农药对土壤的影响、污染及防治措施_农药对土壤的污染
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农药对土壤的影响、污染及防治措施
娄凯
（郑州大学 水利与环境学院 河南郑州 450001）
摘 要:阐述了我国农药生产及使用的现状,通过分析农药的基本情况、农药使用中存在的问题，农药对土壤环境污染的原因, 分析农药对土壤环境的危害，介绍土壤中农药的迁移转化规律,概括总结了解决土壤污染的防治措施。
关键词:农田 土壤;污染;防治措施
1949 年—1980 年世界粮食单产由1 000 kg/ hm2 提高到2 499 kg/ hm2 ,平均增长39 kg/ hm2。其中科技对农业高速发展的贡献率为70 %以上。作为贡献的核心是良种、化肥、农药和灌溉。建国以来,我国的农药工业取得了很大的发展,并为我国农业的丰产、稳产作出了巨大的贡献,使我国的粮食总产量稳居世界首位。尤其是近年来中国的农药出现了长足的进步。目前我国的农药产量已列世界第二位。有统计数字表明,我国通过对病虫草害的防治,每年可换回粮食损失150 亿公斤。但同时农药的过量使用也造成了严重的土壤污染问题。
1、农药的基本情况
农药, 是指用于预防、消灭或者控制危害农业、林业的病、虫、草和其他有害生物以及有目的地调节植物、昆虫生长的化学合成物或者来源于生物、其他天然物质的物质及其制剂。迄今为止, 世界各国所注册的1500 多种农药中, 常用的有300多种, 按农药化学结构可分为有机磷、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯、有机氮化合物、有机硫化合物、醚类、杂环类和有机金属化合物等;按其主要用途可分为杀虫剂(如澳氰菊酷、甲胺磷)、杀蜗剂(如杀瞒特)、杀鼠剂(如磷化锌)、杀软体动物剂、杀菌剂(如波尔多液)、杀线虫剂、除草剂(如除草醚)、植物生长调节剂(如助壮素)等;按农药来源可分为矿物源农药(无机化合物)、生物源农药(天然有机物、抗生素、微生物)及化学合成农药, 而生物源农药又可细分为动物源农药、植物源农药和微生物源农药3类。
我国是发展中的农业大国、人口大国, 也是农药生产和使用大国。近年来我国农药总施用量达130 余万t(成药), 平均每hm2 施用接近15kg, 比发达国家高出一倍。并且在土壤中的残留农药量一般高达50%～60%。农药这一特殊用途化学物质问世以来, 在直接参与土壤生态环境生命过程中, 它为人类治理病虫害, 促进农作物的生长, 提高农作物的抗劣性能, 改善和提高农作物的品质, 但在此过程中所产生的一个不容忽视的问题是土壤生态环境问题, 它对社会发展所产生的不利因素值得反思和总结。
2、农药使用中存在的问题
2.1 使用技术落后在农药的使用上存在着农药的品种和数量搭配不科学,使用器械落后等一些问题。农民缺乏科学知识和相应的农药使用管理措施。出现了滥用农药,随意加大用药量等现象,从而造成了包括农药对土壤污染在内的一系列污染问题。
2.2 农药使用的品种结构不合理在我国的农药使用中,杀虫剂的比例较大,而除草剂的用量较小,这一现象虽然近年来有了较大的改善,但除草剂的应用比例仍只有15 %左右。而发达国家在80 %左右。我国农药使用的方向无疑是加大除草剂的用量,因此在防治农药污染方面应充分考虑到这一点。
2.3 农药质量问题较突出调查表明,农药市场上,就农药产品的活性成分而言有三分之一以上的农药商品不合国际规定。这是造成农药对土壤污染问题的重大隐患之一。
2.4 缺乏农药的安全性评价我国目前几乎没有关于农药商品安全性方面的控制措施,这与发达国家有很大的差距。德国、法国、加拿大、荷兰、瑞典、丹麦等国家都在所使用的农药安全性方面有严格的控制措施。例如德国在广泛使用的300 余种农药中,通过试验等手段进行安全性筛选,并对其中三分之二安全性有问题的农药作出了严禁使用的限制。
3、农药对土壤环境污染的原因分析
