在1945之前，農民普遍采用輪作、翻耕、清園等農業耕作方式控制部分害蟲，農作物上只能使用砷酸鉛、煙堿、除蟲菊等少數化學產品。1945年開發和生產的DDT(隨後是HCH、狄氏劑和其他有機氯農藥)開始了化學控制害蟲的時代。起初，DDT和其他化學殺蟲劑顯示了它們的神奇功效。它們操作簡單，見效快，能殺死大多數害蟲。對這些新化學武器的癡迷是狂熱的，它們的使用很快在美國和世界其他地方蔓延開來。
然而，問題很快就出現了。僅在首次使用DDT兩年後，家蠅和其他害蟲就產生了抗藥性。此外，有機氯農藥並不是對所有害蟲都有效。壹些害蟲的天敵也被這些農藥殺死，導致許多非害蟲物種數量激增，成為害蟲。比如蘋果園，由於其天敵被DDT殺死，害蟎數量增加，結果蘋果樹因蟎害嚴重而產量下降。此外，殺蟲劑的副作用不僅限於農田和環境。自然界中可以觀察到被農藥和其他殺蟲劑殺死的魚和鳥。當牛奶和其他食品被發現受到農藥的嚴重汙染時，人們就會密切關註它們。美國於1972禁用DDT及相關有機氯農藥，其他農藥繼續生產和使用。然而，許多新農藥的每公頃使用劑量低於早期農藥，但其毒性卻高得多。它們的優點是不會像DDT和其他壹些早期的殺蟲劑壹樣留在環境中。
2害蟲造成農作物產量損失
據估計，全世界有67，000種不同種類的害蟲危害作物，其中包括約9，000種昆蟲和蟎類、50，000種植物病原體和8，000種雜草。壹般來說，主要害蟲不到5%。在大多數情況下，特定地區的害蟲已經從以當地植物為食轉變為以引入該地區的作物為食。
盡管全球每年投入260億美元，使用250萬噸農藥，並使用各種生物防治和其他非化學防治方法，但有害生物危害每年造成的損失仍占全球食用和纖維作物的35%-42%。據估計，全球範圍內蟲害造成的損失為13%-16%，植物病原體造成的損失為12%-13%，雜草造成的損失為10%-13%。據估計，每年的作物損失價值2440億美元，然而，每投入1美元用於防治，仍可獲得3-4美元的回報。在美國，每年由害蟲造成的農作物損失達到37%(害蟲占13%，植物病原體占12%，雜草占12%)。盡管盡了最大努力通過使用殺蟲劑和各種非化學手段來控制害蟲，但每年被破壞的糧食和纖維作物的總價值達到500億美元。通常每年農藥防治投入約50億美元，可收回約200億美元的損失，即每投入1美元可獲得4美元的回報。非化學控制也可以挽回估計每年200億美元的作物損失。如果沒有農藥和非化學方法，害蟲造成的危害會比現在更嚴重。Oerke等人(1994)估計，世界作物損失將上升到70%。據估計，這種增長將導致每年4000億美元的經濟損失，這將對世界糧食供應產生重大負面影響。美國的作物損失也將上升至63%，這相當於900億美元的經濟損失。
盡管美國在過去50年中增加了殺蟲劑的使用，但作物損失並沒有出現同樣的下降，這主要是因為農業耕作措施的各種變化。從1942至今收集的調查數據來看，雜草造成的損失有所波動，但只是略有下降，從13.8%下降到12%。改進的化學除草措施、機械除草措施和與栽培技術相結合的除草措施是損失減少的原因。同期，包括線蟲在內的植物病原體造成的損失略有增加，從10.5%增加到約12%。這種情況部分是由於作物輪作的放棄，牧場清潔度的降低，以及政府、批發商和零售商對各種作物實施的更嚴格的外觀標準。
