农药环境风险及评估.ppt

第十章农药的环境风险及评估 第一节农药对非靶标生物的影响 一 农药对有害生物群落的影响 一 害虫的再猖獗原因 天敌区系的破坏 杀虫剂残留或者是代谢物对害虫的繁殖有直接刺激作用 化学药剂改变了寄主植物的营养成分 或是上述因素综合作用的结果 二 次要害虫上升次要害虫上升是指使用某些农药后 农田生物群落中原来占次要地位的害虫 由原来的少数上升为多数 变为为害严重的害虫 三 对杂草群落的影响施用农药后对杂草群落也有一定的影响 如我国麦田常年用2 4 D丁酯 控制了麦田的刺儿菜 但对2 4 D丁酯不敏感的麦瓶草却由少到多发展起来 二 农药对陆生有益生物的影响 一 对寄生性天敌昆虫的影响农药对寄生性天敌昆虫的毒性随药剂品种 天敌种类及其发育阶段而有相当大的差异 苦楝油对稻螟赤眼蜂成蜂的毒性很小 LC50高达7187 01mg L 多菌灵的毒性也较低 为314 76mg L 而甲基一六0五对成蜂的LC50仅为0 0445mg L 二 对捕食性天敌昆虫的影响根据浸渍法测定 对七星瓢虫成虫和卵的毒性 溴氰菊酯 氯氰菊酯 氯菊酯 氰戊菊酯 三 对蜘蛛和捕食性螨的影响多数微生物类农药 昆虫生长调节剂类农药对蜘蛛很安全 三氯杀螨醇 乐果 克百威 棉油皂 石硫合剂等杀伤力较小 但可以防治多种抗性害虫的锐劲特对稻田蜘蛛的杀伤作用较大 无论是单用还是混用 对蜘蛛的杀伤率均可达72 48 92 29 四 农药对蜜蜂的影响及防救措施1 农药对蜜蜂的毒性2 防治农药对蜜蜂中毒的措施1 选择合适的施药时间2 选择合适的药剂种类和施药方式3 在喷洒农药期间 养蜂场可采取将蜂群暂时迁移或幽闭 覆盖等方式预防中毒 4 在不影响药效和不损害农作物的前提下 在农药内添加适量石炭酸 煤焦油等作驱避剂 5 发现蜜蜂农药中毒时 首先将蜂群撤离毒物区 同时清除混有毒物的饲料 并立即用1 1的糖浆和甘草水进行补充伺喂 五 农药对家蚕的影响及防救措施1 农药对家蚕的毒性如甲基对硫磷 敌百虫 久效磷 西维因等对家蚕毒性强 对硫磷 杀螟硫磷等残毒期长 而敌敌畏 害扑危则较短 消失快 沙蚕毒素类和拟除虫菊酯类药剂对家蚕毒性很大 在许多水稻与桑树混栽区 喷洒这类药剂后 往往使家蚕严重受害 2 防止家蚕农药中毒的措施1 充分了解药剂的残留特性2 在桑园内和附近禁止喷洒沙蚕毒素类 拟除虫菊酯类杀虫剂 3 在桑园防治病虫害时 应选用速效 持效期短 对家蚕安全的药剂 浓度配置准确 选择无风和喷药后不会降雨的天气施药 以防药液漂移和流失 4 家蚕农药中毒时 应立即通风换气 排除农药残留气味 并加网喂新鲜无毒桑叶 除砂隔离毒源 三 农药对水生生物的影响 一 农药对鱼 贝类的影响1 农药对水质的污染和进入鱼 贝体内的途径水体中的农药通过呼吸 食物链和体表三个途径进入鱼 贝体内 鱼的呼吸器官是表皮极薄的鳃 鳃的表面暴露在水中 使水和血液接触 获得所需要的氧气 从而也就迅速吸收并富集水中的农药 鱼类的食料多为浮游生物 水中的农药易被浮游生物不断吸进体内 当鱼类吞食这些饵料时 则农药就转移到体内而产生富集 水体中的农药可直接由鱼特别是无鳞鱼的皮肤吸收进入体内 2 农药对鱼类的毒性 1 对鱼类的急性毒性农药对鱼类的急性毒性 通常是用致死中浓度 LC50 或忍受极限中浓度 TLm 表示的 2 对鱼类的慢性毒性1 抑制生长 身体变形 2 引起贫血症 3 二次中毒 二 农药对甲壳类动物 藻类的影响不同农药对不同藻类的毒性不一样 如对斜生栅藻 Scendesmus