張碩佳，趙鵬躍，王超杰，鄭 麗，程雪健，黃啟良

（中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所，北京 100193）

農(nóng)業(yè)病蟲害多發(fā)和頻發(fā)已成為當今影響糧食產(chǎn)量和質(zhì)量的重要因素。在生物防治、化學防治、物理防治等方式中，化學農(nóng)藥防治仍然是防治病蟲害最有效且最高效的方式。然而，我國2020年在三大糧食作物上化學農(nóng)藥的有效利用率僅為40.6%[1]。農(nóng)藥的大量流失不僅浪費了資源，也帶來了嚴重的環(huán)境污染問題。隨著我國對綠色植物保護技術(shù)的重視和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部在2015年開展化肥農(nóng)藥使用量零增長行動以來，如何科學、高效地發(fā)揮農(nóng)藥的最大作用已成為植保學者研究的重點。

大多病蟲害主要為害農(nóng)作物的地上部位。莖葉噴霧作為農(nóng)藥的主流施藥方式，被廣泛應(yīng)用在病蟲害發(fā)生甚至于爆發(fā)后。莖葉噴霧是直接把農(nóng)藥噴施在有害生物為害的靶標部位進行防治，目前正朝著技術(shù)手段優(yōu)化、節(jié)省成本和提高農(nóng)藥利用率的方向發(fā)展[2]。該噴霧技術(shù)雖已從傳統(tǒng)的背負式施藥逐步發(fā)展為農(nóng)用機械噴施，甚至植保無人機空中施藥，但無論是傳統(tǒng)噴霧還是器械噴霧或者無人機飛防，在進行防治時，農(nóng)藥的防效都會受到植株的生長形態(tài)，如植株高度、冠層結(jié)構(gòu)、有害生物在葉片的正面或背面的分布，以及光照、溫度、濕度及風速等氣象因子的影響。另外，噴霧防治的過程中存在農(nóng)藥飄移問題，施藥人員的暴露風險難以避免，而農(nóng)藥霧滴飄移、彈跳及流失的缺陷也會導致農(nóng)藥浪費，降低農(nóng)藥利用率并污染環(huán)境。

根部施藥技術(shù)是一種利用作物的蒸騰拉力，促進農(nóng)藥向上運輸?shù)街参锇袠瞬课?，最終使其在葉部積累的技術(shù)。這使得易暴發(fā)病蟲害的葉片部位可以得到有效地預(yù)防，從而促進作物順利進行光合作用，植株順利成長及保障了農(nóng)作物的產(chǎn)量[3-6]。同時，該技術(shù)也可有效地解決莖葉噴霧過程中藥劑飄移、彈跳及流失等問題，避免藥液的損失并保障施藥人員的安全。根部施藥技術(shù)現(xiàn)已被廣泛運用于高大園林觀賞植物、果樹及棉花等不便于進行莖葉噴霧的植物，并且開發(fā)出的緩控釋劑型可以減少用藥次數(shù)、節(jié)省人力。隨著緩控釋劑型加工技術(shù)及納米技術(shù)的發(fā)展，研發(fā)人員嘗試把內(nèi)吸性差的農(nóng)藥品種用納米技術(shù)進行修飾或使用天然和人工合成的大分子材料進行負載農(nóng)藥，改善其內(nèi)吸性，以此擴大根部施藥的農(nóng)藥品種，達到更好的防效。例如，使用高分子材料把農(nóng)藥有效成分包裹的微囊劑和微球劑；使用緩控釋材料為載體的顆粒劑和膠囊劑；通過納米技術(shù)修飾的納米農(nóng)藥；通過與植物營養(yǎng)物質(zhì)進行偶聯(lián)輸送到靶標部位的導向農(nóng)藥。

本文總結(jié)了根部施藥技術(shù)的種類，分析了制約根部施藥技術(shù)的因素，立足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對植物保護技術(shù)需求的變化，通過探索根部施藥技術(shù)及緩控釋劑型加工技術(shù)，實現(xiàn)農(nóng)藥使用的零增長，旨在為未來農(nóng)藥減量增效的應(yīng)用提供理論指導。

1 根部施藥技術(shù)種類

1.1 種子處理技術(shù)

