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以及人類對生活品質要求的不斷提升，糧食安全與生態(tài)健康是在全球環(huán)境逐步惡化的現實中所必須面臨，同時又必須用新的科技手段不斷加以改善和提高的一個挑戰(zhàn)。從20世紀40年代至今，化學農藥在農業(yè)生產中的大量應用，為保證世界的糧食安全作出了巨大貢獻，同時，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，進而也嚴重影響了人體健康。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農藥功能相似的生物農藥。主要敘述了使用化學農藥為人類糧食安全所作出的貢獻以及對生態(tài)環(huán)境和人體健康所產生的危害，生物農藥的發(fā)展現狀、特點和發(fā)展前景。

關鍵詞 化學農藥;生物農藥;生態(tài)環(huán)境;人體健康;發(fā)展現狀;特點

中圖分類號 S 181.3? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）06-0053-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.06.012

開放科學（資源服務）標識碼（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

基金項目 大理州毛偉力專家工作站（大科聯發(fā)〔2019〕6號）。

作者簡介 仕影（1988—），女，安徽亳州人，農藝師，從事生物農藥的推廣與應用研究。*通信作者，博士，從事生物農藥產品的研發(fā)與開發(fā)工作。

收稿日期 2021-03-24;修回日期 2021-06-07

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

1 化學農藥的利弊

1.1 為人類社會解決了糧食安全問題

根據聯合國人口事務部統(tǒng)計和預測的數據（圖1）來看，世界人口總數在100年內已從1900年的15億增至2000年的61億，并將在2050年增長到94億～100億[1]。同時，據我國人口和計劃生育委員會的統(tǒng)計和預測，我國在新中國成立初期的人口總數約為5億，而在2000年人口總數已接近13億，占世界人口總數的21%;雖然我國目前已成為世界低生育國家之一，但由于人口基數大，到2030年，人口總數將接近15億（圖1）。世界人口在20世紀和21世紀的迅猛增長，必須以農產品特別是糧食總量的增長為基礎?？茖W技術的不斷進步，特別是從21世紀初至今，將化肥和化學農藥投入到農業(yè)生產中使用，為保障世界糧食總量和農副產品的不斷增長起到了至關重要的作用，同時也為人類社會帶來了巨大的經濟效益。 化學農藥的開發(fā)和應用，包括殺蟲劑、殺菌劑、除草劑、熏蒸劑、殺螨劑、殺藻劑、殺軟體動物劑、殺鼠劑、昆蟲生長調節(jié)和性誘導劑以及家庭衛(wèi)生用品等，是用來滅殺或驅趕有害生物，保護農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，從極大程度上保護和提高了農產品的產量和品質，確保了全世界（除少數地區(qū)因戰(zhàn)爭或政治問題外）沒有因人口的不斷增長而造成糧食供給的安全問題。據不完全統(tǒng)計，目前世界范圍內由于使用化學農藥所避免和挽回的農業(yè)病、蟲、草害損失占糧食總產量的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。假如當時已有了化學農藥，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 對生態(tài)環(huán)境和人類健康的影響