雖然在過去40年中使用的合成殺蟲劑的數量和毒性增加了10多倍，但害蟲造成的作物損失約為過去的兩倍。作物損失的增加與美國農業耕作方式的幾個主要變化有關。這些變化包括:種植壹些比過去使用的對害蟲更敏感的作物品種；農藥殺死壹些害蟲的天敵，所以要增加農藥的使用量；害蟲種群抗藥性的發展；輪作的減少導致害蟲種群的進壹步增加；單壹作物耕作制度的增加和作物多樣性的減少；美國美國食品藥品監督管理局(FDA)降低了食品中昆蟲和昆蟲的容許量，迫使果蔬生產商和零售商執行更嚴格的“外觀標準”；增加使用空中施藥技術；農村清潔工作減少，包括忽視清理被害蟲破壞的水果和作物的殘余；減少耕作，在地表留下更多的作物殘留物；農作物種植在對害蟲敏感的氣候帶；除草劑的使用改變了壹些作物的生理機能，從而增加了它們對害蟲的脆弱性。除了生長期蟲害造成的損失，許多農作物在使用前的漫長儲存期也遭受巨大損失。在收獲後的壹段時間內，全世界因害蟲造成的食用作物損失估計平均為20%(從10%到50%不等)。美國收獲後害蟲造成的可食用作物損失估計在10%以下。然而，盡管盡了壹切努力來防止蟲害造成的作物損失，但全球糧食作物的損失仍有50%-60%。到目前為止，通過種植高產品種和增加化肥使用、灌溉和其他礦物能源投入來提高作物產量，彌補了這壹損失。對不可持續的作物損失補償的擔憂和懷疑正在增加，因為肥沃的土壤正在被侵蝕和消失，供水面臨壓力，含水層正在被開采，化石能源供應(特別是在美國)正在枯竭。
3環境和公共健康為使用殺蟲劑付出的代價
在美國，壹些農藥創造的效益彌補了使用農藥造成的公共健康問題和環境汙染。簡而言之，在美國，人類和動物健康的風險以及與農藥使用的環境影響相關的其他經濟成本每年總計超過83億美元。這個保守的估計還不包括危害微生物和野生動物的農藥成本。但如果超過83億美元，每年的農藥使用費價值50億美元，美國每年使用農藥的總成本將上升到約6543.8+033億美元。據估計，通過使用殺蟲劑挽回的作物損失每年高達200億美元。因此，每投入65，438+0美元用於農藥控制，作物價值約為65，438+0.5美元。按照嚴格的成本/收益算法，使用農藥創造的收益是肯定的。
與美國相比，發展中國家的農藥對公眾健康和環境的負面影響更大，可信的年度成本約為6543.8+0000億美元。在這些地區，由農藥造成的人類死亡和疾病的數量非常高，因為關於農藥使用的法律法規在田間或儲存期間並不嚴格，生產者、農民或施用者往往不遵守這些法律法規。美國和大多數發展中國家關於農藥使用的有效法律法規之間的差異可以通過食品中檢測到的農藥殘留來說明。在美國，出售給消費者的食品中約有35%含有農藥殘留，約有1.1%的食品含有超過FDA規定允許值的農藥殘留。此外，在美國市場銷售的進口食品中，約35%含有可測量的農藥殘留，而65，438+0%-3%的進口食品中農藥殘留超過了FDA規定的允許限量。由於殘留檢測是在食品售出後進行的，這意味著公眾正在食用壹些超過允許殘留限量的食品。發展中國家食品中的農藥殘留遠高於美國。例如，印度市場上銷售的食品可以檢測出高達80%的農藥汙染。印度農藥問題的另壹個嚴重跡象是，印度使用的農藥70%是DDT和HCH，而且它們的使用量正以每年6%的速度增加。滴滴涕和六六六是在土壤、水源和生物群落中積累的極其穩定的農藥，因此在美國早已被禁用。然而，隨著這些有機氯農藥使用的增加，預計印度農業系統中的食品汙染將變得更加嚴重。其他發展中國家也有類似的情況。
4害蟲防治的新進展
隨著時代的發展，美國的害蟲防治發生了許多變化，公眾越來越關註與農藥相關的健康和環境問題。控制害蟲的方法的選擇已經擴大到包括許多非化學方法。害蟲控制的主要方法是殺蟲劑、IPM、栽培技術和生物控制。起初，IPM被設計為作為第壹道防線的非化學控制方法，以及作為最後壹道防線的農藥。IPM的發展是通過監測害蟲種群和天敵來確定是否以及何時使用農藥，以便謹慎使用和減少農藥。然而，壹些提倡使用殺蟲劑的團體現在使用IPM來證明他們在害蟲控制中繼續大量使用殺蟲劑。
