化学农药作为农作物稳产丰收的重要保障,在有害生物防治中发挥不可替代的作用。新烟碱类杀虫剂是全球重要的化学农药品种,在我国以及欧盟、美国、加拿大等120多个国家登记使用,自上市以来成为增速最快、销量最大的杀虫剂种类,2014年市场份额占全球25%以上。它通过选择性控制昆虫神经系统烟碱乙酰胆碱酯酶受体(nAChRs),麻痹中枢神经系统致使昆虫死亡,对同翅目、鞘翅目、鳞翅目等乃至抗性靶标害虫防效优异。截至2021年9月我国登记的新烟碱类农药有12种,分别为吡虫啉、噻虫嗪、啶虫脒、噻虫胺、呋虫胺、烯啶虫胺、噻虫啉、氟啶虫胺腈、哌虫啶、氯噻啉、环氧虫啶和氟吡呋喃酮,制剂产品达3,400多种,其中复配制剂占比超过31%,以吡虫啉、噻虫嗪、啶虫脒、噻虫胺、呋虫胺、烯啶虫胺等为主。
随着农业生态环境中新烟碱类杀虫剂的持续大量投入,靶标抗性、生态风险、人类健康等系列科学问题也随之凸显。2018年新疆地区棉蚜田间种群对新烟碱类杀虫剂产生中、高水平抗药性,其中对吡虫啉、啶虫脒和噻虫嗪的抗性分别增加了85.2～412倍、221～777倍和122～1,095倍。国际上烟粉虱种群抗药性研究也指出,2007-2010年烟粉虱对新烟碱类农药出现较高的抗药性,吡虫啉和噻虫啉尤为突出。其次,新烟碱类杀虫剂不仅严重影响蜜蜂的种群密度、取食行为、空间动态及体温调节,而且对蚯蚓的发育繁殖也有显著负作用。此外,从1994-2011年,人类尿液中新烟碱类农药的检出率显著增加,表明了人类对新烟碱类农药的间接摄入量和体内累积量逐年增多。通过对大鼠脑内的微量透析发现,噻虫胺和噻虫嗪胁迫会诱导大鼠释放多巴胺,噻虫啉则可诱导大鼠血浆中甲状腺激素水平上升,推断新烟碱类农药会对哺乳动物的神经系统和内分泌系统造成损伤。人骨髓间充质干细胞体外模型研究证实,烯啶虫胺能够造成DNA损伤和染色体畸变,导致细胞内活性氧升高,进而影响成骨分化。基于此,加拿大害虫管理局(PMRA)针对部分新烟碱类杀虫剂启动再评价程序,欧盟食品安全局(EFSA)也对吡虫啉、噻虫嗪和噻虫胺采取了禁限用措施。
不同农药间的复配不仅能够延缓单一农药靶标抗性,提高农药活性,还能够减少农药用量,降低环境暴露风险,为上述科学问题的缓解与农药可持续应用提供了广阔前景。因此,本文结合国内外研究进展,旨在阐述实际农业生产中应用广泛的新烟碱类杀虫剂与其他类农药的复配研究,涵盖有机磷类农药、氨基甲酸酯类农药、拟除虫菊酯类农药、酰胺类农药、苯甲酰脲类农药、沙蚕毒素类农药、杂环类农药、生物农药及其他农药,以期为新烟碱类农药的合理使用及其有效管理提供科学参考。
1 与有机磷类农药复配进展
有机磷农药是我国早期有害生物防治中的典型杀虫剂品种,通过抑制乙酰胆碱酯酶的活性,影响正常神经传递导致害虫死亡。有机磷农药残留期长,生态毒性与人畜安全问题突出,将其与新烟碱类杀虫剂复配能够有效缓解上述科学难题。吡虫啉与典型有机磷农药马拉硫磷、毒死蜱、辛硫磷复配配比为1∶40～1∶5时对韭蛆防效较好,共毒系数可达122.6～338.6(见表1)。其中,吡虫啉与辛硫磷复配制剂对油菜蚜虫的田间防效高达90.7%～95.3%,持效期7个月以上。