農(nóng)藥對(duì)人體健康及生態(tài)環(huán)境的影響

仕影 陳景三 于穩(wěn)欠 楊敏 馬海嬌 毛偉力

摘要 隨著世界人口的不斷增長(zhǎng)以及人類對(duì)生活品質(zhì)要求的不斷提升，糧食安全與生態(tài)健康是在全球環(huán)境逐步惡化的現(xiàn)實(shí)中所必須面臨，同時(shí)又必須用新的科技手段不斷加以改善和提高的一個(gè)挑戰(zhàn)。從20世紀(jì)40年代至今，化學(xué)農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的大量應(yīng)用，為保證世界的糧食安全作出了巨大貢獻(xiàn)，同時(shí)，也給人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境帶來了不可避免且日益加深的危害，進(jìn)而也嚴(yán)重影響了人體健康。為了既保證糧食安全，又保持生態(tài)健康，科研工作者已研制出多種與化學(xué)農(nóng)藥功能相似的生物農(nóng)藥。主要敘述了使用化學(xué)農(nóng)藥為人類糧食安全所作出的貢獻(xiàn)以及對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康所產(chǎn)生的危害，生物農(nóng)藥的發(fā)展現(xiàn)狀、特點(diǎn)和發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞 化學(xué)農(nóng)藥;生物農(nóng)藥;生態(tài)環(huán)境;人體健康;發(fā)展現(xiàn)狀;特點(diǎn)

中圖分類號(hào) S 181.3? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 0517-6611（2022）06-0053-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.06.012

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Effects of Pesticides on Human Health and Ecological Environment

SHI Ying1， CHEN Jing-san2， YU Wen-qian1 et al

（1.Shanghai Wanlihua Biological Technology Co.， Ltd.， Shanghai 201203;2.Liyuan Hospital-Oncology Department Affiliated to Huazhong University of Science & Technology-Tongji Medical College， Wuhan， Hubei 430077）

Abstract With the continuous growth of the world population and the continuous improvement of human life quality requirements，food security and eco-environment health are a challenge that we must face in the reality of the gradual deterioration of the global environment， and meanwhile， we must constantly improve and enhance them by means of new scientific technologies.Since the 1940s， the application of chemical pesticides in agricultural production has made a great contribution to ensuring the worlds food security，however， it has also brought inevitable and deepening harm to the eco-environment that human beings depend on， which has then seriously affected human health.In order to guarantee the food security and maintain the eco-environment health， researchers have developed a variety of biological pesticides which are similar in functions to chemical pesticides. This article mainly described the contribution of the use of chemical pesticides to human food security， the harm to the ecological environment and human health， the development status， characteristics and development prospects of biological pesticides.

Key words Chemical pesticide;Biological pesticide;Eco-environment;Human health;Development status;Characteristics

基金項(xiàng)目 大理州毛偉力專家工作站（大科聯(lián)發(fā)〔2019〕6號(hào)）。

作者簡(jiǎn)介 仕影（1988—），女，安徽亳州人，農(nóng)藝師，從事生物農(nóng)藥的推廣與應(yīng)用研究。*通信作者，博士，從事生物農(nóng)藥產(chǎn)品的研發(fā)與開發(fā)工作。

收稿日期 2021-03-24;修回日期 2021-06-07

農(nóng)藥廣義的定義是指用于預(yù)防、消滅或者控制危害農(nóng)業(yè)、林業(yè)的病、蟲、草和其他有害生物以及有目的地調(diào)節(jié)、控制、影響植物和有害生物代謝、生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖過程的化學(xué)合成或者來源于生物、其他天然產(chǎn)物及應(yīng)用生物技術(shù)產(chǎn)生的一種物質(zhì)或者幾種物質(zhì)的混合物及其制劑。隨著人口的不斷增加，對(duì)糧食的需求量與日俱增。從20世紀(jì)初至今，化學(xué)農(nóng)藥在世界糧、棉、油、果、蔬等各類作物的生產(chǎn)中，確實(shí)給人類帶來了實(shí)際效益，為保障世界的糧食安全起到了至關(guān)重要的作用。同時(shí)也導(dǎo)致了世界許多地區(qū)在作物種植生產(chǎn)過程中對(duì)農(nóng)藥的高度依賴，甚至過量施用，嚴(yán)重地影響了地球的生態(tài)環(huán)境和人體健康。隨著人類社會(huì)文明與科技水平的不斷進(jìn)步，許多環(huán)保型高效、低毒、低殘留的生物農(nóng)藥已投入到農(nóng)作物的生產(chǎn)中，在一定程度上減少和取代了化學(xué)農(nóng)藥的使用。筆者主要敘述了使用化學(xué)農(nóng)藥為人類糧食安全所作出的貢獻(xiàn)以及對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康所產(chǎn)生的危害，生物農(nóng)藥的發(fā)展現(xiàn)狀、特點(diǎn)和發(fā)展前景。