obliqnus 的毒性 溴氰菊酯 氟氰菊酯 克百威 氰戊菊酯 甲基对硫磷 敌稗 三 防止农药对水生生物中毒的措施1 污染水质的农药不能在禁止使用的地带施用 2 施用对鱼类高毒的农药时 不要使药液漂移或流入鱼塘 3 施药后剩余的药液及空药瓶或空药袋不得直接到入或丢入渠道 池塘 河流 湖泊内 必须埋入地下 4 在养鱼稻田中施药防治病虫害时 应预先加灌4 6cm 深的水层 药液尽量喷 撒在稻茎 叶上 减少落到稻田水体中 四 农药对土壤生物的影响 一 农药对土壤微生物的影响1 农药对土壤微生物区系的影响一般说来杀虫剂在推荐用量下 对土壤中的微生物群落影响不大 有的还使与土壤肥力有关的微生物区系集团的成分增加 有益于作物的生长 但是药剂的大量和长期施用 也会抑制或破坏土壤微生物的区系 杀菌剂和熏蒸剂对微生物数量影响最大 杀线虫剂大部分都有弱的杀菌性 丝状菌对杀线虫剂的敏感性比细菌要高 2 农药对土壤微生物活性的影响一般来说 杀虫剂和除草剂对氨化作用无影响 二甲四氯 茅草枯 典苯请等即使施用田间常规用量的10 100倍 也不会影响土壤中的氨化过程 硝化作用是土壤中最重要也是对农业影响最大的生物反应 3 土壤微生物对农药的分解作用农药在土壤中被微生物分解的途径是很复杂的 概括起来主要有 1 氧化 2 还原 3 水解 4 缩合 脱氯化氢 5 脱羧 异构化等途径 二 农药对土壤动物的影响农药施入土壤后 杀死有害的靶标生物的同时 也对非靶标生物 包括多种有益昆虫也会产生不良影响 所以农药对土壤动物群落结构会产生重要影响 五 农药对蛙类等生物的影响 一般以杀虫剂的影响较大 而杀菌剂大部分品种对泽蛙蝌蚪的毒性小或比较小 在杀虫剂品种中 以氨基甲酸酯类 杀虫双 杀虫单和大部分的有机磷杀虫剂对青蛙的毒性小或比较小 剂型不同对青蛙的毒性也不同 乳油对青蛙的毒性最大 可湿性粉剂次之 粉剂 颗粒剂毒性最小 六 化学防治与生物防治的协调 一 根据天敌作用 适当调整防治阈值和防治指标1 当靶标生物达到经济危害限阈时进行化学防治进行化学防治时允许一定量的靶标生物存在 一是因为保留不足造成严重为害的靶标生物 有利于天敌的定居 生存和繁殖 有利于生态平衡 二是作物在某些生长阶段有一定的补偿能力 轻微受害往往对产量影响很小 三是经济效益上防治的纯收益应大于所花费的成本 2 其它方法不能有效抑制靶标有害生物种群时采用化学防治农业防治是第一道防线 主要是预防性的 生物防治是第二道防线 化学防治是第三道防线 是在保护和利用天敌的基础上应急控制病虫害的措施 二 充分利用农药的选择性1 选用对害虫高效而对天敌安全的选择性农药及剂型2 选用准确的施药量或浓度3 选用合适的施药方法4 选择适宜的施药时期 三 培育和利用抗药性天敌 七 减少农药环境污染而采用的新技术和方法 能否解决环境毒性所有问题 举例 1 为控制病虫害 并合理减少农药使用 农业上兴起另一种新技术 抗病虫害的转基因作物生产 抗病高产转基因农作物是否能解决农药环境问题 转基因农作物优缺点思考 明显优点 1 减少农药对环境污染 2 转基因作物的高产 解决了粮食短缺问题 3 节约生产成本 降低食物售价 潜在问题 1 转基因作物本身能演变为农田杂草由于导入新的外源基因 转基因作物获得或增强了生存竞争和繁殖能力 使其在生长势 越冬性 耐受性 种子产量等方面 都强于亲本或野生种 若被推广种植 这些转基因作物释放到自然环境中的机会特别大 因其又具有野生植物没有的各种抗性 将会迅速地成为新的优势种群 进而可能演变成农田杂草 