第五章农药对生态环境的影响6

第五章农药对生态环境的影响当前第1页\共有49页\编于星期六\16点我国是一个农业大国，农药使用品种多、用量大，其中70％-80％的农药直接渗透到环境中，对十壤、地表水、地下水和农产品造成污染，并进一步进入生物链，对所有环境生物和人类健康都具有严重的、长期的和潜在的危害性。农药及其在自然环境中的降解产物，污染大气、水体和土壤，会破坏生态系统，引起人和动、植物的急性或慢性中毒。

当前第2页\共有49页\编于星期六\16点第一节农药对有害生物群落的影响一、对害虫群落的影响施用农药对害虫生物群落的影响大体上分为直接影响和间接影响两大类。（一）直接影响即直接接受了施用农药而产生的影响。这种影响并不只限于防治对象，也影响到非防治目标生物。当前第3页\共有49页\编于星期六\16点（二）二次影响动物因取食体内含有农药的生物而中毒或死亡称二次影响。（三）迟发性影响这种影响并不立即发生，在食物链中逐渐富集，处于食物链高位的生物容易产生迟发型影响。（四）食饵种群的减少由于大量使用除草剂，使某些种类的杂草大为减少，以至于影响到以此种杂草为食的昆虫群，进而影响到这类昆虫的天敌。当前第4页\共有49页\编于星期六\16点（五）提供栖息的生物减少植物常常是一些昆虫及其它生物的栖息场所，由于大量施用农药，破坏了它们的栖息环境，从而使其不适应。（六）竞争性种群被消灭生物间具有相同生活习性的种群必然要进行竞争，由于农药对某一种群的抑制，而使其它种群数量增加。（七）大量捕食性天敌被消灭当前第5页\共有49页\编于星期六\16点二、靶标生物的抗药性

在使用农药防治有害生物的过程中，值得重视的重要问题之一是防治对象产生抗药性。因为抗药性一旦产生不仅给防治带来经济上的损失，而且由于大量用药而产生环境污染以及对有益生物的危害。当前第6页\共有49页\编于星期六\16点（一）、害虫抗药性的发展状况

昆虫对农药抗药性的历史，通常从1908年美国发现梨圆蚧对石流合剂，产生抗药性之后算起的，1917年又发现苹果蠹蛾对砷酸铅的抗药性，直到1938年前，仅有7种害虫产生抗药性，当时并未引起人们的足够重视。直到上世纪40年代后有机杀虫剂的合成应用之后，瑞士人发现DDT防治家蝇失效，家蝇对DDT的抗性达到了100-200倍，这时才引起国际上的重视。害虫对杀虫剂的抗药性当前第7页\共有49页\编于星期六\16点

纵观历史，害虫抗性的发展大致经过了三个时期：

(1)1940年以前无机杀虫剂时代，农药种类很少，农药的靶标很广，抗性发展缓慢；

(2)20世纪40～70年代末，有机氯、有机磷农药广泛使用时代，农药靶标明确，作用机制单一，农药种类相对较少，抗性发展快，很多害虫出现了无药可治的局面；

(3)80年代以后，拟除虫菊酯、生长抑制剂等农药出现，它们的靶标单一，容易被害虫代谢酶降解，抗性发展十分迅速。当前第8页\共有49页\编于星期六\16点

椐FAO统计，1954～1985年，抗性害虫已由10种猛增到432种。唐振华（2002）报道，全世界至今已有600多种害虫及害螨对一种或多种农药产生了抗性，其中绝大多数是农业害虫。自1963年首次报道我国淡色库蚊对氯化烃类杀虫剂产生抗性以来，至今我国已有45种害虫产生了抗性，其中农业害虫36种，卫生害虫9种（唐振华，2000）。抗性突出的害虫有棉蚜、棉铃虫、二化螟、小菜蛾、家蝇、淡色库蚊、德国小蝇等，这些害虫对不同类型的多种杀虫剂产生了抗性，并且抗性水平较高。当前第9页\共有49页\编于星期六\16点

至1986年止，各种昆虫和螨类历年发生抗性的情况见表1（唐振华，1993）。表1节肢动物对一种或几种药剂发生抗性的情况（1908-1986）Table1Thenumbersofarthropodspeciesdevelopedresistancetopesticides

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就1984年后报道的同翅目抗性害虫作粗略估计，约44种（其中以蚜虫居多），对不同药剂产生了抗性，约占统计数量的52.3%，对各类药剂产生抗性的种类比例依次为：有机磷（86.4%）>氨基甲酸酯（54.5%）>拟除虫菊酯（43.2％）>有机氯（27.3%）>其它（20.5%）>昆虫生长调节剂（4.5%）。当前第11页\共有49页\编于星期六\16点