农药对农业土壤生态环境污染, 从历史原因来看, 主要是我国以前使用的都是广谱、杀灭性强、持效期长的品种, 尚未重视其对生态环境的影响。在管理方面侧重对农药质量及药效的监督, 缺少农药安全性评价, 缺少对农药毒性的监测系统。由于对农药毒性了解和监督不够, 造成高毒、高残留的农药如六六六的使用量长期占我国农药总量60%以上, 严重污染土壤农业生态环境。另外由于有些农民环保意识差, 农药使用不当, 在使用技术上单纯追求杀虫、杀菌、杀草效果, 擅自提高农药使用浓度, 甚至提高到规定浓度的两三倍, 大量过剩的农药导致直接接纳农药和间接接纳植物残体的耕种表面土层中农药大量蓄积, 形成一种隐形的危害。同时在土壤中残留期长的农药残留物质对后茬作物也造成污染。如80 年代使用的六六六现在仍可在土壤中测定出来。这些农药将直接污染土壤和作物, 还会通过食物链进入人体, 导致人体生理过程的致命恶变。据世界卫生组织报道, 发展中国家的农民由于缺乏科学知识和安全措施, 每年有200 万人农药中毒, 其中有4 万人死亡, 平均每10min 有28 人中毒, 每17min 有1 人死亡!这还不包括因农药污染而导致死胎、致癌、流产的受害者。根据对68 个国家的调查, 急性中毒的人有93%是由有机氯、有机磷和汞制剂等农药所引起的。少量农药在人体内的积累引起的慢性中毒也不可忽视。
另外, 施药时大部分农药落入土中, 同时附着在作物上的那部分农药, 有些也因风吹雨淋落入土壤中, 这也是造成土壤污染的主要原因。使用浸种、拌种等施药方式, 更是将农药直接撒至土壤中, 造成污染的程度更大。
4、农药对土壤环境的危害
农药对土壤生态系统造成不良的影响首先表现为对土壤动物的危害。据报道, 1605 对几种步甲的影响比二嗪农、乙拌磷等大得多。对跳虫的毒性超过六六
六、DDT, 甚至超过呋喃丹和涕灭威, 与甲拌磷同属毒性最高的一类。农药对蚯蚓的危害更应引起重视。其他杀虫剂如氯丹、七氯、甲拌磷、呋喃丹对蚯蚓毒性也很高。杀菌剂如威百亩、溴甲烷也是对蚯蚓毒性高的药剂。除草剂对蚯蚓的毒性一般不高, 常用剂量影响不大。但由于土壤植被减少, 间接影响蚯蚓的种群。蚯蚓对维持土壤和结构有重要作用。因此影响蚯蚓数量的任何一种农药, 最终都将影响到土壤的肥力和结构。再者, 在施用农药后, 土壤生物群的各个部分会受到不同程度的影响。农药, 特别是杀菌剂使土壤微生物的种群和数量发生变化, 进而影响生态系统的物质循环, 改变营养物质的转化效率, 使土壤生态系统整个功能下降。
土壤中农药除了对土壤生物存在巨大危害, 也可通过如下途径进入各类生物体内: 土壤→陆生植物→食草动物;土壤→土壤中无脊椎动物→脊椎动物→食肉动物;土壤→水中浮游生物→鱼和水生生物→食鱼动物, 比较起来, 随雨水径流、灌溉水排入水体的农药能对生物产生最直接的危害。多数农药有很强脂溶性和很弱水溶性, 可通过食物链在生物体中高度浓集。如DDT 农药可使居于食物链末端的生物体内的蓄积浓度比最初环境所含农药浓度高出数百万倍, 对机体构成危害。人处在食物链末端, 危险性也最大。在DDT 农药所到之处, 食物链上的鱼虾、禽、鸟也是非常危险的, 常发生大批死亡的案例, 这是因为这些小动物群体数量大, 个体的致死剂量限值又很低的缘故。
5、土壤中农药的迁移转化规律
控制农药环境行为的主要因素有3: 吸附、迁移和降解。5.1吸附
吸附是农药与土壤基质间相互作用的主要过程, 它是制约农药在水-土体系中运动和最终归宿的重要因素, 也直接或间接影响降解、残留等行为。农药在土壤中的吸附性能, 是评价农药在环境中的移动性、持留性以及农药进入环境后的生物活性和毒性的重要指标, 通常用吸附常数K 表示(K 为农药在土壤体系的固液两相间分配达到平衡时其含量的比值)。农药被土壤吸附后, 由于存在形态的改变, 其迁移转化能力、生物活性和毒性也随之改变。从这一意义上讲, 土壤对化学农药的吸附作用就是土壤对有毒污染物的净化和解毒作用, 土壤的吸附能力越大, 农药在土壤中的有效度越低, 净化效果就越好, 但这种净化作用是相对不稳定的, 也是有限的。一旦农药的吸附条件破坏, 农药又可释放到土壤溶液中, 导致土壤受到农药的再污染。5.2 迁移
农药的迁移与扩散是指农药从施药区向周围环境扩散的物理行为。通常在田间喷洒农药时, 直接粘附在农作物上的是少部分, 而大部分飘落于土壤之中, 并不断从施药区向四周扩散, 从而导致对水体、大气及生物圈的污染和危害。一些持久性农药, 如DDT, 甚至会通过扩散、移动影响全球环境。农药的迁移与扩散主要取决于农药的理化性质和环境条件, 两者具有相互制约的关系。农药在环境中的移动性与农药的水溶性和蒸气压的大小有密切关系。不同的农药在水中的 溶解度差异很大, 如疏水性的有机氯农药和拟除虫菊酯类农药在水中的溶解度只有每升几毫克, 而一些亲水性农药, 如涕灭威在水中的溶解度为6000mg/L。水溶性大的农药易于随水迁移。农药的挥发性与农药的蒸气压关系密切, 农药的挥发是农药从水、土和植物表面进入大气的主要途径。农药随水、气的流动, 是农药迁移扩散的主要方式。5.3 降解
