Thuốc trừ sâu sinh học là một trong những công cụ quan trọng để thực hiện “Chiến lược Hệ thống Thực phẩm Xanh” tại Nhật Bản. Bài viết này mô tả định nghĩa và phân loại thuốc trừ sâu sinh học tại Nhật Bản, đồng thời phân loại việc đăng ký thuốc trừ sâu sinh học tại Nhật Bản, nhằm cung cấp tài liệu tham khảo cho việc phát triển và ứng dụng thuốc trừ sâu sinh học ở các quốc gia khác.
Do diện tích đất nông nghiệp tương đối hạn chế ở Nhật Bản, việc sử dụng nhiều thuốc trừ sâu và phân bón hơn để tăng năng suất cây trồng trên mỗi diện tích là điều cần thiết. Tuy nhiên, việc sử dụng một lượng lớn thuốc trừ sâu hóa học đã làm gia tăng gánh nặng môi trường, và việc bảo vệ đất, nước, đa dạng sinh học, cảnh quan nông thôn và an ninh lương thực là đặc biệt quan trọng để đạt được sự phát triển nông nghiệp và môi trường bền vững. Với dư lượng thuốc trừ sâu cao trong cây trồng dẫn đến gia tăng các ca bệnh cộng đồng, nông dân và người dân có xu hướng sử dụng thuốc trừ sâu sinh học an toàn hơn và thân thiện với môi trường hơn.
Tương tự như sáng kiến "Từ nông trại đến bàn ăn" của châu Âu, vào tháng 5 năm 2021, chính phủ Nhật Bản đã xây dựng "Chiến lược Hệ thống Thực phẩm Xanh" nhằm mục tiêu giảm 50% việc sử dụng thuốc trừ sâu hóa học có trọng số rủi ro vào năm 2050 và tăng diện tích canh tác hữu cơ lên 1 triệu hm² (tương đương 25% diện tích đất nông nghiệp của Nhật Bản). Chiến lược này nhằm nâng cao năng suất và tính bền vững của lương thực, nông nghiệp, lâm nghiệp và thủy sản thông qua các biện pháp phục hồi sáng tạo (MeaDRI), bao gồm quản lý dịch hại tổng hợp, cải tiến phương pháp ứng dụng và phát triển các giải pháp thay thế mới. Trong số đó, quan trọng nhất là việc phát triển, ứng dụng và thúc đẩy quản lý dịch hại tổng hợp (IPM), và thuốc trừ sâu sinh học là một trong những công cụ quan trọng.
1. Định nghĩa và phân loại thuốc trừ sâu sinh học tại Nhật Bản
Thuốc trừ sâu sinh học có liên quan đến thuốc trừ sâu hóa học hoặc tổng hợp, và thường đề cập đến thuốc trừ sâu tương đối an toàn hoặc thân thiện với con người, môi trường và sinh thái sử dụng hoặc dựa trên các nguồn tài nguyên sinh học. Theo nguồn gốc của các thành phần hoạt tính, thuốc trừ sâu sinh học có thể được chia thành các loại sau: thứ nhất, thuốc trừ sâu nguồn vi sinh vật, bao gồm vi khuẩn, nấm, vi rút và động vật sinh học ban đầu (biến đổi gen) sinh vật sống vi sinh vật và các chất chuyển hóa tiết ra của chúng; thứ hai là thuốc trừ sâu nguồn thực vật, bao gồm thực vật sống và chiết xuất của chúng, các chất bảo vệ nhúng thực vật (cây trồng biến đổi gen); Thứ ba, thuốc trừ sâu có nguồn gốc động vật, bao gồm giun tròn ký sinh trùng sống, động vật ký sinh và động vật ăn thịt và chiết xuất động vật (chẳng hạn như pheromone). Hoa Kỳ và các quốc gia khác cũng phân loại thuốc trừ sâu nguồn khoáng chất tự nhiên như dầu khoáng là thuốc trừ sâu sinh học.
