农药学论文农药对生态系统的影响

农药是防治果树病虫害必须采取的措施。农药在果园生态系统中主要是对果树和天敌的影响。农药对果树的影响分为直接和间接影响两部分。农药对果树的直接影响来自于农药施用后一部分渗透到组织内部，在植物体内输导，造成不同程度的药害。农药发生急性药害可使叶片、果实出现斑点、黄化、失绿、枯萎、卷叶、落叶、落果等；慢性药害可使果树光合作用减弱、花芽形成推迟、果实成熟延迟，味道、色泽恶化，甚至导致果树死亡。间接影响主要是通过各种方式进入果园土壤的农药可杀灭土壤微生物，从而影响土壤的腐熟和通透性，破坏土壤结构和土壤肥力，造成土壤板结，影响果树生长发育，降低果实品质。农药对果园生态系统最大的生态效应还是表现在它对天敌的影响。这种影响也分直接和间接两种作用。前者是田间施药或是残留农药直接杀死在地面活动的天敌，如某些甲虫或蜘蛛。施用广谱性农药防治害虫的同时，也消灭了天敌。即使是采用选择性农药，也会不同程度地杀伤天敌，这种现象在捕食性天敌中表现尤为突出。后者是间接消灭天敌。由于施药消灭了害虫，使寄生在害虫体内的寄生性天敌同样被消灭。而残存的害虫仍可依赖作物为食料，重新迅速繁衍起来，而以捕食害虫为生的天敌，在施药后，当害虫为恢复大量繁殖以前，由于食物短缺，生长受到抑制，同时在施药后的一段时间内，在天敌与害虫之间未建立新的生态平衡之前，有可能发生害虫的再猖獗。天敌的消失破坏了生物链，造成果园生态平衡的破坏，同时使害虫产生了抗药性，导致害虫种群数量急剧上升；长期使用同种农药防治害虫，还会导致主要害虫被控制，而次要害虫上升为主要害虫，甚至可使原来捕食害虫的种类转为害虫，产生新的害虫群体。另外，果园中食虫鸟会因为食用被农药杀死的昆虫后中毒死亡，造成果园生态系统平衡的进一步破坏。一般来说，生物源农药对天敌的杀伤力轻，化学源农药杀害天敌重。化学源农药对天敌的杀伤力亦有较大差异。有机磷、氨基甲酸酯类杀虫剂对天敌毒性最大，其次为拟除虫菊酯类农药，而昆虫生长调节剂对天敌则比较安全。

农药在农田生态系统中的使用为人类带来了好处，但是，也产生了一些长期的、潜在性的生态影响，在整个生物圈内，甚至在极地的某些动物组织、土壤、空气和水系中，都有农药的残留。在生态系统中，由于农药的不断积累和浓缩，必然影响系统本身的种类组成、群体数量，破坏生态平衡。与其他生态系统相比，农田生态系统又由于是农药直接使用的对象，具有作用方式直接，数量大，浓度高以及使用频繁的特点。因此，农药带来的生态效应是最直接、最重要的。农田生态系统又可分为水稻田、池塘和“三园”等生态系统类型。不同的生态系统中农药的生态影响又有各自特点。但是对农田生态系统来说，最主要的环境介质是土壤，农药对不同生态系统中土壤生态系统的影响具有共性。（1）农药对农田土壤生态系统的影响。农药对土壤生态系统的影响主要是农药对生态因子包括土壤微生物、土壤动物、植物的影响和生物富集作用。这其中又以对土壤微生物和土壤动物的影响最大，带来的生态效应也最严重。土壤微生物和土壤动物是调节土壤肥力的重要因素。田间喷洒农药时的药液流失、土壤药剂处理或化学灌溉以及使用后所抛撒的废弃农药，所造成的残留农药破坏了土壤微生物的繁殖，使敏感性的菌种受到抑制，土壤微生物的种群趋于单一化，土壤中的农药浓度超过一定界限，土壤的某些生物（细菌、放线菌、真菌或无脊椎动物）就会死亡或生命过程（土壤呼吸、结瘤、氮素矿质化等）的强度降低。