有害生物综合治理

有有害害生生物物综综合合治治理理及及展展望望 在农业生产中 每年因有害生物所造成的损失巨大 据FAO统计 全世界农业生产中每年因虫害 病害和杂草危害造成的损失占总产 值的37 其中 虫害占14 病害占12 杂草占11 因此 有害生物防治是农业生产中的一个重要环节 也是农业生态系统中 的一个重要组成部分 它直接影响农业的可持续发展 然而 在有 害生物防治中 重治轻防 盲目施用化学农药的现象至今仍普遍存 在 特别是在石油农业的条件下 对化学农药的依赖更加突出 预防为主 综合防治 是我国早在20世纪70年代中期就提出的植 保方针 但由于土地承包到户 农民不可能做好 预防为主 的工 作 这样势必导致以治为主 见病虫就打药 次数越打越多 浓度 越打越浓 有害生物危害面积反而越来越大 病虫发生面积与50年 代相比 60年代增加30 以上 70年代增长100 至80年代增长 2 8倍 在1983 1993年的10年间 农作物有害生物发生面积和防治 面积分别增加了24 26 和49 47 化学农药使用量每年以 3 0 104 t的速度增加 目前 全世界每年生产的农药数量为25亿 总销售额为250亿美元 我国仅1993年一年生产的农药就达2 62亿 居世界第二位 其中杀虫剂占77 总销售额为88 93亿元人民币 化学农药滥用的后果除导致生产成本大幅度上升外 还引起了 3R 抗药性Resistance 再猖獗Resurgence 残留Residue 问题 产生 生态环境恶化以及能源的耗竭 成为农业可持续发展的严重 制约因素 为了解决化学防治带来的一系列问题 人类不断探索有害生物 防治的新途径 将持续发展的理论应用于指导防治实践 特别是 1992年7月世界环境与发展大会召开以来 确定了持续发展是唯一的 发展模式 为此 TShemyshev 1995 提出了一个新的有关有害生物 治理的概念 有害生物生态治理 ecological pest management EPM EPM强调维持系统的长期稳定性和提高系统的自 我调控能力 在管理的基础上维持生态的平衡 防治手段以生物防 治为主 EPM概念有利于发展可持续的植物保护 第13届国际植物保 护大会开幕式的主报告明确提出 从保护作物到保护农业生产系统 的观点 即要从过去仅仅针对直接危害作物的病 虫 草 鼠等有 害生物进行综合防治 扩展到保护农业生产系统 有害生物可持续 控制的概念就是在这种背景下提出来的 把持续发展的理论应用于 指导有害生物防治的实践则是认识论和方法论上的一大飞跃 化学 农药是影响农业持续发展的根源之一 为了促进农业的持续发展 必需实施以利用抗性品种和生物防治为主要措施的有害生物综合治 理策略 由此可见 怎样把持续农业的战略思想贯穿到有害生物防 治的科学研究和实践工作之中 是当前广大植物保护科技工作者面 临的一项持续性的重要研究课题 一 有害生物治理策略的发展历程一 有害生物治理策略的发展历程 1 1 农业防治和自然防治 农业防治和自然防治 人类自有固定居所 开始从事作物栽培 就与有害生物发生了 联系 如害虫即是与人类争夺资源 损害人类利益而被加上 害虫 标签的节肢动物 有害生物是农 林业生产的重要制约因素 在我 国古代就被列为与旱 涝齐名的自然灾害加以防治 随着社会发展 人类对有害生物的认识在不断深化 防治有害生物的技术在不断提 高 人类从利用无机有毒物质 有毒植物来防治有害生物 到利用 害虫的习性进行诱杀 利用耕作措施及利用天敌来防治有害生物 这一阶段 由于生产力水平较低 尚难以大规模开展有害生物防治 但有害生物防治的发展是循序 健康的 特别是利用耕作措施的农 业防治和利用天敌对病虫害的自然控制作用不仅具有正确的理论基 础 尽管当时人们并未认识到 而且在实践中取得了重大成就 如 我国早在公元304年嵇含的 南方草木状 就记载了岭南地区果农用 黄惊蚁防治柑桔害虫 19世纪80年代美国从澳大利亚引进澳洲瓢虫 防治吹绵介壳虫获得巨大成功等 2 2 有害生物化学防治 有害生物化学防治 第2次世界大战后 DDT 六六六等合成有机杀虫剂开始用于农 业害虫的防治 由于这类合成有机杀虫剂的高效 速效及可工厂化 