氣候變化對農(nóng)藥應(yīng)用風(fēng)險的影響

吳秀明 董豐收 吳小虎 劉新剛 徐軍 鄭永權(quán)

摘要全球氣候變化的影響已成為世界關(guān)注的熱點。它不僅影響作物產(chǎn)量，還會影響農(nóng)藥應(yīng)用風(fēng)險問題，包括農(nóng)藥使用量、農(nóng)藥環(huán)境行為、毒性效應(yīng)等。我國是農(nóng)藥生產(chǎn)和使用大國，農(nóng)藥應(yīng)用風(fēng)險問題受到高度關(guān)注。本文結(jié)合國內(nèi)外的相關(guān)研究分析了氣溫升高、降雨變化以及極端天氣頻發(fā)對農(nóng)藥應(yīng)用的直接影響，氣候變化所引起的土地利用變化對農(nóng)藥應(yīng)用的間接影響，為氣候變化下農(nóng)藥應(yīng)用風(fēng)險評估和控制提供科學(xué)依據(jù)和參考。

關(guān)鍵詞氣候變化;農(nóng)藥應(yīng)用;農(nóng)藥使用量;環(huán)境行為;毒性效應(yīng)

中圖分類號：S48文獻標識碼：A DOI：10.16688/j.zwbh.2018502

隨著世界經(jīng)濟的迅速發(fā)展，工業(yè)化進程加快，土地不合理利用，森林被大面積砍伐，導(dǎo)致大氣中的CO2、O3等溫室氣體劇增，據(jù)統(tǒng)計，全球年平均氣溫呈上升趨勢，過去130年中全球地表溫度上升了0.85℃，110年問全球平均海平面上升了19cm。降水總量在減少，但許多地區(qū)的強降雨頻率在增加，而在地中海等幾個地區(qū)，干旱卻愈演愈烈。按當(dāng)前情形，預(yù)計未來氣溫會更高，極端天氣也會更頻繁。農(nóng)業(yè)對氣候變化反應(yīng)最為敏感，不斷變化的氣候?qū)r(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生顯著影響。農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境中的自然條件（溫度、光照和降水等）和其他生物要素（病毒、昆蟲、雜草等）都對農(nóng)作物生長發(fā)育和產(chǎn)量有著十分重要的影響，其中任意一個因素的改變都會對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生很大影響，如溫度上升，極端天氣更加頻繁出現(xiàn)等氣候變化都會造成農(nóng)作物減產(chǎn)以及病蟲草害問題，由此帶來農(nóng)藥使用量的增加，這將加劇環(huán)境和食品的污染，對人類健康和環(huán)境安全造成威脅。氣候變化對農(nóng)藥應(yīng)用風(fēng)險有直接影響和間接影響，包括有農(nóng)藥使用問題、農(nóng)藥殘留問題、農(nóng)藥毒性問題，在未來氣候變化的情況下有可能變得更為突出。由此公眾對氣候變化導(dǎo)致農(nóng)藥應(yīng)用風(fēng)險也更加關(guān)注。

1氣候變化對農(nóng)藥應(yīng)用風(fēng)險的直接影響

氣候變化導(dǎo)致的全球平均氣溫上升、區(qū)域降水變化增加和極端天氣事件頻發(fā)等問題都會對農(nóng)藥應(yīng)用產(chǎn)生直接影響。氣候變化對環(huán)境中的農(nóng)藥影響既有利又有弊，一方面可以促進農(nóng)藥的降解和揮發(fā)，另一方面又可能增加人類在環(huán)境中農(nóng)藥殘留的暴露及毒性風(fēng)險。

1.1溫度變化對農(nóng)藥應(yīng)用風(fēng)險的影響

一般而言，氣候變暖的有利方面是可以減少環(huán)境中農(nóng)藥殘留的濃度。可能原因有三個，首先，氣候變暖可以增加土壤和水環(huán)境中農(nóng)藥的揮發(fā)從而降低其濃度。有報道噴施農(nóng)藥的50%可以通過揮發(fā)流失掉，這主要取決于農(nóng)藥自身的理化性質(zhì)、施藥器械和環(huán)境因素。其次，除了影響農(nóng)藥的揮發(fā)，溫度升高還可以促進微生物活動和化學(xué)反應(yīng)速率，從而加快農(nóng)藥自身的降解，減少農(nóng)藥殘留量。Bai-ley等研究了過去20年中土壤中異丙隆的殘留量，發(fā)現(xiàn)1997-2001年問由于土壤溫度升高加速農(nóng)藥降解，使防除雜草效率降低。研究還發(fā)現(xiàn)由于水環(huán)境溫度的升高加速苯基脲類農(nóng)藥的光解。另外，歐盟食品安全局報告結(jié)果表明，溫度每升高10℃，土壤中農(nóng)藥的半衰期就會減少60%。全球變暖形勢下較高溫度和二氧化碳濃度會促進植物光合作用，提高植物生長速率，從而導(dǎo)致植物吸收的農(nóng)藥濃度被稀釋，減少植物中農(nóng)藥殘留。

