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高危农药助剂的危害及残留检测研究现状 qrcode

2019-01-30

 作者:李根容,余文琴,肖昭竞,龚迎昆,陆嘉莉,王剑松
 
农药制剂是由农药原药进行加工复配后,具有一定形态、成分、性能、规格、经稀释后直接用于农作物的化学混合物。农药助剂是被有意添加到农药中的物质,本身不具有农药活性,目的是提高农药活性和生物利用率,改善农药稳定性等。几乎所有化学合成的农药原药都不可直接使用,必须通过添加各类助剂才能加工成具有实际使用价值的农药制剂。国家环境保护农药环境评价与污染控制重点实验室曾对2010—2011年登记的农药助剂进行调查,结果显示我国农药助剂含有二甲苯、甲苯、环己酮等致癌物和环境激素壬基酚等,已有学者建议禁止使用壬基酚类农药助剂。农药助剂的品种和用量巨大,常规使用的助剂品种已超过3000种,在农药制剂中的含量可高达99.99%。注册农药制剂时仅注册单独的活性成分,而不是农药制剂的完全配方,助剂也没有列在产品标签上(商业秘密),法律也规定其不需要标识。
 
1 高危农药助剂的危害
 
1.1 农药助剂毒性远远大于有效成分
 
多数农药助剂是不受监管的,农药助剂被误认为是对环境和人类健康无害的“惰性”添加剂,此处“惰性”指缺乏农药活性,然而研究表明这些被认为是“惰性”的助剂可能比受监管的农药活性成分更有毒性。
 
美国环保署对2000余种助剂的毒性研究发现,其中26%的助剂本身具有致癌性、致畸性、致突变性、内分泌干扰作用、繁殖损伤、神经毒性等严重健康风险。多种化学物质复配也会产生联合毒性,包括拮抗性和增效性。惰性成分可以增加农药制剂对非靶标生物的毒理学作用,包括发育性神经毒性、基因毒性和激素功能紊乱。多项研究表明农药制剂的毒性远大于其纯活性成分。Mesnager等通过细胞培养模型系统研究表明商业农药制剂草甘膦的毒性比活性成分草甘膦要高得多,对典型的3种杀虫剂(抗蚜威、吡虫啉、啶虫脒)、3种杀菌剂(戊唑醇、氟环唑、咪鲜胺)和3种除草剂(草甘膦、异丙隆、氟草烟)的研究也证实了这一结果,研究的9种农药制剂中有8种毒性比声称的活性成分的毒性高1000倍,这是由于二甲苯、N-甲基-2-吡咯烷酮、溶剂石脑油和N,N-二甲基癸胺等存在于助剂混合物中。Beggel等对比了2种杀虫剂联苯菊酯和氟虫腈的活性成分和其农药制剂亚致死浓度对肥头鲦鱼幼体的不同影响,结果表明这2种农药制剂都比纯活性成分毒性更大。因此呼吁在风险评估和对杀虫剂的监管中应考虑惰性成分造成的毒性增加。Mansano等使克百威商业农药制剂及其活性成分对草履虫进行急性和慢性毒性测试,结果表明克百威商业农药制剂毒性高于其活性成分。家用杀虫剂联苯菊酯农药制剂降低了啮齿动物神经细胞的生存能力,然而单独对其活性成分联苯菊酯试验却没有这一结果。Peixoto发现草甘膦农药制剂在体外对大鼠肝线粒体呼吸复合物的活性有显著的降低作用,但同浓度下使用草甘膦则无任何显著效果。这些研究表明:农药制剂中被假定的“惰性成分”增加了农药制剂的毒性,包括对神经系统、心血管系统、线粒体、遗传物质和激素系统的毒性。因此农药登记应要求对配方组分进行全面评估,农药的环境监测还应包括惰性成分。为了独立研究和风险评估,在产品标签上应标明助剂成分及含量。
 
