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森林有害生物生物控制 林学院森林保护学科 主要内容 概论生物防治害虫防治历史及现状理论基础天敌昆虫的应用微生物农药的应用杂草生物防治专题讨论 每人一次 第1章生物防治 biologicalcontrol 概论 一 狭窄定义 早期 debach 60年代 应用寄生物 捕食者 病原物使另外一种生物的平均密度维持在它们不存在时的较低的水平 二 经济学观点 生态学观点 huffaker 70年代 应用生物有机体或者其自然产物控制有害生物的科学 三 当前对生防的定义应用有益生物及其代谢产物使有害生物种群减少到经济阈值 生物防治是指利用寄主专一性强的天敌 naturalenemy 将有害的病 虫 草控制在经济 生态或美学可以容许的水平之下 第一节生物防治概论 生物防治作用物的来源 生物防治所利用的天敌也称生防作用物 biologicalcontrolagent 是指捕食性和寄生性节肢动物 病原线虫 病原真菌 细菌 病毒等 它们广泛存在于多样化的自然界和农田生态系统中 天敌病原生物病毒昆虫病毒多为核多角体病毒立克次体细菌苏云金杆菌bacillusthuringenis bt 真菌白僵菌 绿僵菌原生动物微孢子虫线虫 生物防治作用物的来源 天敌昆虫捕食性天敌分属于18个目 近200个科内 寄生性天敌单寄生 多寄生 重寄生天敌种群对害虫的跟随现象应用 引进 扩繁和保护其它捕食动物蜘蛛 青蛙 鸟类 鱼类 兽类 生物防治的类型 1 本地天敌的助增释放 augmentation 即利用本地天敌防治有害生物 2 从原产地引进天敌防治外来有害生物 3 天敌的淹没释放 inundation 指田间大规模施用生物农药或大量释放工厂化天敌昆虫 生物防治与生物多样性的关系 很多危险性害虫 病菌或杂草往往对当地生物多样性构成巨大威胁 而利用这些有害生物的天敌控制其危害 往往可以达到持续 高效 对环境安全的防治效果 因而生物防治和生物多样性是密切相关 1 多样化的自然界和森林生物群落为生物防治提供了必须的天敌来源 2 生物防治的实施结果又保护了自然界和森林中物种以及与之相关的生态系统的多样化 因而研究生物防治与生物多样性的关系具有重要意义 目的 1 自然界和农田生物群落中天敌的多样性 2 生物防治对于控制外来种的入侵 保护珍稀濒危物种和栖境的作用 3 如何健全生物防治法规 加强国际间天敌的交流 使之服务于保护生物多样性这一全球性的战略任务 广西地区 海上森林 正遭受 广州小斑螟 危害 自然防治到综合防治公元304年记载广东用黄猄蚁防柑橘害虫 至19世纪初 防治的5个主要措施如生物 机械和物理 农业 化学和遗传等已基本形成 片面依赖化学防治第二次世界大战出现一系列有机氯杀虫剂 1939年滴滴涕 人们认为只要应用这类杀虫剂 害虫问题即可迎刃而解 长期滥用化学杀虫剂 导致 害虫产生抗性resistance杀伤天敌 次要害虫爆发 引起再增猖撅resurgence污染环境 残留residue 1962 carson silentspring 害虫防治简史 有害生物综合管理40 50年代就提出 防治害虫应根据其生物学特性要注意天敌及其它自然控制因素的作用防治要取决于经济阈限要重视化学防治 生物防治的协调 不要按死规定的喷药历施药等 由于 药剂万能 的泛滥而被忽略60年代末至70年代初 提出3种新策略 害虫综合管理 ipm 全部种群管理 tpm 大面积种群管理 apm 害虫防治简史 全部种群治理totalpopu1ationmanagement tpm 真正的害虫 如蚊蝇等 不应与人共存 应予彻底消灭 杀虫剂是消灭害虫的主要手段 要努力追求技术上的进步 尽管在短期内需要很大的投入 但从长远看 收益远大于投入 害虫综合治理integratedpestmanagement ipm 1966年fao及生物防治国际组织 