緩控釋農藥的研發(fā)與應用

2023/8/15緩/控釋農藥的研發(fā)與應用胡樹文中國農業(yè)大學資源與環(huán)境學院新型緩/控釋材料研發(fā)中心Telell告人簡介2006/5-至今，中國農業(yè)大學，引進教授，博士生導師，新世紀人才1999/9-2006/5，先后在麥克馬斯特、加州大學等院校從事緩釋材料研究1993/9-1999/7，中國科學院化學研究所，高分子材料，碩/博士（1）國內首次實現(xiàn)中試水平連續(xù)化、自動化生產出新型可降解高分子包膜控釋肥料，已通過教育部技術成果鑒定，整體達國際領先水平；（2）完成1項600萬元的科技成果轉化；（3）國內首次中試水平生產出新型緩/控釋農藥。申請了1項世界發(fā)明專利，10項中國發(fā)明專利，其中6項已授權。已發(fā)表SCI文章27篇，文章累計影響因子大于75，所發(fā)表論文已在國際上被他引用700多次，其中單篇最高引用250多次。應邀為《化工出版社》主編了《緩/控釋肥料》專著。報告內容新型高分子包膜緩/控釋顆粒農藥的開發(fā)新型緩/控釋微膠囊農藥的開發(fā)我國在“十八大”提出了建設“美麗中國”的理念，要求我們改變過去農業(yè)領域“大水、大肥、猛藥”的粗放型的種植方式。隨著我國隨著農村土地流轉政策的深化，農村剩余勞動力的轉移、城鎮(zhèn)化的積極推進，要求我們簡化農藥和肥料施用方式。施藥、施肥量過大不僅造成資源與能源的雙重浪費，同時還給環(huán)境帶來了巨大壓力，也要求我們發(fā)展綠色、低碳、高效農藥。綠色、低碳、高效農藥研發(fā)的必要性緩/控釋農藥研究背景褐飛虱二化螟5月6月7月8月9月10月第二代第一代第三代第二代第三代第四代稻縱卷葉螟稻飛虱灰飛虱白背飛虱單季稻早稻分蘗期拔節(jié)孕穗期出穗結實期分蘗期拔節(jié)孕穗期出穗結實期秧苗期如圖，害蟲危害貫穿水稻整個生長期。而傳統(tǒng)農藥制劑按規(guī)定用量使用防效期一般為1-2周左右，想要延長防效只能多次施藥或提高施用量。目前，市場上使用的傳統(tǒng)農藥（乳油、粉劑等），大部分都存在持效期短、施藥量大、污染環(huán)境等問題，而緩釋農藥能有效解決上述問題。（Dubey，2011）高揮發(fā)低利用效率使用量大大量環(huán)境殘留影響環(huán)境危害人、畜健康K.Hirechetal.2003因此發(fā)展緩/控釋農藥具有非常重要的意義發(fā)展緩/控釋農藥的必要性緩控釋農藥的優(yōu)點大大延長相同劑量農藥的持散期。減少藥劑的消耗量、降低其對植物的毒性、減輕對環(huán)境的污染。大大減輕高毒性化學物質對哺乳類動物的毒害。減少農藥的降解以及其因蒸發(fā)和液體流動造成的藥物流失。提高農藥的選擇性?？梢詫⒉煌霓r藥活性成分制備到同一個制劑當中，擴大農藥劑型的混配能力。省工省時、減少施藥次數(shù)，做到種、肥、藥同播。緩/控釋農藥的幾大類型緩控釋農藥化學型農藥前體物質接枝聚合物物理型微膠囊農藥包膜顆粒劑吸附劑、均一劑化學型化學型緩/控釋農藥化學型緩釋劑是利用農藥本身的活性基團，與高分子化學結合，形成在自然界可以逐步降解的新的高分子農藥。具備活性基團的農藥適用于化學型緩釋劑的母體農藥品種的較少，限制了化學緩釋農藥的發(fā)展。此外，由于成本問題，在農用化學品緩釋領域很難推廣。吸附劑和均一劑AI包膜顆粒劑發(fā)展物理型緩/控釋農藥包膜顆粒劑有效解決了吸附劑和均一劑持效期短的問題，對地下害蟲（草）等防治持久有效。吸附型農藥是將藥劑吸附于無機、有機或天然吸附性載體中。均一劑是將原藥均勻地分散或溶解于基質中，形成能緩釋的固溶體、凝膠體或分散體。二者都存在藥劑釋放快，持效期短的不足的問題。微膠囊緩/控釋農藥微膠囊技術是將原藥分散成微粒后，用高分子化合物壁材包裹起來，又稱為分子包衣技術。微膠囊劑可以葉面噴施，可有效防治地上病害。防UV保護和穩(wěn)定芯材屏蔽氣味或顏色控制釋放農藥一、包膜緩/控釋顆粒農藥的研發(fā)顆粒劑農藥因其施用方便、省工節(jié)本、可實現(xiàn)種、肥、藥同播等優(yōu)點而引起了人們越來越多的注意，在農藥市場上也占據(jù)了一定的份額。