试论农业有害生物的精确性可持续管理

　　有害生物主要指害虫(包括螨类)、植物病害、杂草等生物群体，它们对种植业的产量和质量构成很大的威胁，这就是通常所说的生物灾害，这种灾害严重阻碍了农业生产的良性循环和持续发展。在全世界范围内有害生物估计有67000种，其中害虫(包括螨类)9000种，植物病害5000种，杂草8000种。每年生物灾害导致农产晶的损失串大约为35%，其中害虫类损失13%，植病损失12%，杂草损失10%;而美国常年因农作物生物灾害所造成的损失高达37%。虽然我国已将农业生物灾害的发生规律及防治措施的研究列入了国家攻关、攀登、863计划、973计划等国家项目，但农业生物灾害在我国的发生还依然严重;1992年棉铃虫特大发生造成约100亿元的损失。在传统农业中人类为了追求产量最大化，投入了大量的化学石油能以期望达到较高的产量，那么生产者在最大量地所希望的农产品的同时，也为此付出了巨大的代价;农业适宜发展的环境遭到了严重的破坏，环境污染日益严重，害虫的抗性及次要害虫的暴发越来越受到关注，土壤板结也破坏了农作物生长的根际环境，因此人们普遍认为影响农业与环境持续协调发展的根源是化肥和农药的滥用。特别是，化学农药的大量使用应引起人们足够的重视，为了有效地控制有害生物对农业的为害，喷施大量的农药以降低灾害所引起的损失;并且随着全球气候的变化和农业种植制度的变化，其灾害发生的频率加快，为害加重，导致农药的使用量越来越大，农药的负效应越来越明显。在某些地区和国家由于农药抗性的增加，生物灾害失去了有效的控制，致使放弃了主要寄主作物的种植。就棉花生产来说，在全世界范围内因有害生物的为害棉花平均减产约20%，严重时甚至可达60%;在印度每年由于有害生物的为害所造成的棉花损失串为20%，与稻谷类同居各种作物之首，仅由于虫害所造成的棉花损失率美国为3.8%-12.8%，澳大利亚为10%—30%。在我国棉田有害生物对棉花生产所造成的损失也是触目惊心的，尤其近几年华北棉区的植棉业因棉铃虫的暴发而急剧萎缩;棉花枯黄萎病的频繁发生也一定程度上影响了棉花生产的发展。80年代后期，泰国因棉铃虫抗性很高，化学防治失败，使棉农丧失了植棉信心，棉田面积从80年代初期的14.6万亩，减少到80年代末的3万亩左右。在我国华北棉区由于90年代前期棉铃虫的暴发使该地区的棉花种植面积大量减少。在有害生物防治的过程中，必须吸取国内外棉花病虫害防治失败的深刻教训，走可持续的有害生物治理之路。

　　2 有害生物可持续控制的必要性与可行性

　　回顾有害生物控制的历程，虽然它为农业生产的发展作出了重要贡献，但人类对有害生物的控制走过不少曲折的路程，遇到很多困难与挫折。在自然经济条件下，人们生产的目的是自给自足，有害生物的控制主要依赖于自然生态调控;随着社会的进步和经济的发展，人类生产的目的开始追求产量的最大化，这就促使人们采取各种各样的有效方法减轻有害生物对农业的为害;特别是，二十世纪60、70年代农药化学工业的发展，使有害生物的防治走入了歧途，过分地依赖化学农药控制有害生物的为害;虽然一定程度上控制了有害生物所造成的损失，但同时也带来了严重的后果——抗性的产生，次要害虫的暴发，植病生理小种的演变和环境污染等问题;因此人类又不得不重新审视有害生物的灾害控制，提出了综合防治的方法。综合防治的概念产生于二十世纪30年代，但直到50年代才在实践中得到应用;这一成绩要归功于 Bartlett，1956年他强调在综合防治中要协调生物防治与化学防治的方法，因此开辟了综合防治实践的新篇章。1959年Stern等讨论了综合控制的概念。1960年Geier和Clark赋予了综合防治的生态学涵义，坚持从农田生态群落的角度实现综合防治;并由此引发了IPM的研究高潮，致使FAO于1966年建立了综合防治的技术框架。这一时期我国蝗虫灾害和三化螟的治理树立了我国综合防治的里程碑。

