农药对人体健康及生态环境的影响

摘要 随着世界人口的不断增长以及人类对生活品质要求的不断提升，粮食安全与生态健康是在全球环境逐步恶化的现实中所必须面临，同时又必须用新的科技手段不断加以改善和提高的一个挑战。从20世纪40年代至今，化学农药在农业生产中的大量应用，为保证世界的粮食安全作出了巨大贡献，同时，也给人类赖以生存的生态环境带来了不可避免且日益加深的危害，进而也严重影响了人体健康。为了既保证粮食安全，又保持生态健康，科研工作者已研制出多种与化学农药功能相似的生物农药。主要叙述了使用化学农药为人类粮食安全所作出的贡献以及对生态环境和人体健康所产生的危害，生物农药的发展现状、特点和发展前景。

关键词 化学农药;生物农药;生态环境;人体健康;发展现状;特点

中图分类号 S 181.3  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）06-0053-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.06.012

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Pesticides on Human Health and Ecological Environment

SHI Ying1， CHEN Jing-san2， YU Wen-qian1 et al

（1.Shanghai Wanlihua Biological Technology Co.， Ltd.， Shanghai 201203;2.Liyuan Hospital-Oncology Department Affiliated to Huazhong University of Science & Technology-Tongji Medical College， Wuhan， Hubei 430077）

Abstract With the continuous growth of the world population and the continuous improvement of human life quality requirements，food security and eco-environment health are a challenge that we must face in the reality of the gradual deterioration of the global environment， and meanwhile， we must constantly improve and enhance them by means of new scientific technologies.Since the 1940s， the application of chemical pesticides in agricultural production has made a great contribution to ensuring the world’s food security，however， it has also brought inevitable and deepening harm to the eco-environment that human beings depend on， which has then seriously affected human health.In order to guarantee the food security and maintain the eco-environment health， researchers have developed a variety of biological pesticides which are similar in functions to chemical pesticides. This article mainly described the contribution of the use of chemical pesticides to human food security， the harm to the ecological environment and human health， the development status， characteristics and development prospects of biological pesticides.

Key words Chemical pesticide;Biological pesticide;Eco-environment;Human health;Development status;Characteristics

基金项目 大理州毛伟力专家工作站（大科联发〔2019〕6号）。

作者简介 仕影（1988—），女，安徽亳州人，农艺师，从事生物农药的推广与应用研究。*通信作者，博士，从事生物农药产品的研发与开发工作。

收稿日期 2021-03-24;修回日期 2021-06-07

农药广义的定义是指用于预防、消灭或者控制危害农业、林业的病、虫、草和其他有害生物以及有目的地调节、控制、影响植物和有害生物代谢、生长、发育、繁殖过程的化学合成或者来源于生物、其他天然产物及应用生物技术产生的一种物质或者几种物质的混合物及其制剂。随着人口的不断增加，对粮食的需求量与日俱增。从20世纪初至今，化学农药在世界粮、棉、油、果、蔬等各类作物的生产中，确实给人类带来了实际效益，为保障世界的粮食安全起到了至关重要的作用。同时也导致了世界许多地区在作物种植生产过程中对农药的高度依赖，甚至过量施用，严重地影响了地球的生态环境和人体健康。随着人类社会文明与科技水平的不断进步，许多环保型高效、低毒、低残留的生物农药已投入到农作物的生产中，在一定程度上减少和取代了化学农药的使用。笔者主要叙述了使用化学农药为人类粮食安全所作出的贡献以及对生态环境和人体健康所产生的危害，生物农药的发展现状、特点和发展前景。

1 化学农药的利弊

1.1 为人类社会解决了粮食安全问题

根据联合国人口事务部统计和预测的数据（图1）来看，世界人口总数在100年内已从1900年的15亿增至2000年的61亿，并将在2050年增长到94亿～100亿[1]。同时，据我国人口和计划生育委员会的统计和预测，我国在新中国成立初期的人口总数约为5亿，而在2000年人口总数已接近13亿，占世界人口总数的21%;虽然我国目前已成为世界低生育国家之一，但由于人口基数大，到2030年，人口总数将接近15亿（图1）。世界人口在20世纪和21世纪的迅猛增长，必须以农产品特别是粮食总量的增长为基础。科学技术的不断进步，特别是从21世纪初至今，将化肥和化学农药投入到农业生产中使用，为保障世界粮食总量和农副产品的不断增长起到了至关重要的作用，同时也为人类社会带来了巨大的经济效益。 化学农药的开发和应用，包括杀虫剂、杀菌剂、除草剂、熏蒸剂、杀螨剂、杀藻剂、杀软体动物剂、杀鼠剂、昆虫生长调节和性诱导剂以及家庭卫生用品等，是用来灭杀或驱赶有害生物，保护农作物和人们的生活免遭病原菌、害虫、杂草等有害生物的侵染和危害，从极大程度上保护和提高了农产品的产量和品质，确保了全世界（除少数地区因战争或政治问题外）没有因人口的不断增长而造成粮食供给的安全问题。据不完全统计，目前世界范围内由于使用化学农药所避免和挽回的农业病、虫、草害损失占粮食总产量的1/3以上[2]。历史上著名的爱尔兰大饥荒发生在1845年，是由一种毁灭性马铃薯疫病引起的。该病害在爱尔兰地区持续暴发了7年之久，造成150万爱尔兰人由于粮食短缺而死亡。假如当时已有了化学农药，就能有效地防控该病害的暴发和流行，避免了大饥荒的发生。

