土壤环境中生物农药毒理的研究进展

程典典，王丽梅，罗煜森，裴义山，徐 升

(福建工程学院 生态环境与城市建设学院 ， 福建 福州 350118)

1 我国生物农药的使用与污染现状

2016年以来，我国每年制定1000多项农药残留标准，到2020年农药残留标准将超过1万项；2015年以来，农药的使用量已经连续3年呈现负增长的趋势。近年来已禁用39种高毒高风险农药，5年内逐步禁用剩余的10种高毒农药。随着环保要求的日益提高，利用生物活体或其代谢产物对农业有害生物进行防治的生物农药，因其高效、低毒、无公害等特点迅速成为研究热点进入公众的视线。近几年，国务院陆续颁布了《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》(国发[2010]32号)、《生物产业发展规划》(国发[2012] 65号)等政策，农业部也颁发了《2015年低毒生物农药示范补助试点项目实施指导方案》、农业部在《到2020年农药使用量零增长行动方案》等政策中明确提出“扩大低毒生物农药补贴项目实施范围”推广生物农药的使用。目前已登记的生物农药有效成分有102个，占农药登记的16%，近年来以4%的速度递增，主要包括微生物农药、农用抗生素、植物源农药、生物化学农药和天敌昆虫农药、植物生长调节剂类农药等6大类型。2017年统计的数据显示我国生物农药防治覆盖率近10%，尽管近年来增长幅度较大，但仍比发达国家低20%～30%。

日益成长的有机农业，使得生物农药的需求逐渐上扬。一些生物农药的拥护者认为，生物农药是“天然的”，所以有一种误解，认为它们本身就是安全的。虽然在特定情况下这可能是正确的，但是自然产生的分子可能具有极大的毒性，且实际应用中存在农药复合使用情况。如郑超红等[1]对广州茂名地区的228批次水果、蔬菜中的农药残留状况进行检测，结果表明，生物农药检出115批次，检出率为50.4%，不合格样品检出21批次，不合格率为9.2%，并从数据可以看出，生物农药存在一定的残留量。因此，有必要评估生物农药对环境产生不利影响的潜力。

2 生物农药对土壤生物的毒理学研究

2.1 生物农药对土壤微生物的毒理研究

土壤中富含大量的微生物，其作为分解者对环境有着天然的净化与过滤作用。土壤微生物的多样性是保持农业生态系统健康和稳定的基础农药对土壤微生物的影响已经成为很多国家评价农药生态安全性的一个重要的指标[2-4]。

陈骏峰等[5]对0～10.0mg/kg浓度范围之间的甲维盐·毒死蜱对土壤微生物代谢活性的影响进行研究，结果表明该浓度范围内甲维盐·毒死蜱对土壤微生物量碳、氮、磷的含量都有一定的促进作用，但随着时间的推移，均恢复到和对照组一致的水平；但在一定程度上抑制了土壤微生物的呼吸作用，土壤中微生物的CO2释放量在0～7天逐渐下降。唐美珍等[6]进行40%甲维盐·毒死蜱对土壤微生物种群及呼吸作用的影响实验研究，结果表明2.5～10.0mg/kg的甲维盐·毒死蜱对0～20cm深的耕地棕壤中的真菌、细菌和放线菌都有一定的抑制作用，但随着浓度和时间的增加，其抑制强度都是先增强后降低，最后恢复到和对照组相一致的水平；且该实验条件下没有导致实验组和对照组之间产生显著的差异，说明在该实验条件下的甲维盐·毒死蜱对生物群落的多样性没有明显的影响。袁敏等[7]在盐胁迫下进行的甲维盐·毒死蜱对菜田土壤微生物生态效应研究表明，1.8%阿维菌素EC对小白菜根系棕壤中的细菌、真菌和放线菌都有一定的刺激作用，在一定时间内会引起微生物的增殖，并且会降低土壤中真菌的多样性，但随着时间的推移其刺激作用逐渐消失，其微生物数量也逐渐减少。L.B.Taiwo B.A等[8]以阿特拉津和除虫菊酯处理沙壤土，研究发现沙壤土中细菌、真菌和放线菌普遍增加，细菌和放线菌的种群在农药处理后3周达到高峰，真菌在处理后2周达到高峰。魏海燕[9]在枯草芽孢杆菌、春雷霉素对黑土微生物的生态研究中表明，32，320，1012，3200mg/kg的枯草芽孢杆菌会刺激土壤中的细菌、真菌和放线菌，且施药量越大、刺激性越强，其刺激的强度依次为细菌>放线菌>真菌。500，5000，25000，50000mg/kg的春雷霉素也对土壤中的细菌、真菌、放线菌产生刺激作用。Sunil Sing等[10]通过施用毒死蜱、氯氰菊酯和印楝素研究豇豆根际细菌群落的生长影响，当低剂量处理80d后土壤中毒死蜱和氯氰菊酯的残留浓度分别为0.18mg/kg、0.86mg/kg，高剂量时分别为0.36mg/kg、4.02mg/kg，并不能检测到生物农药印楝素残留水平。通过以上毒理研究表明，不同浓度、不同种类的生物农药对土壤微生物会产生不同的影响，其对土壤微生物可能会有抑制作用，也可能有促进作用。

