高度危险农药的区域禁令对农业产量的影响:喀拉拉邦的情况

背景

在低收入和中等收入国家，从农业生产中去除高度危险的农药对于确保社区和环境卫生以及农民的职业安全至关重要。然而，尽管来自亚洲国家的证据表明，限制农业使用高度危险的杀虫剂并不会影响作物产量，但这种方法却因威胁到粮食生产而受到质疑。2011年，印度喀拉拉邦禁止使用14种高度危险的农药，农药中毒死亡人数显著减少。

客观的

我们的目标是确定喀拉拉邦的农药禁令是否影响了农业产量。

方法

我们收集了喀拉拉邦农业部门在2004年至2018年期间公布的8种使用了禁用杀虫剂的主要作物的农业产量、耕种面积和降雨数据。对喀拉拉邦14个地区的作物产量(总产量/耕种面积)和降雨趋势进行了汇总，并使用联合点回归进行了分析。对这些趋势进行了评估，以确定与农药禁令可能存在的联系。

结果

联合点回归分析显示，在农药禁令实施的那一年(2011年)或随后的一年(2012年)，没有证据表明这八种作物的产量趋势发生了任何变化，这表明禁令对作物产量的影响可以忽略不计。在整个期间，喀拉拉邦观察到总体降雨量主要减少的稳定趋势，在农药禁令前后没有任何变化。没有证据表明地区降雨量的变化可能抵消农药禁令对作物产量的任何潜在不利影响。2018年之前的产量波动可以用降雨变化、土地使用变化和农业政策来解释。

结论

我们没有发现任何证据表明喀拉拉邦的农业产量受到了不利影响，而这可以归因于禁止使用高度危险的农药。这项工作提供了进一步的证据，证明这类农药可以在不影响产量的情况下退出农业使用。在2018年全国对12种农药实施禁令后，需要对整个印度进行进一步研究，以确定禁令在邦一级的影响。

除害剂对人类健康及福祉构成威胁[1］．它们对环境造成危害，污染食物和水，并由于对非目标物种的负面影响而威胁有益的生物多样性[2，3.］．对高危农药的使用进行更严格的控制可以带来一系列好处:减少农业社区的农药自杀率[4，5]，防止长期接触对人类健康造成的损害[6，7]，以及保护自然生态系统[2］．农药管制和禁令经常引起争议，因为它们被认为可能会降低作物产量。然而，来自印度的实地研究表明，与传统农业技术相比，诸如农药综合管理(IPM)和农业生态学等可持续方法不会显著降低产量或增加农民成本[8，9，10，11］．

农药自杀是亚洲农村社区的一个特别问题，全球每年约有11万至16.8万人死于农药自杀[12］．据印度官方报告，2019年有24064人死于农药自我中毒[13]，但社区层面的研究显示，实际数字可能约为三倍，约为每年70,000人[12，14］．许多农药自杀可以通过限制手段来预防[15] -禁止使用高度危险的除害剂[16，17，18] -如斯里兰卡所示[4，19),孟加拉国(5)、印度(20.，韩国[21]和台湾[22］．禁止使用毒性小得多的农药后的自我中毒大大降低了死亡风险[17] -正如在高收入国家所观察到的，在这些国家，很少有人能获得杀虫剂，大多数自我中毒是药物所致，很少有人死于自我中毒[23］．

农场工人长期接触农药与呼吸系统疾病、神经退行性疾病和某些类型的癌症等健康问题有关[6，7，24］．印度的实地研究报告了农场工人对健康的其他不利影响，如肌肉疼痛、头痛、视力模糊、颤抖、睡眠障碍和心脏问题[25，26，27］．食品中的农药残留与免疫抑制、激素紊乱、生殖缺陷和癌症等慢性健康影响有关，即使在低剂量接触下也是如此[28，29，30.，31］．印度的食物样本被发现超标[32，33这表明需要在全国范围内扩大对高危农药的禁令。

