农药

背景

“农药”一词是一个广义的术语，指的是杀死与人类食物供应竞争或在其他方面不受欢迎的植物或动物的任何装置、方法或化学品。杀虫剂包括杀虫剂、杀菌剂、除草剂、杀线虫剂（用于杀死线虫、细长的圆柱形蠕虫）和杀鼠剂。在这些不同的农药中，杀虫剂的历史更悠久，也更值得关注，这或许是因为标为“害虫”的昆虫数量远远超过了所有其他植物和动物“害虫”的总和。因此，本文重点介绍农用杀虫剂的使用。

自从他们第一次开始种植农作物（大约在公元前 7000 年 ) 如果不是以前，人类已经设计出方法来防止昆虫吃掉或以其他方式破坏珍贵的庄稼。一些文化依赖于在月亮的某些阶段种植的做法。其他间接降低昆虫种群数量的早期农业实践是轮作作物；种植小而多样的作物；并选择天然抗性植物。人们用手从植物上摘除虫子并制造噪音以驱赶蚱蜢。化学品也很早就被使用了。除虫菊（一种菊花）的粉碎花瓣、硫磺和砷分别用于中东、罗马和中国。中国人还利用蚂蚁等天敌来吃不受欢迎的昆虫。

在 1840 年代之前，所有防治害虫的尝试几乎都是个人事务，当时一种名为 白粉病 的北美真菌 入侵英国，通过大规模应用硫磺控制了疫情。美国西部的科罗拉多甲虫是下一个目标：到 1877 年，西部定居者已经学会使用不溶于水的化学物质（例如巴黎绿）来保护他们的马铃薯作物。其他杀虫剂如derria、quassia和焦油油紧随其后，但19世纪的杀虫剂很弱。它们必须通过引入天敌来补充，或者在某些情况下，通过将受威胁的植物嫁接到更具抗性的砧木上。

到二战时，只有大约 30 种农药存在。战争期间的研究产生了 DDT（二氯二苯三氯乙烷），它于 1874 年合成，但直到 1942 年才被认为是一种杀虫剂。其他强效杀虫剂也随之而来，例如 1945 年的氯丹和 1951 年的异狄氏剂。毒药德国的气体研究产生了有机磷化合物，其中最著名的是对硫磷。这些新的杀虫剂非常强大。进一步的研究产生了数百种有机磷化合物，最值得注意的是马拉硫磷，它最近在加利福尼亚被用于对抗地中海果蝇。

直到 1800 年代，当人们开始使用相当大的机器向私人花园喷洒农药时，农药通常还是用手喷洒。直到 1920 年代才使用飞机，直到 1950 年代才实施缓慢、控制良好的低空飞行。合成农药的第一次空中喷洒使用了大量惰性材料，每公顷 4000 升（一公顷等于 2.47 英亩）。这一数量迅速减少到 100 到 200 升/公顷，到 1970 年代，该数量已减少（在某些情况下）每公顷直接施用于田地的成分（例如马拉硫磷）0.3 升。

在农药制造中，活性成分首先在化工厂合成。接下来，配方师将活性成分与载体（对于液体农药或惰性粉末或干肥料（对于粉尘农药，然后装瓶或包装。液体农药包装在 200 升桶中用于大规模操作或 20-升罐用于小规模操作，而干制剂可以包装在 5 至 10 公斤塑料或塑料内衬袋中。

今天，大约有 900 种活性化学农药被用于制造 40,000 种商业制剂。美国环境保护署 (EPA) 估计，在 1960 年至 1980 年间，农药的使用量翻了一番。目前，美国每年使用的农药超过 3.72 亿公斤，全世界每年使用的农药超过 18 亿公斤。