SEIJ của Nhật Bản phân loại thuốc trừ sâu sinh học thành thuốc trừ sâu sinh vật sống và thuốc trừ sâu chất sinh học, và phân loại pheromone, chất chuyển hóa của vi sinh vật (kháng sinh nông nghiệp), chiết xuất thực vật, thuốc trừ sâu có nguồn gốc khoáng chất, chiết xuất động vật (như nọc độc chân khớp), kháng thể nano và tác nhân bảo vệ nhúng thực vật là thuốc trừ sâu chất sinh học. Liên đoàn Hợp tác xã Nông nghiệp Nhật Bản phân loại thuốc trừ sâu sinh học của Nhật Bản thành động vật chân khớp thiên địch, tuyến trùng thiên địch, vi sinh vật và chất sinh học, và phân loại Bacillus thuringiensis bất hoạt là vi sinh vật và loại trừ kháng sinh nông nghiệp khỏi danh mục thuốc trừ sâu sinh học. Tuy nhiên, trong quản lý thuốc trừ sâu thực tế, thuốc trừ sâu sinh học của Nhật Bản được định nghĩa hẹp là thuốc trừ sâu sinh học sống, nghĩa là "các tác nhân kiểm soát sinh học như vi sinh vật đối kháng, vi sinh vật gây bệnh thực vật, vi sinh vật gây bệnh côn trùng, tuyến trùng ký sinh côn trùng, động vật chân khớp ký sinh và ăn thịt được sử dụng để kiểm soát sâu bệnh". Nói cách khác, thuốc trừ sâu sinh học của Nhật Bản là thuốc trừ sâu thương mại hóa các sinh vật sống như vi sinh vật, giun tròn ký sinh côn trùng và sinh vật thiên địch làm thành phần hoạt tính, trong khi các giống và loại chất nguồn sinh học được đăng ký tại Nhật Bản không thuộc danh mục thuốc trừ sâu sinh học. Ngoài ra, theo "Biện pháp xử lý kết quả thử nghiệm đánh giá an toàn liên quan đến đơn xin đăng ký thuốc trừ sâu vi sinh" của Nhật Bản, các vi sinh vật và thực vật biến đổi gen không nằm trong phạm vi quản lý của thuốc trừ sâu sinh học tại Nhật Bản. Trong những năm gần đây, Bộ Nông nghiệp, Lâm nghiệp và Thủy sản cũng đã khởi xướng quá trình đánh giá lại thuốc trừ sâu sinh học và xây dựng các tiêu chuẩn mới về việc không đăng ký thuốc trừ sâu sinh học nhằm giảm khả năng việc sử dụng và phát tán thuốc trừ sâu sinh học có thể gây ra thiệt hại đáng kể cho môi trường sống hoặc sự phát triển của động vật và thực vật trong môi trường sống.
“Danh mục Đầu vào Trồng trọt Hữu cơ” mới được Bộ Nông nghiệp, Lâm nghiệp và Thủy sản Nhật Bản công bố năm 2022 bao gồm tất cả các loại thuốc trừ sâu sinh học và một số loại thuốc trừ sâu có nguồn gốc sinh học. Thuốc trừ sâu sinh học Nhật Bản được miễn áp dụng Giới hạn Lượng tiêu thụ Hàng ngày Cho phép (ADI) và Giới hạn Dư lượng Tối đa (MRL), cả hai đều có thể được sử dụng trong sản xuất nông sản theo Tiêu chuẩn Nông nghiệp Hữu cơ Nhật Bản (JAS).
2. Tổng quan về việc đăng ký thuốc trừ sâu sinh học tại Nhật Bản
Là quốc gia đi đầu trong việc phát triển và ứng dụng thuốc trừ sâu sinh học, Nhật Bản có hệ thống quản lý đăng ký thuốc trừ sâu tương đối hoàn chỉnh và danh mục thuốc trừ sâu sinh học đăng ký tương đối phong phú. Theo thống kê của tác giả, tính đến năm 2023, Nhật Bản có 99 chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học đã được đăng ký và có hiệu lực, bao gồm 47 hoạt chất, chiếm khoảng 8,5% tổng số hoạt chất của thuốc trừ sâu đã đăng ký. Trong số đó, 35 hoạt chất được sử dụng làm thuốc trừ sâu (bao gồm 2 hoạt chất diệt tuyến trùng), 12 hoạt chất được sử dụng để khử trùng, và không có thuốc diệt cỏ hoặc các mục đích sử dụng khác (Hình 1). Mặc dù pheromone không thuộc nhóm thuốc trừ sâu sinh học tại Nhật Bản, nhưng chúng thường được quảng bá và sử dụng kết hợp với thuốc trừ sâu sinh học như một loại vật tư đầu vào cho cây trồng hữu cơ.