1.2 农药助剂的环境毒性
 
农药助剂大部分经喷施或者雨水冲刷直接进入土壤和水体,严重污染农田、地表水和地下水;可挥发性农药助剂则在农药喷淋灌溉的过程中挥发到空气中,造成空气中VOCs增加。将助剂作为惰性因素考虑使得农药风险指标如地下水污染指数或环境影响指数的有效性大打折扣。部分助剂还会影响环境中农药活性成分的分布和行为,如增加径流、浸出和挥发。Kucharski等的研究证实杀草敏的半衰期在有助剂(油类和表面活性剂)存在的情况下比杀草敏单独存在的情况下要长8~14 d,助剂的添加大大减缓了土壤中杀草敏的降解。Khan等研究发现4种农药制剂(嘧菌酯、戊炔草胺、三唑醇和环唑醇)通过沙壤土的小土壤柱时比单独的农药活性成分浸出增强。Krogh等发现农业地区地下水和土壤间质水中乙醇乙氧基化物(AEs)高达189 ng/g,Petrovic等发现污水处理厂收集的污泥中AEs更是高达10~190 mg/kg,此外还有颇受关注的环境激素壬基酚(25~600 mg/kg)。杜章留等研究发现使用传统助剂时土壤样品中壬基酚的检出率高达66.7%。
 
农药助剂不仅影响大气、水体、土壤,还对生态系统具有破坏作用。研究发现英国河流中广泛的野生鱼类雌性化与壬基酚有关。李正等研究表明壬基酚聚氧乙烯醚(NP-4,NP-10)对食蚊鱼96 h的半致死浓度仅为1~10 mg/L。烟碱类杀虫剂的广泛使用造成了蜜蜂和大黄蜂等群居昆虫的群落崩溃紊乱。Chen等发表了一系列的文章,揭示了杀虫剂中有机硅表面活性剂对蜜蜂的深远影响,包括急性毒性和嗅觉障碍。最近的研究表明,在昆虫生长调节剂中使用的N-甲基-2-吡咯烷酮会对蜜蜂的繁殖和发育产生不利影响。此外,还揭示了助剂的残留可能有意想不到的持久性,N-甲基-2-吡咯烷酮在花粉中的质量浓度高达69.3 mg/L时可以持续7 d。另外,N-甲基-2-吡咯烷酮具有生长毒性,会导致大鼠颅骨不完全钙化等畸形。
 
农药是有意用于环境且用量大的有毒化学物质,农药助剂经喷施进入环境,残留于土壤、水体及大气环境中,造成严重的环境污染。大部分农药助剂如壬基酚等属于持久性有机污染物,极难降解且在环境和生物体内富集,通过食物链传播,严重危害生物体健康,仅用活性成分进行的试验不足以作为评价农药制剂对健康和环境影响的依据。
 
1.3 农药助剂残留影响人类健康
 
农药对人类和动物的毒性一直备受关注。研究表明农业上使用农药是人类对农药及助剂暴露的主要来源。但农药不仅仅只用于农业,也用于公共或私人公园、花园、公路和铁路沿线等,大大增加了人类对农药及助剂的接触途径。皮肤暴露是最常见的接触途径,一些惰性成分可以增加皮肤吸收或渗透农药活性成分。助剂在农药中占比较大,农药助剂在食物中残留也应该受到关注。
 
美国FDA于1954年实施了ADI限量,指人类终生每日随同食物、饮水和空气摄人某种外源化学物而对健康不引起任何可观察到的损害。由于人和动物的敏感性不同,人群中的个体差异以及有限的实验动物数据外推到大量的接触人群等因素,需要有安全系数,通常外推动物用安全系数10,外推人类需要再增加因子10,即人类的安全系数是100。Mesnage等以最常用的除草剂草甘膦和烟碱类杀虫剂为例进行调查研究发现农药助剂的毒性远大于农药活性成分,并不受每日可接受摄入量(ADI)限制,间接影响最大残留限量(MRL)的评估有效性。Mesnage等的研究表明某些草甘膦制剂和其他典型的8种农药制剂的毒性是受监管的活性成分的1000倍。但是ADI限量外推于人类的安全系数仅为100,如果助剂能增加农药制剂的毒性1000倍,ADI限值的安全性便令人12担忧。因此计算ADI值时应对整个农药配方的测试,而不是仅针对农药活性成分,这样才能确保根据ADI设置的预防措施对最坏的情况暴露方案是有效的。
 