從20世紀40年代中期開始，世界范圍化學農藥的產量以每年11%的速度快速增長，已從20世紀50年代初的約為20萬t/a，上升至21世紀初的接近600萬t/a（圖2）[3];針對不同害蟲、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農藥，不斷地走向市場，投入到世界各地的農業(yè)生產活動和家庭衛(wèi)生應用中。這些人工合成的化學農藥包括有機氯、有機磷、有機鹽、有機氮、氨基甲酸酯、除蟲菊酯等類別的多個系列產品。我國是化學農藥的生產和使用大國，農藥生產量已由20世紀90年代的全球第二上升為目前的世界第一。2007年的年平均農藥使用量約為40.5 kg/hm2，年均化學防治面積達到3億hm2/次，并仍以每年7%～10%的速度增加[4-5]，直到2015年我國農業(yè)部出臺了“農藥、化肥雙減計劃指導意見”。如此巨大的農藥使用量已遠超了世界農藥平均使用水平?；瘜W農藥在世界范圍農業(yè)生產中的長期和大量投入，特別是在許多不發(fā)達國家中的濫用，不僅對全球的生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的破壞，同時直接影響了農業(yè)耕地的再生產力和可持續(xù)發(fā)展。在全球使用的農藥總量中，有80%的農藥可通過風、雨、蒸發(fā)以及水的流動等自然現象，直接或間接地進入到大氣、土壤、地下水（湖、河、海洋）等生態(tài)環(huán)境中[6]。許多農藥特別是在20世紀生產的多種有機氯、有機磷等劇毒農藥，可在環(huán)境中長期保持毒性并隨著生態(tài)的循環(huán)運動而進行漂移和流動。存在于環(huán)境中的農藥可通過接觸、呼吸、飲水和食物鏈等方式，直接或間接地進入到人、動物或其他生物體中，使人體健康和其他有益生物（蜂、鳥、兩棲動物、魚和小型哺乳動物）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為環(huán)境因素造成的，其中包括由于化學農藥對環(huán)境產生的污染而直接或間接導致的死亡[5]。同時，全世界每年約有35萬人因使用不當或過度直接接觸各種農藥而導致的中毒死亡[9]。

1.2.1 對大氣的污染。

全球生產的各種有機合成農藥以及在這些農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農藥生產工廠，特別是在不發(fā)達國家的生產廠家，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，遍布在世界各地的農業(yè)工作者，每天都會將上萬噸的多種農藥投入到農業(yè)生產的活動中去。在地上部分所使用的農藥中，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藥會隨著氣流的運動從農藥的施用地轉移到其他地區(qū)，甚至是很遠的地方。例如，在美國南部農業(yè)生產中所使用的六六六（HCH）、氯丹、毒殺酚等農藥，通過揮發(fā)和風的作用進入大氣，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]。在香蕉生產中使用的有機磷殺蟲劑——毒死蜱，已從中美洲的熱帶雨林地區(qū)轉移至南極地區(qū)，同時在喜馬拉雅山的高原地區(qū)也可以監(jiān)測到微量的農藥殘留[12-13]。

以上的數據和事實已充分說明，長期而大量的化學農藥在農業(yè)生產中的投入不僅會造成農藥使用地區(qū)大氣的嚴重污染，同時會伴隨著空氣的流動從一個地區(qū)轉移到另一個或多個不同的地區(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量大。地球上絕大多數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，以及越來越多的農藥在農業(yè)生產中的投入，全球的大氣污染也在日益加深。

1.2.2 對土壤的污染。

在多種人工合成的農藥系列產品中，有許多是專門為滅殺生存在土壤中的病原菌、害蟲、線蟲、軟體動物、雜草和老鼠等有害生物而設計的。這些農藥都會通過一定的農業(yè)生產方式在作物播種前或生長過程中施用到土壤中，許多屬于高殘留農藥。例如，在20世紀80年代已被禁止生產和使用的有機氯等劇毒農藥DDT、HCH，其半衰期可長達60年。我國在2007年對300多種中藥材的樣品進行檢測，發(fā)現這些樣品全部都含有有機氯農藥的殘留，說明這些農藥能長期保留在土壤或水體中，并在植物體內形成生物累積[13]。許多不發(fā)達地區(qū)的農業(yè)生產者堅持傳統(tǒng)習慣，不按科學的管理方式進行農業(yè)生產，長期單一地種植同一種作物并使用同一種或幾種農藥，使土壤中有害生物對所使用的農藥產生了抗藥性，而為了防控這些有害生物，保證作物產量，農業(yè)生產者采用增加農藥的使用量，導致土壤中的有害生物對所使用農藥的抗藥性進一步增強，進而增加了農藥在土壤中的殘留量。另外，遍布世界各地特別是不發(fā)達國家的農藥生產廠家，對農藥生產可能產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。通過施用或排放進入土壤中的農藥可在環(huán)境之間發(fā)生轉移和轉換，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生物[14]。這些農藥可在土壤細菌或其他微生物的代謝作用下，由一種有毒化合物轉變成另一種或幾種有毒化合物，例如，硫丹（endosulfan）可轉變成硫丹硫酸（endosulfan sulfate），DDT可轉變成雙（對氯苯基）-2氯乙烯（DDE）[15]。DDE具有親脂性，能通過食物鏈儲存并積累在人體和動物的脂肪組織中，有干擾內分泌和抗雄激素的作用[16]。

