除草剂的施用现状及研究进展(综述.doc

新疆农业大学专业文献综述题 目:除草剂的施用现状及研究进展 姓 名: 李萍 学 院: 草业与环境科学学院 专 业: 环境科学 班 级: 112班 学 号: 14232217 成 绩： 指导教师:朱新萍 职称: 副教授 2015年1月8日新疆农业大学教务处制除草剂的施用现状及研究进展 作者:李萍 指导老师:朱新萍摘要：着眼全球农药市场，除草剂发展越来越快，市场需求逐年增加。除草剂的应用大大提高了农田除草效率，具有巨大的经济效益。本文介绍除草剂的发展现状、除草剂的类型、使用情况与存在问题，综述了除草剂的研究进展，探讨未来除草剂应用的发展趋势与展望，为除草剂进一步开发与科学应用提供参考。关键词：除草剂；施用现状；研究进展； Herbicide application status quo and ProgressAuthor:Li Ping Instructor: Zhu XinpingAbstract: The focus of global pesticide market， herbicide development faster and faster， increasing market demand every year. Herbicide application greatly improves the efficiency of agricultural weed， has enormous economic benefits. This article describes the current development of herbicide， the type of herbicide usage and problems， recent progress herbicides discuss future trends and prospect of herbicide applications， provide a reference for the further development of herbicide and scientific applications.Key words: herbicide; application status quo; Research;除草剂是全球研究最为活跃、发展最为迅猛的一类农用化学品，其使用量逐年增加，在农药各产品中所占比例呈现加大趋势。除草剂应用对于保障我国粮食、棉花、油料及蔬菜安全生产具有重要意义。进入 21 世纪后，人口、粮食、环境是摆在人类面前的突出问题。1950 年人均耕地面积约0.23hm2，而到2030年将降至0.08hm2，人类只有将现有农作物单位面积的产量大幅度提高，才能满足人口不断增长的粮食需求。农田草害是导致作物减产的最主要因素之一，每年导致全球农业损失约950亿美元。农药是重要的农业生产资料，对防治农作物病虫草害，减少农业生产中的损失有着重要作用。我国农田草害面积约7880万hm21，直接经济损失近千亿元人民币，当今，除草剂的使用，不仅大大减少了杂草引起的经济损失，而且提高了除草效率，节省人工，促进农业的现代化，为栽培方式的改变创造了条件2。因此，除草剂有着广阔的应用前景，本文综述了除草剂的发展现状、除草剂的类型、使用情况与存在问题、作用机制及除草剂的研究进展，为除草剂进一步开发与科学应用提供参考。1除草剂的发展概况1.1除草剂发展的现状全球农药市场持续增加全球除草剂市场需求持续增加，除草剂 1960 年销售额占全球份额的 20%，根据英国 Phillips McDougall 咨询公司的统计，2010 年全球农药市场销售额为 441.95 亿美元，其中除草剂为175.29 亿美元，占39.66%2，为第一大类农药，国际市场对除草剂的需求量增加迅速。近几年来，我国除草剂产业发展迅速，增速远远高于杀虫剂和杀菌剂，目前产量已占农药总产量的1/33。