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化学农药的使用:利益与危害的博弈

化学农药的使用:利益与危害的博弈

  • 分类:行业新闻
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  • 发布时间:2021-02-19 09:50
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化学农药就像一个“从出生就带有先天缺陷的婴儿”,其作为人类主动投入到生态环境中的一类具有生物活性的化学物质,不可避免会对生态环境或人畜健康造成或多或少的负面影响。1962年,雷切尔·卡逊(Rachel Carson)出版了《寂静的春天》一书,在世界上首次将化学农药和环保作为主题,他既是一部文学著作,又是一部经过大量调查研究后完成的科普巨著,引发了全球对农药使用环境污染问题的认识和重视。在“生态保护”“绿色发展”成为时代主题的今天,再重新学习这本书,其中关于农药安全使用和发展方向的观点并不陈旧,值得思考和借鉴。该书已经出版了近60年,全世界仍然在继续使用农药,也未出现书中所描述的悲凄场景,这充分证明了一个自然规律“农业集约化种植离不开农药的使用,使用农药是在利益与危害之间进行博弈”,同时也说明人类在对农药趋利避害的斗争中取得了胜利。我们不能一味地去“妖魔化”农药的害处,而应该科学看待农药使用给人类带来的好处,以及农药自身安全性在不断发展中的进步和变革,扬长避短。

 

01 科学认识农药的利与弊

 

农药被全世界广泛用于农作物有害生物的防治,保障了产量和品质的提高,在满足全球粮食需求方面发挥了巨大作用。但是,农药又常常被当作食品安全、环境污染的“罪魁祸首”而一次次被推到“风口浪尖”,缺少被科学、客观、公正的评价和对待。Knutson等描绘了没有农药的美国社会“农业生产将减少,食品价格将上涨,在全球市场上的竞争力将降低,农产品出口下降,从而导致大量失业”。

 

1.1 农药的危害

 

农药是一种释放到环境中用于消灭有害生物(如植物病虫草鼠害等)的有毒物质,可以通过喷雾、土壤处理、种子处理等方式施用到环境中,其中只有少部分真正被利用(到达靶标),其余可能会污染农田并对有益昆虫、土壤微生物等产生危害,进而也可能进入地表水体,挥发到大气中,或通过摄入等方式作用于非靶标生物,杀死蜜蜂、天敌昆虫、青蛙等有益生物,有的还可以在食物链不同层级的生物间富集,造成长期慢性毒性。

 

此外,进入饮用水或者食物中的农药还可以危害人类健康,引起多种癌症和疾病,尤其是儿童,他们的免疫系统、神经系统和解毒机制尚未发育完全,会受到更大的损伤。据文献报道,百草枯会造成人的肺肝肾组织的损伤;二硫代氨基甲酸盐类药剂的代谢物乙撑硫脲(ETU)能诱发甲状腺癌并调节甲状腺激素;有机氯农药如滴滴涕(DDT,又名双对氯苯基三氯乙烷)与癌症、哮喘、糖尿病和儿童生长障碍等有关,还有干扰内分泌的作用等。

 

1.2 农药的益处

 

人类使用农药的目的是其给人类带来的益处,否则不会以牺牲环境和健康为代价去使用它。农药是最重要的植物保护技术,如果没有这些技术,食品产量将会下降,许多水果和蔬菜将会短缺,价格将会上涨;可以被用来控制白蚁、蟑螂、蚂蚁、老鼠和其他害虫,给人们创造良好的生活环境;可以被用来保护花园、公园、运动场、湖泊和池塘等公共的环境;可以用来防治病媒昆虫,防治疾病的传播,如疟疾等;可以用来防治植物病原或非病原的微生物,减少微生物毒素的污染,如高度致癌物黄曲霉毒素,其危害远远大于农药本身。因此,农药是人类与自然界斗争的工具,给人类带来很多益处。

 

02 农药伴随着时代不断发展

 

农药随着科技的进步在不断发展,但并不是一个新近的“发明”,早在公元前2500年前苏玛连人(Sumarians)就开始使用硫磺控制害虫和螨虫,公元前1200年中国用汞和砷化合物控制体虱,除虫菊花提取物用做杀虫剂有2,000多年历史,盐或海水被用来控制杂草。无机物质,如氯酸钠和硫酸,或从天然来源获得的有机化学物质在20世纪40年代以前被广泛用于害虫防治。

 