原材料

农药由活性成分和惰性成分组成。活性成分杀死害虫，而惰性成分有利于喷洒和覆盖目标植物；它们还可以提供单独活性成分无法提供的其他优势。

活性成分曾经是从天然物质中蒸馏出来的；现在它们主要是在实验室合成的。几乎所有的碳氢化合物都是从石油中提取的。大多数农药含有其他元素，其类型和数量取决于所需的农药。氯、氧、硫、磷、氮和溴是最常见的。惰性成分可以是多种物质，具体取决于农药的类型。液体杀虫剂传统上使用煤油或其他一些石油馏分作为载体，尽管最近水已开始取代煤油。还添加乳化剂（如肥皂）以将活性成分均匀地分布在整个溶剂中。粉剂或粉剂杀虫剂通常含有植物物质，如磨碎的坚果壳或玉米芯，粘土如硅藻土或凹凸棒石，或粉状矿物质，如滑石或碳酸钙作为基质。使农药更好地粘附 农民收到农药后，用水稀释后再施用。应用可能涉及使用小型飞机或使用洒水器或拖拉机喷洒作物。小农甚至可能使用手持式喷雾器。可以向植物或土壤中添加诸如玉米淀粉或面粉之类的材料。

制造
过程

制造农药涉及至少三个独立的活动。活性成分首先在化工厂合成，然后在同一个地方配制或发送给配制人员，配制人员制备液体或粉末形式。然后将杀虫剂送到农民或其他经过认证的施药者那里，他们在将其施用于田地之前对其进行稀释。

合成农药

• 1 当一种新农药首次开发出来时，它是在实验室中小规模生产的。如果物质证明可行，则在工厂开始生产。批量或连续制造确保了高产量，每个周期可能高达 500 公斤。合成农药是一个复杂的化学过程，需要训练有素的化学家和大型复杂的实验室。基本程序需要改变有机分子以形成杀虫剂。这可能涉及许多特定试剂和催化剂中的任何一种，并且通常必须在受控气候下（例如，在某个温度范围内）进行。合成后，活性成分被包装并发送给配方设计师。液体杀虫剂可以用油罐车或 200 升桶装运。活性成分的运输遵循危险材料运输的所有规定。

配制农药

• 2 配方师接受活性成分，称出适当的量，如果是液体杀虫剂，则将其与载体混合，如果是粉尘杀虫剂，则与惰性粉末或干肥料混合，然后将其装瓶或包装.如果大型农户是预期的客户，则液体农药采用 200 升桶包装，小规模经营则采用 20 升罐包装。干制剂可包装在 5 至 10 公斤塑料袋或塑料内衬袋中。乳化制剂通常经过浓缩以方便运输（活性成分通常占乳化浓缩物的 50%），但颗粒状和干燥的农药随时可用。

稀释农药

• 3 农药可能会在请求前储存一段时间。当它准备好运输时，估计需要的数量被送到农民那里，他们稀释乳化浓缩物以产生所需数量的农药。在大多数情况下，最终产品仅包含原始活性成分的 0.5% 至 1%。农药现在可以使用了。

喷洒农药

• 4 有几种方法可以使用杀虫剂。美国人最熟悉的方法是作物喷洒，尽管它的使用通常仅限于大片平坦的区域。一架装载 2000 升（或更大）油箱的飞机飞过田野，喷洒喷杆上的杀虫剂。吊杆是长而水平的杆，几个喷头从上面喷洒下来。另一种方法是将油箱和吊杆连接到拖拉机上，并在靠近地面的地方喷洒。对于小农来说，最经济的喷洒方法是使用一名或多名工人将手持喷洒器固定在小水箱上。手泵可肩背；它的油箱容量只有大约 3 到 12 升。还使用容量约为 200 升的小罐。杀虫剂是用手枪喷洒的。粗略估计施用量为每公顷 150 至 300 升。

质量控制

杀虫剂本质上是有毒物质；因此，很多关注都集中在安全上。有关农药安全的法律非常严格，将来还会更加严格。除了法律限制外，杀虫剂也像任何其他制造产品一样受到严格的质量控制标准的约束。