危险农药对环境的有害影响一直是联合国机构和国际社会关注的一个问题[34，35］．许多有害农药与环境污染有关，并对有益的生物多样性构成威胁，因为它们对蜜蜂和蚯蚓等非目标物种产生毁灭性影响[2］．喷洒杀虫剂会导致空气、土壤和水污染，而使用更安全的配方或自然耕作技术可以防止污染。[36］．与常规农田相比，有机农田的植物物种丰富度是常规农田的5倍，传粉昆虫种类是常规农田的20倍，蚯蚓的数量也是常规农田的20倍[37，38］．

虽然杀虫剂对环境造成的危害和公共健康风险可以通过禁止使用加以减少，但对限制或禁止销售的农药管制的一个主要反对意见是担心其对农业产量的潜在影响[39，40，41］．如果产量下降，这将对农业社区的生计产生负面影响，反映在粮食商品贸易的变化中，减少区域粮食自给自足和提高价格，并最终影响粮食安全[42］．然而，来自孟加拉国、韩国、斯里兰卡和台湾的研究表明，农药禁令并不影响农业产量[21，22，43，44］．此外，来自印度其他地区的实地研究表明，与传统农业技术相比，IPM和农业生态学等可持续方法不会导致产量显著下降或农民成本显著增加[8，9，10，11］．

继2018年首次在全国范围内禁止使用16种农药后，印度政府提议在2020年禁止使用27种农药(方框1) [45］．该计划遭到农药行业的强烈反对，理由是担心农业产量下降，目前仍在检讨中[46，47］．2011年，喀拉拉邦政府禁止使用14种高风险农药1)，同时建议每种禁用除害剂的替代品[48］．该邦早在2005年就已经禁止了有机氯杀虫剂硫丹，比印度全国范围内的禁令早了6年。20.］．这些禁令导致该州农药中毒死亡人数下降[20.]，但它们对农业的影响尚未得到研究。

我们在这里的目的是评估2011年农药禁令对喀拉拉邦主要作物产量的影响。对邦级产量趋势的分析可能有助于制定国家农药监管政策，从而消除印度农业中的高危农药。如果实施这一全国性禁令，将是通过保障占印度人口约一半的农民和农业劳动者的健康，朝着减少农药自杀死亡和提高农业安全标准迈出的重要一步[49］．

研究背景

喀拉拉邦是印度南部最小的邦，人类发展指标明显较好，识字率较高，婴儿死亡率较低，出生时预期寿命高于全国平均水平[50］．16.7%的人口依赖农业及相关活动[51尽管结构性变化已导致农业部门对该州国内生产总值(gdp)的贡献不断下降，同时该州的粮食作物种植面积不断减少，有利于经济作物。[51］．种植经济作物(茶、咖啡和橡胶)占62.1%，粮食作物(水稻、豆类和木薯)占耕种面积的10.2% [51］．

收集的数据

我们收集了喀拉拉邦以下作物的降雨量、作物产量和种植面积的数据，因为这些作物的产量数据是例行收集的，在生产过程中通常使用一种或多种禁用农药[48):香蕉(穆萨spp。)、大蕉(穆萨paradisiaca；nendran大蕉是当地的主要品种)、腰果(Anacardium occidentale)、小豆蔻(Elettaria cardamomum),米饭/帕迪(栽培稻籼)、脉冲(以红克和克为主;Cajanus毛竹/中投arietinum)、红薯(番薯甘薯)和木薯(木薯耐)．据估计，这些作物占该州耕地总面积的20% [51］．

数据基于喀拉拉邦政府经济与统计局(DES)进行的作物调查[52］．根据改进作物统计的计划，由DES和国家统计局联合发表作物统计系统的年度审查，通过技术检查来加强系统，以确保农业数据收集的效率和准确性。利用喀拉拉邦政府发布的年度经济评论收集有关可能影响产量的降雨变化的数据[53］．

编制了2004年至2018年喀拉拉邦14个区8种选定作物的年度作物产量和种植面积数据，提供了2011年农药禁令前后6-7年的数据。计算了农药禁令实施前后(2004-2011年和2012-2018年)的平均耕种面积(公顷)和作物总产量(吨)以及这两个时期的变化百分比。由于耕种面积和随后的作物产量波动，产量是用来分析趋势的指标。产量以总产量/种植面积(kg/公顷)计算。

