农药对非靶生物影响精选课件

1、农药对农田生态系的影响 第四章农药对生态系统毒性影响的评估绪论世界上至少有1000种以上的农药制剂，不同的农药对生态系统的影响是不同的，生态系统也是各种各样的。因此，清楚的描述农药对环境中的5001000万个物种的影响是不可能的。联合国对人类最危险的农药列出了一个清单。但是其使用价值是非常有限的，因为考虑到对人类的影响是基于急性毒性。农药对陆生生态系统的影响稳定性降低能量流降低种群多样性降低授粉降低废物分解、循环降低农药对环境的毒性杀虫剂杀菌剂除草剂有些个别的除草剂对环境的影响比杀虫剂大得多水溶强的农药很容易脱离靶标进入河流和地下水脂溶性的化合物很容易被昆虫、鱼以及其它动物吸收，经常导致食物链

2、中的广泛持久性。对生态系统影响比较大的农药有：杀虫剂：DDT、狄氏剂（dieldrin）、二嗪农（diazinon）、对硫磷（parathion）、涕灭威（aldicarb）等；除草剂：2，4D、莠去津（atrazine）、百草枯（paraquat）、草甘膦（glyphosate）；杀菌剂：苯菌灵（benomyl）、克菌丹（captan）、汞制剂（mercury）、铜制剂（copper）、五氯酚（pentachlorophenol）等。农药使用部门分配产量：500万吨农药年，世界农业和林业在多数国家都占到了50左右，有的达到70用于农业其余用于公共卫生、园林、家庭。耕作作物处理后，农药会对非靶

3、标陆地生态系统(terrestrial ecosystem)和水生生态系统(aquatic ecosystem)以及邻近农业生态系统（agroecosystem）产生影响。森林生态系统森林是野生动物的重要栖息地主要有两大类型的农药用于森林生态系统，杀虫剂和除草剂杀虫剂对生态系统的组分具有直接和间接的影响（直接杀伤和食物链）除草剂除了对植物外，主要是间接影响（改变生境和食物链）。森林生态系统一般菊酯类药剂处理后生态系统恢复的较快，一些持久性强的有机氯类药剂如DDT，恢复的较慢，有还会通过食物链生物积累作用造成鱼的死亡。除草剂在控制杂草的同时由于改变了生境和食物的有效性，会对鸟类也产生影响，但是除

4、了植物外，没有直接影响。杀虫剂的最重要的间接影响是降低了昆虫作为食物的生物量，从而影响到了鸟类。居住环境人类居住的环境周围也是农药大量使用的地点由于这些地点由于人为改变比较大，农药不会再产生附加的影响公园和高尔夫球场例外。施药方式具有重要的影响农药总量小于0.1%达到靶标生物。说明施用大量的农药污染了水源、土壤、大气，也破坏的非靶标生物。控制植物叶表面的蚜虫、螨类等小个体昆虫、病菌等要求对植物叶片覆盖，这样要求的雾滴要非常细，导致弱风即可使其漂移几千米远，这是农药散失的部分原因之一。用飞机施药即使在理想条件下，农药达到靶标作物的量也低于50。施药方式具有重要的影响通过飞机超低容量喷雾（ultr

5、a-low-volume-sprays，ULV）漂移会更大，在理想的条件下也低于25的药剂作物。飞机施药经常是污染不需要处理的陆地和水生态系统。果园用的机械喷雾器（air blast sprayers）仅有65达到靶标区域，35跑掉了。地面的施药设备在正常的气候条件下，大约有7080的药液喷到靶标区域。如果前面加上塑料保护罩或许能达到90。剂型也是影响因子之一最好的剂型是能够直接将药剂施于靶标害虫。如除草剂的“wick”施药技术不会产生任何漂移，直接将药剂施于靶标。粉剂是容易漂移的，在最好条件下也少于50的药剂落到靶标区域。颗粒剂尽管没有漂移问题，但是对非靶标生物的影响是很大的。物种风险害虫和