2.2 生物农药对土壤动物的毒理学研究

土壤动物种类多、数量大、分布广，对环境变化极为敏感，有着很好的环境指示作用，是土壤污染的指示生物。国内外对于生物农药毒理学研究多以动物为对象开展，包括土壤污染指示生物与田间非靶标益虫。

生物农药的使用虽然大大降低了污染，但也杀死了非靶标的昆虫，包括害虫天敌、益虫等，直接影响生物防治效果。如寄生性昆虫赤眼蜂，其成虫产卵于宿主卵内引起宿主死亡，是目前国内使用最广泛的天敌昆虫之一，也是农药登记环境评价的重要靶标生物。许迪等[11]在研究阿维菌素等药剂及其混配制剂对赤眼蜂的安全性测试中对多杀菌素悬浮剂、阿维菌素乳油和高效氯氰菊酯3种农药对赤眼蜂的毒性进行测试，结果显示，4.5%高效氯氰菊酯水乳剂的LR50(24h)为2.711×10-5mg/cm2，安全系数为0.120，属于高风险性；而25g/L多杀菌素悬浮剂的LR50(24h)为1.341×10-5mg/cm2，安全系数为0.054；1.8%的阿维菌素乳油的LR50(24h)为1.420×10-5mg/cm2，安全系数为0.088，以上两种生物农药对赤眼蜂的安全系数较化学农药氯氰菊酯低，但仍属于高风险性。

七星瓢虫是常见的蚜虫天敌，以其防治柑橘园内的吹绵蚧，可取得良好的生物防治效果。崔丰莉等[12]研究了1.0%斑蝥素乳油对瓢虫的触杀和胃杀毒性，结果显示1.0%斑蝥素乳油对瓢虫的触杀和胃杀毒性的LC50分别为114.724mg/L和48.007mg/L，对瓢虫毒性属于低毒，但对蜜蜂、家蚕、蝌蚪等属于高毒。

家蚕作为一种经济虫类，是我国农药登记试验所必需的非靶标生物资源之一，故生物农药对家蚕的毒理研究较多。林涛等[13]通过测试9种不同农药对家蚕的毒性，得出甲维盐、阿维菌素对家蚕的LC50(96h)分别为2.05×10-3、8.59×10-4a.i.mg/L，表现为剧毒。黄露等[14]研究低剂量苦参碱对3～5龄家蚕的毒性行为，结果表明：低剂量苦参碱对家蚕生长发育和经济性状产生不良影响，其中3龄期的35.08μg/L处理组龄期延长效果和经济性状指标(如全茧量、茧层量、茧层率和好茧率)下降最为显著，龄期对比对照组延长了17.38h。吕铭潇等[15]对十种生物源农药对家蚕的LC50(96h)进行了测定，得到毒力大小：阿维菌素>苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒>氟铃脲>多杀霉素>虫酰肼>杀虫单>烟碱>印楝素>吡丙醚>苏云金杆菌，在95%置信限内以上药剂LC50(96h)分别为：2.89×10-3mg/L、2.15×10-2mg/L、8.91×10-2mg/L、1.16×10-1mg/L、5.50×10-1mg/L、7.62mg/L、>3.00×102mg/L、>1.00×103mg/L、>8.00×103mg/L，其中生物农药阿维菌素、苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒、多杀霉素属于剧毒级，苦参碱、印楝素、苏云金杆菌属于低毒级。孙新友等[16]采用毒叶饲喂法在室内测定了91种农药对家蚕的急性毒性，也得到了类似的结论。95%雷公藤总生物碱对对蜜蜂、家蚕为中毒；1.0%雷公藤生物碱微乳剂对家蚕为中毒，对蜜蜂均为低毒；雷公藤乙醇浸膏对蜜蜂、家蚕均为低毒[17]。以上表明生物源农药中不同作用机理的药剂，甚至是相同作用机理的药剂，处理家蚕后中毒表征也存在明显差异。

蚯蚓作为一种对土壤环境敏感的陆生无脊椎动物，已成为土壤污染生态毒理诊断的一个重要指标。目前，国内外关于农药对蚯蚓的毒性效应实验多集中于人工合成化学农药，关于生物农药对蚯蚓影响的研究较少。白桂芬[18]研究测得4.80g/L阿维菌素污染暴露24h即对蚯蚓产生致死效应，死亡率为3.33%；污染暴露48h时对蚯蚓致死率达16.67%；浓度为7.80g/L的阿维菌素污染暴露48h时对蚯蚓致死率达到86.67%；48h时对蚯蚓的LC50为6.35g/L。

