杀铃脲在林业有害生物防治上的研究和应用

谭海军

(苏州艾科尔化工科技有限公司,江苏 昆山215300)

我国是全球林业有害生物危害最为严重的国家之一。有害生物通过蛀干、食叶、脱叶和传播病虫害等行为,每年给林业生产造成了较大的损失。由于结构不合理、破碎化严重,森林生态多样性丧失引起生态系统失衡,森林防御外来侵害能力降低,林业有害生物近年呈现了频发重发的态势[1]。目前,人们主要采用植物检疫、林业管理、物理机械防治、生物防治和化学防治等方法进行有害生物防治,而化学防治仍是最有效的方式之一。但是,大量化学农药的不合理使用,造成了农药残留和有害生物的抗性与再猖獗性,并产生了诸多环境和社会问题[2]。因此,研究和应用作用机理新颖、经济实用和副作用小的新型杀虫剂对控制林业害虫具有重要意义。

苯甲酰脲类杀虫剂是一类新型选择性昆虫生长调节剂,其作用机制独特,广谱持效,对多种有害生物的天敌和哺乳动物安全,在动物体内和环境中易降解、残留低[3],适用于林业有害生物防治和抗性管理。以杀铃脲(Triflumuron)为代表的苯甲酰脲类杀虫剂在林业有害生物防治上的研究和应用情况值得关注。

1 苯甲酰脲类杀虫剂与杀铃脲

20世纪70年代,荷兰Philips-Duphar公司首次报道了毒虫脲(代号DU 19111)等化合物具有抑制昆虫蜕皮的作用。1975年,该公司开发上市了第一个苯甲酰脲类杀虫剂——除虫脲(Diflubenzuron),从而开启了该类杀虫剂的新时代。随后,德国Bayer公司对毒虫脲结构中的二氯代苯进行简化,得到了活性更高的一氯代同类化合物杀铃脲,代号Bay SIR 8514,并于1979年商业化。后来又有一系列的苯甲酰脲类杀虫剂得以创制开发,至今上市的该类杀虫剂有10多个,按其化学结构可分为二氯代(a)、一氯代(b)和二氟代(c)3小类(图1),杀虫活性依次递增[4]。这些苯甲酰脲类杀虫剂的开发应用,对农业、卫生、畜牧和林业等领域的有害生物防治发挥了重要的作用。

图1 苯甲酰脲类杀虫剂的化学结构分类与举例Fig.1 Chemical structure classification and examples of benzoylurea insecticides

杀铃脲具有苯甲酰脲类杀虫剂的一般特点,对具有完全变态特征的,及缨翅目、同翅目(木虱和蚧等)和蜱螨类等害虫具有广谱活性。与其它苯甲酰脲类杀虫剂相比,杀铃脲的生物活性高于一氯代类灭幼脲(Chlorbenzuron)和二氯代类除幼脲(Dichlorbenzuron),生产成本和生态环境安全性也优于除虫脲和氟铃脲(Hexaflumuron)等二氟代类,是一种相对经济实用的杀虫剂。杀铃脲在我国最早用于防治棉花棉铃虫和柑橘树潜叶蛾,2008年推广至林业有害生物防治,至今仅有用于防治杨树上美国白蛾的农药登记。杀铃脲在林业有害生物防治上具有较大的开发和应用潜力。

2 作用效应

2.1 生物化学效应

苯甲酰脲类杀虫剂杀铃脲的生物化学效应表现为影响几丁质的合成、运输和沉积,同时影响酶、蛋白质和DNA的合成和正常功效。研究表明[5],杀铃脲处理后会抑制美国白蛾幼虫体壁几丁质的合成和沉积,使其体内葡萄糖的合成速率变缓,脂肪含量明显增加。杀铃脲还能激活分月扇舟蛾[6]和舞毒蛾[7]幼虫体内的羧酸酯酶(CarE)、乙酰胆碱酯酶(AChE)和谷胱甘肽转移酶(GST)、超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和多酚氧化酶 (PPO)等多种解毒酶和保护酶的活性,影响其正常的生理代谢,从而实现毒杀效果。然而,杀铃脲对榆紫叶甲成虫的GST和CAT表现为抑制作用[8],这可能与杀铃脲对成虫的直接作用较弱有关。有趣的是,杀铃脲与阿维菌素混用后,可使舞毒蛾幼虫体内的CarE,GST和PPO的活性受到抑制[7],这说明二者的混用有利于延缓有害生物抗性的发展。

2.2 生物学效应

杀铃脲兼具胃毒和触杀作用,对各靶标害虫的幼虫、蛹、成虫和卵,及其寄主植物均有直接或间接的生物学效应。杀铃脲对害虫虫体和卵均无内吸活性[9],作用效果与有机磷和拟除虫菊酯等其它类杀虫剂相比较慢。

