化学除草剂研发与应用中存在的问题及解决对策

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  摘要:介绍了化学除草剂的发展进程及存在问题,并提出降低化学除草剂残留危害的对策,从而为化学除草剂的合理使用提供参考依据。
  关键词:化学除草剂;发展历程;分类;问题;对策
  中图分类号:S482.4文献标识号:A文章编号:1001-4942(2013)04-0126-04
  化学除草剂已广泛用于农田耕地、森林、草原、城市绿化区等除草。有的除草剂对所有杂草都有灭生作用,但由于其药害残留严重,而不能应用于大田中。目前,高效、低毒、广谱、低用量、对环境污染小的一次性处理剂品种成为世界除草剂发展的主流。
  1国内外除草剂的发展历程
  11国外除草剂的发展历程
  病、虫、草害长期以来制约粮食产量。据估计,因草害全世界粮食年产量平均损失潜在产量的12%。化学除草方法方便、有效、经济,已成为现代农业生产技术中不可缺少的组成部分。除草剂的使用,不仅提高了劳动生产率、改善了劳动条件,而且还促进栽培技术的革新,如免耕法和地膜栽培法等的发展,从而保证了农业高产、稳产。
  农田化学除草最早为无机化学除草剂的使用,始于19世纪末期。且早期的除草剂大多是灭生性的无机盐类除草剂,如亚砷酸盐类、氯酸钠等,且应用有限。有机化学除草剂始于1932年选择性除草剂二硝酚的发现。20世纪40年代美国的Zimmerman和Hitchcock发现2,4-D的除草活性,使得有机除草剂工业迅速发展。1945年美国化学涂料公司销售第一个选择性除草剂——Weedone。20世纪50~60年代,主要开发芽前除草剂,如苯甲酸、苯氧羧酸类、取代酚类、脲嘧啶类、二硝基苯胺类、氨基甲酸酯类和酰胺类除草剂等。1971年合成草甘膦,因其杀草谱广、对环境无污染等特点,使得有机磷除草剂取得重大突破。70年代中期合成了较多的芽后除草剂,其使用剂量比芽前除草剂大为降低,至1980年,世界除草剂超过杀虫剂而跃居第一位,占农药总销售额的41%。20世纪80年代,超高产除草剂磺酰脲类化合物的发现,使除草剂的开发和应用又迈向新的台阶,从而成为农药研究和应用中最活跃的领域。90年代开发高效安全的1,2,4,5-四取代苯类、原卟啉、原氧化酶抑制剂类除草剂,使一些用量高、毒性大的除草剂逐步退出市场。近年来,为减轻除草剂对作物的药害,扩大使用范围,已研究出一些解毒剂或称安全剂,配合某些除草剂使用。另外,可延长除草剂在土壤中持效期的延效剂也正在开发。为适应各种用途的需要,除草剂的复合制剂也取得很大发展。
  目前,世界除草剂年总产量折合有效成分为(70~80)×104 t,占农药总产量的50%左右[1]。世界上一些大的农药公司在生物工程领域投入较大的人力和资金,开发对某种农药具有抗性的农作物,尤其是抗除草剂的农作物。如美国的孟山都公司,开发抗草甘膦的大豆、棉花和水稻等作物。此外,杜邦公司开发了抗磺酰脲类除草剂的大豆和棉花。这些转基因作物的出现,将对世界农药产品结构产生巨大影响,从而推进除草剂的高速发展,使除草剂在农药市场上的份额进一步提高。
  12国内除草剂的发展历史
  我国除草剂工业基本上仿制国外产品。1958年沈阳化工厂开始生产2,4-D,从而揭开我国工业生产除草剂的历史。20世纪60~70年代我国主要生产苯酚、氨基甲酸酯类、尿嘧啶类、酰胺类、苯氧羧酸类除草剂,开发生产20多个除草剂品种。80年代开始,除草剂工业发展速度明显加快,相继开发出二硝基苯胺类、有机磷类、咪唑啉酮类、磺酰脲类除草剂。
  目前,我国生产的除草剂约120个品种,原药生产厂家110多个,制剂加工和复配生产厂家500多家。近20年来,国内除草剂不仅在产量上发生了变化,在产品结构上也发生了比较大的变化,其中下降较大的是苯甲酸类、苯氧羧酸类及苯类除草剂,同一时期除草剂产量上升较明显的是酰胺类除草剂。此外,杂环类除草剂增加得也很快,其中以磺酰脲类超高除草剂产量增长最快。我国除草剂的产量占农药总产量的份额不断增加,但与发达国家农药市场相比,还存在较大差距。一般农业机械化程度越高,除草剂用量也越大,随着我国农业机械化程度的提高,我国化学除草剂的应用也将迅速发展。
