杀虫剂使用对印度尼西亚布里贝斯瓦纳萨里街道土壤质量退化潜力的影响

摘要

不加控制地施用农药会污染土壤，并可能杀死其他非目标生物。本研究旨在确定瓦纳萨里街道农民农药使用模式，并研究土壤质量退化潜力。本研究是一项定量和定性研究。数据来源采用观察、问卷调查和深入访谈的方法。受访者为2013-2016年种植青葱的葱农(）.对当地农业推广中心(BPP)的三名受访者进行了深入访谈。研究发现，每个种植季节都有不同类型的杀虫剂和杀菌剂的使用。农民每三、四天就大量施用一次农药。他们最少混合了三种杀虫剂和杀菌剂，每种大约30-40毫升。土壤样品中有机磷残留量为:甲硫磷残留量约为0.014 mg/kg，马拉硫磷残留量约为0.1370-0.3630 mg/kg，毒死蜱残留量约为0.0110-0.0630 mg/kg。农药的过量使用显示了土地退化的潜力。建议进行土壤质量实验室检测，以确保农用地状况。为保持生态系统的可持续发展，建议开展土壤质量常规评价和农药使用控制。

1.介绍

不加控制地施用农药会污染土壤，并可能杀死其他非目标生物。农药会损害土壤生物量和微生物，如细菌、真菌和蚯蚓。微生物生物量是土壤有机质的不稳定组分，在土壤养分元素循环中具有重要作用[1］．S. A. Reinecke和A. J. Reinecke(2007)研究了杀虫剂对蚯蚓生物量和胆碱酯酶活性的影响[2］．作者的结论是，由于长期(毒死蜱)和间歇性(甲基硫磷)接触农药，蚯蚓受到了有害的影响。其他研究也表明，马拉硫磷暴露会显著降低体重，降低精子活力Eisenia fetida成年人的物种。毒死蜱暴露对生物体的生长和繁殖也有不利影响，而氯氰菊酯暴露也使产茧量显著减少[3.- - - - - -6］．施用于土壤的农药可能会对非目标生物产生影响，并破坏土壤肥力和农药降解本身所需的本地代谢[7- - - - - -11］．大量农药的使用及其影响可以在印度尼西亚的青葱种植中得到确认。

一些数据显示，由于几个因素，印度尼西亚农民的葱产量变得非最佳。影响大葱种植产量的因素有栽培技术不当、环境因素不可控、病虫害、植物病害等[12，13］．为了控制病虫害，农民大量使用农药。瓦纳萨里区是布里贝斯的一个农业中心，生产大葱(洋葱瓦纳萨里离市中心至少2公里。杀虫剂的使用量每年都在增加，这一地区也是如此。新农药的出现使农民可以尝试任何一种农药。在瓦纳萨里街道，人们已经养成了尝试各种新型杀虫剂的习惯。另一方面，有关农药安全使用程序的社会化和宣传工作已经由当地农业研究所(BPP)或称为农业推广中心进行。但社会化程度并不理想，农民仍大量使用农药。印尼农民使用的农药的增效不仅发生在农村地区，也发生在城市地区。

农业生产的提高与杀虫剂等杀虫剂的更密集使用有关。据估计，到2050年，杀虫剂的使用量将是2000年的2.7倍。这将使人类和环境处于危险状态[14，15］．农药对土壤和水环境的影响已有很多文献。过量施用农药也会引起害虫抗性，这种情况在瓦纳萨里街道也发生过。阻力是一种自然现象。即使在新种类的杀虫剂如环二烯类、氨基甲酸酯类、甲脒类、有机磷类和拟除虫菊酯引入的情况下，在2-20年期间出现了新的抗药性病例。抗虫害的结果是，农民必须增加使用杀虫剂的剂量;甚至添加的量也可以是之前添加量的2-3倍。

本研究旨在确定瓦纳萨里街道农民使用农药的模式。在本研究中，农业土壤质量的潜在退化也被报道。本研究获得的数据和信息可作为进一步研究的基础，定量确定农药施用与土壤参数退化之间的关系。

2.材料和方法

2．1．时间及研究范围

该研究于2016年8月至2017年1月在印度尼西亚中爪哇省Brebes区Wanasari街道进行。根据青葱生产标准水平和农药使用行为选择研究地点。

2．2．访谈和问卷调查

本研究是一项定量和定性研究。资料来源包括观察、问卷调查和深入访谈。定量研究的调查对象为近3年种植大葱的葱农(）.采访对象是当地农业推广中心Balai Penyuluh Pertanian (BPP)的三位官员。数据是通过概述现有的观察结果和受访者访谈来描述的。通过访谈确定研究区大葱种植模式、农药使用模式，包括农药种类、喷洒农药的混合方式、根据种植周期使用农药的时间等。本研究使用的工具有问卷、笔记本和记录仪。将问卷输入Microsoft Office Excel进行描述性分析。数据分析以表格和图表的形式呈现。通过深入访谈确定BPP在农药使用中的作用，并验证问卷调查结果。

