环境中农药的毒性研究

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1、第六章第六章 环境中农药的毒性研究环境中农药的毒性研究 第一节第一节 概论概论农药是指人们为杀灭或抑制对农业有害的生物而使用的各种化学药剂。化学农药的生产和使用确实曾经给人类带来明显的经济效益。在相当长的时期内，人们对农药的使用主要着眼于对有害生物的防治和提高经济效益上，而对农药施用后进入人类生存的生态环境中，乃至留存于人们的食物中可能产生的不良影响没有给予足够的重视，直到20世纪中期，大量的农药施用造成严重恶果之后才引起人们对这一问题的关注。第一节第一节 概论概论1962年Carson出版了寂静的春天以后，人们开始重视化学农药已经和将会对人类的生存环境产生的影响。人们意识到农药被投入到生态系

2、统以后会带来一系列问题。例如：农药将在生态系统中发生怎样的变化？农药及其衍生物将对生态系统中的各类生物产生那些影响？农药将对生态平衡产生什么样的作用等等？第一节第一节 概论概论人们认识到，农药将随着物质循环在生态系统的生物之间及其环境之间进行广泛的传递和转移；其次，农药通过降解、转化作用后所产生的一些物质对生态系统和人类自身都可能带来更大的危害；第三，农药的研制和应用不能仅关注农药的使用效果和经济价值，而且更要注意农药对人类的安全和减少对环境的污染上。 一、一、 农药在环境中的迁移和分布农药在环境中的迁移和分布 农药在环境中的迁移和分布与环境中物理、化学、生物等多种因素都有关系。内因有农药本身

3、的溶解度、极性、分子大小等；外因有农药的吸附作用、水及空气的流动、温度、pH值以及植物、动物、微生物等作用 。一、一、 农药在环境中的迁移和分布农药在环境中的迁移和分布 （一）农药在土壤中的迁移和分布1农药在农田上大量反复施用，首先使土壤受到污染。不论采用什么方式使用农药，黏附在作物上的药量一般占30%左右，其余大部分落于土壤。此外，还有雨水携带农药以及洗涤植物体表的农药进入土壤。农药在土壤中的移动一般通过大量流动和扩散两种作用。大量流动由外力造成，比如农田土壤翻耕、地表径流和土壤水淋溶作用引起的农药转移等。一、一、 农药在环境中的迁移和分布农药在环境中的迁移和分布 （一）农药在土壤中的迁移和

4、分布2扩散作用与土壤的性质有关：土壤含水量、土壤比重、紧实度、孔隙度、温度及吸附作用等都影响其扩散作用。在土壤对农药行为的影响因素中吸附作用最重要。在土壤的无机颗粒中，粘粒对农药的吸附力最强；土壤有机质中以腐殖质为主体，它的表面积很大，在土壤和农药的相互作用中占主要地位。一种农药可以通过物理吸附、化学吸附和配位作用被吸附而固定于土壤中。一、一、 农药在环境中的迁移和分布农药在环境中的迁移和分布 （一）农药在土壤中的迁移和分布3农药进入土壤生态系统后，也进行着一系列的变化。首先是农药的非生物降解，这是消除土壤中残留农药的重要途径，其主要降解过程包括化学水解、光化学分解和氧化还原等；其次是生物降解

5、途径，土壤中能分解农药的微生物种类很多，如一些细菌、真菌、放线菌和一些单细胞，生物降解可以将农药分子分解为无机物，并且速度很快。 一、一、 农药在环境中的迁移和分布农药在环境中的迁移和分布 (二）农药在水体中的迁移和分布水体受农药污染的主要途径有：（1）农药直接施入水体；（2）从含有农药的土壤中迁移而来；（3）农药厂排污使大量农药进入水体，这种污染比较集中，浓度也较高。一、一、 农药在环境中的迁移和分布农药在环境中的迁移和分布 (二）农药在水体中的迁移和分布水体中较多见的是有机氯农药，其中DDT、DDE、DDD最常见，其次为狄氏剂、艾氏剂、七氯等，这类农药溶解度很低，常附着在颗粒物上悬浮在水中

6、后逐渐沉降，因而常富集在底泥中。在海洋环境中农药被大量稀释，一般不容易检测到。一、一、 农药在环境中的迁移和分布农药在环境中的迁移和分布 一、一、 农药在环境中的迁移和分布农药在环境中的迁移和分布 (三)农药在大气中的迁移和分布1大气中农药的污染源有：（1）喷洒农药时，一部分农药直接漂浮在大气中；（2）附着在作物体表或落在土壤表层的农药，有一部分逐渐向大气扩散；（3）从土表蒸发进入大气中；（4）农药厂排放的废气。（5）农药配置、加工生产运输、农作物废弃物燃烧、粮食保存等也可在一定时期内造成高浓度的大气污染。一、一、 农药在环境中的迁移和分布农药在环境中的迁移和分布 (三)农药在大气中的迁移和分

