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生物多样性控制虫害的实例 – 简析特石生态条带

关注:629 发表时间:2016-01-11 00:00:00

导读:

自从有了化学农药一来,使用农药对付农业病虫害几乎就是唯一手段,完全不用任何农药还能控制虫害吗?本文将给您一个接近完美的答案。

生物多样性控制虫害的实例 <wbr>– <wbr>简析特石生态条带

据估计全世界的昆虫可能有1000万种,约占地球所有生物物种的一半,但目前有名有姓的昆虫种类仅100万种,还有90%的种类我们不认识,而农业生产常见的其实不过几十种害虫而已,但就这几十种害虫,却让全世界的专家和农业生产者伤透了脑筋。


在现代农业中,普遍采用化学农药控制病虫害,在过去的几十年中,化学农药几乎是保证作物不受病虫侵害的唯一手段,虽然取得了一定的效果,但是带来的农药残留、环境污染、害虫的耐药性增加等问题也越来越严重。


现代化学农业发展了几十年,为什么始终无法有效安全地控制病虫害呢?


虫子从哪里来的?


大部分的昆虫一代接一代都在不停滴寻找食物、生长和繁衍,依靠它们特殊的嗅觉、视觉、定位和化学信息通讯,总是能够在迁徙的过程中找到合适的“家园”,进而定居下来繁衍生息,如果环境变得不再适宜定居了,它们或者会被迫进化适应,或者又会再次迁徙,踏上寻找“家园”的里程。所以结论是:虫子大都是“飞来的”。 


单一种植模式的弊病


众所周知,现代农业生产的一个重要特征就是单一品种大规模种植,从作业管理的角度看有诸多好处,例如减少垦荒、品种规模化推广、田间管理标准化、机械化作业等等,但是危害也随之而来,其中重点是病虫害,呈现愈演愈烈的态势。


在农业生产中,寡食性害虫居多,面对大面积种植单一品种这样巨大的单一食物库,非常容易吸引寡食性害虫侵入并迅速繁衍,形成灾害。


单一种植模式导致生态环境简单化,物种多样性急剧降低,生物天然栖境丧失,不适合野生生物栖息,有益生物急剧减少,物种遗传资源流失。


农业集约化引起物种丧失主要在于过多氮肥的使用扰乱生态系统结构,影响已发现物种的数量和种类。农药和其他的农业化学品也能毒害野生动植物和土壤中的微生物,其中包括许多益鸟、授粉媒介和食肉昆虫。【1】 


人虫大战 – 人输了


大量使用农药企图防控害虫的目的,似乎只是短暂地获得了效果,我们用2000多种农药去对付农业生产中常见的30多种的“害虫”,但时至今日仍然没有任何一种农药能够完全控制虫害的发生。


害虫在农药环境下可以迅速地产生耐药性。科学家们尝试在滴滴涕胁迫下养殖苍蝇,几代之后,苍蝇居然可以在充满滴滴涕的房间里“嬉戏”。我们不得不感叹昆虫的适应进化机制是如此的奇妙,以当下科学对昆虫有限的认知,指望用一两种化学物质一劳永逸地解决虫害问题,无异于痴人说梦。


在现代化学农业生境中,本就缺乏生物天敌稳定传代繁衍的条件,再加上农药的全覆盖靶标作用,首当其冲被消灭的的便是自然界维护生态平衡的生物天敌,失去了生物天敌的制衡,人们只好依靠更多种类、更高浓度的化学农药区对付日益猖獗的害虫。


然而,道高一尺,魔高一丈,大量化学农药的使用(2014年全国化学农药使用量已经超过150万吨),不仅没有彻底控制害虫的危害,反而带来了农药残留和环境污染的后果。


在农业生产中虽然大量使用化学农药,但是由于病虫草害发生所造成的农作物产量损失仍然高达20%-30%(基本与40年前的损失情况相同)。【2】 


生物农药的兴起


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为了避免农药残留和避免化学农药对环境的污染,人们开始寻求使用生物农药替代化学农药,其原料包括植物源、矿物源和微生物源。杀虫的机理主要是触杀、拒食、胃毒和麻醉,属于低毒性药物。


作为取自自然界的物质,提取其中的活性成分,制成基本无残留和可以在自然界安全分解的生物农药,的确避免了危害物质在作物中的残留,也无污染环境之虞,不过生物农药的弱点也是十分明显。