1.2.3 對地下水以及河、湖、海的污染。

無論是施用在地表還是土壤中的農藥，大多數會通過雨水和農業(yè)灌溉進入到地下水中，進而流入附近的湖、河、海中，再隨著這些水體的運動轉移到其他或更遠的區(qū)域。最近的研究表明，由于農藥的大量使用，特別是除草劑、殺蟲劑的過量使用，它們的殘留經地下水、河流匯入了大海，已對澳大利亞大堡礁的生態(tài)環(huán)境造成了嚴重影響，大堡礁的珊瑚、藻類與礁體的共生關系受到了極大的威脅[17]。同時，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[18-19]。這些事實說明由化學農藥對水資源所產生的污染已嚴重地破壞了地球水環(huán)境的生態(tài)平衡，侵蝕了人類、牲畜和其他動物的飲用水資源。在20世紀90年代，我國化學農藥的生產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。調查數據顯示，水體中來自20世紀使用的有機氯農藥DDD、DDT、HCH等殘留的含量已超出了國家飲用水的標準，長期飲用含有有機氯農藥殘留污染水的人群，特別是兒童，有患癌癥的高致病風險[20]。

1.3 對人體健康的影響

隨著人類科技與工業(yè)化水平的不斷進步，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在人們日常的工作、學習和生活中，它們改變了人類的生活方式，提高了生活水平和品質。同時，它們對人類賴以生存的環(huán)境也造成了嚴重的污染，進而直接或間接地影響和危害了人體健康。在現代人類社會中，引起許多疾病的原因與環(huán)境污染有關，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，化學農藥在農業(yè)生產活動中的大量投入是重要的因素之一。存在于環(huán)境中的農藥或殘留，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，同時還能在母親的妊娠期或通過母乳轉移到胎兒和嬰、幼兒的體內，它們不但會造成人體因急性中毒而導致的不同癥狀或死亡，還可以在人體內長期積累，影響人體多種生理生化、新陳代謝、發(fā)育、生殖等功能，破壞人體中樞神經和內分泌系統(tǒng)，進而導致或誘導惡性腫瘤細胞的形成和生長，使癌癥發(fā)病率逐年提升[21-22]。

1.3.1 直接影響。

在農藥的生產、運輸、分裝和銷售以及施用過程中，由多種原因而導致的農藥急性中毒事故時有發(fā)生，與農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。據世界衛(wèi)生組織報道，全球每年約有100萬人遭遇農藥急性中毒，其中8萬～12萬人死亡大多發(fā)生在發(fā)展中國家[8]。在21世紀初，我國每年發(fā)生的農藥中毒事故達10萬人次，死亡人數約占10%[10]。1995年廣西賓陽縣一所學校的學生因食用了含有劇毒農藥的白菜，導致500多名學生集體中毒。農藥急性中毒一般是通過口服、吸入和皮膚接觸進入人體而導致（圖3a），大多是由除草劑、殺蟲劑和殺鼠劑引起的（圖3b）。輕度中毒者一般會出現頭痛、惡心、胸悶、哮喘、無力等癥狀;中度中毒者會出現呼吸稍困難、流涎、腹痛、腹瀉、意識不清等癥狀;重度中毒者會出現肺水腫、昏迷、呼吸麻痹、腦水腫等癥狀，甚至死亡[22-23]。