  2除草剂面临或存在的问题
  21环保问题
  211除草剂生产过程中造成环境污染除草剂在生产过程中所产生的废水、废气以及挥发性除草剂气体,不仅导致厂区周围作物药害时有发生,而且严重影响居民日常生活。如河南某一小型除草剂加工厂,向周围河流排放污水,致使河内鱼虾大量死亡,臭水、废气严重影响周围居民的生活环境。
  212高残留除草剂造成环境污染除草剂残留药害已成为目前最严重的问题。由于除草剂的分解需要光、温、水、气、微生物和土壤化学物质等在一定时间内单一或共同影响才能完成,在某些情况下必然产生除草剂残留现象,残留物质或是原药或是降解中间产物或是分解过程中的新生成物质,这些物质对后茬作物的生长将会产生不同程度的影响,甚至发生在施用后2~3年。如苄嘧磺隆是全球范围内大面积施用的内吸型、传导型磺酰脲类除草剂,易对生态环境、粮食作物产量、食品安全和人类生存环境带来潜在的危害[2,3]。
  22杂草抗性与交互抗性日益严重
  连续使用同一种除草剂的后果是,在遗传上具有抗性的杂草个体适应性生存,后代不断产生变异并不断繁殖,渐占种群优势。近20年来,世界范围内至少有30个以上的国家发现不同杂草对化学结构不同的多种类型除草剂产生了抗性。从除草剂的类型区分,以抗三氮苯除草剂、ALS抑制剂和光合作用抑制剂的杂草种类较多。
  除草剂的长期使用,使得杂草的抗性进一步加强,抗性形成速度加快,范围更广,并呈现交互抗逆,交互抗逆与多抗性现象日益增多[4,5]。抗药性的产生要求加大药剂的用量或换用新的除草剂。其中大剂量的除草剂又将产生新的抗药性。除草剂应用早期,从除草剂的应用到杂草产生抗药性约需10年以上时间,除草剂的长期使用,使得杂草4~5年便产生抗性。我国东北地区的一些旱田,除草剂公顷用量成倍增长,如乙草胺由1 g增至目前的2 g,稻田苄嘧磺隆由30 g增至50 g。人类与杂草之间的斗争将无休止,从而进入恶性循环,最终受损失的将是人类自己。   23杂草群落组成发生明显变化,生物链受到影响
  长期使用单一除草剂后,由于环境的变化,农田杂草群落组成逐步演替,使得原来危害较小或在群落中处于次要地位的杂草迅速演替为优势杂草[6]。除草剂因为广谱的杀草效果使大量野生植物死亡。植物的单一性导致与之相应的生物圈和生物链单一化,适应大自然的能力变得脆弱,最终被破坏。直接影响是破坏食物链鸟类、蛇、鼠及多种昆虫的消长;间接影响是除草剂在土壤和水中的残留物影响该土地上生产的农产品的质量和产量,使其不符合国际和国内粮食生产标准,在其进入食物链后直接杀死蛙、鱼、贝类等水生物。
  3减少除草剂危害的对策
  31慎重开发除草剂
  除草剂的开发要慎重,要进行长期大量的相关论证,以绿色环保的生物除草技术为方向,及时改进除草剂使用中出现的问题。
  新型除草剂的研究开发应围绕安全、高效、抗性杂草进行:(1)继续研究开发对环境友好的、安全的、低剂量化的酶抑制剂;(2)寻找新作用靶标,开发新颖的除草剂;(3)大力研发天然除草剂(植物代谢物,特别是异株克生物质)和以天然物为先导的化合物,开发作用机理独特的除草剂;(4)进一步开发植物生长调节剂、苗前除草剂及除草剂的解毒剂;(5)加强除草剂制剂及使用技术的研究,使除草剂使用更方便、更安全、效果更好,且尽可能延缓或避免抗性发生。
  32发展“灭生性除草剂+抗除草剂转基因作物”除草剂产业模式
  转基因技术和生物工程技术的发展使抗除草剂作物品种的普及成为可能,通过基因移植、人工杂交、个体选择等细胞培养及常规育种的方法,育种专家培育出系列抗除草剂作物新品种,如抗草甘膦和抗草铵膦作物,并在美国大面积种植。