从杀虫剂发展的历史来看，各种昆虫和螨类对各类杀虫剂产生抗性的速度越来越快，从表2可以看出，对各药剂产生抗性的虫数以5为基数，则从5～160种止，平均翻一翻所需的时间依次为越来越少，对近20年来新发展的氨基甲酸酯类和拟除虫菊酯发生抗性虫种的速度越来越快（唐振华，1993）。表2昆虫对不同杀虫剂的抗性增长速度Table2Theincreasingspeedofresistancetodifferentclassinsecticidesininsectpests当前第12页\共有49页\编于星期六\16点（二）、害虫抗药性的概念

世界卫生组织（WHO）1957年对害虫抗药性的定义是：“昆虫具有耐受杀死正常种群大部分个体的药量的能力并在其种群中发展起来的现象”。这个定义指出的抗性是种群的特性，而不是个体昆虫改变的结果，我们通常所指的害虫抗药性是指使用过一段农药后，用同样的剂量防治害虫效果明显的下降，可以说害虫对此药产生了抗性。不能一次见到防效不好，就认为产生了抗性。当前第13页\共有49页\编于星期六\16点（三）、抗性分类

由于在同一地区连续使用药剂而引起的害虫抗药性的提高，而形成了抗药性。药剂不同产生的抗药性也不同，分为以下几种抗性：1.单一抗性2.交互抗性3.多种抗性4.负交互抗性当前第14页\共有49页\编于星期六\16点2.交互抗性昆虫的一个品系由于同一机制，对某种药剂产抗性后而对其它从未用过的药剂也发生了抗性，这种现象称为交互抗性。主要是由于杀虫剂的作用机理相同造成的。抗内吸磷的棉蚜对乐果，磷胺，对硫磷。西维因等都产了抗性。抗氰戊菊酯的玉米螟对溴氰菊酯有交互抗性。1.单一抗性只表现对起作用的药剂有抗性，称为单一抗性。当前第15页\共有49页\编于星期六\16点

3.多种抗性

是指昆虫的单一品系由于不同机制，对各种药剂产生了抗药性，也就是指某些昆虫对用过的多种杀虫剂同时产生抗药性。是由于长期的、连续的大量地使用不同药剂造成的，是对多种作用机理相同或不同的药剂的抗性。例如小菜蛾对有机氯（DDT）、有机磷（敌百虫）、氨基甲酸酯类（西维因）杀虫剂产生了抗性。当前第16页\共有49页\编于星期六\16点4.负交互抗性

是指有些昆虫对一种杀虫剂产生抗后，反而对另一种杀虫剂表现特别敏感的现象，称为负交互抗性。如中科院北京动物研究所测定甲基1605对内吸磷抗性棉蚜有负交互抗性，抗有机磷的山楂红蜘蛛对杀螨酯有负交互抗性。当前第17页\共有49页\编于星期六\16点

但是并不是一种害虫对各种药剂都能产生交互抗性，一般来说，凡是作用机制相同或相近的药剂就容易产生交互抗性，而不同类型的药剂，由于对昆虫毒杀机制的不同，因而不易产生交互抗性，如抗内吸磷的棉红蜘蛛对有机氯杀螨剂三氯杀螨醇就不易产生交互抗性。有些不是同一类杀虫剂，但作用机制一致，也可产生交互抗性。当前第18页\共有49页\编于星期六\16点（四）、影响害虫抗性发展的因素1遗传因素支配抗性机制的基因可能是单一基因，也可能是多基因。害虫抗性发展的快慢，遗传基因在种群中的数量或出现的频率是重要的决定因素。2生物学因素世代周期长短、每一代的个体数等昆虫种群的迁移性3施药因素施药次数与剂量药剂本身BACK当前第19页\共有49页\编于星期六\16点BACK

害年世产生抗性虫代数所需时间

根肿蝇 3-45-6年马铃薯金针虫26年北方玉米根叶虫甲18-10年日本丽蝇110年台湾甘蔗金针虫1/220年Gerogion（1980）报道，用艾氏剂、狄氏剂进行土壤处理，不同世代周期的土壤害虫，产生抗性需要的时间有很大差别。当前第20页\共有49页\编于星期六\16点（五）、抗药性的生理生化机制1增加解毒作用的速率这是大多数昆虫抗药性的主要机制，解毒酶的量增加，活性提高。解毒酶主要有以下几种酶：（1）氧化酶：微粒体多功能氧化酶（MFO）（2）水解酶系：磷酸酯酶、羧酸酯酶、酰胺酶（3）转移酶：谷胱甘肽转移酶（4）DDT脱氯化氢酶当前第21页\共有49页\编于星期六\16点（1）

氧化酶是解毒酶中最重要的一种，如：微粒体多功能氧化酶（MFO）是非专一性的酶，它能代谢很多种杀虫剂，如有机磷，氨基甲酸酯，有机氯及拟除虫菊酯等。是许多昆虫对杀虫剂产生抗性以及交互抗性的重要原因之一。它可以活化杀虫剂，如将对硫磷变成（活化）对氧磷。