6、非靶标无脊椎动物由于具有相似的作用位点，受到的影响是巨大的，还有甲壳类动物也是如此。如AChE、章鱼胺受体、脱皮过程等是害虫和无脊椎动物共同的位点。特丁硫磷（terbufos）、毒死蜱（chlorpyrifos）、克百威（carbofuran）是重要的土壤杀虫剂，但是特丁硫磷和克百威对蚯蚓是高毒的。叶面喷雾的广谱杀虫剂几乎是叶面上的节肢动物全部杀死。有些内吸性杀虫剂也可以通过二次中毒杀死捕食者。微生物微生物对杀菌剂是最敏感的。有些除草剂对真菌和细菌也是有效的。一般来讲微生物缺乏象AChE、光合途径等的分子靶标，对杀虫剂和除草剂的敏感度会低一些。但是杀虫剂和除草剂能够杀死微生物的昆虫和植物寄主。

7、微生物是重要的农药解毒和降解的生物。农药生态系统影响研究的阶层 1环境的偶然农药污染可以为种群变动如何受低剂量药剂的影响提供线索；2通过敏感物种的试验估价新的生物或化学农药是否有副作用；3在田间设计试验小区，用于测定农药对一些生态学参数的影响，如物种多样性、能量流、降解、指示种或监测种的营养结构等；4实验室的个体、种群或模拟生态系统试验。田间试验农药对种间关系的影响，如捕食关系。害虫的再猖獗（pest resurgence）实验室试验可以预先测定害虫及其天敌对药剂的敏感度靶标对农药的抗性降低了农药的选择性和有效性生态水平上的关键点是决定农药使用后是否引起其生存能力的变化。土壤生物区的变化要了解

8、农药对生态系统的影响，检测影响谱是必需的，如致死、繁殖影响、行为以及关键器官的生理学等。对农药反应的变化可能是近似种间的，甚至是一个物种的生物型间的，因此标本的鉴定是非常重要的。一些分子遗传学技术是需要的，如PCR技术等。农药对生态系统的影响农药生态系统的影响主要是破坏自然平衡。这些影响可以通过测定种群的稳定性、营养循环、物种多样性、种间食物链、在食物水平上的初级生产和能量流以及传粉等。有些农药是针对生态系统中的特殊组分产生影响，如除草剂对植物初级生产的影响、持久性的有机氯农药在食物链高端的积累，如食肉动物。对许多物种具有高急性毒性的有机磷和氨基甲酸酯类药剂可以强烈地改变能量流以及其他生态学参

9、数。农药对生态系统好坏的影响是基于人类中心学说的。农药对非靶节肢动物的影响种数降低伴随种数降低习性的改变 行为改变生长改变繁殖改变食物质和量的改变 抗性病害敏感性生物学扩增 普通生态学问题害虫再猖獗和新害虫的发生物种多样性降低化学防治与害虫的持续治理害虫的再猖獗 农药的选择毒性化学防治与抗虫品种农药对作物的影响 抗药性治理与农药对非靶标的影响 农药亚致死剂量对昆虫的影响 农药对豆科植物根瘤菌的影响 生物合理性农药与害虫持续治理 化学防治导致的3R问题 3-Rs of insecticide overuse- Resistance- Resurgence- ReplacementHow resi

10、stance develops in a pest populationHow resistance develops in a pest populationPest ResurgencePestNatural EnemyPest ResurgencePestNatural EnemyPest ResurgencepestpestPest ResurgencePest Replacement(Secondarily ProducedMain PestMinor PestNatural EnemyPest ReplacementMain PestMinor PestNatural Enemy害

11、虫的再猖獗广谱性药剂对靶标害虫、非靶标害虫和益虫不同程度具有致死性的影响靶标害虫种群在短期内大幅度下降天敌承受药剂的直接杀伤和食物缺乏的双重影响造成害虫的再猖獗靶标害虫再增猖獗，次要害虫上升为主要害虫Ware(1980)报道，在美国棉田：1950年仅有两种需要防治的主要害虫，每个生长季节仅施几次药或不施药1955年，要防治的害虫达到5种，每个生长季节要施药8-10次；60年代增加到8种，施药次数竞达28次。害虫抗药性的出现会造成杀虫剂选择性的杀死天敌Watson(1979)报道：在1972年甲基对硫磷对美洲烟夜蛾幼虫田间种群的LD50值为27mg/g，到1978年，田间种群的LD50值达到了2

