生物防治活性物质在欧洲农药法规(EC) No.1107/2009框架下的发展

 

对于人类来说，农业中一个主要问题是农药应用风险，特别是食品中农药残留和农药使用对环境的影响(报道在粮食生产中使用农药成为英国第三大食品安全问题)。因此，人们希望通过监管改变农业实践，减少化学品的使用。

 

欧盟的监管行动包括颁布指令2009/128 / EC，鼓励成员国实施国家行动计划，其目的为“减少农药的使用对人类健康以及环境构成的风险和影响，并促进综合病虫害管理和使用替代方法或技术，如非化学物质替代农药”。因此，如果种植者目前需要将农药使用作为其现有农业系统的一部分，那么社会意愿、监管带来的压力以及种植者对农药风险的认识，将迫使他们寻找对人类健康和环境的影响较小的化学解决方案的替代品。BCA是减少化学农药使用的一种工具，因为BCA通常被认为比化学物质的危害性更小。

 

欧盟各成员国对其定义并不统一。在本研究中，使用法国对于BCA和利用自然机制进行综合病虫害治理的相应产品的官方定义。这些物质包括宏观生物体(本研究未涉及)、微生物、化学信息素 (如信息素)和化感物质等植物保护产品以及源自植物、动物、微生物或矿物的天然物质。随着有关生物防治的出版物越来越多(图1)，人们对生物防治的兴趣不断增长。生物防治市场也在强劲增长，目前全球市场价值为19亿欧元，欧洲为5.42亿欧元；预计年增长率分别为15%和20%。
 

 

然而，生物防治剂并不一定对人类健康和环境的风险更小。例如，铜化合物(被列为候选替代品)和印楝素(azadiractine，印楝油的活性成分)被高度怀疑是内分泌干扰物，以及目前的多杀菌素(spinosad)，都是有争议的物质，但仍被用作生物防治物剂。

 

 

欧洲议会和委员会的植物保护产品新法规(EC)No. 1107/2009于2011年生效，废除了此前的79/117/CEE和91/414/CEE，特别是其附件I。执行法规(EU) No. 540/2011和 (EC) No. 1107/2009，并建立2011年批准以及此前已批准的活性物质清单，这是本研究的起点。值得注意的是，一些生物防治剂早在该规定生效之前就已经上市，有些自2011年被再评审。

 

所有有关活性物质状态的改变均按照法规(EU)No. 540/2011进行批准、再评审、撤销、延长批准期限、修改批准条件和类型(如低风险状态)。

 

可以登记为以下4种类型之一：标准物(批准10年)；基础物(不是令人担心的物质，没有批准期限)；低风险物(人类和动物健康以及环境的风险低，批准期限是15年)和候选替代物(最多只批准7年)。个别的生物防治剂可以归为多个类别，但许多可以被归入具有“高潜力”的低风险物质类别。

 

然而，法规并不总是有利于生物防治剂。有些国家在加入欧盟之前使用一些天然生物物质，指令91/414/EEC对其中一些物质产生了不利影响。一些产品的利润不足以支付其登记的费用，在某些情况下，生产商支付不起其产品登记有关的费用，不得不放弃这些产品。

 

此外，最初为化学农药制定的活性物质登记数据要求，对生物防治剂可能会有问题。然而，随着时间的推移，简化生物防治剂登记的指南已经出现，例如对杆状病毒(Baculovirus)的登记指南。

 

 

根据欧盟委员会法规实施细则(EU) No. 540/2011来追溯2011年至今农药的历史，并考虑了所有物质的批准、延期批准和再评审以及批准期限。直链鳞翅目类信息素是一个例外， 这类物质是根据SANCO/2633/08 进行监管。

 

生物防治剂分为3类：天然物质(NS)、微生物(Mμ)和化学信息素(SC)。本研究没有考虑用于诱捕的化学杀虫剂，也没有考虑宏观生物，这些都不包括在(EU) No. 540/2011中。

