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《高科技與產(chǎn)業(yè)化》:農(nóng)田害蟲生態(tài)綜合防控技術(shù)

農(nóng)田害蟲生態(tài)綜合防控技術(shù)

郭立月

(本文發(fā)表在中國(guó)科學(xué)院主辦《高科技與產(chǎn)業(yè)化》2014年第215期,發(fā)表時(shí)有刪節(jié))


農(nóng)業(yè)是我國(guó)的一個(gè)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),糧食生產(chǎn)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重中之重,農(nóng)田害蟲是影響作物產(chǎn)量的重要因素之一。自上世紀(jì)80年代引入西方國(guó)家“石油農(nóng)業(yè)”方法開始,我國(guó)大力推廣應(yīng)用化學(xué)農(nóng)藥來(lái)控制農(nóng)田害蟲,增加糧食產(chǎn)量。近年來(lái),伴隨著人口與耕地矛盾的日益突出,為保證糧食產(chǎn)量、追求經(jīng)濟(jì)效益最大化,農(nóng)民在實(shí)際生產(chǎn)中使用農(nóng)藥與日俱增。

根據(jù)中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒,1990年中國(guó)農(nóng)藥用量73.3萬(wàn)噸,2011年已至178.7萬(wàn)噸。農(nóng)民盲目、片面施用農(nóng)藥,不僅不能顯著提高糧食產(chǎn)量,而且逐漸暴露出農(nóng)田環(huán)境污染、病蟲草害抗性增加和農(nóng)田生物多樣性喪失等問題,致使農(nóng)業(yè)污染已經(jīng)超過工業(yè)污染并且其影響更為深遠(yuǎn)。經(jīng)過億萬(wàn)年的演變,任何物種都擁有了自己的生態(tài)位。自然界中的物種,通過競(jìng)爭(zhēng)、捕食、共生、合作等關(guān)系形成穩(wěn)定的生物鏈,而這種“化學(xué)對(duì)抗”的方法違背了生態(tài)學(xué)的原理,忽略了大自然的力量以及物種之間的平衡力,破壞了生態(tài)平衡。農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展已逐步受到世界各國(guó)重視,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中尋求新型的無(wú)公害農(nóng)藥、采取生態(tài)管理措施,利用生物多樣性,恢復(fù)農(nóng)田生態(tài)平衡已成為共識(shí)。

生態(tài)綜合防控技術(shù)是指以“預(yù)防為主、綜合防治”為指導(dǎo)思想,從農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的整體功能出發(fā),在充分了解農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)上,努力擺脫對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的依賴,探索采用農(nóng)業(yè)的、生物的、物理的方法,有害生物控制在經(jīng)濟(jì)損害允許水平之下,達(dá)到有效控制農(nóng)田害蟲的綜合防治措施。生態(tài)防控農(nóng)田害蟲不是單一的防控措施,涉及范圍包括物理防治、利用農(nóng)田生物多樣性防治、生物防治等。

一、農(nóng)業(yè)環(huán)境因子和田間栽培管理措施防控

溫度、濕度、光照、食料等是影響害蟲適合度的最主要外部因素,同時(shí)也是影響生態(tài)控制效果的重要因素。雖然氣候因子目前尚難以人為控制,但可以根據(jù)作物的需求進(jìn)行合理的施肥澆水。另外,根據(jù)栽培制度,合理的利用輪作,間作、套作等田間管理等栽培措施,調(diào)整種植結(jié)構(gòu)也可達(dá)到控制害蟲的效果。因?yàn)槲锓N之間存在共生互惠關(guān)系與自克、他克作用關(guān)系,進(jìn)行間作套種,或利用能流食物鏈關(guān)系進(jìn)行切斷或增加食物鏈,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的組分進(jìn)行重新組裝,可使物種多樣性增加,維持系統(tǒng)穩(wěn)定,增加系統(tǒng)功能。例如棉花與豆類間作、麥棉間作,由于增加了多樣性,天敵增加、并抑制了棉鈴蟲、棉蚜的為害。同樣豌豆與麥類套作,豌豆的根系分泌物不僅可刺激麥類的光合作用和對(duì)磷的吸收,而且豌豆上的天敵可抑制麥類害蟲。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、遙感技術(shù)等高新科技在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用,使農(nóng)業(yè)向精準(zhǔn)化方向發(fā)展,可精確地監(jiān)測(cè)害蟲適合度,從而制定相應(yīng)的措施。

