全 文 ：文章编号 :100028551 (2004) 062491204
保持耕作下农药的环境行为
开美玲1 　徐步进1 　史建君2 　郭江峰3 3
(11 浙江大学原子核农业科学研究所 ,浙江 杭州　310029 ;21 浙江理工大学理学院 ,浙江 杭州　310018 ;
31 浙江理工大学生物工程研究所 ,浙江 杭州　310018)
摘 　要 :与传统耕作相比 ,管理措施中的保持耕作措施能减少农药随径流流失的量和增加淋溶
量。本文分析了影响农药环境行为的机理 :提高土壤中有机质和水分含量可影响农药吸附性 ;
提高入渗能力会增加农药淋溶量 ;增加蓄水保土效益可减少地表径流及农药流失。
关键词 :保持耕作 ; 径流 ; 农药 ; 环境行为
ENVIRONMENTAL BEHAVIOR OF PESTICIDE UNDER THE CONSERVATIVE
TILLAGE CONDITION
KAI Mei2ling1 　XU Bu2jin1 　SHI Jian2jun2 　GUO Jiang2feng3
(11 Institute of Nuclear Agricultural Sciences , Zhejiang University , Hangzhou , Zhejiang , 　310029 ;
21 College of Science , Zhejiang University of Sciences , Hangzhou , Zhejiang , 　310018 ;
31 Institute of Bioengineering , Zhejiang University of Sciences , Hangzhou , Zhejiang , 　310018)
Abstract : In general , conservative tillage can reduce pesticide loss from surface runoff and increase pesticide
leaching , comparing to conventional tillage. Three effective mechanisms are analyzed in this paper : increasing the
contents of the organic matter and moisture in soil will affect pesticide adsorption characteristics ; improving
infiltration will increase pesticide leaching ; enhancing the efficiency of water and soil conservation will reduce
surface runoff and pesticide loss.
Key words :conservative tillage ; runoff ; pesticide ; environmental behavior
收稿日期 :2003206211
基金项目 :国际原子能机构 IAEAΠRCA ,RASΠ5Π039
作者简介 :开美玲 (1976～) ,女 ,安徽省宣城市人 ,在读硕士生 ,主要从事环境科学方面的研究。3 通讯作者 ,E2mail : jfguo @zist . edu. cn保持耕作措施其定义为在收获后土壤表面至少留 30 %的作物残茬或在风蚀占主要的地区 ,土壤表面至少保持 1200～2400 kgΠhm2 的作物残茬 ,土壤侵蚀控制在 50 %左右[2 ] 。由于其减少径流和农事操作最小化 ,从而节约能源、减少土壤侵蚀、增加入渗而得到广泛应用[1 ] 。保持耕作体系包括使用凿形犁、圆盘耙代替传统翻耕 ,以及起垄耕作、带状耕作、覆盖耕作、少耕和免耕等各种不同形式的选择性耕作措施。与传统耕作相比 ,所有这些保持耕作措施的共同之处是减少土壤体系破坏和增加地表残茬 ,以较低能量和物质投入 ,维持相对高产 ,且单位投入可获取较高利润的一类持续性农业生产方式[3 ] 。随着科学技术的进一步发展 ,免耕因其减少田间作业工序 ,通过合理轮作、留茬覆盖、秸杆还田、施肥和化学除草等综合措施为作物创造良好的生长环境 ,从而达到高产、低耗的目的。保持耕作在为作物提供稳态土壤生境的同时也向杂草提供了相同条件 ,杂草具有生命力强、繁殖快等特点 ,因此对杂草控制不当会导致减产 ,使保持耕作措施失败 ;留茬为害虫提供了栖息处 ,不利于虫害控制 ;保持耕作要求尽量少地扰动地表。所以 ,高度依赖农药除草防虫是保持耕作中最令人担忧的问