 

NS是“自然界中存在的活的或死的物质，不是经化学合成的，或通过任何方法提取而来，或仅通过人工、机械或重力方式、或在水中溶解、浮选或加热来除去水分”而来。如果它们以自然状态存在，但可以被化学合成用于农化产品，则纳入本研究；NS的衍生物，如乙基多杀菌素(spinetoram，源自天然的多杀菌素)，不被认为是NS。NS可以分成5个子类：植物源物质(NSP，如大蒜提取物)、动物源物质(NSA，如乳清)、矿物源物质(NSM，如石灰石)、微生物源物质(NSμ，如多杀菌素)和生物源物质(NSB)。生物源物质是一种来源难以分类的物质，例如二氧化碳或COS-OGA(由壳聚糖寡聚物和阴离子果胶寡聚物组成)。

 

Mμ分为3个子类：病毒(MμV)、真菌(MμF)和细菌(MμB)。

 

SC可分为2大类：信息素(SCP)和化感物质(SCA)。SC可用于诱捕器(监测害虫的数量)或吸引并杀死策略或干扰。

 

 

根据欧盟农药数据库来分类每种生物防治剂的种类(如杀虫剂)。然后对这些种类进行分析。

 

分类每种生物防治剂的种类较为困难。首先，法国评价机构Anses 的法国农药数据库(Ephy)被用来索引法国所有良好农业规范(GAP)或法国现有活性物质的种类。如果法国没有此活性物质(因此在这个数据库中没有参考用途)，则从欧盟农药数据库检索审查报告，用于确定缺失的种类。

 

其次，主要根据法国GAP的用途目录(做了一些小小的调整，比如土豆被归为“可耕地作物”而不是商品蔬菜)，将用途分为5个农业类别：葡萄栽培、树木栽培、商品蔬菜种植、园艺和可耕地作物(包括谷物)。将一般处理作为类别的一部分加以考虑。最后，根据索引用途，对BCA物质进行分类分析。

 

这项研究没有考虑随着时间的推延每种物质的GAP使用的发展或GAP使用的扩展。

 

 

当欧盟委员会法规实施细则(EU) No. 540/2011于2011年生效时，398种物质立即获得批准。目前，约494物质已经被允许使用，这比最初的数量有了显著的增加。生物防治剂和化学物质都有所增加，但增速不同，如图2所示，化学物质的数量增加了13.5%，而生物防治剂的数量同期增加了48%。这段时间的增长一直很稳定，没有出现任何峰值。2011年，生物防治剂占农药总量的30.9%，目前占36.8%，增长了5.9%。自欧盟法规(EU) No. 540/2011 号生效以来，已有5 种生物防治剂通过再评审。
 

 

 

在欧盟，生物防治剂的整体数量增加了，但不同类别(Mμ、SC 和NS)之间有一些差异。如图3和4所示，Mμ的数量从25个增加到47个(图3)，这是在此期间在BCA 中增加量最大的一类(+88%，图4)。同样，NS的数量也从66个增加到了95个，但是在BCA中其增长不很显著(+42%，图4)，紧跟其后的是SC (+25%，图4)，2011 年为32个，2018 年为40个(图3)。
 

 

 

因此，相对于生物防治剂的总量(图5)，SC 的比例有所下降(−4%)，而Mμ的比例显著增加(+5.5%)，而NS 更趋于稳定(−1.5%)。
 

 

如图6所示，2011－2018 年物质数量的增加对于Mμ 和NS 来说是逐步的。然而，不同的子类之间的增长是不同的。

 

 

对于Mμ而言，MμB从7个增加到14个，翻了一番(+100%)；MμV从2个增加到8个，翻了两番(+300%)；而MμF的增长最少，从16个增加到25个(+56%)。对于SC，SCP 从29个增加到36个(+24%)，SCA的数量从3个增加到4个(+33.3%)，增幅最低。NS也增加了，就物质的数量而言，NSP增加最多，从30个增加到47个(+56%)；其次是NSM，从18个增加到25 个(+39%)；NSA 从4个增加到6个(+50%)；NSμ从3个增加到5个(+67%)；而NSB 从11个增加到12个(+9%)。