種子是作物生長發(fā)育的開端，也是作物生長過程中抵抗病蟲害的最早階段。種子處理技術(shù)是一種使用生物、物理、化學等方法來處理作物種子的技術(shù)手段，具有防治種子萌芽期或幼苗期的有害生物和調(diào)節(jié)苗期作物生長發(fā)育的作用。使用藥劑進行種子處理就是利用農(nóng)藥在作物與有害生物之間生物活性的不同及作用方式的差異，控制或避免有害生物對作物種子及幼苗的危害。種子被處理后，可以消除種子自身攜帶的病原菌來保護幼苗的正常生長。將具有內(nèi)吸性的農(nóng)藥處理種子后，藥劑可以隨著作物生長傳輸?shù)阶魑锏牡厣喜课?。由于農(nóng)藥與種子直接接觸，且不同作物以及同種作物但品種不同的種子對農(nóng)藥的敏感性不同，所以用藥處理種子之前，需要對農(nóng)藥的理化性質(zhì)和種子的敏感性進行全面考慮，避免產(chǎn)生藥害，造成經(jīng)濟損失。目前，在農(nóng)業(yè)上種子處理技術(shù)的具體方式可分為浸種、拌種和包衣。

1.1.1 浸種處理

浸種法是將種子在一定濃度的藥液中浸泡一定時間，消滅種子表面和內(nèi)部所帶病原菌或害蟲，并通過提高種子的活力來促進幼苗生長的方法。種子在浸種后可以吸收充足的水分以達到催芽的效果，同時可以吸收一定量的農(nóng)藥，消滅種子攜帶的有害生物和防止幼苗遭受病蟲害。我國自20世紀50年代開始推廣浸種技術(shù)并用于防治地下害蟲，浸種的農(nóng)藥大多為水劑或乳劑等低毒劑型。浸種法消毒比較徹底，但浸種后的種子不能堆放時間過長，應(yīng)在晾干后立即播種。傳統(tǒng)浸種是利用溫水或熱水浸泡種子來達到催芽和一定的消毒效果，現(xiàn)多用無機鹽類（氯化鈣、磷酸二氫鉀等）、有機溶劑（聚乙二醇、二甲基亞砜等）、作物生長調(diào)節(jié)劑（赤霉素、水楊酸、油菜素內(nèi)酯等）等具有加快種子萌發(fā)、提高作物的抗逆、抗病性和提高種子活力的化合物來浸泡種子，以此改善種子品質(zhì)，達到培育壯苗、增加產(chǎn)量的目的[7-12]。目前也有使用微生物菌劑浸種的方法，該方法可以使微生物在種子表面進行繁殖，待種子種植后，微生物可以在作物根部固定氮元素來增加根部對養(yǎng)分的吸收，以此提供作物生長的營養(yǎng)需求[13]。

由于浸種技術(shù)是把種子浸泡在藥液中，使種子直接接觸到藥液，在此過程中種子易產(chǎn)生藥害，所以大多數(shù)浸種技術(shù)是以使用各種試劑和作物生長調(diào)節(jié)劑來提高種子活力和消毒滅菌為主要目的。選擇浸種處理時，所選農(nóng)藥的品種及其濃度、浸泡時間和浸泡溫度是影響浸種處理效果和可能造成藥害的重要因素，通過增加農(nóng)藥濃度，延長種子浸泡時間，提高浸泡藥液的溫度，都可以明顯地提高浸種處理的效果,但同時會增加產(chǎn)生藥害的風險程度。因此，研究人員需要不斷摸索來合理地控制這些因素，對浸種技術(shù)進行優(yōu)化，從而達到最好的浸種處理效果。

1.1.2 拌種處理

農(nóng)藥拌種是一種將種子、農(nóng)藥和拌種助劑按照比例混勻攪拌，使種子表面均勻覆蓋一層農(nóng)藥的方法。大多數(shù)拌種劑也會被添加一些營養(yǎng)元素用來促進幼苗成長。拌種后的種子可以消滅種子攜帶的病原菌，實現(xiàn)長時間儲存和運輸，并且可以防治眾多土傳病蟲害和苗期病蟲害。我國從20世紀50年代開始使用拌種技術(shù)防治地下害蟲，以此來促進種子的正常發(fā)育。當前拌種技術(shù)分為濕拌和干拌。其中，干拌主要的使用劑型是粉劑，拌種時需要將拌種器械嚴格密封，防止粉塵污染；濕拌是拌種技術(shù)的主流方法，使用的劑型有微囊、膠懸劑、乳油和可濕性粉劑，可降低粉劑污染的可能性。拌種技術(shù)不僅對病蟲害有良好的防治作用，也可以促進幼苗的生長。拌種處理后的藥劑大多具有良好的持效期，1次拌種相當于用莖葉噴霧多次施藥，節(jié)省人力且降低農(nóng)藥用量[14]。束兆林等[15]使用有效成分為50～60 g的吡蟲啉用于100 kg棉花種子拌種。拌種后60 d內(nèi)，其可有效地防治棉蚜，并對棉花的生長也有良好的促進作用?？得舻萚16]使用丁硫克百威對水稻種子進行拌種來防治在水稻生育期前期傳播病毒的介體白背飛虱，發(fā)現(xiàn)在拌種后31 d，其對白背飛虱的防效可以維持在95%左右，能有效降低水稻黑條矮縮病的傳播。