1.3.2 長期影響。

化學農藥在世界范圍農業(yè)生產中的大量投入已有半個世紀之久，對全球的生態(tài)環(huán)境和人體健康產生了持久而深重的影響和破壞。長期直接接觸化學農藥的農藥生產和使用者，長期生活在被農藥污染環(huán)境中（農藥生產廠附近）的居民或把被農藥污染的水作為生活用水的人群，長期食用被農藥殘留污染的各類食品的民眾，雖然他們不會馬上表現出各種不良的反應和癥狀，但被人體吸收的農藥殘留可在人體的多種器官和組織內富集，進而產生和形成“慢性中毒”[22-23]。根據人體長期攝入的不同種類的農藥殘留以及這些殘留在人體不同器官或組織中的富集，慢性中毒對人體可造成以下幾種主要的影響：①有機磷、氨基甲酸酯、甲基溴（熏蒸劑）類農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的正常功能，表現出神經功能紊亂、震顫、反應遲鈍、精神錯亂、語言失常等癥狀[13，23]。②有機氯、除草劑類農藥可在人體脂肪組織中富集，主要影響和破壞人體的內分泌系統(tǒng)，導致成年男性雄性激素分泌紊亂，精子質量和數量下降，受孕率降低;可通過母體影響胎兒的生長發(fā)育，使胎兒畸形、早產或死亡;導致新生兒、兒童、青少年出現發(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），造成許多美國軍人回國后生的孩子患有遺傳缺陷癥和其他多種疾病，同時也造成越南出現約5萬名畸形兒童。③除蟲菊酯類、有機磷類殺蟲劑農藥在人體內積累，可能引起皮膚的多種不適和疾病，例如對硫磷能引起全身皮膚出現紅斑，嚴重者的皮膚會出現松解壞死癥[13，24]。綜上所述，許多化學農藥，特別是20世紀大量使用的有機氯、有機磷等，其殘留的半衰期可長達60年以上，不但可在環(huán)境中長期存在，還能通過大氣、水流等運動以及生態(tài)循環(huán)和食物鏈，長期不斷地影響和破壞人體健康，特別是對孕婦、新生兒以及成長的孩子們所造成的影響和破壞是值得全社會必須面對和關注的一個重要問題。

1.3.3 誘導和促進癌癥的發(fā)生。

世界衛(wèi)生組織在“2016世界癌癥報告”中指出，全球癌癥發(fā)病率和死亡率特別是在發(fā)展中國家呈持續(xù)上升的趨勢;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[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，因為癌癥的發(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果[21]。環(huán)境中存在的可致癌物有化學的（二噁英、DDT、HCH等）、物理的（紫外線、放射性物質產生的輻射等）和生物的（幽門螺旋桿菌、黃曲霉、乙肝和丙肝病毒等）。當人體在被污染的環(huán)境中長期工作和生活，致癌物可通過接觸、呼吸、飲水和食物進入人體，在人體的器官和組織中富集，并通過對人體正常的生理生化、內分泌等作用的影響或改變，進而誘導了人體細胞中遺傳物質（DNA）結構的改變，使人體正常細胞發(fā)生了非遺傳性癌變[25-26]。當人體內某些器官或組織的細胞發(fā)生癌變后，存在于人體內的致癌物還能進一步促進癌癥的發(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藥殘留有影響人體內分泌正常功能的作用;它們能干擾人體內多種激素的合成、分泌、運輸、結合、代謝等功能，破壞了人體在內分泌系統(tǒng)、神經系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)之間的信息傳遞及其對機體的調節(jié)功能，進而干擾和破壞了人體免疫系統(tǒng)的抗癌功能[25]。