 

基础物质(basic substances)是NS数量增加的一个重要组成部分，特别是拥有10种物质NSP；也是NSA增长的原因，增加了2 种物质，同时为NSM的增长做出最大贡献(5种物质)。其余的基础物质包括1种SC、1种引诱剂(磷酸二铵)和1种化学物质(过氧化氢)，它们不被认为是生物防治剂。目前，经批准的基础物质中有18 种为BCA，占2011 年以来生物防治剂批准总量的30.5%，占生物防治剂批准总量的9.9%。

 

低风险物质(目前有12种物质以及正在审批中的2种)也在生物防治剂的发展中扮演重要角色：这12种物质中，8种被直接批准作为低风险物质(2个是天然物质，6个属于Mμ类)以及4个在再评审中被分类为低风险物质。这些物质占2011年以来批准的生物防治剂总量的15.2%，占生物防治药物批准总量的7.6%。

 

 

如图7所示，在2011年至2018年间，生物防治剂的农业用途类别变化不大：树木栽培所用生物防治剂最多，而可用于谷物的生物防治剂最少。应该指出的是，商品蔬菜种植显示出最强劲的增长，物质数量从69个增加到99个(增加30个)；其次是树木栽培和葡萄栽培，分别从74个增加到103个(增加29个)，以及从52个增加到78个(增加26个)；园艺中使用的物质从61种增加到74种(增加13个)，其他可耕种作物中使用的物质从41种增加到53种(增加12个)，谷类上使用的物质从35种增加到41种(增加6个)。
 

 

 

从图8中可以看出，不同种类生物防治剂的发展并不一样：从物质数量上看，杀菌剂(FU)增长最多，从26个增加到57 各(+119%)；其次是杀虫剂(IN)，从32个增加到46个(+44%)；诱引剂(EL)从2个增加到9个(+350%)；杀螺剂(MO)从1个增加到2个(+100%)；植物生长调节剂(PG)[遵从农药法规(EC) No.1107/2009，引用农用化学品准则Sanco1003/200026 以及管理法规(EU) No. 540/2011]从18个增加到21个(+17%)；杀螨剂从17个增加到19个(+12%)以及杀线虫剂(NE)从1个增加到2个(+100%)。相比之下，自2011年以来，还没有新的生物防治除草剂(HB)问世。
  

 

 

化学和生物防治剂的使用和登记都有所增加，生物控防治物质增长较快；所有类别(SC、NS 和Mμ)的生物防治剂都有所增加，要解释这一发展，必须考虑诸多因素。

 

 

预期生物防治剂会随着法规(EC) No. 1107/2009的生效，特别是指令2009/128/EC的执行而增加，该指令旨在促进批准对人类健康和环境危害较小的物质。此外，生物防治剂被认为影响和风险低。然而，已批准的生物防治剂比化学物质多，这使以前的趋势逆转了。

 

生物防治剂的增长很大一部分是由基础物质(占2011年以来批准的生物防治剂的30.5%)构成。基础物质的定义是：“⑴活性物质不是令人担忧的物质；⑵不引起内分泌紊乱、神经毒性或免疫毒性效应；⑶并非主要用于植物保护目的，但无论是直接使用还是在由该物质和简单稀释组成的产品在植物保护中都可以起到作用；⑷没有作为植物保护产品投放市场”。

 

法规(EC) No. 1107/2009给予登记传统物质的机会，例如问荆(Equisetum arvense )。与所有其他物质相比，传统物质登记所需的资料简化了，且一旦获得批准，就可以在整个欧盟范围内使用。此外，基础物质不需要再评审，与传统农药相比，卷宗的成本降低以及登记这类物质的官方要求减少，可能在一定程度上是生物防治剂增加的原因。