　　20世纪70、80年代综合防治得到了很大的发展。对“综合”有了深入的理解，分别从种群、群落和系统 3个层面去操作综合防治的实施。随着科学技术的发展和社会的进步，人类越来越关注生活质量的提高;在注重发展经济的同时，也在关心环境的安全，于是在1992年世界环发大会上确定了人类社会持续发展的策略，强调了经济发展的持续性和效益的公平性;并且认为影响农业持续发展的重要根源是农药与化肥的滥用，因此为了保持农业的持续发展必须减少化学农药的应用，实现有害生物的可持续治理。有害生物的可持续治理是综合防治的发展与深入，两者既有区别又有联系。两者都强调多种有效方法的整合，反对单一方法的使用，尤其是化学农药的过度应用;综合防治的最终目标是最大经济效益，而可持续治理是着眼于农业的持续发展，兼顾效益与公平性，即当前效益和长远效益，国家、集体和个人效益的统环境与经济的代际公平性。

　　随着农业生产的发展和科学技术的进步，有害生物基础理论的研究逐渐深入，其灾害治理的理论与方法不断丰富与完善，为实现有害生物的可持续控制奠定了良好的理论基础。在持续发展已成为社会发展主题的前提下，有害生物的灾害治理应采取怎样的措施以满足持续发展的需求?农业生态系统是人工生态系统，外界干扰强度大，远偏离平衡态，Schaller认为要实现农业系统的持续发展必须具备以下前提： 1)减少农田生态系统的化学石油能的投入，增加系统中科学技术及再生资源的投入，尤其是再生生物资源的投入应给予足够的重视。2)加强耕地的开发管理，防止可耕地的沙化、干旱及风蚀，加强荒滩、荒山和荒田开垦利用。3)促进传统农业向现代农业的转化，形成政府适度干预下的经济技术体系。4)建立健全法律法规体系，保障持续农业的技术及政策的顺利实施。5)要有一支整体素质高业务能力强的技术队伍。 6)进行适度的集约化生产，提高农业生产的规模效益。7)农业发展要兼顾效益与公平性。在这些前提条件下，实现有害生物的可持续控制必须用现代生物工程和生物技术发展以生物资源为主体的化学防治的可替代技术体系。这一体系将以减少化学农药的用量为宗旨，以自然生态调控为基础，加强生物资源措施的控制作用，发挥行为调控的辅助作用，以科学的化学防治作为保障。

　　在科学技术高度发展的今天，实现有害生物的有效管理不但要具有可持续性，而且也具有精确性。作为21世纪2个支柱产业之一的信息技术，它对农业的最直接影响就是“精确(细)农业”的诞生和飞速发展。精确农业的思想是通过全球定位系统(Global position system，简写GPS)、地理信息系统(Geograohical information system，简写GIS)、遥感(Remote sensing，简写RS)等尖端技术系统，对农田土地管理、土壤状况、气候气象条件、作物长势、病虫草鼠害发生等信息进行收集和处理，进而通过计算机的信息分析、管理和系统的优化处理，对农业生产进行精确性预测与调控管理;其目标是提高资源的产量潜力，对化肥和农药等生产要素实施精确性管理，减少浪费，提高农业生产的经济和社会效益，为农业的可持续发展提供有利的技术支持。有害生物的精确性管理是其重要组成部分之一，对精确农业的发展具有很大的影响。精确性管理具有3层含义：时空精确性、目标精确性和措施精确性。时空精确性指时间和空间的具体精确定位，而非传统管理中时间的模糊性和空间的均匀性，要求时间确切。空间异质。如抗性育种的精确性时空表达和种群预测的时间和空间的精确定位。目标精确性避免了传统管理的短期行为，人们根据精确化的目标，建立系统管理的途径与方法，以实现预期的目标。措施的精确化是各种措施的精确性优化组合，避免了传统有害生物种群管理的随意性，建立精确性决策支持体系，提高灾害管理的整体生产效率，实现灾害的精确性控制。虽然在国外有害生物的精确性管理已进入实践阶段，但我国仅仅是起步阶段;不过其今后在我国的潜力巨大，将成为21世纪有害生物管理努力发展的方向。