在已經禁止使用和目前仍在使用的農藥中，科研人員已發(fā)現至少有幾十種農藥具有誘導和促進癌癥發(fā)生的作用（表1）[21]。調查數據顯示，美國加州1988—2010年共有139 000名從事農業(yè)生產活動的工人，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）、結腸和直腸[28]。由于長期接觸和暴露在含有大量農藥的環(huán)境中，不僅從事農藥生產和使用的工作者屬于癌癥高發(fā)人群，同時這些工作者的家屬，特別是孩子也有患腦癌、白血病、尤因肉瘤和生殖細胞瘤的高風險性[29]。

2 生物農藥的發(fā)展現狀和特點

2.1 發(fā)展與現狀

從20世紀50年代開始，科研人員已逐步發(fā)現和認識到，雖然人工合成的化學肥料、農藥在農業(yè)生產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，許多國家的科研人員將研究重點投向了開發(fā)高效、低毒、低殘留的化學農藥。同時，也將科研的腳步跨入到一個全新的領域——生物防治，即研究和開發(fā)與化學農藥功能相似，可減少或取代部分化學農藥在農業(yè)生產中使用的生物農藥。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上，開發(fā)出能保護農作物免遭病原菌、害蟲、雜草等有害生物侵染和危害的生物農藥。生物農藥從研發(fā)到大量產品在市場上的推廣與應用，經歷了一個相對漫長的過程，其主要制約因素有：①生物技術和制作工藝水平;②活體生物制劑易受到多種環(huán)境因素的影響而導致產品藥效的不穩(wěn)定;③大量化學農藥產品占據著市場的主導地位;④農藥使用者不易改變傳統(tǒng)的用藥方式。但隨著生物技術和制作工藝的不斷發(fā)展，特別是廣大民眾對環(huán)保、健康、可持續(xù)發(fā)展意識和要求的提高，許多國家政府和相關的國際組織出臺了一系列的法律、政策，并根據環(huán)保衛(wèi)生要求，取締了一批高毒、高殘留化學農藥（有機磷、有機氯類）的生產和使用資格，對仍在生產和使用的化學農藥實行了更加嚴厲的環(huán)保管控措施。 這一系列的措施和舉動，不僅節(jié)能、減少了對環(huán)境的污染、保護了生態(tài)資源，并有力推動了生物農藥開發(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藥，上千個不同的產品分別在幾十個國家注冊、商業(yè)化生產并投入到農業(yè)生產中使用。僅以木霉菌為產品活性成分的殺菌劑產品就有約300多個[30]。在許多發(fā)達國家，如美國、加拿大、日本、歐盟、澳大利亞、以色列等，生物農藥使用量已從20世紀90年代初的小于5%到目前的接近或大于25% 的全年農藥總使用量。在一些發(fā)展中國家，如巴西、印度、中國、越南等，生物農藥的使用量也有顯著的提升[30-31]。