12、12mg/g，抗性增长近10倍甲基对硫磷对其捕食性天敌（花蝽、长蝽和猎蝽类）的LD50值仅为0.7-2.1mg/g，与美洲烟夜蛾幼虫的LD50值相差近100-300倍。非靶标害虫的猖獗在1946-1947年，美国加洲柑桔上的吹绵蚧大发生，究其原因就是使用DDT防治柑桔上另外一种害虫的同时，杀死吹绵蚧的天敌澳洲瓢虫所致（Debach,1947）。叶螨的再增猖獗Ware(1980)报道，用对硫磷防治草莓的樱草狭跌线螨时，由于杀死该螨的天敌（一种捕食螨），使樱草狭跌线螨种群数量增加15-35倍，而未用药的地块这种叶螨的数量却逐渐下降。叶螨的再增猖獗除由于杀伤其天敌外，另一个原因就是某些药剂对叶螨的繁

13、殖可能具有刺激作用。棉田使用甲基对硫磷可使棉花叶螨在最初8-14天产卵量增加25-35，实际上造成了世代间间隔期的缩短。避免害虫再增猖獗的途径施用选择性杀虫剂，如灭幼脲、抗蚜威等药剂利用生态选择性，可以利用天敌和害虫间的时间差或空间差来实现选育抗药性的天敌农药的选择毒性利用选择性杀虫药剂是协调化学防治和生物防治的主要手段杀虫药剂的选择性分为生理选择性和生态选择性两类生理选择性杀虫药剂常见的有昆虫生长调节剂和昆虫行为调节剂两类非选择性杀虫药剂在市场上仍占主导地位在传统的杀虫药剂中，也出现了一些选择性的杀虫药剂。例如，抗蚜威对蚜虫和瓢虫具有高选择毒性。Croft和Brown的试验10种瓢虫有机磷的

14、毒性大于有机氯在有机磷中，非持久性的和内吸性的毒性低在有机氯中，杀螨剂实际无毒、微生物制剂Bt无毒。Croft和Brown的试验 17种寄生性天敌有机氯的毒性大于有机磷非选择性或选择性低的药剂可以利用生态选择性达到协调化学防治和生物防治的目的杀虫剂对瓢虫的相对毒性高毒1相对无毒5中毒324对硫磷甲基对硫磷马拉硫磷谷硫磷胺甲萘速灭磷磷胺二嗪农乐果乙硫磷内吸磷甲基内吸磷敌百虫三硫磷甲基乙拌磷林丹毒杀芬异狄氏剂DDT硫丹八甲磷乙酯杀螨醇三氯杀螨砜三氯杀螨醇乐杀螨化学防治和抗虫品种化学防治和作物抗虫品种的应用在害虫综合治理中占有重要的地位忽视化学防治、作物抗虫品种与害虫之间的相互制约的关系，致使某些害

15、虫有所猖獗抗虫品种丧失与抗药性具有一些相同的机制利用植物体内的某些次生性物质作为作物品种的抗虫因子虽是重要手段之一这些次生性物质可以诱导昆虫体内的解毒酶系，而该酶系又能降解化学防治施用的杀虫药剂，加强害虫的抗药性，从而影响了化学防治的有效性。杀虫药剂的选择作用可使昆虫产生抗药性，而具有抗药性的昆虫由于含有大量的解毒酶系，会使某些抗虫品种对该昆虫种群的抗性降低甚至于丧失杀虫药剂也可以影响植物次生物质的产生。化学防治与抗虫品种互作的理论基础动物在一生当中，取食对自身安全的食物是其最基本的本能，对于每一个物种，在形态学、生理学、生态学以及行为学等方面都已进化出了许多适合于获取食物和利用食物的特征动物

16、界中，昆虫显示出了最多样性的取食习性，植物次生性物质是决定昆虫能否取食某种植物的主要因子之一如果昆虫在进化过程中，能够克服植物次生性物质的不良影响，则该种植物就有可能成为其寄主，这时植物所含的这种次生性物质又有可能成为引诱昆虫取食的标记物。例如：十字花科植物所含的芥子苷具有杀虫活性，但是菜粉蝶、小菜蛾等不但不受芥子苷的影响，反而受这种物质的引诱，促进取食或诱导产卵。化学防治与抗虫品种互作的理论基础对于任意一种植物，不能取食它的昆虫种群要比能取食的多得多任意一种昆虫不能取食的植物要比能取食的多得多一种昆虫只能够克服少数植物的防御，使之作为食物。这种昆虫与植物间的特殊的组合也正是农作物与害虫间的关