2.1 Thuốc trừ sâu sinh học của thiên địch
Có 22 thành phần hoạt chất của thuốc trừ sâu sinh học thiên địch đã được đăng ký tại Nhật Bản, có thể được chia thành côn trùng ký sinh, côn trùng ăn thịt và ve ăn thịt theo loài sinh học và phương thức hoạt động. Trong số đó, côn trùng ăn thịt và ve ăn thịt săn côn trùng có hại để làm thức ăn, và côn trùng ký sinh đẻ trứng vào sâu bệnh ký sinh và ấu trùng nở ra ăn vật chủ và phát triển để giết chết vật chủ. Các loài côn trùng cánh màng ký sinh, chẳng hạn như ong rệp, ong rệp, ong rệp, ong rệp, ong rệp, ong rệp, ong hemiptera và Mylostomus japonicus, đã được đăng ký tại Nhật Bản, chủ yếu được sử dụng để kiểm soát rệp, ruồi và bọ phấn trên rau trồng trong nhà kính, và các loài bọ phấn, bọ rùa và bọ trĩ chủ yếu được sử dụng để kiểm soát rệp, bọ trĩ và bọ phấn trên rau trồng trong nhà kính. Ve săn mồi chủ yếu được sử dụng để kiểm soát nhện đỏ, ve lá, tyrophage, pleurotarsus, rệp và bọ phấn trắng trên rau, hoa, cây ăn quả, đậu và khoai tây trồng trong nhà kính, cũng như trên rau, cây ăn quả và chè trồng ngoài đồng. Anicetus beneficus, Pseudaphycus mali⁃nus, E. eremicus, Dacnusa Sibirica sibirica, Diglyphus isaea, Bathyplectes anurus, degenerans (A. (=Iphiseius) degenerans, A. cucumeris Việc ghi nhận các loài thiên địch như O. sauteri không được gia hạn.
2.2 Thuốc trừ sâu vi sinh
Có 23 loại hoạt chất thuốc trừ sâu vi sinh được đăng ký tại Nhật Bản, có thể chia thành thuốc trừ sâu/thuốc diệt nấm virus, thuốc trừ sâu/thuốc diệt nấm vi khuẩn và thuốc trừ sâu/thuốc diệt nấm nấm theo loại và công dụng của vi sinh vật. Trong số đó, thuốc trừ sâu vi sinh tiêu diệt hoặc kiểm soát sâu bệnh bằng cách lây nhiễm, sinh sôi và tiết ra độc tố. Thuốc diệt nấm vi sinh kiểm soát vi khuẩn gây bệnh thông qua cạnh tranh xâm chiếm, tiết ra chất kháng khuẩn hoặc chất chuyển hóa thứ cấp và gây ra khả năng kháng thuốc ở thực vật [1-2, 7-8, 11]. Thuốc diệt tuyến trùng nấm (ăn thịt) Monacrosporium phymatopagum, Thuốc diệt nấm vi sinh Agrobacterium radiobacter, Pseudomonas sp.CAB-02, Fusarium oxysporum không gây bệnh và chủng virus đốm nhẹ làm suy yếu ớt của Pepper, và việc đăng ký thuốc trừ sâu vi sinh như Xan⁃thomonas campestris pv.retroflexus và Drechslera monoceras không được gia hạn.
2.2.1 Thuốc trừ sâu vi sinh
Thuốc trừ sâu virus đa diện dạng hạt và nhân được đăng ký tại Nhật Bản chủ yếu được sử dụng để kiểm soát các loại sâu bệnh cụ thể như sâu đục quả táo, sâu đục quả trà và sâu đục quả trà lá dài, cũng như Streptococcus aureus trên các loại cây trồng như trái cây, rau và đậu. Là thuốc trừ sâu vi khuẩn được sử dụng rộng rãi nhất, Bacillus thuringiensis chủ yếu được sử dụng để kiểm soát các loại sâu bọ cánh vảy và cánh nửa trên các loại cây trồng như rau, quả, lúa, khoai tây và cỏ. Trong số các loại thuốc trừ sâu nấm đã đăng ký, Beauveria bassiana chủ yếu được sử dụng để kiểm soát các loại sâu bọ nhai và đốt như bọ trĩ, côn trùng vảy, ruồi trắng, ve, bọ cánh cứng, bọ kim cương và rệp trên rau, quả, thông và trà. Beauveria brucei được sử dụng để kiểm soát các loại sâu bọ cánh cứng như bọ cánh cứng và bọ cánh cứng trên cây ăn quả, cây cối, cây đương quy, hoa anh đào và nấm hương. Metarhizium anisopliae được sử dụng để kiểm soát bọ trĩ trong canh tác rau và xoài trong nhà kính; Nấm Paecilomyces furosus và Paecilopus pectus được sử dụng để kiểm soát ruồi trắng, rệp và nhện đỏ trên rau trồng trong nhà kính và dâu tây. Nấm này được sử dụng để kiểm soát ruồi trắng và bọ trĩ trên rau trồng trong nhà kính, xoài, cúc và hoa ly.