农药的发展大致可以分为5个阶段:(1)1000年前,早期阶段;(2)1000—1850年,使用植物、动物及矿物源;(3)1850—1940年,使用无机物和工业副产物;(4)1940—1970年,使用以DDT为代表的有机合成化合物;(5)1970年至今,使用有机合成的低风险化合物。其中,1940年之前的农药又被称为“第一代农药”,典型特征是使用植物、矿物等天然源化合物作为农药,大多毒性高、防效低、在土壤中易累积,且长时间使用已出现抗性问题,目前多数已被淘汰;1940年之后~1970年这段时间开发的农药被称为“第二代农药”,主要是DDT的问世开启了化学合成农药的历史,以有机氯、有机磷、氨基甲酸酯农药等为代表,典型特征是防效好、对哺乳动物和有益生物毒性高,部分品种在环境中持留期长;为了克服“第二代”高毒性的问题,1970年之后开发了保幼激素、蜕皮激素、昆虫信息素、几丁质合成抑制剂等对人畜直接毒性较低的农药,大部分品种对环境友好(有的品种对环境有益生物的毒性较高),有时被称为“第三代农药”,甚至“第四代农药”。客观上来说,这些农药由于效果、成本、残留期等因素,还不能完全取代“第二代农药”,真正成为目前农药主流的是高效、高选择性、低残留、低风险的“现代化学合成农药”,如菊酯类、新烟碱、双酰胺类等杀虫剂,三唑类、甲氧基丙烯酸酯、琥珀酸脱氢酶抑制剂(SDHI)等杀菌剂,磺酰脲类、对羟基苯基丙酮酸双氧化酶(HPPD)类等除草剂。因此,农药一直沿着低毒、高效的方向不断发展,“现代农药”不再是上世纪50年代的长残留、高生物富集性的“有机氯农药”时代。

 

03 农药生态环境安全性管理

 

20世纪40年代,尤其是二战期间,由于提高粮食产量和寻找潜在的化学武器的需要,化学合成的杀虫剂如DDT、艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、2,4-滴和对硫磷等被大量使用,在农业上的应用也被认为是有利的,当初并不担心这些化学物对环境和人类健康造成影响。1962年,《寂静的春天》一书引起了人们对农药安全性的广泛关注,并由于20世纪70年代害虫抗药性的出现,积累了大量农药负面效应的证据,最终在1972年美国禁止使用DDT。同时,也促使美国于1970年成立美国环保署(US EPA),由专门的部门进行农药生产和使用的管理,当时是世界上第一个专门管理农药的政府机构,主要目的是加强农药的安全性管理,并在上世纪80年代开始建立了农药环境风险评估技术体系,为其他国家的农药管理提供了借鉴。

 

我国于1978年经国务院批准,恢复原农林部农药检定所,成立了专门的农药管理机构。1982年正式颁布《农药登记规定》并实施农药登记制度后,尽管农药的环境安全性在早期引起关注,但由于当时技术能力、人才队伍和硬件条件的限制,农药登记关注的重点主要还是质量和效果。相对于欧美等发达国家,我国农药环境安全性管理工作至少落后30年,其发展历程大致可以分为3个阶段(表1)。目前我国农药环境安全性管理实现弯道超车,已从早期仅凭急性毒性数据的主观判断进入科学的量化风险管理阶段,并在国际上受到广泛关注。6

 

2.1.png

表1 我国农药环境安全性管理发展阶段

 

 

04 降低化学农药使用的危害

 

农药是科学技术和社会发展的必然产物,是极为重要的农业生产资料,直接关系到国民经济发展、人民健康、农业生产安全和社会稳定。但只要我们生产上使用农药,就很难逃避他的危害,最有效的方式就是尽量降低其危害的范围和水平。《寂静的春天》带给我们很多工作的启示,人类可以采取很多措施去减少农药的使用和降低农药的危害。

 

4.1 淘汰高毒高风险农药品种

 

《寂静的春天》中描述了美国大量使用DDT、艾氏剂、狄氏剂等长残留、高风险农药后造成的野生动物、鱼类、鸟类及家畜的危害。DDT目前已在世界上至少86个国家禁用,我国1983年国务院发文停止生产六六六、DDT农药,1992年原化工部发文停止上述农药在农业上使用,并在2002年原农业部199号公告中被列入国内明令禁止使用的农药。至此,我国先后全面禁用和限制在果菜茶等作物上使用的农药品种达66种(约占整个农药品种的8.7%),尤其是氟虫腈、克百威、氟苯虫酰胺等对环境有益生物毒性较高的品种被限制使用,使得类似“寂静的春天”的现象只在我国很小范围内或很短的时间内出现过,农田里鱼、鸟都开始多起来,生物多样性正逐渐恢复。

 

4.2 加强农药使用管理降低危害风险

 

农药对环境的危害大多数情况是由于不合理使用造成的。《寂静的春天》中描述的美国上世纪50~60年代的情景,不难看出大量的飞机喷洒农药这种施药方式是造成对非靶标生物影响的一个重要原因,农药漂移问题较大,我国目前在林业和农垦区域仍然还在使用这种有人驾驶飞机施药,尤其是林业上使用的有些农药对蜜蜂或鸟类高毒,如吡虫啉、阿维菌素、甲氨基阿维菌素苯甲酸盐等;无人机飞防正出现爆发式增长,年施药面积达到几亿亩。由此带来的农药环境污染问题应引起高度重视。选择安全环保的剂型也是降低农药使用风险的手段,2019年纳米农药成为IUPAC认定的化学领域十大新兴技术之首,但纳米农药的环境安全性问题,在增加风险和降低用量方面的利益权衡也值得关注。另外,在实际生产中,超范围、超剂量使用现象也较为普遍,如果农药的滥用问题不加管控,将会使得我们的科学评价数据和资料变为一堆废纸。

