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[其它] 谈谈美国农业的科技要素之三:杀虫剂

谈谈美国农业的科技要素之三:杀虫剂

蒋高明

杀虫剂,顾名思义是灭火虫子的化学药剂,主要用于防治农田、森林、草原和城市害虫的药品。


按照杀死昆虫的毒理学原理,杀虫剂可分为1)神经毒剂:作用于害虫的神经系统,如滴滴涕、对硫磷、呋喃丹、除虫菊酯等;2)呼吸毒剂:抑制害虫的呼吸酶,如氰氢酸等;3)物理性毒剂:如矿物油剂可堵塞害虫气门,惰性粉可磨破害虫表皮,使害虫致死;4)特异性杀虫剂:引起害虫生理上的反常反应,包括使害虫远离作物的驱避剂,以性诱或饵诱诱集的诱致剂,使害虫味觉受抑制不再取食以致饥饿而死的拒食剂,作用于成虫生殖机能使雌雄之一不育或两性皆不育的不育剂,影响害虫生长、变态、生殖的昆虫生长调节剂等。


需要指出的是,如果不特殊指出,杀虫剂有时是与农药是混用的。农学上理解的农药,除杀虫剂外,还包括除草剂和杀菌剂等。因除草剂涉及农田杂草防控,且杂草防治是农业劳动中非常重要的环节,该技术单独介绍。


(一)美国杀虫剂管理


美国是农药尤其杀虫剂的研发与应用大国。全球著名的十大农药公司,即先正达(Syngenta,瑞士)、拜耳(Bayer,德国)、巴斯夫(BASF,德国)、杜邦(Dupont,美国)、陶氏化学(Dow,美国)、孟山都(Monsanto,美国)、科聚亚(Chemtura,美国)、意赛格(Isagro,意大利)、马克西姆阿甘(MAI,以色列)、富美实(FMC,美国),美国占据了50%席位。


根据美国农业部国家农业统计服务机构统计,美国4种作物(玉米、冬小麦、大豆、棉花)中,用药最多的作物是玉米,面积为3.75亿亩,农药使用量为5.239万t,其中除草剂4.848万t,占92.7%,杀虫剂0.39万t,占7.3%。然而就是这7.3%的杀虫剂,对生态环境的影响也是很大的。


与中国不同,美国农药是由国家环保局负责而不是农业部负责的。美国国家环保局对农药进行登记,并根据其对环境、人类的风险评估,将产品分类,一般分为“一般性使用产品”和“限制性使用产品”两大类。

美国《联邦杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂法》(FIFRA)认为,“一般性使用产品”是那些被认为较为安全的,若按标签使用,不会对人类和环境有重大影响,使用技术要求不高的农药产品。“限制性使用产品””则是那些被认为对环境和人类风险较大的.或使用技术要求较高的.即便是按标签指导使用也会对人类和环境产生负面影响或达不到使用效果的农药产品。后者目前约占整个登记产品总数的25%。

现以印第安那州为例,说明美国农药使用管理的具体情况。印第安那州化学品办公室(OISC)负责该州农药管理,他们依据《印第安那农药使用法》(IPUAL)对农药实施管理。该法主要包括:农药使用者必须在经过培训或自学,通过考试,确认具有正确使用的技能后,才发给使用资格证书。持有使用资格证书的个人如欲进行农药使用的商业性服务,还需办理使用执照。进行农药使用商业性专业服务公司,除其雇员需持有使用执照外,还需办理营业执照。无论是个人使用者还是商业性使用者,在使用农药过程中,均需进行至少2年的使用记录。

除此之外,私人需要获得农药使用资格证书才能使用农药,这类使用者主要是农民。他们在自己拥有的土地上或在租借的土地上或通过一定合同形式在其它土地上使用农药。

具体到杀虫剂,可细分为以下几类:1a类:农作物有害生物的防治;1b类:农畜有害生物防治;1c类:水果、蔬菜和干果的有害生物的防治:2类:森林有害生物的防治;3a类:观赏作物有害生物的防治;3b类:草坪有害生物的防治;4类:种子处理;5类:水生植物有害生物的防治;6类:公共交通场所包括公路、铁路、河流、停车场、飞机、火车、汽车等道路和交通工具的有害生物的防治:7a类:居民区、老人院、养育院、收容所及非食品工厂有害生物的防治;7b类:建筑物有害生物的防治:7c类:食品加工过程有害生物的防治;7d类:熏蒸剂;8类:卫生害虫防治:9类:使用飞机防治有害生物。