统计分析

我们进行了联合点回归分析，以检查2004年至2018年期间喀拉拉邦8种作物产量的时间趋势。我们还使用联合点回归来检验是否有任何证据表明，在实施农药禁令的那一年，降雨量发生了变化，以考虑增加的降雨量抵消禁令带来的不利影响的可能性。

接合点回归分析不涉及干预对结果的影响何时发生的先验假设。趋势数据的特征是结合连续的线性段和连接点回归模型中的“连接点”(趋势发生变化的点)[54］．关于观察结果，(x_1，y₁),…,(x_n，y_n),x₁≤≤…x_n（x_我S表示时间点，例如历年和y_我S为8种作物的产量或降雨量)，模型可表示为:

在哪里k是连接点的数量，τ_kS是未知连接点和一个⁺=一个为一个> 0，否则为0。例如，如果2004-2018研究期间有一个连接点在2011年，则模型为E［y|x] =β₀+β₁x+δ₁（x-2011)为2011-2018年期间E［y|x] =β₀+β₁x2004 - 2011年。

连接点回归分析比较一系列连接的线段，以确定最适合趋势数据的组合使用排列方法。使用一个过程来确定连接点的数量。k)．例如，要确定最多两个连接点，该过程首先测试没有变化的假设(H₀：E［y|x] =β₀+β₁x；即。k= 0)对两个连接点(H_一个:存在τ₁而且τ₂而且τ₁<τ₂这样E［y|x] =β₀+β₁x+δ₁（x−τ₁）⁺+δ₂（x−τ₂）⁺；即。k= 2)。如果原假设被拒绝，则应用类似的程序来检验一个连接点的原假设(k= 1)与两个连接点(k= 2)。否则，无变化的零假设(k= 0)针对一个连接点(k= 1)。这种方法旨在确定趋势数据支持的连接点的最小数量。

试验统计量由PM Lerman提出的网格搜索方法获得[55］．对以下参数使用排列程序计算p值和95%置信区间(ci):连接点数量(k)，连接点的位置(τ₁、……τ_k)和回归系数，δ₁、……δ_k，表示产量或降雨量变化的幅度。2011年(即禁用杀虫剂的年份)或2012年(即禁用杀虫剂后的第二年)作物产量趋势的任何变化都表明禁用杀虫剂对作物产量的潜在影响。相比之下，两年来作物产量趋势没有变化，表明没有证据表明农药禁令产生了影响。在对降雨的分析中，如果确定了禁用农药年份前后的降雨趋势有任何变化，这可能会混淆禁用农药对作物产量的影响;例如，增加降雨可能有利于作物生长，并抵消农药禁令的任何负面影响。

使用美国国家癌症研究所提供的Joinpoint趋势分析软件4.9版本进行分析[56］．以8种作物的产量和降雨量为因变量进行单独分析;模型中的系数分别为产量和降雨量的年绝对变化。本研究根据接合点趋势分析软件网站[57］．当进行多个假设检验以确定最适合数据的连接点时，连接点程序应用修正程序来将第I类错误的总体概率维持在0.05(即，当实际上没有连接点时，得出有一个或多个连接点的结论)。

作物产量趋势

总体而言，喀拉拉邦在2011年(实施当年)或2012年(第二年)没有任何统计证据表明这八种作物中的任何一种产量下降，这表明农药禁令对作物产量没有不利影响(图1)。1)．

香蕉、豆类和水稻的产量出现了相对稳定的上升趋势，每年分别增加73.3公斤、26.9公斤和36.4公斤/公顷1:表S1)。相比之下，腰果的产量呈下降趋势，2004-2018年每年减少23.8公斤/公顷;但在此期间，产量趋势没有变化。豆蔻、大蕉、红薯和木薯的产量有波动，但这些变化与农药禁令的实施不一致。2004 - 2010年期间，豆蔻产量略有下降(每年变化- 3.5公斤/公顷)，随后在2010 - 2017年每年增加44.9公斤/公顷，在2017-2018年下降210.8公斤/公顷。2004-2016年大蕉产量呈下降趋势，年变化量为- 82.0 kg/公顷，2016-2017年短暂上升(9874.6 kg/公顷)，但第二年恢复到原来水平，减少10029.7 kg/公顷。甘薯产量在2004-2005年大幅上升(11,376.7公斤/公顷)，随后稳步上升，直到2018年(每年增加168.5公斤/公顷)。2006年至2014年期间，木薯产量呈稳步上升趋势，每年增加1164.4公斤/公顷，随后小幅下降，从2014年至2018年，每年减少136.6公斤/公顷1:表S1)。