农药通过影响个别土壤生命过程而影响土壤的功能，降低土壤的可利用性。农药对生物的毒害可能严重影响土壤生物群落结构，干扰食物链，使生物多样性水平降低，生态失去平衡。持久性较长的农药可能减少特定生物种群的数量，严重时可导致系统中种的消失。①农药对土壤微生物的影响：土壤微生物在作物生长、产率和土壤肥力上扮演重要角色。农药对土壤微生物的影响较为复杂，取决于农药种类、土壤组成和性质等多种环境因素。同时，由于不同种类微生物对农药吸收和代谢途径上的差异，因此对一种微生物具有抑制作用的污染物对另外一种微生物的生长却有可能产生刺激作用。农药对土壤微生物的毒性作用原因在于膜结构的破坏和细胞生命代谢的抑制等方面，细胞的生长和分裂因此受到延迟或终止，因而农药对土壤微生物的影响首先表现在数量的变化上。这种影响作用的大小取决于农药和微生物的种类，并受到土壤环境状况的制约。不同类型的农药对土壤微生物具有不同的影响。杀虫剂对土壤微生物的影响很小，杀菌剂和某些除草剂对土壤微生物的影响较明显。Martin（1996）研究发现艾氏剂、狄氏剂、氯丹、DDT和毒杀芬对沙质土中细菌和真菌的数量均不产生影响；即使有时农药在短时间内引起土壤中微生物数量的变化，但是一般经过3～4周后又恢复正常。对土壤微生物数量影响最为显著的是各种杀菌剂，杀菌剂在杀死引起农作物病害的微生物的同时，也对土壤微生物的数量和结构产生影响。用于浸种的杀真菌剂进入土壤后对根瘤菌有抑制作用，100mg/L的克菌丹和灭菌丹能显著抑制Rhizobiumtrifolii的生长；甲萘威则可以显著减少豌豆和大豆根瘤的数量。但也有一些杀真菌剂对土壤微生物数量的影响不明显。农药对微生物的生长也施加重要影响。②农药对土壤动物的影响：农药残存在土壤中，对土壤中的原生动物、环节动物、软体动物以及其他节肢动物等均产生不同程度的影响。有机磷农药废水灌溉对土壤动物群落的影响的研究表明，土壤动物种类和数量随着农药影响程度的加深而减少，有一些种类甚至完全消失。农药污染对土壤动物的新陈代谢以及卵的数量和孵化能力均有影响。由于不同土壤动物对不同农药胁迫作用的抵御能力不同，土壤中污染物的存在无疑会对土壤动物的群落结构造成一定的影响，甚至会引起优势种群的改变。同时，还会使微生物和土壤动物多样性降低。农药污染使生物种类由复杂变为简单。有研究发现，农药对无脊椎动物的数量和种类都有影响。如每667m2使用300～600g除草剂西玛津，土壤中无脊椎动物的数量减少33%～50%。使用农药较多的土壤引起土壤中的蚯蚓大量死亡，死亡率高达90%。（2）农药对水稻田生态系统的影响。水稻田中的作物、土壤、水以及各种生物（鱼、浮游动物、浮游植物等）形成了一个相对比较复杂的生态系统，能量流动和物质循环的关系更为复杂，使农药对水稻田生态系统造成的生态效应也更有其独特之处。①农药对水稻田中浮游生物的影响：在水稻田中使用的除草剂灭草特的浓度为20μg/mL的时候能够抑制固氮蓝绿藻（Anabaenadoliolum）的生长。这种藻类在热带地区的稻田中对维持土壤肥力起到关键作用。较低的农药浓度（05μg/mL）则对藻类的生长有促进作用。而亚致死浓度（5μg/mL）暴露48h能够改变藻细胞的组成，减少了细胞的蛋白质和藻胆素含量，最后导致固氮能力受损。