除皮肤暴露外,农药助剂经过生物富集存在于动植物和水体内,将通过食物链传播影人类身体健康。Chen等研究了有机硅表面活性剂对蜂蜜、花粉或蜂蜡的污染,分析了5个蜂蜜,10个花粉和10个蜂蜡样品,发现其存在于所有蜂蜡(高达390 ng/g)和60%的花粉(39 ng/g)样品中。生长试验表明N-甲基-2-吡咯烷酮在花粉中的质量浓度在高达69.3 mg/L时可以持续7 d。王珊珊等检测蔬菜、水等样品中甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯等5种农药有机溶剂残留,发现所有蔬菜均检测到甲醇(5.05~71.62 mg/kg),部分蔬菜检测中甲苯(0.011~0.102 mg/kg),有生活饮用水检测出甲苯(3.21 mg/kg)。这些助剂可能会进入其他食品、水源或者饲料链,但是未被检测发现,不知不觉中影响人类健康。
 
由于助剂配方是复杂多样的,因此农药的影响也是复杂多样的,但是这些配方并不是强制公开的,这就对研究带来了极大困难。以草甘膦为例,在全球范围内总共有750种不同配方的草甘膦除草剂,不同配方的草甘膦制剂毒性差异巨大。草甘膦制剂的毒性与其含有的乙氧化(牛脂烷基)胺(POE-15)或其他乙氧基表面活性剂的浓度成正比,此外还含有多种有毒助剂如易引起过敏反应的异噻唑啉酮,肝毒性的轻芳烃石油和有致癌性的邻苯基苯酚钠。草甘膦除草剂对肠道微生物的影响可能是由于助剂混合物中的表面活性剂破坏了中肠上皮细胞的完整性,乳化剂通过清扫肠道内壁来改变小鼠肠道微生物组的结构,从而导致了结肠炎和代谢综合征,为这种结果提供了支撑。这些工作已经导致欧盟和法国建议,禁止在草甘膦除草剂产品中使用POEA类助剂。
 
2 农药助剂在农产品中残留检测
 
这些被监管机构认为是“惰性”的成分,已有大量研究表明是有毒有害的,但并没有限制其在农药中的使用。鉴于农药在农业中使用尤其广泛,农产品中残留助剂的情况未知尤其令人担忧。近年来研究和监管的重点均在农药残留上,农药助剂的毒理学研究在国外比较热门,包括对生态系统的危害、生殖毒性、神经毒性等,但是有关农药助剂在农产品及其相关产品中残留的检测方法几乎没有,国内有一些研究成果,多集中于挥发性农药溶剂残留的报道。
 
王珊珊等建立了顶空气相色谱-质谱法检测蔬菜、水等样品中甲苯等5种有机溶剂残留的分析方法。潘波等用硫氰酸钴法和液相色谱法,分别检测了大蒜、生姜及其种植土壤中的乙氧基型表面活性剂和降解产物壬基酚的残留量。杨锚等建立了环境内分泌干扰物辛基酚、壬基酚及短链壬基酚聚氧乙烯醚降解产物在玉米等农产品中残留的高效液相色谱串联质谱分析方法。Li等开发并验证了一种同位素内标法同时测定3种极性农药助剂2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮在苹果等农产品中的残留。
 