大规模生产的特点 人们错误地认为利用有机杀虫剂就可以彻底解 决害虫问题 大量合成有机农药 杀虫剂 杀菌剂 除草剂等 被广 泛用于有害生物防治 有害生物防治历史由此进入化学防治阶段 依赖化学杀虫剂防治害虫是这一时期的典型特征 这一时期 其他 有害生物防治策略和方法被冷落 在害虫防治领域 化学防治明显 占据主导地位 甚至寻求高效 广普 速效性杀虫剂几乎成为唯一 的目标 但是 事与愿违 在大规模使用化学农药后不久 化学防 治带来的一系列严重问题显现出来 特别是农药残留问题 Residue 有害生物抗药性问题 Resistance 和有害生物再猖獗问题 Resurgence 即 3R 问题的出现 人们开始对化学防治的作用 产生了怀疑 但尚只限于学术界 企业和政府部门间的争论和商讨 直到 寂静的春天 蕾切尔 卡逊 1962 发表以后 农药的问题 才引起全社会的广泛关注 对化学防治的作用和意义的评价才趋于 客观 公正 3 3 有害生物综合防治 有害生物综合防治 IPC IPC 化学防治 神话 的破灭 使人们重新想起生物防治曾有的辉 煌 在反思化学防治策略的错误和缺陷的基础上 Bartlet 1956 和 Stern 1959 先后提出有害生物综合防治 Integrated Pest Control IPC 策略 以生物防治为主 化学防治为辅的害物防治 策略和方法 Bartlet 1956 及 结合和综合生物防治和化学防治 的害物防治方法 Stern 1959 随着研究和实践的深入 IPC的 理论也在不断充实和完善 1968年联合国粮农组织 FAO 给IPC所下 的定义为 IPC是一种害物管理系统 是在有关环境及种群动态相互 关系下 在不相矛盾的情况下 利用各种技术和方法 使害物种群 数量下降至不引起经济损失的限度 经济损失水平 下 美国环境质 量委员会对IPC的定义是 IPC是应用各种技术的组合 来防治许许 多多可以威胁作物的害物的途径 是最大限度地利用天然种群的自 然调节作用来抑制害物的组合 20世纪70年以后 在国际上IPC逐渐被新的有害生物管理策略 IPM所取代 但国内仍沿用 有害生物综合防治 这个概念 实际上 是对IPM 的称谓 4 4 经济损害允许水平和经济阈值 经济损害允许水平和经济阈值 在商品经济社会中 农业生产的高度商品化 促使我们在有害 生物防治中必须考虑防治成本与经济效益问题 为了解决这一问题 在防治指标的研究中产生了经济受害允许水平的概念 经济受害允许水平经济受害允许水平 又称经济损害水平 Economic Injury Level 简称EIL 其概 念最早由Stem等 1959 定义为 引起经济损失的最低有害生物密度 以后发展为 有害生物的某一侵害水平 其防治效益刚好超出 防治成本 可见经济损害允许水平具有两种涵义 一是指人们可 以容许的作物受害而引起的产 质量损失水平 亦即指作物因有害 生物造成的损失与防治费用相等时的作物受损程度 经济损失量或损 失率 二是指与经济损失允许水平相对应的有害生物密度 即经济 损失允许密度 目前这一概念已被人们普遍理解和接受 并作为研 究防治指标的理论依据 经济阈值经济阈值 经济阈值 Economic Threshold 简称ET 又称防治指标 其涵 义是 采用防治措施阻止害虫种群密度增长 以免达到经济损害 允许水平的虫口密度 防治费用 C 与挽回经济收益 B 相 等时的病情指标 Stern等 1959 ET和EIL相对应 除可用害虫 密度表示外 也可用作物受损的程度来表示 因此 ET可将其定义 为 害虫防治适期的虫口密度 为害量或为害率达此标准应采取防 治措施 以防止为害损失超过经济损害允许水平 由以上概念可以 推论 经济阈值是较经济损害允许水平低的种群密度或受损程度 这样可以保证所采取的防治措施 在虫口数量尚未达到经济损害允 许水平之前就能发挥作用 可避免害虫为害造成损失后再进行防治 的被动局面 害虫经济阈值害虫经济阈值 F C ScRYPYEc Cc ET 其中 Cc 防治费用 元 hm2 包括农药费 人工费和器械折旧费等 Ec 防治效果 Y 未受害时的单位面积产量 hm2 P 作物价格 元 kg Y R 