土壤環(huán)境中生物農藥毒理的研究進展

程典典，王麗梅，羅煜森，裴義山，徐 升

(福建工程學院 生態(tài)環(huán)境與城市建設學院 ， 福建 福州 350118)

1 我國生物農藥的使用與污染現(xiàn)狀

2016年以來，我國每年制定1000多項農藥殘留標準，到2020年農藥殘留標準將超過1萬項；2015年以來，農藥的使用量已經(jīng)連續(xù)3年呈現(xiàn)負增長的趨勢。近年來已禁用39種高毒高風險農藥，5年內逐步禁用剩余的10種高毒農藥。隨著環(huán)保要求的日益提高，利用生物活體或其代謝產(chǎn)物對農業(yè)有害生物進行防治的生物農藥，因其高效、低毒、無公害等特點迅速成為研究熱點進入公眾的視線。近幾年，國務院陸續(xù)頒布了《關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》(國發(fā)[2010]32號)、《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》(國發(fā)[2012] 65號)等政策，農業(yè)部也頒發(fā)了《2015年低毒生物農藥示范補助試點項目實施指導方案》、農業(yè)部在《到2020年農藥使用量零增長行動方案》等政策中明確提出“擴大低毒生物農藥補貼項目實施范圍”推廣生物農藥的使用。目前已登記的生物農藥有效成分有102個，占農藥登記的16%，近年來以4%的速度遞增，主要包括微生物農藥、農用抗生素、植物源農藥、生物化學農藥和天敵昆蟲農藥、植物生長調節(jié)劑類農藥等6大類型。2017年統(tǒng)計的數(shù)據(jù)顯示我國生物農藥防治覆蓋率近10%，盡管近年來增長幅度較大，但仍比發(fā)達國家低20%～30%。

日益成長的有機農業(yè)，使得生物農藥的需求逐漸上揚。一些生物農藥的擁護者認為，生物農藥是“天然的”，所以有一種誤解，認為它們本身就是安全的。雖然在特定情況下這可能是正確的，但是自然產(chǎn)生的分子可能具有極大的毒性，且實際應用中存在農藥復合使用情況。如鄭超紅等[1]對廣州茂名地區(qū)的228批次水果、蔬菜中的農藥殘留狀況進行檢測，結果表明，生物農藥檢出115批次，檢出率為50.4%，不合格樣品檢出21批次，不合格率為9.2%，并從數(shù)據(jù)可以看出，生物農藥存在一定的殘留量。因此，有必要評估生物農藥對環(huán)境產(chǎn)生不利影響的潛力。

2 生物農藥對土壤生物的毒理學研究

2.1 生物農藥對土壤微生物的毒理研究

土壤中富含大量的微生物，其作為分解者對環(huán)境有著天然的凈化與過濾作用。土壤微生物的多樣性是保持農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康和穩(wěn)定的基礎農藥對土壤微生物的影響已經(jīng)成為很多國家評價農藥生態(tài)安全性的一個重要的指標[2-4]。