同时吡虫啉与辛硫磷复配制剂(商品名地蚜灵)以900 g/hm2施用,对油菜蚜虫整个生育期的防效在90%以上。噻虫嗪与乙酰甲胺磷、毒死蜱的复配制剂对菜青虫具有良好的杀虫活性,共毒系数达到131.1～459.0。另外,噻虫嗪与毒死蜱配比为1∶16时,对于灰飞虱的半致死浓度(LC50值)为8.0 mg/L,共毒系数为201.12；其30%复配水乳剂对稻飞虱防效优良。烯啶虫胺与毒死蜱的复配比为1∶30时对防治白背飞虱具有良好的增效作用,LC50值仅为1.3 mg/L。环氧虫啶和毒死蜱、三唑磷、敌敌畏复配对于防治小麦蚜虫、棉铃虫和黄曲条跳甲等均有较好的协同增效作用,共毒系数为134.0～280.0。氟吡呋喃酮与辛硫磷按1∶4的比例混配时,共毒系数为176.8,对4龄韭蛆的防治体现出明显增效作用。
综上,新烟碱类杀虫剂常与马拉硫磷、毒死蜱、辛硫磷、乙酰甲胺磷、三唑磷、敌敌畏等有机磷类农药复配组合,复配后的药剂用量减少、防效提高,有效减轻了对生态环境的影响。建议后续进一步开发新烟碱类杀虫剂与辛硫磷、马拉硫磷的复配制剂,进一步发挥复配制剂的防治优势。
2 与氨基甲酸酯类农药复配进展
氨基甲酸酯类农药通过抑制昆虫乙酰胆碱酶和羧酸酯酶的活性,导致乙酰胆碱和羧酸酯的积累使昆虫死亡,在农林牧生产中应用广泛；但其遇碱和强光易分解,持效期短,害虫抗性问题严峻。通过与新烟碱类杀虫剂复配可延长氨基甲酸酯类农药的使用周期。吡虫啉与异丙威按7∶400配比用于防治白背飞虱时,共毒系数达到最高,为638.1(见表1)。吡虫啉与异丙威配比为1∶16时防治稻飞虱效果最明显,共毒系数为178.1,持效期相对单剂更长。研究还表明,噻虫嗪和丁硫克百威复配的13%微囊悬浮剂对田间小麦蚜虫的防效和安全性均表现良好,药后3 d防效达到87.1%～90.2%,7 d增长为97.7%～98.6%。48%啶虫脒.丁硫克百威可分散油悬浮剂按36～60 g a.i./hm2施用后,对棉花蚜虫防效为87.1%～96.9%,持效期可达14 d,且对棉蚜天敌安全。
综上,新烟碱类杀虫剂与异丙威、丁硫克百威等复配较多,能够延缓靶标害虫如烟粉虱、蚜虫等抗性产生,并能有效延长农药的持效期,复配制剂防治效果显著优于单剂,在实际农业生产中应用广泛。但需要警惕丁硫克百威的降解产物克百威,其毒性高,已在蔬菜栽培中禁用。
3 与拟除虫菊酯类农药复配进展
拟除虫菊酯类杀虫剂通过影响神经膜中钠离子通道造成神经传递障碍,进而导致害虫中毒死亡。由于投入过多导致害虫解毒代谢能力增强,靶标敏感性降低,极易产生抗药性,其与新烟碱类农药复配制剂市场占比高。表1指出：吡虫啉与氰戊菊酯的复配对马铃薯桃蚜防效较佳,2∶3配比共毒系数达到276.8。吡虫啉、噻虫嗪与醚菊酯复配制剂是防止褐飞虱种群泛滥的有效方法,其中吡虫啉与醚菊酯以5∶1的比例混合最佳,噻虫嗪与醚菊酯以7∶1的比例混合最佳,共毒系数为174.3～188.7。13%噻虫嗪与9%高效氯氟氰菊酯复配的微囊悬浮剂具有显著的协同增效作用,共毒系数为232,在123.6～169.5 g/hm2范围内对烟草蚜虫防效可达90%,是防治烟草虫害的主要复配药剂。噻虫胺与高效氯氟氰菊酯按1∶9复配时,对黄曲条跳甲的共毒系数最高(210.5),延缓了噻虫胺抗药性的发生。啶虫脒与联苯菊酯、高效氯氰菊酯、氰戊菊酯配比为1∶2、1∶4、1∶4时,共毒系数最高,为409.0～630.6。噻虫嗪∶联苯菊酯、烯啶虫胺∶高效氯氟氰菊酯配比均为5∶1时,共毒系数分别为414.0和706.0,对蚜虫联合防效最显著。噻虫胺与高效氯氟氰菊酯混剂(LC50值1.4～4.1 mg/L)对瓜蚜防效显著高于单剂(LC50值42.7 mg/L),药后7 d的防效高于92%。