 

然而，可以作为基础物质应用的食品通常不是来自大型农化企业。规模较小的企业不一定具备所需的专业知识或有意愿申请低风险物质为农药，也可能无法支付监管批准所需的资金。此外，根据法规(EC) No. 1107/2009第23 条，基础物质并没有“作为植物保护产品投放市场”，因此企业没有经济利益支撑来启动注册程序。

 

同样地道理并不适用于低风险物质(它们遵循与常规物质相同的登记过程)，所以不会影响这个过程的开始时卷宗的成本(即使在某些成员国一些费用可以减少)。低风险类物质的主要优势是它们被批准使用15年而不是10年，这一类别占生物防治剂增长的15.2%。

 

 

Mμ的使用和登记增长比例最大，原因有很多。最初Mμ的数量非常少(只有25个，相对而言，NS有66个，而SC 有32个)，这增加了增长的百分比。然而，这不是要考虑的唯一因素。首先，近年来实验室技术得到了改进，从而降低了发现和开发原型产品(prototype products)所需的成本和时间；其次，某些微生物具有多重活性(调控害物和改善营养)，与化学物质相比，更低的毒性和更高的选择性可能是这类物质过去和未来发展的一个因素；此外，欧盟目前倾向于鼓励开发这些物质，如发布低风险物质标准。

 

然而，微生物发展的障碍仍然存在，例如，产品的可变性，以及与化学产品相比的特殊配方和施用要求。如果要正确地应用微生物需要特殊的技能，监管也可能是困难的，因为并没有区别对待活的有机体和其他物质。根据目标市场的规模，登记费用可能会使微生物的申请对企业来说无利可图。

 

NS 在过去几年中增长强劲，特别是在属于此类的17种基础物质得到批准的情况下。NS子类中最重要的是NSP，它几乎构成了天然存在物质的一半(95个物质中的47个)。今后随着低风险标准的修订可能会进一步增加，同时正在出版的所有低风险物质的完整清单，这可能是潜在候选物质的来源之一。第二重要的NS 子类是NSM(目前为25个物质)，但可能由于铜化合物的减少，其数量于明年减少，铜化合物占25个物质中的6个，或几乎占这些物质的四分之一。铜化合物因对环境的影响而备受争议，其有效期于2019年到期。

 

数量较少且变化小的是NSA 和NSμ，所有在2011 年之前批准的NSA 都是用作动物趋避剂(4个物质)。2011年批准的NSA 基础物质乳清、壳聚糖盐酸盐等分别作为诱导剂和杀菌剂使用。除了基础物质外，NSA 类在未来可能不会进一步发展。NSμ包括5 个物质：啤酒酵母(cerevisane)、多杀菌素(spinosad)和阿维菌素类(avermectins)。啤酒酵母是最新的NS，由1种经常用于食品生产的酵母(酿酒酵母LAS117菌株)的细胞壁组成，豁免最大残留限量。多杀菌素是天然的多杀菌素类物质(spinosyns)的1种，由于出现了几例抗性而有所争议，其中一些在第一次使用后仅几年就出现了。这种物质的批准已经被延长了2 次，目前授权到2019年，考虑到相应的欧洲食品安全局(EFSA)的态度，可能不会被延长。NSμ和NSA看起来是最不可能呈现指数级增长的子类。

 

自2011年以来，SC增长了25%。与传统农药相比，SC也有优势：生产者不需要使用广谱或持久性杀虫剂，而且在收获时减少可能的农药残留。SC通常也是物种特异性的，这意味着它们不会伤害天敌生物。此外，欧盟目前倾向于鼓励开发这些物质，例如发布了指南文件SANCO/2633/08 和SANTE/12815/2014。

 