17、系，抗虫育种的目的就是打破这种关系。例如：可以通过育种使野生品种中的能够控制产生影响昆虫行为、感觉生理、代谢或内分泌的植物次生性物质的基因转移到栽培品种上，使之对昆虫具有抵抗能力。化学防治与抗虫品种互作的理论基础昆虫体内的解毒酶水平与其取食习性密切相关一般多食性昆虫体内的解毒酶水平高于寡食性和单食性昆虫同一种昆虫取食期高于其它时期。例如：鳞翅目昆虫中幼虫期明显高于成虫期。主要原因是昆虫在取食的同时，也要动用大量的酶系来消除随同取食摄入的植物次生性物质以及其他附着于植物表面的有毒物质的危害植物次生性物质对昆虫体内的解毒酶系水平有明显的诱导作用昆虫对植物次生性物质和其他外源性化合物代谢的重要酶系有

18、氧化酶、水解酶、转移酶和还原酶等。化学防治与抗虫品种互作的理论基础寄主植物及其次生性物质诱导的解毒酶系与杀虫药剂的代谢酶系相同或相近，使得取食含有高浓度次生性物质的植物的昆虫对杀虫药剂的解毒代谢增加，从而耐药性或抗药性增加。抗虫育种往往是使一些对昆虫有影响的植物次生性物质的基因集中，从而导致对昆虫的抗性增加，因此，抗虫品种对害虫耐药性或抗药性也会由此产生影响。实例Kennedy等的研究表明，将美洲棉铃虫卵放在含有2-十三烷酮的植物叶片上培养，新孵化的幼虫对西维因的耐药性水平提高，同时证明2-十三烷酮的蒸汽可以作为卵期的诱导因子, 耐药性提高的原因是由于2-十三烷酮诱导MFO增加所致。用红绿豆、

19、孟加拉绿豆、野豆和番茄饲养棉铃虫连续2代，发现取食红绿豆的幼虫对硫丹、久效磷、毒死蜱、溴氰菊酯的耐药性最强，取食番茄的最敏感，而寄主植物对灭多威的毒性则没有明显的影响。实例Robertson等证明，苹淡褐卷叶蛾（Epiphyas postvittana）的抗性品系和敏感品系的幼虫对谷硫磷的反应明显依赖于幼虫取食的饲料。苹果树叶片中的根皮苷可以降低（Platynota idaeusalis）三龄幼虫对谷硫磷的耐药性，与GST、酯酶和MFO的受抑制有关，而取食含有根皮苷饲料的抗性品系的初孵幼虫对高浓度的谷硫磷具有更高的耐药性，根皮苷抑制抗性品系幼虫中GST活性，使酯酶活性增加，说明抗性品系的初孵幼

20、虫对谷硫磷耐药性的提高是由于根皮苷诱导酯酶活性增加所致。实例取食黑莓的抗性幼虫和取食人工饲料的敏感幼虫对药剂的反应是类似的，取食人工饲料的敏感品系的幼虫比取食其他天然饲料的耐药性更高，而取食黑莓的抗性幼虫的抗药性明显低于取食其他饲料的抗性幼虫。其原因主要是由于食料影响了酯酶活性而不是MFO。Sparks报道，和感虫的大豆品系(Bragg)相比，抗虫的品系(PI227687)可以改变大豆尺夜蛾(Pseudoplusia includens)和美洲菸夜蛾对甲胺磷的敏感度，同时使酯酶、GST、和MFO活性提高。拟雌内酯是使PI227687具有抗虫性的主要化学物质，它可以加强氰戊菊酯的毒性而降低灭多威