 

4.3 加强农药安全使用的技术指导和培训

 

卡逊不主张绝对禁止使用化学农药,但坚决反对随便让对农药毒性毫无了解的人去使用,并且农药的标签上有关毒性、使用和安全注意事项等相关内容的字体非常小,加之农药使用者较少关注标签的习惯,以及农村老龄化的问题,影响了农药标签在实际用药过程中的指导意义和作用。应通过加强安全用药培训、发展专业化统防统治、提高农药经营人员素质等手段减少农药不合理使用。

 

4.4 加快推进生物农药替代化学农药的使用

 

卡逊在当时就总结了采用辐射技术让害虫绝育、声波控制、使用天然源农药、以菌治虫、以虫治虫等手段来减少和替代化学农药的使用,但经过60多年的发展,现在看起来这些技术推进的速度缓慢。究其原因,经济利益的驱动和生物农药难以突破的技术瓶颈是主要原因,必须有政府的干预和支持才能扭转生物防治手段的劣势,未来可以从产品的研发、开辟登记注册的绿色通道、使用补贴、税收减免等方面给予支持。

 

05 存在的问题及前景展望

 

5.1 存在的问题

 

卡逊查阅了大量文献、开展了大量调查研究,并和多个国家的知名专家进行了深入的交流,指出农药环境安全性管理工作中的漏洞或者值得深入考虑的问题。结合我国实际,农药安全性管理仍然有一些问题值得我们去思考和努力解决。

 

5.1.1 农药复合污染的问题

 

卡逊指出,我们的安全性评价试验都是让我们的试验动物单一暴露于某一种农药来开展毒性效应观察的,但现实生活中,我们无法知道我们不同时间、不同场合接触了多少种农药,无论是人畜健康还是环境健康,农药的“鸡尾酒效应”问题一直是难以破解的难题。值得庆幸的是,我们目前批准登记的农药再不会像DDT那样有很强的生物富集性,而且我们也正在建立和关注农药混配制剂的环境风险评估程序和方法。另外,自然界中的化合物不计其数,农药在自然界中是否会与其他化合物发生反应,生成毒性更强的化合物,很难去得到准确的答案,最好的办法只能是避免和减少与农药的暴露和接触。

 

5.1.2 对农药毒性认知的问题

 

风险评估是现有认知与技术体系下,便于我们预测或评估农药使用后风险的最有效工具。它使得我们具有一个统一的尺度,便于我们在同等条件下,选择活性相对较好的、安全性风险相对较低的农药品种。但客观上,我们不能确保评估过的风险较低的农药就一定是安全的,因为评估的准确性离不开生物效应方面的数据,尽管我们已经建立了相对完善的生态毒理学试验方法,但大都是宏观的、急性的毒性效应,微观的、慢性的毒性效应开展有限。但是也要相信,随着分子生物学、代谢组学等技术的发展,会不断提高我们对农药毒性影响的认知程度。

 

5.1.3 如何解决“旧账”问题

 

在我国实施严格的农药环境风险评估和安全性管理措施之前,一些对生态环境具有影响的药剂和使用方式已经被批准,在满足农业生产需求的情况下,这些药剂和使用方式需要被逐步替代和取消,从而在更大程度上减少农药使用对生态环境的影响。

 

5.2 前景展望

 

我国常见农业害虫有739种、病害775种、杂草109种、鼠害42种,因此,农业生产离不开农药。2019年草地贪夜蛾从境外传入、2020年黄脊竹蝗入侵云南,都是通过化学农药才使虫灾得以有效控制。人类要不断开发和生产高效、安全和环保的农药来满足日益增长的人口对粮食的需求,但农药对生态环境的危害也在不断得到深入认识和广泛共识。2017年新修订的《农药管理条例》提高了农药登记安全性管理门槛,突出了绿色发展理念,正引领我国农药产业结构朝着高质量方向发展。

 

农药创制和研发的方向一直是:(1)追求高效,以实现最低使用量;(2)易于降解,减少在环境中的残留;(3)高选择性,减少对非靶标的伤害。早期的农药的用量,如20世纪30~50年代,农药用量在1~10 kg/hm2,而现在很多新的化合物用量在10 g/hm2或者更低,农药在追求高效的方面取得了重大进展。此外,由于化学农药研发的成本越来越高、筛选到有效化合物的概率越来越低,农药研发正朝着生物农药、转基因抗病虫技术、抗病育种、RNAi技术及非生物技术方向发展,一些跨国公司和国内大企业开始加入生物农药研发队伍,绿色防控技术将会在农业有害生物综合防治(IPM)措施中发挥更大、更广的作用。

 

来源: 《农药科学与管理》2020年第12期   作者:农业农村部农药检定所 袁善奎
 

 

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