平均每头害虫为害作物造成的减产率 Sc 害虫的存活率 CF 社会经济因子 也称临界因子 用于衡量强调的重点是产量还是环境质量 CF值在1和2之间 病病害害经经济济阈阈值值 B PYLpF 式中 B 单位面积上挽回的收益值 P 每单位作物价格 元 Kg Y 没有病害发生时单位面积的作物产量 干重 Kg hm2 Lp 因病害引起的产量损失率 F 防治效果 即 2 100 PYF C Lp 2 式中的 Lp实际上是经济允许损失率水平及经济阈值 ET 5 5 有害生物综合治理 有害生物综合治理 IPM IPM 有害生物综合治理 Integrated Pest Management IPM 是1967 年Simth Vanden Boschd在IPC基础上提出的有害生物治理策略 IPM是IPC的发展 是IPC的理论基础与系统科学 管理科学和计算机 技术结合的产物 尽管有不少人认为IPM与IPC是同义语 蒋书楠 1981 但二者在治理对象 治理方法和途径上存在差异 IPC针对 的是单一的有害生物 而IPM则将某种作物的多种有害生物作为治理 对象 把有害生物的治理作为一个亚系统纳入作物的管理系统中加 以管理 1972年美国环境质量委员会将IPM定义为 从农业生态系 统整体出发 根据有害生物和环境之间相互关系 充分发挥自然 控制因素的作用 因地制宜地协调应用必要的措施 将有害生物 控制在经济损失水平以下 以获得最佳的经济 社会和生态效益 IPM是70年代以来世界上采用最广泛的有害生物治理策略和技术 但是在IPM实践中 实施水平和程度存在很大差异 美国是IPM研究 和应用水平最高的国家 70年代美国实施了著名的 赫法柯计划 Huffaker Project 该项目的研究成果卓著 对巩固和发展IPM 的理论和实践都发挥了重大作用 IPM策略和方法被广泛采用以来 大大减少了化学农药的使用 在许多IPM计划实施中 杀虫剂的用量大幅度减少 如在 Huffaker Project 项目开展5年中 对环境有害的杀虫剂的使用减少了40 50 对农业生产 对农林生态系的稳定和人类健康作出了重要贡 献 国内一般将IPM翻译为 综合防治 马世骏1979对IPM下的定 义是 害虫综合防治是从生物与环境的整体观点出发 本着预防为 主的指导思想和安全 有效 经济 简易的原则 因地因时制宜 合理运用农业的 化学的 生物的 物理的方法 以及其他有效的 生态学手段 把害虫控制在不足危害的水平 以达到保护人畜健康 和增加生产的目的 我国对IPM非常重视 并且将 预防为主 综合 防治 先后确立为我国植物保护的方针 1975 和森林病虫害防治的 方针 1988 IPM着重于多种措施的综合应用 以将有害生物种群水 平控制在经济损失水平以下为目标 而对增加系统稳定性 提高系 统的自我调控能力的贡献不够 二二 我我国国 I IP PM M 的的回回顾顾 国际上提出有害生物综合治理 IPM 为背景 我国 1975 年在河南新乡召开的全国植物保护工作会议上确立 预防为主 综合防治 的植物保护方针 本方针是在国际IPM 的发展基础 上和长期植保工作经验的基础上提出来的 综合防治 的含 义与国际 IPM 策略是一致的 预防为主 是对当时的 IPM 策 略的重要补充 五五 期间 是植保方针的探索和实施阶段 该方针的制 定 扭转了单纯依靠农药的化学防治的观念 我国 六五 以 来一直把农 林 作物主要病虫害综合防治技术研究列入国家攻 关研究计划 六五 期间 以某种作物每种主要有害生物为对 象 协调物理 化学 生物防治方法 将特定有害生物控制在经 济允许阈值 EIL economic injury level 以内 七五 期间 以作物为中心多种主要有害生物群体为对象 充分发挥生态系统 的自然控制因素作用 开始建立综合防治体系 八五 期间 IPM 的研究是 七五 研究的组装 配套 深化 发展和完善 在主要生态区 20 多万 hm2示范开展 IPM 示范和在 666 7 多万 hm2农田上进行单项攻关技术的推广 九五 期间 分生态区 以作物为研究对象的多目标病虫综合防治体系得到进一步完善 重大病虫害猖獗原因和灾变规律已基本弄清并提出了有效控制对 策 