鄭 麗，黃桂珍,，曹立冬，張 磊，黃啟良

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物保護(hù)研究所，北京 100193；2.汕頭市深泰新材料科技發(fā)展有限公司，廣東 汕頭030801)

農(nóng)藥原藥除部分在水中溶解度大或揮發(fā)性大的可以直接使用外，一般都需要根據(jù)其理化學(xué)性質(zhì)加工成各種劑型才能使用。隨著植保技術(shù)的發(fā)展及人們對(duì)農(nóng)藥科學(xué)使用深入的理解，劑型加工需綜合考慮農(nóng)藥有效成分的理化性質(zhì)等產(chǎn)品化學(xué)特性，靶標(biāo)作物冠層結(jié)構(gòu)、葉面特性、環(huán)境因子等生態(tài)特性，有害生物發(fā)生與為害規(guī)律等生物學(xué)特性。因此，農(nóng)藥制劑創(chuàng)新研究是一個(gè)永恒的話題。

1 農(nóng)藥劑型的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 農(nóng)藥劑型發(fā)展的歷史

農(nóng)藥劑型的發(fā)展是伴隨著農(nóng)藥的發(fā)展而發(fā)展的，可以通過(guò)一些典型的事件來(lái)介紹農(nóng)藥劑型發(fā)展的歷史。1882年波爾多液的使用，真正開(kāi)啟了農(nóng)藥劑型加工的新時(shí)代[1]。在此之前，人們完全是憑借經(jīng)驗(yàn)簡(jiǎn)單粉碎、直接使用無(wú)機(jī)或天然的農(nóng)藥防治病蟲(chóng)害，沒(méi)有探索研究制劑形成對(duì)毒理學(xué)和使用技術(shù)的影響。波爾多液的使用改變了人類使用農(nóng)藥的傳統(tǒng)觀念，使人們認(rèn)識(shí)到了通過(guò)劑型加工、配合噴施技術(shù)可以提高農(nóng)藥防效。1943年六六六、滴滴涕等有機(jī)氯農(nóng)藥的發(fā)明，隨后大量有機(jī)磷農(nóng)藥的問(wèn)世，相比天然無(wú)機(jī)農(nóng)藥活性大幅提高，單位面積上的用藥量大幅降低，只有通過(guò)劑型加工才能使農(nóng)藥均勻施用到大面積靶標(biāo)作物上。直到20世紀(jì)80年代，基于使用技術(shù)的要求，根據(jù)農(nóng)藥有效成分的理化性質(zhì)，乳油、可濕性粉劑等劑型迅速發(fā)展起來(lái)；但大量有機(jī)溶劑的使用、粉塵污染等問(wèn)題，推動(dòng)業(yè)界提出了“水性、粒狀、緩釋”的發(fā)展方向[2]?？傮w來(lái)看，農(nóng)藥劑型是在農(nóng)藥有效成分、助劑、加工和使用技術(shù)的推動(dòng)下發(fā)展起來(lái)的。

1.2 農(nóng)藥劑型的認(rèn)知

根據(jù)新版國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)藥劑型名稱及代碼》(GB/T 19378—2017)列入61個(gè)農(nóng)藥劑型，按分散形態(tài)可以分為3大類：固體制劑、液體制劑和其他制劑。根據(jù)有效成分的水溶性，分散后形成的藥液主要有真溶液、乳狀液、懸浮液等類型。農(nóng)藥劑型的命名是按照有效成分的存在形態(tài)、產(chǎn)品狀態(tài)和使用方式來(lái)定義。例如水乳劑，農(nóng)藥有效成分是以微細(xì)液滴的狀態(tài)分散在水相連續(xù)相中，外觀為乳狀液，兌水稀釋后使用[3]。如果從微觀層面上看，劑型基本配方必須包括分散介質(zhì)(連續(xù)相)、分散相(有效成分)、助劑(功能成分)3部分組成，且需要配套的制備工藝技術(shù)、產(chǎn)品外觀、使用方式等才能形成明確的劑型類型[4]。例如，常溫下為黏稠狀或液體的農(nóng)藥原藥，能否加工成懸浮劑。只要配方中存在高吸附性載體，加工過(guò)程中明確包含了原藥和載體先混合吸附的工藝，在研發(fā)報(bào)告中檢測(cè)顯示制劑中是以懸浮顆粒存在，即可定義成懸浮劑。

