中或用其他物理方法使之與聚合物混成一體,可分為微膠囊、包結(jié)化合物、多層制品、空心纖維、吸附體、發(fā)泡體、固溶體、分散體、復(fù)合體等?;瘜W(xué)型緩釋劑是指將活性物質(zhì)與聚合物通過形成化學(xué)鍵而結(jié)合在一起或活性物質(zhì)單體通過聚合形成該活性物質(zhì)的聚合物,可分為自身縮聚體、直接結(jié)合體和架橋結(jié)合體。在已商品化的農(nóng)藥緩釋劑中,以物理型的居多,而各種物理型的又以微膠囊劑型居多。若根據(jù)農(nóng)藥的種類統(tǒng)計(jì),則殺蟲劑的緩釋劑型最多,除草劑和殺菌劑其次,調(diào)節(jié)劑最少。
自1974年美國的Pennwalt公司推出微膠囊化甲基對(duì)硫磷以來,緩釋技術(shù)在農(nóng)藥界受到廣泛關(guān)注,相繼有20多個(gè)商品問世,但產(chǎn)量并不大。我國也一度生產(chǎn)過甲基對(duì)硫磷和辛硫磷微膠囊劑,由于種種原因,一直未推廣開??偟恼f來,緩釋劑的發(fā)展是緩慢的,其原因是囊皮材料價(jià)貴、制劑費(fèi)用較高,缺乏競爭能力。
一、緩釋農(nóng)藥的研究與應(yīng)用
1. 緩釋材料的篩選
針對(duì)現(xiàn)有緩釋農(nóng)藥價(jià)格高的問題,北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站在研究成功“控制種子延遲發(fā)芽技術(shù)”的基礎(chǔ)上,選用價(jià)廉易得的天然高分子材料作為控制釋放材料,通過特制的加工工藝及加工設(shè)備與農(nóng)藥組成復(fù)合體,采用生物測試法和化學(xué)滴定法測定緩釋農(nóng)藥的釋放濃度和速度,已經(jīng)篩選出了系列緩釋材料——包括勻速釋放的和非勻速“S”曲線釋放的緩釋材料,勻速釋放指的是農(nóng)藥活性成分在相同時(shí)間從緩釋材料釋放到環(huán)境中的濃度相同;非勻速“S”曲線釋放指的是農(nóng)藥活性成分從緩釋材料釋放到環(huán)境中的速度隨著時(shí)間的推移不斷地增加,到了最大值后又隨著時(shí)間的推移不斷地減少,釋放呈“S”曲線。通過在緩釋農(nóng)藥復(fù)合體中加入一些可生物降解高分子的材料,還可調(diào)整農(nóng)藥的釋放速度,使農(nóng)藥的釋放動(dòng)態(tài)與生產(chǎn)需要達(dá)到一致;把緩釋農(nóng)藥復(fù)合體制成丸粒,再在丸粒表面涂敷一層高分子材料膜,農(nóng)藥活性成分再經(jīng)過高分子膜的降解孔隙釋放到作物吸收的環(huán)境中,這樣可以達(dá)到控制緩釋農(nóng)藥釋放的時(shí)間更長。
2. 在防治蔬菜病蟲害上的應(yīng)用
將吡蟲啉、阿克泰等內(nèi)吸性殺蟲劑與緩釋材料復(fù)合,加工成具有緩釋性能的根用農(nóng)藥亞丸?;蝾w粒劑。在作物播種或移栽時(shí)施入土壤,藥劑活性成分從緩釋載體材料緩慢釋放出來,通過作物葉片的水分蒸騰作用隨著水分向上傳導(dǎo),到達(dá)葉片防治蟲害。由于在害蟲發(fā)生初期害蟲數(shù)量少和害蟲正處于低齡階段就有藥劑進(jìn)行防治。因此,低劑量的藥就可以達(dá)到防治指標(biāo),藥劑通過根部一次性隱蔽施藥,又保護(hù)了施藥人員和害蟲的天敵。用于蘿卜桃蚜的防治田間試驗(yàn)結(jié)果表明,根用亞丸粒對(duì)出苗率有一定影響,緩釋顆粒劑對(duì)出苗無影響,其中緩釋阿克泰顆粒劑施用675g/hm2,施藥后45天、55天和80天,防治蚜蟲效果分別達(dá)90.9%、100.0%和80.0%,而相同劑量的常規(guī)阿克泰施入土壤,施藥后45天、55天和80天的防治效果分別為55.3%、23.0%和0.0%,可以看出阿克泰加人緩釋材料后,藥效和持效期大幅度提高。根用緩釋阿克泰防治番茄白粉虱的田間試驗(yàn)結(jié)果表明,施藥后30天、44天和58天,防治效果分別達(dá)75.0%、80.0%和70.0%,既解決了白粉虱防治難的問題,又降低了人工打藥成本。初步可以得出根用緩釋農(nóng)藥一次性隱蔽施藥即可防治蔬菜整個(gè)生育期內(nèi)的白粉虱、蚜蟲等害蟲的危害。
3. 在棉花全程矮化上的應(yīng)用