对研究期间各地区作物产量趋势的分析表明，农药禁令对喀拉拉邦所有14个地区的产量没有潜在影响，只有两个例外，涉及14个地区中的两个地区的红薯产量1:图S1)。其中包括Malappuram从2011年开始坡度下降(每年减少22.4公斤/公顷;95% CI−88.1 - 43.3)和Thiruvananthapuram在2012-2013年下降(−310.1 kg/公顷;95% CI−317.7 ~−302.5)(附加文件1:表S1)。

降雨趋势

没有证据表明，在农药禁令实施前后，降雨量的增加可能弥补或隐藏了农药禁令对作物产量的不利影响。总体而言，2004-2018年喀拉拉邦的降雨量呈缓慢减少趋势(年变化- 46.9 mm, 95% CI - 78.5， - 15.3)，实施年(2011年)或前后的降雨量趋势没有变化(补充文件)1:表S2);2008年、2011年和2015-2016年的降雨量与前几年相比有所下降，但连接点回归分析显示，这些年的降雨量趋势没有变化的证据(图1)。2)．

大部份地区雨量趋于稳定;例外情况包括四个区(埃尔纳库拉姆、伊杜基、科芝科德、瓦亚纳德)总体呈下降趋势，坎努尔区2013年从持平趋势变为下降趋势，卡萨神区2011年从上升趋势变为下降趋势(图1)。2和额外的文件1:表S2)。这些地区降雨量减少的趋势似乎对作物生长不利。

通过分析地区一级的产量数据，作物产量的某些变化可能与异常降雨有关，其形式是在某些月份出现异常暴雨或意外阵雨，导致2007年和2018年发生严重洪水，影响了作物产量1:图S1)。例如，2017-2018年，埃尔纳库拉姆和Thrissur的香蕉产量急剧下降(年变化量- 2598.6公斤/公顷)和Thrissur(年变化量- 7218公斤/公顷)(补充文件)1:表S1)。

喀拉拉邦种植作物的产量变化

在这项研究中，我们没有发现证据表明2011年喀拉拉邦的农药禁令对该邦的作物产量产生了不利影响。禁令出台后，除腰果外，大多数研究作物的州一级产量都有所提高，但腰果在禁令出台前呈下降趋势。由于化肥的使用、灌溉、作物品种的改进和农民管理方法的结合，印度和全球的产量总体上一直在增加。58，59，60，61］．

国家政策和定价可能是喀拉拉邦腰果产量下降的基础。这种作物不被国家承认为种植作物，导致腰果的进口关税很高，土地上限法律的限制并不适用于种植作物(如橡胶，已取代腰果)[62，63］．因此，在贫瘠、不那么肥沃的土地上种植腰果树已成为农民的一种补充收入来源[64］．影响腰果的其他问题包括:非季节性过度降雨导致开花和结果期湿度过高，真菌疾病增加[65，66];北方地区因种子质量低劣导致腰果茎根蛀虫和茶蚊虫泛滥;劳工短缺导致病虫害管理不当;由于农作物价格不利，农民投资腰果的动机减少[67］．喀拉拉邦农业大学进行的研究调查发现，国家批准的替代农药是有效的。[68］．莫桑比克在2011年禁止了包括硫丹在内的高危农药，但腰果产量继续增加[69，70］．因此，结合之前腰果产量的下降，农药禁令似乎并不能解释腰果产量的下降。

