長江流域冬小麥農藥減量增效評價指標研究與應用

束放 郭永旺 秦萌 趙中華 王海波 唐啟義

摘要

本文基于2015年 2019年全國農戶農藥購買和使用情況的抽樣調查，對長江流域5省16個縣（市、區）冬小麥用藥情況8個指標的監測數據進行了統計分析。結果表明，以農藥毒性指數評價小麥農藥減量增效好于其他指標，該指標可為定量、合理評估小麥科學安全使用農藥提供依據，并可作為政府決策、技術部門指導小麥生產用藥和減量使用的參考。

??關鍵詞

冬小麥;農藥毒性指數;農藥減量增效

中圖分類號：

S48

文獻標識碼：A

DOI：10.16688/j.zwbh.2020640

Study and application of the evaluation indexes of wheat pesticide reduction and efficiency in the Yangtze River Basin

SHU Fang1，GUO Yongwang1，QIN Meng1，ZHAO Zhonghua1，WANG Haibo2，TANG Qiyi3*

（1.National Agrotechnical Extension and Service Center， Beijing100125， China; 2. Plant

Protection and Plant Quarantine Station of Jiangsu Province， Nanjing210036， China;

3. College of Agriculture and Biotechnology， Zhejiang University， Hangzhou310058， China）

Abstract

Based on the sampling survey of farmers’ pesticide purchase and use in China from 2015 to 2019， the monitoring data of eight indicators of winter wheat drug use in 16 counties （cities， districts） of five provinces in the Yangtze River Basin were statistically analyzed. The results showed that the toxicity index was better than other indexes in evaluating the reduction and efficiency of wheat pesticides. This index can provide a basis for quantitative and reasonable evaluation of the scientific and safe use of pesticides in wheat， and can be used as a reference for government decisionmaking and technical departments to guide the use of pesticides in wheat production.

Key words

winter wheat;pesticide toxicity index;pesticide reduction and efficiency

冬小麥是我國主要糧食作物之一，不同年份、不同地域小麥病蟲害發生情況不同，冬小麥上農藥的使用品種和用藥量波動較大。一直以來，人們對農作物上農藥減量增效的關注點主要在農藥商品量（實物量）和折百量（有效成分量）上，但由于各個農藥品種的含量、對靶標生物毒性以及對環境的影響千差萬別，僅靠商品量和折百量等傳統指標不足以客觀評價農藥減量增效工作[1 5]。作者依托全國農藥械信息管理系統（ACMIS），對2015年 2019年長江流域冬小麥用藥的農戶抽樣調查數據進行統計分析，以期通過對冬小麥畝用藥商品量、畝用藥折百量、毒性強度等指標進行綜合分析，篩選出能夠多角度反映農藥用量變化趨勢、減量控害走向的指標，明確能供政府、技術部門指導小麥生產用藥，合理評估小麥用藥的科學指標，為農藥科學安全使用和農藥減量增效提供依據。

1材料與方法

1.1農藥使用數據來源及調查指標

選擇長江中下游的江蘇、浙江、安徽、湖北、四川5省，共計16縣（市、區）（表1）開展了農藥使用情況調查和數據收集。

從全國農藥械信息管理系統（ACMIS）中調取2015年 2019年冬小麥農藥使用量數據，包括中低毒面積比例、畝用藥商品量、畝用藥折百量、畝用藥成本、防治次數、桶混次數、毒性指數、毒性強度等8個指標，其定義和計算公式如下：

中低毒面積比例=中低毒農藥防治面積/該作物農藥防治總面積×100%;

畝用藥商品量=農藥商品用量/該作物種植面積;

畝用藥折百量=Σ[某農藥畝用藥商品量×該農藥有效成分含量];

畝用藥成本=Σ[某農藥畝用藥商品量×某農藥單價]。

防治次數=某種作物整個生長季節用藥次數。

桶混次數=某種作物整個生長季節用藥畝次/該作物種植面積。

毒性[6]是指某種農藥對非靶標生物（天敵昆蟲、人畜等）的毒害能力。毒性指數是單位面積農作物上所使用的農藥對非靶標生物（天敵昆蟲、人畜等）毒害程度的度量。在評價農藥毒性過程中，將中等毒性的農藥種類的毒性因子系數取值為1（作為基準）。鑒于不同等級毒性農藥對非靶標生物的影響隨農藥濃度呈指數增加[7]，因此其他毒性等級農藥種類的毒性因子系數（In）取值用下面公式來表達：