近幾十年來經常被忽視的栽培技術，如今得到了更頻繁的使用，包括作物輪作、作物多樣性、寄主作物抗性、土壤、水和養分管理的操作技術、種植短季作物、改變種植時間、種植誘蟲植物、誘蟲劑以及這些方法的組合。有時，農業生態系統中的壹個簡單變化，如土壤的耕作方法或作物的種植時間，可以為難治性害蟲提供壹種控制方法。在選擇最合適的害蟲控制策略之前，我們必須了解農業生態系統以及導致害蟲達到爆發水平的不同生態因素。栽培技術和生物防治的實施者必須遵循當地的生態系統，包括土壤和氣候。這種方法是用生態學知識代替殺蟲劑，並開辟了包括不同策略的可能性。雖然這些方法比噴灑更復雜，但長期的好處是顯而易見的。生物防治包括利用捕食性昆蟲、寄生真菌和微生物控制害蟲種群，提高所有天敵在農業生態系統中的作用，引入天敵控制害蟲，釋放或施用天敵，包括抑制害蟲種群的微生物。
經典的生物防治依靠從害蟲的源頭引入天敵來控制害蟲。生物防治的壹些成功例子總是與近年來引入澳大利亞瓢蟲以控制加利福尼亞的澳大利亞介殼蟲和引入寄生蟲以控制非洲的木薯介殼蟲聯系在壹起。即使是成功的經典生物控制方法也總是受到限制。在實施這種生物控制策略時，通常忽略了在任何給定的地理區域中30%至80%的害蟲是該區域的原生害蟲，它們已經從以未栽培的植物為食轉變為以引入該區域的作物為食。例如，美國科羅拉多州的馬鈴薯甲蟲從以壹種雜草為食轉變為以引進的馬鈴薯為食。傳統的生物防治方法難以控制大量的局部害蟲。事實上，大約20種天敵通常只有65，438+0種成功，這促進了生物防治中壹種“新聯合”方法的發展。可以通過防控引入澳大利亞的歐洲兔來說明，因為歐洲兔很快就會成為那裏的害蟲。將所有與歐洲兔有關的天敵引入澳大利亞，也很難控制歐洲兔。最後發現了與南美兔有關的粘液瘤病毒，並傳入澳大利亞。
然而，粘液瘤病毒對南美兔的影響很小或沒有影響。不過南美粘液瘤病毒和歐洲兔子的新關聯很好。該病毒首次在歐洲兔群中傳播時，殺死了90%以上的兔子。當病毒對兔子產生毒性，並達到寄生蟲和新宿主之間的自然平衡水平時，逐漸存活的兔子對病毒產生了抗病性。兔群有所增加，但粘液瘤病毒仍保持40%左右的防治效果。這種控制水平足以讓許多其他捕食者有效地將兔子數量保持在令人滿意的控制之下。“新聯合”法的另壹個成功應用是在南美哥倫比亞防治馬尾松毛蟲。在弗吉尼亞發現了與馬尾松毛蟲種群有關的寄生蜂，並引入哥倫比亞。馬尾松毛蟲與寄生蜂的新關系提供了有效的防治效果。壹般來說，大約40%的成功生物防治是由於采用了“新結合”方法。由於這種方法可以成功地控制本地和外來害蟲，這種探索方法的利用正在不斷發展。幾十年來，寄主植物的抗病性壹直是植物病原物防治中占主導地位的非化學防治方法。由於育種的結果，75%到100%的所有栽培作物在某種程度上發展了寄主植物對植物病原體的抗病性。科學家還成功培育了植物對壹些害蟲的抵抗力，如小麥癭蚊。現在，隨著基因工程的有效性，宿主植物的抗性在控制害蟲和植物病原體方面具有更大的潛力。
5與常規方法相對應的合理生態農業
實施不同的栽培技術，減少大量的化學物質，包括農藥和化肥，有利於減少化學物質對土壤、水源和食物的汙染。因此，與人類疾病和死亡以及農業生態系統退化有關的化學品的使用減少了。通過精心管理，控制了水土流失，從而保護了水土資源。此外，牲畜糞便的有效管理和利用提高了土壤肥力，減少了環境汙染。