二、物理防治措施

物理防控措施包括人工物理器械防控,比如防蟲網(wǎng)、誘蟲板、誘蟲燈等,現(xiàn)多采用誘蟲燈控制農(nóng)田害蟲。誘蟲燈殺蟲是利用害蟲具有較強(qiáng)的趨光、波、色、性信息特性,使光波設(shè)定在特定范圍,近距離用光,遠(yuǎn)距離用波引誘害蟲成蟲撲燈,燈外有高壓電網(wǎng),觸殺成蟲落入燈下接蟲袋中及時(shí)收取,達(dá)到殺蟲控害的目的。誘蟲燈誘殺害蟲種類多,對(duì)天敵殺傷力低,對(duì)夜蛾類害蟲防治效果好,同時(shí)對(duì)食心蟲、剌蛾類、松毛蟲、梨象、梨莖蜂、蝽象、金龜子、三化螟、二化螟、棉鈴蟲、小菜蛾、地老虎、玉米螟等鱗翅目、鞘翅目、同翅目、直翅目、雙翅目、半翅目等多數(shù)害蟲的成蟲有很好的防治效果,誘殺成蟲減少成蟲產(chǎn)卵幾率,從而減少產(chǎn)卵量,降低蟲口密度,進(jìn)而減少農(nóng)藥使用量和使用次數(shù)。

三、利用天敵防控

生物多樣性的復(fù)雜化可以增強(qiáng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的抗逆性,許多物種可以影響生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng),從而影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。如果物種消失,生物多樣性降低,生態(tài)系統(tǒng)原有的平衡就會(huì)被打破,一些捕食、寄生、競(jìng)爭(zhēng)等營(yíng)養(yǎng)關(guān)系也將會(huì)消失,生態(tài)系統(tǒng)會(huì)因此變得非常脆弱以至無(wú)法恢復(fù)。近年來(lái)有不少研究者認(rèn)為雜草和害蟲的利用價(jià)值也不容忽視,它們?cè)诒Wo(hù)生物多樣性、維持生態(tài)平衡、保護(hù)天敵等方面具有不可替代的作用。經(jīng)典的害蟲生物防治中僅通過引入一種或少數(shù)幾種天敵就能實(shí)現(xiàn)對(duì)害蟲的有效控制。越來(lái)越多的試驗(yàn)表明,多樣化的天敵群落比單一化的天敵群落更能有效地調(diào)控植食性害蟲的種群。我國(guó)地域遼闊、生態(tài)多變、植被多樣,天敵昆蟲資源豐富、種類繁多。從初步查明的結(jié)果看,我國(guó)水稻害蟲的天敵有1000多種,玉米害蟲天敵960多種,棉花害蟲天敵840多種。按天敵種類歸納,我國(guó)姬蜂科昆蟲有記載的達(dá)900多種,瓢蟲380多種,寄生蠅400多種,農(nóng)田蜘蛛150多種。在以蟲治蟲生物防治中已真正進(jìn)入實(shí)踐應(yīng)用階段,已為生產(chǎn)接受的能大量繁殖的天敵昆蟲有赤眼蜂、平腹小蜂、金小蜂、草蛉、七星瓢蟲、麗蚜小蜂、小花蝽、捕食螨等。在我國(guó)生產(chǎn)上常規(guī)使用、可稱為商品化的天敵昆蟲目前還只有赤眼蜂,其中以松毛蟲赤眼蜂和螟黃赤眼蜂的應(yīng)用規(guī)模最大,可見我國(guó)在天敵昆蟲產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)有很大的潛力。

另外在主栽作物周圍可種植“志愿者”植物,“志愿者”植物為能夠吸引害蟲的植物,主要通過影響植食性昆蟲的產(chǎn)卵和取食行為使主栽作物得以保護(hù)。因?yàn)橹彩承岳ハx的產(chǎn)卵選擇行為將決定其幼蟲的種群分布及取食為害情況,將“志愿者”植物種植在主栽作物四周,將害蟲誘集到其自身上面,避免對(duì)主栽作物的危害。另外“志愿者”植物也可以為害蟲天敵提供棲息場(chǎng)所。例如,在大田作物周圍種植花椒、紫穗槐等,可吸引蚜蟲及其天敵瓢蟲。