1 化學(xué)農(nóng)藥的利弊

1.1 為人類社會(huì)解決了糧食安全問題

根據(jù)聯(lián)合國(guó)人口事務(wù)部統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)（圖1）來看，世界人口總數(shù)在100年內(nèi)已從1900年的15億增至2000年的61億，并將在2050年增長(zhǎng)到94億～100億[1]。同時(shí)，據(jù)我國(guó)人口和計(jì)劃生育委員會(huì)的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)，我國(guó)在新中國(guó)成立初期的人口總數(shù)約為5億，而在2000年人口總數(shù)已接近13億，占世界人口總數(shù)的21%;雖然我國(guó)目前已成為世界低生育國(guó)家之一，但由于人口基數(shù)大，到2030年，人口總數(shù)將接近15億（圖1）。世界人口在20世紀(jì)和21世紀(jì)的迅猛增長(zhǎng)，必須以農(nóng)產(chǎn)品特別是糧食總量的增長(zhǎng)為基礎(chǔ)?？茖W(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是從21世紀(jì)初至今，將化肥和化學(xué)農(nóng)藥投入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用，為保障世界糧食總量和農(nóng)副產(chǎn)品的不斷增長(zhǎng)起到了至關(guān)重要的作用，同時(shí)也為人類社會(huì)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 化學(xué)農(nóng)藥的開發(fā)和應(yīng)用，包括殺蟲劑、殺菌劑、除草劑、熏蒸劑、殺螨劑、殺藻劑、殺軟體動(dòng)物劑、殺鼠劑、昆蟲生長(zhǎng)調(diào)節(jié)和性誘導(dǎo)劑以及家庭衛(wèi)生用品等，是用來滅殺或驅(qū)趕有害生物，保護(hù)農(nóng)作物和人們的生活免遭病原菌、害蟲、雜草等有害生物的侵染和危害，從極大程度上保護(hù)和提高了農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)，確保了全世界（除少數(shù)地區(qū)因戰(zhàn)爭(zhēng)或政治問題外）沒有因人口的不斷增長(zhǎng)而造成糧食供給的安全問題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前世界范圍內(nèi)由于使用化學(xué)農(nóng)藥所避免和挽回的農(nóng)業(yè)病、蟲、草害損失占糧食總產(chǎn)量的1/3以上[2]。歷史上著名的愛爾蘭大饑荒發(fā)生在1845年，是由一種毀滅性馬鈴薯疫病引起的。該病害在愛爾蘭地區(qū)持續(xù)暴發(fā)了7年之久，造成150萬愛爾蘭人由于糧食短缺而死亡。假如當(dāng)時(shí)已有了化學(xué)農(nóng)藥，就能有效地防控該病害的暴發(fā)和流行，避免了大饑荒的發(fā)生。

1.2 對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康的影響

從20世紀(jì)40年代中期開始，世界范圍化學(xué)農(nóng)藥的產(chǎn)量以每年11%的速度快速增長(zhǎng)，已從20世紀(jì)50年代初的約為20萬t/a，上升至21世紀(jì)初的接近600萬t/a（圖2）[3];針對(duì)不同害蟲、病原菌、雜草以及其他有害生物的成百上千種人工合成的化學(xué)農(nóng)藥，不斷地走向市場(chǎng)，投入到世界各地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)和家庭衛(wèi)生應(yīng)用中。這些人工合成的化學(xué)農(nóng)藥包括有機(jī)氯、有機(jī)磷、有機(jī)鹽、有機(jī)氮、氨基甲酸酯、除蟲菊酯等類別的多個(gè)系列產(chǎn)品。我國(guó)是化學(xué)農(nóng)藥的生產(chǎn)和使用大國(guó)，農(nóng)藥生產(chǎn)量已由20世紀(jì)90年代的全球第二上升為目前的世界第一。2007年的年平均農(nóng)藥使用量約為40.5 kg/hm2，年均化學(xué)防治面積達(dá)到3億hm2/次，并仍以每年7%～10%的速度增加[4-5]，直到2015年我國(guó)農(nóng)業(yè)部出臺(tái)了“農(nóng)藥、化肥雙減計(jì)劃指導(dǎo)意見”。如此巨大的農(nóng)藥使用量已遠(yuǎn)超了世界農(nóng)藥平均使用水平?；瘜W(xué)農(nóng)藥在世界范圍農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的長(zhǎng)期和大量投入，特別是在許多不發(fā)達(dá)國(guó)家中的濫用，不僅對(duì)全球的生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞，同時(shí)直接影響了農(nóng)業(yè)耕地的再生產(chǎn)力和可持續(xù)發(fā)展。在全球使用的農(nóng)藥總量中，有80%的農(nóng)藥可通過風(fēng)、雨、蒸發(fā)以及水的流動(dòng)等自然現(xiàn)象，直接或間接地進(jìn)入到大氣、土壤、地下水（湖、河、海洋）等生態(tài)環(huán)境中[6]。許多農(nóng)藥特別是在20世紀(jì)生產(chǎn)的多種有機(jī)氯、有機(jī)磷等劇毒農(nóng)藥，可在環(huán)境中長(zhǎng)期保持毒性并隨著生態(tài)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行漂移和流動(dòng)。存在于環(huán)境中的農(nóng)藥可通過接觸、呼吸、飲水和食物鏈等方式，直接或間接地進(jìn)入到人、動(dòng)物或其他生物體中，使人體健康和其他有益生物（蜂、鳥、兩棲動(dòng)物、魚和小型哺乳動(dòng)物）受到了極大的威脅和破壞[7-8]。目前，全球每年大約有3 700萬人的死亡是因?yàn)榄h(huán)境因素造成的，其中包括由于化學(xué)農(nóng)藥對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染而直接或間接導(dǎo)致的死亡[5]。同時(shí)，全世界每年約有35萬人因使用不當(dāng)或過度直接接觸各種農(nóng)藥而導(dǎo)致的中毒死亡[9]。