iobc 在罗马联合召开的会议正式提出ipm概念 定义为 害虫综合管理ipm是一套害虫管理系统 它按照害虫的种群动态及与之相关的环境关系 尽可能协调地运用适宜的技术和方法 把害虫种群控制在经济损失水平之下 预防为主 综合防治 1975年我国农业部召开了全国植物保护会议 确定 预防为主 综合防治 为我国的植保方针 并作出如下解释 把防作为植保工作的指导思想 在综合防治中 要以农业防治为基础 因地制宜地合理应用化学 生物 物理等措施 达到经济 安全 有效地控制病虫害的目的 害虫综合治理 ipm 马世骏 1979 对ipm作如下说明 综合防治是从生物与环境的整体观念出发 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 以及其它有效的生态学手段 把害虫控制在不足危害的水平 以达到保证人畜健康和增加生产的目的 概念 哲学和方法论 不断发展和丰富 要点 农林多数害虫只有其种群大到足以引起值得重视的经济损失时才造成损害 不必根本消灭某种害虫 只要采取相应措施 把害虫种群维持在或降低到引起经济损失水平之下即可 残留的害虫还可供天敌利用 更有利于生态系统的自然调节 总之 ipm重视生态系统的自然调节 要求在不破坏生态系统自然调节机制的前提下治理害虫 因此 ipm高度重视生态学 昆虫 病理 学和林学的结合 害虫综合治理 ipm 全部种群管理totalpopulationmanagement tpm 彻底消灭害虫释放射线不育雄虫 完全消灭加勒比海库拉索curacal岛 约440km2 上的螺旋蝇cochliamyiahominivoax是tpm首次成功的事例 意大利knippling从简单模型导出有趣结论 化学防治对控制高密度种群最为有效 在低密度情况下则相反 而不育技术 则以低密度种群下应用最为有效 两者结合可以达到全部种群控制的最佳效果 ipm和tpm比较张宗炳 1988 害虫防治可分为3个阶段 低级阶段 是局部种群管理ipm 以取得小面积上减轻受害程度为目的 过渡阶段 是apm 是ipm和tpm的结合 目标是控制大面积内的害虫种群 使之在一个较长时期内保持在经济阈值之下 并尽可能设法使之继续降低 在技术措施上采用所有的防治方法 特别是tpm的方法 理论上采用ipm理论的生态系统和经济阈值的概念 但在经济上着重长期效益 面向整个社会 高级阶段 是tpm 其目标是害虫种群灭绝 可取得长远的效果 大面积种群管理areawidepopulationmanagement apm 第二节生物防治研究的范围 对象 一 研究生物及其产物1 研究生物的天敌寄生性天敌 寄生性昆虫约20 30万种 假如昆虫有100万种 12个目昆虫有寄生性昆虫 最多的是膜翅目 捕食性天敌 约25 30万种 研究水平 范围不及寄生性天敌 如步甲 虎甲 食蚜蝇 草蛉等 约10个目 此外 捕食性螨类 蜱螨 蜘蛛等 约1万种 病原微生物 细菌 真菌 病毒 线虫 原生动物脊椎动物 禽类 哺乳类 鱼类 蛙类杂草生防 主要用种群结构 种群压制 国内不多 二 生物的代谢产物 激素 信息素性外激素内激素脱皮激素 生长调节激素 几丁质素昆虫不育技术 sit sterileinsecttechnology 1 辐射不育 钴60 破坏雄性生殖系细胞 但虫体不死 促使虫体更活跃 交配竞争力更强 例美国牛皮蝇的sit 原理 掌握一定剂量 只破坏生殖系统 2 化学不育 大多用在雌性 如噻地哌 3 遗传不育 杂交原理 培养单倍体个体 夜蛾类 昆虫育种技术三 杂草生物防治利用植食性昆虫 如紫茎泽兰 1 16 食蝇 泽兰尾孢菌 水葫芦 水葫芦象甲 蓼科杂草 褐背小萤叶甲 水葫芦 2004年5月福建古田水口 第三节生物防治的重要性 三个问题 生物防治是现代林业的要求森保防治存在的最大问题当前可持续经济发展的要求现代农业的要求1 生物防治是防止目前农药污染的重要措施 1 