农药的田间施用会使其有效成分通过各种途径进入环境或残留于作物，并在其中发生代谢、反应或降解，进而生成相应的代谢物注。然而由于这些代谢物生成机理复杂且结构多样，往往我们都对它们的潜在风险知之甚少。
为了保障农药的使用不会对人类自身和环境中的非靶标生物造成有害影响，各国监管机构在农药登记和再评审阶段中除了需要关注农药有效成分的安全性，也会重点评估它们在环境、作物、畜禽、加工农产品等中生成代谢物的潜在风险。
对农药代谢物的安全性评价一直以来都存在着一定的复杂性和技术难点，本系列瑞欧科技的科普文章将概要介绍国外农药登记中对于代谢物的评估思路与数据要求，以期为中国农药登记中代谢物的评估工作提供借鉴与参考。
注实际基于不同的原理，更为准确的表述应为代谢物（metabolites）、反应产物（reaction products）和降解产物（breakdown products），本文为了简化表述，将这些物质统称为代谢物。
环境代谢物的评估目的
对于环境代谢物的安全性评估，就是需要采用风险评估的原理来对在不同环境介质中生成的代谢物进行暴露评估与危害评估，最终通过风险表征来明确这些由农药有效成分生成代谢物的实际风险。除此之外，还需要明确不同环境介质中的农药残留定义和对应的化学分析方法，以用于农药登记上市之后实际的农药监管。
在暴露评估中，需要对有效成分与其代谢物的环境归趋特征进行研究。主要目的分别是：
1. 降解途径分析：尽可能解析有效成分在不同环境介质中随时间变化而生成的代谢物，并基于物料平衡的原则明确有效成分或其代谢物在不同环境介质中的转化过程（转化率）与降解途径；
2. 降解速率分析：基于动力学方程得出有效成分或其代谢物在不同环境介质中的降解半衰期（降解速率），并根据降解半衰期来确定有效成分或其代谢物的环境持久性；
3. 迁移性分析：明确有效成分或代谢物在土壤中的吸附能力，并基于环境暴露模型预测或开展具体的试验来估计农药使用后最终迁移进入地下水、地表水等水体的环境浓度。
在危害评估中，需要根据暴露评估的结果来判断有效成分或其代谢物是否对人类和环境中的非靶标生物存在暴露：
1. 若环境代谢物对人类存在暴露，则需要开展相应的健康毒理试验或评估；
2. 若环境代谢物对环境中的非靶标生物存在暴露，则需要开展相应的生态毒理试验或评估。
本文根据欧盟农药法规的规定，重点讨论不同环境介质下对环境代谢物如何开展相应的暴露评估与危害评估，涉及对
a) 有效成分与代谢物的环境归趋试验数据要求；
b) 对环境代谢物识别的要求；
c) 判断环境代谢物是否对人类或环境中的非靶标生物存在暴露，以及相应的健康和生态毒理方面的研究策略。
相比于中国农药法规中的要求，欧盟除了和中国一样重点关注农药使用后在土壤和水环境中的环境归趋以及相应的风险评估外，欧盟也还会评估大气这一额外的环境介质。
土壤中环境代谢物的评估
a. 有效成分与代谢物的环境归趋试验数据要求
对于降解途径分析和降解速率分析，在实验室环境下需要开展的试验试验为OECD TG 307: 土壤好氧/厌氧降解试验，从而尽可能解析有效成分在好氧/厌氧环境下随时间变化而生成的代谢物，并基于物料平衡的原则明确有效成分或其代谢物在土壤中的转化过程（转化率）与降解途径，基于动力学方程得出有效成分或其代谢物在土壤中的降解半衰期（降解速率），并根据降解半衰期来确定有效成分或其代谢物的环境持久性。
若有效成分或其代谢物在实验室环境下表明它们具有一定的环境持久性（如非寒冷气候下DegT50lab > 20天或DegT90lab > 200天），那么需要进一步开展现场试验，试验指南遵循OCSPP 835.6100: 旱田田间消散试验。从而通过现场试验来测定更符合农药使用实际情况的消散系数（DisT50field和DisT90field），来判断有效成分或者代谢物在实际农药使用过程中是否具有环境持久性。
对于土壤中的迁移性分析，首先需要通过试验OECD TG 106：间歇平衡方法测定化学物质的吸附和解析行为来测定有效成分或代谢物在土壤中的吸附能力（如吸附能力可用土壤吸附系数Koc表示）。除OECD TG 106外，Koc也可以采用OECD TG 121: 高效液相色谱法测量Koc或模型计算的方法来得到估计值，但此两类方法可靠性与有效性相对较低，仅建议在不能满足OECD TG 106试验条件的情况下才能够被采用。