3 农药助剂管理现状

3.1 全球农药助剂管理现状
 
美国是世界上最早对农药助剂管理的国家,美国FDA于1954年实施了ADI限量,但是将助剂作为惰性因素考虑使得农药环境风险指标的有效性大打折扣;20世纪80年代初,EPA根据各种化合物的毒性和暴露危害性进行分类列表(共分为4类)管理;2007年,美国实施《食品质量保护法》,EPA在助剂再评估的基础上将农药助剂分为可用于食用和非食用作物2大类,并分别对其中部分助剂制定了限量、适用范围和方法以及质量要求等;2014年EPA公布删除申请人提出的371种成分名单中的72种助剂,尤其是持久性有机污染物、致癌物、对环境生态有害物质。欧盟则通过实施REACH制度,将不可接受的助剂分为3类:受严重关切的助剂(无需风险评价)、受关切的助剂和其他助剂(需风险评价)。西班牙、德国已有自己的不可接受助剂名单,西班牙还对含有相关杂质的助剂给出了相关杂质限量,如限制石油衍生物中甲苯含量不得大于3%等。黎巴嫩农业部要求制剂中不能含有EPA不允许使用的助剂(惰性成分),要求提供ISO-17025认可的实验室出具的分析报告并附色谱图。印尼农业部最新发布的农药助剂禁限用名单包括30种助剂,包括苯、甲醛、甲醇、二甲苯等。加拿大制定了一个允许使用的农药助剂名单,澳大利亚禁用了草甘膦助剂牛酯胺(POEA)并且对助剂实行了登记管理。
 
综上,全世界的农药助剂管理还处于开始阶段,没有成熟的法规体系。一些发达国家(如欧盟)有相对完整的立法体系,少数发展中国家或落后国家借生硬的鉴发达国家的禁用或限用措施,但是大部分国家还未十分关注或重视农药制剂中助剂的管理要求。
 
3.2 中国农药助剂管理现状
 
我国农业部农药检定所2009年召开农药助剂管理座谈会,决定限制使用危害突出的5种有机溶剂(苯、甲苯、二甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、甲醇),2014年3月实施了HG/T 4576—2013《农药乳油中有害溶剂限量》,仅对苯、甲苯、二甲苯、乙苯、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺和萘作了限量要求。2015年农业部农药检定所起草并发布了《农药助剂禁限用名单》(征求意见稿),其中包含了乙二醇甲醚、壬基酚等9种禁用助剂和苯、甲醇等75种限用助剂,标志着中国政府拉开了对农药全组分管理的序幕。此外,中国台湾地区已对二甲苯、苯胺等38种溶剂进行了限量规定。
 
以这些法规为主导,全世界包括中国农药均以剂型更新,溶剂和乳油等替代为改革方向。即将被禁限用的大部分助剂如苯、N-甲基吡咯烷酮等是我国目前农药剂型中频繁使用且用量极大的。然而剂型更新并非朝夕就能完成,2013年公布HG/T 4576—2013《农药乳油中有害溶剂限量》,其中甲醇、二甲苯等从2009年开始一直都在限制使用,但2016年监管部门对重庆市场上的农药(乳油)中助剂开展了风险监测普查,抽取的100余组样品中甲醇、二甲苯等的检出率达80%以上(见表1),部分含量竟高达50%以上(见表2),由此可见长达7年的限用仍然成效甚微。
 
表1 重庆市场农药(乳油)助剂检出率分布情况

 
表2 重庆市场农药(乳油)各种助剂含量分段统计表

 
4 结语
 
随着全球粮食消费需求的增加和现代农业技术的采用,预计农药需求量将逐年增加,这将促进农业助剂市场的增长。2016年全球农药助剂市场估值29.8亿美元,预计该市场市值的复合年增长率为5.9%,到2022年将达到42.1亿美元。因此,必须加强农药尤其是助剂市场的监管,助力剂型更新改革加快步伐,目前除已经实施的HG/T 4576—2013《农药乳油中有害溶剂限量》外,《农药助剂禁限用名单》(征求意见稿)自2015年7月发布至今已有近3年时间,但正式稿迟迟未出台,农药有害助剂在农产品中的残留检测也无相关标准,因此亟需研究制定农药中高风险有害助剂残留的检测方法,获得高风险农药助剂残留数据,以评价农药中高风险有害助剂使用情况,指导农药助剂合理使用及为科学监管提供科技支撑,保障生态环境及农产品质量安全。此外农药登记应要求对配方组分进行全面评估,为了独立研究和风险评估,在产品标签上也应标明助剂成分及含量。
 

 

世界农化网

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