Là loại thuốc diệt tuyến trùng vi sinh duy nhất được đăng ký và có hiệu quả tại Nhật Bản, Bacillus Pasteurensis punctum được sử dụng để kiểm soát tuyến trùng rễ ở rau, khoai tây và sung.
2.2.2 Thuốc diệt vi sinh vật
Thuốc diệt nấm giống virus gây vàng lá bí ngòi Mosaic virus giảm độc lực được đăng ký tại Nhật Bản đã được sử dụng để kiểm soát bệnh Mosaic và bệnh héo rũ do nấm Fusarium gây ra bởi virus liên quan đến dưa chuột. Trong số các thuốc diệt nấm vi khuẩn được đăng ký tại Nhật Bản, Bacillus amylolitica được sử dụng để kiểm soát các bệnh do nấm như thối nâu, mốc xám, bệnh cháy đen, bệnh sao trắng, bệnh phấn trắng, nấm mốc đen, nấm mốc lá, bệnh đốm, gỉ trắng và bệnh cháy lá trên rau, quả, hoa, hoa bia và thuốc lá. Bacillus simplex được sử dụng để phòng ngừa và điều trị bệnh héo vi khuẩn và bệnh cháy lá do vi khuẩn ở lúa. Bacillus subtilis được sử dụng để kiểm soát các bệnh do vi khuẩn và nấm như mốc xám, nấm mốc phấn trắng, bệnh sao đen, bệnh đạo ôn ở lúa, nấm mốc lá, bệnh cháy đen, bệnh cháy lá, đốm trắng, đốm, bệnh loét, bệnh cháy lá, bệnh nấm mốc đen, bệnh đốm nâu, bệnh cháy lá đen và bệnh đốm vi khuẩn ở rau, quả, lúa, hoa và cây cảnh, đậu, khoai tây, hoa bia, thuốc lá và nấm. Các chủng không gây bệnh của phân loài cà rốt thối mềm Erwenella được sử dụng để kiểm soát bệnh thối mềm và bệnh loét trên rau, cam quýt, chu kỳ và khoai tây. Pseudomonas fluorescens được sử dụng để kiểm soát bệnh thối, thối đen, thối đen do vi khuẩn và thối nụ hoa trên rau ăn lá. Pseudomonas roseni được sử dụng để kiểm soát bệnh thối mềm, thối đen, thối, thối nụ hoa, đốm vi khuẩn, đốm đen do vi khuẩn, thủng vi khuẩn, thối mềm do vi khuẩn, bệnh cháy thân do vi khuẩn, bệnh cháy cành do vi khuẩn và bệnh loét do vi khuẩn trên rau và trái cây. Phagocytophage mirabile được sử dụng để kiểm soát bệnh sưng rễ của rau họ cải và vi khuẩn giỏ vàng được sử dụng để kiểm soát bệnh phấn trắng, nấm mốc đen, bệnh than, nấm mốc lá, nấm mốc xám, bệnh đạo ôn lúa, bệnh cháy lá do vi khuẩn, bệnh héo vi khuẩn, vệt nâu, bệnh cây con xấu và bệnh cháy cây con trên rau, dâu tây và lúa, đồng thời thúc đẩy sự phát triển của rễ cây trồng. Lactobacillus plantarum được sử dụng để kiểm soát bệnh thối nhũn trên rau và khoai tây. Trong số các loại thuốc diệt nấm được đăng ký tại Nhật Bản, Scutellaria microscutella được sử dụng để phòng ngừa và kiểm soát bệnh thối nhũn do nấm Sclerotium trên rau, bệnh thối đen trên hành lá và tỏi. Trichoderma viridis được sử dụng để kiểm soát các bệnh do vi khuẩn và nấm như bệnh cháy lá lúa, bệnh sọc nâu vi khuẩn, bệnh cháy lá và bệnh đạo ôn trên lúa, cũng như bệnh sọc tím trên măng tây và bệnh bạc lá thuốc lá.
