生态城市—基于杀虫剂控制的分析
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生态城市—基于杀虫剂控制的分析
小组成员
廖俊豪
籍贯：河南省
贡献：杀虫剂管控分析提供法律支持和可能的解决措施
现就读于清华大学法学院
逻辑模型
杀虫剂发展历史
低效杀虫剂时代
早期的杀虫剂多为天然矿物质和植物提取物，杀虫的效力不高，但也并未产生严重的环境污染。
| 时间 | 地点和人物 | 事件 |
|---|---|---|
| 公元前1000年 | 古希腊，Homer | 提出硫磺作为熏蒸剂杀虫 |
| 古罗马 | Pliny长老 | 砷作为杀虫剂，提出用橄榄油处理豆科植物种子防治害虫的方法 |
| 公元前100年 | 罗马人 | 应用藜芦控制田鼠、害虫 |
| 公元900年 | 中国 | 砷制计防治园林害虫 |
| 1690年 | 烟草提取物 | 当作新发现的有效杀虫剂 |
| 1848年 | 鱼藤酮 | 报道具有杀虫剂的使用前景 |
| 1858年 | 美国 | 除虫菊，推广使用，防治害虫 |
科学合成的萌芽：
19C中，砷化合物的研究，导致1867年巴黎绿（一种亚砷酸铜）的普及，在美国：控制克罗多甲虫的蔓延，1900年成为第一个立法的杀虫剂； 20C30年代，植物保护领域应用，成效不大（仍为无机化合物以及植物提取物）
高效杀虫剂时代
20C30年代后直至WWII末期，新农药研制进入了行业的春天——
- 有机杀虫剂DDT（瑞士）
- 有机磷酸酯杀虫剂（德国）
- 氨基甲酸酯类：从高毒的克百威，灭多威减毒到低毒的丁硫克百威，硫双灭多威，丙硫克百威，棉铃威等
- 杂环化合物
在二战之后，也就是50年代后期阶段，杀虫剂本身伴随着时代的潮流也在不断顺应着人们的需求，大的趋势是对杀虫剂减毒，新型农药的合成，寻找替代性方案。
【杀虫剂的减毒】：
- 广谱性杀虫剂毒性的减弱：如阿维菌素对高等动物的毒性将至最低点，甚至可以直接喂食
【新型农药的合成】：
- 1983年，开发氟胺氰菊酯对蜜蜂安全
- 1987年，开发的七氟菊酯是第一个应用在地下防止害虫的品种
- 1993年，氯化烟酰类杀虫剂，独特的作用机理，强有力的内吸杀虫作用，颇受社会的赞誉
- 吡啶类杀虫剂，吡蚜酮，激励不想，控制刺吸式口器害虫
- 吡咯类杀虫剂，干扰呼吸作用，氧化磷酸化中断死亡
- 苯甲酰苯脲类化合物（机理：影响几丁质合成（酶活性的影响机制不明确））
【寻找替代性方案】：
- 仿生合成：昆虫保幼激素及类似物、蜕皮激素及类似物的仿生合成，干预生活周期
- 生物防治
杀虫剂污染简介
杀虫剂对自然环境的污染
杀虫剂对水环境的污染
【造成污染的方式】
在城市绿化中使用杀虫剂，杀虫剂可能通过杀虫剂流失的方式对水环境造成污染——杀虫剂被雨水冲刷进入并污染地表径流，或者杀虫剂随雨水下渗至土壤层中并最终污染地下水。
【危害】
- 影响水质，导致水质下降甚至使水质不符合相关标准；
- 危害水生生物，主要是危害鱼、虾等生物
【影响因素】
杀虫剂的流失量与杀虫剂性质、土壤性质、农业措施和气候条件有关。
根据研究，一般来说旱地中的流失量是不多的，在0.46%~2.21%范围内，但在施药后即下暴雨时的极端流失量是较大的，高的可达10%以上。
通常对于水溶性的杀虫剂，质地轻的砂土和病虫草发生期降雨量大的地区，容易发生杀虫剂的流失而污染水环境，反之则相对较轻。对于脂溶性杀虫剂，它们难溶或不溶于水，能附着于土粒表面，并随降雨径流进入水环境，但对水环境的污染一般要比水溶性杀虫剂轻。。