杀虫剂是对浮游动物群落产生最大影响的农药种类，其中氨基甲酸酯类杀虫剂的毒性作用最大，其次是有机氯和有机磷杀虫剂。在浮游动物群落中，水蚤是最为敏感的种类，然后是桡脚类动物，而介形亚纲动物（Ostracods）是最不敏感的品系。蔡道基（1997）研究表明，轮虫（水轮虫、旋轮虫、短轮虫）、原生动物（变形虫、草履虫、棘尾虫）、桡足类（镖水蚤、剑水蚤）和枝角类（水蚤、秀体水蚤）等4类浮游动物对塘水中溴氰菊酯反应有较大差异。溴氰菊酯对轮虫无影响，其危害程度以枝角类最严重，其次是桡足类，原生动物受害较轻。在排水后几个小时内，塘水中的浮游动物就有明显下降，24h达到了危害高峰，枝角类几乎全部受抑制，桡足类的现存量约1%，原生动物也减少到50%以下。24h到1周后迅速增长，2周后已恢复到原有水平，说明溴氰菊酯未对浮游动物造成持久的、不可逆的毒性效应。②农药对水稻田中其他生物的影响：低浓度的克百威（1mg/kg）和丁草胺（1mg/kg）可增加黄松稻田土壤产甲烷菌种群数量和甲烷排放通量。而高浓度时（＞10mg/kg）则表现为抑制作用。加入量越大，农药在水稻田土壤中的滞留时间也越长，对黄松稻田土壤产甲烷菌数量和甲烷排放通量的抑制作用越大。水稻田含1mg/kg浓度的丁草胺和克百威能够刺激土壤反硝化细菌的生长及其反硝化活性，高浓度时有明显抑制作用，14d左右抑制作用达到最大，然后逐渐减轻，最后呈现一定的促进作用。在水稻田使用杀虫剂硫丹、久效磷、甲胺磷、甲基对硫磷、二嗪磷3～5d后，水稻田中除鱼之外的其他捕食昆虫的动物，比如甲虫（M）、黑肩绿盲蝽（Cytorhimislividipenis）以及蜘蛛种群的数量下降90%。喷洒杀虫剂引起田间一些害虫种群的增长，起因是使用杀虫剂后农业生态系统中天敌种群急剧减少，与许多害虫相比，天敌对杀虫剂要敏感的多。农药能够引起一些天敌昆虫如草蛉、寄生蜂发育历程的改变，并影响生长发育，甚至导致畸形。天敌种群的减少导致了捕食压力的减轻，因此，引起农田中目标害虫或非目标害虫的暴发。在农田生态系统中受此影响明显的是有益节肢动物蜘蛛。通过对稻田蜘蛛优势种和目标害虫空间生态位的研究发现，杀虫双在低浓度时能较大增加稻田蜘蛛的空间生态位宽度及蜘蛛与害虫的比例相似性指数，且蜘蛛空间生态位宽度的增加幅度大于害虫，但随着时间的推移，其空间生态位宽度与害虫的比例相似性指数逐渐减少，直至恢复到未施药的水平。通过系统的研究发现，在合适的低剂量农药作用下，蜘蛛能维护较高的相对活力约1周的时间，通过对蜘蛛控制害虫的生物量测定，发现低剂量的杀虫双能显著增加天敌对害虫的捕食量。③农药对水稻田养鱼的影响：大多水稻田还承担养鱼的功能。鱼对农药的生物富集作用大大增加了农药的生态影响。有机氯农药是最有代表性蓄积性强的品种。也有研究表明，稻田中按推荐用量喷施溴氰菊酯类农药防治稻田害虫，对稻田养鱼无明显影响。同时，由于溴氰菊酯农药在鱼塘中残留时间很短，未对浮游生物造成持久的不可逆的毒性效应，且浮游生物的繁殖速度很快，当鱼塘水中的农药消解后，浮游生物可以迅速恢复。