空气污染 2 水体污染 3 生态平衡被破坏 4 农药污染造成食品污染2 化学农药对人体的影响3 采取非化学的措施是当前森保学科的需要 也适合现代经济的发展需求 第四节生物防治的理论基础 一 与生物防治有关的生态因子1 温度生长发育与生存 有效积温 总积温 高温 低温 温度对昆虫繁殖有影响 2 湿度水分 昆虫体内含水45 92 吸引与排泄 湿度 影响生长 发育 繁殖 降雨 影响生长 发育 繁殖 冲刷 粘着3 光照不是生存条件 但与趋性 活动行为 生活方式直或间接关系此外还有光照周期与昆虫生活有关 4 营养5 土壤 温度 水分 空气 理化性状 二 天敌的种群和群落1 种群定义和特征 数量特征 空间分布型 种间关系 种间竞争和种内竞争 种群增长 生命表 生态对策2 群落定义和特征 1 群落是动态的 2 衡量标准 丰富度 均匀度 3 群落的类型即群落之间的关系 4 食物链与食物网 生物防治的原理和方法 昆虫不育技术 sit 化学不育 射线处理不育 遗传不育 第五节生物防治的评价 一 比率依存的理论1 比率依存 生态系统中的种群的密度 害虫 天敌 是相互依存的 即密度制约关系 2 比率依存是变动的 波动的 非线性关系 自然平衡 即时间上是稳定的 数量上是要控制在经济阈值允许内的平衡 生物潜能 包括生殖潜能和生活潜能 二 生物防治对群落稳定性的评价 种群的稳定性 均匀性在不同密度条件 低 中 高 怎样选择和利用天敌 三 优良天敌的评价标准1 天敌的食性2 生活史的同步性3 生殖潜能较大4 搜索能力强的天敌5 针对害虫未成熟种群的天敌为优势天敌6 天敌的食量少 中间寄主多 四 类别评价 1 短暂 长效性的生物防治短暂性 人工大量繁殖 淹没式的释放天敌长效性 除淹没式释放还有多种释放方式 长期释放 考虑延续性的问题 2 本地天敌与外地天敌的评价 引进移植 保护本地 一般来讲 保护本地天敌 适当引进移植天敌 对外来害虫来说 引进移植天敌 生物防治的原则 途径和方法 一 保护利用本地天敌 一 直接保护天敌 人工挂放巢箱 禁止捕捉天敌 二 应用农业技术增加天敌数量 三 增加天敌的食料 补充营养 四 配合其它防治方法增加天敌数量 合理施用农药二 输引外地天敌 改变当地昆虫群落的结构从国外引进天敌 近80多年以来国外生防重点是引进害虫天敌的试验研究方面 成功率偏低 美国390 95 24 36 夏威夷300 80 26 66 斐济50 加拿大21 15 原因 引种盲目性 天敌昆虫的生态要求 对其所在地和引进地之间生态环境的差异性了解不够 此外 引进天敌昆虫的理论水平有待提高 目前尚有很多争论 如何做到合理用药 一 定义既要考虑保护作物不爱虫害损失 又要考虑不大量杀伤天敌以达到保护天敌 又不污染环境的目的 一 准确掌握虫情 寻求每种害虫科学的经济允许水平 二 逐田了解虫情 以便只在局部施药或进行挑治 避免同期全面施药 三 合理选用农药品种 剂型 用量和施用次数等 选用对害虫高效对天敌低毒的品种和剂型 控制农药用量 次数和作用范围 四 施药方法合理 内吸性 残效期短 如敌百虫 乐果等 杀虫剂用于种子处理 土壤灌注 植株涂扎 毒饵等 对天敌影响可减轻或避免 泼浇或喷雾则杀伤力大 总之 避免在大量施放天敌时期前后施药 选择天敌昆虫抗药性强的虫期施药 农药高效低毒低残留 选择害虫越冬场所 隐藏场所或补充营养场所施药 适当降低用药浓度 所谓化学防治和生物防治相协调作用 引进天敌昆虫的理论争论 一 1 天敌引种在岛屿上比在大陆上易成功 sweetman 1936 分析了26次成功例子 其中有21次在岛屿上 但debach 1964 分析了解113次 55 发生在大陆上 认为是由于地处大陆生态岛屿状态 2 热带地区比温带地区易获成功 热带植物区系丰富 昆虫终年繁殖 不经种群调落季节 但debach反对这一观念 现代生物地理学解释并评价天敌的作用 3 静止的害虫比活动的害虫易被控制 