MFO酶除了活化作用外，还可使许多杀虫剂被氧化降解，或者活化和降解同时进行，如上述对硫磷也可以氧化降解（脱芳基作用）。另一方面，MFO酶能代谢一些脂溶性强的杂环化合物，反过来，这些杂环化合物能激发MFO酶的活性，如DDT、六六六等都有这些作用。当前第22页\共有49页\编于星期六\16点（2）水解酶系是脊椎动物体内能水解农药的酯酶的统称，它包括磷酸酯酶、羧酸酯酶，酰胺酶等，尤其是羧酸酯酶在昆虫对有机磷和拟除虫菊酯抗性中有着重要作用。

1）磷酸三酯水解酶：芳基水解酶，O－烷基水解酶，磷酸酯酶，磷酸二酯水解酶等R-CO-O-R′+H2OR-COOH+HOR′2）酰胺水解酶

R-CONH2+H2OR-COOH+NH33）磷酸酯酶（C2H5O）2PO-O--NO2

（C2H5O）2PO-OH+HO--NO2

当前第23页\共有49页\编于星期六\16点3）羧酸酯酶能使马拉松水解成马拉松单酸与马拉松二酸，而失去活性。（CH3O）2PS-S-CH–CO-O-C2H5CH2-CO-O-C2H5（CH3O）2PS–S-CH–COOHCH2-COO-C2H5（CH3O）2PS–S-CH–COOHCH2–COOH羧酸酯酶羧酸酯酶马拉松单酸马拉松二酸马拉松当前第24页\共有49页\编于星期六\16点（3）转移酶转移酶中最重要的一类酶就是谷胱甘肽转移酶，它同杀虫剂的代谢密切相关。现在知道它大致分为五类。

A:谷胱甘肽－S－烷基转移酶

B:谷胱甘肽－S－芳基转移酶

C:谷胱甘肽－S－链烯转移酶

D:谷胱甘肽－S－芳烷基转移酶

E:谷胱甘肽－S－环氧基基转移酶当前第25页\共有49页\编于星期六\16点

这些酶尤其在对有机磷降解中有重要意义，它能使有机磷农药在烷基上或苯环上裂开，并且它与裂化后的一部分相结合成为可溶性的物质而排出体外。对甲基1605、杀螟松等主要起脱甲基作用，对1605主要在苯环上裂开，并与硝基苯相结合。当前第26页\共有49页\编于星期六\16点

是DDT降解代谢的重要酶，也是昆虫对DDT抗性的原因之一，它可使DDT脱HCl成为DDE，从而变为无毒物。（如家蝇、28星瓢虫、小菜粉蝶、烟草天蛾、墨西哥豆象等）。

有机磷中硝基结构的化合物，如对硫磷等可被硝基还原酶代谢为无毒物。

HCl-C-ClCl-C-Cl

HCl-C-ClCl–C-ClCl脱HCl酶DDT

DDE（4）DDT脱氯化氢酶当前第27页\共有49页\编于星期六\16点BACK（六）、对付抗药性的途径1983年，Georghiou曾提出三种原则性的对策：适度防治（managementmoderation）饱和防治（managementbysaturation）多点攻击（managementbymultipleattack）当前第28页\共有49页\编于星期六\16点BACK适度防治（managementmoderation）出发点是通过降低药剂的选择压力来保持害虫的敏感性，充分利用种群中有价值的敏感性资源，能促进敏感纯合子个体存活的措施。主要是减少总选择压，可以有许多具体方法，例如提高防治指标，减少药剂剂量使部分敏感昆虫得以存活，以达到稀释抗性基因的目的；也可以减少施药次数，使用短残效剂或进行局部施药等。当前第29页\共有49页\编于星期六\16点BACK饱和防治（managementbysaturation）出发点是应用高剂量杀死抗性杂合子个体，淘汰抗性基因，以达到延缓抗性发展的目的。这个策略主要对付未经药剂处理过的种群或抗性发展正处于杂合子阶段的种群，若想用来挽救一些抗性的农药，这一策略是不适合的。饱和治理的必要条件是种群内一部分敏感个体要能逃避杀虫剂的选择，或有一部分敏感个体从未迁入处理区；否则，该策略反而会加快对抗性基因的选择，促进抗性发展。主要措施是使用增效剂提高药剂对抗性害虫的防治效果，以达到饱和治理。当前第30页\共有49页\编于星期六\16点BACK多点攻击（managementbymultipleattack）出发点是采用化学结构和作用位点不同的两种以上的药剂来防治害虫，使其受到或长或短的多种作用方向的化学选择压，并使得其中任何一个药剂的选择压力都低于抗性发展所需的选择压力，通过多种部位的攻击达到延缓抗性的目的。主要措施是把两种或两种以上作用位点不同的农药进行混用、轮用或交替使用。当前第31页\共有49页\编于星期六\16点