州政府的农业政策也可能对其他作物的产量产生影响。豆蔻种植由于高价值和稳定的出口，通过提供系统的信贷和作物供应链，采购高质量种子，促进了豆蔻种植[71]，以及设立专门的“香料公园”，包括拍卖中心、仓库、银行和品质评估设施[72］．木薯种植主要是为了供家庭消费。然而，其淀粉用于纺织、造纸和制药产品，导致制造业的高需求，出口需求适中[73］．

农产品生产

在农药禁令前后的这段时间里，喀拉拉邦研究的作物产量几乎保持不变。与禁令前(2004-2011年)相比，禁令后(2012-2018年)的年平均总产量增长不到1%，即3.1万吨。这一相对静态的总量掩盖了作物之间的重大变化和耕种面积的减少，产量的提高抵消了较小的耕种面积1:表S3)。

粮食作物产量受到耕种面积减少的影响，种植园经济作物(如椰子、橡胶)取代了粮食作物，特别是水稻[51，74］．2004年至2018年，本研究中所有作物的种植面积都有所下降(香蕉和大蕉分别增加了4.5%和8.5%)，2004 - 2011年至2012-2018年期间，总体下降了12.5%。这些下降导致该州近几十年来的总种植面积下降，从2000年的300万公顷下降到2016 - 2017年的258.4万公顷[75］．在2004-2011年和2012-2018年期间，水稻种植面积平均下降了17.9%，但抵消产量的增加将产量下降限制在8.9%。类似的变化也在重复出现，豆类和红薯的种植面积和产量分别下降了38.4%和26.1%1:表S3)。

耕地面积的下降趋势在2011年禁令之前就已出现，原因包括每年播种面积减少一次以上，以及由于投入价格和劳动力成本高，经济活动从农业转向非农业经营[75］．邦政府采取措施，促进水稻种植和其他粮食作物，如小米、豆类和块茎，以实现更大程度的自给自足，满足国内粮食需求[51，76，77］．2009-2010年，喀拉拉邦的粮食产量仅占其总消费量的15%，大米产量仅占其所需产量的17% [78］．然而，尽管采取了提高生产力和鼓励农民增加生产面积的干预措施，自上世纪90年代初以来，仍出现了从农业经济向以服务业为基础的经济的转变[53］．农业及相关活动在国内生产总值中所占比重下降，以及其他部门的劳动力参与率较高，导致农业劳动力短缺[75)(附加文件1:表S4)。

除害剂的规管及贸易

世界贸易组织(WTO)没有针对与生产过程有关的农药或食品中残留的农药的标准。粮农组织和世卫组织联合发布的《食品法典》等标准[79]受到世贸组织的鼓励[80]，农药法规因国家而异[81］．因此，最高残留限量除害剂水平及其他除害剂规例是一种影响国际贸易的非关税措施[82，83，84]，并可能被用作保护主义的一种手段[85］．

作物残留物对印度的出口有重大的经济影响，减少农药的使用可以改善这种影响。进口国因MRL超标而拒收从印度出口的农产品，会导致收入损失，并增加重新运输或销毁拒收农产品的成本(方框)2)．2018年，超过16%的印度出口到欧盟的农产品因MRL超标而被拒绝[86］．印度是因MRL问题而被美国拒绝进口最多的三个国家之一[87］．MRL指南在印度很难执行，因为印度大部分农民都是文盲，执行起来很困难。81］．由于印度没有对有毒农药的禁令，买家将农药的来源转移到了其他地方。阿根廷、柬埔寨、肯尼亚和乌干达等国实施了更高的食品安全标准，导致印度失去了部分欧盟市场份额[88］．

在印度国内销售的农产品中，有一部分含有超过推荐的最大残留限量的农药残留[29，89，90］．出口产品往往比国内销售的产品受到更仔细的监测，因为拒收的成本更高。然而，当地居民有平等的权利获得安全食品，从食品生产中去除有害农药将使所有消费者受益。喀拉拉邦周围是没有农药禁令的其他邦，这增加了农药从邻近地区“泄漏”的可能性。喀拉拉邦农业大学启动了“安全食用”项目，以确保喀拉拉邦的食品不受来自其他邦的农药污染[91］．