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题。
1 　保持耕作与农药使用间的关系
保持耕作和防治杂草、病虫害的目的都是增加农产品产量和提高质量 ,但两者之间却存在着一定的
冲突[4 ] 。免耕作为保持耕作体系中的主要方式 ,在陡坡地上可使侵蚀减少 93 % ;在中等坡度的坡地上
可使侵蚀减少 80 %[5 ] 。然而 ,有研究表明 ,农药的使用将会导致土壤侵蚀增加[6 ] 。相对于有可能造成土
壤流失的机械除草 ,化学除草会使玉米地的侵蚀明显增强[7 ] 。同时连续保持耕作会导致杂草及害虫种
群的转变[8 ] ,特别是对通常使用的农药已产生抗性的多年生和某些一年生杂草种群的增加 ,从而需要更
多、更昂贵的农药来控制 ,例如 ,草甘磷代替较便宜的百草枯。作物残茬和覆盖可以防止雨滴击溅和提
高土壤有机质来减少土壤侵蚀 ,且能使农药使用费用减少 50 %[2 ] ,但有机质的增加会提高农药在土壤
的吸附性能 ,使得农药长期处于非活性状态而不能有效控制早期萌芽的杂草。
由于保持耕作高度依赖农药 ,施用农药后 ,其向下淋溶、迁移对地下水造成污染[4 ] ,吸附于土壤颗粒
上的农药将随地表径流和侵蚀土壤进入池塘、河流、湖泊 ,对非靶标水生生物造成危害 ;还能在水生生物
体内富集 ,并通过食物链传递 ,最终危害到人类健康。因此 ,有必要明确保持耕作体系中影响农药时空
变化的土壤侵蚀过程 ,以提高农药的药效和减少环境污染。
2 　保持耕作条件下农药的环境行为
农药在施用中和施用后都可能出现从施药地点向非目标区域迁移的现象。在施药过程中 ,向非目
标区域的迁移基本上是直接的空中漂移和挥发行为。农药在目标位置沉降后 ,众多的生物、物理和化学
过程决定了其归宿。土壤性质和农药特性的结合 ,促使农药在土地剖面中垂直移动能力强化 ,增加了向
下移动的可能性 ;同样 ,当农药所处位置的物理特性促使径流时 ,农药地表的流失就成为主要途径。径
流过程中 ,农药可能进入水相或土壤或者两者都有。保持耕作措施的实行 ,改变了土壤的理化性质和地
表、地下的生态学特征 ,从而引起其环境行为的相应变化。
与传统耕作体系相比 ,保持耕作下较好的土壤理化性质和生态环境是引起农药环境行为变化的主
导因子。大部分情况下 ,保持耕作能减少地表水径流和增加入渗 ,从而引起农药流失量降低及淋溶量的
增加[9～15 ] 。Isensee 等[1 ]发现保持耕作区地下水中的莠去津和氰草津含量是传统耕作区的 2～50 倍。与
之相反 ,随径流流失的农药总量与传统耕作区相比减少了 70 %多。Kenimer[9 ]等在免耕且残茬量为 1500
kgΠhm2 的条件下观测到莠去津的总流失量为传统耕作方式下流失量的 88 %、87 %及 98 % ,2 ,42D 的流失
量为传统耕作方式下流失量的 38 %、96 %和 99 %。Gilbert[10 ] 等发现在施药 1d 后降雨和 3d 后降雨传统
耕作区莠去津的淋溶量为施用量的 43 %和 33 % ,而免耕区为 58 %和 47 %。
虽然许多研究表明保持耕作措施对减少农药随径流的流失量是行之有效的 ,但当入渗受土壤类型、
内部排水及其它方面限制或施用农药后立即有强降雨发生时 ,保持耕作土地上流失的农药量接近甚至
大于传统耕作地。粘土层的土壤中高含量的胶体物质能阻碍水的流动 ,从而导致免耕地上的甲草胺和
莠去津的流失量高于传统耕作[16 ] 。砂性土壤中的农药淋溶情况也和常规情况相反 ,Fermanich[17 ] 的研究
结果表明传统耕作下砂性土壤呋喃丹的淋溶量为施用量的 1719 % ,是免耕下的两倍多 (719 %) 。这是因
为砂性土壤入渗率很高 ,而传统耕作能切断其孔隙间的联系 ,阻碍水流进一步下渗从而影响农药的淋溶
程度。
3 　影响机理
311 　提高土壤中有机质和水分含量 ,影响农药吸附性
土壤对农药的吸附作用包括物理吸附、化学吸附 (对于离子型农药) 、氢键、与粘土矿物构成复合体