概念：是指本来对农药敏感的野生型植物病原菌个体或群体，由于遗传变异而对药剂出现敏感性下降的现象。

抗药性包含的函义病原菌遗传物质发生变化，抗药性状可以稳定遗传抗药突变体对环境有一定的适合度，即与敏感野生群体具有生存竞争力植物病原菌对杀菌剂的抗性当前第32页\共有49页\编于星期六\16点20世纪40年代，美国JamesG.Horsfall提出病原菌对杀菌剂敏感性下降的问题60年代末，高效、选择性强的苯并咪唑类内吸性杀菌剂被开发和广泛用于植物病害防治70年代初，开展了对植物病原物抗药性的系统研究，（一）、病原菌抗性发展历史80年代初成立了杀菌剂抗性行动委员会（FRAC），开辟了植物病理学和植物化学保护学新的研究领域。当前第33页\共有49页\编于星期六\16点

在20世纪40年代就有微生物对化学药剂的抗药性报道。

1940年，一年后就出现了抗药性的青霉菌和色孢霉菌---杀菌剂历史上首例病原菌产生的抗药性。当前第34页\共有49页\编于星期六\16点

20世纪60年代初期，五氯硝基苯和多果定的抗性菌系的陆续出现。抗药性真正成为病害防治的突出问题是20世纪60年代中后期大量使用内吸杀菌剂以后，最典型的实例是苯并咪唑类内吸杀菌剂。当前第35页\共有49页\编于星期六\16点

1967年大量生产并广泛使用苯来特，1969年就有报道用于防治黄瓜白粉病时出现抗性菌，随后出现的抗性菌有十几种。

1956年，Horsfall(J.G)--《杀菌剂作用原理》提出警告：“不要等待抗药性在田间的出现!”当前第36页\共有49页\编于星期六\16点对病原物特殊生化位点发生作用农药对病原菌的毒理生化位点由单基因调节药剂化学防治完全失效表现抗药性病原菌群体中存在抗药个体或抗药基因抗性个体少，继续生长繁殖、侵染寄主提高抗药病原菌在群体中的比例，药剂防治效果下降导致抗药性病害流行用户加大用药剂量和用药频率抗药性病害流行，药剂化学防治完全失效病原菌抗药性发生原理当前第37页\共有49页\编于星期六\16点（二）抗性的生化机制

补偿作用或改变代谢途径增加解毒或降低致死合成作用

减少吸收或增加排泄

降低亲和性在相应的作用靶点如β-微管蛋白、核糖体等发生构象改变，降低药剂与靶点的亲和性而表现抗药性。通过代谢变化，阻碍药剂到达作用靶点，或利用生物能量通过载体将细胞内的药剂排出体外，阻止药剂积累而表现抗药性。将有毒的农药转化成无毒化合物，或者在药剂到达作用位点之前就与细胞内其他生化成分结合而钝化。病原物可以改变某些生理代谢，使药剂的抑制作用得到补偿。当前第38页\共有49页\编于星期六\16点

；；。

基本措施包括（三）克服病原菌抗性的对策①使用最低有效剂量②在病害发生和流行的关键时期用药，以化学保护代替化学治疗③避免在较大范围内使用同种或同类药剂（防止产生交互抗性）；④不同作用机制的杀菌剂混用或交替使用，但应避免两种高度危险性的药剂混用或轮用，防止多重抗药性发生⑤在抗性发生严重的地区回收药剂，停止用药当前第39页\共有49页\编于星期六\16点第二节农药对非靶标生物群落的影响一、

农药施用对害虫天敌的影响农药施用常发生两种现象引起了人们的注意。一是防治对象的再猖獗，二是次要害虫上升为主要害虫。引起这类现象可能的情况为：杀虫剂刺激害虫的繁殖对寄住植物有刺激生长作用竞争种群被大量灭杀捕食性天敌大量杀灭当前第40页\共有49页\编于星期六\16点减轻对天敌伤害的施药措施有：

1、选用适当的药剂或剂型，减少对主要天敌昆虫的伤害。

2、根据具体情况，选择合适的施药时期。

3、改进施药方法，保留少量害虫作为天敌的食料或寄住。当前第41页\共有49页\编于星期六\16点二、农药对传粉昆虫的影响及防救措施1.农药对蜜蜂的毒性2.防治农药对蜜蜂中毒的措施选择合适的施药时间选择合适的药剂种类和施药方式在喷洒农药期间，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。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。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饲喂。当前第42页\共有49页\编于星期六\16点三、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。药剂的大量和长期施用，会