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

2.2 特點與優(yōu)勢

目前世界各國對生物農藥的定義、范疇和注冊登記標準還存在一定的差異。美國環(huán)保署在2012年將生物農藥產品的范疇定義為來源于自然界的動物、植物、微生物和礦物的活體或非活體，通過非毒性和環(huán)境友好的機理防控有害生物。同時根據產品活性成分，將生物農藥分為4大類：微生物源、植物源、生物化學類（包括信息素、激素、植物生長調節(jié)劑和昆蟲生長調節(jié)劑）和植物基因改良類（包括在植物體內植入有抗性的基因，如Bt基因，或植入RNA干擾基因）。我國將生物農藥定義為直接利用生物活體、生物體產生的活性物質，或由人工合成的與天然化合物結構相同的活性物質制成的農藥，其中包括農用抗生素類。目前在全球范圍登記注冊的生物農藥中，90%產品的有效成分為活體微生物，包括真菌、細菌和病毒等。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藥，是目前世界上開發(fā)時間最長、用途最廣、產量最大、應用最成功的生物殺蟲劑和殺菌劑。微生物農藥一般都具有以下5個功能：①根際占位。大多產品中微生物的生長速度極快，能迅速地在植物根系周圍搶占營養(yǎng)豐富的位點，并定殖在植物的根尖和根系表面，阻止和驅避了病原菌或其他有害生物對根系的侵染（在植物地上部分使用的微生物農藥也具有相似的功能）。②拮抗作用。許多微生物在生長和代謝過程中能產生和分泌多種可抑制病原菌或有害生物生長，或殺死它們的抗生素類活性物質。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”，通過分泌細胞壁降解酶侵入病原菌或有害生物的體內并殺死它們。④誘導抗性。當作為生物農藥的微生物定殖在作物根系表面時，能誘導植物體產生一系列的生理生化反應，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促進植物生長。定殖在植物根系的土壤微生物能改善土壤環(huán)境，提高植物對土壤中養(yǎng)分的吸收，進而促進了植物生長[35]。從廣義上來說，目前世界各地在農業(yè)生產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藥所具有的部分功能。

相對于化學農藥，特別是傳統(tǒng)高毒、高殘留的化學農藥，使用生物農藥有以下多方面的優(yōu)勢（表2）：①低毒或無毒、低殘留。大多生物農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，經生產加工制成的產品再投放到農業(yè)生產和大自然中去，它們都是環(huán)境友好的。生物化學類和農用抗生素類生物農藥在農業(yè)生產中的使用不僅毒性低、使用量少，同時它們的半衰期短，易在環(huán)境中分解，不會對生態(tài)環(huán)境和人類健康造成影響和破壞。②選擇（靶標）性強。大多生物農藥只對一個或幾個特定（靶標）害蟲、病原菌或有害生物具有抑制或滅殺作用，而對人、畜或其他生物是安全的，不會影響和破壞生態(tài)平衡。③不易產生抗藥性。大多生物農藥產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，通過基因的改變對某個菌株產生抗性。因此，使用生物農藥一般不會造成用藥量的提升。④持效性長。多種微生物能定殖在作物的地下和地上部分（根、莖、葉），并隨著作物的生長而不斷繁殖、生長，起著長期保護作物的作用，進而減少藥劑的使用次數和用藥量，節(jié)約人工和藥劑成本。⑤降低了化學農藥的使用量。農業(yè)生產離不開農藥，但為了保護生態(tài)環(huán)境和人體健康，必須減少和限制化學農藥的使用量。為了讓世界農業(yè)生產在環(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農藥使用量的方法，包括物理的（紫外燈、誘蟲燈等）、生物的（天敵、生物農藥等）和農業(yè)生產綜合管理、防控技術（輪作、休田、高溫悶棚等），在這些方法中，生物農藥是最直接、最有效、最經濟適用的一種方式（表3），用以減少或取代部分化學農藥在農業(yè)生產中的使用量[36]。