In=4n 3

n為毒性級別，各種農藥毒性為微毒、低毒、中等毒、高毒和劇毒時，其毒性級別值分別為1，2，3，4和5。因此通過該式可得各個級別農藥毒性因子系數I1～I5分別為0.062 5，0.25，1.0，4.0和16.0。然后定義毒性指數計算公式為：

毒性指數=Σ[某種農藥畝用藥折百量×某種農藥毒性因子系數In]。

農藥毒性指數越高，對非靶標生物，即對環境生物的毒害能力越強。

毒性強度=毒性指數/畝用藥折百量。

1.2調查原則及方法

農藥使用量調查主要以農作物種植生態區劃為依據，既考慮農作物種植特點，又考慮生態地理條件對農作物病蟲害發生的影響。

在選擇布點時考慮了以下幾個原則：一是一致性。試點縣農業生產水平、社會經濟條件的相對一致性。二是代表性。試點縣作物種植結構、耕作制度特點的代表性。三是典型性。常年病蟲發生、用藥特點及地理區域的典型性。四是規范性。試點縣調查農戶樣本的規范性。

每個試點縣調查30個農戶（含種植大戶）作為樣本點。樣本點選擇原則是：選擇3～5個鄉鎮，每個鄉鎮選擇6～10個可反映當地農藥使用水平的種植大戶、普通農戶。

1.3數據分析

根據長江流域16個縣（市、區）冬小麥農藥使用數據，包括中低毒面積比例（%）、畝用藥商品量（g/667m2）、 畝用藥折百量（g/667m2）、畝農藥成本（元/667m2）、 防治次數（次）、桶混次數（次）、毒性指數及毒性強度，采用DPS數據處理系統 V 18.10高級版[8]進行方差分析、回歸分析、R型因子聚類分析，以及因子分析，篩選可以科學反映農藥使用變化趨勢的調查指標。

方差分析P值用以識別每個農藥指標在評價小麥農藥使用在年度間或地點間的差異性是否有統計學意義。P≥0.05，可認為年度或地點間農藥用量水平差異不顯著;P<0.05，認為年度或地點間農藥用量水平有顯著差異;如果P<0.01則認為差異極顯著。

R型因子聚類是將各個因子按其相似性進行聚類，相似程度高的某幾個指標，可能在評價農藥使用水平過程中有相互重疊的效應。篩選出來的指標應盡可能具有某個類別的代表性且因子間重疊部分較小。

R型因子分析是對R型聚類分析的進一步量化統計分析。本研究采用最大似然法提取因子，提取的各個公共因子載荷的平方和為共同度，它反映了提取的幾個公共因子對該變量變化的解釋程度。剩下的不能解釋的部分為特殊方差。提取公共因子之后，對因子實施極大正交旋轉，以簡化因子結構。通過因子分析，將我們定義的8個指標劃分為若干個抽象的因子類型。每個公共因子都提取了（或集中表達了）某幾種農藥用量指標的特征。因此通過因子分析確定哪些指標用于評價小麥農藥減量增效更有意義。

2結果與分析

2.1冬小麥農藥用量評價指標方差分析

2015年-2019年長江流域5省16個縣（市、區）冬小麥農藥用量抽樣調查指標方差分析結果見表2和3。

不同縣（市、區）各個農藥用量指標的方差分析結果（表2）表明，各項指標F值較大、顯著性檢驗P值均小于0.01，達到極顯著水平。表明不同指標在各個地區（區縣）之間，至少有一個區縣與其他縣存在極顯著差異。

不同年份各個農藥用量指標的方差分析結果（表3）表明，畝用藥成本、中低毒面積比例、防治次數、桶混次數及毒性指數的顯著性P值小于0.05，表明這幾個指標在年度間存在顯著差異，其中畝用藥成本和中低毒面積比例有逐年上升的趨勢。毒性指數作為衡量農藥對非環境靶標毒性的指標，從2016年開始呈逐年下降的趨勢。