在防治措施上利用自然控制因素比 八五 期间得到明显 的加强 化学防治比重进一步下降 概括起来 我国的 IPM 经历了四个发展阶段 一是在70 年代中 后期 以作物某种有害生物为对象防治 根据不足补偿 原理 协调物理 化学 生物防治方法 将特定有害生物控制在 经济损失允许水平以下 二是80 年代前 中期 对 IPM 的研 究仍据不足补偿原理 来制定各单种有害生物防治指标 以对某 种作物多种主要有害生物综合防治 并开始注重防治费用和经济 效益问题 三是 80 年代后期至 90 年代中期 仍在不足补偿原 理指导下 对每种作物多种主要有害生物获取的大量信息 参数 拟定复合防治指标及配套综合防治措施 四是90 年代后期开始 到现在 继续按照生态区域 围绕特定作物 组建多种有害生物 为对象的综防体系 增强环境生态观念 并协调运用农业 化学 物理 生物等防治措施 可持续控制有害生物种群 获得最佳的 经济 社会和生态效益 三三 I IP PM M 的的现现状状和和面面临临的的问问题题 目前 IPM 的焦点仍集中于病虫害 化学防治还是作为主要 防治手段 其它措施是作为辅助性措施 忽略了农业生产其它因 素 因而限制了它的发展 由于 IPM 技术过于复杂 对于普通生产者而言较难掌握 因 而推广较困难 据报道 全世界仅有极少数 约5 的病虫害 防治采用综合治理方法 由于没有实施综合防治 环境污染加重 影响农业可持续性 农药的大量使用造成的病虫害发生恶性循环 引起农业的大灾害 如 1992 1998 年我国棉铃虫的持续肆虐 造成经济损失达 100 亿元 IPM 技术主要包括农业防治 化学防治和生物防治 现行的 农作物病虫害的治理对策中 农业防治 林业技术措施 就是利 用农业 林业 生产过程中各种技术环节 加以适当改进 创造 有利于植物生长而不利于有害生物生长和繁殖的条件 从而避免 或减轻病虫危害 减少对农田生态系统和环境的压力 化学防治具有高效及使用简便的特点 使生产者比较容易接 受 但农药的污染 残毒和病虫抗药性问题 使其对社会造成诸 多负面影响 由于农药本身含有有毒的化学成份 生产中排出的 废弃物 产品含有杂质和使用不当 造成环境污染 人畜中毒和 植物药害等 农药对环境的负面影响与活性化合物本身有关 但 更重要的是使用不当有关 生物防治是农林植物病虫害治理的一项重要的技术措施 其 利用对有害生物的捕食 寄生致病生物体等 控制有害生物的发 生与为害 是一种比较安全 持久和经济的防治措施 但生物防 治效果较慢 防治范围狭窄 往往使农业生产承担大的风险 此 外 人们对生物防治的意义认识不足 以及引进的生物材料对非 目标生物的攻击等 都可能成为农业可持续发展中的新问题 近年来 随着分子遗传学的进展 分子生物学技术正在开辟 病虫害防治的新途径 利用植物转基因抗病虫 病虫转基因遗传 防治和转基因的天敌增效等策略 从植物 害虫 病菌 天 敌 3 个营养水平上防治病虫 生物技术经过20 多年的发展 理 论和实践上不断深入和日趋成熟 农业领域开始实际应用 但是 生态系统是复杂的 变动的 某个转基因产品的应用往往产生一 些新问题 例如害虫对转基因植物产生抗性 转基因天敌对非目 标昆虫的攻击等 这些问题都将使应用生物技术治理病虫害增加 难度 四四 I I P PM M 未未来来的的发发展展趋趋势势 近半个世纪的努力 我国 IPM 工作已取得了令人瞩目的发 展 但由于有害生物所具有的长期性 适应性 反复性 变动性 和突发性 给农林生产造成的损失已成为制约农林生产进一步发 展的严重障碍 面对 21 世纪信息化的社会 如何继续做好有害 生物的综合治理 正是我们所面临的重任 1 1 可可持持续续农农业业中中植植物物保保护护的的位位置置和和作作用用 根据联合国环境与发展大会1992 年确立的可持续发展的思 想 既满足当代人的需求 又不对后代人满足其自身需求的能力 构成危害的发展 要持续地增加产量 并确保食物安全 提高收 入 消灭贫困 合理地利用资源 保护和改善环境 目前我们所执行的政策整体上是符合这一方针的 但在植 物保护的预防措施上却存在着目标指向与政策行为的背离现象 特别是在化学农药的施用问题上 更为突出 为了保证粮食等作 