sweetman和debach都同意该观点 但更多生物学家认为生防成功取决于更多的因素 4 寄生性天敌比捕食天敌更易成功 debach说寄生性天敌的控制作用约为捕食天敌的4倍 专一性 复合性5 多年生植物害虫比大田作物害虫易于控制 果园 森林和观赏树木 33 大田作物 5 引进天敌昆虫的理论争论 二 6 单种引进和复合引种 哪一类方式比较理想 turnell和chant 1961 主张单种引进并反对多种天敌复合引进 认为单种便于测定效果 而复合种会引起天敌昆虫的种间竞争 doutt和debach 1964 支持smith的观点 认为昆虫学家输引某种害虫的全部有效天敌的方针是正确的 7 外来种害虫是否比本地种害虫更易被天敌所控制 vandenbosch 1968 认为外来种害虫较易受生防的抑制而获得成功 turnbull认为本地种害虫与天敌昆虫的群落近乎饱和 因此引进天敌容易遭致失败 8 应该采用r选择天敌还是采用k选择天敌 r选择 生殖力较高 扩散力较强 世代期短 食性较广泛 k选择则相反 农业区 环境混乱 应当采用r选择天敌 9 引进天敌施放后要经多久才发生效果 一般认为在寄主经过三个世代以内就可决定是否生效 或在施放后3年内能否定居下来 就可判断它是否有效 但澳洲瓢虫则很快 红圆蚧小蜂则10年 天敌引进注意事项 找出一种值得引进的天敌 要耗费较大的人力和经费 引进天敌的成功百分率不高 只有10 左右 引进天敌由于自然竞争 往往引起本地天敌质量降低 引进的天敌可能成为某种放养的益虫的天敌 有碍益虫的生产 三 人工大量繁殖害虫天敌 是否值得人工大量繁殖 1 明确该天敌在当地能否适应 即对害虫有无控制为害能力 能否适应当地生态环境 2 明确该天敌的生物学特性 其寄主范围 生活历期 对湿温条件的要求 繁殖能力等 3 明确人工繁殖的条件 尤其是明确中间寄主的选择 或人工饲料的配制和效能等 较理想的中间寄主应具备的条件 1 该寄主是天敌所喜寄生或捕食的 2 天敌通过寄主能够顺利完成生长发育 3 寄主所含营养物质较为丰富 4 寄主较易获得 花费较少 5 寄主繁殖量大 世代数多 6 易于饲养管理 7 易于工厂化生产 天敌的跟随效应 从发生时间来看 天敌侵入农田 是在害虫建立群落之后 从发生数量来看 在天敌与害虫发生联系的初期 天敌的种群数量很少 随害虫种群数量的逐渐增加 天敌增长的速度加快 害虫的种群数量大幅度下降 天敌种群随之也下降 第一部分寄生性天敌 什么是寄生性天敌昆虫 一个时期或终身附着在其他动物 寄主 的体内或体外 并以摄食寄主的营养物质来维持生存 具这种习性的昆虫即parastite wasp parasitoid 与脊椎动物的寄生虫区别 个体发育的结果不同 在分类学上地位不同 仅在幼虫期会着于寄主上营寄生生活 成虫期一般独立个体大小与其寄主比较接近 寄生性与捕食性天敌的区别 寄生性天敌的类型 单期寄生 只寄生在其寄主的某一虫期并能完成发育 1 卵寄生 2 幼虫寄生 3 蛹寄生 4 成虫寄生 跨期寄生 寄生昆虫需经过寄主的两个或三个虫期 才能完成发育 1 卵 幼虫寄生 biosteresarisanus2 卵 幼虫 蛹寄生 3 幼虫 蛹寄生 psyttaliaincisi diachasmimorphalongicaudata4 蛹 成虫寄生 东方实蝇蛹俑小蜂 寄生现象 寄生部位 1 外寄生 2 内寄生 根据寄主身上寄生昆虫的种类 1 独寄生 2 共寄生 第一部分寄生性天敌 估计膜翅目占100万种昆虫的24 寄生蜂占其中10 多数为细腰亚目 个体大 飞行力强 多寄生鳞翅目 极少数寄生昆虫纲以外的蜘蛛 广腰亚目中的有树蜂 自然保护用 姬蜂科 5万种左右 定名的只有8000种 全球 阴湿高海拔地区生长 果园 森林中较多 人工繁殖大量应用的少 单主寄生 故应用少 茧蜂科 4万种 定名的有1万种 全球 实际应用最多 美国有2000种定名 中国有2200种 1000种为世界新种 