另一方面，溫暖氣候會增加農(nóng)藥的使用。溫度升高，會加劇病蟲草害的危害性：寒冷地區(qū)的許多害蟲和病原物變得容易越冬，使病源和蟲口基數(shù)增大，害蟲發(fā)育的起始時問提前，害蟲繁殖代數(shù)增加，某些害蟲的蟲口將呈指數(shù)式增長，造成農(nóng)田多次受害的概率增大。由于氣候變暖，南北溫差減小，黏蟲、稻飛虱等遷飛性害蟲春季向北遷入始盛期將提前，而秋季向南回遷期推遲，使為害的時問延長。氣候變暖還會改變作物病原體的地理分布，目前局限在熱帶的病原和寄生組織將會擴展到亞熱帶甚至溫帶地區(qū)。雜草對環(huán)境變化的反應(yīng)很快，其具有更大的遺傳多樣性和生理可塑性，更適合于在各種類型的環(huán)境中生長發(fā)育。因此，氣候變暖可以使作物更易受病蟲草害的侵染危害，從而增加農(nóng)藥使用量。此外Johnson等認為高溫可能使植物快速代謝農(nóng)藥，降低農(nóng)藥對靶標植物的活性，也增大農(nóng)藥使用量。Godar等通過試驗證明隨著溫度從25℃增加到40℃，莧菜中的硝磺草酮藥效顯著降低，表明硝磺草酮在較高溫度下代謝增加。

同時，農(nóng)藥的毒性可能隨著溫度的增加而改變。研究發(fā)現(xiàn)溫度的改變能影響新陳代謝機制，從而使農(nóng)藥在動植物體內(nèi)表現(xiàn)出更高毒性。Mulder等在研究中通過試驗不同濃度（0.5、0.75和1kg/hm²）的莠去津處理的大麥芽與溫度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)隨著溫度從10℃，升高到17℃莠去津?qū)Υ篼溠康亩拘栽黾?6%。Velki等研究在不同溫度下的新煙堿類殺蟲劑吡蟲啉、茚蟲威等12種農(nóng)藥對蚯蚓的毒性發(fā)現(xiàn)，蚯蚓在不同溫度下暴露于相同農(nóng)藥濃度會導(dǎo)致不同的毒性反應(yīng)，大多數(shù)情況下隨著暴露溫度的升高會導(dǎo)致毒性增加，而溫度降低則導(dǎo)致毒性降低。Laetz等通過評估乙草胺和馬拉硫磷的混合物對幼年鮭魚的毒性影響，發(fā)現(xiàn)藥物神經(jīng)毒性隨溫度從12℃升高至18℃而增加了一倍。研究發(fā)現(xiàn)青蛙體內(nèi)的西維因毒性，隨著溫度從17℃到22℃到27℃不斷增強，莠去津在鯰魚體內(nèi)的毒性隨著溫度的增加而升高，暴露在硫丹中的虹鱒魚死亡率隨著溫度從13℃升高到16℃而上升。溫度升高使得農(nóng)藥毒性增加，進而增大了農(nóng)藥應(yīng)用的環(huán)境風(fēng)險。

1.2降雨變化對農(nóng)藥應(yīng)用風(fēng)險的影響

氣候變化導(dǎo)致全球區(qū)域降水變化增加，并且這種變化預(yù)計將在未來持續(xù)并加劇。降雨造成的潮濕環(huán)境有利于孢子的萌發(fā)，游動孢子的傳播，以及真菌和細菌的增殖，使植物病原體感染和害蟲危害加重，因此降雨量增加會增加農(nóng)藥使用量。Campoverde等通過研究美國佛羅里達州觀賞植物病害發(fā)生情況發(fā)現(xiàn)，降雨量增加，導(dǎo)致腐霉和疫霉引發(fā)的根腐病、冠腐病和葉枯病發(fā)病率增加。據(jù)調(diào)查，2004年巴西過度降雨引發(fā)大豆銹病的大規(guī)模暴發(fā)，導(dǎo)致殺菌劑用量增多。在英國的降雨模擬試驗中，選取一種熱帶樹木的幼苗進行澆水試驗，以三種不同頻率的澆水量灌溉幼苗，隨著澆水量和頻率的增加導(dǎo)致了真菌病原體對幼苗的致死率增加。試驗結(jié)果表明，澆水頻率和用量都是病原體誘導(dǎo)的幼苗死亡的重要決定因素。灌水量大而頻繁，幼苗死亡率高。這意味著降雨量增加有利于病原體生長發(fā)育，從而增加植物的發(fā)病率和增加農(nóng)藥用量。

降雨的時問和強度會影響農(nóng)藥的持久性和藥效。降雨后濕潤的土壤與溫度相似，土壤含水量增加有利于農(nóng)藥揮發(fā)和降解，從而減少農(nóng)藥殘留量。但另一方面降雨模式變化可能會增大人類暴露于環(huán)境中農(nóng)藥殘留毒性的風(fēng)險。降水模式的變化可能會直接導(dǎo)致水體與農(nóng)藥的接觸，農(nóng)藥可通過不同的途徑進入水體，例如噴灑、徑流、浸出等，而地表徑流已被確認為農(nóng)業(yè)地區(qū)水體污染的主要途徑。在預(yù)計降雨量增加的地區(qū)，農(nóng)藥將更多地從土壤進入水體，從而增加人群的農(nóng)藥暴露風(fēng)險。