我国农药市场需求量也以年均8%的速度增长，到2009年销售额达27亿美元；我国农药在全球市场的份额以年均0.7%的速度增长，从2004年的5.8%增长到2009 年的8%。我国除草剂应用从1956 年使用2，4-滴防除稻、麦田杂草开始，尤其20余年来，除草剂品种不断发展，我国除草剂市场得到了迅速发展。2005-2010 年间，我国除草剂生产的年增长率分别达17.7%、24.8%、29.0%、40.1%、18.3%和 31.4%，全国除草剂生产量在农药生产总量中所占的比例也由2005年的28.6%上升到2010年的45.0%。全国农业推广服务中心预计2013年，杀虫剂需求减少，预计需求 12.08 万吨，比上年减5.18；杀菌剂需求进一步增加，预计需求8.471万吨，同比增加6.64；除草剂需求大幅度上升，预计需求11.42 万吨，比上年增加16.32。未来几年，全国化学除草面积可能会增加0.31亿hm24，除草剂市场潜力巨大。1.2除草剂的使用情况中国农药市场先后有近百个除草剂产品，使用面积前20位的产品占到全国农田化学除草总面积75%左右，磺酰脲类、苯氧羧酸类、三嗪类和酰胺类除草剂是市场的主流品种。磺酰脲类除草剂以苄嘧磺隆、甲磺隆的制剂最多；苯氧羧酸类除草剂主要有2，4-D 、2甲4氯等；三嗪类除草剂主要有莠去津、扑草净、西草净制剂；酰胺类除草剂包括乙草胺5、丁草胺等。其中，甲磺隆、莠去津、绿磺隆、咪唑乙烟酸、氟磺胺草醚和豆磺隆是长残效除草剂占到除草总面积的15%左右。1.2.1水稻主要使用的除草剂品种有丁草胺、二氯喹啉酸、吡嘧磺隆、苄嘧磺隆和甲磺隆等。其中丁草胺的使用面积占到水稻播种面积25% ，二氯喹啉酸、吡嘧磺隆均占到10%左右。丁草胺对鱼类和两栖类等水生生物毒性大，二氯喹啉酸杀草谱上存在缺欠，连续使用会造成千金子等杂草猖獗，同时能对阔叶作物造成明显伤害。根据杀草谱及安全性，待开发品种有四唑嘧磺隆，醚磺隆以及四唑酰草胺6。1.2.2小麦 主要使用的除草剂品种有2，4-D和苯磺隆，处理面积分别占小麦播种面积的20%和25%左右。2，4-D漂移后易对周围的阔叶类作物造成的药害，苯磺隆连续施用易形成抗性杂草，残留物对后茬作物有明显影响7。从目前的发展趋势来看苯磺隆及其他短残留性磺酰脲除草剂品种仍将是麦类作物主要除草剂品种6。1.2.3大豆主要使用的除草剂品种有咪唑乙烟酸、氟磺胺草醚、精恶唑禾草灵和豆磺隆，施用量均占大豆播种面积的15%左右。绝大部分为长残效除草剂，在作物连作和轮作农田中极易造成后茬作物药害，减产甚至绝收。今后值得开发的品种有氟噻乙草酯、氯氟苯醚、环氧嘧磺隆等6。1.2.4玉米主要使用的除草剂品种有莠去津、百草枯和乙草胺等。其中莠去津的处理面积占玉米播种面积的15%左右对后茬作物危害显著，对地下水污染严重，连续使用耐药杂草增加迅速。值得考虑并生产的品种有硝磺酮、烟嘧磺隆、砜嘧磺隆、氟嘧磺隆、氟噻乙草酯等6。2除草剂的分类及作用机理2.1除草剂的分类除草剂可以从施药对象、使用范围、杀草性质、作用方式及化学结构等不同角度进行分类。除草剂按施药对象分为土壤处理剂和芽叶处理剂。前者是通过杂草的根、芽鞘或胚轴等部位进入植株体内发生毒杀作用，即以土壤处理法施用的除草剂;后者是利用杂草茎叶吸收和传导来消灭杂草，即以喷洒方式将药剂施于杂草茎叶的除草剂，也称苗后处理剂。按在作物不同的生长时期施药，除草剂可分为苗前和苗后二种。根据除草剂的杀草性质，又可分为灭生性除草剂和选择性除草剂，前者对所有植物都有杀伤作用，施用后不分作物和杂草统统杀光;后者能杀死杂草而不伤作物，或是杀死某些杂草而对另一些杂草无效，或是对某些作物安全而对另一些作物有伤害，目前使用的除草剂大多数属于这类。但是，除草剂的选择性是相对的，有条件的，不是绝对的。选择性是受对象、剂量、时间、方法等条件影响的。根据除草剂的作用方式的不同，分为触杀性和内吸性除草剂，前者药剂喷施后，只能杀死直接接触到药剂的杂草部位;后者可被植株体内所有部位吸收，从而破坏杂草内部结构和生理平衡，使之枯死。