     通过法制化的管理模式,美国农业试图实现安全高效、合理用药,保护生态环境。通过培训和管理程序,给使用者提供了有益的受教育机会。因为有大量的商机,美国出现了专业的防虫队伍,大部分杀虫剂使用由专业公司来完成的,他们拥有商业性使用者资格证书,可在农田、城市、森林、养老院、工厂、居民区等区域以使用农药并获得报酬。政策法规也引领农药向高效、低毒、低残留、环境污染小的方向发展。在美国2004 年和 2009年对比中发现,可溶性液剂、乳化浓缩剂、水分散粒剂和悬浮剂有明显的上升趋势;与此相反,可湿性粉剂和粉剂呈下降趋势。


(二)喷洒杀虫剂

因耕地辽阔,加上美国人工昂贵,美国的杀虫剂是通过专门的设备完成的,甚至动用了飞机。目前,全美约有1625家公司从事农业航空作业飞行,平均每家拥有飞机2.2架,雇用飞行员2.7人。最初使用的农用飞机都是战争剩余的活塞式飞机,如座舱敞开的斯蒂尔曼双翼机。到50年代,才有了专门为农业作业设计的飞机。进入到新世纪以来,最新的和最大的农业飞机可喷施800加仑农药,采用涡轮螺桨发动机。

飞机喷洒杀虫剂必须符合美国联邦航空局(FAA)137部的要求,农业作业飞行员必须持有商用驾驶员驾照,并有符合农业作业要求的证书。

除了飞机喷洒农药,大型拖拉机也会自带专业设备喷洒杀虫剂,这个工作是在地面上进行的。美国在19世纪50年代发展手动虹吸式喷雾器,1895年发明了具有粉箱、风扇和排粉管的手动喷粉器,1900年后发展了以汽油机为动力的喷雾机,1925年后出现拖拉机悬挂式喷雾机和喷粉机。60年代末至70年代初开始发展微量喷雾装置和静电喷雾装置。大型拖拉机悬挂式弥雾喷粉机,可进行单项作业或联合作业。


(三)杀虫剂让春天寂静


美国杀虫剂首次在农业中应用,可以上朔到1800年前后,当时还只是使用有限的几种化学品来防治害虫。人类大规模使用杀虫剂,是第二次世界大战后,是将战争期间的过度产能应用到农业,以美国为首。今天,农药种类越来越多,全球在册的农药种类高达16000种,其中杀虫剂占绝大比例。现代农业技术除了自动化和新的耕作方式外,还包括农药这个组成部分。毋容置疑,农药是保证美国农业强大的基础,是获取高产的实用方法。然而,这种强大是有代价的。


提起杀虫剂的使用历史,就不得不提著名的环境生物学家蕾切尔·卡逊和她的名著《寂静的春天》。卡氏早年对杀虫剂使用,做过较为详细的描述,举例如下:


“1945年某日,琼斯海滩上洒满了金色阳光。一辆喷洒着白色药剂的卡车缓缓驶过,赤身的孩子欢笑奔跑着,笑容像阳光一样灿烂,因为他们再也不用担心蚊虫叮咬了;一望无际的田野上,飞机正来回喷洒着这种白色药剂,农民们欢呼雀跃,因为再也没有虫子来毁坏庄稼、粮食和蔬菜;二战期间,还是这种白色的药剂,在3周内为130万人灭了虱,使斑疹伤寒流行顿告平息……”。


卡氏书中描写额白色药剂是DDT,是那个年代作为最普通的化工产品和最流行的杀虫剂。DDT是二氯二苯三氯乙烷的英文缩写,由奥地利学者奥脱曼•齐德勒于1872年合成。1939年,瑞士化学家保尔•缪勒发现DDT具有强烈的杀虫性能,用于杀灭危害粮食、果树、蔬菜、经济作物等的害虫和传播疾病的昆虫都非常有效。由于DDT的性质相当稳定,药效能长久保持,再加上它不溶于水,喷洒后不会被雨水淋洗掉,使用它要比使用易失效的其他杀虫剂经济实惠。另外DDT容易合成,可大量地生产且价格低廉。因此,自1943年起,DDT等杀虫剂开始大量生产并广泛应用。


