农药作为农业生产的重要投入物对农业发展和人类粮食供给做出了巨大的贡献。有资料表明,世界范围内农药所避免和挽回的农业病、虫、草害损失占粮食产量的1/ 3。然而长期大量的使用农药其污染及危害是极为严重的,农药对土壤、大气、水体的污染,对生态环境的影响与破坏已引起了世人的广泛关注。土壤是人类赖以生存的物质基础,更是农业生态系统物质与能量交换的枢纽,研究和探讨农药在土壤环境中的行为规律及土壤污染机制将有助于发挥农药在农业生产中的积极作用,并采取科学的手段消除或弱化农药对土壤乃至农业生态系统及人类健康的影响与危害。土壤农药污染是一全球性问题。在我国,受农药使用历史、施用技术以及产品结构等因素影响,土壤农药污染较为严重,成为制约食品安全与农业可持续发展的桎酷。
1.农药对土壤的影响
1.1.农药对土壤的污染
农药对土壤的污染是指人类向土壤环境中投入或排入超过其自净能力的农药,而导致土壤环境质量降低,以至影响土壤生产力和危害环境生物安全的现象。农药对土壤的污染与施用农药的理化性质、农药在土壤环境中的行为及施药地区自然环境条件密切相关[1]。农药的理化性质是农药对土壤污染的重要因素之一。建国初期至20世纪70年代我国使用的无机类、有机氯农药的性质极稳定,不易分解,尤其有机氯农药水溶性高、脂溶性低,表现高残留、易迁移的特性,致使此类农药禁用近20年后全国大部分地区土壤中仍有残留[2]。如1992年国家环保总局测试表明,江苏南通棉区土壤中DDT最高残留量仍达1123 mg/ kg。换代产品有机磷、氨基甲酸脂类、有机氮类杀虫剂和磺酰脲类除草剂的使用,相对缓解了土壤污染的程度,但污染范围却由于农药使用范围的扩大而扩大,污染形势亦不容乐观。
1.2.农药污染土壤的途径
农药污染土壤的主要途径：一是施用于田间的各种农药大部分落入土壤中，附着于植物体上的部分农药因风吹雨淋落入土壤中；二是使用浸种、拌种等施药方式，或是将农药直接撒于土壤中，造成污染的累积；三是近年来采用喷射方法（如飞机喷射）使用农药，估计有50％以上的农药从叶面落入土壤，也有大量的农药撒在或蒸发到空气中，一旦降雨，随雨水降落到土壤中，污染土壤[3]。
1.3.农药使用中存在的问题
(1) 使用技术落后 在农药的使用上存在着农药的品种和数量搭配不科学,使用器械落后等一些问题。
(2) 农药使用的品种结构不合理 在我国的农药使用中,杀虫剂的比例较大,而除草剂的用量较小,我国农药使用的方向无疑是加大除草剂的用量,因此在防治农药污染方面应充分考虑到这一点。
(3) 农药质量问题较突出 这是造成农药对土壤污染问题的重大隐患之一。
(4) 缺乏农药的安全性评价 我国目前几乎没有关于农药商品安全性方面的控制措施,这与发达国家有很大的差距。 [4]
1.4.污染效应
我国土壤农药污染效应有三大特点。(1).污染面积大。随着我国农业发展,农药使用量陡增。据统计,我国农药施用面积达2. 8 亿公顷以上,年施用量50 ～60万吨[ 5 ]。由于农药利用率极低,只有10% ～20%为植物吸附, 50% ～60%残留于土壤中,又因我国农药结构单一,农药产品中杀虫剂占70% ,有机磷又占70% ,造成农药污染农田达87 ～107 万公顷。(2).经济损失显著。我国因农药使用不当而致粮食减产1. 3 ×1010吨,直接损失2. 2 亿元[ 5 ] ,因农药污染而导致间接经济损失为147亿元/年,其中江苏农药污染造成的经济损失为3. 4 亿元/年。(3).生态效益广。具体表现为: ①影响生物存活。土壤农药污染既可直接毒害动植物,也可通过生物富集,或食物链传递而间接危害生物。