陳駿峰等[5]對0～10.0mg/kg濃度范圍之間的甲維鹽·毒死蜱對土壤微生物代謝活性的影響進行研究，結果表明該濃度范圍內甲維鹽·毒死蜱對土壤微生物量碳、氮、磷的含量都有一定的促進作用，但隨著時間的推移，均恢復到和對照組一致的水平；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釋放量在0～7天逐漸下降。唐美珍等[6]進行40%甲維鹽·毒死蜱對土壤微生物種群及呼吸作用的影響實驗研究，結果表明2.5～10.0mg/kg的甲維鹽·毒死蜱對0～20cm深的耕地棕壤中的真菌、細菌和放線菌都有一定的抑制作用，但隨著濃度和時間的增加，其抑制強度都是先增強后降低，最后恢復到和對照組相一致的水平；且該實驗條件下沒有導致實驗組和對照組之間產(chǎn)生顯著的差異，說明在該實驗條件下的甲維鹽·毒死蜱對生物群落的多樣性沒有明顯的影響。袁敏等[7]在鹽脅迫下進行的甲維鹽·毒死蜱對菜田土壤微生物生態(tài)效應研究表明，1.8%阿維菌素EC對小白菜根系棕壤中的細菌、真菌和放線菌都有一定的刺激作用，在一定時間內會引起微生物的增殖，并且會降低土壤中真菌的多樣性，但隨著時間的推移其刺激作用逐漸消失，其微生物數(shù)量也逐漸減少。L.B.Taiwo B.A等[8]以阿特拉津和除蟲菊酯處理沙壤土，研究發(fā)現(xiàn)沙壤土中細菌、真菌和放線菌普遍增加，細菌和放線菌的種群在農藥處理后3周達到高峰，真菌在處理后2周達到高峰。魏海燕[9]在枯草芽孢桿菌、春雷霉素對黑土微生物的生態(tài)研究中表明，32，320，1012，3200mg/kg的枯草芽孢桿菌會刺激土壤中的細菌、真菌和放線菌，且施藥量越大、刺激性越強，其刺激的強度依次為細菌>放線菌>真菌。500，5000，25000，50000mg/kg的春雷霉素也對土壤中的細菌、真菌、放線菌產(chǎn)生刺激作用。Sunil Sing等[10]通過施用毒死蜱、氯氰菊酯和印楝素研究豇豆根際細菌群落的生長影響，當?shù)蛣┝刻幚?0d后土壤中毒死蜱和氯氰菊酯的殘留濃度分別為0.18mg/kg、0.86mg/kg，高劑量時分別為0.36mg/kg、4.02mg/kg，并不能檢測到生物農藥印楝素殘留水平。通過以上毒理研究表明，不同濃度、不同種類的生物農藥對土壤微生物會產(chǎn)生不同的影響，其對土壤微生物可能會有抑制作用，也可能有促進作用。

2.2 生物農藥對土壤動物的毒理學研究

土壤動物種類多、數(shù)量大、分布廣，對環(huán)境變化極為敏感，有著很好的環(huán)境指示作用，是土壤污染的指示生物。國內外對于生物農藥毒理學研究多以動物為對象開展，包括土壤污染指示生物與田間非靶標益蟲。

生物農藥的使用雖然大大降低了污染，但也殺死了非靶標的昆蟲，包括害蟲天敵、益蟲等，直接影響生物防治效果。如寄生性昆蟲赤眼蜂，其成蟲產(chǎn)卵于宿主卵內引起宿主死亡，是目前國內使用最廣泛的天敵昆蟲之一，也是農藥登記環(huán)境評價的重要靶標生物。許迪等[11]在研究阿維菌素等藥劑及其混配制劑對赤眼蜂的安全性測試中對多殺菌素懸浮劑、阿維菌素乳油和高效氯氰菊酯3種農藥對赤眼蜂的毒性進行測試，結果顯示，4.5%高效氯氰菊酯水乳劑的LR50(24h)為2.711×10-5mg/cm2，安全系數(shù)為0.120，屬于高風險性；而25g/L多殺菌素懸浮劑的LR50(24h)為1.341×10-5mg/cm2，安全系數(shù)為0.054；1.8%的阿維菌素乳油的LR50(24h)為1.420×10-5mg/cm2，安全系數(shù)為0.088，以上兩種生物農藥對赤眼蜂的安全系數(shù)較化學農藥氯氰菊酯低，但仍屬于高風險性。

七星瓢蟲是常見的蚜蟲天敵，以其防治柑橘園內的吹綿蚧，可取得良好的生物防治效果。崔豐莉等[12]研究了1.0%斑蝥素乳油對瓢蟲的觸殺和胃殺毒性，結果顯示1.0%斑蝥素乳油對瓢蟲的觸殺和胃殺毒性的LC50分別為114.724mg/L和48.007mg/L，對瓢蟲毒性屬于低毒，但對蜜蜂、家蠶、蝌蚪等屬于高毒。

