我国生物农药发展历程及应用展望

袁杨 杨红艳

摘 要 作为化学农药的绿色替代产品，生物农药在20世纪80年代以前被广泛用于农林有害生物防治。随着化学工业的迅速发展，化学农药逐渐取代生物农药，成为农林有害生物防治的主要手段。化学农药在减少作物损失、保障粮食安全、抑制有害生物大面积发生和蔓延、改善生活环境卫生状况等方面发挥了重要作用，然而也引发了环境污染、农药残留等问题。在可持续发展和生态文明建设的背景下，绿水青山就是金山银山的理念已深入人心。新时期，重提发展生物农药，对实现化学农药使用量零增长、减少化学农药负面影响、改善生态环境都有重要意义。为了进一步推动生物农药的发展，回顾了我国生物农药的发展历史，从登记、管理、生产、销售、应用等方面综述了生物农药的发展现状和发展过程中遇到的问题，从发展趋势、研发费用、政策支持、研发方向、推行应用等角度探讨了生物农药的应用前景。

关键词 生物农药;化学农药;发展现状;应用前景

中图分类号：S482 文献标志码：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.11.016

生物农药是利用生物活体或生物代谢过程中产生的具有生物活性的物质，或者从生物体中提取的物质制成的制剂[1]，具有选择性高、对环境污染小、不易产生抗药性、可利用资源多等特点[2]，20世纪80年代以前被广泛用于农林作物病、虫、草、鼠等有害生物的防治。随着化学工业的迅速发展，化学农药逐渐成为农林有害生物防治的主要手段，其在减少作物损失、保障粮食安全、抑制有害生物大面积发生和蔓延、改善生活环境卫生状况等方面发挥了重要作用。然而，化学农药的滥用、误用等不当使用行为带来的环境污染、对非靶标生物的杀伤、生物多样性丧失、害虫抗药性增强、农药残留等诸多问题日益凸显。

基于绿色发展的需求，农业部提出《到2020年农药使用量零增长行动方案》，要求到2020年通过提高生物、物理防治覆盖率的绿色防控手段及统防统治等措施，实现化学农药使用总量零增长。在可持续发展和生态文明建设的背景下，绿水青山就是金山银山的理念已深入人心。新时期，重提发展生物农药，对实现化学农药使用量零增长、降低化学农药负面影响、改善生态环境都有重要意义。本文回顾了我国生物农药的发展历史，综述了生物农药的发展现状和发展过程中遇到的问题，探讨了我国生物农药的应用前景，以期对解决生物农药发展中遇到的问题、进一步推动生物农药的发展提供参考。

1  生物农药的发展历史

1.1  生物农药的定义

生物农药目前在国际上没有统一的定义。联合国粮食及农业组织和世界卫生组织将生物农药定义为源于自然界的、可以以类似于常规化学农药的方式配制和应用的、通常用于短期有害生物控制的物质，如微生物、植物源物质、化学信息素[3]。美国国家环境保护局将生物农药定义为从天然材料（如动物、植物、细菌和某些矿物质等）中提取的农药，包括生物化学农药、微生物农药和转基因植物农药（Plant-Incorporated-Protectants，PIPs）[4]。根据2019年8月农业农村部发布的《对十三届全国人大二次会议第6733号建议的答复》的阐释，我国的生物农药包括微生物农药、植物源农药和生物化学农药。农业部制定的《农药登记资料要求》分别对微生物农药、植物源农药和生物化学农药做出了具体的解释。

1.2  生物农药的发展历程

生物农药的应用历史悠久。中国古代使用芒草、嘉草等植物灭杀害虫，欧美地区则用烟草萃取液、烟草、石灰粉、除虫菊粉、鱼藤根粉灭杀害虫[5]。以烟草、松脂、除虫菊、鱼藤、红海葱、马钱子等有杀虫功能的植物为代表的植物源农药，以由天然矿物原料加工制成的硫磺、硫酸铜、矿物油等为代表的无机农药，它们在人类历史的大部分时间占据了农药使用领域的主导地位。自20世纪40年代起，植物源农药和无机农药被逐渐取代，人类进入化学合成农药的时代。