除草剂按化学结构分，可分为苯氧乙酸类、取代脉类、均三氮苯类、磺酰脲类、二苯醚类、二硝基苯胺类和酞胺类等8。2.2除草剂在施用过程中的作用机理由于作物与杂草都属于高等植物，除草剂必须具有特殊的选择性，才能安全而有效地在农田使用，同时也需要了解杂草与作物对除草剂的吸收、传导和消解过程，从而使除草剂破坏有害植物体内的代谢系统和直接破坏植物体细胞，最终起到杀草作用9。2.2.1除草剂的选择性除草剂对某种特定植物体的作用较其它植物更强时，把这种现象称为除草剂对这些植物的选择作用。除草剂的选择性是其本身具备的，也有些除草剂本身不具有选择性，但可通过恰当的使用方式达到安全有效地除草目的。除草剂的选择性可分为下面几种情况:（1）位差选择位差选择性是指利用作物与杂草根系分布深浅不同产生相应的选择作用。除草剂在作物播种后出苗前的阶段施药，利用药剂仅固着在表土层而不向深层淋溶的特性，杀死或抑制表土层中杂草种子的萌芽，作物种子由覆土层保护，可正常生长;利用除草剂在土壤中的位差，杀死表层浅根杂草，而无害于深根作物;在作物生育期，利用作物的空间分布，采用定向喷雾法，使对作物有毒害作用的除草剂不直接接触作物，从而避免和减轻对作物的毒害10。（2）时差选择时差选择性是指利用作物与杂草发芽时间的不同产生的选择作用。如百草枯或草甘麟，可在作物播种移栽前杀死己萌发杂草，而它们接触土壤后迅速钝化而失去活性，从而对播种和移栽无害11。（3）形态选择除草剂能利用杂草和作物在形态结构上的差异来达到保护作物而杀死杂草的目的。单子叶与双子叶植物形态上彼此有很大的差异，用除草剂喷雾，双子叶植物较单子叶植物对药物敏感。单子叶植物叶面积小，表层角质层和蜡质层较厚，表面积较小，药液易于滚落，叶片吸收药液量较少;双子叶植物叶面积大，叶片表面的角质层较薄，药液易于在叶子上沉积，叶片吸收药液量较大12。（4）生理选择植物茎叶或根系的差异产生的对除草剂吸收与运输的差异和使得除草剂获得选择性。若除草剂易被植物吸收与传导，则植物常表现敏感。如施用豆科威，黄瓜根系易于吸收，而南瓜根系难以从根部吸收，故南瓜耐药力强，若采用南瓜砧嫁接黄瓜，则黄瓜也表现耐药。2，4-D类除草剂在双子叶植物体内的输导速度与程度高于单子叶植物，因此，许多双子叶植物对2，4-D类除草剂敏感。（5）生化选择由于除草剂在植物体内的生物化学反应有差异，主要是植物体内活化或钝化反应的差异和除草剂对生物毒害水平的差异。如部分除草剂本身对植物无毒害或毒性很小，而当其进入植物体内经过代谢后，就会变成毒性物质或毒性更强的物质，这样就导致了转变能力弱的生存、转变能力强的被毒死，形成该类除草剂的选择性。又如部分除草剂本身虽对植物有毒害，但经植物体内酶或其他物质的作用，则可钝化而失去活性，导致对植物无毒害或毒性降低。由于植物种类不同，植株体内解毒物质含量有差别，从而产生了选择性13。（6）利用保护剂获得选择性使用选择性差的除草剂，可以通过预先用保护物质或安全剂处理、混配复合以及药后复喷等方法，保护作物免受除草剂的毒害而达到选择除草的效果。2.2.2除草剂的吸收、输导除草剂对杂草产生毒害要经过一系列的过程，其中包括吸收、输导、降解与引起植物生理生化的变化，最后植物呈现毒害症状，直至死亡。2.2.3除草剂的作用靶标所有除草剂品种都是通过干扰与抑制植物生长发育过程中的代谢作用而造成杂草死亡的，其中包括光合作用、细胞裂、氨基酸、蛋白质及脂肪酸合成、叶绿素及色素合成等，这些代谢过程都是由不同的酶系统诱导。20世纪80年代以来，大多数新开发的超高活性除草剂品种的作用靶标都是各种酶系统，通过对靶酶的抑制，最终干扰植物的代谢作用而发生除草效应。同一代谢过程包括一系列生物化学反应，其各个反应阶段由不同酶诱导。因此.不同类型除草剂可能抑制同一代谢反应，但它们的作用位点或靶酶却存在着明显差异.例如，三氮苯、取代脉及其它一些类型除草剂均抑制植物的光合作用，但它们的作用靶点却不同。此外，也有不同类型除草剂具有同一作用靶标。