目前新烟碱类杀虫剂与拟除虫菊酯类农药复配技术相对成熟,在我国的病虫害防治中广泛应用,延缓了拟除虫菊酯类农药的靶标抗性,也降低了新烟碱类杀虫剂高残留和非靶标毒性。此外,通过新烟碱类杀虫剂与溴氰菊酯、增效醚等联合应用可防治耐拟除虫菊酯类农药的埃及伊蚊和冈比亚按蚊,对于全球范围内卫生害虫的防治具有指导性意义。
表1 典型新烟碱类农药复配组合汇总(1)
4 与酰胺类农药复配进展
酰胺类杀虫剂主要抑制昆虫的鱼尼丁受体,导致昆虫肌肉持续收缩僵硬而死。新烟碱类杀虫剂与其复配能缓解害虫抗性,延长其使用周期,例如多种新烟碱类杀虫剂与氟苯虫酰胺(曾用名：氟虫双酰胺)复配用于靶标害虫的防治,共毒系数为121.0～183.0(见表2)。噻虫嗪与氯虫苯甲酰胺以15∶11混配防治橘小实蝇幼虫时,共毒系数最高为157.9；噻虫嗪、噻虫胺、烯啶虫胺3种药剂与杀螺胺配比为10∶1时,共毒系数达到170.2～194.1,呋虫胺与杀螺胺配比为1∶1时,共毒系数最高,对褐飞虱防效显著。吡虫啉、噻虫胺、呋虫胺和氟啶虫胺腈分别与溴虫氟苯双酰胺配比为5∶1、5∶1、1∶5和10∶1时防效最佳,共毒系数分别为245.5、697.8、198.6和403.8,对棉蚜的防效(7 d)可达92.4%～98.1%,对小菜蛾的防效(7 d)可达91.9%～96.8%,应用潜力巨大。
综上,通过新烟碱类与酰胺类农药复配,不仅缓解了靶标害虫的抗药性,而且减少了用药量,降低了经济成本,促进了与生态系统环境的兼容发展。酰胺类农药对抗性靶标害虫防治突出,且对于一些高毒、残留期长的农药具备很好的替代作用,市场份额逐渐增大,在实际农业生产中具有广阔的发展前景。
5 与苯甲酰脲类农药复配进展
苯甲酰脲类杀虫剂属几丁质酶合成抑制剂,通过影响害虫正常发育消灭害虫。它与其他种类的杀虫剂不易产生交互抗性,能有效防治抗有机磷和菊酯类农药的靶标害虫,在新烟碱类农药复配制剂中应用广泛。由表2可见：吡虫啉、噻虫嗪与除虫脲组合对韭菜迟眼蕈蚊幼虫防治起到良好的增效作用,噻虫嗪与除虫脲按5∶1复配时效果最佳,共毒系数高达207.4。噻虫胺与氟虫脲的混配比例为2∶1时,对韭菜迟眼蕈蚊幼虫的共毒系数为176.5,田间防效达到94.4%。环氧虫啶与多氟脲、氟虫脲等多种苯甲酰脲类农药复配对小菜蛾和稻纵卷叶螟防治效果均良好,共毒系数为100.7～228.9,可有效减少农药的投入量。
新烟碱类农药与苯甲酰脲类杀虫剂联合应用相对有机磷、菊酯类农药更符合绿色农药的发展理念,可以有效扩大防治谱、减少农药的投入量,协同增效明显,对生态环境也更加安全。
6 与沙蚕毒素类农药复配进展