杀虫剂对土壤的污染
【造成污染的方式】
在城市绿化中使用杀虫剂，杀虫剂可能通过以下三种方式对土壤造成污染——
- 杀虫剂直接进入土壤，包括土壤施用的一些防治地下害虫的杀虫剂和拌种剂，后者为防治线虫和苗期病害与种子一起施入土壤。
- 有相当部分的喷撒于绿化地区的杀虫剂落于土壤表面而间接进入土壤。
- 随大气沉降、灌溉水和动植物残体而进入土壤。除大气沉降起一定作用外，对于短残留杀虫剂因灌溉水和动植物残体而进入土壤的杀虫剂是微不足道的。
【危害】
杀虫剂进入土壤之后，既可能继续下渗而污染地下水，又可能被植物吸收而影响植物生长。
【影响因素】
按第二种途径进入土壤的杀虫剂百分比与杀虫剂的施用时期、作物生物量、剂型、施药方式和风速等因素有关，其中，与作物生物量的关系尤为密切——作物越多、叶面积越大，则落于叶面的杀虫剂越多，而进入土壤的杀虫剂越少。
一般情况下，进入土壤的杀虫剂百分比在生物生长前期大于生长中后期；颗粒剂大于粉剂；杀虫剂为雾剂时，雾滴大的大于雾滴小的；静风大于有风。
杀虫剂在土壤中的移动性决定了杀虫剂在土壤剖面中的移动程度、污染地下水的可能性和被植物根系吸收的难易程度。一般来说，水溶性杀虫剂极易在土壤剖面中下渗，易污染地下水，易被植物吸收；脂溶性杀虫剂容易被土壤粘粒和有机质吸附，不易在土壤剖面中移动，杀虫剂主要分布在土壤表面或施药层中，不易被植物吸收。此外，农作物易从砂质土中吸收杀虫剂，而从粘土和有机质土中比较困难。
杀虫剂对空气的污染
【造成污染的方式】
在城市绿化中使用杀虫剂，杀虫剂可能通过以下两种方式对空气造成污染——
- 施药时如果将杀虫剂施于空气中，则最初就有杀虫剂进入空气；
- 施药后，由于蒸发和挥发作用，被处理目标上的杀虫剂和土壤中的杀虫剂向空气中扩散。由于空气流动，空气中杀虫剂逐渐发生扩散和稀释。
【危害】
- 影响空气质量；
- 可能使附近其他农产品受到杀虫剂的污染。
【影响因素】
- 施药方式：使用小型机动喷雾器和手动喷雾器引起的大气污染比航空喷药和大型喷雾器小。
- 杀虫剂剂型：气雾剂和粉剂污染相对严重
- 杀虫剂挥发性：易挥发性杀虫剂污染相对严重，长残留杀虫剂在大气中的持续时间长从而污染的时间长。
- 气象条件：在其他条件相同时，风速起着很大作用，高风速增加空气中含有杀虫剂的区域的面积和进入其中的杀虫剂的量。
总结
总结一下，杀虫剂对自然环境的影响可分为对水环境的影响、对土壤的影响和对空气的影响，如下表所示。
表-杀虫剂对自然环境的影响
杀虫剂对生物体的影响
杀虫剂与人类健康
杀虫剂的应用也带来了人类的健康问题。杀虫剂的化学配方高达3.5万种以上，其中常用的配方大概有1400余中。其中，将近100具有致癌效应，加上检验过程中可能存在的漏洞，实际能够致癌的杀虫剂数量应当远超于此。此外，不同成分之间可能存在的未知反应，加大了杀虫剂的使用风险。
生活环境潜在的“杀手”
2007年，来自美国一项基于杀虫剂对于5至27个月的婴幼儿（基于Salinas Valley of Monterey County）健康影响的研究当中，发现在婴幼儿经常接触到的媒介中，家庭灰尘、衣物、湿巾、短袜当中发现杀虫剂如毒死蜱（chlorpyrifos）、敌草索（chlorthaldimethyl）的概率高于其他媒介（90%-100%）。除此之外，尽管概率不高，在食物当中也发现了杀虫剂如4,40-DDE、莠去津（atrazine）、狄氏剂（dieldrin）的存在。