然而，在拌種過程中，農(nóng)藥和肥料中的微量元素會對部分作物種子的生長產(chǎn)生負面影響，所以拌種時需要嚴格控制農(nóng)藥、肥料和種子的比例，避免出現(xiàn)“一拌無芽”的現(xiàn)象[17]。現(xiàn)階段，拌種技術(shù)多采用如氨基寡糖素、冠菌素、誘抗素等植物生長調(diào)節(jié)劑，通過提高種子和幼苗的活力來抵御病蟲害的侵染，避免了對種子產(chǎn)生藥害的可能性。另外，拌種時還需添加鮮艷的著色劑來起警戒作用，既為了防止誤食，也避免對鳥類等生物造成傷害。

1.1.3 種子包衣處理

種子包衣技術(shù)是一種使用種衣劑處理種子的技術(shù)手段，并且是種子處理中應(yīng)用最多、研究最深的技術(shù)。種衣劑一般均含有殺蟲劑、殺菌劑、生長調(diào)節(jié)劑、微肥和微生物等有效成分，具有抗病、防蟲、調(diào)節(jié)和補充作物營養(yǎng)的功效[18]，可在種子表面形成牢固的藥膜。種子包衣技術(shù)在環(huán)境友好化的前提下，對被包衣的種子還具有良好的保護功能，能有效防止種子及幼苗遭受土壤中病菌的侵染和傳播，從而順利出苗成長[19]。此外，種子中的農(nóng)藥成分既不會快速釋放，也不會受到外界雨水、灌溉、風吹等環(huán)境因素的影響，減少農(nóng)藥的流失，從而有利于對病蟲害進行有效地防治，最終促進農(nóng)作物的豐收[20-21]。然而，種衣劑同樣是直接作用于對外界條件敏感的種子萌芽期，所以在選擇用藥種類和用藥量時需謹慎。近年來，種子包衣技術(shù)出現(xiàn)種子活性降低、影響種子出苗等問題，有時甚至會損害天敵。例如，東北地區(qū)由于近兩年春播持續(xù)低溫，許多用含有戊唑醇成分包衣的玉米品種在播種后，低溫時會出現(xiàn)膜脂質(zhì)過氧化和葉綠體分解，最終表現(xiàn)出不發(fā)芽或出苗畸形的情況，由于冷害和藥害導致的缺苗率高達10%～30%，給玉米生產(chǎn)帶來嚴重損失[22]。

現(xiàn)階段，種子包衣技術(shù)從傳統(tǒng)均勻地把農(nóng)藥涂抹在種子表面的方法發(fā)展成為分層包衣、緩釋包衣、智能控釋等包衣方法[23]；種衣劑的種類也從最初的殺蟲劑或殺菌劑發(fā)展成為植物源種衣劑、生物活性菌種衣劑、除草劑種衣劑、綜合性種衣劑[24]；包衣材料也逐步變?yōu)閷Νh(huán)境友好的天然產(chǎn)物和植物源材料[25-26]。在現(xiàn)代綠色植物保護技術(shù)中，緩釋型種衣劑逐漸成為主流的種衣劑。緩釋型包衣是利用特殊處理方法或高分子功能材料與有效成分互作，使有效成分按照預(yù)定的時間緩慢釋放，并且長時間維持有效劑量的釋放。緩釋型種衣劑主要有通過改善劑型加工工藝，將種衣劑研磨成粒徑為15～30 nm的顆粒來進行包衣的超細粉體緩釋型[27]；利用高分子成膜劑，將有效成分緩慢釋放的高分子膜緩釋型[28]；將有效成分先劑型加工成微囊后再進行包衣的微囊緩釋型[29]；通過吸附、交聯(lián)等作用，將有效成分聚集成絮狀集合體的絮凝緩釋型[30]；使用智能響應(yīng)型高分子材料（如溫敏性材料、光敏性材料、pH響應(yīng)型材料等）對有效成分進行包衣的智能控釋型[31-32]。