21、的毒性。农药对作物的影响Ayers和Barden用33种农药对一年生的苹果树苗试验表明，其中8种药剂使光合作用降低6-73%。Sharma等的试验用了37种药剂，其中25种对苹果树的光合作用有影响，二嗪哝、三氯杀螨醇、克螨特等使光合作用降低13-27%。对核桃、柑桔、花卉、蔬菜等的试验也均得到了类似的结果。使用农药防治害虫的同时，农药本身对作物的产量也会产生影响，最典型的例子就是施药过多的莴苣，产量反而下降。在甘蓝上也得到了类似的结果，施药4-9次的甘蓝产量比施药3次或3次以下的地块降低约18%。有机氯杀虫剂可以降低细胞的分裂，有时可以通过抑制有丝分裂产生多倍体。两种氨基甲酸酯类农药呋喃丹和涕

22、灭威施用后，使甘蔗根细胞有丝分裂指数增加。由于杀虫剂的施用使植物产生多倍体，有可能改变包括抗虫性在内的一些遗传性状。植物的营养价值可以通过施用杀虫剂加以改变，从而影响到作物的抗虫性。植物幼期的防御性次生物质是以碳为基础，后期是以氮为基础，而甲拌磷可以使棉花的碳水化合物含量增加，含氮量下降。因此, 有可能影响到棉花防御性次生物质的产生。寄主植物营养价值和生长状况的改变，对于控制害虫种群的发展起着重要的作用。用溴氰菊酯和甲基对硫磷处理水稻后，由于改变了植株的生长状况，对褐稻虱的诱集作用加大，呋喃丹使水稻植株中钙和碳水化合物含量降低，氮增加，导致细胞壁变薄，使水稻对刺吸式口器的昆虫抗性降低。说明，根

23、据农药种类、剂型、环境条件、作物种类及其生理状态确定一个“农药施用阈限”极为重要，它表明对于某一种作物在推荐的施药剂量下，最多允许施药次数。抗药性治理与农药对非靶标的影响抗药性的害虫数量逐年增加，涉及到有机磷、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯等几乎所有的杀虫药剂。甚至对微生物制剂，灭幼脲以及性诱剂等都产生了抗性，害虫的抗药性已经成为化学防治中最严重的问题之一。Georghiou就有关杀虫剂的使用提出了三种害虫抗药性治理的策略，即适度治理与饱和治理和多向进攻治理。农药亚致死剂量的影响无论选择哪种类型的药剂及其施药方法，随着施药后杀虫药剂的降解，害虫种群一定有一段时期受到亚致死剂量的影响，这也是目前化学防治

24、中较突出的问题之一。Hajjar等用喷雾的方法证明亚致死剂量的氯氰菊酯使猿叶虫（Phaedon cochleariae （R.）产卵量降低，产卵行为异常。这种类型的影响是人们所希望的，但是，在很多情况下，亚致死剂量对昆虫生物学的影响是不尽人意的。化学防治的副作用之一就是害虫的再猖獗，普遍认为是由于杀虫药剂杀死了害虫的天敌所致。但是，在相当一部分害虫中，已经证明主要是由于亚致死剂量促进了害虫的大量繁殖所致。实例杀虫药剂诱发褐稻虱再猖獗Reissig等试验了39种杀虫药剂，其中16种能够引起害虫的再猖獗。用溴氰菊酯、甲基对硫磷、二嗪哝喷雾后，褐稻虱的取食量增加。褐稻虱若虫接触溴氰菊酯后，到成虫阶段产卵量和孵化率增加，若虫期缩短、成虫寿命延长。农药对豆科植物根瘤菌的影响不同杀虫剂品种对同一种作物及根瘤菌固氮能力的影响是不同的。反之，同一种杀虫剂对不同作物及固氮菌种类的影响也是不同的。因此，对每一种杀虫剂作物根瘤菌的组合应做具体分析，杀虫剂对豆科植物根瘤菌的影响大体上可以分成三种类型，即没有影响、刺激生长（增加固氮能力）和抑制作用。对豆科植物根瘤菌可能有不利影响药剂有乙酰甲胺磷、氯氰菊酯（灭百可）、二嗪哝、乐果、马拉硫磷、二氯苯醚菊酯等。生物合理性农药与害虫持续治理第一代农药第二代农药第三代农药第四代农药第五代农药施药后物种数量变化（纽约，196