　　21世纪实现有害生物精确性可持续控制不仅具有必要性，而且分子生物学、信息技术及行为科学等学科的快速发展，为这一技术体系的实现提供了可靠的技术保障：

　　1)利用分子生物学技术，定向地改变作物性状，增强作物的耐害抗害性，以减少农药的应用，达到有害生物可持续控制的目的。早在1983年，Howard曾经预言，随着植物基因工程的迅速发展，抵抗害虫等有害生物的工程作物将在90年代得到应用，并将有效地控制有害生物的为害。目前，利用现代生物技术培育抗性作物的实践，正不断证实这一论断。DNA融合技术的发展，使育种工作者不断将目的基因插入到植物的基因组中，使植物得到改良，遗传工程的作物改良培育方法将10—15a的培育周期缩短为2-3a，已经迅速地取代了传统的作物。据统计，在田间释放的基因工程品种中以抵制有害生物为害为目的的占 50%左右，这些抗性基因多数来源于野生植物近缘种;从80年代末到90年代初的发展状况来看，工程作物向田间的释放将快速增加。另一方面，还可以通过生物技术增加植物杀虫剂的毒性，提高其田间控制效果。此外，生物技术还能够为田间有害生物的监测提供快速的监测诊断技术，以提高种群预测与管理的水平。总之，随着科学技术的发展，生物技术在有害生物控制领域将发挥越来越大的作用，为实现有害生物的精确性可持续控制提供了重要的理论与技术源泉。

　　2)计算机、微电子和激光技术的飞速发展，使信息技术为有害生物精确性可持续控制提供重要的决策依据和信息源。特别是，以地理信息系统、遥感和全球定位系统为核心的空间信息技术日益成熟，实现了有害生物的区域性监测预警和精确性管理，为有害生物的可持续控制提供了重要前提。传统的监测调查以田块为基础，把农田生态系统看作均一条件的同质性系统，田间调查仅满足于平均密度的大小，而忽视了农田景观中种群的空间异质性。实际上，即使在同一田块内土壤肥力、墒情、作物长势等特性也是有差

　　别的，致使病虫害的发生具有空间特异性;传统的调查方法不足以获得这种异质性，所组建的预警和管理模型，虽然历史拟合率很高，但预测性差，空间精度低，防治时难以做到有的放矢。因此，人们逐渐认识到传统害虫监测预警的局限性，积极提倡利用信息化高新技术(如3S技术、可视化和专家系统等)，开展区域性遥感监测，建立可视化的空间精确性预警和管理模型，灾变的预警和控制能力，为有效地控制生物灾害提供科学依据。此外，网络技术的发展促进了灾害信息、管理决策和区域性预警的实时实地传递，提高了有害生物管理的信息化水平，为有害生物的可持续控制提供了重要保障。

　　3)随着行为科学的发展，行为调控已经成为有害生物可持续控制的有效手段，许多生长调节剂和次生化学物质不断应用到有害生物控制的实践中，以达到避害、耐害、抗害和控害的目的。生产试验证明生物调节剂(Bioregulator)能够改变作物的生长发育，调节作物体内次生化学物质的含量，减少害虫的取食产卵，增强作物的抗病虫害的能力。例如，在棉田中使用激动素(Kinetin)后，棉酚、单宁、类黄酮和花色素苷的含量明显增多，增强了棉花的抗虫性，并提高了产量。在害虫种群控制中，种内和种间作用物质(性外激素Pheromone和利它素Kairomone)作为重要的行为调控物质对害虫繁殖和天敌的捕食等行为具有重要的调节作用。

　　3有害生物可持续控制的技术框架

　　在实施有害生物的可持续控制时，必须坚持可持续发展的原则，兼顾经济与环境的代际公平性;充分利用生物资源，突出自然控制的基础地位;合理利用行为作用物质，发挥行为调控的辅助作用;适当使用特异性农药，正确认识化学防治的重要作用。