3 生物農藥的發(fā)展前景

隨著現代農業(yè)綜合管理與防控技術的不斷進步，按照環(huán)保、健康、可持續(xù)發(fā)展的要求，化學農藥在當今農業(yè)生產中的投入，無論在品種還是在使用量上都受到了更加嚴厲的限制和管控，促使農產品生產進一步朝著綠色、有機、節(jié)能、環(huán)保、安全的方向發(fā)展。與化學農藥相比，生物農藥的殘留普遍較低或無。用生物農藥來減少或取代化學農藥的使用，可從源頭上有效解決化學農藥對生態(tài)環(huán)境以及其殘留對食品安全和人類健康的影響。目前世界范圍生物農藥的使用量正在逐年遞增，特別是在綠色、有機蔬菜、果樹、茶等高經濟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，我國在茶葉害蟲的防治上主要依靠化學農藥，但近年改用微生物農藥后發(fā)現，茶葉產品中的農藥殘留比嚴苛的歐盟指定殘留限量標準還低10倍[37]。在紅棗、核桃種植過程中使用生物農藥，其殘留量遠低于國家或國際標準[38]。2017年我國農業(yè)部頒布的《農藥登記管理辦法》中明確指出，微生物農藥產品登記注冊可減免對殘留試驗資料的要求。通過對蘇云金桿菌等5種微生物農藥所進行的安全性評價測試發(fā)現，微生物農藥本身對于所測試的多種生物體，不會產生急性、慢性毒害，不會對哺乳動物產生致病性，無生殖毒性和致基因突變作用，對生態(tài)環(huán)境和哺乳動物是安全和無危害的[39]。川楝素等植物源殺蟲劑對環(huán)境中非靶標生物鵪鶉、家蠶、蚯蚓、瓢蟲、蝌蚪等的毒性均為低毒[40]。鬼臼毒素、比沙地柏對魚類屬于低毒，對生態(tài)環(huán)境是安全的[41]。我國對植物源農藥的環(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)境非靶標生物均表現為低毒，在水體、土壤和大氣中易降解，對環(huán)境安全。國外對植物源農藥的環(huán)境安全評價表明，印楝素等具有良好的環(huán)境相容性，對環(huán)境安全[42]。另外，多項研究表明許多微生物不僅可被選用作為生物農藥使用，同時它們對已被有機磷等化學農藥殘留污染的土壤、水體環(huán)境也具有一定的降解和修復功能，例如已發(fā)現有降解環(huán)境中有機磷農藥殘留功能的細菌（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，生物農藥在全球農業(yè)生產中的投入已有了方興未艾的發(fā)展趨勢，市場占有率不斷攀升，產品從種類到質量都有了全面的提升。目前在市場上已大量投入使用的生物農藥除了有殺蟲劑、殺菌劑外，還有大量新注冊登記并投入使用的殺線蟲劑、除草劑、信息素、激素、植物生長調節(jié)劑等。生物農藥之所以能在近期得到快速發(fā)展主要得益于各國政府對生物農藥的宣傳和支持，對化學農藥的限制和監(jiān)管，更主要的是得到了越來越多農業(yè)生產者和消費者的認可和青睞。2015年初，我國農業(yè)部頒發(fā)了《到2020年農藥使用量零增長行動方案》，同時根據我國生物農藥的發(fā)展現狀，科學合理地修訂了生物農藥登記《條例》政策。為鼓勵和加快生物農藥產品的研發(fā)和產業(yè)化發(fā)展，生物農藥不僅被列為國家重點攻關項目之一，國家還推出了“農業(yè)生產無公害行動”和“有機食品發(fā)展戰(zhàn)略”等項目。部分地方政府（北京、上海等）為支持和鼓勵生物農藥在農業(yè)生產中的使用，執(zhí)行了>50% 產品銷售價的補貼政策。我國生物農藥利潤總額增長速度在2016年已超過化學農藥，化學農藥利潤總額在2016年同比增長4.7%，而生物農藥同比增長了17.9%，生物農藥企業(yè)的主營業(yè)務收入已從2015年318.9億元增加到2016年372.1億元[47]。

生物技術是21 世紀的主導技術，生物農藥由于其廣譜、高效、安全、環(huán)境相容性好等特點，必將成為21 世紀農藥發(fā)展的熱點之一。雖然化學合成農藥在一定時期內仍將占主導地位，但隨著人們環(huán)保意識的增強、國民素質的提高、法制法規(guī)的完善和現代高新技術在農業(yè)生產應用及農藥開發(fā)研究領域的滲透與應用，生物農藥的開發(fā)和利用將得到高速發(fā)展。在國家的大力扶持下，更多優(yōu)質的生物農藥產品將投入到農業(yè)生產中去，使我國的生態(tài)環(huán)境和人體健康水平進一步得到改善和提高。

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