然而，種衣劑的廣泛應(yīng)用在為人類帶來巨大的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益的同時，也可能給生態(tài)環(huán)境帶來一些潛在的生態(tài)影響，如傷害天敵和傳粉昆蟲，以及制備種衣劑的化學材料會對土壤產(chǎn)生污染等。這些負面影響需要引起科研人員的重視，對現(xiàn)有的種衣劑的制備技術(shù)和使用技術(shù)進行進一步改進和優(yōu)化。

1.2 土壤處理技術(shù)

土壤是給作物整個生長過程中提供營養(yǎng)的場所，也是許多病原菌和地下害蟲棲居的場所。對土壤進行施藥處理不僅可以有效防治土傳的病蟲害，還可以通過作物根部吸收土壤中施用的農(nóng)藥并轉(zhuǎn)運到地上部來防治地上部的有害生物。土壤處理一般有澆灌、溝施和撒施等。土壤施藥較為簡便省力，也不易對周圍環(huán)境造成污染，但土壤環(huán)境會對施加的農(nóng)藥存在著吸附作用和降解作用，使農(nóng)藥無法發(fā)揮良好的效果。一般來說，根部吸收農(nóng)藥的過程如圖1所示：農(nóng)藥施用于土壤后，其有效成分首先在作物根部周圍富集，隨后利用通過根表皮細胞內(nèi)外的濃度差，以跨膜擴散的方式被根部吸收，再通過質(zhì)外體和共質(zhì)體途徑進入木質(zhì)部中，從而傳輸?shù)礁鱾€部位[33]。土壤中的有機質(zhì)含量、溫度、pH、陽離子交換量等眾多因素都會影響此過程中農(nóng)藥被根部吸附的程度。其中，土壤中有機質(zhì)含量的高低是決定作物根部吸附農(nóng)藥量的關(guān)鍵因素。有機質(zhì)對農(nóng)藥的吸附行為可能與有機質(zhì)的疏水特性相關(guān)，通常土壤中有機質(zhì)含量越高時，能與農(nóng)藥發(fā)生鍵合的官能團數(shù)量就越多，使得土壤對農(nóng)藥的吸附力越強，因此減少土壤中農(nóng)藥向作物根部的遷移性，從而導致作物吸收的農(nóng)藥量減少[34-35]。

圖1 農(nóng)藥被根部吸收進入作物體內(nèi)的主要過程

周風帆等[36]研究多效唑在不同土壤的吸附行為及多效唑在模擬田間生態(tài)系統(tǒng)中的分布動態(tài)，指出多效唑的吸附率與有機質(zhì)含量呈顯著的線性正相關(guān)。Clandio等[37]建立了酸性農(nóng)藥在土壤中的吸附模型，發(fā)現(xiàn)土壤的pH會影響有機化合物在土壤中的吸附，且對離子型化合物和有機酸農(nóng)藥的影響更大。Lawrence等[38]發(fā)現(xiàn)陽離子污染物易被帶負電的細胞膜吸引，而陰離子污染物則會被細胞膜排斥，難以穿過細胞膜。也有研究表明，土壤中的其他因素，如有機碳和土壤酶，也會影響作物對農(nóng)藥的吸收[39-40]。因此，土壤處理需要篩選不易被土壤吸附和降解的農(nóng)藥品種，還需考慮施藥環(huán)境是否便于進行根部施藥。

1.2.1 土壤熏蒸技術(shù)

土壤熏蒸技術(shù)可以把具有殺蟲、殺菌或除草等作用的農(nóng)藥氣體施用于土壤中，從而在人為的密閉空間中防治土傳病蟲草害[41]，一般在作物種植前進行。作為熏蒸劑的農(nóng)藥分子量較小，降解較快，無殘留風險，對食品安全。在歐美等地區(qū)，采用熏蒸劑進行土壤消毒是綜合防治技術(shù)體系的一部分，其被廣泛應(yīng)用在果樹、草坪、蔬菜、觀賞植物上[42]。土壤熏蒸劑主要包括溴甲烷、棉隆、威百畝、異硫氰酸甲酯和氯化苦。農(nóng)藥本身的理化性質(zhì)和環(huán)境條件是影響土壤熏蒸效果的主要因素，而農(nóng)藥的揮發(fā)性是影響熏蒸效果的重要因素。在密閉的土壤環(huán)境中，藥劑的揮發(fā)性決定能殺死病蟲的有效濃度。農(nóng)藥的擴散性和滲透性也是決定土壤化學熏蒸效果的重要因素。農(nóng)藥在被施用于土壤后需要克服土壤中的阻礙，與有害生物接觸，才可以有效防治有害生物，因而需要較大的用藥量。土壤的溫度、濕度、質(zhì)地等性質(zhì)同樣是影響土壤熏蒸效果的重要因素。一般情況下，在溫度高于10℃時，如果土壤或環(huán)境的溫度越高，土壤熏蒸的效果就越好；濕度會影響熏蒸劑在土壤中的移動，并影響著某些藥劑的活性，因此在土壤熏蒸前2周需進行土壤灌溉；土壤熏蒸劑在土壤中的分解強度和活性取決于土壤的理化性質(zhì)和熏蒸劑的類型，在土壤熏蒸前可進行翻土和整土[43]。