以年份作為自變量x，各項指標作為因變量y進行直線回歸分析，發現只有畝用藥成本與年份之間可建立直線回歸方程：y= 6 381.835+3.177x，其相關系數r=0.967，F=43.10，P=0.007 3，顯示出顯著上升趨勢。這可能跟物價逐年上升，而這里沒有對農藥成本進行物價指數調整有關。

畝用藥商品量、畝用藥折百量和毒性強度，年份間統計檢驗差異不顯著（P>0.05）。盡管他們沒有達到統計學上的顯著水平，但這3個指標除毒性強度2019年略有上升，其他顯示的趨勢都是從2016年開始逐年下降。

2.2冬小麥農藥用量評價指標的R型因子聚類分析

R型聚類分析結果表明（圖1），8個評價長江流域冬小麥農藥用量指標，當類間距離大于0.6時可聚為2大類，一類是表述農藥用量的，包括畝用藥商品量、畝用藥折百量、桶混次數、畝用藥成本和防治次數等5個指標，且畝用藥商品量和畝用藥折百量兩個指標相似性程度很高。另一類是表述農藥毒性的，包括毒性強度、毒性指數和中低毒面積比例3個指標，這3個指標的相似程度也較高。因此，小麥農藥用量評價從農藥用量和農藥毒性兩個方面進行分析較為合理。

2.3冬小麥農藥用量評價指標因子分析

進一步采用因子分析方法對8個評價長江流域冬小麥農藥用量的指標進行各指標關系的綜合分析，得到兩個綜合因子，其旋轉后的綜合因子見表4。

表4結果表明：第一個主因子在畝用藥商品量、 畝用藥折百量、畝用藥成本、防治次數、桶混次數及毒性指數這6個變量上有較大的載荷，該因子主要反映農藥用量的使用水平，可將該因子稱為農藥用量因子;第二個主因子在毒性強度、毒性指數和中低毒面積比例這3個指標上有較大載荷，這3個指標都是描述農藥毒性大小的， 因此該主因子可稱為農藥毒性因子。這與上述8個因子的R型聚類分析結果基本一致。因子1和因子2的累計方差貢獻為55.40%和82.07%，解釋系統變化程度已相當可觀。

在第一個主因子中，除毒性強度外其余因子載荷系數均為正，表明這些因子指標越大，農藥用量水平越高。這類因子中，載荷系數較大的是畝用藥商品量、畝用藥折百量;因此衡量農藥使用量大小的評價以畝用藥商品量、畝用藥折百量因子指標為宜。在第二個主因子中，毒性強度和毒性指數的載荷系數為正，而中低毒面積比例的載荷系數為負，表明中低毒面積比例越大對環境毒性越小，這在評價毒性對環境的影響中也是合理的。毒性強度和毒性指數的載荷系數較大，因此衡量農藥對環境毒性影響大小的評價以毒性強度和毒性指數這兩因子指標為宜。在因子分析中，毒性指數在第一主因子和第二主因子上均有較大的載荷系數，其變化不僅影響到農藥對環境毒性，而且影響到農藥用量，因此可認為農藥毒性指數是冬小麥農藥減施增效評價的關鍵因子。

2.4冬小麥農藥用量指標在冬小麥農藥減施增效過程中的應用

進行農藥減施增效技術效益評價有兩方面的考慮，一是在農作物病蟲發生時，必須施用適當的農藥以挽回病蟲對農作物造成的損失;二是采用化學農藥防治病蟲時，盡量避免對環境（非靶標生物）造成不良影響，即化學防治帶來的環境毒性越小越好。這兩個方面就是我們在因子分析中提取得到的兩個主因子。在8個指標中，農藥毒性指數是唯一對這兩個主因子均有較大影響的農藥使用強度指標。

將反映農藥使用水平的經典指標（畝用藥商品量和畝用藥折百量），以及本文提出的農藥毒性指數和農藥毒性強度指標，以2015年為基數，分析 2015年-2019年我國長江流域冬小麥上農藥減施增效水平。這4個指標統計匯總結果分別列于表5。