四、生物農(nóng)藥防控措施利用生物產(chǎn)生的天然活性物質(zhì)或生物活體以防治農(nóng)作物病蟲害的產(chǎn)物通稱“生物農(nóng)藥”,包括植物源農(nóng)藥、微生物農(nóng)藥、生物工程農(nóng)藥和天敵昆蟲在內(nèi)的生物農(nóng)藥,有低毒、低殘留、與環(huán)境相容性好、無(wú)污染、無(wú)公害、對(duì)病蟲具有較好的活性、不傷及天敵和不易產(chǎn)生抗性的特點(diǎn)。隨著人們對(duì)農(nóng)藥殘留污染的認(rèn)識(shí),害蟲逐漸產(chǎn)生的抗藥性危害,生物農(nóng)藥再度被重視,我國(guó)規(guī)定了新農(nóng)藥的發(fā)展方向:減少化學(xué)農(nóng)藥的使用,逐步發(fā)展高效無(wú)毒的生物農(nóng)藥。植物體農(nóng)藥是直接利用植物本身為載體,經(jīng)基因修飾或重組而開發(fā)為農(nóng)藥。對(duì)轉(zhuǎn)基因植物的研究開始于上世紀(jì)80年代,并逐漸升溫,1996年美國(guó)推出具有抗蟲性的蘇云金桿菌(Bacilusthuringiensis,B.t.)轉(zhuǎn)基因玉米,隨后各國(guó)通過轉(zhuǎn)基因分別研制出的抗蟲大豆、抗蟲棉花(棉鈴蟲、紅鈴蟲)、抗蟲馬鈴薯(甲蟲)等。植物體農(nóng)藥自誕生以來(lái)雖倍受青睞,但不容樂觀的是轉(zhuǎn)基因植物對(duì)環(huán)境存在著潛在的不利影響,如轉(zhuǎn)基因作物本身由于具有了抗蟲等特性而有可能變?yōu)殡s草,而且這種抗性基因也有漂移到雜草上的潛在可能性,對(duì)人類存在潛在危險(xiǎn)。因此,對(duì)植物體農(nóng)藥的研究和應(yīng)用,目前絕大多數(shù)國(guó)家都持謹(jǐn)慎的態(tài)度。對(duì)害蟲有拒食、內(nèi)吸、毒殺、麻醉、忌避及一定生長(zhǎng)抑制作用的植物提取物稱為植物源殺蟲劑,主要是利用植物體內(nèi)的次生代謝物質(zhì),如木脂素類、黃酮、生物堿、菇烯類等。這些物質(zhì)是植物自身防御功能及與有害生物適應(yīng)演變、協(xié)同進(jìn)化的產(chǎn)物。大多數(shù)植物源活性物質(zhì)都對(duì)害蟲正常行為有干擾作用,使其拒食、忌避、發(fā)育生長(zhǎng)受阻、抗產(chǎn)卵甚至不育。我國(guó)在這一領(lǐng)域的研究涉及糠科、衛(wèi)矛科、柏科、豆科、菊科等多種植物已成功開發(fā)出多種植物源農(nóng)藥,不少已進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)。目前,我國(guó)已經(jīng)商品化的植物性殺蟲劑有硫酸煙堿、印楝素乳油、川建素乳油、皂素?zé)焿A可溶性乳劑、苦皮藤乳油(或粉劑)、魚藤酮乳油、茴蒿素水劑和雙素堿水劑等。植物源殺蟲劑有如下突出的缺點(diǎn):多數(shù)天然產(chǎn)物化合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不易合成或合成成本太高;活性成分易分解,制劑成分復(fù)雜,不易標(biāo)準(zhǔn)化;大多數(shù)植物源殺蟲劑發(fā)揮藥效慢,導(dǎo)致有些農(nóng)民朋友認(rèn)為所使用的殺蟲劑沒有效果;噴藥次數(shù)多,殘效期短,不易為農(nóng)民接受;由于植物的分布存在地域性,在加工場(chǎng)地的選擇上受到的限制因素多及植物的采集具有季節(jié)性等。但植物源殺蟲劑一般為水劑,受陽(yáng)光或微生物的作用后容易分解,半衰期短,殘留降解快,被動(dòng)物取食后富集機(jī)制差,大量使用植物源殺蟲劑一般不會(huì)產(chǎn)生藥害,相應(yīng)會(huì)減少農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染,同時(shí),植物源殺蟲劑對(duì)作物還具有營(yíng)養(yǎng)作用,可提高農(nóng)產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

