提高粮食产量的环境问题

本章开头已提到，目前世界各国主要通过开垦荒地和施用化肥与农药这两种途径提高粮食产量。但是，这些措施都给人类的生存环境带来不容忽视的影响。

1. 开垦荒地对生态平衡的破坏

开垦山地和草原以及砍伐森林和围湖造田等，都会破坏生态平衡而形成水旱灾害，并对粮食和其它农业生产带来极不利的后果。

例如西双版纳傣族自治州，据1959年普查，全州森林覆盖率为40％；二十年来，覆盖率降为26％。在减少的森林面积中，约有80％是由毁林开荒引起的。结果，这个地区生态平衡遭到破坏，粮食问题现在很突出。

又如张家口地区坝上，人口约100万，面积1.38万平方公里；土地辽阔、牧草丰茂，过去曾是风吹草低见牛羊的畜牧区。由于盲目开滩种粮，使草原面积显著减少。草原覆盖率原为40％，如今只有15％；五十年代畜牧存栏数递增率为3.5％；六十年代降为1.1％，七十年代更降到0.2％。结果不仅造成牛羊肉缺少和皮革制品紧张；而且还由于生态平衡被破坏而使气候变劣。每年大风日数原来为56天，现增为64天，沙暴日数也由13天增到16天；并有引起土地沙漠化的趋向。因自然生态平衡被破坏而带来的恶果很多，这里就不再详叙了。

另一方面，目前世界上垦荒的潜力到底如何？据美国1967年调查统计的资料，全世界可耕地面积556.5亿亩，其中已耕的约占243亿亩。图5—4表明世界各地区已耕地和未耕地的分布情况。

由图可知，世界上大部分未耕地都在非洲和南美洲；欧亚两洲大部分都已耕种，北美约有一半未耕。由于世界人口的增长主要是在亚洲，而那里未耕地的面积又所余无几，因此，在最近的将来中，亚洲地区不能只靠开垦耕地来满足人口增长的需求，而必须另找其他的出路。

图5—4 世界各地区已耕地和未耕地的分布情况

2. 使用化肥对环境的影响

我国现有人均耕地面积1.5亩，而美国为13.2亩，苏联14.2亩，即无论耕地和粮食的人均占有量都是比较低的。如上所述，扩大耕地面积会冒破坏生态平衡、引起土地沙漠化和水旱灾害的危险。但提高单位面积产量也会遇到农药和化肥对环境的影响问题。

化肥的种类很多，目前主要是氮（N）、磷（P）、钾（K）三种，它们都是农作物必不可少的要素。一般土壤里这三种元素的含量不能满足植物生长的需要；其余30多种微量元素如：铁、铜、锌、镁等都可由土壤供给。由于各种作物对氮、磷、钾的需要量不同，应严格控制这些肥料的施用量。目前存在的严重问题除施用量以外，还有施肥的方法问题。用量不适当和用法不合理，常使很多化肥被浪费掉，而且随水土流失到江河和湖泊的水体中，引起环境的严重污染。根据联合国粮农组织统计，1976—1977年，全世界三大化肥的总消费量中氮肥占48％，磷肥占28％，钾肥占24％。氮肥的用量远远超过磷肥和钾肥；但是，氮肥的利用率却很低，如：

美国　30—50％　东德　50—70％

苏联　30—41％　罗马尼亚　32—34％

日本　50—60％　中国　30—45％

我国1977—1978年共生产氮肥460万吨；如利用率40％计算，则有276万吨进入环境。环境中的氮化物积累多了，就会引起对环境的污染。据瑞典调查，在35名癌症患者中，年龄稍大者有50％是因为饮用了含亚硝酸盐过多的水而引起的。我国一些地区，因为蔬菜和水果中含大量的亚硝酸盐类，成为癌症发生的环境因素，对人体健康带来潜在的危险。