從表5可以看出，自2015年以來冬小麥上的畝用藥商品量，2016年-2018年比2015年偏高，2019年呈現下降，但總的趨勢不明顯。

畝用藥折百量在2015年-2019年5年中，除2016年以外，指標呈下降的趨勢。

毒性指數和毒性強度2017年-2019年呈現明顯下降的趨勢，且毒性指數在年份間存在顯著差異（表3）。

農藥毒性強度比畝用藥折百量的下降趨勢更為明顯。

農藥的使用與小麥病蟲發生程度密切相關，病蟲發生較重時，農藥的使用量勢必較大。因此在衡量農藥使用技術改進，綠色防控的成效，采用本文提出的農藥毒性強度指標更為合適。因為該指標揭示了化學農藥的使用對環境生物毒性強度的水平（按毒性當量定義，中等毒性為1）。表2中各個地區冬小麥上使用的農藥毒性強度有較大差異，說明各地區選用的農藥品種不同，從保護環境、綠色防控角度來看，部分地區農藥品種結構還存在調優的潛力，可以使農藥毒性強度指標進一步下降。

3討論

從以上分析可以看出，對小麥用藥指標經典的統計學分析，即方差分析和線性回歸分析，雖然能看出各個指標年度間的變化趨勢，但在冬小麥用藥綜合評價體系中，很難甄別各個指標的重要性。并非某個指標在年度間有顯著差異、或有某種趨勢，該指標就是“重要”的。

小麥用藥多指標的R型聚類分析直觀地揭示了各個指標在綜合評價體系中的相似關系。它將8個指標分為兩個類型：一類指標與農藥用量有關（畝用藥商品量、畝用藥折百量、畝用藥成本、防治次數和桶混次數），而另一類指標則與農藥毒性有關（中低毒面積比例、毒性指數及毒性強度），這使我們對小麥用藥綜合評價有了進一步了解，即小麥用藥評價包括了農藥毒性和農藥用量兩個方面。

進一步的因子分析結果表明，在小麥農藥用量的綜合評價中，兩個公共因子的累加貢獻率已達82.07%。而農藥毒性指數在這兩個公共因子上均有較大的載荷，因此毒性指數兼具表達農藥用量水平和農藥毒性強度的意義。

與畝用藥商品量、畝用藥折百量、防治次數這些針對農作物病蟲靶標生物的指標相比，農藥毒性指數主要是表達農藥施用對環境中非靶標生物影響的大小。因此毒性指數的大小也是我們施用到農田中的農藥對環境生物，尤其是對人類影響大小的一個度量。例如阿維菌素和井岡霉素，它們對靶標生物都是高效的。但是它們對環境生物的毒性相差很大，阿維菌素是高毒，而井岡霉素是微毒。

由此我們建議，在農藥減施增效的評價工作中，從綠色防控、保護生態環境的角度來看，作物上農藥的使用不僅僅是減量，應該是在保障防病治蟲，農作物增產增收的前提下，綜合考慮選用毒性指數低的農藥，鼓勵農藥減量化走出一條綠色發展道路。

參考文獻

[1]周真，路奎遠，于輝，等.農藥使用情況調查、存在的問題及建議[J].農藥科學與管理，2010，31（4）：18 -21.

[2]周增輝，陳曉龍，章志云.主要農作物農藥使用中存在的問題與應對措施[J].上海農業科技，2011（2）：25.

[3]金書秦，杜珉.棉農的農藥使用行為及政策建議——基于河北曲周的跟蹤性調查[J]. 中國棉花， 2013，40（5）：1-4.

[4]WILLIAMSON S， BALL A， PRETTY J. Trends in pesticide use and drivers for safer pest management in four African countries [J]. Crop Protection， 2008，27（10）： 1327-1334.

[5]SNELDERA D J， MASIPIQUEN M D， DE SNOO G R. Risk assessment of pesticide usage by smallholder farmers in the Cagayan Valley （Philippines）[J]. Crop Protection， 2007，27（3）： 747 -762.

[6]王淑潔. 農藥毒性[M]∥中國農業百科全書編輯部.中國農業百科全書-農藥卷.北京：中國農業出版社，1993：235-236.

[7]農業部種植業管理司，農業部農藥檢定所. 新編農藥手冊[M]. 2版.北京：中國農業出版社，2015.

[8]唐啟義，DPS數據處理系統[M].北京：科學出版社，2013.

收稿日期：2020- 11-30修訂日期：2021 -01- 06

基金項目：

國家重點研發計劃（2018YFD0200500）

* 通信作者

Email：qytang@zju.edu.cn