第二讲 农药的环境行为在线视频

各位同学 大家好

我是中国农业大学

植物保护学院

昆虫学系的史雪岩老师

我们今天学习农药的环境行为评价

农药在保证农作物的高产丰收中

发挥了巨大作用

但是在使用农药的过程中

我们还非常关注农药对环境的影响

农药环境毒理学

就是研究农药在环境中的

迁移 转化与归趋的学科

是评价农药对环境影响的

一个重要依据

农药环境毒理

主要涉及两个方面内容

一个是农药的环境行为

另一个是农药的生态效应

农药环境行为

主要是研究农药在环境的

水 土 气中的进入

以及在其中的运转及降解过程

农药的生态效应

主要是研究农药对环境中的生物

会产生什么样的影响

尤其是急性毒性等级如何

因此

农药环境毒理

主要涉及环境行为和生态效应两个方面

今天我们学习农药的环境行为

首先看一下农药环境行为的定义

农药环境行为是农药在环境中

发生的各种物理和化学现象的统称

包括农药在环境中的化学行为

和物理行为

其中 化学行为是指

农药残留时间长短

以及农药在环境中

发生什么样的化学变化

物理行为是指

农药在环境中的移动

以及它的迁移扩散规律

其中

农药化学行为主要是指

农药在环境中的残留性以及降解代谢过程

农药的化学行为

主要与农药的降解性能有关

农药的降解通常分为

生物降解和非生物降解两大类

其中生物降解就是

农药在动物 植物以及微生物体内发生的降解

涉及到生物酶介导的农药降解变化

就是生物降解

那么农药在环境中

受到光 热 水以及化学因子等

这些因素造成的降解

都叫非生物降解

对农药降解来说

不管生物降解和非生物降解

都会导致农药发生一些化学变化

主要是导致农药发生了

氧化 还原 水解 裂解等

让农药变成相应的代谢物

通常

农药降解产生的代谢物

其杀虫活性以及对高等动物的毒性

都是逐渐降低的

也就是说

降解后农药代谢物的活性越来越低

越来越安全了

因此

对于这些降解了活性和毒性的农药代谢物

我们就不再关注它了

但是

有一些农药产生的降解代谢产物的毒性

跟母体化合物相比没有降低

毒性相似

或者更高了

有的甚至还超过了母体农药

因此在农药环境行为的评价中

对于有毒的农药降解产物

要求也要研究

这些降解产物在环境中的行为

如涕灭威

它是毒性非常高的一种杀虫剂

而且由于其水溶性强

用的时候一定要离水源远一点

现在只将其用于地下害虫的防治

涕灭威的降解产物中

有涕灭威亚砜和砜两个代谢产物

这两个代谢物的毒性

都比涕灭威还要高

所以研究涕灭威的环境行为时

一定要把其代谢物亚砜和砜的化学行为

也就是它们会变成什么样的化合物

以及物理行为

它们会转移到什么地方去

也是要研究清楚的

还有一种杀虫剂叫杀虫脒

它是中等毒性

按理说其急性毒性应该是可以接受的

但是它有一个降解产物

是4-氯邻甲基苯胺

是有致癌性的

所以这个农药

包括它的降解产物

都不能作为农药来使用

所以这个农药现在已经禁用了

因此

可以用农药降解半衰期

也就是农药使用完后

在环境中残留时间的长短

来作为评价农药对环境影响的

一个重要指标

通常农药残留的时间越长

对环境的影响越大

但是要达到防治病 虫 草害的目的

又要求有一定的残留期

不能今天喷完 明天就没有防治效果了

所以二者必需兼得

理想农药的降解半衰期

通常是半个月到一个月左右为宜

这个主要是跟农药的降解性能有关

农药的物理行为

主要是指农药的迁移和扩散

影响农药物理行为的

主要是农药的理化性质和环境条件

如风 雨等

在农药的理化性质中

水溶性决定了农药是不是容易进入到水中

而随着水移动到别处去

而农药的蒸气压决定了农药

是不是容易进入到大气里面

而随着风移动到别处去

所以农药的物理行为

主要跟农药的理化性质中的

水溶性和蒸气压有关

不同农药品种在水中的溶解度差异很大

如有机氯农药和拟除虫菊酯类农药

它们的疏水性非常强

水溶解度非常低

它们就不容易进入到水体中

而随着水移动

但是有一些农药

像涕灭威

在水中的溶解度很高

其溶解度可以达到6000毫克/升

因此

它就容易进入到水体中

而随着水移动

此外

它还可能进入到地下水

把地下水污染了

因此

对水溶性强的农药

在使用的时候

一定要离水源远一点

否则它进入水中

就有可能进入地下水

并随着水移动

而把整个水体都污染了

此外

农药的挥发移动性还跟其蒸气压关系密切

如在农田使用拟除虫菊酯类农药的时候

有的时候会引起附近的桑树受到污染

从而影响到家蚕

这些都是我们不愿意看到的

还有极端的情况

如在南极和珠穆朗玛峰的冰雪中

检测出了DDT

众所周知

这些地方是非农业区