这是在杂草抗性治理及综合防治中需要考虑的问题。除草剂作用靶标的分类既可指导新化合物的合成与筛选、特别是生物筛选方法的选定，又能够指导除草剂的实际应用，制定正确的使用技术，以充分发挥除草效应14。3除草剂的研究进展3.1植物源除草剂研究进展结合文献报道，人们对植物源农药的研究多集中在杀虫剂和杀菌剂方面，对除草剂的研究较少。植物是生物活性化合物的天然宝库，其产生的次生代谢产物超过400000种15。目前世界上已发现30多个科的植物含有近百种具有除草作用的天然化合物，其中有些已被开发成天然产物除草剂，并得到专利保护和推广应用16-17。1992年杨世超等发现小麦对白茅具有克生作用，并从麦根分泌物以及麦根、麦秸和颖壳的水浸液中分离到杀草活性物质18。1997年李善林等继续研究发现小麦颖壳的甲醇洗脱物在24mg/株的剂量下对白茅生长的抑制率可达90%以上。因此，李善林等认为小麦颖壳的甲醇洗脱物可望开发成防治白茅等杂草的植物源除草剂19。随着杂草科学、现代化学结构分析与合成手段的发展，植物源除草剂的开发与利用将日益受到人们的关注。3.2微生物除草剂研究进展微生物除草剂是一类以微生物活体及其代谢产物为主加工而成的除草剂，因其对环境无污染而成为研究热点。据报道，近年来全球微生物农药市场的产值和产量都实现了快速增长，但生物农药产值尚不及全球农药总产值的4%20，相对来说，微生物除草剂的产值就更少了。目前，已有18种刺盘孢菌属、13种镰孢菌属、12种链格孢菌属和8种尾孢菌属的真菌具有开发潜力21。已开发的主要真菌除草剂有Devine22、Collego22等.细菌除草剂的研究主要涉及根际细菌，如假单孢菌属、肠杆菌属、黄杆菌属、柠檬酸细菌属、无色杆菌属、产碱杆菌属、黄单孢杆菌属等的细菌23。张希福等对河南北部地区杂草植物的病原菌资源进行了调查研究，共鉴定出19种杂草上的病原菌30种，其中蟋蟀草枯菌对危害棉花、花生等作物的恶性杂草蟋蟀草的致病力强，田间防效可达86.4%24。已开发出的较有名气的细菌除草剂是日本的Camperico.放线菌除草剂的研究主要涉及链霉菌属、小单孢菌属、链孢囊菌属、野村菌属、糖多孢菌属、拟诺卡氏菌等6个属。在已发现的抗生素中，有 70%的为放线菌所产生。而土壤是放线菌栖居的重要场所，因此从土壤中获得放线菌产生的、具有高效抗菌活性的抗生素对研制新型微生物除草剂具有重要意义25。3.3磺酰脲类除草剂的研究进展磺酰脲类除草剂代表着农用化学品的主要发展方向，是近20年来开发出的高效、广谱、低毒、高选择性除草剂。其除草活性的发现始于1966年，这是三氮苯类化合物扑灭津的衍生物。到70年代初这方面工作才引起了人们的兴趣，提出了具有弱生长调节活性的磺酰脲化合物。从1975年George Levitt制备了化合物并证明其高度除草活性之后，开始进行大规模的研究26。1978年，杜邦公司在George Levitt博士的指导下研制出第一个商品化的磺酰脲除草剂氯磺隆，以此为开端，相继开发成功一系列用途各异的磺酰脲类除草剂。除杜邦等美国公司外，瑞士、日本、德国等国家的农药公司也进行了该类除草剂的研制和开发。目前参与此类品种登记的有巴斯夫、拜耳作物科学、杜邦、ISK、孟山都、日本日产化学、日本武田、先正达等8家公司27。据相关文献显示，自1982年杜邦公司推出2个磺酰脲类除草剂以来，此类除草剂的种类和使用量都在逐年的增加。2003年磺酰脲类除草剂销售额多达16.33亿美元，约占全球除草剂总销量的12.2%28。到目前为止，我国广泛应用的品种有氯磺隆、甲磺隆、苯磺隆、氯嘧磺隆、苄嘧磺隆和吡嘧磺隆。4 除草剂应用中存在的一些问题4.1 抗性杂草产生，杂草群落演替频率加快 根据近几年相关文献所述，截至2012年10月，全球共公布393个生物型211种抗性杂草，其中 124 种双子叶杂草和 87 种单子叶杂草29，对三嗪类除草剂产生抗性的杂草有近 80 个生物型。