2．3.土壤取样和有机磷残留物检测

土壤取样方法采用随机取样。同时在整个取样地点采集土壤样品。取样是在旱季进行的。土壤取样深度为25-50 cm，表层土壤不包括在内。土壤样本由管状取样器采集，然后储存在干净的塑料袋中。样品根据取样日期、取样地点和待测试类型进行标记。然后样品被送到实验室进行测试。农药残留的测定方法为印度尼西亚农业部农药残留实验室采用气相色谱-质谱联用(GC-MS)。结果以毫克/公斤为单位表示。

2.3.1。工具和材料

本研究使用的工具有机械摇床(摇床)、Florisil色谱柱、玻璃器具、旋转蒸发器、均质器、真空泵、Buchner过滤器、水浴、分析天平和一套配备ECD和Rtx-1色谱柱(柱长30 m，内径0.25 mm)的气相色谱(GC-2014 Shimadzu)。研究中使用的材料有丙酮(默克公司)，正己烷(默克公司)，无水钠₂所以₄(默克)、Florisil、活性炭、Celite 545-镁、滤纸、水浸液、有机磷农药标准溶液、土壤样品。

2.3.2。土壤采样

待采样的地面平整、清洁;然后用垂直于土层的取心器挖土。土壤埋深25-30厘米。接下来，用铲子把管子周围的土壤挖出来。约1-2厘米的表土被去除。然后取±250克土壤取样。然后将土壤样品放置在样品塑料上，并标记样品代码、样品日期、样品位置和试验类型。准备好的样品立即被送到实验室。样品交付应安全，避免损坏或撕破塑料。交货时间大约是2-3天。

2.3.3。土壤样品制备

将干燥的土壤样品(充气法)称量约25克，放入圆底烧瓶中，加入丙酮溶剂100ml，密闭。将盛有样品的圆底烧瓶以足够的速度摇匀20分钟。20 min后，以相同的时间和速度复卷重复提取;然后用夹钳将分离漏斗置于铁架上，直至溶剂与样品分离;滤液与残渣分离。滤液用蒸发器蒸发，用25 ml正己烷萃取2次，然后将样品通过充满Florisil和无水硫酸钠的色谱柱清洗。洗脱液蒸发至±1 ml，然后用丙酮逐渐冲洗烧瓶，在10 ml容量的试管中收集结果，准备将样品溶液注入气相色谱。

2.3.4。有机磷残留检测

土壤样品中有机磷类农药残留分析采用巴陵滩农化残留实验室(Balai Penelitian Lingkungan Pertanian)的方法。从土壤样品中提取的溶液通过气相色谱(GC-2014 Shimadzu)的结果测定有机磷的残留含量。

3.结果与讨论

3．1.研究区种植时间模式

瓦纳萨里区是布里贝斯的大葱农业中心之一。瓦纳萨里小区排水了用于灌溉的帕马里河。佩马里河终年流动，但枯水期流量可能减少。这种水文条件影响着葱的种植时间和基于其面积的生产力。大葱的种植时间因地区而异。瓦纳萨里街道由北向南延伸，占地7226公顷，其中2123公顷使用技术灌溉的农田，632公顷使用半技术灌溉的农田，以及约1,346公顷的雨水灌溉面积。一般来说，Wanasari街道全年每季有四个葱种植期，第一次种植在1 - 3月，第二次种植在4 - 6月，第3个生长季在7 - 9月，第4个生长季在10 - 12月。此外，农民还种植水稻、红辣椒、青豆、苦瓜、花生、茄子、西红柿、黄瓜和豆类。大葱是全年种植的，而大米和辣椒是在两个时期种植的。种植大葱的水田是其他作物中面积最大的。 Data from the Agricultural Extension Center of Wanasari Subdistrict showed in 2014 shallot harvest in Wanasari reached 6120 hectares; then the paddy areas are about 3800 hectares.