  开发除草剂品种所需费用为研发新型除草剂成本的1%~5%,这样不仅节约成本,还可解决除草剂在生产实际中遇到的问题,而且使一些非专利的高效除草剂的应用范围进一步扩大。这些除草剂具备下列特征:杀草谱宽,能防除田间常见的恶性杂草;内吸传导性强,对普通机械和人工无法达到的土壤深层的杂草的地下根茎组织破坏力极强,能有效解决多年生深根杂草;安全性较高,易降解;在一定剂量内,不具残留活性,不对后茬作物造成残留药害,遇土壤中的金属离子即被络合钝化、失效;开发费用低,除草效果好。抗除草剂作物的出现,使除草剂的选择性已不再成为除草剂发展的主要障碍,高效、灭生性除草剂将成为除草剂开发的主流[7],“灭生性除草剂+抗除草剂转基因作物”将是除草剂行业发展的主要模式。
  33加强除草剂使用培训,有效降低使用过程中的残留
  除草剂的不合理使用是导致杂草抗药性逐渐增强的根源,合理使用除草剂才能最大程度地减轻抗药性。合理使用除草剂应注意:(1)交替使用、混用,在阈值水平上使用。交替使用除草剂能使抗药性杂草比敏感型杂草容易控制,这种现象称为“复交叉抗性”。混用除草剂是将两种以上作用特性的除草剂搭配使用,能降低抗性选择压。除草剂混用时应根据此类除草剂的相对药性和杂草药性机理而决定。但都要考虑两种除草剂不会产生交互抗性;(2)控制使用除草剂,正确掌握除草剂经济阈值。杂草抗药性选择压受到除草剂残留活性的影响,残留活性低的除草剂,其选择压也低。最理想的方法是在一个作物生长季节,尽量降低除草剂的使用量和使用次数,同一类型除草剂的使用年限掌握在2~3年为宜。防止过量使用除草剂,减低抗性选择压。实际上,敏感型个体的存在有利于抗性个体与其进行异交,产生杂交后代,这种“异交种”会抑制甚至阻止选择压的产生,因此在使用除草剂时,只要达到一定的灭草效果即可,不必对所有杂草“一网打尽”;(3)可在使用除草剂时添加安全剂和增效剂,这样可以在减少除草剂使用量的同时起到较好的除草效果;(4)与具有负交互抗性的除草剂混用。混用的除草剂须符合下列标准:①作用靶标。作用靶标相同的除草剂混用不利于延缓抗性。作用靶标不同的除草剂混用可以显著地延缓或预防风险较大的除草剂产生抗性,对高风险除草剂产生抗性的杂草会被搭配除草剂消灭或使其竞争力低于野生型。抗性风险性小或中等的除草剂(如其他标准适合)适宜作为混用的搭配药剂,如MCPA、苯达松、敌稗、西草净等。②杀草谱。杀草谱相同的除草剂混用可以增效,但无助于延缓抗性。为延缓抗性而混用的除草剂成分应能同样有效地防除相同的靶标杂草,搭配除草剂必须有效地杀死或严重削弱对风险大除草剂最易产生抗性的杂草。③组成除草剂的持效性。当杂草在整个作物生长季节中均能萌发时,两组除草剂的持效性须相近或搭配除草剂较高风险除草剂持效期更长。对萌发期集中的杂草,两种除草剂的持效期均能超过杂草萌发期而取得同等防效;(5)合理喷洒除草剂,采用喷雾均匀的器械,规范喷药技术,减少喷药量。
  相关部门及农业科研机构应联合起来,建立农民培训长效机制,引导农民科学使用除草剂。开展农村环境调查,依据调查结果,经济有效的选择除草剂类型,减少除草剂残留。
  34转变除草观念,改革除草方法,综合防治杂草
  转变除草观念,以全部杀死杂草转为部分抑制杂草。改革除草方法,以单一的化学防治转为化学防治与物理防治、生物防治相结合综合防治杂草,化学除草与天然除草剂合用,机械除草与化学除草相结合,适时采用传统的除草措施。防止杂草繁殖体进入田间,选用无杂草种子的良种。采用深根翻晒灭除多年生杂草,轮作换茬减少杂草危害。利用隐蔽作用控制杂草,农田杂草的生长多数需要阳光,隐蔽条件下则失去与作物的竞争能力,加大作物种植密度的农田,封行隐蔽较早,从而可以有效地控制杂草生长。
  总之,近年来化学除草剂应用后的不良影响,已引起各界人士的普遍关注。随着人们对环境保护的日益重视,以及农业经济的可持续发展,对除草剂的开发应用提出了更高的要求,使用方便、高效低毒、对环境无污染已成为除草剂今后发展的新动向。
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