有害生物综合治理.doc

有害生物综合治理及展望在农业生产中，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19831993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2426和4947。化学农药使用量每年以3.0104 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1、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、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、有害生物综合防治(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、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(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。 病害经济阈值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/hm2Lp因病害引起的产量损失率（）F防治效果即 （2）（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、有害生物综合治理(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、 我国IPM的回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、IPM的现状和面临的问题目前，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19921998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、I PM未来的发展趋势 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、可持续农业中植物保护的位置和作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、高薪科技在IPM中的应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、传统技术的挖潜利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，其内涵和外延也必将丰富多彩，一个人工培育的生物链及生态平衡的良性循环在21世纪必将得到更大的发展。4、强化基础学科的研究对目前及今后生产上成灾频率高，危险性大的灾害性生物要深入研究其自身的生物学、生态学和行为学，揭示其灾变规律和内在机制，为预测预报和综合防治技术的开发研究提供理论依据。关键防治技术要着重在优质高产抗病虫的品种选育，抗药性治理，新农药品种创制与配套使用技术上下功夫。生物技术和生物防治要重点扶持。综防技术要尽快推广普及，增强广大农民的综防意识与技术水平。同时搞好服务体系的改革，尽早实现植保产业化。5、有害生物生态治理(EPM)有害生物生态治理(Ecological Pest Management，EPM)是一种在可持续发展思想指导下形成的有害生物治理策略。Tshernshev 1995年首先提出这一概念。有害生物生态治理(EPM)是有害生物综合治理(IPM)的进一步发展。EPM在充分吸收IPM合理部分的基础上，强调维持系统的长期稳定和提高系统的自我调控能力，在随时对系统进行监测、预测的基础上，以系统失去平衡时的种群密度为阈值，在害物暴发初期种群密度较低时采取措施，以生物防治措施为主进行防治。实施EPM必须对生态系统的动态及自然调控机制有深人的了解，就目前对生态系统的认识水平和技术水平而言，还不能完全实施EPM，有必要加强这方面的基础及应用技术研究(张真，2000)。6、其他有害生物治理策略在有害生物可持续控制策略提出前，曾经提出和实施过的有害生物治理策略还有：有害生物总体治理(Total Pest Management，TPM)、有害生物区域治理(Area Pest Management，APM)、有害生物合理治理(Rational Pest Management，RPM)、预防性有害生物治理(Preventative Pest Management，PPM)(Pedigo，1992)、生物因素强化性综合治理(Biologicallyintensive IPM，Bio-IPM)、以生态为基础的有害生物治理(Ecologically Based Pest Management，EBPM)(美国国家科学研究委员会，1996)等。