顆粒劑農藥主要用在殺地下害蟲、根結線蟲、除草等方面，存在著施藥量大、農藥持效期短等問題，因此開發(fā)包膜緩/控釋農藥很有意義。目前，國內市場上包膜緩/控釋顆粒劑農藥還比較少，僅有的幾家產品存在著生產成本偏高、釋放期短、農藥釋放規(guī)律與作物需求不匹配等問題。因此，開發(fā)價格低廉、緩/控釋性能良好、農藥釋放與作物需求同步的包膜緩/控釋顆粒劑農藥很有必要。研發(fā)團隊經過幾年努力，成功開發(fā)出系列緩/控釋除草劑、殺蟲劑、殺菌劑，緩/控釋農藥具有膜材生物可降解、生產成本低、釋放性能良好、持效期長，利用率高等優(yōu)點，達到施用方便、減輕勞動強度、省工節(jié)本和互作增效的目的。系列新型包膜緩/控釋顆粒農藥的開發(fā)成功研制出系列新型易降解高分子膜材料；自主設計開發(fā)出一整套連續(xù)化、自動化生產新型控釋農藥的包膜設備，建立了一條完整的生產線；于2011年國內首次實現(xiàn)了500公斤/小時水平生產新型高分子包膜控釋顆粒農藥。開發(fā)出新型包膜緩/控釋顆粒農藥包膜緩/控釋顆粒農藥的釋放期可以調控通過調整農藥的釋放期，可以確保緩/控釋農藥在作物收獲之前一段時間釋放完全，無殘留。（一）包膜緩/控釋除草顆粒劑的研發(fā)與應用現(xiàn)在市場上使用的顆粒除草劑，大部分存在持效期短、施藥量大、污染環(huán)境等問題，而包膜緩釋除草劑能有效解決上述問題。除草劑A除草劑B除草劑A除草劑B除草劑A除草劑A除草劑B除草劑B水進入土施除草劑A除草劑A除草劑B除草劑B緩慢釋放序號處理藥劑用量（kg/公頃）生產公司T1控釋型除草劑37.5中國農大提供T2控釋型除草劑75中國農大提供T3控釋型除草劑112.5中國農大提供T0（CK）常規(guī)除草劑75市場購置施藥70天后，控釋農藥對各種雜草表現(xiàn)出優(yōu)秀的防效，T2，T3組鮮重防效均超過80%，殺草譜廣，持效期長。序號處理藥劑用量（kg/公頃）T1控釋型除草劑37.5T2控釋型除草劑75T3控釋型除草劑112.5T0(CK）常規(guī)除草劑75T3處理產量最高，對比空白處理T0增產25.75%。T2處理對比空白處理T0增產17.00%。T1處理用量僅為T0的50%，也有13.65%的增產效果。除草控釋增產效果顯著！河南某地夏花生田2004-2005年蠐螬蟲口密度情況（郭旭彥等，2008）（二）包膜緩/控釋顆粒殺蟲劑的研發(fā)有些害蟲危害通常貫穿作物整個生長期。傳統(tǒng)農藥制劑按規(guī)定用量使用防效期一般較短，想要延長防效只能多次施藥或提高施用量。蠐螬螻蛄小地老虎金針蟲針對顆粒劑土施的施用方式，我們制備了系列專門防治地下害蟲和根結線蟲的緩/控釋殺蟲顆粒劑，施用方便，持效期長。土施BBAA造粒BBAABBAA包膜BBAABBAABBAABBAANNN摻混無減效影響緩/控釋農藥顆粒劑制備和作用方式示意圖（三）包膜緩/控釋顆粒殺菌劑的研發(fā)我國人地矛盾尖銳，耕地面積逐年減少，作物的連作栽培模式逐漸增多，如連作帶來的土質惡化，病蟲害加重等弊端也越發(fā)嚴重。如西瓜、大豆、姜、蒜、馬鈴薯、煙草、番茄等。針對上述問題，我們設計了具有控/控釋殺菌劑，有效抑制了土傳病害，提高農產品質量。（四）緩/控釋植物生長調節(jié)劑的研發(fā)活性材料+研制出緩/控釋抗倒伏調節(jié)劑具有抗倒伏功能的緩/控釋顆粒劑在小麥中的應用實驗小結團隊首次采用國際先進的包膜工藝，研發(fā)出新型可降解高分子膜材料，開發(fā)出與膜材相配套的一整套包覆設備，成功研制出具有完全自主知識產權的新型包膜控釋農藥，首次實現(xiàn)中試水平生產可降解高分子包膜控釋農藥。成功開發(fā)出系列包膜緩/控釋顆粒農藥與國內外同類產品相比，具有膜材生物可降解、生產成本低、釋放性能良好、持效期長，利用率高等優(yōu)點。包膜緩/控釋顆粒劑農藥的釋放期可以根據(jù)作物需要而調控，從1-3個月不等，在作物收獲之前釋放完全，留有一段時間的安全期。TakayukiTakei.etal.2008二、新型微膠囊農藥的研發(fā)微膠囊農藥是用高分子材料把分散的農藥包覆使形成微小粒子，通過壁膜將農藥與周圍環(huán)境隔離開來，從而達到控制釋放農藥等目的。