傳統玉米生產系統和改進系統之間的區別包括幾個合理的環境控制措施(見下表)。傳統系統依靠化學蟲害控制和化學肥料來提供土壤養分。改進後的系統不使用農藥，耕作取代了除草劑，作物輪作用於蟲害控制，有機肥取代了大部分化肥。在常規系統中，玉米年產量為每公頃7000公斤，成本為523美元，總能耗為780多萬大卡。該系統每年造成的土壤侵蝕約為20t/hm2，蟲害造成的作物損失為12%，環境破壞造成的損失估計為230美元/hm2。在改進的系統中，不僅玉米產量高於常規系統(總產量為8000kg/ hm2)，而且成本也較低(337美元/ hm2)。蟲害造成的作物損失為3.5%，明顯低於常規系統的12%。土壤侵蝕從傳統系統的每年約20噸/公頃減少到改進系統的每年不到1噸/公頃。1t/ hm2的年侵蝕率相當於土壤本身的可容忍水平。此外，改進系統的礦物能源投資僅為常規系統的壹半，總生產成本每年降低36%，僅為337美元。隨著礦物能源資源的不斷萎縮和變得越來越昂貴，減少能源投入將成為農業生產的當務之急。
在改進後的系統中還采用了壹些附加的合理處理措施。謹慎使用有機肥料可以減少地表水和/或鄰近水源的汙染。有機肥料及其寶貴的養分也得到更有效的利用。有機肥和土壤中有機質的循環利用有助於減少土壤侵蝕。選擇合適的作物，如大豆和玉米輪作，可以減少玉米短體線蟲、玉米疾病和許多典型的雜草問題。玉米和大豆輪作比單獨種植更合適。這種輪作解決了玉米短體線蟲的問題，用農藥控制這種線蟲成本很高。覆蓋作物，尤其是豆科覆蓋作物如紫花苜蓿或越冬野豌豆，不僅減少雜草問題，更重要的是減少水土流失，保持土壤養分。覆蓋著豆類的作物被犁入土中以獲取和儲存養分。雖然覆蓋作物和耕作取代了除草劑，但這只是證明了除草劑在玉米系統中是可以被取代的。在某些情況下，結合耕作使用除草劑更有利。
總之，改良系統獲得的產量高於常規玉米系統，同時減少了農藥和化肥的使用，保持了水土資源。
6減少殺蟲劑的使用
從世界幾個地區的報告可以看出，當害蟲防治的研究集中於害蟲生態學時，可以開發相應的方法，在不降低作物產量的情況下，減少33%-75%的農藥使用量。例如，在危地馬拉，壹旦實施保護許多能控制潛在害蟲的天敵的策略，控制棉花害蟲的農藥用量可減少1/3以上，產量可增加15%，壹些棉農的收入每年可增加1萬美元以上。在印度尼西亞，每年在生態研究上投資100萬美元的獎勵是培訓農民保護天敵的推廣計劃。根據危地馬拉使用的類似方法，印度尼西亞稻田農藥使用量減少了65%，而產量增加了12%。印尼政府可以將支付給農民的農藥補貼減少2000萬美元。在美國紐約州實施IPM策略，甜玉米生產商減少55%-65%的農藥使用量，同時每年節省50萬美元並保持高產。紐約州其他作物的農藥使用也減少了。據估計，在美國減少殺蟲劑的使用每年至少可以節省5億美元。除了美國、印度尼西亞和危地馬拉之外，瑞典、挪威、安大略省、丹麥和荷蘭也采取了有效的策略來減少50%-75%的農藥使用。
結論
盡管全世界農作物使用了250萬噸農藥和各種非化學防治方法，但所有潛在的食用和纖維作物因害蟲造成的產量損失仍達到40%以上，引起了人們的廣泛關註。當農業生產僅僅是為了滿足不斷增長的人口的基本需求時，這種程度的損失還會持續下去。事實上，在未來20年內，這些供應至少要增加3倍，可耕地面積將因人口增長和水土流失而逐漸減少。此外，淡水短缺越來越嚴重，化石燃料的供應也在逐漸減少。如果蟲害控制研究集中於整個農業生態系統，蟲害造成的作物損失將大大減少。殺蟲劑的使用將會繼續，尤其是對某些作物，但只會在必要時合理使用。據估計，在不降低作物產量或實際降低新鮮水果和蔬菜的“外觀標準”的情況下，農藥的使用量將減少50%。減少殺蟲劑的使用將降低蟲害控制的成本，保護公眾健康，改善所有國家的環境。