佩马里河的灌溉区有Dukuhwringin、Dumeling、Glonggong、Jagalempeni、Kertabesuki、Lengkong、Pesantunan、Siasem、Sidamulya和Wanasari村。灌溉河流的一小部分地区是Pebatan和Sawojajar村。没有通过佩马里河进行灌溉的地区有Keboledan、Klampok、Kupu、Sigentong、Sisalam、Siwungkuk、Tanjungsari和Tegalgandu，但有泄洪渠作为灌溉的来源。佩马里河流经瓦纳萨里街道大部分村庄，有利于农业地区。由于水资源丰富，农民可以全年种植大葱。从10月到3月的雨季也为该地区带来了好处，因为它是该地区灌溉系统的一部分。有了足够的水，就可以保证青葱可以继续在这个地区种植。

3．2．研究区农户农药使用状况

对农民的观察和访谈显示了农药过量使用的分类模式。喷洒时，农民混合了至少2-3种农药，甚至可能有5-7种农药。每一种类型使用的剂量为30-40毫升。当然，农药的应用是针对虫害和大葱病害的。当害虫发生爆炸事件时，过量的农药施用变得不受控制，当害虫发作比平时少时，杀虫剂的使用量减少。喷洒时，农民使用的喷雾罐有15或17升的容量。对于1000米的场²在美国，一次喷涂至少需要两个油罐。如果农民使用的农药至少有3种混合物，每个品种30毫升，那么就需要喷洒一个装有90毫升农药的容器。对于1000米²地面喷洒了至少180毫升农药。当这个数量计算到一年中的这个时候，可以证明有许多农药被地面吸收了。

在大葱农业中使用杀虫剂的模式各不相同。各生育期杀虫剂用量或杀菌剂用量的混合模式不同。然而，农民经常混合使用杀虫剂和杀菌剂。在1月至3月的第一个生长季节，农民通常使用四种混合物(杀虫剂和杀菌剂的变体)。在这个季节经常使用的类型是Arjuna, Tumagon 100 EC, Daitin和Vondozeb。第二个种植季节是在4月、5月和6月;越来越多的混合物被使用，最多可以有五种混合物。在从7月到9月的第三个种植季节，农民们不使用杀菌剂。当第二和第三生长季为旱季，虫害增加时，大量使用杀虫剂。青葱病害少，旱季无病害。 This has led to the reduction of fungicide usage. In the fourth growing season in October–December, the opposite things occurred. These months already entered the rainy season so that pests diminish; shallot plant disease increases. These conditions led to the fact that the usage of insecticides was not much required, and the usage of fungicides increased (Table1）.

3．3.农民主要使用的杀虫剂种类

许多农民在种植大葱时使用杀虫剂和杀菌剂。基本上，杀虫剂是用来控制植物害虫的，而杀菌剂是用来防止作物生病的。研究表明，阿诸那是农民最喜欢使用的农药类型(96%)。阿诸那是一种含吡咯基虫螨腈活性成分的杀虫剂。该杀虫剂被世卫组织列为中度危险。此外，90%的受访者使用图马贡杀虫剂。含有cyromazine活性成分的Trigard杀虫剂被83%的农民广泛使用，81%的农民使用Antracol杀虫剂。其他广泛使用的杀虫剂有Xtreme(80%)、Dursban(75%)、Sumo(52%)和Marshal(48%)。常用杀虫剂的有效成分有吡咯、氨基甲酸酯、噻嗪和有机磷2,图1）.

采用虫螨腈活性成分对粘虫进行净化(Spodoptera litura)和害虫蓟马(蓟马parvispinus)．毒死蜱和beta-cyfluthrin也用于根除粘虫。采用丙嗪有效成分治疗青葱紫斑病。3 - 6月杀虫剂使用量增加，7 - 9月减少;甚至在10月至12月，这些杀虫剂的使用量也有所减少。对Wanasari街道农民的深入访谈结果显示，由于害虫在旱季发生，旱季使用的杀虫剂较多。同时，杀虫剂用量下降时，杀菌剂用量增加。杀菌剂被广泛使用，特别是在雨季。降雨增加导致作物病害发生，尤其是葱类作物。

表格2结果表明，与其他杀虫剂相比，含虫螨腈有效成分的杀虫剂平均剂量最高，约34.47 ml, 96%的受访者使用。85%的受访者使用含噻嗪有效成分的杀虫剂，平均使用剂量为33.51毫升。60%的受访者使用毒死蜱有效成分，平均剂量为34.64 ml。52%的回答者(34.42 ml)、45%的回答者(34.81 ml)和23%的回答者(33.57 ml)使用含有高效氟氯氰菊酯和环丙嗪有效成分的硫克Carbosulfan杀虫剂。

表格2结果显示，88%的受访者使用含丙嗪有效成分的Antracol杀菌剂。该杀菌剂的平均剂量为34.85 ml。含代森锰锌活性成分的杀菌剂有不同的配方名称，包括Delsene、Vondozeb和Dithane。共有82%的受访者使用Delsene杀真菌剂，平均剂量为34.06 ml, 63%的受访者使用Vondozeb杀真菌剂，平均剂量为34.05 ml, 27%的受访者使用Dithane，平均剂量为33.69 ml。此外，53%的受访者使用含戊康唑活性成分的Folicur杀菌剂，平均剂量为34.19 ml; 47%的受访者使用含偶氮菌素活性成分的Amistar top杀菌剂，平均剂量为34.29 ml。

3．4．土壤中农药残留

我们采集土壤样品，检测农药残留，以确定喷洒活动后是否有农药仍在土壤中积累。在瓦纳萨里街道大葱农业区的几个地点采集了土壤样本。印度尼西亚农业部农业研究中心对样本的农药残留进行了检测(见表)3.）.