沙蚕毒素类杀虫剂属烟碱乙酰胆碱受体抑制剂,通过抑制神经递质的正常传递使昆虫中毒死亡。由于其应用广泛,无内吸和熏蒸作用,极易产生抗性。通过与新烟碱类杀虫剂复配对产生抗性的水稻二化螟、三化螟种群的防效良好。表2指出：吡虫啉和杀虫单以2∶68比例复配时,对二化螟害虫的防治效果最好,共毒系数为146.7。噻虫嗪与杀虫单混剂配比1∶1时对玉米蚜虫有显著的协同增效,共毒系数为214.2。40%噻虫嗪.杀虫单悬浮剂在第15天时防效仍高达93.0%～97.0%,持效期长,且对玉米生长安全。50%吡虫啉.杀虫环可溶粉剂对苹果金纹细蛾的防治效果优良,在害虫盛发期时喷药,药后15 d防效高达79.8%～91.7%。
杀虫单作为我国自主研发的杀虫剂,对禾本科植物敏感,一定程度上限制了使用。沙蚕毒素类农药与新烟碱类杀虫剂的复配,为实际生产中靶标害虫的防治提供了更多的防治方案,也是药剂复配发展征程中的良好应用案例。
表2 典型新烟碱类农药复配组合汇总(2)
7 与杂环类农药复配进展
杂环农药是农业生产中应用最多、数目最为庞大的有机农药,多数在环境中残留期长、较难降解。与新烟碱类杀虫剂农药的复配可有效减少杂环农药的用量、减轻药害,低剂量的药剂复配即可发挥协同增效作用。由表3可知：吡虫啉与吡蚜酮复配比为1∶3时,共毒系数达到最高为616.2；呋虫胺与吡蚜酮复配比1∶7时,共毒系数为3,712.6,对稻飞虱防治兼具速效性和持效性。吡虫啉、呋虫胺、噻虫啉分别与甲磺酰菌唑复配对大黑鳃金龟幼虫、小地老虎幼虫、沟金针虫防治效果佳,噻虫啉、烯啶虫胺、氯噻啉分别与甲磺酰菌唑复配对柑橘木虱具有优异防效。吡虫啉、噻虫嗪等7种新烟碱类杀虫剂与虫螨腈的复配对韭蛆的防治均有协同增效作用。噻虫嗪与氟虫腈复配配比为2∶1～71∶1时,共毒系数为152.2～519.2,噻虫嗪与虫螨腈复配配比为217∶1,共毒系数为857.4,对白蚁具有明显的防效。噻虫嗪与氟虫腈复配作为种子处理剂,可有效减少田间小麦害虫密度,保护作物种子和发芽的幼苗。啶虫脒与氟虫腈混用比例为1∶10时,对产生抗药性家蝇的协同增效防治最为显著。
综上,杂环类农药复配制剂以杀菌剂为主,包括吡啶类、吡咯类和吡唑类。农业生产中常用来拌种,提高发芽率,也可降低病虫害,对作物和非靶标生物相对安全。杂环类农药作为防治病虫害的联合制剂,对绿色农业发展具有良好推进作用,体现出省时、省力、经济、增产的优势。
8 与生物农药及农用抗生素复配进展
生物农药及农用抗生素见效慢,持效期短,受环境影响大,通过与新烟碱类农药复配发挥良好的协同增效作用,扩大防治谱的同时还可以延长药效、提高稳定性。由表3可见：吡虫啉和白僵菌或绿僵菌组合,96 h后杀虫活性较单独使用白僵菌和绿僵菌分别提高了60.0%和50.6%。噻虫嗪与绿僵菌复配可有效增加臭虫的总体死亡率和真菌侵染率。其次,吡虫啉和绿僵菌组合对于长角甲虫的防治具有显著的协同增效作用,虽然减少了真菌分生孢子量。吡虫啉和线虫混用可增加白蛉感病率,进而提高其田间持久性和生物防治潜力。7种新烟碱类农药与氧化苦参碱联合使用对稻飞虱的防效良好,共毒系数为123.2～173.0。此外,噻虫胺和阿维菌素按4∶1混配对烟粉虱的共毒系数为171.3,增效显著。烯啶虫胺和阿维菌素复配比例为1∶4时,对褐飞虱7 d的防效可达93.1%。噻虫胺和多杀霉素的比例为5∶44时,对橘小实蝇成虫防效最好,共毒系数为169.8,多杀霉素和大多数新烟碱类药物之间未显示交叉抗性,联合使用防效佳。