回顾我国生物农药发展历史，苏云金杆菌、白僵菌、昆虫多角体病毒、鱼藤根粉、印楝、昆虫信息素等生物农药在中华人民共和国成立后得到迅速发展。20世纪60年代，鱼藤根粉防治蔬菜和茶树害虫、白僵菌防治松毛虫等生物防治技术在我国得到了大面积的推广[2]。直至改革开放前，生物农药在我国有害生物防治上依然扮演重要角色。改革開放后，我国化学农药的发展进入腾飞期，逐渐占据农药应用的主要市场。尽管如此，以苏云金杆菌、白僵菌、绿僵菌、木霉菌为代表的微生物农药，以苦参碱为代表的植物源农药，以诱虫烯、梨小食心虫信息素为代表的昆虫信息素和以氨基寡糖素为代表的植物生长调节剂的研发仍然取得了极大的进步。受限于当时的政策和生产效率，我国生物农药的应用远远落后于化学农药。进入21世纪，在环境保护、可持续发展等理念的支持下，生物农药的发展获得了越来越大的空间。

农用抗生素和天敌生物在我国曾经也被划为生物农药，不管过去还是现在都在农林有害生物防治领域发挥着重要作用。自20世纪50年代起我国就开始了农用抗生素的研制，代表性成果有井岗霉素、浏阳霉素、宁南霉素等。虽然阿维菌素不是我国首先开发的产品，但是我国的研究促进了该产品产量的提高。另外，我国很早就利用天敌生物防治害虫，赤眼蜂利用的研究在20世纪30年代已有记载，目前赤眼蜂已被广泛地用于农林害虫防治，其他天敌昆虫（如丽蚜小蜂、食蚜瘿蚊等）的应用也有成熟的相关研究。

近年来，生物农药的研究方向更加多元化。以极细链格孢激活蛋白为代表的蛋白类生物农药得到了突破性的发展，RNA干扰技术（RNAi）成为了生物农药研究的新热点，植物免疫和激发子的研究、土壤修复技术的研究也受到越来越多的关注[6]。在生物农药专利方面，我国的授权专利数呈现逐年上涨的趋势[7]。1996—2005年得到授权的全球生物农药专利，美国、德国、中国的占比分别为22.9%、11.3%、10.3%[8]。虽然我国已是世界前三的生物农药授权专利拥有国，但占比不到美国的一半，仍有较大的进步空间。

2  我国生物农药的发展现状

2.1  生物农药的登记和管理情况

《农药管理条例》在2017年修订并施行后，新修订的《农药登记管理办法》《农药登记资料要求》《农药登记试验管理办法》《农药生产许可管理办法》《农药经营许可管理办法》等相继颁布。相关规定的施行，不仅使我国生物农药的管理更加规范，也缩短了生物农药试验和登记的时间，提升了我国生物农药研发的便利性。

《我国生物农药登记有效成分清单（2020版）》列出了47个微生物农药有效成分、26个植物源农药有效成分和28个生物化学农药有效成分。截至2020年12月31日，我国有125种生物农药有效成分处于有效登记状态，涉及1 735个产品，近5年生物农药有效成分登记数量和产品登记数量呈上升趋势[9]。

根据2018年的数据，我国制定的生物农药产品质量标准有34项;药效评价及使用技术标准有14项;毒理学试验标准中微生物农药（苏云金杆菌）有6项，植物源农药、生物化学农药与一般化学农药同为28项;环境安全试验标准中微生物农药有6项;残留相关标准10项[10]。目前我国制定的生物农药相关标准虽然覆盖了微生物农药、植物源农药和生物化学农药三大类别，但是仅涉及25种有效成分，远远少于已登记的生物农药有效成分种类数。其中，涉及微生物农药的相关标准相对较多，涉及植物源农药和生物化学农药的标准相对较少。生物农药相关标准的针对性不够，多数种类沿用化学农药的标准，限制了其他未拥有独立标准体系的生物农药的研发，我国生物农药的相关标准仍需进一步完善。