1.3 農(nóng)藥劑型的發(fā)展現(xiàn)狀

農(nóng)藥劑型發(fā)展至今的整體趨勢(shì)是創(chuàng)新越來(lái)越困難，但品種數(shù)量增長(zhǎng)明顯，且用量減少，安全性提高。

圖1是國(guó)內(nèi)外農(nóng)藥登記產(chǎn)品劑型分布圖[56]。自本世紀(jì)近20年以來(lái)，農(nóng)藥劑型保持了相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，且國(guó)內(nèi)外趨勢(shì)基本一致。乳油、可濕性粉劑、可溶液劑等常規(guī)劑型登記產(chǎn)品占比仍然接近50%，懸浮劑、水乳劑、微乳劑等水基型劑型登記產(chǎn)品數(shù)量發(fā)展比較平穩(wěn)，占比接近20%，粒狀、緩釋劑型登記的產(chǎn)品占比較少。

圖1 國(guó)內(nèi)外農(nóng)藥登記產(chǎn)品劑型分布圖

2 農(nóng)藥制劑的創(chuàng)新研究方向

根據(jù)劑型發(fā)展現(xiàn)狀分析可知，當(dāng)今農(nóng)藥劑型創(chuàng)新遇到了瓶頸問(wèn)題。即技術(shù)上很難顛覆現(xiàn)有認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)新出新的劑型；管理上，登記管理體系更加規(guī)范，新劑型的登記要求也很高。因此，劑型的創(chuàng)新主要體現(xiàn)在2個(gè)方面：一是對(duì)現(xiàn)有劑型的性能升級(jí)，二是場(chǎng)景導(dǎo)向的新劑型創(chuàng)新。

2.1 現(xiàn)有制劑的性能升級(jí)

根據(jù)目前農(nóng)藥登記產(chǎn)品劑型的分布，乳油、可濕性粉劑、可溶液劑等常規(guī)劑型登記產(chǎn)品占比仍然接近50%，是性能升級(jí)的主體。常規(guī)制劑形成與穩(wěn)定的應(yīng)用理論比較成熟，助劑性能、生產(chǎn)裝備與工藝技術(shù)相對(duì)穩(wěn)定，產(chǎn)品集群規(guī)模化程度高。因此，其性能升級(jí)主要體現(xiàn)在新型功能型助劑的使用，不僅提升了產(chǎn)品性能，且顛覆了對(duì)傳統(tǒng)劑型的認(rèn)知。如圖2所示[7]，使用新型功能型高分子助劑不僅完全改變了傳統(tǒng)劑型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和溶液性質(zhì)，也改變了配方組分間的時(shí)空位置和相互作用。相比傳統(tǒng)乳化劑，采用高分子助劑加工的乳油制劑兌水稀釋后的藥液形成層狀液晶或微膠聯(lián)結(jié)構(gòu)，可降低霧滴空間運(yùn)行的蒸發(fā)速率，減少霧滴飄移；通過(guò)在農(nóng)藥微細(xì)顆粒表面形成高分子包覆層，可以大幅降低擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥對(duì)皮膚的刺激性，降低了農(nóng)藥噴霧作業(yè)人員的暴露風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 農(nóng)藥有效成分分散形貌示意圖