农药的降解又可分为生物降解和非生物降解2 种方式。在光、热及化学因子作用下发生的降解现象为非生物降解;而在动植物体内或微生物体内外的降解作用属生物降解。生物降解在农药降解中占据了主导地位。影响降解的主要因素如下: ①环境因子。农药进入环境后, 会受到一些环境因子的作用, 如: 温度、湿度、pH 值、含水量、有机质含量、粘度及气候等。一般来说在高温湿润、有机质含量丰富、pH 偏碱性的情况下, 农药易于被降解, 残留低。有学者对土壤中莠去净、乐果、氟乐灵的降解情况进行了研究, 发现当土壤中加入堆肥、茎秆、木屑等以提高有机质含量时, 土壤中农药的降解效率明显提高。②农药本身的因素。农药的分子结构、农药的使用浓度及农药的用药历史等也影响农药的降解性能。农药因其在分子结构及理化性质方面不同, 对生物降解的敏感性差别很大。③微生物的影响。由于农药降解的主要方式是在微生物的作用下进行, 因此微生物对于农药的降解具有重大的影响。微生物的种类多样、数量繁多, 有利于农药的降解。④微生物在农药降解中的应用。微生物是农药转化的重要因素之一, 生物修复也已被广泛地应用于微生物降解环境中的有毒成分, 并日益引起人们的重视。迄今为止,各国研究人员已从土壤、污泥、污水、天然水体、垃圾场和厩肥中分离到降解不同农药的活性微生物。
6、综合性防治措施
为达到既高效又经济地把农药对土壤的污染降低到最低范围，目前已有诸多综合性防治措施：
6.1 改进农业技术，加强病、虫害的预测、预报。①利用植物的抗虫性，选育丰产、抗虫并具备其他性状的良种是害虫防治的较为经济简单的方法。②利用植物密度影响田间温湿度、通风透光等小气候条件，影响作物的生育期，从而影响害虫的生活条件。③进行土壤翻耕对某些害虫特别是生活在土面或土中的害虫迅速改变其生活环境，或将害虫埋入深土，或将土内害虫翻至地面，使其暴露在不良的气候条件下或受天敌侵害或直接杀死害虫。④改进用药方法，提高用药质量，用药应从品种、时间、方法及质量上全面考虑。⑤适时排灌是迅速改变生活环境，抑制害虫的有效措施。⑥通过对害虫生活习性的研究，做好预报、预测，以便及时防治，做到治早、治小。6.2 化学防治。
化学防治以其防治效果稳定、见效快、害虫猖獗时必须用化学防治才能解决或者必须先用化学防治，才能保证生物防治 的有效应用而得到最为广泛的应用。不过，由于一方面诸多农药具有严重的污染，另一方面易产生抗药性，因此需不断培养抗病虫害的新品种，如对人畜安全、不污染环境的植物性农药如烟草、鱼藤剂等、高效低毒、低残留杀虫剂乐果、敌百虫、除虫菊酯等、无公害农药如合成构成生物体的氨基酸、脂肪酸、糖类、核酸等成分的农药，目前一种来源于糖脂的杀虫剂即将问世。糖脂作为环保的杀虫剂，几乎所有的瞒类和体表柔的昆虫如粉虱、蚜虫、木虱等接触到这种脂类后会立即致死，然后降解为无害的糖类与脂肪酸，这些脂类对捕食性益虫基本无害，对动物和人无毒，有些甚至达到食品安全标准。6.3 生物防治。
生物防治具有不污染环境、专一性强、对人畜无害、对植物安全等优点。生物防治害虫是指用寄生真菌、细菌和病毒，或某些生物体的代谢物或同类异性个体分泌的引诱激素等进行防治的方法。有：A、昆虫天敌法，即以虫治虫。B、微生物防治法。C、害虫不孕化法。6.4加强监测
加强土壤农药污染的监测,了解土壤农药污染的情况,是对土壤农药污染防治的必要措施之一,然而我国有关土壤农药污染的标准目前比较缺乏,因此尽快完善我国的土壤农药允许含量标准成为当务之急。前苏联在这方面做了比较细致的工作,对农药在土壤及食品中的最大允许残留浓度进行了严格的限制,这对我们具有很大的参考价值。
7、结语
尽管各种防治措施均取得了一定的成效，但是目前农药对土壤的污染还是一个很棘手的问题，化学农药对于农业生产仍不可少。因此只有使用低毒、低残留的农药，采取综合性防治措施，才能有效地控制农药对土壤的污染。
参考文献：
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