7、布2大量农药进入大气后，由于气流的作用，可以将农药由施用区带到非施用区，出现农药“重新分配”现象。农药也可以在大气中消失，其降解途径有部分农药的光解，多数农药可以因雨水洗涤及微粒沉降而落在地面及水体中。但这些农药在适当条件下又可以重返大气中，形成循环过程。 一、一、 农药在环境中的迁移和分布农药在环境中的迁移和分布 （四)农药在生物间的迁移和分布1农药施入环境后，有一部分进入动物、植物和微生物等生物体内，近而随生物的移动而发生转移，尤其重要的是通过生态系统中的食物链而导致农药在生物体间的转移和分布。生态系统是生物圈的重要组成部分和基本单元，它是由生物群落及其生存环境所组成的一个有机整体。生物的

8、生存和繁殖需要不断从周围环境中取得物质和能量，同时又不断将代谢过程中所产生的物质和能量输送到周围的环境中。化学农药作为一类非生物性物质进入生态系统后，将经过生物的吞噬和吸收并通过食物链发生转移。一、一、 农药在环境中的迁移和分布农药在环境中的迁移和分布 （四)农药在生物间的迁移和分布2农药在生物间的转移和分布特别应注意的是农药可能在食物链的转移过程中而导致生物浓缩现象的发生，最终可能导致处于食物链顶端的高位营养级生物以及人类发生中毒以及死亡的严重后果，尤其是那些难以被生物降解的农药更容易产生生物浓缩现象，由此造成对人类健康的严重威胁。典型的例子就是DDT，有人曾对密执安湖中的水体和生物进行测定

9、，DDT通过食物链转移后在海鸥和青鱼体内的浓度是水体中浓度的5千万倍。二、农药的环境污染及对人体健康的影响二、农药的环境污染及对人体健康的影响 1. 急性中毒：急性农药中毒包括职业性中毒、用农药自杀或他杀以及误服、误用而引起的急性中毒。（高毒农药的急性毒性比较明显，尤其是高毒有机磷农药和氨基甲酸酯类农药。2. 亚急性毒性：主要在实验动物体内有表现。3.慢性毒性：毒性不高，但性质稳定，长期接触在体内积累后会引起内脏机能损伤，阻碍正常生理代谢过程（三致作用）。4、长期临床效应： 运动、感觉和中枢神经系统损害； 多种神经病与中枢神经系统的损害； 皮炎、男性不育； 脑及末梢神经和肌肉的综合症等5、已被

10、禁用的农药： 2.4.5T：笨氧羧酸类除草剂 二噁英类 地乐酚：硝基苯酚类除草剂 杀虫脒：有机氮类杀虫剂 含砷、汞的农药：有致癌或致畸作用。第二节第二节 几种重要的农药及其毒性几种重要的农药及其毒性 一、一、 有机氯农药有机氯农药1 1农药用量较大的为六六六（六氯笨）和DDT。DDT是最早合成的高效广谱有机氯农药，广泛用于农业、畜牧业、林业及卫生保健事业。1874年由德国化学家首次合成，直到1939年才由瑞士人米勒发现其具有杀虫性能。第二次世界大战后，将其作为强力杀虫剂在世界范围广泛应用，为农业丰产和预防传染疾病等方面做出了巨大贡献。为此，米勒获得了1948年的诺贝尔医学奖。 一、一、 有机氯

11、农药有机氯农药2 2DDT纯品为白色结晶，不溶于水，溶于多种有机溶剂。DDT化学性质稳定，挥发性小，日照下不易分解，药效持久，但遇碱性物质易分解失效。使用后在田间的半减期为215年。过去人们一直认为有机氯农药是低毒安全的，后来发现它的理化性质稳定，在食品和自然界中可以长期残留，在环境中能通过食物链大大浓集；进入生物机体后，因脂溶性强，可长期在脂肪组织中蓄积。此外，由于长期、广泛使用DDT使一些虫类产生了抗药性，以致使用剂量越来越大，造成了全球性的环境污染问题。一、一、 有机氯农药有机氯农药3 3瑞典卡罗林斯卡医学院的诺贝尔医药奖评委会于1997年公开表示，为当年将奖项颁发给DDT的发明而感到羞

12、耻，表示在今后评奖中应将奖项颁发给那些经得起实践检验的发明创造和研究成果。由于有机氯农药的使用很广泛、用量大、化学性质稳定、在环境中不易被破坏和分解、易被土壤吸收，因此对环境污染很严重。平均消失时间，艾氏剂，3年；666，6.5年；狄氏剂，8年；DDT，10年。专家们估计，在全球范围内停止使用DDT以后，大约还需要经过25100年，才能使地球环境回复到原先的状态。 一、一、 有机氯农药有机氯农药 1、代谢1有机氯农药可以通过胃肠道、呼吸道和皮肤进入机体。DDT首先被作为农药施用于土壤，它也可能由此以有机胶体溶液、悬浮物、浆糊状和尘粒形式进入环境空气或水域。土壤中DDT可能通过如下途径进入人体：