再确定了有效成分或代谢物对土壤的吸附性后，需要进一步评估农药使用之后这些潜在污染物迁移进入地下水或其他环境水体的可能性，传统方法需要采用土壤柱淋溶试验（Column leaching studies）、蒸渗试验（Lysimeter studies）与现场淋溶试验（Field leaching studies）等进行测定有效成分或代谢物在淋溶液中的年平均浓度，但现在随着环境暴露模型的发展，更推荐采用这些模型（如FOCUS）等基于关键环境归趋参数（如Koc，降解半衰期等）得到模型预测浓度（PECs），从而避免这些复杂的试验。
蒸渗试验示意图
b. 对土壤中环境代谢物识别的要求
在欧盟农药法规中要求近可能识别所有在土壤环境中可能出现的代谢物，并基于物料平衡的原则归纳出有效成分在土壤环境中的降解途径。但当代谢物的总放射性残留物（TRR）满足如下四种条件时，此代谢物需要进一步重点分析。
1）根据代谢降解曲线，在任一检测时间点时，代谢物的TRR大于10%（即主要代谢物），如果可能的话还应当包括不可提取残留物；
2）根据代谢降解曲线，在任意两次连续的检测时间点时，代谢物的TRR都大于 5%；
3）若根据代谢降解曲线推断未能达到代谢物的最大生成率，且在最后检测时间点时，代谢物的TRR大于5%；
4）当代谢物具有高迁移性时（即代谢物在蒸渗试验中得出的年平均浓度或模型预测得出的PEC > 0.1 μg/L）
如果在有效成分的土壤好氧代谢试验中识别到的代谢物触发了1），2），3）和4）中四个条件中的任一条时，需要对此代谢物开展相应条件下的土壤好氧代谢试验。
如果在有效成分的土壤厌氧代谢试验中识别到的代谢物触发了1），2）和3）中三个条件中的任一条时，需要对此代谢物开展相应条件下的土壤厌氧代谢试验。
如果在有效成分的土壤代谢试验中识别到的代谢物触发了1），2），3）和4）中四个条件中的任一条时，需要对此代谢物开展相应土壤吸附/解吸试验。
除此之外，如上所述如果代谢物在实验室环境下表明具有一定的环境持久性（如非寒冷气候下DegT50lab > 20天或DegT90lab > 200天），还需要对此代谢物开展相应的旱田田间消散试验。
c. 土壤中环境代谢物的安全性评估
判断代谢物是否对人类存在暴露，首先依据EFSA最新相关代谢物识别指南和残留定义指南的要求（如(Q)SAR等），来判断此代谢物是否存在无毒性阈值的遗传毒性，如果代谢物具有遗传毒性，需要更充分的毒理学评估来确定此代谢物是否会对人体造成危害。如果此代谢物不存在遗传毒性，再评估代谢物的地下水的年平均浓度或PEC是否大于0.1 μg/L（此为欧盟地下水一般污染物限值），如果大于0.1 μg/L，那么表明此代谢物可能会通过地下水途径对人类造成暴露。那么仍需要依据EFSA指南进行系统的毒理学评估。
判断代谢物是否对环境中的非靶标生物存在暴露，首先要基于不同条件下降解途径分析识别出主要代谢物（即TRR大于10%），然后对所有非靶标生物所处的暴露环境具体分析，先开展符合实际暴露环境的低阶生态毒理试验，再根据低阶数据结果来判断是否触发更进一步的高阶生态毒理试验。
下期预告：
◆ 水环境中环境代谢物的评估
◆ 中国、欧盟、美国、OECD、FAO/WHO环境代谢物评估差异
作者介绍：
黄超博士，毕业于中科院生态环境研究中心，获环境科学博士学位，研究工作主要涉及毒性检测方法的开发，高内涵/高通量筛选，风险评估，工业化学品/农药毒性作用机制研究，内分泌干扰物评价，非测试方法应用和数据分析等，已发表17篇学术论文，1部专著。目前担任瑞欧科技农用化学品事业部技术主管，并任中国毒理学会计算毒理学专委会委员，浙江农药工业协会专委会委员。
郭金平先生，毕业于华中农业大学植物保护专业（原华中农学院），拥有20多年的农药登记、技术开发、技术项目管理经验，熟悉中国农药登记法规和登记流程，具有丰富的农药登记应对经验。目前担任瑞欧科技农用化学品事业部中国农药高级技术专家。
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