起效慢。生物农药的防治属生物学过程,效果相对缓慢,杀菌杀虫谱系较窄。


稳定相差。生物农药稳定性差,特别是以活体微生物为有效成分的产品,其稳定性更差。作为生物体,对外界因素,如温度、湿度和光照等比较敏感,致使产品的贮存稳定性差,生物活性下降很快,产品质量保证期和田间持效期短。


使用技术要求高。由于生物农药防病治虫受环境因素影响很大,其药理效能和使用技术关系非常密切,使用者因缺乏基本的使用技能,往往在发生病虫害以后才进行防治,致使生物农药体现不出良好的防治效果。【3】


培育生物天敌以虫治虫


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在科学界发现生物天敌的作用之后,便开始进行人工培育并实施工业化生产,在需要时释放到农田中控制虫害。我国于七十年代掀起了一小阵人工培育赤眼蜂的热潮,没过几年就沉寂下来了,目前国内能够生产生物天敌的企业较少,而且常见品种也不过十几种。


在不改变单一种植模式体系下的选择释放生物天敌防治害虫,不失为一种好的选择,但是这种方法的局限性依然很明显。


专业性。生物天敌的工厂化生产要求的专业性很高,大规模低成本生产仍然是天敌工厂的障碍。


匹配性。生物天敌的生命周期就决定了它的工厂化生产和农业使用需要及其准确的时间匹配性,必须能提前预测可能爆发的害虫和需要的天敌数量,才能使得工厂提前进行培育生产,显然在实践中难以满足这样苛刻的匹配条件。


释放难。当大面积的虫害发生后,需要按照生物天敌的活动半径释放,同时还受到田间气候(温度、降水)的影响,这些都将影响生物天敌释放的效果,实际生产中需要准确把握。


存活难。在常规农业田间释放生物天敌的效果是很有效的,但是当天敌的食物“耗尽”之后,由于缺乏过渡食物和适宜的栖息地,天敌种群也将随之消亡。


总结以上种种方法,仍然是沿袭现代化学农业的生产模式,试图用“打补丁”的办法弥补其缺陷,无论效果好坏都只能是治标之术。


农业生物多样性控制虫害的基本原理


《中华人民共和国生物多样性保护行动计划》中生物多样性被定义为:地球上所有的生物 (植物、动物和微生物 ) 及其所构成的综合体。包括遗传多样性 (基因多样性)、物种多样性和生态系统多样性3个层次。农业生物多样性关注的重点是在利用多样性的生态功能,保证主栽作物产量和品质,控制病虫害的发生,减低生产成本,获取综合性的收益。


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自然生态系统相对人为耕作的农田系统要稳定得多,受到各种生物种群变动的影响较小,这就是生物多样性形成的结果,尽管没有任何一种假说能够通用性地覆盖所有的情况,但是都认可生物多样性导致系统稳定性的基本前提。


一、土壤微生物多样性的意义。土壤有机质越丰富,土壤的肥力就越高,生物活性强,有益微生物越丰富,而其抗虫能力就越强;相反,破坏土壤营养的耕作管理措施将会导致作物抗虫能力下降。【2】作为地下生态系统最活跃部分的土壤生物, 是联结地上部分与地下部分物质循环和能量流动的纽带, 对地上部分的结构、功能及过程起着重要的反馈调控作用。土壤生物对地上植物的反馈作用主要是通过影响植物根系和根际生境而实现的,分解者及其共生真菌能够促进矿物质营养释放及提高初级生产力, 从而对地上植物生长及多样性产生重要影响。【4】


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二、生物多样性持续控制害虫的四种假说。联合抗性假说 - 多样性增加了植食性害虫在作物系统中的压力,即多种植物混合后表现出对有害生物的群体抗性。天敌假说 - 在复杂的环境中,猎物丰富,有各种适宜的小环境,捕食性昆虫可以保持稳定的种群。资源集中假说 - 植物多样性可能干扰害虫赖以寻找寄主的视觉或嗅觉刺激,影响了害虫对寄主植物的侵染。干扰作物假说 - 指特定作物的间作或套作,能干扰破坏害虫对靶标作物的危害【5】


三、恢复自然生态链。生物天敌通过捕食或寄生等手段控制害虫,减少因虫害对作物品质及产量的影响,是农业生态链不可或缺的关键环节,创造适合天敌发生并且繁衍生息的环境是运用生物多样性控制虫害的必要条件。


以植物生产能力而言,原始的森林草原是低生产力的,以种植作物为核心的生物多样性布局,需要通过人工再造接近原始自然环境但具备更高产出条件的农业生产环境,包括土壤微生物和生物的多样性以及植被结构和物种的多样性,利用生物多样性环境持续有效地控制虫害。