大量使用化肥对水体污染的另一个严重后果是富营养化。富营养化在湖泊演化过程中起着重要作用（见第八章）。

水体中有了大量的氮、磷、钾营养物质后，会促进藻类大量繁殖；首先是窗格平板藻占优势，继而出现红色颤藻。由于藻类的过分繁殖，加上藻类的呼吸作用和藻类死后的分解作用，大量耗掉了水体中的溶解氧。在一定时间内，会使水体严重缺氧，引起水中鱼类的大量死亡。

一般认为，无机氮含量在300毫克/米³和总磷含量在20毫克/米³以上时就可能出现富营养化的现象。

我国渤海湾污染的原因，过去认为主要是石油和汞等重金属排入海中所造成的。最近经过研究，认为渤海湾主要是氮、磷等有机物的污染。 1977年，渤海湾出现过一次赤潮现象，大约有560平方公里的海面变成赤褐色，并有不少死鱼漂浮水面，这主要是由于海水中微型原甲藻大量繁殖的结果。

施用化肥的方法很多，其中最好的是作为种肥、底肥或追肥。有许多地方采用撒施，其效果不好；因为植物的根系在土壤中，撒施在地表上的化肥能被植物吸收的不多，从而造成很大的浪费。另一方面，氮素肥料容易挥发，因而污染空气。如碳氨和硫氨每日的挥发量可达20％；氨气刺激眼睛，影响呼吸，有害于人体健康。

3. 使用农药对环境的污染

使用农药对保证农作物的收获和保存具有极重大的意义；但它所引起的环境污染和生态学上的问题也很严重。下面分别讨论使用农药对食物的污染以及其他的环境影响问题。

（1）食物的污染

日常食用的粮食、蔬菜、水果、肉类、乳类和蛋品等等，都不能含有对人体有害的物质。如果含有这类物质，并超过规定的标准，那么食物就是被污染了。

食物污染比大气污染和水污染都复杂得多；它是通过生物作用引起的，而且不单是由一种生物，而是由多种生物发生连续反应而造成的。如土壤受到污染时，其中的污染物质被植物所吸收，人们吃了这些有毒的植物，就会发生疾病。日本的骨痛病就是由于人们吃了含镉的大米而发生的。又如水中的水生动物受到污染后，人们再吃这些被污染的水生动物，也可能发生疾病，日本的水俣病也是由于人们吃了含汞的鱼和贝类所引起的。

农业上广泛使用的有毒农药，是引起食物污染的重要原因。农药污染食物的途径有二：一是农药残留在作物上，使其直接受到污染；二是通过食物链的富集作用间接地污染食物。当有毒农药施用在农作物、蔬菜和果树上时，残留在作物表面上的农药，由于脂溶性强，很容易渗入表皮的蜡质层，以致很难完全清洗掉。如果以这些受污染的粮食、蔬菜作饲料，则残留的农药就会转移到肉类、乳类和蛋品中引起污染，最终随食物进入人体。据资料报导，日本人体中六六六含量达人乳中也检出六六六，而滴滴涕对人类的污染，有96.6％是通过动物性食物进入人体的，其中蛋类占32.4％，鱼类占32.0％。

种子中脂肪含量高的农作物对农药的吸收量也高，如花生、块茎和薯类等食用部分埋在土中的作物，也可能由土壤中的残留农药而受到污染。目前我国有些地区试验棉花与花生套种，由于棉田内使用滴滴涕来防治棉铃虫，以致花生中也含有残留的滴滴涕。

在使用农药时，有一部分农药会散发到空气中，引起空气的污染。还有一部分农药会随农田的灌溉水排入江河，引起水域的污染，如在水域中直接使用农药灭蚊，则危害更大。一般说来，水生昆虫、蟹、虾等节肢动物对有机氯农药较敏感；而蚌、螺等软体动物的抗药力则较强。水生植物对除锈剂以外的农药，一般耐药性都强，以致农药存留于这些植物中，随后经过复杂的生物化学循环而在鸟类、鱼类和水禽体中积累起来。例如，滴滴涕在水中的溶解度为0.002ppm，但在脂肪中则为10万ppm，相差5000万倍。因此，它会积累在生物体的脂肪中，随着食物链的营养层次逐渐富集和转移，最终进入人体，引起慢性中毒，甚至引起癌症。图5—5表明滴滴涕在全球环境中的迁移、转化和富集过程。

