农药对非目标生物有负面影响

农药会影响多种非目标物种，而这一危害的严重程度目前只得到部分了解。Wan等人发现，杀虫剂、杀菌剂和除草剂对陆生和水生系统内的非目标植物、动物和微生物有负面影响。

　　

华东理工大学药学院化学生物学上海市重点实验室（Shanghai Key Laboratory of Chemical Biology, School of Pharmacy, East China University of Science and Technology）的研究人员 Nian-Feng Wan 等人在《Nature Communications》期刊上发表了题为 “Pesticides have negative effects on nontarget organisms” 的论文。这篇论文在农药对非靶标生物影响研究领域意义重大，为深入了解农药使用的生态后果提供了全面且关键的信息，有助于推动更科学合理的农药使用策略制定，对保护生物多样性和生态系统功能有着重要的指导价值。

研究背景

农药在全球范围内被广泛应用于农业生产、家庭及商业场景，以保障农作物产量、保护人类和动物健康。然而，当环境中农药浓度达到一定水平时，杀虫剂、杀菌剂和除草剂会对非靶标生物产生诸多负面影响。例如，杀菌剂可能减少丛枝菌根真菌（一种与高等植物共生的真菌，能帮助植物吸收养分等）的生物量，破坏其与高等植物的共生关系；除草剂会降低植物花粉活力和影响碳水化合物代谢；杀虫剂则可能导致与大量开花作物相关的非靶标传粉昆虫数量长期下降。这些影响广泛存在于微生物、植物、无脊椎动物、两栖动物、鸟类和哺乳动物等各类生物中。

此外，农药的影响不仅局限于个体物种，还会在食物链中传递，影响生态系统层面的物种相互作用，引发一系列次生效应。目前，农药监管风险评估通常集中在少数易于培养的模式物种上，如大鼠、斑马鱼、非洲爪蟾、水蚤等，这使得评估难以全面反映不同物种和生态系统对农药暴露的多样反应。同时，农业产业、政府机构和保护组织对于农药在现实世界中的危害存在较大争议，关键原因之一就是缺乏对农药跨物种影响的综合分析。因此，开展这项研究十分必要，它能够为农药对非靶标生物的影响提供更全面的证据，超越特定场景的案例研究和模式物种的局限。

研究方法

研究人员通过布尔搜索字符串在 Web of Science 核心合集、MEDLINE、SciELO 引文索引和 KCI - 韩国期刊数据库中进行文献检索，最终从 1705 项实验研究中整合了 20212 个农药效应估计值。这些研究涵盖了全球范围，涉及杀虫剂、杀菌剂和除草剂对动物（无脊椎动物和脊椎动物）、植物（双子叶植物、单子叶植物和孢子植物）和微生物（细菌和真菌）的影响，包括实验室和野外实验，实验区域涉及温带和热带气候区的水生和陆地系统。

在数据处理和分析方面，研究人员对多细胞动物、植物和微生物的影响进行分类，依据生长、繁殖、行为（仅动物）以及其他相关生物标志物（如酶活性、代谢反应和植物光合作用）的变化。对于所有的荟萃分析，在有已发表系统发育信息的物种中，明确考虑了系统发育效应。研究人员运用对数响应比（lnRR）的元回归方法，来检验关于农药对非靶标生物影响的多个假设，同时评估不同因素对农药效应的影响，如农药类型、实验类型、气候带、暴露介质、利益冲突状况和出版年份等。此外，为确保结果反映现实世界的暴露危害，研究人员还对数据集进行筛选，仅保留代表实地现实浓度的暴露率数据进行分析。

研究结果

1. 非靶标生物对农药使用的反应
   

• 动物：总体而言，农药显著抑制动物生长（95% 置信区间 =-0.1277 至 -0.055，自由度 = 1504，效应量 =-0.091，P<0.001）和繁殖（95% 置信区间 =-0.464 至 -0.325，自由度 = 5475，效应量 =-0.395，P<0.001），并改变其行为（95% 置信区间 =-0.415 至 -0.210，自由度 = 1328，效应量 =-0.313，P<0.001）。具体来看，杀虫剂对动物生长、繁殖和行为均有负面影响；杀菌剂也会降低动物生长、繁殖，并影响其行为表现；除草剂虽对动物生长无显著影响，但会抑制动物繁殖和改变行为。此外，农药还会干扰动物生物标志物，影响神经生理反应和细胞加工过程。

• 植物：农药会抑制植物生长（所有农药：95% 置信区间 =-0.422 至 -0.255，自由度 = 2576，效应量 =-0.338，P<0.001；杀虫剂、杀菌剂和除草剂分别有类似显著抑制作用）和繁殖（所有农药：95% 置信区间 =-0.538 至 -0.155，自由度 = 668，效应量 =-0.346，P<0.001；部分类别农药有显著抑制作用），同时扰动植物生物标志物，影响植物的代谢、光合作用和蒸腾作用。

