氣候變化對農藥應用風險的影響

吳秀明 董豐收 吳小虎 劉新剛 徐軍 鄭永權

摘要全球氣候變化的影響已成為世界關注的熱點。它不僅影響作物產量，還會影響農藥應用風險問題，包括農藥使用量、農藥環境行為、毒性效應等。我國是農藥生產和使用大國，農藥應用風險問題受到高度關注。本文結合國內外的相關研究分析了氣溫升高、降雨變化以及極端天氣頻發對農藥應用的直接影響，氣候變化所引起的土地利用變化對農藥應用的間接影響，為氣候變化下農藥應用風險評估和控制提供科學依據和參考。

關鍵詞氣候變化;農藥應用;農藥使用量;環境行為;毒性效應

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

隨著世界經濟的迅速發展，工業化進程加快，土地不合理利用，森林被大面積砍伐，導致大氣中的CO2、O3等溫室氣體劇增，據統計，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，但許多地區的強降雨頻率在增加，而在地中海等幾個地區，干旱卻愈演愈烈。按當前情形，預計未來氣溫會更高，極端天氣也會更頻繁。農業對氣候變化反應最為敏感，不斷變化的氣候將對農業生產系統產生顯著影響。農業生態環境中的自然條件（溫度、光照和降水等）和其他生物要素（病毒、昆蟲、雜草等）都對農作物生長發育和產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業生產系統產生很大影響，如溫度上升，極端天氣更加頻繁出現等氣候變化都會造成農作物減產以及病蟲草害問題，由此帶來農藥使用量的增加，這將加劇環境和食品的污染，對人類健康和環境安全造成威脅。氣候變化對農藥應用風險有直接影響和間接影響，包括有農藥使用問題、農藥殘留問題、農藥毒性問題，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致農藥應用風險也更加關注。

1氣候變化對農藥應用風險的直接影響

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

1.1溫度變化對農藥應用風險的影響

一般而言，氣候變暖的有利方面是可以減少環境中農藥殘留的濃度。可能原因有三個，首先，氣候變暖可以增加土壤和水環境中農藥的揮發從而降低其濃度。有報道噴施農藥的50%可以通過揮發流失掉，這主要取決于農藥自身的理化性質、施藥器械和環境因素。其次，除了影響農藥的揮發，溫度升高還可以促進微生物活動和化學反應速率，從而加快農藥自身的降解，減少農藥殘留量。Bai-ley等研究了過去20年中土壤中異丙隆的殘留量，發現1997-2001年問由于土壤溫度升高加速農藥降解，使防除雜草效率降低。研究還發現由于水環境溫度的升高加速苯基脲類農藥的光解。另外，歐盟食品安全局報告結果表明，溫度每升高10℃，土壤中農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，從而導致植物吸收的農藥濃度被稀釋，減少植物中農藥殘留。

另一方面，溫暖氣候會增加農藥的使用。溫度升高，會加劇病蟲草害的危害性：寒冷地區的許多害蟲和病原物變得容易越冬，使病源和蟲口基數增大，害蟲發育的起始時問提前，害蟲繁殖代數增加，某些害蟲的蟲口將呈指數式增長，造成農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。雜草對環境變化的反應很快，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境中生長發育。因此，氣候變暖可以使作物更易受病蟲草害的侵染危害，從而增加農藥使用量。此外Johnson等認為高溫可能使植物快速代謝農藥，降低農藥對靶標植物的活性，也增大農藥使用量。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，農藥的毒性可能隨著溫度的增加而改變。研究發現溫度的改變能影響新陳代謝機制，從而使農藥在動植物體內表現出更高毒性。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系，發現隨著溫度從10℃，升高到17℃莠去津對大麥芽的毒性增加26%。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種農藥對蚯蚓的毒性發現，蚯蚓在不同溫度下暴露于相同農藥濃度會導致不同的毒性反應，大多數情況下隨著暴露溫度的升高會導致毒性增加，而溫度降低則導致毒性降低。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，發現藥物神經毒性隨溫度從12℃升高至18℃而增加了一倍。研究發現青蛙體內的西維因毒性，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。溫度升高使得農藥毒性增加，進而增大了農藥應用的環境風險。

1.2降雨變化對農藥應用風險的影響

氣候變化導致全球區域降水變化增加，并且這種變化預計將在未來持續并加劇。降雨造成的潮濕環境有利于孢子的萌發，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藥使用量。Campoverde等通過研究美國佛羅里達州觀賞植物病害發生情況發現，降雨量增加，導致腐霉和疫霉引發的根腐病、冠腐病和葉枯病發病率增加。據調查，2004年巴西過度降雨引發大豆銹病的大規模暴發，導致殺菌劑用量增多。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致了真菌病原體對幼苗的致死率增加。試驗結果表明，澆水頻率和用量都是病原體誘導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育，從而增加植物的發病率和增加農藥用量。

降雨的時問和強度會影響農藥的持久性和藥效。降雨后濕潤的土壤與溫度相似，土壤含水量增加有利于農藥揮發和降解，從而減少農藥殘留量。但另一方面降雨模式變化可能會增大人類暴露于環境中農藥殘留毒性的風險。降水模式的變化可能會直接導致水體與農藥的接觸，農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業地區水體污染的主要途徑。在預計降雨量增加的地區，農藥將更多地從土壤進入水體，從而增加人群的農藥暴露風險。

1.3極端天氣事件對農藥應用風險的影響

氣候變化導致極端氣候的頻率、強度和范圍，以及持續時問變化在農業生產系統中，極端天氣容易引起植物疾病暴發。極端降雨引發的洪水，會導致病原體隨水傳播增加，擴散到未感染地區，對農作物造成危害。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。如在中國，小麥條銹病在洪水之后暴發嚴重，會導致潛在的農藥使用量增加。同時在降水稀少的干旱地區，干旱又會導致農藥活性降低，從而需要更多的藥量來防治病害。

極端氣候變化可能使農藥暴露風險增加。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個固定沿海地點農藥暴露量的監測數據與以前的所有監測相比，結果表明檢測到的農藥濃度顯著增加，如莠去津（從39%到90%），環嗪酮（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水體中莠去津、西維因、熒蒽、敵草快、吡蟲啉和氟蟲腈6種農藥在不同臺風強度下的分布與遷移，發現隨著臺風強度的增加，水體中6種農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藥量增加了5倍。以上結果表明氣候變化特別是極端的天氣可能會引起水體中農藥濃度的增加，從而增加農藥的環境風險。

2氣候變化對農藥應用風險的間接影響

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

3展望

綜上所述，氣候變化對農藥應用風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致農藥環境暴露風險增大，給人類健康和環境安全帶來潛在威脅，因此，應關注和加強氣候變化對農藥環境風險的影響及控制研究。另一方面，氣候變化的總體趨勢對農藥應用的長期影響是可以預測的，應及時防止或減輕氣候變化對農藥應用風險的不利影響。而突發的極端天氣事件預測和風險控制難度大。因此，建議相關部門加強對極端氣候的監測和預測能力，以便采取有效措施降低農藥應用風險。