大多数大型农药制造商都拥有高度发达的质量控制实验室，可以测试每种农药的效力、乳化、密度、颜色、pH 值、粒径（如果是粉尘）和悬浮液（如果是液体）。如果公司生产不止一种农药，还必须验证产品的身份。农药必须稳定、易于使用且易于储存。保质期必须超过一年。在加速试验中，农药在短时间内经受高温，然后检查有效性。典型的农药纯度为 95%。标签必须易于阅读并符合所有规定。制造商为每种原材料、活性成分、配方和包装物品保存文件，样品保存三年。

今天的杀虫剂，如果使用得当，是非常安全的。自行使用农药的农民必须经过美国农业推广局的培训并获得州农业部的认证，才能购买农药。商业涂抹器还必须接受培训并通过笔试。

在准备用于涂抹的制剂时，在大多数情况下意味着对其进行稀释，涂抹者应按照标签的指示穿着防护服。通常，这种防护服包括围裙或工作服、宽边帽、长袖衬衫、长袜子、无衬里氯丁橡胶或橡胶手套、长裤以及穿在鞋子上的无衬里氯丁橡胶或橡胶靴。对于某些杀虫剂，施药者还必须佩戴护目镜和/或呼吸器。

作为额外的预防措施，每次使用前都要校准应用设备。为了校准喷雾器，喷洒器在田间测量一段距离，然后用中性物质（如水）喷洒。然后检查用水量是否合适。还要检查所有设备喷洒是否均匀，及时更换磨损的设备。

副产品/废物

当它们被引入时，杀虫剂被视为一种可以提高作物产量和减少虫媒疾病的绝妙技术。 1950 年代发现必须增加杀虫剂用量才能产生与以前相同的效果，这表明这是一个充满希望的神话的第一个迹象。随着寂静的春天的出版 雷切尔·卡森 (Rachel Carson) 于 1962 年提出，人们越来越意识到不受限制地使用农药的危险。

大多数情况下，农药会杀死它们瞄准的害虫，但通常也会杀死害虫的天敌，从而加剧问题。在某些情况下，消灭一种害虫只会让另一种害虫取而代之。使用一段时间的杀虫剂后，昆虫对杀虫剂产生抗药性，必须使用更强或更多的杀虫剂来控制种群。有证据表明农药被滥用，在某些情况下它们的影响可以忽略不计，而且施药者不了解农药的正确使用。与这些担忧相结合的是对住宅区和受污染食物的全面喷洒的担忧。

滴滴涕是最广为人知的农药案例，它在远离农场的地方造成损害。在猛禽中发现了高浓度的 DDT，由于它对它们的卵产生影响，导致它们濒临灭绝。 DDT 在食物链中的位置越高，它的浓度就越高，许多人表示担心它可能存在于人类中。 1972 年，环境保护署 (EPA) 宣布禁止使用几乎所有的滴滴涕。

其他几十种杀虫剂也被禁止使用，或者被 EPA 限制使用。具有讽刺意味的是，这些农药仍在出口以帮助发展中国家，据估计，这些国家每年发生 300 万起急性农药中毒病例，还有 20,000 人因滥用农药而直接死亡。由于这些国家中有许多向美国出口农产品，因此被美国污染的可能性很高。

综合虫害管理 (IPM) 始于 1960 年代，以应对农药困境。 IPM 背后的想法是使用各种昆虫控制而不是仅仅依赖化学杀虫剂。这些方法包括将天敌、寄生虫以及细菌、病毒和真菌杀虫剂引入田间。工人们可以简单地用吸尘器吸走昆虫，或引入某些植物来抵御攻击特定作物的害虫。农民可以在最有效的时间犁地，将作物残茬犁在地下，或剥收。他们可能会种植抗虫害的植物。性诱饵陷阱可能会将害虫从作物中拉开。已绝育的雄性可以被释放到田间。昆虫可以被设计成保持幼年和永不繁殖、蜕皮太快从而迅速死亡，或者变得过于困惑而无法定位作物食物。目前正在测试其他可能性。未来农药的使用可能会减少，因为研究会带来更多的知识和计划以及更少依赖化学干预的方法来对抗害虫。