• 微生物：农药暴露会降低微生物生长（所有农药：95% 置信区间 =-0.726 至 -0.376，自由度 = 422，效应量 =-0.551，P<0.001；各类农药均有显著抑制作用）和繁殖（所有农药：95% 置信区间 =-1.025 至 -0.548，自由度 = 764，效应量 =-0.787，P<0.001；各类农药均有显著抑制作用），微生物的生物标志物（酶反应系统指标）也受到影响（部分农药有显著影响）。将动物、植物和微生物进一步细分后，也发现了类似的负面反应。

2. 新老农药及不同分类的影响差异：新老农药对不同分类群（动物、植物和微生物）及其特征响应（生长、繁殖、行为和生物标志物）的影响相似，表明新农药的开发和授权在减少对更广泛生物多样性的负面影响方面效果有限。此外，被分类为危害评估模型物种（如蜜蜂或水蚤）和非模型物种（如独居蜜蜂）的非靶标生物，受到农药的平均负面影响也无明显差异。

3. 不同因素对农药效应的影响：合成农药（包括杀虫剂、杀菌剂和除草剂）、矿物基农药和生物源农药对非靶标生物的影响趋势相似，但矿物基和生物源农药样本量较小。在不同实验类型中，实验室实验中报告的农药效应比野外实验更大，这可能与实验室实验样本量大、条件控制更严格以及野外环境暴露水平较低有关。在气候带方面，温带地区的研究中农药对非靶标生物的影响比热带地区更强，可能是因为热带生态系统中农药解毒和消散更快。而在水生和陆地环境中，物种对农药的敏感性相似，即农药效应大小不因暴露介质不同而有显著差异。另外，研究还发现，有利益冲突声明的研究中，农药对动物生长、行为以及植物生长、繁殖的影响不显著，但微生物相关样本量不足，无法进行有效分析。

4. 实地现实应用率下的影响：对实地现实应用率的分析证实，农药总体上对动物繁殖（95% 置信区间 =-0.549 至 -0.230，自由度 = 470，效应量 =-0.389，P<0.001）和行为（95% 置信区间 =-0.919 至 -0.224，自由度 = 53，效应量 =-0.571，P=0.001）有显著负面影响，但对动物生长的负面影响不显著。对植物生长、繁殖以及微生物繁殖的负面影响也不显著，对微生物生长甚至有不显著的正面影响。同时，农药对植物和微生物的代谢生物标志物也没有显著扰动。

5. 农药施用量增加的影响：研究发现，所有农药施用量的增加与动物生长、繁殖和行为呈负相关，与植物生长呈负相关，与植物繁殖在一定程度上呈负相关（但部分结果不显著），与微生物生长和繁殖也呈负相关。此外，农药施用量增加与动物、植物和微生物生物标志物的变化呈正相关，表明随着农药暴露增加，生物体会产生生理响应。

研究结论与讨论

综合来看，这项研究全面地揭示了杀虫剂、杀菌剂和除草剂对各类测试的非靶标生物群体具有广泛的有害影响。农药普遍降低了所有分类群的生长和繁殖能力，还引发了动物的行为变化，扰乱了与代谢或生理状态相关的多个指标。考虑到全球农药使用的广泛性，2015 年估计约有 410 万吨活性成分被使用，这些结果凸显了农药广泛使用可能对生态群落和功能造成的潜在干扰。

虽然减少农药使用看似简单，但在实际操作中，可能会对粮食生产和农民生计产生重大影响。因此，需要广泛的政策推动来采取有效措施，减少农药使用或提高投入效率。例如，综合害虫管理（IPM）计划强调非化学控制系统（如播种时间或抗性品种的选择），并优化基于阈值的化学控制应用决策；推进绿色农药的开发和更广泛的农业生态系统多样化策略，包括生态强化、时空作物多样化（如间作）以及其他传统的病虫害防治方法（如稻鱼共作管理系统）。然而，这些方法需要考虑景观尺度的管理策略，并在国家和国际范围内广泛采用，才能有效减少对非靶标生物的影响。

此外，研究还发现农药的低成本并未考虑到对野生动物和生态系统的潜在隐性成本，这使得可持续实践在经济上对农民缺乏吸引力，导致他们可能继续依赖农药作为预防措施。同时，当前的监管评估在预测现实世界中的危害方面存在局限性，如长期低水平暴露、景观层面的累积效应以及活性成分之间的协同相互作用等问题。实施许可后的生物多样性监测有助于解决这些问题。总之，尽管农药仍可能是害虫管理工具之一，但鉴于其对所有分类群的普遍影响，目前的使用方式对于现代农业来说可能是不可持续的。若不做出改变，农药对生物多样性和生态系统功能造成的严重、意外和长期影响将持续处于不可接受的高水平。