水基型懸浮劑、水乳劑、微乳劑等登記產(chǎn)品數(shù)量發(fā)展比較平穩(wěn)，占比接近20%。農(nóng)藥水性制劑關(guān)注的重點(diǎn)，將由制劑體系向藥液體系和霧化體系延伸。制劑、藥液、霧化體系是農(nóng)藥對(duì)靶劑量傳遞的3個(gè)串聯(lián)的載藥體系，任何一個(gè)體系的性能都會(huì)影響農(nóng)藥的劑量傳遞效率。水基型制劑的創(chuàng)新，需考慮植保無(wú)人機(jī)配套的納米制劑體系創(chuàng)新，與有效成分協(xié)同增效的抗蒸發(fā)、防飄移、抑制霧滴彈跳流失的水凝膠等制劑體系創(chuàng)新，以及減少有機(jī)溶劑和表面活性劑用量、提高環(huán)境安全性的pickering乳液等制劑體系創(chuàng)新[8]。

顆粒劑和可溶粒劑將向功能型、省力化、緩釋顆粒劑方向發(fā)展[9]。目前登記的粒狀、緩釋的劑型非常少，全球占比約5%，我國(guó)占比約3%。顆粒劑和可溶粒劑是比較傳統(tǒng)的劑型，設(shè)計(jì)初期主要是解決高毒農(nóng)藥的制劑低毒化問(wèn)題，最典型的是呋喃丹和涕滅威顆粒劑。但隨著高毒農(nóng)藥品種的禁限用，品種大幅減少，顆粒劑農(nóng)藥制劑低毒化的功能定位基礎(chǔ)已大幅弱化。隨著功能材料、緩釋技術(shù)以及工藝裝備的發(fā)展，豐富了顆粒劑劑型設(shè)計(jì)理念，再加上專業(yè)化防治服務(wù)等新需求，將推動(dòng)顆粒劑向防治需求導(dǎo)向的省力化、精簡(jiǎn)化、功能型方向發(fā)展。

2.2 場(chǎng)景導(dǎo)向的新劑型創(chuàng)新

主要包括作物全程導(dǎo)向的劑量調(diào)控釋放，防控場(chǎng)景導(dǎo)向的技術(shù)體系構(gòu)建等方面。目前有害生物防控理念應(yīng)由植物保護(hù)向作物健康發(fā)展，傳統(tǒng)劑型的局限促進(jìn)了功能型劑型與作物解決方案的創(chuàng)新。

例如，藥肥一體化設(shè)計(jì)(圖3)，在小麥播種時(shí)施用藥肥緩釋顆粒劑，通過(guò)根部吸收、長(zhǎng)效緩釋向上傳輸，克服了藥肥在地上部生長(zhǎng)期，多頻次過(guò)量施用方式存在沉積分布的位差、時(shí)差與劑量差等問(wèn)題[10]。利用春季小麥返青時(shí)，至孔材料隨土壤溫濕度變化逐步溶解形成孔道，水分因滲透壓進(jìn)入緩釋顆粒溶脹相關(guān)材料，藥肥緩慢釋放到根系周圍而被吸收利用。這實(shí)現(xiàn)了藥肥成分的響應(yīng)釋放，并與小麥生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)需求，以及病蟲(chóng)害防控的劑量需求，形成時(shí)空擬合，既滿足了麥苗快速生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)需求，也加速了農(nóng)藥在植株中的吸收傳導(dǎo)和長(zhǎng)效分布，在病蟲(chóng)侵染、孵化或發(fā)生初期發(fā)揮藥效，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提升利用率20%以上，減少施用頻次30%以上。