微膠囊農藥的優(yōu)點使用期限能延長，在長時間內發(fā)揮它的藥效降低每單位農藥使用量降低高毒物的急性毒性、魚毒、植物毒性等降低地下水污染環(huán)境減少使用的溶劑量降低可燃性微膠囊農藥具有使用方便、持效期長、毒性低、安全方便等特點，正成為農藥新劑型的一個發(fā)展方向，在農藥市場上引起了越來越多的關注。可以通過葉面噴施、灌根、種衣劑等使用，減少光、熱、空氣、雨水、土壤、微生物等環(huán)境因素等所造成的農藥的分解和流失，提高了藥劑本身的穩(wěn)定性，降低了它的接觸毒性、吸入毒性和藥害等?？梢圆糠秩〈袌錾铣Ｓ玫奈⑷閯?、水乳劑、懸浮劑、乳油、粉劑等農藥劑型，但是整體上看，其在市場上的份額還比較低。微膠囊農藥的發(fā)展現(xiàn)狀微膠囊農藥存在的問題及對策生產價格偏高，開發(fā)成本較高，研發(fā)周期長，影響了其推廣應用。制作工藝相對復雜，工藝還欠成熟，放大困難，產品性能不穩(wěn)定、常有液體粘度增大、固體析出、液體分層現(xiàn)象。緩/控釋性偏差，緩釋性能不能完全滿足實際需要，且釋放速度受外部環(huán)境因素影響很大?；诖耍业难邪l(fā)團隊研發(fā)出新型高分子作為微膠囊壁材，采用了新的制備方法，開發(fā)出系列緩/控釋性能好、性能更穩(wěn)定、粒徑較小的新型緩/控釋微膠囊農藥。團隊已成功研發(fā)出系列新型微膠囊農藥我們成功開發(fā)出系列新型緩/控釋微膠囊型除草劑、殺蟲劑、殺菌劑、拌種劑等，產品性能穩(wěn)定，持效期長，整體田間試驗效果良好。研制出1%緩/控釋微膠囊阿維菌素研制出10%緩/控釋阿維-毒死蜱研制出系列緩/控釋微膠囊殺蟲劑緩釋液體放入透析袋放入緩釋環(huán)境中進行農藥釋放定期取緩釋液測量農藥含量利用紫外可見分光光度計，測定透析液中的農藥A含量乙醇微膠囊農藥的制備及表征緩/控釋微膠囊農藥在乙醇中的釋放規(guī)律緩/控釋微膠囊農藥在水中的釋放規(guī)律通過調整農藥的釋放期，可以保證緩釋農藥在作物收獲之前釋放完全，無殘留緩/控釋微膠囊農藥在黃瓜上的應用效果處理CK緩/控釋微膠囊農藥在葡萄上的應用效果處理CK《科技日報》報導成果（2013-7-18）一種可降解型高分子包膜控釋肥料及其制備方法，專利授權號：ZL20081217.X。一種保水型控釋肥料及其制備方法，專利授權號：ZL200910081289.3。一種水基聚合物控釋肥料及其制備方法，專利授權號：ZL200710178608.3。一種保水肥料及其制備方法，專利授權號：ZL200710117740.3。一種根際調控肥及制備方法，專利授權號：ZL20080924.A。一種天然高分子改性包膜肥料及其制備方法，專利申請?zhí)枺?011102048834。一種陽離子型高吸水材料及其制備方法，專利申請?zhí)?201210160691.2。一種可降解聚丙烯酸酯包膜控釋肥及制備方法，專利申請?zhí)枺?00710176037.X。一種物理-化學雙控型緩控釋肥料及其制備方法，專利申請?zhí)枺?01210460521.6。一種緩控釋農藥及其制備方法，專利申請?zhí)枺?0131031939.9。在國際刊物上發(fā)表了20多篇SCI文章，影響因子大于75，文章被引用700多次。已申請10項中國發(fā)明專利，其中6項已授權結論團隊首次采用國際先進的包膜工藝，研發(fā)出新型可降解高分子膜材料，開發(fā)出與膜材相配套的一整套包覆設備，成功研制出具有完全自主知識產權的新型包膜控釋農藥，實現(xiàn)中試水平連續(xù)化、自動化生產可降解高分子包膜控釋農藥。成功開發(fā)出系列包膜緩/控釋顆粒農藥與國內外同類產品相比，具有膜材生物可降解、生產成本較低、緩/控釋性能良好、持效期長，利用率高等優(yōu)點。采用了新的制備方法，開發(fā)出系列新型緩/控釋微膠囊農藥，產品與市場同類產品相比具有釋放期長、膠粒粒徑小、產品性能穩(wěn)定等優(yōu)點，綜合實驗效果良好，達到了持效期長、施用方便、減輕勞動強度、省工節(jié)本的目的。幾點說明及展望緩/控釋農藥殘留問題？緩/控釋農藥釋放期可以根據(jù)作物需要而調整，使其在作