这项研究意味着，尽管在现在对杀虫剂管制严厉的现在，在我们的日常饮食、生活器具中仍能发现它们的身影。它们可以存在于空气中、灰尘里、甚至在饮用水中。这也就意味着，杀虫剂很有可能，正在影响现在的你和我。
杀虫剂对于身体的危害
杀虫剂由于本身的疏水性质，会随着杀虫剂的摄入缓慢地富集在生物体的脂肪组织中，一旦富集的量超过一定标准，这将会给生物体带来潜在的危害。此时，若选择剧烈运动或者节食减肥，由于脂肪的损耗，使得一起储存的杀虫剂分子释放，进入循环系统，进而对其他组织、器官产生影响。
短期的杀虫剂接触可能会使得接触者产生恶心、胸闷、眼睛疼痛、头晕等现象，长期的杀虫剂接触则会对生物的神经系统、免疫系统、生殖系统等产生严重的损害。
影响神经系统
- 影响：对于记忆能力、嗅觉（嗅球等神经团）、周围神经系统的损害
以有机磷杀虫剂解释杀虫剂对于神经系统的影响
有机磷通过与胆碱酯酶结合，形成磷酰化胆碱酯酶，抑制胆碱酯酶的活性，进而导致体内乙酰胆碱的含量增加。
增加的乙酰胆碱持续作用于两类主要受体上，对生物活动产生影响：
1.毒蕈碱型受体：乙酰胆碱与此类受体的结合会激活副交感神经末梢，表现为心脏活动抑制，支气管胃肠壁收缩，瞳孔插约肌和睫状肌收缩，呼吸道和消化道腺体分泌增多等。
2.烟碱型受体：乙酰胆碱与此类受体的结合，引起节后神经元和骨骼肌神经终极产生先兴奋、后抑制的效应。
此外，增加的乙酰胆碱会破坏兴奋和抑制的平衡，引起中枢神经调节功能紊乱，过量的乙酰胆碱甚至会抑制中枢神经的活动、引起昏迷等症状。
对于那些会导致胆碱酯酶不能复能的杀虫剂，体内的过度积累可以造成迟发影响，如引起周围神经和脊髓长束的轴索变性，发生迟发性周围神经病。
另外，基于膜翅目昆虫的相关研究也发现，新烟酰类杀虫剂（neonicotinoid）等在后高效杀虫剂时代兴起的“新秀”也会对生物体的记忆能力、嗅球等产生损害。
影响免疫系统（未完成）
- 影响：对于B、T细胞的分化影响、对于白细胞介素（IL）分泌的影响
1988年，一项基于有机磷杀虫剂经由进口急性中毒对于免疫系统的影响的研究显示，
影响生殖系统
- 主要影响：对生殖细胞发育分化的抑制、导致内分泌系统的紊乱
一项基于对阿根廷某杀虫剂使用频繁的重要农业产区的189名不育男性的研究表明，这些男子精液中的精子数量和活力均远远低于正常水平，并且激素分泌受到了严重干扰。与正常男性相比，长期生活在使用杀虫剂环境中的男性的雌二醇分泌增加，而对睾丸起重要刺激作用的促黄体生长素分泌减少。（吕克·姆尔蒂涅）
影响端粒酶的活性
- 影响： 端粒的长度影响、端粒酶的活性
端粒酶（Telomerase），是基本的核蛋白逆转录酶，可将端粒DNA加至真核细胞染色体末端。端粒酶在保持端粒稳定、基因组完整、细胞长期的活性和潜在的继续增殖能力等方面有重要作用。在正常人体组织中，端粒酶的活性被抑制，但在肿瘤中被重新激活，因而端粒酶常与肿瘤的发生相关。因此，端粒酶的活性与人类的身体健康有着重要影响。
2015年，一项由Tim S. Nawrot主导的研究显示，端粒的长度实际上会受到是否暴露在杀虫剂环境的影响。在测试了57中常用的杀虫剂后，他们最终得到RTL（端粒长度）实际上是与杀虫剂的暴露紧密相关的，具体为：