家蠶作為一種經(jīng)濟蟲類，是我國農藥登記試驗所必需的非靶標生物資源之一，故生物農藥對家蠶的毒理研究較多。林濤等[13]通過測試9種不同農藥對家蠶的毒性，得出甲維鹽、阿維菌素對家蠶的LC50(96h)分別為2.05×10-3、8.59×10-4a.i.mg/L，表現(xiàn)為劇毒。黃露等[14]研究低劑量苦參堿對3～5齡家蠶的毒性行為，結果表明：低劑量苦參堿對家蠶生長發(fā)育和經(jīng)濟性狀產(chǎn)生不良影響，其中3齡期的35.08μg/L處理組齡期延長效果和經(jīng)濟性狀指標(如全繭量、繭層量、繭層率和好繭率)下降最為顯著，齡期對比對照組延長了17.38h。呂銘瀟等[15]對十種生物源農藥對家蠶的LC50(96h)進行了測定，得到毒力大?。喊⒕S菌素>苜蓿銀紋夜蛾核型多角體病毒>氟鈴脲>多殺霉素>蟲酰肼>殺蟲單>煙堿>印楝素>吡丙醚>蘇云金桿菌，在95%置信限內以上藥劑LC50(96h)分別為：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，其中生物農藥阿維菌素、苜蓿銀紋夜蛾核型多角體病毒、多殺霉素屬于劇毒級，苦參堿、印楝素、蘇云金桿菌屬于低毒級。孫新友等[16]采用毒葉飼喂法在室內測定了91種農藥對家蠶的急性毒性，也得到了類似的結論。95%雷公藤總生物堿對對蜜蜂、家蠶為中毒；1.0%雷公藤生物堿微乳劑對家蠶為中毒，對蜜蜂均為低毒；雷公藤乙醇浸膏對蜜蜂、家蠶均為低毒[17]。以上表明生物源農藥中不同作用機理的藥劑，甚至是相同作用機理的藥劑，處理家蠶后中毒表征也存在明顯差異。

蚯蚓作為一種對土壤環(huán)境敏感的陸生無脊椎動物，已成為土壤污染生態(tài)毒理診斷的一個重要指標。目前，國內外關于農藥對蚯蚓的毒性效應實驗多集中于人工合成化學農藥，關于生物農藥對蚯蚓影響的研究較少。白桂芬[18]研究測得4.80g/L阿維菌素污染暴露24h即對蚯蚓產(chǎn)生致死效應，死亡率為3.33%；污染暴露48h時對蚯蚓致死率達16.67%；濃度為7.80g/L的阿維菌素污染暴露48h時對蚯蚓致死率達到86.67%；48h時對蚯蚓的LC50為6.35g/L。

曹四平等[19]以赤子愛勝蚓為受試生物，通過急性毒性實驗和抗氧化酶活性測定研究植物性殺蟲劑魚藤酮、藜蘆堿對蚯蚓的影響，結果表明藜蘆堿、魚藤酮對蚯蚓有致死效應，且魚藤酮(24h的LC50為23.96mg/L)毒性強于藜蘆堿(24h的LC50為40.67mg/L)。

兩棲類動物是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，而污染物極易通過其高滲透性皮膚在體內富集，故環(huán)境污染物對兩棲類動物影響的研究，正成為生態(tài)毒理學研究的熱點。王丹丹等[20]通過研究阿維菌素對黑斑側褶蛙的急性毒性、亞急性毒性、遺傳毒性和生理毒性，綜合分析阿維菌素的安全性。在急性毒性實驗中，得到阿維菌素對黑斑側褶蛙的安全濃度為0.004316mg/L，其對蛙的24h、48h、72h、96h的半致死率分別為0.3227mg/L、0.0966mg/L、0.0623mg/L、0.0432mg/L。在亞毒性實驗中，在暴露期間蛙的肝臟組織損傷隨AVMs增大而擴大，主要表現(xiàn)為在0.0003456mg/L的低濃度下蛙的肝組織疏松化、肝血竇輕微擴大、肝細胞索結構疏松并有輕微斷裂趨勢；在0.001728mg/L的中濃度下，肝組織疏松化嚴重，肝細胞索斷裂嚴重不易分辨；在0.00864mg/L的高濃度下，以上各現(xiàn)象都大大加重，并且出現(xiàn)肝組織的局部細胞點狀或片狀壞死。在遺傳毒性實驗中，在3.2～10mg/L的濃度范圍發(fā)現(xiàn)阿維菌素對蛙的紅細胞微核具有明顯的誘導作用。