如果采取适当措施减少下文发展的障碍，它们安全的作用方式可能在不久的将来促进进一步的增加。SC的发展存在一些障碍：首先，一些潜在的用途是非常有针对性的，销售不能产生足够的潜在利润，公司无法支付登记成本和费用，特别是磷酸二铵(DAP)等现成的物质被批准为基本物质；大多数SC 都是种或亚种特异性的，因此仅在GAP表中占有很小的使用范围，很难支持其登记费用。虽然有了新的生产方法，但有些SC 也不太容易人工合成。此外，BCA物质对农民来说过于昂贵，并且可能正确使用需要特殊的技巧。

 

 

3.1 种类

 

生物防治剂的主要种类为杀虫剂和杀菌剂，它们位列农药常用用途的第2和第3位，仅次于除草剂，虽然也有少数生物防治除草剂出现。最可能的情况是，种类的开发符合市场的需要，并可部分替代在EFSA 再评审后未获批准的化学物质。诱导剂数量出现显著的增长，这一类别是新发展方向。大多数以前的农药都是具有“灭生”或杀死作用，而诱导剂或植物强壮剂则是相当新的。

 

未来最重要的问题是除草剂，特别是对草甘膦使用的争议。由于产品抗性的出现(> 400例)以及农业化学工业30多年来一直没有新的作用机制的除草剂推向市场的事实，促使对除草剂的开发有着强烈的需求。此外，自法规(EC) No. 1107/2009生效以来，并没有批准任何新的生物防治除草剂。生物防治剂目前还不是化学除草剂的切实可行的替代品。然而，生物除草剂(真菌、细菌和病毒)似乎是一个值得研究的课题，虽然存在一些发展障碍(候选物

的选择、田间效果和商业盈利能力)，但因为与化学除草剂相比，它们对环境的影响更小，所以生物除草剂可能是未来杂草管理的另一种选择。

 

3.2 农业用途类别

 

用于商品蔬菜种植是指用于温室中种植的所有蔬菜，例如番茄和黄瓜。在这些受控条件下更容易应用生物防治剂：受控的温室环境、作物的高附加值和有限的已登记杀菌剂为植物病害的生物防治提供了独特的地位。用于小型和特殊作物的植物保护物质的缺乏、残留问题和许多作物依赖传粉者的事实，以及农药抗性的出现也可能对生物防治剂的发展产生积极影响。同样的理由也适用于园艺，该类别生物防治剂数量也增长了。

 

树木栽培，特别是果园，具有非常有利于应用生物防治剂的特点，由多年生植物和多层生境组成，有较高的生物多样性和恢复力，但也需要持续防治多年生虫害和病害。葡萄栽培也涉及多年生作物，具有类似的特点，也面临着可用植物保护物质的减少。这些特点都有助于多年生作物生物防治剂的开发，与化学物质相比，多年生作物生物防治剂(在某些方面)具有生态优势。

 

可耕地作物(谷物)似乎在应用生物防治剂方面存在很多困难。必须考虑的主要因素是，化学农药目前满足了大部分需要，而且价格低廉。然而，生产商目前需要更多的解决方案来控制某些害物，因此，生物防治剂可能会增加，以满足未来的一些特殊需要。

 

 

这项研究记录了农药数量的总体增长，包括化学物质和生物防治剂。与最初的预期相反，近年来化学物质显著增加，生物防治剂也增加了，并且表现出比化学物质更强劲的增长。然而，尽管数量增加了，但生物防治剂仍然远远少于化学物质，占已登记农药总数的36.8%。

 

法规(EU) No. 540/2011所包括的生物防治剂的增长将扩大到更多的农业领域，尽管仍然存在一些障碍。生物防治剂的药效平均在40%~50%，而化学物质的防效则在80%或以上，BCA 应该提高药效来与传统的化学防治剂竞争。相对于生物防治剂的目标市场规模，其登记费用(检测、毒性试验、田间试验、开发和费用)较高，这可能限制其开发。总之，尽管生物防治剂在增长，但与一般农药相比，生物防治剂在扩大应用方面面临着诸如成本与增益、技术发展、稳定性(对于光照、温度等)和田间药效等障碍。