农业发展、农药应用及其对环境的影响

互推小编 2023-10-01

农药在农业生产中是不可或缺的。它们已被农民用来控制杂草和昆虫，据报道，它们在农产品中的产量显著增加。如果没有粮食产量的同时增长，20世纪世界人口的增长是不可能的。大约三分之一的农产品是根据农药的使用情况生产的。如果不使用杀虫剂，水果产量将损失78%，蔬菜产量将损失54%，谷物产量将损失32%。因此，农药在全球范围内减少疾病和提高作物产量方面发挥着关键作用。因此，有必要讨论农业发展过程；杀虫剂的历史视角、类型和具体用途；以及杀虫剂的行为、污染和对自然环境的不利影响。回顾研究表明，农业发展在世界许多地方都有着悠久的历史。农药使用的历史可以分为三个时期。农药按不同的分类术语进行分类，如化学类别、官能团、作用方式和毒性。

杀虫剂被用于使用化学成分杀死害虫和控制杂草；因此，它们也可能对其他生物有毒，包括鸟类、鱼类、有益昆虫和非目标植物，以及空气、水、土壤和作物。此外，农药污染远离目标植物，造成环境污染。这些化学残留物通过环境和食品污染影响人类健康。此外，气候变化相关因素也会影响农药的施用，导致农药使用量增加和农药污染。因此，本综述将为未来农药的应用和管理提供必要的科学信息。

1.简介

被称为杀虫剂的物质组属于用作杀虫剂、杀菌剂、除草剂、灭鼠剂、杀螺剂和杀线虫剂的物质[1]。人们普遍认为，农药在农业发展中发挥着重要作用，因为它们可以减少农产品的损失，提高可负担的粮食产量和质量[2，3，4]。由于改善粮食生产和控制虫媒疾病的紧迫性，农药的开发在第二次世界大战期间（1939-1945）有所增加。此外，从20世纪40年代开始，合成作物保护化学品的使用增加，使粮食产量进一步增加[1]。此外，全球农药产量以每年约11%的速度增长，从20世纪50年代的20万吨增加到2000年的500多万吨[5]。全球每年使用30亿公斤农药[6]，而只有1%的农药被有效用于控制目标植物上的害虫[1]。残留的大量杀虫剂渗透或到达非目标植物和环境介质。因此，农药污染污染了环境，并对人类健康造成了负面影响[1，7]。

这篇文献综述首先提供了有关农业发展过程、农药使用的历史视角、使用中的农药的一般类型以及农药在农业中的作用的基本科学信息。然后重点关注农药在环境中的行为、农药使用中与气候变化相关的因素及其对自然环境的不利影响。最后，本研究为农药的应用和管理提供了新的方向。\

2.农业发展进程

农业发展在世界各地都有着悠久的历史。农业实践始于大约10000年前的美索不达米亚肥沃的新月地带，大致相当于今天的伊拉克、土耳其、叙利亚和约旦的大部分地区[8]。生活在这些地区的人们通过火棒农业和森林园艺等方式收集可食用的种子。当人口更加定居并生活在农场时，种植了大量的小麦、大麦、豌豆、小扁豆、鹰嘴豆、苦豌豆和亚麻[9]。大约7500年前，非洲萨赫勒地区种植了水稻和高粱[10]。Davies（1968）进一步指出，大约7500年前，西非以及新几内亚和埃塞俄比亚也独立驯化了一些当地作物。水稻和小米是在中国驯化的[11]。美国独立驯化了玉米、南瓜、土豆和向日葵[12]。种植的作物经常遭受害虫、杂草和疾病的侵害，这可能会导致作物产量的巨大损失。

如果不使用杀虫剂，水果、蔬菜和谷物因病虫害造成的损失将分别高达78%、54%和32%[13]。因此，迫切需要学者和公众寻找解决病虫害问题的方法。

3.农药使用的历史展望

农药使用的历史可以分为三个时期。在19世纪70年代之前的第一个时期，害虫是通过使用各种天然化合物来控制的。第一次有记录的杀虫剂使用是在4500年前苏美尔人[8]。他们使用含硫化合物来控制昆虫和螨虫。大约3200年前，中国人使用汞和含砷化合物来控制体虱。当时没有化学工业，所以所有使用的产品都是直接从现成的动物、植物或矿物来源获得的。例如，挥发性物质经常通过“吸烟”来使用。其原理是燃烧秸秆、谷壳、树篱修剪物、螃蟹、鱼、粪便或其他动物产品，这样烟雾（最好是恶臭的）可以扩散到整个果园、作物或葡萄园[8]。人们普遍认为，这种烟雾可以消除枯萎病或霉菌。

烟雾也被用来对付昆虫。人们主要通过手工除草来控制杂草，同时也有各种化学方法的报道[14]。除虫菊是从菊花Cineraria folium（“菊雏菊”）的干花中提取的，用作杀虫剂已有2000多年的历史。

在第二个时期，即1870年至1945年间，人们开始使用无机合成材料。19世纪末，瑞典人使用铜和硫化合物来对抗水果和土豆中的真菌攻击[15]。从那时起，人们一直在使用许多无机化学物质作为杀虫剂，包括基于硫酸铜和石灰砷的波尔多混合物，它们仍被用于预防许多真菌疾病[1]。

第三个时期始于1945年[8]，以使用合成农药为代表，发现了二氯二苯基三氯乙烷（DDT）、β-六氯环己烷（BHC）、艾氏剂、狄氏剂、endrin、氯丹、对硫磷、captan和2,4-D的影响[16]。其中许多产品的缺点是应用率高、缺乏选择性和高毒性。例如，滴滴涕在世界各地被广泛使用，因为它对哺乳动物的毒性很低，并且可以减少疟疾、黄热病和斑疹伤寒等虫媒疾病[17，18]。《寂静的春天》一书指出了农药对环境和人类健康的负面影响。这本书引起了学者和公众的极大关注[1]。滴滴涕于1972年在美国被禁止使用，因为它对非目标动植物有害，而且它在组织中积累和持续存在的显著能力存在问题，会造成长期损害[19]。

在20世纪70年代至90年代期间，新的化学物质家族已被引入市场，如三唑并嘧啶、三酮和异恶唑除草剂、频比灵和唑酮杀菌剂、氯烟酸、多杀菌素、氟丙二酰肼和有机磷杀虫剂，大多数新化学物质的使用单位为克，而不是每公顷公斤[1，18]。

在现代农业中，学者们正试图开发基因工程作物，以生产自己的杀虫剂或对广谱除草剂产品或害虫表现出耐药性。这种新的害虫管理可以减少化学品的使用及其对环境的负面影响[1]。