1.2 对生态环境和人类健康的影响

从20世纪40年代中期开始，世界范围化学农药的产量以每年11%的速度快速增长，已从20世纪50年代初的约为20万t/a，上升至21世纪初的接近600万t/a（图2）[3];针对不同害虫、病原菌、杂草以及其他有害生物的成百上千种人工合成的化学农药，不断地走向市场，投入到世界各地的农业生产活动和家庭卫生应用中。这些人工合成的化学农药包括有机氯、有机磷、有机盐、有机氮、氨基甲酸酯、除虫菊酯等类别的多个系列产品。我国是化学农药的生产和使用大国，农药生产量已由20世纪90年代的全球第二上升为目前的世界第一。2007年的年平均农药使用量约为40.5 kg/hm2，年均化学防治面积达到3亿hm2/次，并仍以每年7%～10%的速度增加[4-5]，直到2015年我国农业部出台了“农药、化肥双减计划指导意见”。如此巨大的农药使用量已远超了世界农药平均使用水平。化学农药在世界范围农业生产中的长期和大量投入，特别是在许多不发达国家中的滥用，不仅对全球的生态环境造成了严重的破坏，同时直接影响了农业耕地的再生产力和可持续发展。在全球使用的农药总量中，有80%的农药可通过风、雨、蒸发以及水的流动等自然现象，直接或间接地进入到大气、土壤、地下水（湖、河、海洋）等生态环境中[6]。许多农药特别是在20世纪生产的多种有机氯、有机磷等剧毒农药，可在环境中长期保持毒性并随着生态的循环运动而进行漂移和流动。存在于环境中的农药可通过接触、呼吸、饮水和食物链等方式，直接或间接地进入到人、动物或其他生物体中，使人体健康和其他有益生物（蜂、鸟、两栖动物、鱼和小型哺乳动物）受到了极大的威胁和破坏[7-8]。目前，全球每年大约有3 700万人的死亡是因为环境因素造成的，其中包括由于化学农药对环境产生的污染而直接或间接导致的死亡[5]。同时，全世界每年约有35万人因使用不当或过度直接接触各种农药而导致的中毒死亡[9]。

1.2.1 对大气的污染。

全球生产的各种有机合成农药以及在这些农药制剂中所添加的多种助剂都具有一定的挥发性。世界各地的成千上万个农药生产工厂，特别是在不发达国家的生产厂家，每天都或多或少地向大气中排放一定含量的有毒气体。同时，遍布在世界各地的农业工作者，每天都会将上万吨的多种农药投入到农业生产的活动中去。在地上部分所使用的农药中，只有10%～20%附着在作物体上，40%～60%撒落到地表，其余的都释放并漂浮于大气中[10]，这些漂浮于大气中的农药会随着气流的运动从农药的施用地转移到其他地区，甚至是很远的地方。例如，在美国南部农业生产中所使用的六六六（HCH）、氯丹、毒杀酚等农药，通过挥发和风的作用进入大气，并被漂移至加拿大五大湖的上空，又在大气层的低温作用下凝聚并随着雨水下沉至湖水中[11]。在香蕉生产中使用的有机磷杀虫剂——毒死蜱，已从中美洲的热带雨林地区转移至南极地区，同时在喜马拉雅山的高原地区也可以监测到微量的农药残留[12-13]。

以上的数据和事实已充分说明，长期而大量的化学农药在农业生产中的投入不仅会造成农药使用地区大气的严重污染，同时会伴随着空气的流动从一个地区转移到另一个或多个不同的地区。通过大气传播的污染速度快、地域广，受到影响和危害的人群及其他生物数量大。地球上绝大多数的生命体都必须依赖大气而生存，但随着工业化、城市化的高速发展，以及越来越多的农药在农业生产中的投入，全球的大气污染也在日益加深。

1.2.2 对土壤的污染。

在多种人工合成的农药系列产品中，有许多是专门为灭杀生存在土壤中的病原菌、害虫、线虫、软体动物、杂草和老鼠等有害生物而设计的。这些农药都会通过一定的农业生产方式在作物播种前或生长过程中施用到土壤中，许多属于高残留农药。例如，在20世纪80年代已被禁止生产和使用的有机氯等剧毒农药DDT、HCH，其半衰期可长达60年。我国在2007年对300多种中药材的样品进行检测，发现这些样品全部都含有有机氯农药的残留，说明这些农药能长期保留在土壤或水体中，并在植物体内形成生物累积[13]。许多不发达地区的农业生产者坚持传统习惯，不按科学的管理方式进行农业生产，长期单一地种植同一种作物并使用同一种或几种农药，使土壤中有害生物对所使用的农药产生了抗药性，而为了防控这些有害生物，保证作物产量，农业生产者采用增加农药的使用量，导致土壤中的有害生物对所使用农药的抗药性进一步增强，进而增加了农药在土壤中的残留量。另外，遍布世界各地特别是不发达国家的农药生产厂家，对农药生产可能产生的废弃物没有采取合理有效的环保措施，每天也有大量的农药废弃物被排放到大气、地下水和土壤中。通过施用或排放进入土壤中的农药可在环境之间发生转移和转换，并延伸到区域外的其他生态系统中去，影响和危害人体和其他非靶标生物[14]。这些农药可在土壤细菌或其他微生物的代谢作用下，由一种有毒化合物转变成另一种或几种有毒化合物，例如，硫丹（endosulfan）可转变成硫丹硫酸（endosulfan sulfate），DDT可转变成双（对氯苯基）-2氯乙烯（DDE）[15]。DDE具有亲脂性，能通过食物链储存并积累在人体和动物的脂肪组织中，有干扰内分泌和抗雄激素的作用[16]。