对于在这些地方检测出DDT的原因

经过研究 认为是

由于在农田中使用的农药挥发进入大气以后

随着大气经过长距离的运行和漂移

最后沉降到那些地方

可见

农药漂移的距离有时候是相当远的

环境因素也会影响农药的移动

其中水 气的流动是农药移动的动力

在水多的地方

还有风大的地方

农药进入水体 大气后

随着水 风的移动范围就会广一些

但是

土壤对农药的吸附作用会制约农药的移动

如果土壤对农药的吸附作用很强

则农药的移动范围就很小了

农药的生物富集

也是非常重要的农药环境行为

农药生物富集

是指生物从环境中和食物中

不断吸收低剂量的农药

逐渐在体内积累和浓缩的过程

生物富集可以导致环境中的低剂量农药

累积成高剂量

此外 还可以通过食物链而转移

因此

农药的生物富集

也是研究农药环境影响中

需要重点关注的问题

主要原因有两个

一个原因就是

环境中的动 植物可以从水

及土壤中吸收农药

并在体内累积

从而导致农药从低剂量变成高剂量

从低剂量的农药低风险

变成高剂量农药的高风险

此外

农药的生物富集还会导致农药

通过食物链而转移

从而使没有直接接触农药的生物

也会受到农药的影响

因此

需要通过研究

弄清农药的生物富集性的高低

所以

在农药环境行为的评价中

一定要评价农药的生物富集性

在现有的农药中

哪些农药的富集性强呢

农药中

主要是脂溶性强 不易溶于水

并且非常稳定 分解比较慢的农药

容易生物富集

目前已知的主要是有机氯农药生物富集性强

如有机氯的DDT 六六六

美国在1972年

我国在1982年就禁用这些农药了

但是

现在还可以在一些环境中

检测到DDT 六六六

就是因为它们太稳定了

不仅在环境中长期存在

而且进入生物体内以后

由于脂溶性强 不易代谢降解

还可产生生物富集

拟除虫菊酯类杀虫剂的脂溶性也很强

但是

拟除虫菊酯类的生物富集性不强

这是因为拟除虫菊酯非常容易光解 水解

稳定性相对较差

而且它们进入生物体后

还会发生生物降解

因此拟除虫菊酯进入生物体或环境中

经过一段时间

就降解了

对于生物富集性强的农药

一旦将它们投入环境

就会越积累越多

造成风险

因此对富集性强的农药

也是要禁止其登记并投入到环境中使用的

那么哪些生物容易积累农药呢

研究发现

水生的植物和动物

比陆生的植物、动物

更容易积累和富集水体环境中的农药

而且

生物富集

是某些处于食物链高端的动物

受到农药污染和危害的原因之一

如

DDT在水中的溶解度只有1.2微克/升

但生活在水中的鱼体内的DDT

浓度可以高达到几万倍以上

因此评价农药在生物体内的富集性

是评价农药对生态环境影响的

一个非常重要的指标

前面学习了农药环境行为的定义

和一些概念

下面看一下农药在土壤中的环境行为

农药在土壤中的物理行为

主要包括

农药跟土壤颗粒的吸附和解吸附作用

此外

农药在土壤中还会随着水

以及土壤颗粒移动

其中农药随着水的水平移动叫径流

农药进入土壤的液体中

再随着水向下移动叫淋溶

这些也都是农药的物理行为

此外

农药从土壤表面的挥发

也是跟农药的移动扩散有关

这属于农药的物理行为

农药在土壤中的化学行为

主要有生物降解和非生物降解

其中

土壤细菌 真菌 放线菌

以及单细胞藻类等

土壤微生物都可以降解农药

都属于生物降解

土壤中的农药遇到

水 光 热 氧等

也会发生一些化学变化

这些属于非生物降解

上面我们介绍了

农药的在土壤中的化学行为

和物理行为

下面我们看一下

农药在水体中的行为

农药在水体中的行为

主要包括从水体挥发到大气中

农药还可以随着水迁移

水中的农药还可能富集到生物体内

使其浓度由低到高

还可以通过食物链转移到其他地方

这些都是农药在水体中的物理行为

此外

水体的底泥对农药的吸附、再释放

这些都是农药的物理行为

农药在水体中的化学行为

主要是水解 光解

此外

还有一些农药的生物降解

农药在大气中的行为

主要有农药进入大气以后

随着风气流的移动 扩散

大气中的农药还可以沉降到

水 土壤中

这些都是农药的物理行为

大气中的农药的化学行为

主要有光解和水解

基于农药

在水 土 气中的物理行为和化学行为

目前

主要通过测定农药的

土壤吸附作用 光解作用 水解作用

土壤降解 淋溶作用 挥发作用

生物富集作用等指标

来评价农药的环境行为

评价农药的环境行为

就是评价农药进入环境后

迁移转化过程的物理行为和化学行为

通过评价农药的环境行为

就可以直观评价

农药对整个环境

水 土 气的影响和风险

只有对环境影响小的

环境行为安全的农药

才可以被登记使用