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等。土壤中的有机质是吸附农药的主要成分 ,土壤对农药的吸附随着有机质的增加和含水量的减少而
增加。这是因为当有机质含量增加时 ,它的吸附位点也相应地增加[18～21 ] 。周风帆[20 ]等研究了多效唑在
黄棕壤、红壤、水稻土和黑土中的吸附 ,结果发现每种土壤都对多效唑有较强的吸附率 ,并随着有机质含
量的增加而增加 ,而且可观察到显著的线性关系。刘维屏[21 ] 研究了利谷隆在 4 种土壤中的吸附 ,发现
有机质含量越高的土壤中农药的吸附量越大。由于水是极性分子 ,能与农药竞争土壤中的吸附点 ,所以
当土壤中的含水量减少时 ,也能提高农药的吸附量。
与传统耕作相比 ,免耕田内的土壤里含有更多的有机物质 ,尤其是 0～20cm 的耕作层。免耕 8 年的
土壤有机质含量达 50189 gΠkg ,比传统耕作区的土壤有机质多 2814 gΠkg ;土壤含氮量达到 311 gΠkg ,比传
统耕作提高 118gΠkg。土壤团聚体是土壤养分的“贮藏库”,其数量的多少 ,一定程度上反映了土壤供、储
养分能力的高低。免耕区的土壤团聚度明显高于传统耕作 ,免耕 8 年的团聚度可达 50 %[22 ] 。这是因为
在常规耕作下 ,传统翻耕扰乱了土层结构 ,土壤团聚体被粉碎 ,耕层内有机质矿化速度加快 ,有机 - 无机
复合胶体含量下降 ,使得土壤颗粒间粘合力下降 ,土壤中的水稳性团聚体减少 ,从而降低蓄养能力 ,减少
土壤中的有机质含量。土壤团聚度及有机物质含量的提高 ,可能使农药的淋溶因土壤吸附或生物降解
的提高而减少。但是保持耕作土壤表面经常保持较高的土壤含水量 ,导致土壤对农药的吸附减少而淋
溶量增加 ,并且随着土壤含水量的增加 ,农药的淋溶深度增大 ,淋溶能力增强。
312 　提高入渗能力 ,增加农药淋溶量
排水良好、未受干扰的保持耕作土壤能提供更多连续的表层土壤大孔隙 ,用来联系下一层土壤中更
大结构微土团中的间隙和孔隙 ,这些特征为土壤快速输水提供了良好的基础[15 ] 。而传统耕作扰乱了土
层结构 ,破坏了土壤各层特别是表层 0～25cm 中大孔隙的连续性 (尤其是那些因根系腐烂或土壤中生物
活动而形成的大孔隙) 。免耕处理的土壤容重要比传统翻耕的小 ,稻麦水旱轮作免耕 8 年的土壤容重为
0192 gΠcm3 , 比传统翻耕少 0119 gΠcm3 ,且随着免耕年限的增加土壤容重有继续减少的趋势[22 ] 。相应于
土壤容重 ,土壤的总孔隙度也会随着免耕年限的增加而增大。容重减少、总孔隙度增大则土壤的通气透
水能力增强 ,从而加大农药的淋溶量。
留茬增加了植物根系残留物 ,对土体构型的发展发生了作用 ,原来犁耕所形成的犁底层由于作物根
系的穿透和残根的维持而逐渐被破坏 ,根系形成的孔道有利于犁底层上下土壤的水、气等成分的交换 ,
增加了土壤的入渗能力。另外 ,表层作物覆盖和大孔隙的结合也大大增加了水流的渗透速度。
313 　增加蓄水保土效益 ,减少地表径流及农药流失
保持耕作的蓄水保墒效果优于传统耕作[23 ] ,免耕土壤内的含水量、接纳降水能力均明显高于传统
耕作。免耕的降水储蓄率比传统耕作高 13133 % ,水分利用效率提高 1715 %。免耕减轻或避免了土壤
结构破坏 ,保持土体自然结构和土壤通透能力 ,再加上残茬覆盖地表减缓了雨水对土壤的直接冲击 ,从
而减少了地表径流和土壤侵蚀。与传统耕作相比 ,免耕区的水流失量减少 5219 % ,土流失量减少
7616 % ,这样随水和土壤流失的农药量也相应地减少。
保持耕作系统虽然减少了农药的流失总量 ,但径流中的农药浓度有时会因径流量的减少而有所上
升[24 ] 。不过 ,这些农药会被没施药地区或施其它农药地区所产生的径流稀释 ,从而降低了总体浓度。
保护耕作措施最终会因减少农药流失总量而减少河流、湖泊及饮用水中的农药浓度。
4 　结语
农药的环境行为受多方面因素的综合影响 ,且各个影响因素又相互关联。采取保持耕作只是其中
的一个方面 ,一般情况下主要是减少农药随径流流失和增加淋溶 ,但这些还需与农药性质、土壤性质、农
药使用量、降雨量、降雨时间和强度、地形地貌等因素相结合。因此 ,我们在使用农药时 ,应综合考虑 ,力
求使其能真正为农业服务而减轻对人类生存及环境的危害。
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