图5—5 滴滴涕在全球环境中的迁移、转化和富集过程简图。

农药对食品的污染是十分严重的。据报道，1968年美国对360种肉类、粮食、水果和蔬菜等进行过分析，发现含滴滴涕的达100种，含狄氏剂的56种，含六六六的55种，含马拉硫磷的9种。有的还含有汞、镉、铅等重金属和六氯苯等农药。这些有毒物质在人体内积蓄，危害很大；甚至在人乳中出现，更严重威胁婴儿的健康。

我国食物受污染的情况，也是不容忽视的。据上海对一些食品调查分析的结果，很多种蔬菜都检出有六六六、滴滴涕、敌敌畏和乐果等农药的残留。其中六六六、滴滴涕的检出率达65％以上。又据北京、上海、天津、甘肃、山东等地对粮食、蔬菜、水果、鱼类、肉、蛋、奶及肉类罐头、植物油、食盐、豆制品、酱油等数十种食品进行含汞量的调查结果，这些食品中都有不同数量的汞被检出，其中鱼类的汞检出率及含量最高，其次是稻谷和肉类，最高含量达1.95ppm。

由于农药对食物污染的影响极大，因此有必要着重讨论农药的使用问题。(www.xing528.com)

（2）农药的使用与环境问题

农药是消灭对人类和植物的病虫害的有效药物，在农牧业的增产、保收和保存以及人类传染病的预防和控制等方面都起很大的作用。例如在日本，稻米产量由于大量使用化学农药，每公顷自1945—1950年的3.2吨提高到1966—1968年的4.2吨。又如在菲律宾、巴基斯坦和巴西的示范农场中，利用除莠剂使稻米增产约46％。第二次世界大战期间，诺贝尔奖金获得者默勒（Poul Mueller）发明了滴滴涕，使蚤子受到控制从而防止了欧洲斑疹伤寒病的传播。滴滴涕还能消灭蚊子，因而对防止疟疾和脑炎病的传染也起重要作用。例如印度在1952年，疟疾发病率达7500万病例；使用滴滴涕控制后，到1964年就减少到10万病例。

随着化学工业的发展和农药使用范围的扩大，化学农药的数量和品种都不断地增加，现在世界各国已年产200多万吨，500多个品种；其中产量最多的是美国，单位面积上用量最多的是日本。但农药有其利也有其害。在发达国家中，由于长期大量使用农药，污染了空气、水源、土壤和食物，毒物累积在牲畜和人体内引起中毒，造成农药公害问题。因此，如何正确地使用农药，农药的发展方向如何，都引起了人们的普遍关注。

① 农药和杀虫剂

一般所谓农药（Pesticides）包括有许多种类：除了最常见的杀虫剂（Insecticides）外，还有除莠剂（Herbicides）、灭真菌剂（Fungicides）、熏剂（Fumigants）和灭鼠剂（Rodenticides）等。造成环境污染并对人体有害的农药主要是一些有机氯农药和含铅、砷、汞等重金属制剂，以及某些除莠剂。某些有机磷农药对牧畜和人体有剧毒，使用不慎会引起急性中毒。过去只注意予防农药的急性中毒；到了六十年代才认识到滴滴涕等有机氯农药对环境和人类的严重危害，这将在下面详细讨论。重金属农药所含元素本身对人畜有毒，大量使用时危害极大。日本为了防治稻瘟病大量使用一种名为赛力散的有机农药。虽然农作物获得增产，但大米中含汞高达0.7ppm，人体含汞量为其他国家的三倍。1968年已禁止在大田上使用。特异性农药如245—涕是十多年来常用的一种除莠剂，1964年美帝在南越用它作化学武器，破坏大片森林。孕妇接触这种农药会引起怪胎，还有致癌的危险。