2.3 Tuyến trùng gây bệnh côn trùng
Có hai loài tuyến trùng gây bệnh cho côn trùng đã được đăng ký hiệu quả tại Nhật Bản và cơ chế diệt côn trùng của chúng [1-2, 11] chủ yếu liên quan đến tổn thương cơ chế xâm nhập, tiêu thụ dinh dưỡng và phân hủy tế bào mô bị tổn thương, và vi khuẩn cộng sinh tiết ra độc tố. Steinernema carpocapsae và S. glaseri, đã được đăng ký tại Nhật Bản, chủ yếu được sử dụng trên khoai lang, ô liu, sung, hoa và cây lá, hoa anh đào, mận, đào, quả mọng đỏ, táo, nấm, rau, cỏ và bạch quả Kiểm soát côn trùng gây hại như Megalophora, olive weestro, Grape Black Weestro, Red Palm Weestro, Yellow Star Longicornis, Peach Neck-neck Weestro, Udon Nematophora, Double tufted Lepidophora, Zoysia Oryzae, Scirpus oryzae, Dipteryx japonica, Japanese Cherry Tree Borer, Peach small foodworm, aculema Japonica và Red mushroom. Việc đăng ký tuyến trùng gây bệnh cho côn trùng S. kushidai không được gia hạn.
3. Tóm tắt và triển vọng
Ở Nhật Bản, thuốc trừ sâu sinh học đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh lương thực, bảo vệ môi trường và đa dạng sinh học, duy trì phát triển nông nghiệp bền vững. Không giống như các quốc gia và khu vực như Hoa Kỳ, Liên minh Châu Âu, Trung Quốc và Việt Nam [1, 7-8], thuốc trừ sâu sinh học của Nhật Bản được định nghĩa hẹp là các tác nhân kiểm soát sinh học sống không biến đổi gen có thể được sử dụng làm vật tư trồng trọt hữu cơ. Hiện nay, có 47 loại thuốc trừ sâu sinh học đã được đăng ký và có hiệu quả tại Nhật Bản, thuộc về các loài thiên địch, vi sinh vật và tuyến trùng gây bệnh côn trùng, được sử dụng để phòng ngừa và kiểm soát các loài động vật chân đốt có hại, tuyến trùng ký sinh thực vật và các tác nhân gây bệnh trên cây trồng trong nhà kính và cây trồng trên đồng ruộng như rau, quả, lúa, cây chè, cây cối, hoa, cây cảnh và bãi cỏ. Mặc dù các loại thuốc trừ sâu sinh học này có ưu điểm là an toàn cao, nguy cơ kháng thuốc thấp, tự tìm kiếm hoặc tiêu diệt ký sinh trùng gây hại nhiều lần trong điều kiện thuận lợi, thời gian hiệu lực dài và tiết kiệm nhân công, nhưng chúng cũng có những nhược điểm như độ ổn định kém, hiệu lực chậm, khả năng tương thích kém, phổ kiểm soát và thời gian sử dụng hẹp. Mặt khác, phạm vi cây trồng và đối tượng kiểm soát để đăng ký và sử dụng thuốc trừ sâu sinh học tại Nhật Bản cũng tương đối hạn chế, không thể thay thế thuốc trừ sâu hóa học để đạt hiệu quả đầy đủ. Theo thống kê [3], năm 2020, giá trị thuốc trừ sâu sinh học được sử dụng tại Nhật Bản chỉ chiếm 0,8%, thấp hơn nhiều so với tỷ lệ số lượng hoạt chất được đăng ký.
Là hướng phát triển chủ đạo của ngành thuốc trừ sâu trong tương lai, thuốc trừ sâu sinh học đang được nghiên cứu, phát triển và đăng ký nhiều hơn cho sản xuất nông nghiệp. Cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ sinh học, lợi thế vượt trội về chi phí của việc nghiên cứu và phát triển thuốc trừ sâu sinh học, việc cải thiện an toàn và chất lượng thực phẩm, gánh nặng môi trường và các yêu cầu phát triển bền vững trong nông nghiệp, thị trường thuốc trừ sâu sinh học của Nhật Bản đang tiếp tục tăng trưởng nhanh chóng. Inkwood Research ước tính thị trường thuốc trừ sâu sinh học của Nhật Bản sẽ tăng trưởng với tốc độ kép hàng năm là 22,8% từ năm 2017 đến năm 2025, và dự kiến sẽ đạt 729 triệu đô la vào năm 2025. Với việc triển khai "Chiến lược Hệ thống Thực phẩm Xanh", thuốc trừ sâu sinh học đang được nông dân Nhật Bản sử dụng.
Thời gian đăng: 14-05-2024