2.2  生物农药的生产和销售情况

国家统计局的数据显示，2014—2016年我国生物农药规模以上企业（年产值2 000万元以上）的数量、企业主营业务收入和企业利润总额呈逐年上升的趋势（见图1，数据来自于文献[7][11]）。2017年受我国新的《农药管理条例》实施的影响，农药行业的生产情况发生波动。2017年和2018年，生物农药的生产效益整体下滑。虽然自2017年以来更严格、更完善的管理措施和市场变化使得规模以上企业数一直呈现下降的趋势，但是经过2年的调整期，自2019年起我国生物农药生产企业的主營业务收入和利润总额恢复增长。

我国生物农药的产量在2018年达到约8.5万t（包括农用抗生素），其中微生物农药、植物源农药和生物化学农药的产量之和约为2.9万t，生物化学农药的产量在上述3种生物农药中最高（见图2）;苏云金杆菌、枯草芽孢杆菌、棉铃虫核型多角体病毒、金龟子绿僵菌CQMa421和多粘类芽孢杆菌KN-03占据了78%的微生物农药产量，苦参碱、樟脑、鱼藤酮、螺威和雷公藤甲素占据了86%的植物源农药产量，赤霉酸、氨基寡糖素、芸臺素内酯、三十烷醇和14-羟基芸臺素甾醇占据了71%的生物化学农药产量[12]。我国生物农药的生产呈现出以生物化学农药为主，集中于几个有效成分的特点。

以苏云金杆菌为代表的微生物农药在国内外已经形成了成熟的生产和销售模式，2017年我国苏云金杆菌制剂年产值约3.5亿元，年出口约1.5亿元;农用抗生素的生产和销售也很亮眼，如阿维菌素年产值约15亿元、年出口约7亿元;此外，我国害虫天敌的生产处于国际领先地位，赤眼蜂的年蜂繁量约100亿头，其人工繁殖面积为全球第一[6]。自2010年起，我国生物农药行业市场销售收入总体呈现上涨的趋势（见图3），但是生物农药销售收入在全国农药销售收入的占比在2018年只有约12.3%，远低于全球水平[13]。

2.3  生物农药的应用情况

我国微生物农药的应用相对广泛，苏云金杆菌、球孢白僵菌、金龟子绿僵菌、木霉菌、淡紫拟青霉、厚孢轮枝菌、昆虫核型多角体病毒和昆虫颗粒体病毒等被用于防治鳞翅目害虫（如棉铃虫、玉米螟、松毛虫、草地夜贪蛾等）、鞘翅目害虫（如金龟子、天牛等）、直翅目害虫（如蝗虫等）等害虫和植物病害。蝗虫微孢子虫、苦参碱和印楝素亦是重要的蝗虫防治药剂[12]。天敌生物在农林害虫治理中发挥着重要作用。赤眼蜂在我国应用面积超过133万hm2，其应用面积全球最大[6]。林业有害生物每年对我国林业生产造成了巨大的损失，据估算，2006—2010年间其造成的年均直接经济损失达到了245亿元[14]。在林业害虫治理方面，天敌生物应用效果显著，例如：白蛾周氏啮小蜂被用于防治美国白蛾，花绒寄甲被用于防治栗山天牛、松褐天牛、云斑天牛、光肩星天牛，肿腿蜂被用于防治松褐天牛、锈色粒肩天牛、杨十斑吉丁[15]。

进入21世纪，我国农作物病虫害生物防治的面积、农作物生物防治占防治总面积的比例、生物农药应用的面积逐年增长。农作物病虫害生物防治的面积由2002年的1 973万公顷次上升到2007年的3 980万公顷次，农作物生物防治占防治总面积的比例由2002年的约8%上升到2007年的约9%[16]。到2018年，我国农作物生物农药防治覆盖率约10%，虽然相比过去有所增长，但是仍远低于发达国家20%～60%的水平[17]。