应用DDT这类杀虫剂,出现了严重的生态恶果。杀虫剂杀灭了蚊子和其他的害虫,同时也杀灭了益虫。更可怕的是,在接受过DDT喷撒后,许多种昆虫能迅速繁殖抗DDT的种群;由于DDT会积累于昆虫的体内,这些昆虫成为其他动物的食物后,那些动物,尤其是鱼类、鸟类,则会中毒而被危害。所以喷洒DDT就只是获得近期的利益,却牺牲了长远的利益。

卡氏的《寂静的春天》于1962年在美国出版,虽然农药生产商们对《寂静的春天》及其作者进行恶毒攻击和诋毁,卡逊本人也在农药商及其雇佣的科学家和媒体的谩骂中愤然离世,但她呼吁的杀虫剂环境安全问题引发人们的深思,绝大多数农药都已被禁用,如六六六、滴滴涕、氯丹、七氯、狄氏剂、艾氏剂。几十年来,一些对环境有不良影响的农药也不断被禁限使用,如甲胺磷、甲基对硫磷、2、4-D、杀虫脒、灭多威、涕灭威等对环境危害的农药逐渐被替换掉。

(四)美国杀虫剂残留问题

然而,即使如此,人类并没有停止用杀虫剂对抗害虫这一根本路线,人虫大战100年后,害虫还是那么多,但人类发明的杀虫剂却成千上万种。那些杀虫剂不可以避免地进入到人类食物链中。很多人抱怨我国的食物农药有残留,羡慕美国,其实美国的情况也不比我们好多少——尽管他们的管理措施看起来很美。总体来讲,美国植物性食物中的农药含量比动物性食物要低得多,但蔬菜和水果中的农药尤其杀虫剂残留并不容乐观。


美国农业部研究员对市售蔬菜与水果产品抽空分析,发现35000个样本中,有178种不同的农药成分。有的蔬果虽然用水冲洗过后其残留的农药依然存在。70%的草莓含有危险的杀虫剂;98%的草莓、菠菜、桃、油桃、樱桃和苹果样本,至少有一个农药残留呈阳性;草莓样本显示有20种不同的杀虫剂;菠菜样本的农药残留平均是其他农作物的2倍。 据此,美国环境保护部门把草莓、菠菜、油桃、苹果、桃子、梨、樱桃、葡萄、芹菜、西红柿、灯笼椒、土豆被列入12种最脏的蔬菜和水果名单中。


越来越多的证据显示,杀虫剂与癌症、肥胖、帕金森病、糖尿病和不孕症有关。《华盛顿邮报》报道指出,化学杀虫剂可能会影响幼童的脑部发育。


除了对人类造成健康危害,杀虫剂还直接影响有益昆虫的生存与繁衍。几年前,美国养蜂人扎克·布朗宁将蜂箱从爱达荷州运到加利福尼亚州,给当地处于花期的杏树林授粉。当他查看蜂房时震惊不已,发现工蜂遗弃蜂房飞走了,导致数以百计的蜂房空空如也。成年蜜蜂遗弃蜂巢,一直飞行直到死去。研究人员将这种现象命名为“蜂群衰竭失调”。类似现象如今越来越多,于是开始出现“蜜蜂危机”——蜜蜂大量死亡,寿命越来越短。美国研究人员最早发现蜜蜂数量骤减是在2006年,之后几年状况一直没有好转。美国养蜂业联合会负责人戴维·门德斯认为,尽管蜜蜂骤减是由多种原因造成的,但滥用杀虫剂很可能是罪魁祸首。


科学杂志《公共科学图书馆》曾经刊登的一篇研究文章也指出,他们在887种蜂蜡、花粉、蜜蜂和蜂巢标本中发现了121种杀虫剂残留物。文章作者、来自宾州大学的克里斯·马林说,这些杀虫剂中没有一种药性足以导致蜜蜂死亡,但多种杀虫剂混合在一起的杀伤力确实令人担心。


人类是该到了好好反思杀虫剂这种农业科技的时候了。当年卡逊的冒死呼喊,病没有从根本上没有减少商业公司发明与销售杀虫剂的热情。今后的“人虫大战”,是否要以牺牲人体健康、生物多样性和生态环境为代价呢?人类难道非要为了全球几万家农药公司的利润,走自我毁灭的工业化农业道路吗?



本文来自蒋高明科学网博客。
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