1.端粒缩短：2,4-D、二嗪农（diazinon）、苏达灭（butylate）、马拉硫磷（malathion）
2.端粒增长：草不绿（alachlor）
Tim S. Nawrot小组的研究成果揭示暴露在杀虫剂环境中，通过杀虫剂的逐渐累积，会影响到真核生物的端粒长度，而这一点也暗含了可能的对端粒酶一活性的影响。
杀虫剂安全使用标准
表-推荐的杀虫剂需要具备的性质 文件:杀虫剂选用指南.jpg
品种选择指南
- 毒性：选用（对于非防治对象生物）急性毒性低的杀虫剂——既可以降低绿化工作人员在施药时发生农药中毒事故的概率，也可降低残留的杀虫剂对非防治对象生物的毒害程度。
- 选择性：选择性大，即药剂对于害虫、病菌、杂草等防治对象的毒性和对于益虫、作物、人畜、鱼贝类等非防治对象生物的毒性差异大——以减少杀虫剂对环境中其他生物的影响和污染。
- 残留性：在一定时期内连续不断地发生病虫害时，选用残留期较长的杀虫剂；一般来说，选用的杀虫剂分解性要适当，往往分解性稍大比较好——以减少杀虫剂对水环境、土壤、大气、环境中其他生物以及农作物的污染。
- 水溶性杀虫剂 与 脂溶性杀虫剂：选择脂溶性杀虫剂——以减少杀虫剂对水环境和土壤的污染。
剂型与施药方式选择指南
为了减轻杀虫剂对大气的污染，在杀虫剂的剂型选择方面，优先选用颗粒剂，其次是乳剂和水剂。如果需要使用粉剂，则建议减少粉剂中粒径小于10微米的微粒并使粉剂平均粒径从10微米增加到20微米，或者在杀虫剂中加入加重剂。而在施药方式选择方面，优先使用小型机动喷雾器或手动喷雾器施药。在杀虫剂施于土壤表面后，建议马上将其翻入土层中。
推荐使用的杀虫剂
- 有机磷类：马拉硫磷（主要制剂：45%马拉硫磷乳油、1.8%马拉硫磷粉剂等）、杀螟松（主要制剂：50%杀螟松乳油）等；
- 氨基甲酸酯类：仲丁威（主要制剂：25%仲丁威乳油）等；
- 拟除虫菊酯类：氯氰菊酯（主要制剂：10%氯氰菊酯乳油）、溴氰菊酯（主要制剂：2.5%溴氰菊酯乳油）等；
附注：它们的一些基本性质见下表。
表-推荐杀虫剂的基本性质 文件:杀虫剂推荐-表.jpg
杀虫剂替代性方案
仿生合成
仿生合成(biomimetic synthesis) 指的是模仿生物体内的反应和天然物结构进行合成的过程，是创制新型杀虫剂的重要方法，可以作为传统杀虫剂的替代性方案。
仿生合成需要事先对生物体内的反应和天然物结构与活性的关系要有深入的了解，并以此生化机制为基础进而合成新型杀虫剂。
按照所模拟的生物分子划分，仿生合成可以分为基于天然杀虫效应分子的仿生合成和生物体调控分子的仿生合成。
其中，基于天然杀虫效应分子的仿生合成是高效杀虫剂时代寻找有效杀虫效应分子的主要方法。这类仿生合成是基于已经存在的天然杀虫剂效应分子，对它的结构进行模拟合成。并通过必要的化学修饰，起到减毒作用。最早的合成案例是颠茄酮的合成，紧接着，拟除虫菊酯类杀虫剂、氨基甲酸酯类杀虫剂、沙蚕毒类杀虫剂等的仿生合成方法也被相继提出。
基于生物体调控分子的仿生合成是指合成生物体中的调控分子，以达到对于防治对象生物数量的控制。通常，可以选择的合成激素包含昆虫的蜕皮激素和保幼激素。常常会对这种激素的合成进行化学修饰，增加激素的半衰期，增强激素的作用效果。蜕皮激素和保幼激素类似物的使用，能够阻止昆虫的蛹化、延长昆虫的生命周期，以此来改变某个昆虫种群的年龄构成。因此，可以说，这类仿生合成对人类的危害几乎为零。