土壤农药污染对微生物活性影响的表现为抑制细菌、放线菌和固氮菌群的生长,刺激真菌代谢使土壤呼吸等作用增强(如甲胺磷) ,对土壤微生物的影响则随着浓度、强度和时间而异[ 6]。②影响生态系统。表现为生物种群退化,生物多样性丧失,群落逆向演替,生态平衡破坏。研究证实,轻度、中度至重度农药污染的土壤生物多样性经历了由高至低的变化(甲磺隆处理的土壤其微生物多样性低于对照组) [ 7, 8 ]。而农药在杀死害虫的同时也杀死了一些捕食性、寄生性的天敌,使害虫逃脱天敌控制,系统调节能力下降,失去平衡。③影响环境。土壤是一个开放系统,与周围环境因子形成密切的联系,土壤受到农药污染必然会引起环境连锁变化。土壤农药污染会因降雨形成的径(渗)流而污染水体,导致水生生物罹难,或以挥(蒸)发形式弥漫于大气中,使陆生生物受害。④影响人体健康。农药对人体健康的危害较大,会干扰信息传递,破坏体内酶系和免疫系统,阻碍器官正常功能的发挥,可对生殖系统产生不良影响,导致胎儿畸形。
2.农药在土壤环境中的行为
研究表明,施用农药的80 %～90 %最终将进入土壤环境,其行为包括:被土壤胶粒及有机质吸附;被作物及杂草吸收;随地表水径流或向深层土壤淋溶;向大气扩散、光解;被土壤化学降解或微生物降解[9]。其中土壤吸附是导致农药在土壤中残留污染的主要行为,是指在土壤作用力下使农药聚集在土壤胶粒表面,使土壤颗粒与土壤溶液界面上的农药浓度大于土壤本体中农药浓度的现象。
农药在土壤中的降解则是农药在成土因子、自然与耕作因素、生物因素等作用下由农药母体大分子逐步降解成小分子,最终变为H2O和CO2,失去毒性和生物活性的过程,农药在土壤中的降解有氧化、还原、水解、裂解多种过程[3]。
3.农药对土壤污染的防治
3.1.综合防治病虫害,降低农药用量
(1).培育抗病虫品种 培育和利用作物抗性品种是有害生物综合防治中最有效、最经济的方法。
(2).利用陪植植物 利用陪植植物防治作物害虫是一种生态防治方法。“陪植植物治虫”是指用能够毒杀、驱除、引诱害虫或诱集、繁殖天敌的植物种在作物的四周、行间,以防治作物的害虫。
(3).栽培耕作措施 间混套作是一项非常有效的防病虫技术,即把形态特征不同和对生活因素的需求不同、生育期不同、根系分泌物不同的作物合理地搭配种植,不仅立体地利用了空间养分、水分。还增加了农田生态系统生物多样性,增强抗性。减轻病虫草害。轮作是根据不同作物所需营养元素不同、根系入土深度不同而进行的轮换种植.
3.2.合理使用农药,控制污染源
在农药使用中能对症下药,找准关键时期用药,合理的施药方法,正确的施药浓度和施药量.只有这样才能达到既防治病虫害又减轻对环境大的污染。
3.3.充分调动土壤本身的讲解能力
通过各种农业措施,调节土壤结构、粘粒含量、有机质含量、土壤酸碱度,离子交换量、微生物种类数量等增强土壤对农药的降解能力,将有利于土壤农药污染的防治[4]。
3.4.采用生物修复技术对土壤污染进行防治
(1)微生物修复 微生物修复是污染土壤中人工接种能降解农药的微生物,利用微生物将残存于土壤中的农药降解或去除,使其转化为无害物质或降解成CO2 和水的方法。
(2)植物修复 近几年植物修复技术逐渐成为生物修复中的一个研究热点,植物修复适用于大面积、低浓度污染,不但可去除环境中重金属与放射性元素,还可去除环境中农药。
(3)菌根修复 菌根是土壤真菌菌丝与植物根系形成的共生体。据报道,VA 菌根外生菌丝重量约占根重的1%～5 % ,这些外生菌丝增加了根与土壤的接触,能增强植物的吸收能力,改善植物的生长,提高植株的抗逆能力和耐受能力[10]。另一方面,菌根化植物能为真菌提供养分,维持真菌代谢活性。此外,菌根有着独特的酶途径,用以降解不能被细菌单独转化的有机物。所以菌根化植物可作为很好的生物修复载体。