雖然土壤熏蒸技術(shù)可以有效地防治土傳病蟲草害，但該技術(shù)是一種處理比較繁瑣、風險較大的農(nóng)藥使用技術(shù)，操作人員需要嚴格遵守使用程序，防止出現(xiàn)人員中毒、作物藥害及破壞土壤微生物群落等問題。中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所聯(lián)合相關(guān)企業(yè)建立了一套土壤消毒體系，研發(fā)制定了關(guān)鍵技術(shù)規(guī)程、消毒器械、土傳病害防控體系和社會服務(wù)體系來推進土壤熏蒸事業(yè)的發(fā)展。植保所目前已對土壤熏蒸劑硫酰氟、異硫氰酸烯丙酯（AITC）、二甲基二硫（DMDS）及棉隆進行了改善，并在國內(nèi)首創(chuàng)了電噴式廣角土壤消毒機械，大幅度提高了消毒效率，同時破解了三七、生姜以及草莓等高附加值作物的連作障礙[44]。

1.2.2 澆灌技術(shù)

澆灌是一種以水稀釋農(nóng)藥，把農(nóng)藥澆灌至作物根部附近土壤中的技術(shù)手段，一般將藥液澆灌至土壤10～15 cm深處為最佳。澆灌的方式包括漫灌、滴灌、灌根等。早期澆灌法主要用于防治土傳病蟲害，所用的農(nóng)藥大多是不具有內(nèi)吸性的化學農(nóng)藥，只針對地下有害生物，無法防治地上部病蟲害。隨著研究人員發(fā)現(xiàn)新煙堿類殺蟲劑具有優(yōu)秀的內(nèi)吸性，并且對一些刺吸式害蟲有良好的防效，研究人員遂開始嘗試使用新煙堿類殺蟲劑進行澆灌。目前，在澆灌法使用的農(nóng)藥中，內(nèi)吸性農(nóng)藥具有較高的占比。我國從1974年引進澆灌技術(shù)，經(jīng)過四十多年的發(fā)展，該技術(shù)已經(jīng)在我國全面普及，現(xiàn)已被廣泛用于大棚內(nèi)蔬菜等作物灌溉、園林觀賞植物和果樹灌根或滴灌、大田棉花滴灌等?，F(xiàn)代化的灌溉技術(shù)將滴灌、噴灌技術(shù)系統(tǒng)改裝，實現(xiàn)自動、定時定量地向土壤中施入農(nóng)藥。澆灌系統(tǒng)現(xiàn)已發(fā)展成不僅可以防治為害根部的黃萎病、根腐病、根結(jié)線蟲、蠐螬、田鼠等病蟲鼠害，還可以實現(xiàn)將水分、化肥、農(nóng)藥等定向輸送至根部周圍，減小水分和藥肥的流失，從而做到精準施藥、施肥[45]。對于不易噴施到靶標部位的園林觀賞植物和果樹，灌根法可以較好地把內(nèi)吸性農(nóng)藥輸送到莖葉等靶標部位[46-47]。楊慶喜等[48]采用噴霧和灌根法來防治草莓蚜蟲，發(fā)現(xiàn)灌根法與莖葉噴霧相比，灌根法的速效性較差，但持效期遠高于莖葉噴霧。