周江[21]以大鼠及家兔為實驗對象研究3%甲維鹽微乳劑的毒性作用。在急性經(jīng)口實驗中，雄性大鼠的LD50為316mg/kg，雌性大鼠的LD50為464mg/kg；在急性經(jīng)皮毒性實驗中，對大鼠及家兔無刺激；在急性吸入實驗中，雄性與雌性大鼠分別染毒2787.6mg/m3和3294.5mg/m3,染毒至120min，無大鼠死亡。Wise等[22]同樣是研究甲維鹽對大鼠的毒理學行為，他們發(fā)現(xiàn)甲維鹽主要毒性表現(xiàn)為對大鼠幼鼠的神經(jīng)性毒性和發(fā)育毒性，神經(jīng)毒性表現(xiàn)為驚嚇性行為和被動回避行為受阻，發(fā)育毒性則是使幼鼠發(fā)育遲緩。

茶皂素是一種從山茶屬植物中提取的五環(huán)三萜類化合物，郭雪君等[23]以大鼠為對象研究了茶皂素為期90d亞慢性毒性。結果表明，在實驗期間高(500mg/(kg·bw))、中(100mg/(kg·bw))、低(20mg/(kg·bw))劑量組均無死亡情況；低劑量對大鼠無明顯異常影響，中高劑量會使大鼠體重明顯下降，各生化指標如谷丙轉氨酶、堿性磷酸酶、血清膽堿酯酶，發(fā)現(xiàn)雌性高劑量組與對照組相比有明顯增高，但在此實驗條件下，茶皂素仍為低毒性。

3 展望

隨著人們環(huán)保意識的提高、法律法規(guī)的完善和現(xiàn)代高新技術在農業(yè)生產(chǎn)中的應用，生物農藥的發(fā)展面臨著良好的機遇與市場前景，其在病蟲害綜合防治中的地位和作用顯得愈來愈重要。生物農藥在農業(yè)中仍然是一個非常新興的市場，在我國生物農藥產(chǎn)業(yè)化和管理上都存在需要進步的地方。越來越多的研究成果表明并非所有生物農藥都呈低毒無污染甚至無毒性，有些在使用過程中產(chǎn)生的農藥殘留對土壤生態(tài)環(huán)境與人類健康產(chǎn)生了潛在威脅。生物農藥能否實現(xiàn)取代化學農藥作為全球市場主要蟲害控制技術，還需深化生物農藥土壤污染研究。土壤環(huán)境組分復雜，土壤的pH和有機質含量對生物農藥的影響較大，因此難以確定各類生物農藥的檢出限，也就沒有系統(tǒng)的針對生物農藥的土壤環(huán)境質量標準。同時，對于還在使用的化學農藥，應加大研究力度，尋找其在生物農藥領域的替代品，而已經(jīng)在我國得到大力發(fā)展與推廣的生物農藥如擬除蟲菊酯類農藥、阿維菌素甲維鹽、蘇云金桿菌等，應控制其用量在一定范圍內，將危害減小到最低。另一方面，隨著農藥制劑產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，農藥的多元復配和助劑的多樣混配，使農藥制劑的毒性千變萬化，考察農藥的毒性效應時，應該結合實際，考察多種農藥的毒性疊加效應[24]。