最近 20 年来，世界范围内至少有 30 个以上的国家发现不同杂草对化学结构不同的多种类型除草剂产生了抗性，其中以抗三氮苯除草剂的杂草种类最多，其他较多的是ALS 抑制剂和光合作用抑制剂等。我国农药抗性以杀虫剂、杀菌剂尤为严重，但随着除草剂大规模、广泛的使用，除草剂的抗性问题也日益突出，形成抗性的速度也逐渐在加快。早期使用的除草剂品种从开始使用到产生抗性大概需要 10 年的时间，而现在形成杂草抗性则只需要 4-5 年的时间30。随着除草剂使用年限的提高，杂草抗性增强，使用量也逐年增加，农民在防除杂草时，农药的使用量可能成倍的增加。如莠去津由开始的 1.5g 已增至目前的3g，乙草胺由1 g增至2g，稻田苄嘧磺隆由30 g增至50 g31，苯磺隆已从过去的每亩使用量0.75克发展到现在的每亩2克，乙草胺已从过去的100ml/hm2 使用量发展到现在4500-7500 ml/hm2使用量，杂草抗性的普遍产生，影响了除草剂产业的发展。农田杂草种群32演替频率加快，难治杂草危害日益严重，这些都给农田杂草的化学防除提出了新的问题和挑战。4.2残留、药害问题相关资料显示，近年来，随着我国农业科技的不断发展，除草剂在农业生产中的应用越来越广泛，据各地农业部门统计，除草剂的药害也呈逐年扩大和加重的趋势，对农业生产安全造成严重危害。我国目前每年化学除草剂使用面积达一亿公顷，因使用除草剂造成的隐形药害导致粮食平均减产20%以上，约1500亿斤粮食。2000年以来，安徽省每年发生除草剂产品质量问题或不正确使用导致药害几十起，每起受害面积1300-33000 hm2，直接经济损失700万-4500万元33。除此之外，农药长残留34问题还会影响下茬作物，例如高残留的除草剂例如草甘膦、磺酰脲类除草剂等，在土壤中残留时间长，对后茬作物影响很大；胺苯磺隆与大多数高活性除草剂一样，胺苯磺隆在实际应用过程中存在着对当茬或后茬作物产生药害的情况；咪唑乙烟酸只能用于大豆田，残效期可达36个月35，尤对经济作物危害较大如甜菜、白菜、莴苣、茄子、辣椒、番茄、马铃薯、亚麻、向日葵、高粱、甜玉米、爆裂玉米、西瓜、香瓜、南瓜(白瓜籽)等，后茬作物种植小麦影响不是很大，研发高效低残留的产品是目前除草剂行业发展的方向。5除草剂的发展趋势及展望鉴于农药残毒问题的日益严重，各类农药的安全使用关系到千百万人的身心健康。因此，现在对除草剂的质量要求，不仅在于它的原料易得，高效价廉，而且还必须着重考虑它对温血动物，鱼类，野生动物的毒性，以及在动植物体内的代谢，土壤中的降解情况。纵观除草剂的发展，近20年来尽管报道不少新品种，却没有一个新作用机制的除草剂出现。未来除草剂的开发与应用应注意除草剂种类、应用策略、作物种类及种植习惯等多个方面，以多类型、多重抗性组合的杂草防除方式来降低杂草对农业的影响及杂草产生抗性的风险。对于除草剂在施用过程及施用后造成的各种污染，发展绿色除草剂特别是生物除草剂替代化学除草剂，将是解决这一问题的重要途径。针对主要的除草剂品种，依据不同作物的生长特性开发与之适应的增效剂，也是今后发展的趋势。我们坚信，随着农业的发展，除草剂的应用将会更加广泛，除草剂的微生物降解的潜力一定会得到更充分的体现。近几年国家建立了北方与南方农药创制中心，其中一些基地以开发除草剂作为重点，相信通过努力，将会开发出更有效的除草剂新品种。未来除草剂的发展将严格受到环境和生态的制约，不再仅仅局限于化学药剂，而是向着多元化、高层次的方向发展。具体体现为追求安全性高、生物活性高、选择性高，即保护人类生存的环境。参考文献：1 强胜，陈世国.生物除草剂研发现状及其面临的机遇与挑战J.杂草科学，2011， 29(1):1-6. 2 朱伟娟，陆鹏，孙叔宝.我国化学除草剂的研发、生产和使用J.中国农药，2011， 9:19-24. 3 梁丽娜，郭平毅，李奇峰.中国除草剂产业现状面临的问题及发展趋势J.中国农学通报，2005，21(10):321-323. 4 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