與傳統(tǒng)的施藥方式相比，水藥肥一體化的現(xiàn)代化澆灌系統(tǒng)不僅提高農(nóng)藥化肥的利用率，還減少勞動力，有效地降低農(nóng)業(yè)成本，增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益[49-50]。但近年來也有一些報道表明，灌根法施用的農(nóng)藥不易在土壤中降解，并且與肥料聚集在一起易造成土壤板結(jié)，對土壤環(huán)境造成破壞；農(nóng)藥不易在土壤中流動，被澆灌后一直存留在土壤的上表層；澆灌的藥液過多使得農(nóng)藥隨水流流入至地下水；土壤中的病原菌未能被有效地殺死且隨水流加快傳播等[54-55]。因此，在農(nóng)藥澆灌時需要科學用藥，選用不易被土壤吸附的農(nóng)藥，并控制農(nóng)藥的用量，減少藥液對周圍環(huán)境的破壞和對人、畜的毒害。

1.2.3 溝施技術(shù)

溝施是指在作物播種時或在土壤翻耕時把農(nóng)藥施用于作物播種溝中或犁溝中，再加土覆蓋，并把覆蓋的土塊整碎。一般黏土和結(jié)塊較大的土壤溝施效果較差。溝施是除草劑較為常用的施藥方法，播種前把具有選擇性的除草劑進行溝施并混土處理可殺死藥層的雜草。溝施中較為常用的除草劑有揮發(fā)性強的燕麥敵、易光解的氟樂靈、易被土壤吸附較難接觸到雜草種子的西瑪津等幾種類型[56]。

1.2.4 撒施技術(shù)

撒施是農(nóng)藥最早期的施藥方法之一，對于毒性較高或者易受溫度和光照等外界環(huán)境影響而分解的農(nóng)藥，可將農(nóng)藥制備成顆粒劑撒施到作物根部附近。內(nèi)吸性農(nóng)藥因其可被植株吸收傳導而制造成顆粒劑進行撒施，非內(nèi)吸農(nóng)藥則可以利用納米技術(shù)改善其內(nèi)吸性來進行撒施[57]。顆粒劑撒施相比于常規(guī)莖葉噴霧具有使用方便、施藥效率高、高毒農(nóng)藥低毒化、持效期長、減少農(nóng)藥損失、提高農(nóng)藥利用率、減輕對周圍環(huán)境破壞等優(yōu)點。農(nóng)藥的撒施可以結(jié)合肥料一起施用，或者施用藥肥一體化的顆粒劑來減少人工成本，從而達到增效的目的[58-59]。早期顆粒劑只需要撒施，無需進行藥液的配制，也無農(nóng)藥飄移等缺陷，因而被廣泛用于防治作物地下害蟲和地表害蟲及衛(wèi)生防疫等。目前，隨著處理顆粒劑的發(fā)展，這種利用撒施技術(shù)，由作物吸收并轉(zhuǎn)運農(nóng)藥來防治作物病蟲害的方法具有良好的持效期[60-61]。撒施技術(shù)也由最初的人工撒施發(fā)展為機械撒施和無人機航空撒施，大大地節(jié)省了人力，也極大地降低對施藥人員的危害，但航空撒施技術(shù)必須要制定航空撒施標準并受相關(guān)部門監(jiān)管，防止對周圍環(huán)境造成破害[62]。

2 緩控釋技術(shù)種類

根部施藥后，作物轉(zhuǎn)運農(nóng)藥最低有效劑量的耗時相比于其他施藥方式較長，因而需要提前施用持效期較長的農(nóng)藥，或者根據(jù)病蟲害的為害規(guī)律，利用緩控釋技術(shù)控制有效成分的釋放，從而達到對有害生物的防控。農(nóng)藥緩控釋技術(shù)是一種將農(nóng)藥的有效成分當作芯材，利用天然或人工材料將有效成分包裹，在適宜的條件下緩慢釋放有效成分的方法。按照制備手段，緩控釋劑型可分為物理型和化學型?；瘜W型制劑是通過農(nóng)藥分子間的化學反應(yīng)形成的具有緩釋型的制劑[63]；物理型制劑是通過包衣封閉、吸附、溶解等物理作用使得原藥和高分子化合物形成具有緩釋性能的制劑[64]。傳統(tǒng)緩控釋劑型產(chǎn)品都存在著不能精準地在有害生物發(fā)生前控制釋放，或釋放的有效成分含量不足以阻礙有害生物的爆發(fā)等問題。此外，一些緩控釋產(chǎn)品不能較好地減少土壤對有效成分的吸附和降解作用，導致農(nóng)藥的持效性不足以抵御有害生物的發(fā)生。新型緩控釋技術(shù)利用發(fā)現(xiàn)的天然材料和人工合成材料對農(nóng)藥的有效成分進行包裹，可以降低光照、土壤、溫度、pH等條件對有效成分的影響，解決根部施藥易被土壤降解或吸附的問題和避免對外界環(huán)境因素產(chǎn)生負面影響。緩控釋劑型可以較好地靶標有害生物的發(fā)生期，做到定點、定量、定時地釋放有效成分，其緩控釋特性也可以避免施用初期對作物的藥害和農(nóng)藥損失[65]。