在棉花上應(yīng)用縮節(jié)安塑造株型、控制徒長、促進(jìn)早熟和增產(chǎn)已成為一項(xiàng)常規(guī)植棉措施,在生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用。尤其在我國新疆內(nèi)陸棉區(qū),目前實(shí)行的“矮、密、早、膜”栽培方式,即建立在縮節(jié)安系統(tǒng)化控的基礎(chǔ)上,因?yàn)橥ㄟ^縮節(jié)安的矮化作用,才有可能增加種植密度,從而為早熟創(chuàng)造條件。但需要指出的是,縮節(jié)安的使用方法一直以葉面噴施為主,而葉面噴施縮節(jié)安延緩生長的有效期為15~20天。因此,棉花一個(gè)生長季根據(jù)苗情和氣候條件一般需要噴施2~5次縮節(jié)安,這不僅增加用工投入,而且不利于技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化。如能采用控制釋放技術(shù),使有效成分的釋放數(shù)量、釋放時(shí)間和釋放空間可控制,則可做到一次施藥(縮節(jié)安)即控制棉株全生育期生長,從而簡化棉花的管理措施。
在緩釋材料研究的基礎(chǔ)上,探索了應(yīng)用緩釋縮節(jié)安包衣使種子亞丸?;透镁忈尶s節(jié)安顆粒劑在棉花上的應(yīng)用效果,通過縮節(jié)安的動(dòng)態(tài)連續(xù)釋放來持續(xù)控制棉花生長。田間試驗(yàn)結(jié)果表明:緩釋縮節(jié)安種子亞丸?;诳刂泼藁ㄉL上可以達(dá)到常規(guī)噴藥4~5次的效果,例如:北京地區(qū)的試驗(yàn)結(jié)果表明,處理棉花株高可以控制在60~80cm,對(duì)照為140cm;在新疆瑪納斯縣的試驗(yàn)結(jié)果表明,處理后棉花株高可以控制在50~60cm,對(duì)照為110cm。緩釋縮節(jié)安種子亞丸?;夹g(shù)在只進(jìn)行種子處理的情況下,所有主莖節(jié)間和果枝的伸長生長均得到了持續(xù)的控制,說明采用這項(xiàng)技術(shù)能達(dá)到使用一次縮節(jié)安即控制棉株全生育期生長的目的。緩釋縮節(jié)安技術(shù)完善后,不僅可以簡化棉花的生產(chǎn)管理措施,有利于棉花化學(xué)控制技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化,從而加快其推廣速度。試驗(yàn)同時(shí)證明,在緩釋縮節(jié)安中添加殺蟲劑還可大大減輕棉花苗期的蟲害,若進(jìn)一步添加殺菌劑,可有望防治或減輕苗期的病害。這將使棉花的栽培管理措施進(jìn)一步簡化,具有廣闊的應(yīng)用前景。
4. 緩釋矮壯劑在草坪上的應(yīng)用
草坪的養(yǎng)護(hù)管理費(fèi)用高和耗水量大等是社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問題。將矮壯劑、殺菌劑等加工成具有緩釋性能的根用顆粒劑,施于草坪表面或在鋪草坪時(shí)施于草坪底部。田間試驗(yàn)結(jié)果表明:兩種施用方式都能達(dá)到控制草坪生長的效果,一次施藥可以控制草坪1~2年生長,草坪修剪頻率明顯降低,并且草坪耗水量減少,抗逆性增強(qiáng),耐踩、延綠。
二、小結(jié)
農(nóng)藥的緩釋劑型適應(yīng)了日益嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)的需要;農(nóng)藥控制釋放的應(yīng)用,為化學(xué)農(nóng)藥領(lǐng)域開辟了廣闊的前景,它使傳統(tǒng)的農(nóng)藥品種結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化,由自由釋放型向控制釋放型、功能型、器具藥物一體化方向轉(zhuǎn)化,按照使用的劑量、時(shí)間和作用點(diǎn)嚴(yán)格控制釋放,使一些瀕于淘汰的老農(nóng)藥品種又有了新的生命力,成為高效、安全、經(jīng)濟(jì)的新農(nóng)藥。我國也曾做過五氯酚的化學(xué)緩釋劑的探索研究工作,生產(chǎn)出了對(duì)硫磷、辛硫磷等微膠囊劑。但由于我國是農(nóng)業(yè)大國,從發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的角度,更應(yīng)該大力研制開發(fā)高效、安全、經(jīng)濟(jì)、方便的綠色農(nóng)藥,以提高我國農(nóng)藥工業(yè)的整體水平。
作為一門新興技術(shù),緩釋技術(shù)在理論研究和實(shí)際操作上尚不十分成熟,存在不少亟需解決的問題,如加工費(fèi)用較高,聚合物的最終去向難以預(yù)測等。盡管如此,緩釋技術(shù)已引起越來越多有關(guān)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)<业闹匾?,并且正在形成一個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域。相信通過農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)工作者的共同努力,該技術(shù)將在農(nóng)業(yè)上得到全面的應(yīng)用。