　　在农业生态系统中，利用品种、水、肥和自然天敌等生态因子的调控作用，控制有害生物的为害具有重要意义。水、肥、光、温等自然生态因子不仅直接作用于有害生物的生长发育与繁殖，而且可通过植被间接影响到有害生物的种群动态。通过兴修水利，改造蝗区，控制东亚飞蝗灾害，这是利用自然生态因于控制有害生物的典范。多年采，人们一直非常重视抗性品种的培育，以实现抗害、耐害和避害的目的。特别是，分子生物学和基因遗传工程技术的发展，抗病虫害的基因工程作物的应用越来越受到重视。目前，转基因棉花、烟草和番茄等转基因作物的推广面积正逐年扩大。但是，对抗病虫转基因作物必须要有清醒的认识，一方面，经过科学的生态风险评价，明确它对生态系统的结构与功能的影响后，才能断定转基因作物是否能够在大田推广应用;否则可能会产生严重的生态后果。另一方面，转基因作物只是作为有害生物控制的有效途径之一，并不能成为彻底解决有害生物为害的灵丹妙药。自然天敌和病原微生物对有害生物的调控作用是自然生态调控的核心，自然天敌的捕食、寄生和致病作用能够有效地控制有害生物的为害。天敌的保护、开发和利用在我国具有悠久的历史和优良的传统。早在《诗经)中就曾记载过“螟蛉有子，蜾瀛负之”，描述了胡蜂类捕捉蛾类幼虫的现象。在害虫的可持续控制技术体系中，自然天敌的控害作用将成为非常重要的环节。1993年越冬代棉铃虫特大发生，河北省饶阳县没有使用农药仅利用麦田中棉钤虫多胚跳小蜂种群就有效地控制了棉铃虫在40万亩麦田的为害，其寄生串高达 42.65%—83.77%，而周围其它各地竟使用了3-4次农药才控制了种群的为害。这一事实告诉人们：加强自然天敌的保护与利用是实现有害生物的精确性可持续控制的重要一环。

　　充分利用生物资源，适度地进行人工生态调控，也是实现有害生物可持续控制的重要途径。生物资源包括可供利用的植物、动物和微生物，它不同于其它自然资源，有其特殊的性质，可以不断自然更新和繁殖扩大，这正是开发利用生物资源进行有害生物可持续控制的基础。野生植物是培育抗性品种的重要基因库;自然天敌资源经过人工培育、驯化，提高了它们对害虫的控制效能。微生物资源是开发生物农药的源泉。此外，采取科学的农业措施能够强化与提高自然生态因子的调控作用。因此，我国充分发挥生物的控害作用，在加强自然天敌保护利用的同时，深入开展了工厂化天敌和生物农药的生产与利用的研究，对不同生态系统进行科学的人工生态调控，为实现有害生物的可持续控制提供重要保障。利用行为作用物质，调控有害生物的生存生殖行为是实现有害生物可持续控制的重要途径之一。除上文提到的植物生长调节剂、种内和种间作用物质外，还可以利用天敌或害虫的嗜好寄主，种植诱集作物，保护与繁衍天敌，诱杀害虫，在一定程度上控制灾害生物的发生与为害。此外，象灯光诱杀和毒饵诱杀等也是实施行为调控的重要方法。

　　选择特异性农药，进行科学的化学防治是有害生物可持续控制的重要保障。由于农药残留、环境污染和抗性的产生，人们对农药的应用产生了怀疑，甚至是排斥和恐惧心理;但实践已经证明农药在有害生物的控制中具有重要作用，为控制灾害的持续发生提供了可靠的保障。据统计调查，农药的防治每年为国家挽回粮食300亿kg，棉花160万担，水果52亿kg，蔬菜480亿kg，可使农民少损失600亿元。目前，对农药必须要有一个清醒的认识，既不能完全依赖化学防治，也不能完全拒绝化学农药的应用。农药的生产和应用要坚持高效、低毒、安全的原则，提倡使用对昆虫的生长发育具有调控作用的新型农药，如蜕皮激素、保幼激素和拒食剂等;拒绝使用剧毒、高残留品种。加强农药的科学管理与应用，减轻对环境的污染，延缓抗性的产生，开展农药的安全性评价，为有害生物的可持续治理服务。

　　随着计算机、微电子和激光技术的发展，以地理信息系统(GIS)、遥感(RS)和全球定位系统(GPS)为核心的空间信息技术日益成熟，为有害生物可持续控制提供了精确性监测工具，是实施精确化灾害管理的信息源泉。Rogers等利用卫星遥感监测舌蝇种群的死亡串和种群密度。Kitron等利用卫星遥感和地理信息系统，预测舌蝇在人类无法接近的栖息地斑块中的密度，为该种群的治理提供了重要依据。Brewster等借助卫星图像建立了区域性作物图像，以阐明作物和害虫的互作关系。随着遥感精度的提高和计算机数字化技术的发展，将实现精确性监测信息的可视化、可读化和实时传递，为有害生物的精确化管理提供决策依据。