1.2.1 對(duì)大氣的污染。

全球生產(chǎn)的各種有機(jī)合成農(nóng)藥以及在這些農(nóng)藥制劑中所添加的多種助劑都具有一定的揮發(fā)性。世界各地的成千上萬個(gè)農(nóng)藥生產(chǎn)工廠，特別是在不發(fā)達(dá)國(guó)家的生產(chǎn)廠家，每天都或多或少地向大氣中排放一定含量的有毒氣體。同時(shí)，遍布在世界各地的農(nóng)業(yè)工作者，每天都會(huì)將上萬噸的多種農(nóng)藥投入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的活動(dòng)中去。在地上部分所使用的農(nóng)藥中，只有10%～20%附著在作物體上，40%～60%撒落到地表，其余的都釋放并漂浮于大氣中[10]，這些漂浮于大氣中的農(nóng)藥會(huì)隨著氣流的運(yùn)動(dòng)從農(nóng)藥的施用地轉(zhuǎn)移到其他地區(qū)，甚至是很遠(yuǎn)的地方。例如，在美國(guó)南部農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中所使用的六六六（HCH）、氯丹、毒殺酚等農(nóng)藥，通過揮發(fā)和風(fēng)的作用進(jìn)入大氣，并被漂移至加拿大五大湖的上空，又在大氣層的低溫作用下凝聚并隨著雨水下沉至湖水中[11]。在香蕉生產(chǎn)中使用的有機(jī)磷殺蟲劑——毒死蜱，已從中美洲的熱帶雨林地區(qū)轉(zhuǎn)移至南極地區(qū)，同時(shí)在喜馬拉雅山的高原地區(qū)也可以監(jiān)測(cè)到微量的農(nóng)藥殘留[12-13]。

以上的數(shù)據(jù)和事實(shí)已充分說明，長(zhǎng)期而大量的化學(xué)農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的投入不僅會(huì)造成農(nóng)藥使用地區(qū)大氣的嚴(yán)重污染，同時(shí)會(huì)伴隨著空氣的流動(dòng)從一個(gè)地區(qū)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)或多個(gè)不同的地區(qū)。通過大氣傳播的污染速度快、地域廣，受到影響和危害的人群及其他生物數(shù)量大。地球上絕大多數(shù)的生命體都必須依賴大氣而生存，但隨著工業(yè)化、城市化的高速發(fā)展，以及越來越多的農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的投入，全球的大氣污染也在日益加深。

1.2.2 對(duì)土壤的污染。

在多種人工合成的農(nóng)藥系列產(chǎn)品中，有許多是專門為滅殺生存在土壤中的病原菌、害蟲、線蟲、軟體動(dòng)物、雜草和老鼠等有害生物而設(shè)計(jì)的。這些農(nóng)藥都會(huì)通過一定的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式在作物播種前或生長(zhǎng)過程中施用到土壤中，許多屬于高殘留農(nóng)藥。例如，在20世紀(jì)80年代已被禁止生產(chǎn)和使用的有機(jī)氯等劇毒農(nóng)藥DDT、HCH，其半衰期可長(zhǎng)達(dá)60年。我國(guó)在2007年對(duì)300多種中藥材的樣品進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)這些樣品全部都含有有機(jī)氯農(nóng)藥的殘留，說明這些農(nóng)藥能長(zhǎng)期保留在土壤或水體中，并在植物體內(nèi)形成生物累積[13]。許多不發(fā)達(dá)地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者堅(jiān)持傳統(tǒng)習(xí)慣，不按科學(xué)的管理方式進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，長(zhǎng)期單一地種植同一種作物并使用同一種或幾種農(nóng)藥，使土壤中有害生物對(duì)所使用的農(nóng)藥產(chǎn)生了抗藥性，而為了防控這些有害生物，保證作物產(chǎn)量，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者采用增加農(nóng)藥的使用量，導(dǎo)致土壤中的有害生物對(duì)所使用農(nóng)藥的抗藥性進(jìn)一步增強(qiáng)，進(jìn)而增加了農(nóng)藥在土壤中的殘留量。另外，遍布世界各地特別是不發(fā)達(dá)國(guó)家的農(nóng)藥生產(chǎn)廠家，對(duì)農(nóng)藥生產(chǎn)可能產(chǎn)生的廢棄物沒有采取合理有效的環(huán)保措施，每天也有大量的農(nóng)藥廢棄物被排放到大氣、地下水和土壤中。通過施用或排放進(jìn)入土壤中的農(nóng)藥可在環(huán)境之間發(fā)生轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換，并延伸到區(qū)域外的其他生態(tài)系統(tǒng)中去，影響和危害人體和其他非靶標(biāo)生物[14]。這些農(nóng)藥可在土壤細(xì)菌或其他微生物的代謝作用下，由一種有毒化合物轉(zhuǎn)變成另一種或幾種有毒化合物，例如，硫丹（endosulfan）可轉(zhuǎn)變成硫丹硫酸（endosulfan sulfate），DDT可轉(zhuǎn)變成雙（對(duì)氯苯基）-2氯乙烯（DDE）[15]。DDE具有親脂性，能通過食物鏈儲(chǔ)存并積累在人體和動(dòng)物的脂肪組織中，有干擾內(nèi)分泌和抗雄激素的作用[16]。

1.2.3 對(duì)地下水以及河、湖、海的污染。

無論是施用在地表還是土壤中的農(nóng)藥，大多數(shù)會(huì)通過雨水和農(nóng)業(yè)灌溉進(jìn)入到地下水中，進(jìn)而流入附近的湖、河、海中，再隨著這些水體的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)移到其他或更遠(yuǎn)的區(qū)域。最近的研究表明，由于農(nóng)藥的大量使用，特別是除草劑、殺蟲劑的過量使用，它們的殘留經(jīng)地下水、河流匯入了大海，已對(duì)澳大利亞大堡礁的生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重影響，大堡礁的珊瑚、藻類與礁體的共生關(guān)系受到了極大的威脅[17]。同時(shí)，近20年開發(fā)出的低毒、易降解的殺蟲劑、除草劑，例如毒死蜱、對(duì)硫磷、異丙隆、草甘膦等仍常在世界各地的河流、湖泊中被檢測(cè)到，特別是草甘膦的濃度在許多地區(qū)的地表水中呈上升趨勢(shì)[18-19]。這些事實(shí)說明由化學(xué)農(nóng)藥對(duì)水資源所產(chǎn)生的污染已嚴(yán)重地破壞了地球水環(huán)境的生態(tài)平衡，侵蝕了人類、牲畜和其他動(dòng)物的飲用水資源。在20世紀(jì)90年代，我國(guó)化學(xué)農(nóng)藥的生產(chǎn)能力和使用量的不斷提升，使部分江河湖泊等飲用水資源受到不同程度的污染和破壞。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，水體中來自20世紀(jì)使用的有機(jī)氯農(nóng)藥DDD、DDT、HCH等殘留的含量已超出了國(guó)家飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，長(zhǎng)期飲用含有有機(jī)氯農(nóng)藥殘留污染水的人群，特別是兒童，有患癌癥的高致病風(fēng)險(xiǎn)[20]。