2.1 微囊

微囊是最常用的農(nóng)藥緩控釋劑型之一。通過化學或物理方法，利用天然高分子材料或合成高分子材料為囊壁，把有效成分包裹起來可形成微囊。每種微囊的制備都需要考慮壁材和芯材的物理化學性質(zhì)、釋放性能要求、應(yīng)用場景等因素來選取適宜的制備條件[66]。制備微囊時，先把原藥乳化分散成微粒，然后通過選擇使用溶液蒸發(fā)法、界面聚合法、噴霧干燥法、復(fù)凝聚法和同軸靜電法等一種或多種制備方法來制作微囊。微囊的藥物釋放速率可隨著粒徑的減小而增大，但如何提高微囊中藥物的負載率是微囊制備技術(shù)中的一大技術(shù)難題[67-68]。微囊因其壁材的包裹作用為農(nóng)藥提供了穩(wěn)定的釋放空間，能夠提高農(nóng)藥的有效成分的穩(wěn)定性，同時可減少有效成分的揮發(fā)，延長活性物質(zhì)的作用時間，減少施藥量和施藥頻率，降低高毒農(nóng)藥的危害[69]。微囊技術(shù)目前已被廣泛用于種子處理劑，而種子處理的微囊懸浮劑也有產(chǎn)品在登記使用[70-71]。

2.2 緩控釋型顆粒劑

顆粒劑是根部施藥技術(shù)中常用的劑型，由于其在施藥過程中具有方向性，能夠使藥物不附著在作物莖葉上，從而避免產(chǎn)生藥害。該農(nóng)藥劑型無農(nóng)藥或粉塵飄移，具有對施藥人員安全、使用方便高效、持效期長等優(yōu)點。由于大多數(shù)顆粒劑外部被包裹著一些無機或有機材料，可避免其中的有效成分因暴露在外部環(huán)境而發(fā)生光解或熱解。這些材料也可以在一段時間內(nèi)將大部分有效成分與土壤隔絕，避免接觸而發(fā)生分解。因此，顆粒劑本身就具有一定的緩控釋性能。

近年來，眾多具有緩控釋性能的天然產(chǎn)物和人工合成的載體材料已被應(yīng)用于緩釋農(nóng)藥上，研究人員通過篩選這些載體材料來進一步加強顆粒劑的緩控釋性能。目前的載體材料分為無機和有機材料，無機材料主要有二氧化硅、金屬有機骨架、氧化石墨烯、膨潤土和硅藻土等；有機材料有殼聚糖、海藻酸鈉、環(huán)糊精、纖維素、明膠等天然高分子化合物，以及聚羥基脂肪酸、聚丁二酸丁二醇酯、殼聚糖-聚乳酸共聚物等人工合成類材料[72]。

2.3 緩控釋藥肥

提高作物的產(chǎn)量不僅僅需要農(nóng)藥來防治病蟲害，還需要施肥來給作物提供營養(yǎng)。緩控釋藥肥可以做到將藥肥一起施用來減少勞動力，并減少化肥和農(nóng)藥的使用量[73-74]。目前，微囊緩控釋藥肥和顆粒劑緩控釋藥肥在藥肥領(lǐng)域上運用較多，部分植物源農(nóng)藥因其藥渣可以給作物提供養(yǎng)分也被做成綠色生物藥肥[75-76]。藥肥的使用需要注意以下幾點：（1）根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求、生產(chǎn)條件和農(nóng)藥、肥料的種類等因素進行綜合考慮，避免化肥和農(nóng)藥相互反應(yīng)，使兩者的理化性質(zhì)發(fā)生變化；（2）注意防治的病蟲害種類，避免化肥提供營養(yǎng)給有害生物而導致藥肥減效；（3）需要從化肥和農(nóng)藥的使用釋放時間來考慮藥肥的最佳施用時間[77]。未來緩控釋藥肥的發(fā)展需要研究人員對化肥和農(nóng)藥在土壤中的釋放、在作物體內(nèi)的吸收傳導等過程的客觀規(guī)律進行研究，從而形成一套緩釋藥肥產(chǎn)品性能的評價方案，使藥肥滿足作物生長需求，并且能實現(xiàn)智能化釋放來提高藥肥效率。