　　4可持续控制的指导思想

　　在一定的区域内实施有害生物可持续控制的策略是促益控害，标本兼顾，协调优化;在控害过程中，坚持区域性、系统性、协调性、动态性和精确性的指导思想。以区域性生态系统为着眼点，以控制为害为中心，以提高农业生产的综合效益为宗旨，以自然控制为基础;协调利用农业调控、行为调控技术，发挥系统的防御机制和耐害补偿作用，保持生态系统的合理结构，利用系统内各种生态关系，促进有益生物群落的建立与发展，减轻害虫发生的强度，将其密度控制在一定水平之下，促进农业的持续协调发展。

　　4.1 区域性的思想 有害生物仅在一定时间段内一定地理区域内对某种(些)作物造成为害，因此在控制其灾害时，应在一定的空间范围内根据灾害种群发生的时空特性、农业生产的区域布局和作物生长发育状况，因地因时制宜采取合理的措施，保护有益生物，提高自然生态因子的调控作用，控制有害生物的区域性发生与为害。

　　4.2 系统性的思想 系统性是指在特定区域内的生态系统中，生物与非生物、生物与环境，经过长期的相互作用，通过物质流动、能量循环和信息交流，建立了相对稳定的结构及其功能，它们相互依赖相互制约形成了有机的整体。因此，在实施有害生物管理的过程中，要综合考虑生态系统内有害生物群落、天敌群落、植物(包括主要寄主作物和杂草等)及其环境因素的相互复杂关系，维持生态系统的良性循环，促进系统的持续发展。

　　4.3 协调性的思想 农业生态系统作为人工生态系统，虽然外界干扰强度大，远偏离平衡态，但系统内生物与生物、生物与环境之间因长期的相互依存相互制约而形成相对稳定的结构和功能，因此有害生物的控制要综合考虑系统内的互补制约关系，协调利用各种有效的措施控制灾害的发生与为害。

　　4.4 动态性的思想 有害生物的治理应是一种动态的思想，因为生物在生命发展过程中不仅具有其特定的时空动态变化规律，而且生态系统内通过物质循环、能量流动和信息交流所形成的各种生态关系也是动态变化的。随着经济的发展和技术的进步，有害生物控制的技术和策略亦是不断变化的。因此随着时间的推移，有害生物治理的策略与方法也要不断地进行创新与发展，以保持有害生物控制的有效性和持续性。

　　4.5 精确性的思想 在传统的有害生物种群管理中，将农田生态系统作为均一系统看待，施行均匀化管理;但实际上，时空异质性是生态系统普遍存在的现象，并导致有害生物发生与为害的空间特异性，因此为了提高农业资源的利用效率和产品质量，必须获取农田生态系统的精确性空间信息(包括作物品质特性、土壤结构、施肥和有害生物种群等)。这些精确性信息的获得依赖于现代空间信息技术(GIS、GPS、RS)的迅速发展，作为重要的信息源将为种群管理提供可靠的决策依据。

　　5 结束语

　　有害生物精确性可持续控制是有害生物综合治理(IPM)思想的完善与发展，将IPM的理论与实践提高到一个新的高度，由过去的单一害虫、单一作物系统的管理发展到益害兼顾，多种作物系统协调考虑，区域联合的灾害控制策略。但由于认识的局限性，目前随着科学技术的发展，知识的创新与技术革新将为有害生物的控制赋予新的内容，使其不断发展与完善，有效地控制有害生物的发生与为害，保持人民生活的健康发展，促进农业生产水平的提高。特别是，我国加入世贸组织后，实现有害生物的可持续控制不仅能够提高我国农副产品国际贸易的竞争力，而且还会促进我国经济安全体系的建立，为经济的发展提供有利的保障。虽然目前在生产实践中应用有害生物的精确性可持续控制还有一定的困难，但应该坚信它是21世纪有害生物种群管理的必然发展方向。