13、1、代谢2进入人体的DDT易积聚在脂肪组织，并通过在肝脏内的代谢转成其同系物，人体内DDT大多代谢为DDD和DDE，此外还有DDA，但其在人体内生成较慢，DDT和DDA均可从尿液或粪便中排出，而DDT、DDD和DDE尚可从乳汁中排出。还能经胎盘传递给胎儿。对胎儿和婴儿存在潜在危害。到目前为止，世界各国人体的脂肪样品中都可检测出有机氯农药。DDE和DDA在人体中的生物半衰期约分别为8年和1年。 1、代谢32、急性毒性作用主要表现为对中枢神经系统的作用，症状有肌肉震颤等，最后可能由于全身麻痹而死亡。3、慢性毒性作用主要表现为肝脏和肾脏的损害。对神经系统、酶活性、类固醇激素的代谢、生殖机能等有一定的

14、影响，另外还有致畸、致癌、致突变等作用。对生殖机能的影响以及三致作用人们已用动物做了大量实验来验证。1957年美国长岛，飞机喷洒DDT杀灭森林中蛾虫，有一条田野小沟受药污染、赛马场的马匹喝了沟里的水，10h后死亡。 二、有机磷农药二、有机磷农药 1、代谢在农药的生产和使用过程中，药液可污染皮肤，或以蒸气、雾、或粉尘形态经呼吸道吸入，也可由消化道进入体内而引起中毒。有机磷农药经吸收后很快由血液循环分布到全身，在体内发生生物转化有机磷农药在动物体内的代谢类型：（1）氧化作用：氧化脱硫反应；O-脱烷基反应；S-氧化反应。（2）水解反应，参加水解反应的水解酶有三类：磷酸酯酶；羧基酯酶和酰胺酶。二、有机

15、磷农药二、有机磷农药 2、毒性作用1急性中毒时智力活动、凝血等会受到干扰，有时还出现一时性糖尿。对人类及哺乳动物的慢性危害有血液中胆碱酯酶活性降低、迷走神经兴奋性增高、嗜睡、震颤、语言失常等，另外视觉机能和生育能力会受到一定的影响，有些对生物有致畸作用，使得肿瘤发病率增高。临床症状一般是头疼、头晕、乏力、食欲不振、恶心、易出汗等。二、有机磷农药二、有机磷农药 2、毒性作用2世界卫生组织建议有机磷农药，乐果每日容许摄入量为每公斤体重0.02毫克，水果和蔬菜容许残留量为每公斤2.0毫克，番茄、辣椒每公斤1.0毫克。 三、氨基甲酸酯类农药三、氨基甲酸酯类农药 1、代谢氨基甲酸酯类农药可经过消化道、呼

16、吸道和皮肤吸收，在体内可发生水解、氧化和结合转化，在哺乳动物体内其代谢物趋向于排泄，降解速度较快。2、毒性作用能与亚硝酸合成亚硝胺类，亚硝酸盐可能引起人体的血液缺氧中毒反应，亚硝胺类可使人体消化系统发生癌变。机体内硝酸盐、亚硝酸盐含量如果过高，也会干扰机体对维生素A的吸收利用，从而导致维生素A缺乏症，大量的亚硝酸盐可导致血质下降，抑制中枢神经系统，致使心动过速等。急性中毒时表现有流泪、肌肉颤抖、瞳孔缩小等症状，有时还可以引起接触性皮炎；慢性作用有致畸、致癌、致突变等作用。四、除草剂四、除草剂 除草剂可经呼吸道、消化道和完整皮肤吸收，主要分布在肾脏、肝脏、脾和肺中。在体内基本不经过转化，以原形迅

17、速经尿排出，少量随粪便排出。其毒作用机理主要是抑制过氧化氢酶、醛缩酶等的活性，导致机体组织耗氧量减少，肌肉内磷酸肌酸含量降低。急性中毒主要损害肝脏、肾脏及神经系统，对皮肤、黏膜有刺激作用。慢性中毒时出现中枢神经系统运动调节机能障碍。除草剂对人体的急性中毒很少见，但除草剂会造成在农产品中残留而污染食物，通过食物链对人体发生慢性危害作用。近两年农贸市场上出现了一种又矮又胖的“无根豆芽”，因其鲜嫩肥大，又可省去摘须之劳，卖主生意颇为兴隆。但是，消费者并不知道，这种无根豆芽是为了缩短生长周期施用除草剂而培养出来的，一般除草剂有三致作用。由于生长周期短，除草剂在豆芽上的残留较多，对人体危害很大。豆芽历来被作为清热消暑、利尿消肿的保健食品。本草纲目中就有关于豆芽能“解酒毒、热毒”的记载。在美国甚至被称为“最强有力的抗癌物质”，而在我国由于大量的使用农药，豆芽却变成了致癌物质。 五、预防农药公害的措施五、预防农药公害的措施 要实现农药的卫生标准，保障人群健康，必须采取多种措施减少和消除农药对环境的污染：农药的更新换代；开发和使用低毒或无毒、低残留或无残留的农药代替现有的毒性较强或残留量较大的农药；对农药的生产和使用过程加强管理，进行安全生产和使用；积极发展生物防治，控制和减少化学农药的使用。