1.3 對(duì)人體健康的影響

隨著人類科技與工業(yè)化水平的不斷進(jìn)步，越來越多的人造或由人工合成材料制成的物資和用品充數(shù)在人們?nèi)粘５墓ぷ?、學(xué)習(xí)和生活中，它們改變了人類的生活方式，提高了生活水平和品質(zhì)。同時(shí)，它們對(duì)人類賴以生存的環(huán)境也造成了嚴(yán)重的污染，進(jìn)而直接或間接地影響和危害了人體健康。在現(xiàn)代人類社會(huì)中，引起許多疾病的原因與環(huán)境污染有關(guān)，約有25%的疾病和死亡是由環(huán)境惡化因素造成的[5]。在諸多引起環(huán)境變化和污染的因素中，化學(xué)農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的大量投入是重要的因素之一。存在于環(huán)境中的農(nóng)藥或殘留，可通過接觸、呼吸、飲水和食物鏈等方式，直接或間接地被人體吸收，同時(shí)還能在母親的妊娠期或通過母乳轉(zhuǎn)移到胎兒和嬰、幼兒的體內(nèi)，它們不但會(huì)造成人體因急性中毒而導(dǎo)致的不同癥狀或死亡，還可以在人體內(nèi)長(zhǎng)期積累，影響人體多種生理生化、新陳代謝、發(fā)育、生殖等功能，破壞人體中樞神經(jīng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)，進(jìn)而導(dǎo)致或誘導(dǎo)惡性腫瘤細(xì)胞的形成和生長(zhǎng)，使癌癥發(fā)病率逐年提升[21-22]。

1.3.1 直接影響。

在農(nóng)藥的生產(chǎn)、運(yùn)輸、分裝和銷售以及施用過程中，由多種原因而導(dǎo)致的農(nóng)藥急性中毒事故時(shí)有發(fā)生，與農(nóng)藥直接接觸的工作人員以及事故發(fā)生地附近的居民和其他生物都可能是事故的直接受害者。據(jù)世界衛(wèi)生組織報(bào)道，全球每年約有100萬人遭遇農(nóng)藥急性中毒，其中8萬～12萬人死亡大多發(fā)生在發(fā)展中國(guó)家[8]。在21世紀(jì)初，我國(guó)每年發(fā)生的農(nóng)藥中毒事故達(dá)10萬人次，死亡人數(shù)約占10%[10]。1995年廣西賓陽縣一所學(xué)校的學(xué)生因食用了含有劇毒農(nóng)藥的白菜，導(dǎo)致500多名學(xué)生集體中毒。農(nóng)藥急性中毒一般是通過口服、吸入和皮膚接觸進(jìn)入人體而導(dǎo)致（圖3a），大多是由除草劑、殺蟲劑和殺鼠劑引起的（圖3b）。輕度中毒者一般會(huì)出現(xiàn)頭痛、惡心、胸悶、哮喘、無力等癥狀;中度中毒者會(huì)出現(xiàn)呼吸稍困難、流涎、腹痛、腹瀉、意識(shí)不清等癥狀;重度中毒者會(huì)出現(xiàn)肺水腫、昏迷、呼吸麻痹、腦水腫等癥狀，甚至死亡[22-23]。