滴滴涕是一种合成的有机氯杀虫剂（对对氯苯基三氯乙烷），目前许多国家都已禁止使用（我国规定1985年全部禁止使用）。合成的有机杀虫剂分为三类：氯化碳氢化合物（即有机氯农药），有机磷酸盐（即有机膦农药）和氨基甲酸脂。表5—9列出了各类中较重要的一些杀虫剂，其正确命名和化学结构可参阅有关文献。

有机杀虫剂一般具有下列五个特性：

（ⅰ） 对害虫的毒性 主要是破坏神径系统，反复不断地刺激神径，引起痉挛和死亡。

（ⅱ）不降解性和化学稳定性 一次施用后药效可维持很长一段时间，这样既可减少用药次数和用量，又能节约劳动力。

（ⅲ）广泛的毒性 一药多效，能控制或消灭许多种害虫，因此在供应和使用上都非常方便而且经济。

（ⅳ）脂溶性 难溶于水但易溶于油脂中，所以接触后能透过虫体表面的油脂保护膜，使其中毒死亡。

（ⅴ） 物理分散性 在应用时喷液约有20％，粉剂约有10％附着在作物上，其余约40—60％药剂降落地面，约5—30％飘浮空中。附着的部分经水冲剧还会分散到周围水、土、空气中去。这样使害虫的生存随时随地都受到威协，以至灭亡。

上述这些特性也有其不利的一面。它们大多数对环境有极大影响，并会引起生态系统的严重破坏。特别是滴滴涕等有机氯农药是最典型的例子，它们严重地污染环境并危害人类健康。

表5—9 几种常见的重要杀虫剂

② 农药对环境的影响。

农药对大气的污染。农药微粒和蒸汽散发空中，随风飘移，污染全球。据世界卫生组织报告，伦敦上空1吨空气中约含10微克滴滴涕。北极地区的格陵兰，估计在1500万平方公里的水区里每年可能沉积295吨滴滴涕。其原因除了化学稳定性和物理分散性外，滴滴涕还具有独特的流动性；它能随水汽共同蒸发到处流传，使整个生物圈都受到污染。

农药对水体的污染。同样，农药对水体的污染也是很普遍的。全世界生产了约150万吨滴滴涕，其中有100万吨左右仍残留在海水中。英美等发达国家中几乎所有河流都被有机氯杀虫剂污染了。据报告，伦敦雨水中含滴滴涕70—400ppt（1ppt＝10﹣12，即万亿分之一）。我国目前年产滴滴涕约2万吨，六六六约22万吨，而且生产1吨药剂要排出含毒废水分别20吨和10—15吨；也造成了局部水域的严重污染。

农药对土壤的污染。前面提过使用农药时约有一半药剂下落在上壤内。由于农药本身不易被阳光和微生物分解，对酸、热稳定，不易挥发且难溶于水，故残留时间很长，尤以对粘土和富于有机质的土壤残留性更大。表5—10为各种农药在土壤内的残留时间。由表可知，有机汞、有机砷和有机氯农药的半衰期长，有机磷和氨基甲酸脂较短。

表5—10 各种农药在土壤内的残留时间

③ 农药对人体健康的危害

农药主要是通过食物进入人体，在脂肪和肝脏中积累，从而影响正常的生理活动。据调查，在英美等国家中每天每人进入体内的滴滴涕总量，约有85％是由食物摄入的。它对人体的危害目前认为有以下几个方面：

（ⅰ） 对神经的影响 有机氯农药具有神经毒性。滴滴涕大量进食会危害神经中枢，以致痉挛而死；但使用时人体的吸入量不大，不致引起急性中毒。有机磷农药最近也认为具有迟发性神经毒性；人类对此毒性特别敏感。