1.3極端天氣事件對農(nóng)藥應(yīng)用風(fēng)險的影響

氣候變化導(dǎo)致極端氣候的頻率、強度和范圍，以及持續(xù)時問變化在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，極端天氣容易引起植物疾病暴發(fā)。極端降雨引發(fā)的洪水，會導(dǎo)致病原體隨水傳播增加，擴散到未感染地區(qū)，對農(nóng)作物造成危害。Reddy認為真菌病原體與其他病原體相比，最易在洪水事件中繁衍傳播，并引起疾病暴發(fā)。如在中國，小麥條銹病在洪水之后暴發(fā)嚴重，會導(dǎo)致潛在的農(nóng)藥使用量增加。同時在降水稀少的干旱地區(qū)，干旱又會導(dǎo)致農(nóng)藥活性降低，從而需要更多的藥量來防治病害。

極端氣候變化可能使農(nóng)藥暴露風(fēng)險增加。2010-2011年的雨季是澳大利亞昆士蘭州極端天氣之一，Kennedy等將2010-2011年在12個固定沿海地點農(nóng)藥暴露量的監(jiān)測數(shù)據(jù)與以前的所有監(jiān)測相比，結(jié)果表明檢測到的農(nóng)藥濃度顯著增加，如莠去津（從39%到90%），環(huán)嗪酮（從43%到88%）和丁噻隆（從30%到66%）在2010-2011年平均增加了2倍。Chiovarou等通過研究美國佛羅里達和俄勒岡地區(qū)水體中莠去津、西維因、熒蒽、敵草快、吡蟲啉和氟蟲腈6種農(nóng)藥在不同臺風(fēng)強度下的分布與遷移，發(fā)現(xiàn)隨著臺風(fēng)強度的增加，水體中6種農(nóng)藥的濃度都有所增加。另有報道在極端的暴雨天氣下水體中農(nóng)藥量增加了5倍。以上結(jié)果表明氣候變化特別是極端的天氣可能會引起水體中農(nóng)藥濃度的增加，從而增加農(nóng)藥的環(huán)境風(fēng)險。

2氣候變化對農(nóng)藥應(yīng)用風(fēng)險的間接影響

由氣候變化導(dǎo)致的社會因素變化對農(nóng)藥應(yīng)用的問接影響也不可小覷。氣候變化對農(nóng)藥的問接影響包括土地利用變化，使用不同的農(nóng)藥來防治新的疾?。êοx/雜草），還包括作物輪作、作物和害蟲管理的變化等方面。Bloomfield等認為氣候變化驅(qū)動的長期土地利用變化對環(huán)境中農(nóng)藥的影響可能比氣候變化對特定農(nóng)藥歸趨和傳遞過程的直接影響更為顯著。氣候變暖會導(dǎo)致部分農(nóng)作物的種植時期、周期、地域、品種等產(chǎn)生相應(yīng)的變化，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來極大的不穩(wěn)定性，因此可能會根據(jù)氣候與作物的適應(yīng)性調(diào)整種植的結(jié)構(gòu)和布局，進而可能會影響作物種類或引進新物種，問接影響農(nóng)藥使用量，甚至?xí)龠M未來防治新物種病害的新農(nóng)藥品種的使用。Urruty等通過研究法國1989-2013年的農(nóng)用土地利用變化與農(nóng)藥使用之問的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，耕地面積的變化和耕地種植作物種類的多樣化對農(nóng)藥使用量和農(nóng)藥品種具有重大影響。氣候變化導(dǎo)致某些作物種植面積縮小，而改為種植適應(yīng)性更強的栽培種。將農(nóng)藥使用量高的作物（如洋蔥或青椒）替換為需要少量農(nóng)藥的作物，可減少農(nóng)藥使用量。

3展望

綜上所述，氣候變化對農(nóng)藥應(yīng)用風(fēng)險總體而言是弊大于利的。一方面，溫度升高、降水增加等氣候變化往往會導(dǎo)致農(nóng)藥環(huán)境暴露風(fēng)險增大，給人類健康和環(huán)境安全帶來潛在威脅，因此，應(yīng)關(guān)注和加強氣候變化對農(nóng)藥環(huán)境風(fēng)險的影響及控制研究。另一方面，氣候變化的總體趨勢對農(nóng)藥應(yīng)用的長期影響是可以預(yù)測的，應(yīng)及時防止或減輕氣候變化對農(nóng)藥應(yīng)用風(fēng)險的不利影響。而突發(fā)的極端天氣事件預(yù)測和風(fēng)險控制難度大。因此，建議相關(guān)部門加強對極端氣候的監(jiān)測和預(yù)測能力，以便采取有效措施降低農(nóng)藥應(yīng)用風(fēng)險。