1.3.2 長(zhǎng)期影響。

化學(xué)農(nóng)藥在世界范圍農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的大量投入已有半個(gè)世紀(jì)之久，對(duì)全球的生態(tài)環(huán)境和人體健康產(chǎn)生了持久而深重的影響和破壞。長(zhǎng)期直接接觸化學(xué)農(nóng)藥的農(nóng)藥生產(chǎn)和使用者，長(zhǎng)期生活在被農(nóng)藥污染環(huán)境中（農(nóng)藥生產(chǎn)廠附近）的居民或把被農(nóng)藥污染的水作為生活用水的人群，長(zhǎng)期食用被農(nóng)藥殘留污染的各類食品的民眾，雖然他們不會(huì)馬上表現(xiàn)出各種不良的反應(yīng)和癥狀，但被人體吸收的農(nóng)藥殘留可在人體的多種器官和組織內(nèi)富集，進(jìn)而產(chǎn)生和形成“慢性中毒”[22-23]。根據(jù)人體長(zhǎng)期攝入的不同種類的農(nóng)藥殘留以及這些殘留在人體不同器官或組織中的富集，慢性中毒對(duì)人體可造成以下幾種主要的影響：①有機(jī)磷、氨基甲酸酯、甲基溴（熏蒸劑）類農(nóng)藥殘留可在人體中富集，并抑制膽堿酯酶的活性，逐步影響和破壞人體中樞神經(jīng)的正常功能，表現(xiàn)出神經(jīng)功能紊亂、震顫、反應(yīng)遲鈍、精神錯(cuò)亂、語言失常等癥狀[13，23]。②有機(jī)氯、除草劑類農(nóng)藥可在人體脂肪組織中富集，主要影響和破壞人體的內(nèi)分泌系統(tǒng)，導(dǎo)致成年男性雄性激素分泌紊亂，精子質(zhì)量和數(shù)量下降，受孕率降低;可通過母體影響胎兒的生長(zhǎng)發(fā)育，使胎兒畸形、早產(chǎn)或死亡;導(dǎo)致新生兒、兒童、青少年出現(xiàn)發(fā)育遲緩或早熟、智商低下[22，24]。越戰(zhàn)期間，美軍在越南使用了大量高濃度的脫葉劑（2，4-D和2，4，5-T），造成許多美國(guó)軍人回國(guó)后生的孩子患有遺傳缺陷癥和其他多種疾病，同時(shí)也造成越南出現(xiàn)約5萬名畸形兒童。③除蟲菊酯類、有機(jī)磷類殺蟲劑農(nóng)藥在人體內(nèi)積累，可能引起皮膚的多種不適和疾病，例如對(duì)硫磷能引起全身皮膚出現(xiàn)紅斑，嚴(yán)重者的皮膚會(huì)出現(xiàn)松解壞死癥[13，24]。綜上所述，許多化學(xué)農(nóng)藥，特別是20世紀(jì)大量使用的有機(jī)氯、有機(jī)磷等，其殘留的半衰期可長(zhǎng)達(dá)60年以上，不但可在環(huán)境中長(zhǎng)期存在，還能通過大氣、水流等運(yùn)動(dòng)以及生態(tài)循環(huán)和食物鏈，長(zhǎng)期不斷地影響和破壞人體健康，特別是對(duì)孕婦、新生兒以及成長(zhǎng)的孩子們所造成的影響和破壞是值得全社會(huì)必須面對(duì)和關(guān)注的一個(gè)重要問題。

1.3.3 誘導(dǎo)和促進(jìn)癌癥的發(fā)生。

世界衛(wèi)生組織在“2016世界癌癥報(bào)告”中指出，全球癌癥發(fā)病率和死亡率特別是在發(fā)展中國(guó)家呈持續(xù)上升的趨勢(shì);2012年的癌癥新病例有50%發(fā)生在亞洲，其中超過50%發(fā)生在中國(guó)[8]。世界范圍的癌癥發(fā)病率不斷上升，與人類生存環(huán)境的惡化息息相關(guān)，因?yàn)榘┌Y的發(fā)生與發(fā)展是環(huán)境因素與人體自身的遺傳因素相互作用的結(jié)果[21]。環(huán)境中存在的可致癌物有化學(xué)的（二噁英、DDT、HCH等）、物理的（紫外線、放射性物質(zhì)產(chǎn)生的輻射等）和生物的（幽門螺旋桿菌、黃曲霉、乙肝和丙肝病毒等）。當(dāng)人體在被污染的環(huán)境中長(zhǎng)期工作和生活，致癌物可通過接觸、呼吸、飲水和食物進(jìn)入人體，在人體的器官和組織中富集，并通過對(duì)人體正常的生理生化、內(nèi)分泌等作用的影響或改變，進(jìn)而誘導(dǎo)了人體細(xì)胞中遺傳物質(zhì)（DNA）結(jié)構(gòu)的改變，使人體正常細(xì)胞發(fā)生了非遺傳性癌變[25-26]。當(dāng)人體內(nèi)某些器官或組織的細(xì)胞發(fā)生癌變后，存在于人體內(nèi)的致癌物還能進(jìn)一步促進(jìn)癌癥的發(fā)展與惡化[27]。如上所述，許多存在于環(huán)境中或已在人體中富集的農(nóng)藥殘留有影響人體內(nèi)分泌正常功能的作用;它們能干擾人體內(nèi)多種激素的合成、分泌、運(yùn)輸、結(jié)合、代謝等功能，破壞了人體在內(nèi)分泌系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)之間的信息傳遞及其對(duì)機(jī)體的調(diào)節(jié)功能，進(jìn)而干擾和破壞了人體免疫系統(tǒng)的抗癌功能[25]。

在已經(jīng)禁止使用和目前仍在使用的農(nóng)藥中，科研人員已發(fā)現(xiàn)至少有幾十種農(nóng)藥具有誘導(dǎo)和促進(jìn)癌癥發(fā)生的作用（表1）[21]。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，美國(guó)加州1988—2010年共有139 000名從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的工人，其中3 600名工人被檢查出患有不同種類的癌癥，發(fā)病率約為2.58%。在這些患者中，高癌癥發(fā)病部位是前列腺、腎臟、大腦、肝臟、胃、乳腺、子宮頸、皮膚（黑色素瘤）、結(jié)腸和直腸[28]。由于長(zhǎng)期接觸和暴露在含有大量農(nóng)藥的環(huán)境中，不僅從事農(nóng)藥生產(chǎn)和使用的工作者屬于癌癥高發(fā)人群，同時(shí)這些工作者的家屬，特別是孩子也有患腦癌、白血病、尤因肉瘤和生殖細(xì)胞瘤的高風(fēng)險(xiǎn)性[29]。

2 生物農(nóng)藥的發(fā)展現(xiàn)狀和特點(diǎn)