例如 加拿大商业化种植具有抗除草剂及自播种特性的转基因油菜 仅几年后 其农田便发现了对多种除草剂 包括草甘膦 固杀草和保幼酮等 具有耐抗性的杂草化油菜植株 据专家预言 这种杂草化的转基因油菜 将成为加拿大草原地区危害最为严重的野草 2 通过基因漂流影响其他物种在自然条件下 栽培作物种内 栽培作物与其近缘野生种间 栽培作物和杂草之间都有可能发生基因漂流 例如 引起广泛关注的墨西哥玉米污染事件 即在墨西哥偏远山区的野生玉米受到了转基因玉米DNA片断的污染 且污染比率高达35 转基因作物中的一些抗除草剂 杀虫剂和病毒的抗性基因就有可能通过花粉杂交等途径向其同种或近缘野生种转移 使其获得转基因生物体的抗逆特性 对其他作物构成严重威胁的 超级杂草 而自然界生物间的协同进化或生物与非生物抑制因子间的对抗最终会出现适应或淘汰的结果 转基因抗虫作物的长期 大规模种植可能使目标害虫或非目标害虫对毒素蛋白的适应在群体水平上产生抗性 有可能产生侵染力 致病力更强的 超级害虫 造成更大的危害 研究表明 转Bt基因抗虫棉对第一 第二代棉铃虫有很好的抵抗作用 但第三代 第四代棉铃虫已对该转基因棉产生了抗性 3 对生物多样性的威胁转基因作物作为外来品种进入自然生态系统 往往具有较强的 选择优势 可能会影响植物基因库的遗传结构 淘汰原来栖息地上的物种及其它遗传资源 致使物种呈单一化趋势 造成生物数量剧减 甚至会使原有物种灭绝 导致生物多样性的丧失 墨西哥玉米事件的发生 已经严重威胁到世界玉米起源中心地区的玉米生物多样性资源 玷污了墨西哥 玉米妈妈的圣洁 抗虫作物的抗虫基因不仅直接作用于目标害虫 对非目标害虫也可能直接或间接地产生伤害 进而对生物多样性产生影响 4 转基因食品可能产生过敏反应在自然条件下存在许多过敏源 转基因作物通常插入特定的基因片断以表达特定的蛋白 而所表达蛋白若是已知过敏源 则有可能引起过敏人群的不良反应 例如 为增加大豆含硫氨基酸的含量 研究人员将巴西坚果中的2S清蛋白基因转入大豆中 而2S清蛋白具有过敏性 导致原本没有过敏性的大豆对某些人群产生过敏反应 最终该转基因大豆被禁止商品化生产 即便表达蛋白为非已知过敏源 但只要是在转基因作物的食用部分表达 则也需对其进行评估 5 抗生素标记基因可能使人和动物产生抗药性抗生素抗性基因是目前转基因植物食品中常用的标记基因 与插入的目的基因一起转入目标作物中 用于帮助在植物遗传转化筛选和鉴定转化的细胞 组织和再生植株 标记基因本身并无安全性问题 有争议的一个问题是其在基因水平上有发生转移的可能性 如抗生素标记基因有可能转移到肠道微生物上皮细胞中 从而降低抗生素在临床治疗中的有效性 虽然目前的研究表明 这种可能性很小 但在评估潜在健康问题时 仍应考虑人体和动物抗生素的使用以及肠道微生物对抗生素的抗性 6 转因食品可能具有毒性一些研究学者认为 对于基因的人工提炼和添加 可能在达到某些人们达到的效果的同时 也增加和积聚了食物中原有的微量毒素 此外 抗虫作物残留的毒素和蛋白酶活性抑制剂可能对人畜健康有害 因为含有抗虫作物残留的毒素和蛋白酶活性抑制剂的叶片 果实 种子等 既然能使咬食其叶片的昆虫的消化系统功能受到损害 可能对人畜产生类似伤害的可能性 关于转基因食品的毒性问题 主要是通过一些相关的动物实验来检验 1998年 苏格兰Rowett研究院的Putsai博士用转雪莲花凝集素基因的马铃薯饲喂大鼠 引起大鼠器官生长异常 体重减轻 免疫系统遭到破坏 这一结果在当时引起轰动 