个体小 适用人工繁殖 寡主寄主 故培养时可以用替代寄主 种群比较稳定 目前多集中寄生在鳞翅目上 双 膜翅目也有 且有80种寄生蜂应用成功 有51种为茧蜂 小蜂科 种类数未知 约1万种 但研究较少 分类系统还未定 寄生12个目 昆虫纲外有蜘蛛纲可被寄生 单期寄生 多胚生殖 寄生卵 有不少种类为重寄生 细蜂科 也称卵蜂科 多寄生卵 少数寄生幼虫 个体很小 多为单主寄主 中国3科5种 多数集中在缘腹细蜂 多寄生卵 无重寄生 应用不多 多用来保护 我国天敌昆虫的扩繁与利用成效 天敌昆虫是一类寄生或捕食其它昆虫的昆虫它们长期在农田 林区和牧场中控制着害虫的发展和蔓延 利用天敌昆虫防治害虫是一项特殊的防治方法 可以减少环境污染 维持生态平衡 我国天敌昆虫的扩繁与利用取得了显著的成效 从国外引进的防治苹果绵蚜虫的日光蜂 防治吹绵蚧的澳洲瓢虫 孟氏隐唇瓢虫 防治温室白粉虱的丽蚜小蜂 防治李始叶螨的西方盲走螨 防治二斑叶螨的智利小植绥螨 防治松突圆蚧的花角蚜小蜂 防治天牛的管氏肿腿蜂和川硬皮肿腿蜂等 70年代以来 我国已成功地人工大量饲养赤眼蜂 平腹小蜂 草蛉 七星瓢虫 丽蚜小蜂 食蚜瘿蚊 小花蝽 智利小植绥螨 西方盲走螨 侧沟茧蜂等捕食或寄生性天敌昆虫 也已有许多研究工作的基础 但目前真正投入大规模生产的仅赤眼蜂 平腹小蜂 寄生蜂类天敌 仅枣类 主要有哪几种 关于寄生蜂类天敌 目前已掌握的有以下几类 1 姬蜂科寄生蜂类主要有枣尺蠖轭姬蜂 刺蛾紫姬蜂 紫瘦姬蜂和蓑蛾瘤姬蜂等 2 茧蜂科寄生蜂类主要有天牛寄蜂 桃小甲腹寄蜂等 3 金小蜂科寄生蜂类有龟蜡蚧长盾金小蜂 凤蝶金小蜂等 4 纹翅卵蜂 赤眼蜂 科寄生蜂类有拟澳洲赤眼蜂 松毛虫赤眼蜂等 5 旋小蜂科的麻皮椿卵平腹小蜂 6 土蜂科寄生蜂类主要有白毛长服土蜂 金毛长服土蜂 大斑土蜂 7 青蜂科的上海青蜂等 几种寄生蜂的应用 赤眼蜂可寄生于二百多种昆虫卵内 可防治多种农林害虫 平腹小蜂可寄生于荔枝蝽蟓卵中 他们都是消灭害虫于卵期的寄生蜂 其防治效果都很理想 用昆虫寄主卵繁殖赤眼蜂或平腹小蜂 往往受寄主卵供应期和供应量所限而影响防治效果 用人造假卵 人工卵 代替自然卵繁殖赤眼蜂和平腹小蜂 是近年来国内外昆虫学者研究主攻项目之一 广东省农业科学院植物保护研究所1984年已成功地用人工卵繁殖螟黄赤眼蜂和平腹小蜂防治甘蔗螟虫和荔枝蝽蟓 但由于手制人工卵卡速度慢 很难大面积应用于生产 广东植物保护研究所与广州市华成工贸实业公司合作 经八年努力 于1993年研制成功机电一体化微电脑自动控制生产人工寄主卵卡样机 gd 5型寄生蜂人工寄主卵卡机 赤眼蜂和平腹小蜂 一 赤眼蜂 赤眼蜂在昆虫卵上产卵赤眼蜂的身体很小 还不足1厘米长 它虽然不能捕食其他昆虫 却是玉米螟 棉铃虫 松毛虫等许多农林害虫的天敌 在生物防治上有重要作用 日前 3000万头赤眼蜂和10万头肿腿蜂被投放在北戴河联峰山麓 这是秦皇岛市北戴河区又一次实施大规模的生态防治森林病虫害活动 二 平腹小蜂 柞蚕雌茧是繁殖平腹小蜂 白蛾周氏啮小蜂 赤眼蜂的最佳中间寄主 应用荔枝平腹小蜂 anastatusjaponicus 防治荔蝽是我国害虫生物防治中一个很成功的例子 每年春季荔蝽产卵初期开始放蜂 以后每隔10天放1批 共放3批 每次放蜂量视害虫密度而定 每株树有荔蝽100头左右的 可放蜂500头 如果虫口密度过高 则应先用敌百虫液喷射 压低虫口密度后 隔7天再行放蜂 放蜂时间要避开低温和雨天 并设法预防蚂蚁取食蜂箔 三 肿腿蜂 db14 t100 2003 管氏肿腿蜂繁育及应用技术规程 山西省林业厅 四 白蛾周氏啮小蜂 美国白蛾是林业生产的最重要检疫害虫 美国白蛾是一种危害性极大的昆虫 它专门取食植物叶片 食性很杂 能危害包括农作物 果树 林木 花卉 蔬菜等在内的300多种植物 美国白蛾在我国是1979年首次在辽宁省丹东发现 随后又相继在山东 陕西 河北 上海等地发现 20年来 美