2.4 納米技術(shù)

農(nóng)藥能否被作物根部吸收不僅受到根部周圍的農(nóng)藥濃度差的影響，也會受到農(nóng)藥的水溶性和脂溶性的影響。農(nóng)藥先在作物根部吸收土壤水溶液的過程中達到水相濃度平衡，然后在根部的生物膜和細胞膜脂類上完成吸附過程。此外，農(nóng)藥的結(jié)構(gòu)不同也會造成其被作物根部吸收的程度不同。近年來，納米技術(shù)的迅速發(fā)展為現(xiàn)代植物保護技術(shù)開辟了新的應(yīng)用場景，并為改善農(nóng)藥本身的理化性質(zhì)，使其適用于根部施藥提供了新的方向。納米載體具有穩(wěn)定的理化性質(zhì)、高生物相容性和在植物中的低降解性等優(yōu)勢，可以利用其對這些農(nóng)藥進行負載，改善農(nóng)藥的內(nèi)吸轉(zhuǎn)運的理化性質(zhì)，負載農(nóng)藥在作物體內(nèi)吸收傳導并轉(zhuǎn)運到作物靶標部位上。此項技術(shù)不僅可以減少農(nóng)藥被土壤吸附的程度，使其可以較易地移動至作物根部附近，從而被作物吸收，還可以避免有效成分的降解和流失，延長了農(nóng)藥的持效期[78-80]。

3 展 望

從全世界范圍來看，農(nóng)藥使用技術(shù)及劑型加工都向著精準、低量、高濃度、對靶性、自動化的方向發(fā)展。如何科學運用根部施藥技術(shù)需要結(jié)合有害生物的生物學特性和發(fā)生特點、農(nóng)藥的理化性質(zhì)和作用方式、施藥劑型的特點、施藥的環(huán)境條件、施藥器械的原理等因素進行綜合考慮，使農(nóng)藥最大限度地發(fā)揮對有害生物的作用，同時最大限度地減小對非靶標生物和環(huán)境的影響。由于根部施藥技術(shù)是把農(nóng)藥施加到根部附近或種子的根部，在采用該項技術(shù)時需注重如下幾點：（1）所選農(nóng)藥必須對作物安全，并且嚴格控制施藥量；（2）選取在土壤中較易遷移的農(nóng)藥，利于作物根部吸收；（3）通過農(nóng)藥劑型加工來改善農(nóng)藥在作物體內(nèi)的吸收運轉(zhuǎn)性能，從而提高農(nóng)藥輸送效率；（4）利用緩控釋載體材料來包裹或負載有效成分，減少其流失或分解，使農(nóng)藥持效期延長；（5）探索協(xié)同增效的新型藥肥產(chǎn)品來保障作物良好生長，從而達到省力、省肥、省藥的效果。

隨著越來越多的天然高分子化合物和人工合成化合物的研發(fā)，利用納米材料、天然高分子化合物或人工合成化合物作為載體，構(gòu)建根部施藥的新劑型，可減少土壤對農(nóng)藥的吸附和降解作用，并改善農(nóng)藥的內(nèi)吸性能，使農(nóng)藥的有效成分能夠被作物根部吸收并傳輸，從而可以防治作物地上部位的有害生物；同時也使農(nóng)藥具有緩控釋性能，達到延長農(nóng)藥的持效期、提高農(nóng)藥利用率、降低對環(huán)境的污染等效果。除此之外，在制備新型緩控釋藥肥時，也可以利用這些載體材料來提高肥料和農(nóng)藥的利用率，達到減肥、減藥、增效的目的。

緩控釋技術(shù)在實際運用過程中仍存在著一些需要改善的地方：緩控釋的載體材料合成工藝復(fù)雜，成本較高，在實際運用過程中會增加生產(chǎn)成本；其釋放性能受到溫度、pH、光照等因素影響，在向土壤施藥過程中可能會受到不可控的影響；持效期的延長也可能帶來農(nóng)藥殘留超標等問題。因此，在農(nóng)藥緩控釋劑型研發(fā)過程中，科研人員需要通過學科間的交叉研究，綜合考慮載體材料的種類、生產(chǎn)加工的工藝、農(nóng)藥的理化性質(zhì)和施藥的環(huán)境等因素，從而最終獲得穩(wěn)定控釋、性能優(yōu)良的緩控釋劑型。