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农药“战争”的赢家和输家
发布时间:2021-04-06

作者:冯维维 来源: 中国科学报

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越来越多地使用新烟碱类杀虫剂正在伤害传粉昆虫,比如这朵南瓜花上的蜜蜂。图片来源:《科学》

农场即战场,农民与害虫和杂草进行的无休止、代价高昂的斗争常常涉及“化学武器”。这些武器也在伤害无辜,如蜜蜂、鱼和甲壳类动物。

一项大型研究记录了美国农民发展其“化学武器”库几十年来发生的巨大变化——鸟类和哺乳动物的情况好转了一些,而传粉昆虫和水生无脊椎动物却损失严重。这一变化对陆地植物的毒性影响也在急剧上升,其原因可能是农民使用越来越多的化学药品对付已经对普通除草剂产生抗药性的杂草。

几十年来,美国的杀虫剂使用量下降了约40%。但与此同时,其活性成分变得更加强大。例如,拟除虫菊酯(一种影响神经系统的速效杀虫剂)在极低浓度时毒性很强。现在有些农药每公顷只需6克就可以起到很好的杀虫效果,而老式的有机磷和氨基甲酸酯类农药则需要几公斤。为此,德国科布伦茨—兰道大学的生态毒理学家Ralf Schulz想知道,生态系统中的整体毒性是否发生了变化。此前曾有针对某些化合物和生物体的研究,但尚未有涉及全美国的研究。

Schulz和合作者从美国地质调查局1992年至2016年农民自我报告的农药使用数据开始研究。他们还从美国环保署(EPA)收集了总共381种化合物的急性毒性数据。接着,他们比较了EPA规定的阈值(一种物质可能伤害植被或野生动物的临界点)与农田中每种杀虫剂的使用量,并确定了“使用的总毒性”。

好消息是,从1992年到2016年,鸟类和哺乳动物的总毒性下降了95%以上,研究小组在近日发表于《科学》的报告中说,这主要因为老式杀虫剂被逐步淘汰。鱼的毒性下降较少,约为1/3,因为它们对拟除虫菊酯更敏感。坏消息是,拟除虫菊酯已经使水生无脊椎动物的毒性加倍,比如浮游生物和昆虫幼虫,它们是食物链的关键部分。而另一类受欢迎的杀虫剂,新烟碱类杀虫剂,使蜜蜂和大黄蜂等传粉昆虫面临的毒性风险增加了1倍。一项研究表明,脊椎动物受到的影响较小,而无脊椎动物受到的影响较大。

研究表明,植物也受到了影响。自2004年以来,除草剂对陆地植物的总毒性增加了1倍。其中一种主要的除草剂是草甘膦,它简化了耕作,改善了土壤保护。在20世纪90年代出现了能够耐受草甘膦的转基因作物后,农民不再使用毒性更强的除草剂。但从那以后,一些杂草进化出了对草甘膦的抵抗力,农民开始喷洒其他类型的除草剂。这会威胁到生长在农田边缘的开花植物。

甚至有一种通过基因工程减少农药使用的作物——含有苏云金芽孢杆菌的转基因玉米,其毒性也在迅速增加。与非转基因玉米相比,转基因玉米的总毒性在过去10年里以每年8%的速度快速增长。“这有点令人吃惊。”Schulz说。他猜测,其原因是害虫正在进化出对两种玉米中过度使用的化学物质的抵抗力。“这确实是农业面临的主要问题之一。”

Schulz希望该研究能帮助决策者和其他人更广泛地考虑虫害和杂草控制的复杂性,以及野生物种的取舍,从而减少无意的伤害。

并未参与这项研究的宾夕法尼亚州立大学帕克分校的昆虫学家John Tooker指出,植物和水生无脊椎动物毒性的上升可能导致栖息地和食物资源多样性的减少,最终波及动物种群,并造成损失。“美国杀虫剂使用模式和毒性数据应该对世界其他地方起到警示作用,很多地方似乎更依赖于杀虫剂的使用,而不是通过生态交互作用控制虫害。”(冯维维)