圖3 藥肥一體化設(shè)計(jì)及調(diào)控釋放與傳輸分布示意圖

隨著土地集約、托管的發(fā)展，專業(yè)化防治逐漸興起，推動(dòng)了農(nóng)機(jī)、農(nóng)藝、農(nóng)藥等作物種植體系中多要素的融合，一次作業(yè)完成多種農(nóng)事及農(nóng)藝操作的新模式將成為發(fā)展的方向。比如，常規(guī)藥肥種同播機(jī)是將種子播于常規(guī)藥肥一側(cè)10~15 cm處，無(wú)控釋藥肥離小麥種子和根系太近容易“燒根”或影響種苗正常生長(zhǎng)，因冬季長(zhǎng)時(shí)間自由釋放而影響春季藥效和肥力。新型緩釋藥肥顆粒劑則通過(guò)設(shè)計(jì)同軸藥肥顆粒精準(zhǔn)計(jì)量裝置，將常規(guī)藥肥種同播機(jī)的種子箱及下方的種子開(kāi)溝器平行移動(dòng)到與藥肥開(kāi)溝器同一軸線上，調(diào)整藥肥開(kāi)溝器下料位置距土表深12~15 cm，種子開(kāi)溝器下料位置距土表深約5 cm。當(dāng)緩釋藥肥與小麥種子同播時(shí)，能使緩釋藥肥處于種子正下方7~10 cm土壤中，既保證了小麥種子萌發(fā)時(shí)的安全，也利于幼苗根系向下生長(zhǎng)時(shí)能分布在正下方的緩釋藥肥環(huán)境中，形成了藥肥釋放與根系生長(zhǎng)的時(shí)空吻合，提高了藥肥利用率。

此外，植保無(wú)人機(jī)等新型施藥技術(shù)快速發(fā)展，匹配植保無(wú)人機(jī)施藥特點(diǎn)的新型劑型及其配套施用技術(shù)也是未來(lái)創(chuàng)新的熱點(diǎn)。

3 農(nóng)藥制劑的創(chuàng)新策略

企業(yè)是創(chuàng)新的主體。但是，農(nóng)藥制劑加工首先是一種“配合技術(shù)”，需要配方組分間的配合，以及配方組分與加工工藝間的配合；其次也是一種“試驗(yàn)技術(shù)”，需要充分考慮不同化學(xué)物質(zhì)分散界面化學(xué)性質(zhì)的不同對(duì)體系特性的決定作用肯定不同，也要考慮分散顆粒形狀不同對(duì)體系界面增加的不同，還要考慮“正確的”化學(xué)類型與“正確的”親水親油平衡值(HLB)一樣重要；另外，更是一種多學(xué)科交叉技術(shù)，具有顯著的物理、物理化學(xué)、膠體與界面化學(xué)、生物學(xué)、分析及生產(chǎn)工藝學(xué)等多學(xué)科交叉的特性。

劑型選擇與產(chǎn)品組成體現(xiàn)了企業(yè)對(duì)劑型加工的理解和掌控技術(shù)水平。例如，能否將目前的水乳劑，通過(guò)配方優(yōu)化升級(jí)為納米乳，增加分散體系熱力學(xué)穩(wěn)定性，可大幅改善農(nóng)藥桶混穩(wěn)定性，適配新的施藥技術(shù)和場(chǎng)景。同樣，能否將目前的懸浮劑，通過(guò)工藝優(yōu)化升級(jí)為納米懸浮劑，增加有效成分的分散度，可大幅增加有效成分的顆粒數(shù)，進(jìn)而提高沉積密度。此外，能否利用材料的可修飾性及納米加工技術(shù)，將目前的農(nóng)藥分散顆粒功能化，提高載藥顆粒葉面黏附和沉積性能。

總之，農(nóng)藥施用是完全區(qū)別于醫(yī)藥使用的場(chǎng)景導(dǎo)向的復(fù)合技術(shù)體系。使用場(chǎng)景是完全開(kāi)放的，具有公眾性特征；同時(shí)，又是一個(gè)嚴(yán)重受制于使用成本的活動(dòng)。因此，農(nóng)藥的使用非常注重過(guò)程行為的精準(zhǔn)控制，注重劑量傳遞的“定點(diǎn)、定時(shí)、定量”的靶向控制；并隨著時(shí)代發(fā)展需求的變化，站在作物生長(zhǎng)全程角度，統(tǒng)籌考慮“營(yíng)養(yǎng)平衡、植物保護(hù)、作物健康”等需求，探索適合企業(yè)發(fā)展的農(nóng)藥制劑創(chuàng)新研究策略和作物一體化解決方案。