【加附注：保幼激素，是一类保持昆虫幼虫性状和促进成虫卵巢发育的激素；蜕皮激素：是从鸭跖草科植物珍珠露水草根部提取得到的一种活性物质，能调控昆虫的发育】
生物农药
生物农药（Biological pesticide)是指利用生物活体（真菌，细菌，昆虫病毒，转基因生物，天敌等）或其代谢产物（信息素，生长素，萘乙酸，2，4-D等）针对农业有害生物进行杀灭或抑制的制剂，又称天然农药。其中包括由以虫治虫、以鸟治虫和以菌治虫构成的生物防治技术。常见生物农药（及生物防治技术）及其作用见下表：
| 名称 | 类型 | 作用及特点 |
| 苏云金芽胞杆菌 | 细菌类 | 微生物源广谱低毒杀虫剂，毒素使害虫停止进食并死于饥饿 |
| 核型多角体病毒（NPV） | 病毒类 | 选择性极强，对目标昆虫以外生物无影响，效果长远，性质稳定 |
| 白僵菌 | 真菌类 | 防止蚜虫、蛴螬、玉米螟等，无残留无抗性，高选择性 |
| 诱虫烯 | 昆虫代谢物 | 用作雌、雄家蝇的性引诱剂，干扰交配，有时作为毒物和杀虫剂混用 |
| 尼古丁（烟碱） | 植物提取物 | 17世纪开始使用，近期发现对传粉昆虫可能有不利影响 |
| 井冈霉素 | 微生物代谢物 | 由放线菌产生，易被病原体吸收，主要用于防治水稻纹枯病等 |
| 寄生蜂 | 寄生性天敌 | 是多物种的统称，最常寄生于鳞翅目昆虫的卵或幼虫体内，选择性极强 |
上表涵盖了生物农药的大部分类型，但仍有许多技术尚在研发当中。由于生物农药的广效性普遍较差，成本较高且有效期较短，目前生物农药的市场占有率还很低，但其预估的市场增长率远超传统的化学农药。
生物农药的优点有：
1.选择性强，几乎对非目标生物没有杀伤力，对人畜及食物链上的其他生物较为安全。
2.对生态环境的影响小。生物农药的成分来自于自然生态系统，极易被日光、植物和各种微生物分解。
3.生物农药具有明显的后效作用。比如运用信息素诱杀某雄性害虫，该种群繁衍必然受到极大影响，从而使来年种群数量急剧下降。若使用病原体，还会在一定范围内传播疾病，对后代数量亦会造成抑制作用。
4.不易产生抗药性
5.可利用农副产品加工，不需要利用不可再生能源。
抗性作物
即选育具有抗性的作物品种防治病虫害，如选育抗马铃薯晚疫病的马铃薯品种、抗花叶病的甘蔗品种，抗镰刀菌枯萎病的亚麻品种、抗麦杆蝇的小麦品种，都已经取得成果。该技术可能涉及到转基因农作物。植物抗虫性的表现见下表：
| 性质 | 含义 |
| 忍耐性 | 虽受有害生物侵袭，仍能保持正常产量 |
| 抗生性 | 能对有害生物的生长发育或生理机能产生影响，抑制它们的活力，生殖和发育 |
| 无嗜爱性 | 作物对有害生物不具有吸引能力 |
城市杀虫剂管控公约
第一章 总则
1. 为保护和改善环境，防治污染和其他公害，保障公众健康，实现A城杀虫剂合理使用，制定本公约。
2.本公约所称的杀虫剂是指用于防治农业害虫和城市卫生害虫的药品总称。
3.在A城管辖区域内从事下列活动需遵守本公约：
（一）杀虫剂的生产经营
（二）杀虫剂的使用
（三）生物防治、仿生合成药品的使用
（四）其他防治农业害虫和城市卫生害虫活动
4.杀虫剂的使用应以生物防治、仿生合成手段用尽的前提下，按照最小损害原则实施。 5.本城公民以及相关单位都有协助杀虫剂管控的义务。
公民应当增强环境保护意识，参与杀虫剂管控的相关事务。
企业和其他生产经营者应该防止、减少杀虫剂污染，对所造成的损害依本公约承担责任。
杀虫剂管控委员会应当对本城的杀虫剂管控工作负责