五、我們的做法

為了尋找環(huán)境友好型的害蟲防治對(duì)策,2006年我們?cè)谏綎|平邑縣蔣家莊建立了弘毅生態(tài)農(nóng)場(chǎng),摒棄了化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、除草劑、添加劑、轉(zhuǎn)基因六項(xiàng)有害技術(shù),轉(zhuǎn)而使用生態(tài)平衡的綜合立體防治害蟲技術(shù)。

弘毅生態(tài)農(nóng)場(chǎng)位于山東省臨沂市平邑縣卞橋鎮(zhèn)蔣家莊村,地處中緯度區(qū),海拔200-400 m,屬溫帶季風(fēng)區(qū)大陸性氣候,年平均氣溫12.3-13.3℃,年平均降雨量824.8 mm,全年無(wú)霜期為188.8-212.0d,全年日照時(shí)數(shù)在2539-2490 h,為農(nóng)作物提供了較長(zhǎng)的生育期和充足的光照。該地區(qū)農(nóng)耕歷史悠久,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)耕作制度為一年兩熟制,主要糧食作物為小麥、玉米,經(jīng)濟(jì)作物為大蒜、花生。全村耕地總面積68公頃,人均耕地0.073公頃。

我們的防治措施為運(yùn)用生態(tài)學(xué)的原理,結(jié)合物理和生物的方法,為害蟲設(shè)置了四道防線(誘蟲燈、志愿者植物、害蟲天敵、植物自身的防御機(jī)制),減少農(nóng)藥使用量,保護(hù)農(nóng)田害蟲天敵,改善農(nóng)田環(huán)境,利用農(nóng)田的自然控制力,逐漸恢復(fù)農(nóng)田生態(tài)平衡,從而保障糧食安全。

其科學(xué)原理在于:害蟲的繁殖方式為有性繁殖,誘蟲燈捕捉的是害蟲成蟲,可以防止其交配,同時(shí)交配后的雌蟲也無(wú)法回到田里產(chǎn)卵,既控制了害蟲成蟲也控制了其產(chǎn)卵,這樣就從源頭對(duì)害蟲進(jìn)行了控制。并且,我們的做法是在驚蟄時(shí)就開始讓誘蟲燈工作,每天除下雨自動(dòng)關(guān)燈外,生長(zhǎng)季節(jié)天天捕捉,害蟲幾乎沒有構(gòu)成大種群的能力。并且停止農(nóng)藥后,益蟲(夜間不活動(dòng)或少活動(dòng))益鳥(夜間不活動(dòng))數(shù)量增加,殘余的害蟲又成為益蟲益鳥的食物,“志愿者”植物可以吸引害蟲的同時(shí)也作為害蟲天敵的棲息產(chǎn)所,如此“物理+生物”的立體防治,就構(gòu)成了生態(tài)平衡穩(wěn)定的農(nóng)田生態(tài)環(huán)境,作物在這種環(huán)境中茁壯生長(zhǎng),提高了自身的防御功能,另外,作物被害蟲危害以后具有補(bǔ)償能力,并且可產(chǎn)生自然抗性。這樣,雖然害蟲物種還在,但遠(yuǎn)不能對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成威脅。

我們堅(jiān)持采用這種生態(tài)防控措施,取得了重要進(jìn)展。害蟲捕獲從2009年的4.5 kg/d下降到2013年的0.02kg/d;每盞燈年捕獲量從33.8 kg下降到2.4 kg;同時(shí)根據(jù)害蟲捕獲情況確定了誘蟲燈開燈時(shí)間為4月中下旬至5月上旬。糧食產(chǎn)量由試驗(yàn)初期的畝產(chǎn)500多千克(玉米小麥兩季)提高到1000多千克,實(shí)現(xiàn)了噸糧田。

(作者為中國(guó)科學(xué)院植物研究所博士研究生)




 


                   


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