3  应用展望

化学农药在过去50年为全球有害生物防治做出了重要贡献，但也对生态安全、食品安全和人体安全造成了不利影响。根据2014年的数据，我国单位面积平均化学农药用量比世界平均水平高2～2.5倍，每年遭受农药残留污染的作物面积约8 000万hm2，其中受到严重污染的占40%[18]。提高农药使用率，发展化学农药替代品是我国亟需解决的问题。20世纪末，美国在保证作物产量不减少的前提下，化学农药的使用量减少了35%[19]。鉴于此，对化学农药实施更为严格的管理，推行毒性相对较低的生物农药是全球趋势。

据估计，研发一个新的化学农药需要用时10年左右，花费超过2亿5 000万美元;而研发一个新的生物农药，在美国只需3年左右，花费在300万～500万美元[20]。生物农药的研发时间和研发费用远低于化学农药，发展潜力可期。有关机构预测，全球生物农药市场在2019—2024年期间将以14.1%的年复合增长率增长[7]。中国是仅次于巴西和美国的全球第三大农药市场，但是生物农药的市场占有率并未进入全球前三。因此，生物农药未来在我国还有广阔的增长空间。

在绿色发展新时期，生物农药的发展有着重要意义。2014年起，我国在部分地区示范对使用生物农药的农民进行补贴，鼓励农民使用生物农药。2015年农业部颁布了《到2020年农药使用量零增长行动方案》，提出大力推进绿色防控、统防统治，大力推广应用生物农药、高效低毒低残留农药。随后，《农药工业“十三五”发展规划》《国家质量兴农战略规划（2018—2022年）》《2020年种植业工作要点》《关于推进实施农药登记审批绿色通道管理措施的通知》等政策相继出台，鼓励发展生物农药，助推绿色农业发展。在相关政策的支持下，我国化学农药使用量连续六年下降，生物农药整体发展呈稳步上升趋势，积极走向农业绿色发展之路。2021年8月，农业农村部等六部门颁布了《“十四五”全国农业绿色发展规划》，要求加强绿色防控。农药减量增效依然是新时期的工作重点，为实现新时期的目标，推动生物农药的研发、生产和应用有重要意义。

目前，市场上的生物农药以杀虫剂、杀菌剂为主，在除草剂领域相对空白。除草剂是生物农药未来值得突破的研发方向。需要注意的是，印楝素虽然是近年使用较广的植物源农药，但已有研究显示它会对传粉昆虫的行为、生长和发育产生消极的影响。例如，在施用了印楝素相关的杀虫剂后，蜜蜂在甜瓜花期的出现率降低[21]。作为传粉昆虫的蜜蜂，其在作物花期的出现率可能会影响作物的产量。所以，在研发植物源农药时，其对传粉昆虫的影响应当被重视。考虑到许多国家对转基因作物的消极态度，关注基于RNAi的生物农药，尤其是可直接使用的RNAi杀虫剂的研发会是我国生物农药发展的机会。但是，我们也需要注意到RNA的可降解性在其作为生物农药使用时既是优点，也是缺点。在商品化RNAi杀虫剂时，如何让其在施用后保持更持久的稳定性和有效性需要更深入的研究[22]。

相比化学农药，生物农药防治相对专一、见效相对较慢，小农农业体系下的农户对生物农药的防治效果的感知不如化学农药，影响其使用生物农药的积极性。除此之外，农户对生物农药的认识不足、生物农药的价格相对较高等也是制约生物农药广泛应用的因素。如何降低生物农药的成本是影响生物农药推广的关键。此外，化学农药拥有成熟的产销体系，与农户直接接触的一线推广人员，可以帮助农户解决在种植过程中、在农药使用过程中遇到的问题。这种便利性也让农户更倾向于使用化学农药。我国为了推广生物农药，在示范区域会给使用生物农药的农户进行补贴。可是我们需要注意，如果不能解决不补贴后农户放弃使用生物农药的问题，补贴性的推广方式难以使生物农药得到持续的应用。在生物农药的推广中，解决农民的顾虑、对农民提供有效的知识和长期的技术支持需要得到更多的关注。

参考文献：

[1] 张喜玲，司学样.生物农药发展面临的机遇与挑战[J].新农村（黑龙江），2011（12）：24.