2.1 發(fā)展與現(xiàn)狀

從20世紀(jì)50年代開始，科研人員已逐步發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)到，雖然人工合成的化學(xué)肥料、農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的大量投入給人類帶來了前所未有的好處和利益，但也給全球環(huán)境、人體健康以及耕種土壤的可持續(xù)生產(chǎn)力造成了影響和破壞。為了解決糧食安全與生態(tài)健康的矛盾，許多國(guó)家的科研人員將研究重點(diǎn)投向了開發(fā)高效、低毒、低殘留的化學(xué)農(nóng)藥。同時(shí)，也將科研的腳步跨入到一個(gè)全新的領(lǐng)域——生物防治，即研究和開發(fā)與化學(xué)農(nóng)藥功能相似，可減少或取代部分化學(xué)農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的生物農(nóng)藥。本著“來源于自然，又回歸于自然”的原則，從自然界中尋找可利用的材料和資源，在不影響生態(tài)環(huán)境、人體健康和其他有益生物的基礎(chǔ)上，開發(fā)出能保護(hù)農(nóng)作物免遭病原菌、害蟲、雜草等有害生物侵染和危害的生物農(nóng)藥。生物農(nóng)藥從研發(fā)到大量產(chǎn)品在市場(chǎng)上的推廣與應(yīng)用，經(jīng)歷了一個(gè)相對(duì)漫長(zhǎng)的過程，其主要制約因素有：①生物技術(shù)和制作工藝水平;②活體生物制劑易受到多種環(huán)境因素的影響而導(dǎo)致產(chǎn)品藥效的不穩(wěn)定;③大量化學(xué)農(nóng)藥產(chǎn)品占據(jù)著市場(chǎng)的主導(dǎo)地位;④農(nóng)藥使用者不易改變傳統(tǒng)的用藥方式。但隨著生物技術(shù)和制作工藝的不斷發(fā)展，特別是廣大民眾對(duì)環(huán)保、健康、可持續(xù)發(fā)展意識(shí)和要求的提高，許多國(guó)家政府和相關(guān)的國(guó)際組織出臺(tái)了一系列的法律、政策，并根據(jù)環(huán)保衛(wèi)生要求，取締了一批高毒、高殘留化學(xué)農(nóng)藥（有機(jī)磷、有機(jī)氯類）的生產(chǎn)和使用資格，對(duì)仍在生產(chǎn)和使用的化學(xué)農(nóng)藥實(shí)行了更加嚴(yán)厲的環(huán)保管控措施。 這一系列的措施和舉動(dòng)，不僅節(jié)能、減少了對(duì)環(huán)境的污染、保護(hù)了生態(tài)資源，并有力推動(dòng)了生物農(nóng)藥開發(fā)、推廣和使用的步伐。目前全球已登記了幾百種不同有效成分的生物農(nóng)藥，上千個(gè)不同的產(chǎn)品分別在幾十個(gè)國(guó)家注冊(cè)、商業(yè)化生產(chǎn)并投入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用。僅以木霉菌為產(chǎn)品活性成分的殺菌劑產(chǎn)品就有約300多個(gè)[30]。在許多發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、加拿大、日本、歐盟、澳大利亞、以色列等，生物農(nóng)藥使用量已從20世紀(jì)90年代初的小于5%到目前的接近或大于25% 的全年農(nóng)藥總使用量。在一些發(fā)展中國(guó)家，如巴西、印度、中國(guó)、越南等，生物農(nóng)藥的使用量也有顯著的提升[30-31]。

我國(guó)在生物農(nóng)藥領(lǐng)域的研究起步雖早，但總體發(fā)展較慢且不均衡。直到21世紀(jì)初，在國(guó)家的大力倡導(dǎo)和支持下，生物農(nóng)藥的研究與開發(fā)有了平衡而快速的發(fā)展[32-33]。2001年我國(guó)注冊(cè)登記的生物農(nóng)藥品種只有80個(gè)，產(chǎn)品694個(gè)（其中大多為農(nóng)用抗生素類產(chǎn)品，國(guó)外不承認(rèn)為生物農(nóng)藥），到2018年，我國(guó)注冊(cè)登記的生物農(nóng)藥，包括微生物、植物源和生物化學(xué)類但不包括農(nóng)用抗生素已達(dá)97個(gè)種類，產(chǎn)品數(shù)達(dá)1 366個(gè)[34]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)生物農(nóng)藥的使用量已從2010年前的不到5%上升到目前接近或大于10%～12%的全年農(nóng)藥總使用量，但與美國(guó)（目前注冊(cè)種類248個(gè)，產(chǎn)品1 420個(gè)）等發(fā)達(dá)國(guó)家較成熟的生物農(nóng)藥市場(chǎng)相比，無論是在產(chǎn)品有效成分、登記數(shù)量，還是使用總量占比等方面，我國(guó)仍存在一定的差距[34]。