表现了农药进入海洋生态系统的途径、在海洋生态系统中的环境行为及其生态效应。在海洋生态系统中，有机氯农药不易分解，能较长时间的滞留，所以有关农药对海洋生物的影响，已有的资料大多是有关有机氯农药方面的。日本曾发生用五氯酚（PCP）来除草杀稗，施药农田的面积达7万hm2，在药剂喷撒后几小时，突然下暴雨，将撒的农药冲刷入海湾，致使沿岸海滩的贝类遭到毁灭性的伤害，损失26亿日元。在近海水域和河口，有机磷农药对海洋生物造成的影响也是不可忽视的。另外，位于农田附近的海草床（seagrassbed）容易受到随地表冲刷带来的农药的影响。1mg/L的莠去津就能够降低海草的光合作用和呼吸作用。而30mg/L的莠去津能够明显引起海草生存和繁殖减少50%。光线和盐分的变化对莠去津的这种作用均无影响。海草中的Halodulewrightii是最不敏感的。0农药进入海洋生态系统的途径及其循环海洋微藻是海洋的主要初级生产者，是整个生态系统能量流动和物质流动的基础。久效磷对4种微藻有抑制作用。随着久效磷浓度的提高，微藻的相对生长率下降，而微藻细胞内超氧化物歧化酶（SOD）活性降低，SOD是清除生物体内有害自由基的关键性酶，使细胞免受伤害。SOD活性的降低，导致细胞清除有害自由基的能力下降，藻体对农药的耐受力下降。海洋单细胞海藻类大多对有机氯农药比较敏感，50μg/kg的有机磷、氨基甲酸酯和有机氯农药，尤其是DDT和林丹，能够减少Halophila和Halodulespp．的光合作用，提高暗呼吸作用。此外，农药还对藻类种群组成的变化、藻类形态学上的变化有重要影响。柔弱菱形藻（Nitzschiadelicatissima）受到4μg/L的DDT暴露后，与对照组相比较，叶绿体的大小有所降低，形状由球形变为卵形。这表明，进行光合作用的细胞器受到了DDT的伤害。不同种类浮游植物对DDT的敏感性有相当大的差异。如1μg/L的DDT能够抑制小环藻（Cyclotellanana）的光合作用，但100μg/L的DDT对盐藻（Dunaliellatertiolecta）的光合作用也无影响。磷是海洋环境中重要元素。不同形态磷的化学行为和生物效应不同。有机磷农药在进入海洋生态系统后能够变为溶解态有机磷（DOP），海洋环境中浮游植物只能吸收溶解态无机磷（DIP）。研究表明，在DIP被耗尽后，海洋微藻可以通过激活碱性磷酸酶（APA）来分解利用DOP化学物，而且DOP浓度越低时，吸收速率越快。海洋沉积物中的磷与底层水之间存在着复杂的化学反应和交换平衡。磷可以通过间隙水与底层水进入海洋。水环境中DOP含量较低时，吸收相对较快，可以认为低磷海域能够驱动沉积物释放磷，沉积物磷的溶出能够促进浮游植物的繁殖，还有可能诱发赤潮。低剂量的农药不能使海洋生物在短期内死亡，但是可以明显降低生长率，影响生活习性和正常的生理生化功能。2mg/L的马拉硫磷能使蟹（Callinecteesapidus）幼体的发育时间延长。靶标酶为AChE的农药对海洋生态系统的破坏还表现在能够通过抑制酶的活性，从而抑制海洋动物的生长，特别是近岸养殖品种数量锐减。曾对两个海岸带（Sinaloa，NWMexio：EnsenadadelPabelloandBuhiadeSantaMaria）的研究表明，生态系统中检测到艾氏剂、DDT、硫丹、对硫磷和马拉硫磷等残留物。并且由于长期暴露于这些农药中（亚致死浓度），水生生物发生了生理和生化变化：酶活性降低、蛋白质和糖原合成降低、呼吸率增加。同时，这两个海岸带是主要的虾生产地，农药残留物造成了虾的低生长率、多病原以及高死亡率的后果。