虽然后来英国皇家学会专门组织了评审 指出这项实验有6条缺陷 但还是由此激发了公众对转基因食品安全性的质疑 帝王蝶事件1999年美国康奈尔大学Losey等报道在实验室以拌有转Bt基因抗虫玉米花粉的马利筋草喂养帝王蝶幼虫可导致死亡 这一结果被解释为转基因威胁非目标昆虫 举例 2 高效长效农药新剂型不是所有新剂型农药都是环境友好型 悬浮剂和水分散粒剂水乳剂 微乳剂 微囊悬浮剂纳米载药 纳米胶体 脂质体 纳米 物质在其纳米尺度粒子形式下 具有既不同于其宏观块体形式 又不同于其分子形式的性质 这些特殊的性质 决定了纳米尺度粒子形式的物质有着不同的生物学性质 因而与生物体也具有特殊的相互作用方式 纳米粒子毒性逐渐认识过程 如 金刚粉在很早的古代就在被人们使用 一些国家曾认为金刚石具治疗疾病的神奇的力量 在公元23 79年 老Pliny写的自然史中对金刚石具有这样的描述 胜过所有的毒物而使其毫无作用 可以驱散魂灵的迷惑和精神的恐慌 金刚石作为一种致炎性毒剂 中毒速度很快 但痛苦少 纳米技术像核技术及生物技术一样 也是一柄双刃剑 在给人类带来巨大利益的同时 也可能同时给人类健康带来危害 给生物赖以生存的环境带来污染 从长远的观点来看 同样有可能给人类带来灾难 已有明显的迹象表明 纳米技术的负面效应 毒性一 较多实验证明 同样物质粒子 在微米尺度时没有毒性而在纳米尺度时则具有毒性 分散度是影响物质粒子中各种尺度粒子所占的比例 微小颗粒所占的比例越大 分散度越高 分散度高的粉尘 在环境空气中漂浮的时间就会越长 被吸入呼吸道的机会就更多 粒子的比重也影响被吸入肺部的机会 当粒子大小相同时 质量小的粒子则比重小 比重小的粉尘在环境空气中速度小 因此被吸入的机会增加 毒性二 纳米尺度物质具有穿透生物屏障的能力 包括胃肠粘膜屏障 血脑屏障 皮肤屏障 肺泡中气体与血液之间的屏障等 这种对生物屏障的穿透能力使对其进行预防相当困难 纳米粒子进入生物体之后 可以在生物体组织内运动和穿行 而不受目前已知的生理机制的控制 毒性三 分子组成纳米粒子后 其表面电荷可以发生改变 尤其是表面电荷的减少可以增强粒子的脂溶性 因而更容易进入穿过细胞膜而进入细胞内 因此 发展环境友好型农药 加强农药新剂型环境风险评估是必须的 第二节农药环境毒理学研究进展 一 农药的环境危险性分析研究是农药环境毒理学的重点农业的毒性因素 包括每年释放量 相对毒性比率 环境因素 半衰期及农药使用频率 和生物安全因素 生物浓缩系数 在人体中的反应位置 无作用剂量 三项指标提出一个农药检测指数 二 农药的光化学研究是近年来农药环境毒理学研究中很活跃的一个领域对农药光解机理的研究明确了任何农药的光解过程都包括两方面 一是农药分子吸收光辐射的能量变为激动态分子 二是这种激动态分子利用这种能量便分解为其他化合物 此外也可能农药分子并没有吸收光能 而是由另一个化合物吸收了光能并变为激动态 再由它将能量转移给农药分子 三 农药环境毒理学的研究技术由很大发展如致突变能力的标准方法 1 AMES法 点突变实验 2 用哺乳动物细胞进行活体外细胞遗传学分析 3 用哺乳动物细胞进行活体外基因碘突变测定活在果蝇上进行隐性基因致死突变力测定 4 在活体内进行细胞遗传学测定 包括核仁测定 等 四 在农药登记注册方面的要求日益严格如 规定凡是作用机理是产生毒素的生物农药必须将其毒性进行急性毒性 慢性毒性 神经毒性 致癌 致畸 致突变的全套实验 第三节农药风险评价 农药管理机构在对农药进行登记注册时通常都要评估农药对环境的风险 