（ⅱ） 致癌作用 用动物实验证明，滴滴涕等农药有明显的致癌性能。虽然动物实验不能完全外推到人类，但可反映出它对人的危险性。

（ⅲ） 对肝脏的影响 有机氯农药能诱发肝脏酶的改变，从而改变了体内的生化过程，使肝脏肿大以致坏死。此外还能侵犯肾脏，并引起病变。

（ⅳ） 诱发突变 滴滴涕和除莠剂245一涕等是一种诱变物质，即具有遗传毒性，能导致畸胎，影响后代健康和缩短寿命。

（ⅴ） 慢性中毒 有机氯农药慢性中毒时，引起倦乏、头痛、食欲不振、肝肾损害等。

④ 农药对除害带来的问题

农药除了污染环境，危及人体健康外，在防治病虫害的固有功能方面也不是完善无缺的。它带来了两点十分不利的付作用：

（ⅰ） 对害虫的天敌和其他益虫、益鸟有杀伤作用。日本长野县使用农药防治苹果红蜘蛛，短期内红蜘蛛被消灭了；但秋后又发现红蜘蛛，数量比用药前还要多，其原因就是天敌同时也被杀死。在农作物→农业害虫→害虫天敌这一简单的食物链中，使用农药对天敌的影响常常比害虫为大，以致不能彻底消灭害虫，或旧害方除新害又至，问题仍然不能解决。究其原因大致有如下三点：第一是害虫的数目一般比天敌多，故少数害虫有较大的几率逃避死亡而幸存下来。其次是食物链中由于毒性的富集作用，营养层次越高的中毒剂量也越大，以致天敌中毒的程度比害虫严重，死亡的机会也越多，最后是农药大多具有广泛的毒性，可能不只一种天敌受到无意的危害，以致意外地一害未除反而引起了新的虫害。图5—6说明美国加利福尼亚洲于1868年偶然从澳洲输入柑桔的害虫（一种名为Iceryapuachasi的介壳虫），繁殖不久后使全州柑桔都受到惨重损失。1883年左右由于引入两种该介壳虫的天故，很快将其控制并解除危害，保持了六十年左右。不料于1946年该地区开始应用滴滴涕农药，结果使这两种天敌逐渐灭亡，引起该害虫死灰复燃，重新又猖獗起来。后来禁止使用滴滴涕，该虫害才又逐渐得到控制，使柑桔生产恢复正常

图5—6 美国柑桔害虫的天敌受滴滴涕的伤害使虫害复发的过程

（ⅱ） 使害虫产生抗药性，因而增加用药的次数和数量，更加重了对环境的污染和危害。按照进化论中物竞天择，适者生存的原理，害虫的抗药性还会不断增加，最后使农药损失其除害的作用。当害虫在生理上受到农药的毒性作用时，它必然会产生一种抵抗这种毒性的反作用，从而少部分虫体有机会幸存下来并把抗药性遗传到下一代去，以免于种群的灭绝；另一方面，人们为了除恶务尽，常常因此增加用药量，甚至采用毒性更广泛的农药或扩大用药的范围。殊不知由于上述同样的道理，那些幸存的害虫抗药性越来越强，这无异于在选择性地培养一种能抗农药的“超级害虫”。再加上害虫密度的暂时降低和其他虫种的减少，使具有抗药性的害虫更容易繁殖成长。据报道，我国发生农药抗性的害虫有：棉蚜、铃虫、红蜘蛛、菜青虫、家蝇、蚊类、臭虫、跳蚤、人虱等十几种。联合国卫生组织统计：到1967年发生农药抗性的害虫有224种。由于害虫有了抗药性，防治的费用不断增加。我国北方棉区防治害虫费用过去每亩仅1—2元，现在已高达10～20元，美国加利福尼亚州也由每公顷10美元增加到75～100美元，有的高达225美元。