2.2.1对幼虫和蛹的效应

杀铃脲使幼虫的角质层畸形化,幼虫在蜕皮过程中或完成1次或多次后死亡,高峰期一般出现在药后3～5 d。一般低龄的幼虫比高龄的对杀铃脲更敏感,或者无差异。幼虫或在蜕皮完后因新皮太薄破裂而亡,或不能蜕去老皮而死,或不能取食而死,或延迟至畸形蛹而死。杀铃脲对蛹还具有延迟的触杀作用,表现为形成畸形成虫。杀铃脲处理后,美国白蛾幼虫的新表皮变薄,头宽和体长变短,生长发育延缓,活动和取食量减少,虫体逐渐萎缩、体色变暗,蜕皮或变态受阻,体液流出中毒而死[5]。西部云杉色卷蛾[10]和榆紫叶甲[11]幼虫取食杀铃脲后,其蜕皮受到抑制、不能进入化蛹阶段而死亡。

2.2.2对卵的效应

杀铃脲没有直接的杀卵活性,但可抑制胚胎几丁质的形成,使幼虫不能钻出卵壳而死,或在卵孵化当时或完成后不久将幼虫杀死。杀铃脲可经卵巢传递或直接施用于虫卵来抑制其孵化:经卵巢传递可直接通过接触或饲喂雌成虫,或间接通过雄成虫交配传递给雌成虫来实现；直接施用的抑制作用与药剂的浓度和对卵壳的渗透性有关,一般会随药剂浓度的降低、制剂溶剂的减少和卵龄的增加而降低。杀铃脲饲喂成虫或浸渍虫卵可完全抑制酱曲露尾甲和隆肩露尾甲[12]的卵孵化,单性处理白松球果象[13]和桑天牛[14]成虫也可抑制其卵孵化,但直接施用于云杉叶蜂虫卵则无效[9]。在停止饲喂或接触杀铃脲后,虫卵的活力可得到恢复[12]。

2.2.3对成虫的效应

杀铃脲一般对成虫没有直接致死作用[11],不会使其形态和取食等发生变化[14],但会使其繁殖力和生殖力降低,产卵量减少。桑天牛[14]、栗山天牛[15]和云杉叶蜂[9]成虫的寿命都不受其影响,桑天牛的内部生殖器官形态也无显著变化,但雌成虫的产卵量(特别是产卵后期)和雄成虫精巢内的成熟精子含量都减少[14],这可能与其DNA受到抑制有关。此外,杀铃脲还可降低白松球果象成虫的存活率,且对雄虫的抑制作用高于雌虫[13]。

2.2.4对寄主植物的效应

研究表明[16],苯甲酰脲类杀虫剂除虫脲处理可使落叶松球果气味中的α-蒎烯、β-蒎烯、月桂烯、3-蒈烯、β-罗勒烯和水芹烯等多种挥发物的含量发生变化,球果花蝇在感受到该变化后不再选择该植株作为寄主,从而减少产卵和松果危害。杀铃脲对害虫寄主植物也很有可能存在类似的作用效应,即通过改变该植物释放的挥发性信息激素的含量来产生对有害生物的驱避作用。此外,杀铃脲对林业树木安全,至今未见相关药害报道。

3 生物活性

杀铃脲对多种林业害虫具有较高的生物活性,对榆紫叶甲、杨叶甲、榆毒蛾、栎毒蛾、舞毒蛾、天幕毛虫、杨扇舟蛾、兴安落叶松鞘蛾、朱蛱蝶和绢粉蝶等多种鳞翅目害虫的活性均优于同剂量的灭幼脲[17]。研究表明[18],杀铃脲对东部云杉色卷蛾3～6龄幼虫的毒力EC50为0.05～0.08 mg/L,且其活性不受高压灭菌和太阳灯的影响。杀铃脲对靶标有害生物的急性毒性较低,发挥药效需要一定的时间。杀铃脲对舞毒蛾1～4龄幼虫的半数击倒时间LT50为0.12～4.15 d,优于除虫脲[19]；对以欧洲赤松叶蜂和小吉松叶蜂为主的松叶蜂的2龄幼虫10～12 d的胃毒毒力LC90为0.001 mg/L,与除虫脲相当[20-21]。杀铃脲饲喂云杉叶蜂雌虫后可使其11 d内产的卵不能孵化或存活,抑制率在93%以上[9]。同时,对栗山天牛子代卵孵化的抑制作用优于除虫脲和灭幼脲,与浓度呈正相关系数关系[15]。

4 林业有害生物防治

4.1 使用方法

杀铃脲水溶性相对较弱,须制成可湿性粉剂、悬浮剂、乳油和油剂等制剂进行施用。一般含有机溶剂的制剂的脂溶性和喷施后的沉积、防治效果较好,如杀铃脲油剂对榆紫叶甲的杀卵效果要优于悬浮剂[22]。杀铃脲的林间施用方式包括喷雾、喷烟、涂枝和诱捕等,而利用专用飞机、直升机或人工机械进行喷洒最为常用。对树冠或树干进行常量、低量或超低量喷雾均能实现一定的防治效果,处理工效依次提高,低量和超低量喷雾一般要加入尿素等助剂沉降雾滴、抑制蒸发飘散,以确保药效。杀铃脲制剂的施用方式及施用量与森林覆盖、树势和虫龄等有关,防治高龄害虫应适当加大用药量。施用时间一般以在雌成虫出现之前至卵期为宜,产卵始盛期和盛期进行二次施药的防效明显优于一次施药的[23]。