2.2 特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

目前世界各國(guó)對(duì)生物農(nóng)藥的定義、范疇和注冊(cè)登記標(biāo)準(zhǔn)還存在一定的差異。美國(guó)環(huán)保署在2012年將生物農(nóng)藥產(chǎn)品的范疇定義為來源于自然界的動(dòng)物、植物、微生物和礦物的活體或非活體，通過非毒性和環(huán)境友好的機(jī)理防控有害生物。同時(shí)根據(jù)產(chǎn)品活性成分，將生物農(nóng)藥分為4大類：微生物源、植物源、生物化學(xué)類（包括信息素、激素、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑和昆蟲生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑）和植物基因改良類（包括在植物體內(nèi)植入有抗性的基因，如Bt基因，或植入RNA干擾基因）。我國(guó)將生物農(nóng)藥定義為直接利用生物活體、生物體產(chǎn)生的活性物質(zhì)，或由人工合成的與天然化合物結(jié)構(gòu)相同的活性物質(zhì)制成的農(nóng)藥，其中包括農(nóng)用抗生素類。目前在全球范圍登記注冊(cè)的生物農(nóng)藥中，90%產(chǎn)品的有效成分為活體微生物，包括真菌、細(xì)菌和病毒等。其中，以蘇云金桿菌、芽孢桿菌、白僵菌、綠僵菌、木霉菌等為活性成分的生物農(nóng)藥，是目前世界上開發(fā)時(shí)間最長(zhǎng)、用途最廣、產(chǎn)量最大、應(yīng)用最成功的生物殺蟲劑和殺菌劑。微生物農(nóng)藥一般都具有以下5個(gè)功能：①根際占位。大多產(chǎn)品中微生物的生長(zhǎng)速度極快，能迅速地在植物根系周圍搶占營(yíng)養(yǎng)豐富的位點(diǎn)，并定殖在植物的根尖和根系表面，阻止和驅(qū)避了病原菌或其他有害生物對(duì)根系的侵染（在植物地上部分使用的微生物農(nóng)藥也具有相似的功能）。②拮抗作用。許多微生物在生長(zhǎng)和代謝過程中能產(chǎn)生和分泌多種可抑制病原菌或有害生物生長(zhǎng)，或殺死它們的抗生素類活性物質(zhì)。③重寄生作用。有些微生物能直接以病原菌或有害生物為“食物”，通過分泌細(xì)胞壁降解酶侵入病原菌或有害生物的體內(nèi)并殺死它們。④誘導(dǎo)抗性。當(dāng)作為生物農(nóng)藥的微生物定殖在作物根系表面時(shí)，能誘導(dǎo)植物體產(chǎn)生一系列的生理生化反應(yīng)，提高植物的免疫和抵抗多種病原菌或有害生物侵染的能力。⑤促進(jìn)植物生長(zhǎng)。定殖在植物根系的土壤微生物能改善土壤環(huán)境，提高植物對(duì)土壤中養(yǎng)分的吸收，進(jìn)而促進(jìn)了植物生長(zhǎng)[35]。從廣義上來說，目前世界各地在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量使用的微生物菌肥、菌劑或含有微生物的土壤改良劑等，在一定程度上也有以上所述的微生物農(nóng)藥所具有的部分功能。

相對(duì)于化學(xué)農(nóng)藥，特別是傳統(tǒng)高毒、高殘留的化學(xué)農(nóng)藥，使用生物農(nóng)藥有以下多方面的優(yōu)勢(shì)（表2）：①低毒或無毒、低殘留。大多生物農(nóng)藥中使用的活性成分是微生物，其菌株是從大自然中分離、篩選獲得的，經(jīng)生產(chǎn)加工制成的產(chǎn)品再投放到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和大自然中去，它們都是環(huán)境友好的。生物化學(xué)類和農(nóng)用抗生素類生物農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的使用不僅毒性低、使用量少，同時(shí)它們的半衰期短，易在環(huán)境中分解，不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康造成影響和破壞。②選擇（靶標(biāo)）性強(qiáng)。大多生物農(nóng)藥只對(duì)一個(gè)或幾個(gè)特定（靶標(biāo)）害蟲、病原菌或有害生物具有抑制或滅殺作用，而對(duì)人、畜或其他生物是安全的，不會(huì)影響和破壞生態(tài)平衡。③不易產(chǎn)生抗藥性。大多生物農(nóng)藥產(chǎn)品是由活體微生物制成的，害蟲、病原菌、雜草等有害生物很難在自然條件下，通過基因的改變對(duì)某個(gè)菌株產(chǎn)生抗性。因此，使用生物農(nóng)藥一般不會(huì)造成用藥量的提升。④持效性長(zhǎng)。多種微生物能定殖在作物的地下和地上部分（根、莖、葉），并隨著作物的生長(zhǎng)而不斷繁殖、生長(zhǎng)，起著長(zhǎng)期保護(hù)作物的作用，進(jìn)而減少藥劑的使用次數(shù)和用藥量，節(jié)約人工和藥劑成本。⑤降低了化學(xué)農(nóng)藥的使用量。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)離不開農(nóng)藥，但為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境和人體健康，必須減少和限制化學(xué)農(nóng)藥的使用量。為了讓世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在環(huán)保、健康的條件下可持續(xù)發(fā)展，科研人員開發(fā)了多種可用來減少化學(xué)農(nóng)藥使用量的方法，包括物理的（紫外燈、誘蟲燈等）、生物的（天敵、生物農(nóng)藥等）和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綜合管理、防控技術(shù)（輪作、休田、高溫悶棚等），在這些方法中，生物農(nóng)藥是最直接、最有效、最經(jīng)濟(jì)適用的一種方式（表3），用以減少或取代部分化學(xué)農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的使用量[36]。