在本研究中，毒死蜱残留的有效成分在所有地点的样品中都发现了约0.01 ~ 0.06 mg/kg。含毒死蜱活性成分的杀虫剂至今仍被广大葱农广泛使用。其中一种含有毒死蜱活性成分的杀虫剂叫德斯班。农药在土壤上的吸附降低了毒死蜱在环境中的耗散能力和降解能力，从而增加了毒死蜱在环境中的持久性。而对环境毒性的吸附作用取决于暴露途径[16］．毒死蜱水溶性低(1.4 mg/l)，土壤吸收系数高(平均)Oc = 8498 ml/g)，中等蒸气压(2.7 × 10⁻³Pa在25°C) [17，18］．

本研究仅在Sisalam村的一个采样点发现甲硫磷残留活性成分约为0.014 mg/kg。甲硫磷是一种非系统性杀虫剂。甲硫磷在环境中的降解受温度和ph的影响。据报道，根据温度和ph，甲硫磷的半降解时间为半天至41天。环境温度越高，甲硫磷越容易降解。甲硫磷在碱性条件下易降解。在酸性条件下，水解裂解主要发生在C-S键上，而在碱性条件下，水解裂解发生在P-S键上。甲硫磷在20°C下的水溶性较低，约为240-250 mg/l。这些条件增加了甲硫磷化合物移出现场进入水面的可能性，这取决于条件和环境因素。复合硫磷在粘土上的吸附系数约为2.8%Oc = 310 [19］．

本研究发现马拉硫磷残留量在0.13 ~ 0.36 mg/kg之间，与毒死蜱和甲硫磷残留量相比含量较高。马拉硫磷在环境中的持久性受到阳光和紫外线照射的影响。发生光解反应可降低马拉硫磷的毒性。马拉硫磷在土壤中的残留也可能是由于在混合过程中对现有农药配方的不当处理，包括溢出或使用实践和不良的存储。马拉硫磷被释放到大气中(以气体的形式)，并可以通过湿沉积被运输回土壤和水的表面。马拉硫磷在土壤中迅速退化;以前的研究结果表明，一半的退化在几个小时到大约一周内开始。马拉硫磷也可以从土壤中蒸发，而且马拉硫磷在土壤中很容易移动。由于马拉硫磷在环境中的快速降解，因此无法从土壤中浸出到水中。马拉硫磷可溶于水，尽管持久性很低(在地下1-25天)，但它能迅速进入地下[20.- - - - - -23］．

由于每种化合物持久性的差异，气相色谱(GC-MS)无法检测到其他活性成分，如二嗪农、灭氮磷、对硫磷和丙磷。此外，之前的研究表明，有机磷化学的物理性质也可能会影响一些GC-MS无法检测到的有机磷的浓度。土壤中农药残留的存在会对土壤肥力水平产生不利影响。一个指标是利用蚯蚓的存在来确定土壤的肥力。以往的研究已经对农药对蚯蚓的影响进行了研究，发现在农药污染的土壤中，蚯蚓的活性降低了50%，在土壤表面施用农药，蚯蚓的活性降低了90%。蚯蚓的存在对农业生态系统的可持续性非常重要，但大量使用农药可以降解蚯蚓[24，25］．

3．5．土壤质量下降(定性方法)

持续大量施用农药可能导致土地退化。对瓦纳萨里街道葱农的采访结果显示，他们农场的土壤质量可能受到损害。由于85.5%的受访者表示土壤变硬，81.8%的受访者表示没有发现蚯蚓生物量，76.4%的受访者承认地面颜色变成了棕白色(图)1和2）.

4.结论

研究表明，不同生长季使用不同的杀虫剂和杀菌剂。这项研究发现农民使用大量的杀虫剂。每三或四天施用一次农药。杀虫剂和杀菌剂的混合物至少使用了三种不同的药剂，每种药剂的剂量为30-40毫升。过量使用农药显示出土地退化的潜力。在Tanjungsari村、Sisalam村、Dukuhwringin村和Wanasari村，在大葱农场发现的有机磷残留物为甲硫磷、马拉硫磷和毒死蜱活性成分。甲硫磷残留量约为0.014 mg/kg，马拉硫磷残留量约为0.1370 ~ 0.3630 mg/kg，毒死蜱残留量为0.0110 ~ 0.0630 mg/kg。研究人员建议在实验室中检测土壤质量，以确保当前农业环境中的土壤状况。常规的土壤质量评价和农药使用控制可以考虑维持一个可持续的生态系统。

的利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

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