为增强速效性和杀虫谱,一般将杀铃脲与增效剂或不同作用机理的杀虫剂混合施用。杀铃脲与洗衣粉混用可成倍地提高杀铃脲对美国白蛾的速效性[24],与保幼激素烯虫酯混用可显著提高对西部云杉色卷蛾的杀死率[25]。

4.2 防治效果

杀铃脲的单一和复配制剂对林间的鳞翅目、膜翅目、双翅目和同翅目等多种害虫具有较好的防效,持效期长达35 d左右,如表1所示。杀铃脲对落叶松球果花蝇、天幕毛虫、松毛虫、银杏大蚕蛾、大袋蛾和榆紫叶甲的防效优于同类的灭幼脲、除虫脲、氟铃脲、氟苯脲和氟啶脲等或与之相当,接近有机磷类、拟除虫菊酯类、氨基甲酸酯类和双酰肼等杀虫剂的防效。杀铃脲对天幕毛虫和松毛虫进行飞防的单位成本低于灭幼脲、除虫脲、溴氰菊酯和虫酰肼[35-37],20%杀铃脲SC替代25%灭幼脲WP防治林业有害生物可降低成本11%以上[17]。

注:“*”兑水稀释比例。

林间田试验结果表明,杀铃脲还可有效防治云杉、冷杉和松树等林木树上的西部云杉色卷蛾[45]、松异舟蛾[26]、欧卷叶蜂、欧松叶蜂、欧洲赤松叶蜂、欧洲新松叶蜂、松阿扁叶蜂、扁叶蜂、法氏腮扁叶蜂[11]和杨干象[46]等其它鳞翅目、膜翅目和鞘翅目有害生物的虫卵、幼虫和成虫,并大大减少油橄榄果实里的巢蛾幼虫危害[47]。此外,25%杀铃脲WP按300～400 g/hm2施用,也可有效防治东南亚的非洲油棕榈上的多种刺蛾和和袋蛾类鳞翅目害虫,5～10 d可发挥最佳药效[48]。20%杀铃脲SC地面喷雾防治赤松毛虫,可春防越冬代幼虫,秋防第一代低龄幼虫,对下一代的虫口具有持续的控制作用[28]。5%杀铃脲SC对美国白蛾的持效期长达49 d[49],并可控制多代灾情。然而,对云杉叶蜂持效期的研究[50]表明,杀铃脲残留不会在多代间传递,或累积较少。

4.3 施用后的影响

杀铃脲属于低风险杀虫剂,施用后对林间有益物种种群的多样性无不良影响。杀铃脲对松毛虫赤眼蜂急性毒性LR50高于9.16×10-3mg/L,对其子代也安全[51]。同时,对林间美国白蛾重要天敌白蛾周氏啮小蜂、克氏原螯虾和多种捕食舞毒蛾的鸟类等均安全,对蜘蛛织网[10]无不良影响或影响较小。但对林间自由飞行的蜜蜂幼蜂存在一定的残留毒性[52],对黑唇瓢虫和蒙氏瓢虫的繁殖力和卵生存力不利[53],施用时应注意。杀铃脲的持久性低,在林间土壤降解迅速,与土壤类型和天气状况无关,施用后90 d基本全部降解[54]。

5 小结与展望

一氯代苯甲酰脲类杀虫剂——杀铃脲具有胃毒和触杀作用,通过影响靶标害虫几丁质的合成、运输和沉积,使幼虫或蛹不能正常蜕皮而畸变直至死亡。同时,杀铃脲还影响害虫的酶、蛋白质和DNA,引起成虫存活率和生殖力下降,表现出经卵巢传递的杀卵活性。杀铃脲具有广谱杀虫活性,持效期较长,林间施用可有效控制鳞翅目、鞘翅目、膜翅目、同翅目和双翅目等多种有害生物,对有害生物的天敌和生态环境影响小,单位用量和成本优于灭幼脲和除虫脲等同类品种。杀铃脲在林业有害生物防治上的应用开发符合农药减量增效和绿色发展理念,具有广阔的市场前景。

未来,应加强杀铃脲在林业有害生物防治上的深入研究和推广应用。一是加强作用机理和抗性机理的研究,探讨杀铃脲对林业有害生物的亚致死效应和抗性机制,及对寄主植物的作用效应,以此指导产品开发和防治应用；二是加强剂型和复配组合开发,通过选择新的合适剂型、与不同作用机理和内吸传导的杀虫剂复配,以实现协同增效和延缓抗性的目的；三是加强应用拓展及使用技术开发,探索在防治美国白蛾以外的林业有害生物方面的应用,及与之相适应的施用方法和技术；四是加强综合防治技术的开发,充分利用杀铃脲的低副作用特点,引入生物天敌,结合其它多种手段进行林业有害生物综合防治。