生物农药联合防治是绿色农业发展的热点,常见的白僵菌、绿僵菌等均与化学药剂具有良好的协同防效。单一生物药剂易受天气影响,药效不稳定,与新烟碱类杀虫剂复配克服了这一缺点,在减少化学药剂用量的同时,保证了复配制剂的速效性和持效期,扩大了防治谱,减轻了环境负担。生物农药与化学农药复配为绿色农药的发展提供了新思路,应用前景巨大。
表3 典型新烟碱类农药复配组合汇总(3)
9 与其他农药复配进展
新烟碱类农药与其他农药复配也表现出优异防效,由表3可知：吡虫啉和噻虫嗪分别与戊唑醇组合作为种子处理剂时,对麦蚜的防治效果优良,对非靶标生物安全,同时提高了种子发芽率。吡虫啉、三唑酮和烯唑醇复配制剂在小麦病虫害防治中表现出良好的效果,对小麦叶锈病、白粉病和蚜虫的防效分别为89.6%～90.2%、91.2%～92.5%和98.7%～99.1%。新烟碱类杀虫剂与丁香菌酯复配(1∶20～20∶1)对棉蚜具有明显的协同增效作用。噻虫嗪、呋虫胺、烯啶虫胺与戊吡虫胍质量比为50∶1～1∶50时,共毒系数为129.0～186.0,可以有效防治刺吸式口器害虫。环氧虫啶和苯氧威配比为1∶4时,共毒系数250.0,对于稻飞虱的防效最优。吡虫啉与双甲脒组合对棉蚜具有明显的抑制作用,在吡虫啉为最低剂量LC10时协同率最高。噻虫嗪和螺虫乙酯质量比为10∶30～30∶10时,共毒系数为109.8～246.5,无植物毒性效应。此外,矿物油农药绿颖、硅藻土等其他农药或助剂与新烟碱类农药组合也能提高对于靶标害虫的防效。
其他农药类别复配应用中主要包括三唑类、甲氧基丙烯酸酯类、硝基缩氨基胍类、双甲脒、季酮酸类、矿物油类及硅藻土等。在筛选农药时要警惕药害问题,有效甄别不同类别农药间的反应。复配实例也体现出了越来越多种类的农药可与新烟碱类杀虫剂进行复配,为害虫防治提供更多选择。
10 结论与展望
新烟碱类农药的广泛使用导致靶标害虫抗药性的显著增加,加之其生态弊端与健康暴露风险,成为当前研究热点和应用难点。不同农药合理复配或研制杀虫增效药剂是延缓抗药性、减施增效的重要举措,也是实际农业生产中该类农药可持续应用的重大策略。本文综述了典型新烟碱类农药与其他类别农药复配的应用进展,明确了农药复配优势：① 延缓抗药性；② 提高防效；③ 扩大防治谱；④ 增强持效期；⑤ 提高速效性；⑥ 调节作物生长；⑦ 减少农药用量；⑧ 改善环境风险；⑨ 降低经济成本；⑩ 改良化学农药。同时,需要高度关注复配制剂联合环境暴露问题,尤其对非靶标生物(例如,害虫天敌)和敏感作物不同生长阶段的安全性,以及农药化学特征改变引起的防效差异等科学问题。传统农药创制费时费力,成本高,研发周期长,农药复配作为一种有效替代措施,其合理、科学、规范的应用,不仅延长了农药的应用周期,而且推动了有害生物防治良性循环,为生态环境的可持续发展提供了强有力的支撑。
作者：张明浩1,2,康珊珊1,3,郭靖立2,刘子琪2,程有普2,陈增龙1(1.中国科学院动物研究所农业虫害鼠害综合治理研究国家重点实验室；2.天津农学院园艺园林学院；3.河北大学生命科学学院)