6. 对杀虫剂管控有显著成绩的单位和个人，由公民集体决策后给予奖励。
第二章 基本管理制度
7.本城公民必须参与杀虫剂管控委员会成员选举活动，拥有选举权具有杀虫剂相关领域的专业知识和经历者拥有选举权与被选举权；
8.本城公民必须参与城市绿化企业招标工作，选举产生中标企业；
9.本城公民有权监督杀虫剂管控委员会工作，相关企业经营状况，以及其它杀虫剂管控事务，并反映意见，但不得恶意举报；（有城市区块链记录）
10.城市绿化建设、虫害防治由城市绿化企业负责；合同有效期为三年。
11.杀虫剂管控委员会成员由本城公民选举产生，且必须具有杀虫剂相关领域的专业知识和经历；委员任期为三年，可连选连任。
12.杀虫剂管控委员会负责组织城市绿化企业招标工作；
13.杀虫剂管控委员会负责本公约的实施工作，监督城市杀虫剂使用情况；
第三章 杀虫剂管控措施
15.禁止在本城生产、经营、销售和使用水溶性杀虫剂；本公约所称的水溶性杀虫剂是指具有亲水性的农药。
16.杀虫剂管控委员会必须出台并定时更新《杀虫剂安全使用标准》，指导城市绿化企业杀虫剂的选择与使用。
17.城市虫害的治理必须优先采用生物防治手段或仿生合成药品；上述手段难以奏效的，经杀虫剂管控委员会批准，可以使用杀虫剂。
18.企业施用杀虫剂的方式，必须合乎《杀虫剂安全使用标准》的相关规定。
19.城市绿化企业使用杀虫剂时，必须有杀虫剂管控委员会派出专人现场监督；杀虫剂选择和施用违反《杀虫剂安全使用标准》相关规定的，必须及时叫停。
20.杀虫剂管控委员会接收到公民举报的，必须及时调查，公示处理结果；
21. 杀虫剂管控委员会每年要采集本城杀虫剂使用数据，监控杀虫剂污染情况，对本年度的杀虫剂管控工作进行评价，公示《杀虫剂管控工作报告》；
第四章 法律责任
22.城市绿化企业违反公约规定的，应当及时消除影响，赔偿损害；再犯的，合同自动解除并赔偿损害，直接责任人禁止其进入城市公园等公共绿化场所三年。
23.杀虫剂管控委员会违反公约规定的，应当及时改进工作；情节严重的开除直接负责人公职，禁止其进入城市公园等公共绿化场所三年，并剥夺其参与杀虫剂管控委员会成员选举活动的权利。
24.一年内多次被举报工作不力的，经查实，开除直接负责人公职，禁止其进入城市公园等公共绿化场所三年，并剥夺其参与杀虫剂管控委员会成员选举活动的权利。
25.公民多次拒绝参与杀虫剂管控委员会成员选举活动的，禁止其进入城市公园等公共绿化场所一年。
26.公民违反本公约规定的，需要公开道歉，消除影响，赔偿损害；情节严重的，要公开道歉，消除影响，赔偿损害，禁止其进入城市公园等公共绿化场所一年，并剥夺其参与杀虫剂管控委员会成员选举活动的权利。
参考文献
经典文献
课程推荐文献
劳伦斯·莱斯格：《代码2.0 网络空间中的法律》 李旭 沈伟伟译 清华大学出版社
班级共享文献
[1] 张大弟, 张晓红. 农药污染与防治[M]. 第1版. 北京: 化学工业出版社, 2001.
[2] 日本环境厅水质保全局土壤农药课. 农药污染[M]. 第4版. 北京: 农业出版社, 1983.
[3] 赵善欢. 植物化学保护[M]. 第3版. 北京: 中国农业出版社, 2000.
[4]柳琪, 滕葳. 农药施用技术与残留危害风险评估[M]. 第1版. 北京: 化学工业出版社, 2009.
[5] 张世超 王小珊 宁志禹. 《超越学科的认知基础》第2组：学习报告