3 生物農(nóng)藥的發(fā)展前景

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綜合管理與防控技術(shù)的不斷進(jìn)步，按照環(huán)保、健康、可持續(xù)發(fā)展的要求，化學(xué)農(nóng)藥在當(dāng)今農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的投入，無論在品種還是在使用量上都受到了更加嚴(yán)厲的限制和管控，促使農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)一步朝著綠色、有機(jī)、節(jié)能、環(huán)保、安全的方向發(fā)展。與化學(xué)農(nóng)藥相比，生物農(nóng)藥的殘留普遍較低或無。用生物農(nóng)藥來減少或取代化學(xué)農(nóng)藥的使用，可從源頭上有效解決化學(xué)農(nóng)藥對(duì)生態(tài)環(huán)境以及其殘留對(duì)食品安全和人類健康的影響。目前世界范圍生物農(nóng)藥的使用量正在逐年遞增，特別是在綠色、有機(jī)蔬菜、果樹、茶等高經(jīng)濟(jì)附加值作物上的大量投入，為確保食品、生態(tài)安全和人類健康起到極為重要的保障作用。過去，我國(guó)在茶葉害蟲的防治上主要依靠化學(xué)農(nóng)藥，但近年改用微生物農(nóng)藥后發(fā)現(xiàn)，茶葉產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留比嚴(yán)苛的歐盟指定殘留限量標(biāo)準(zhǔn)還低10倍[37]。在紅棗、核桃種植過程中使用生物農(nóng)藥，其殘留量遠(yuǎn)低于國(guó)家或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)[38]。2017年我國(guó)農(nóng)業(yè)部頒布的《農(nóng)藥登記管理辦法》中明確指出，微生物農(nóng)藥產(chǎn)品登記注冊(cè)可減免對(duì)殘留試驗(yàn)資料的要求。通過對(duì)蘇云金桿菌等5種微生物農(nóng)藥所進(jìn)行的安全性評(píng)價(jià)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，微生物農(nóng)藥本身對(duì)于所測(cè)試的多種生物體，不會(huì)產(chǎn)生急性、慢性毒害，不會(huì)對(duì)哺乳動(dòng)物產(chǎn)生致病性，無生殖毒性和致基因突變作用，對(duì)生態(tài)環(huán)境和哺乳動(dòng)物是安全和無危害的[39]。川楝素等植物源殺蟲劑對(duì)環(huán)境中非靶標(biāo)生物鵪鶉、家蠶、蚯蚓、瓢蟲、蝌蚪等的毒性均為低毒[40]。鬼臼毒素、比沙地柏對(duì)魚類屬于低毒，對(duì)生態(tài)環(huán)境是安全的[41]。我國(guó)對(duì)植物源農(nóng)藥的環(huán)境安全性研究表明，苦皮藤素、鬼臼毒素、川楝素、雷公藤生物堿、孜然殺菌劑、苦參堿等均對(duì)鵪鶉、魚類、蝌蚪、家蠶、蜜蜂、瓢蟲、蚯蚓和土壤微生物等環(huán)境非靶標(biāo)生物均表現(xiàn)為低毒，在水體、土壤和大氣中易降解，對(duì)環(huán)境安全。國(guó)外對(duì)植物源農(nóng)藥的環(huán)境安全評(píng)價(jià)表明，印楝素等具有良好的環(huán)境相容性，對(duì)環(huán)境安全[42]。另外，多項(xiàng)研究表明許多微生物不僅可被選用作為生物農(nóng)藥使用，同時(shí)它們對(duì)已被有機(jī)磷等化學(xué)農(nóng)藥殘留污染的土壤、水體環(huán)境也具有一定的降解和修復(fù)功能，例如已發(fā)現(xiàn)有降解環(huán)境中有機(jī)磷農(nóng)藥殘留功能的細(xì)菌（黃桿菌屬 Flavobacterium、芽孢桿菌屬Bacillus、黃單胞桿菌屬Xanthomonas等）和真菌（曲霉屬Aspergillus、青霉屬Penicillium、木霉屬Trichoderma 等）[43-46]。

近10年來，生物農(nóng)藥在全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的投入已有了方興未艾的發(fā)展趨勢(shì)，市場(chǎng)占有率不斷攀升，產(chǎn)品從種類到質(zhì)量都有了全面的提升。目前在市場(chǎng)上已大量投入使用的生物農(nóng)藥除了有殺蟲劑、殺菌劑外，還有大量新注冊(cè)登記并投入使用的殺線蟲劑、除草劑、信息素、激素、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等。生物農(nóng)藥之所以能在近期得到快速發(fā)展主要得益于各國(guó)政府對(duì)生物農(nóng)藥的宣傳和支持，對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的限制和監(jiān)管，更主要的是得到了越來越多農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者和消費(fèi)者的認(rèn)可和青睞。2015年初，我國(guó)農(nóng)業(yè)部頒發(fā)了《到2020年農(nóng)藥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》，同時(shí)根據(jù)我國(guó)生物農(nóng)藥的發(fā)展現(xiàn)狀，科學(xué)合理地修訂了生物農(nóng)藥登記《條例》政策。為鼓勵(lì)和加快生物農(nóng)藥產(chǎn)品的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，生物農(nóng)藥不僅被列為國(guó)家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目之一，國(guó)家還推出了“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)無公害行動(dòng)”和“有機(jī)食品發(fā)展戰(zhàn)略”等項(xiàng)目。部分地方政府（北京、上海等）為支持和鼓勵(lì)生物農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的使用，執(zhí)行了>50% 產(chǎn)品銷售價(jià)的補(bǔ)貼政策。我國(guó)生物農(nóng)藥利潤(rùn)總額增長(zhǎng)速度在2016年已超過化學(xué)農(nóng)藥，化學(xué)農(nóng)藥利潤(rùn)總額在2016年同比增長(zhǎng)4.7%，而生物農(nóng)藥同比增長(zhǎng)了17.9%，生物農(nóng)藥企業(yè)的主營(yíng)業(yè)務(wù)收入已從2015年318.9億元增加到2016年372.1億元[47]。

生物技術(shù)是21 世紀(jì)的主導(dǎo)技術(shù)，生物農(nóng)藥由于其廣譜、高效、安全、環(huán)境相容性好等特點(diǎn)，必將成為21 世紀(jì)農(nóng)藥發(fā)展的熱點(diǎn)之一。雖然化學(xué)合成農(nóng)藥在一定時(shí)期內(nèi)仍將占主導(dǎo)地位，但隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)、國(guó)民素質(zhì)的提高、法制法規(guī)的完善和現(xiàn)代高新技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用及農(nóng)藥開發(fā)研究領(lǐng)域的滲透與應(yīng)用，生物農(nóng)藥的開發(fā)和利用將得到高速發(fā)展。在國(guó)家的大力扶持下，更多優(yōu)質(zhì)的生物農(nóng)藥產(chǎn)品將投入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中去，使我國(guó)的生態(tài)環(huán)境和人體健康水平進(jìn)一步得到改善和提高。

參考文獻(xiàn)

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