继续使用高度危险的农药及其影响

农民继续使用高度危险的除害剂，因为他们相信这样可以提高产量[92，93，94]，尽管有证据表明，它们的使用对维持产量并不是必要的[95，96］．喀拉拉邦农场工人对正确喷洒规程的认识和遵守程度非常低[97］．来自印度的研究表明，由于文盲率高和意识水平低，农民对农药使用的认识被扭曲了。农药被错误地认为是“植物种植者”和农民的“药物治疗”，而不是应明智使用的致命化学品[26，98，99］．这也导致了农药的不科学混合，并导致农药的喷洒剂量高于建议剂量[98］．尽管自2005年和2011年实施禁令以来，喀拉拉邦的农药自杀率一直在下降，但据估计，2018年仍有541人死于农药摄入[One hundred.，101］．

限制

由于缺乏研究农药禁令影响的原始数据，这项研究无法确定作物产量波动与农药禁令之间的直接联系。除了降雨和农药禁令之外，可能还有其他因素影响了作物产量趋势。然而，没有可靠的量化数据来分析其他问题的影响。我们依靠二级研究论文和政府审查报告来解释产量趋势。此外，本文无法获取蔬菜生产的数据，这意味着分析仅限于主要粮食作物和经济作物。

由于种植的作物、收集的数据质量、国家政策、气候和人口统计在国家层面的主要差异，这篇论文缺乏一个比较状态——所有这些都使比较分析变得混乱。喀拉拉邦与其他邦不同，特别是由于它在印度的地理位置和可用于分析的高质量数据。

这项研究没有发现证据表明，2011年对14种农药的禁令对喀拉拉邦的农业产量产生了任何明显的不利影响。南亚其他国家的研究也证实了这一点，这些国家实施了类似的禁令，但对农业产量没有影响[21，43，44］．据报告，政府计划、国内和国际市场价格、种子采购和天气条件等各种因素是对农业和作物产量产生重大影响的因素。这项研究进一步证明，可以在不影响作物产量的情况下从农业中去除高危农药[18］．

在执行喀拉兰禁令的同时，按照邦政府的建议提供了更安全的替代品。这个例子表明，印度邦和中央政府可以在不降低产量的情况下，从农业生产中去除高度危险的农药，以改善农场工人的安全和食品质量。印度朝着这个方向采取了措施，在2018年禁止了16种农药，并在2020年提议禁止另外27种高风险农药[45，102］．这些循序渐进的措施将有助于消除高度危险的农药，鼓励可持续的农业形式，并防止许多人死于农药中毒。

本研究的数据和材料可根据要求提供给期刊。

作者要感谢国家犯罪记录局、喀拉拉邦计划委员会和喀拉拉邦政府经济和统计部门提供的数据。农药自杀预防中心由硅谷社区基金会的顾问基金“开放慈善项目基金”的孵化器拨款资助，并由美国GiveWell推荐。

不适用。

作者指出

1. Michael Eddleston和Shu-Sen Chang对手稿做出了同样的贡献

作者和联系

1. 杀虫剂自杀预防中心，爱丁堡大学，爱丁堡，英国

   Aastha Sethi, Mark Davis和Michael Eddleston

2. 国立台湾大学公共卫生学院健康行为与社区科学研究所，台北市

   林建宇、张树森

3. 印度喀拉拉邦Thrissur政府医学院普通医学系

   英迪拉Madhavan

4. 全球农业和粮食安全研究院，英国爱丁堡大学皇家(迪克)兽医学院

   彼得•亚历山大

5. 国立台湾大学公共卫生学院全球卫生计划，台北市

   Shu-Sen常

6. 台北医科大学万方医院精神病学研究中心，台北市

   Shu-Sen常

贡献

概念化:ME, MD, AS;统计方法:SSC和CYL;数据分析:AS, SSC, CYL;写作:AS, ME, PA;写作评论和编辑:ME, MD, IM和SSC。所有作者阅读并批准了最终稿件。

相应的作者

对应到Aastha塞提．

伦理批准和同意参与

不适用

同意出版

不适用

相互竞争的利益

作者声明没有利益冲突。

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