物的产量 我们每年约有 2 6 亿 Kg 的原药往农田里倾销 但每 年损失的粮食仍达 106 亿 Kg 棉花 20 亿 Kg 可见有害生物危 害的严重性 由于有害生物所具有的长期性 适应性 反复性 变动性和突发性 注定了人类与有害生物的斗争将是永存的 强 化植物保护的地位与作用必将在农业可持续发展中占据一个鼎立 的举足轻重的位置 2 2 高高薪薪科科技技在在 I IP PM M 中中的的应应用用 计算机等现代化仪器设备的应用 利用计算机进行有害生物的 综合治理在我国刚刚起步 现仅做了个别病虫害的单项软件系统 要做的工作很多 如有害生物综合治理的管理系统 预警系统 自动检索系统 鉴定系统 诊断对策系统等等 美国一些大学和 研究部门主要应用计算机 全球定位系统 GPS 地理信息系 统 GIS 卫星技术等 能够把年度间的资料信息 不同地域间 的资料信息 包括气象资料 农作物品种抗性 有益有害生物资 料 生态变化等信息集合在一起进行分析处理 建立数学模型 对病虫害的发生做出预测 对将要采取的防治措施进行评价 进 而科学地指导生产 这种思维方式和先进技术的应用 将推动病 虫害 IPM 项目向纵深发展 生物技术前景广阔 生物技术为全世界农业产量的增长提供了 许多机遇 最近十年各国对生物技术的研究和发展投入了庞大资 金 生物技术涉及到使用活的有机体或部分有机体来改善动植物 产品 近年来 生物技术在植物保护方面有了较大的进展 如植 物种苗脱毒快繁技术 已在马铃薯 甘薯 花卉 蔬菜等植物病毒 病上应用 细胞工程抗病育种 如小麦抗条锈病等转基因已取得 重要进展 转基因抗病植物 研究正在开辟病害防治的新途径 杀虫防病工程菌研究 已获得长足进展 随着生物技术的进一步发 展 研究手段的进一步改进 设备条件的不断更新 生物技术必 将发挥更大的作用 现代理化技术应用前景无量 在有害生物的治理中 现代物理 与现代化学将是一支攻坚的主力军 核辐射在一定剂量范围内 有灭菌和食品保鲜作用 60Co r 射线辐照装置较简单 成本较低 射线穿透力强 多用于处理贮藏期农产品和食品 微波是波长很 短的电磁波 微波加热适于对少量种子 粮食 食品等进行快速 杀菌处理 用 ER 692 型微波炉 在 70 下处理 10min 就能 杀死玉米种子传带的玉米枯萎病病原细菌 但种子发芽率略有降 低 微波炉已用于植物检疫 处理旅客携带或邮寄的少量种子与 农产品 此外 一些特殊颜色和物理性质的塑料薄膜已用于蔬菜病虫 害防治 例如 蚜虫忌避银灰色和白色膜 用银灰反光膜或白色 尼龙纱覆盖苗床 可减少传毒介体蚜虫数量 减轻病毒病害 夏 季高温期铺设黑色地膜 吸收日光能 使土壤升温 能杀死土壤 中多种病原微生物 3 3 传传统统技技术术的的挖挖潜潜利利用用 在农业可持续发展中 曾有一个肤浅的认识 那就是所谓的 回归自然 面对越来越严重的环境问题 这个口号也就有更大的 诱惑力 回归自然就是保持生态平衡 保护生物多样性 保障农 业的可持续发展 我国传统的农业耕作技术及现代栽培技术中包 含大量的 IPM 内涵 如植物性农药开发利用 改变农药剂型与制 剂使其更有效等 对减少环境污染有重大意义 在这许多传统技 术中 有些还需挖掘利用 植物杀虫 杀菌活性物质的提取 合成与利用 如烟碱 雷公 藤 蓼芦 川楝 闹羊花 鱼藤 薄荷 桉树 花椒等植物都具 有较大的应用潜力 有待进行进一步的开发利用研究 改进农药剂型与制剂对于合理 科学用药减少污染有着重大的 现实意义 如将乳剂改为水溶积 不但去掉了大量的有机溶剂 节约成本 更重要的是减少对土壤 水源的污染 植保机械的研究利用应采用结构完善的喷雾设备 科学 正确 的喷洒方法以及先进的施药技术 能使药剂喷的均匀周到 从而 提高药效和工效 达到减少污染 提高经济效益的目的 加大生物防治的力度 如放射土壤杆菌 Agrobacterium radiobacter K84菌系产生的抗菌物质土壤杆菌素A84 在果树 根癌病防治上的应用 烟草花叶病毒弱毒突变株系N11和 N14辣 椒和番茄病毒病害防治上的应用 哈茨木霉在土传病害防治中的 应用等都是成功的实例 随着生物技术的发展 生物防治的力度 必将加大 其内涵和外