在风险评估过程中 农药对非靶标生物的毒理学终点数据如LC50 致死中浓度 LD50 致死中量 NOEC 无作用剂量 等都是农药登记申请者必须提供的 环境中农药残留量和生物对农药的敏感性共同决定了农药的环境风险 一 各国农药风险评估 很多国家将农药在环境中的残留量 浓度 和毒理学终点关联到一起 并加入一定的保险系数来对农药的环境风险进行评估 1 美国采用风险指数RQ整合农药在环境残留和毒性美国EPA采用风险指数 RQ 来整合农药在环境中的残留量和毒性 RQ等于某个特定环境中某种农药残留浓度的期望值EEC与该环境中某生物的毒理学终点如LD50的比值 2 欧盟采用TER整合农药在环境残留和毒性欧盟用毒性与暴露比TER来整合毒理学终点和残留浓度期望值PEC TER 毒理学终点 PECTER相当于美国RQ倒数 PEC相当于美国的EEC TER越大 风险越小 RQ越大 风险越大 3 日本在水生生物系风险评估中采用ABC作为评价法规标准水生生态环境评估的代表风险评估方案一种产于淡水的将科小鱼或鲤鱼 水蚤和水藻 在风险评估中引入不确定银子来考量物种间的敏感性 鱼 水蚤和水藻采用的毒理学终点分别未10 10和1 标准值未急性有效浓度AEC AEC等于毒理学终点鱼肺确定银子的比值 如果环境残留浓度PEC小于AEC 风险是可以接受的 如果PEC大于AEC 则要进行进一步研究 4 中国风险评估中国目前对环境风险评估基本上还建立在急性毒性基础上 这种评估方法在实际运用中可操作性不是很好 但是如果对鱼高度的农药用量少但土壤吸附系数非常高 半衰期较入到水系中的农药残留量有可能低于鱼的LC50一定程度 对水环境中鱼可能不会造成不可接受的风险 短 那么经稻田排水进 在环境生态和环境行为方面 对新农药 新机型要求环境生态资料 新农药要求环境行为资料 在环境毒性方面 要求提交非靶标生物的毒性资料 但是这些资料还不能得出某种农药在农田使用后 进入到地表水等不同生态环境汇总的残留量或者浓度 因为农药对非靶标生物的毒性资料在农药对生物风险评估过程中很难发挥作用 中国对不同生态环境的农药环境风险评估和风险管理贵发和办法 发展类似美国或欧盟的RQ或TER的概念将孤立的环境生态 环境行为 非靶标生物的毒性资料进行整合 二 农药风险评估的必要性 农药在施用过程中 流失 渗滤 药雾挥发 药剂雾滴漂移等因素均会造成农药损失 并对生态环境带来负面影响 风险评估可以避免生药过量 减少环境污染 促进农药生产的可持续发展 在英国 针对某农药品种的审批 生产商必须证明该产品对靶标对象有效 且不会对人类 非靶标生物和环境造成危害 我国修订的 农药登记资料要求 目的在于建立和完善安全性资料储备 提高农药市场准入标准和要求 从源头上最大限度地减少农药的不安全因素 规定农药必须提交经口 经皮 吸入等急性 慢性 三致效应等毒理学试验报告 还需要提供环境行为资料 挥发性试验 土壤吸附试验 淋溶试验 土壤降解试验等 和环境毒性资料 非靶标生物如鸟类 鱼类 蜜蜂 蚯蚓等毒性试验 以及其他资料 对地下水 土壤的影响 对陆生 水生生物的繁殖毒性或慢性毒性等 作为补充 因此 目前我国也急需农药风险评估 三 农药风险评估要求及原则 风险评估的模型或指标需要将农药使用的量 条件与农药的风险 危害和接触 信息相结合 原则包括 作为一种公共决策工具 风险指标必须有科学依据 是有效的 评价目的是将农药风险 危害与接触 信息与农药施用的剂量和条件等信息结合起来 最好能对人体健康和不同环境部分