[2] 顾旭东.中国农药七十年发展录[M].北京：化学工业出版，2020.

[3] Food and Agriculture Organization of the United Nations，World Health Organization. International code of conduct on pesticide management： guidelines for the registration of microbial，botanical and semiochemical pest control agents for plant protection and public health uses [M]. Rome： Food and Agriculture Organization of the United Nations，2017.

[4] Seiber J N， Coats J， Duke S O， et al. Biopesticides： state of the art and future opportunities[J]. Journal of agricultural and food chemistry， 2014，62（48）：11613-11619.

[5] 沈寅初，張一宾.生物农药[M].北京：化学工业出版社，2000.

[6] 邱德文.生物农药——未来农药发展的新趋势[J].中国农村科技，2017（11）：36-39.

[7] 周蒙.中国生物农药发展的现实挑战与对策分析[J].中国生物防治学报，2021，37（1）：184-192.

[8] 刘熙东，陈铃诗，徐汉虹.基于专利信息的生物农药发展现状及趋势分析[J].农药，2017，56（6）：400-404.

[9] 李友顺，白小宁，袁善奎，等. 2020年及近年我国农药登记情况和特点分析[J].农药科学与管理，2021，42（1）：1-11，32.

[10] 袁善奎，王以燕，师丽红，等.我国生物源农药标准制定现状及展望[J].中国生物防治学报，2018，34（1）：1-7.

[11] 王灿，邵姗姗，徐莉莉. 2020年中国农药工业运行概况[J].世界农药，2021，43（3）：1-9.

[12] 郭明程，王晓军，苍涛，等.我国生物源农药发展现状及对策建议[J].中国生物防治学报，2019，35（5）：755-758.

[13] 95亿美元大市场，生物农药的未来已来？[J].营销界，2020（40）：71-75，70.

[14] 宋玉双，苏宏钧，于海英，等. 2006—2010年我国林业有害生物灾害损失评估[J].中国森林病虫，2011，30（6）：1-4，24.

[15] 杨忠岐，王小艺，张翌楠，等.以生物防治为主的综合控制我国重大林木病虫害研究进展[J].中国生物防治学报，2018，34（2）：163-183.

[16] 郭荣.我国生物农药的推广应用现状及发展策略[J].中国生物防治学报，2011，27（1）：124-127.

[17] 王以燕，袁善奎，苏天运，等.我国生物源农药的登记和发展现状[J].农药，2019，58（1）：1-5，10.

[18] 周晋峰，王岩青，唐玲.积极推广生物防治助力农业可持续发展[J].可持续发展经济导刊，2020（6）：26-27.

[19] 徐汉虹，张志祥，程东美.生物农药的发展优势及存在问题[J].世界农药，2004（2）：5-10.

[20] Glare T， Caradus J， Gelernter W， et al. Have biopesticides come of age？[J].Trends in biotechnology， 2012，30（5）：250-258.

[21] Tschoeke P H， Oliveira E E， Dalcin M S， et al. Botanical and synthetic pesticides alter the flower visitation rates of pollinator bees in Neotropical melon fields[J].Environmental pollution （Barking，Essex ： 1987），2019，251：591-599.

[22] Liu S， Jaouannet M， Dempsey D M A， et al. RNA-based technologies for insect control in plant production[J].Biotechnology advances， 2020，39：107463.

收稿日期：2022-02-24

作者简介：袁杨（1993—），女，云南普洱人，硕士，主要研究方向为生态农业。E-mail： yang123.yuan@foxmail.com。