曹四平等[19]以赤子爱胜蚓为受试生物，通过急性毒性实验和抗氧化酶活性测定研究植物性杀虫剂鱼藤酮、藜芦碱对蚯蚓的影响，结果表明藜芦碱、鱼藤酮对蚯蚓有致死效应，且鱼藤酮(24h的LC50为23.96mg/L)毒性强于藜芦碱(24h的LC50为40.67mg/L)。

两栖类动物是生态系统的重要组成部分，而污染物极易通过其高渗透性皮肤在体内富集，故环境污染物对两栖类动物影响的研究，正成为生态毒理学研究的热点。王丹丹等[20]通过研究阿维菌素对黑斑侧褶蛙的急性毒性、亚急性毒性、遗传毒性和生理毒性，综合分析阿维菌素的安全性。在急性毒性实验中，得到阿维菌素对黑斑侧褶蛙的安全浓度为0.004316mg/L，其对蛙的24h、48h、72h、96h的半致死率分别为0.3227mg/L、0.0966mg/L、0.0623mg/L、0.0432mg/L。在亚毒性实验中，在暴露期间蛙的肝脏组织损伤随AVMs增大而扩大，主要表现为在0.0003456mg/L的低浓度下蛙的肝组织疏松化、肝血窦轻微扩大、肝细胞索结构疏松并有轻微断裂趋势；在0.001728mg/L的中浓度下，肝组织疏松化严重，肝细胞索断裂严重不易分辨；在0.00864mg/L的高浓度下，以上各现象都大大加重，并且出现肝组织的局部细胞点状或片状坏死。在遗传毒性实验中，在3.2～10mg/L的浓度范围发现阿维菌素对蛙的红细胞微核具有明显的诱导作用。

周江[21]以大鼠及家兔为实验对象研究3%甲维盐微乳剂的毒性作用。在急性经口实验中，雄性大鼠的LD50为316mg/kg，雌性大鼠的LD50为464mg/kg；在急性经皮毒性实验中，对大鼠及家兔无刺激；在急性吸入实验中，雄性与雌性大鼠分别染毒2787.6mg/m3和3294.5mg/m3,染毒至120min，无大鼠死亡。Wise等[22]同样是研究甲维盐对大鼠的毒理学行为，他们发现甲维盐主要毒性表现为对大鼠幼鼠的神经性毒性和发育毒性，神经毒性表现为惊吓性行为和被动回避行为受阻，发育毒性则是使幼鼠发育迟缓。

茶皂素是一种从山茶属植物中提取的五环三萜类化合物，郭雪君等[23]以大鼠为对象研究了茶皂素为期90d亚慢性毒性。结果表明，在实验期间高(500mg/(kg·bw))、中(100mg/(kg·bw))、低(20mg/(kg·bw))剂量组均无死亡情况；低剂量对大鼠无明显异常影响，中高剂量会使大鼠体重明显下降，各生化指标如谷丙转氨酶、碱性磷酸酶、血清胆碱酯酶，发现雌性高剂量组与对照组相比有明显增高，但在此实验条件下，茶皂素仍为低毒性。

3 展望

随着人们环保意识的提高、法律法规的完善和现代高新技术在农业生产中的应用，生物农药的发展面临着良好的机遇与市场前景，其在病虫害综合防治中的地位和作用显得愈来愈重要。生物农药在农业中仍然是一个非常新兴的市场，在我国生物农药产业化和管理上都存在需要进步的地方。越来越多的研究成果表明并非所有生物农药都呈低毒无污染甚至无毒性，有些在使用过程中产生的农药残留对土壤生态环境与人类健康产生了潜在威胁。生物农药能否实现取代化学农药作为全球市场主要虫害控制技术，还需深化生物农药土壤污染研究。土壤环境组分复杂，土壤的pH和有机质含量对生物农药的影响较大，因此难以确定各类生物农药的检出限，也就没有系统的针对生物农药的土壤环境质量标准。同时，对于还在使用的化学农药，应加大研究力度，寻找其在生物农药领域的替代品，而已经在我国得到大力发展与推广的生物农药如拟除虫菊酯类农药、阿维菌素甲维盐、苏云金杆菌等，应控制其用量在一定范围内，将危害减小到最低。另一方面，随着农药制剂产业的快速发展，农药的多元复配和助剂的多样混配，使农药制剂的毒性千变万化，考察农药的毒性效应时，应该结合实际，考察多种农药的毒性叠加效应[24]。