丰富农业生产环境的多样性、发挥系统的生态功能是否能在大范围内减轻有害生物的发生与危害?目前仍是农业生态科学界探讨的重要课题。【2】与自然形成的生物多样性环境比较均衡的物种相比较,人为耕作农田主栽作物的生物量是突出的优势物种,如何在这样的条件下构建农田生态系统,发挥生物多样性持续控制害虫的功能是所有从事生态有机农业的科研工作者和生产者最为关注的事情,特石有机农场在这方面进行了多年的探索和实践,也取得了一些有效的成果。


生态条带简介


“生态条带”是特石有机农场于2009年首先提出的概念,成为规模化生态循环有机农业技术体系 – 特石模式的重要组成部分,在中国科学院生态学家和生物天敌专家的指导下,我们经过无数次的试验、调整,历时8年南北两个示范基地的验证,证实这个方法在规模化有机农业生产中能够发挥控制病虫害的巨大威力。


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所谓生态条带,就是在农田中人为地划定一些条形区域,人工种植多种特定植物,使之形成多样性的植物群落,农田则坐落在生态条带的包围和环绕之中。生态条带的组成包括林灌木组成的隔离带、分布在田间的花草植物条带以及连接的生态廊道。


配置生态条带需要考虑的因素


1、  作物面积和非作物面积的配置要兼顾主栽作物的产出和形成生物多样性环境两方面的需求,根据不同的地理条件合理安排,面积比例通常为80:20,占用的生产面积可以通过加强生产面积的土壤地力增产增收,以及降低虫害引起的减产得到补偿。


2、  主栽作物和生态条带的种属亲缘关系按照宜远不宜近和结构差异化的原则搭配,避免作物边界效应,利用复杂的栖境使害虫的学习行为不易形成记忆习惯,从而减少对主栽作物的危害。


3、  因地制宜布置隔离带和生态条带,合理分配树林/灌木/花草/湿地/作物比例,吸引更多类型的生物天敌进入,为其提供过渡食物/隐蔽场所和越冬栖息地,保障多种天敌群落定居的条件。


4、  使用复合耕作取代单一种植,避免形成单一的害虫食物库,以一年生为主的主栽作物旁的生态条带应配置多年生远缘花草灌木,作物栽培尽可能错期生产,避开该地区常见的害虫高发期。


通过作物的混植和间作, 可以有效地提高作物群体的抗性水平, 以达到自然控制病虫害的目的。【6】


很多复合耕作的试验研究基本上采用2-3种作物为对象,用于测试趋避和吸引,即所谓“拒-迎”效果,这样易于观察并得出数据,但自然界的生态平衡是多物种互相作用的结果,试图用简单化的构成说明复杂的生态系统,得到的结果可能也是片面的。在实践中我们将一些有拒迎效果的植物放在多样性的植物群落中时,便很难观测到其拒迎效果了。


5、  轮作休耕,轮作的目的是避免土传病害,同时破坏害虫的学习记忆行为,减少某些植食性昆虫的连续危害。针对复种指数较高的生产地块,设置不少于一个月的临时性休耕期,中断某些害虫的连续生活史,降低害虫的虫口基数。


6、  对田间杂草实施管理。管理的目标首先是采取一定的耕作措施避免杂草与主栽作物苗期争夺营养,对于主栽作物进入生长期后则完全避免锄草,为地表的步行掠食者提供保护,同时起到保持水土减少蒸发的目的。对于生态条带和田埂的杂草则采取斩首方法,限制其生长优势。


生态条带设置的原则


生态条带是特石生态种植法中持续控制虫害的基础手段,必须保证其种类的生长稳定性才能起到相应的作用,为此要遵循以下原则:

1、  尽可能采集本地区植物品种种植,提高存活性;

2、  大多数的寄生蜂都需要取食花蜜和花粉,以保证其生殖系统的正常发育和延长寿命,有助于多种食蚜蝇产卵,同时也是多种捕食性昆虫的补充营养源【2】,所以生态条带的种植必须包含不同的花型和花期,除了吸引不同类型的生物天敌采集花蜜以外,还可以产生不同的化学信息素,形成对害虫的干扰作用;

3、  依据各类生物天敌的习性和活动半径设计条带位置;

4、  结合农田生产区域布局,合理安排林灌木隔离带和生态条带,设置连接的生态廊道保证天敌的田间迁移。


“前端控制”与“后端治理”


以生态条带为特征的有机农业规模化生产环境,保证了极少人工干预情况下对虫害的”前端控制”,不但大大节省了人工费用,同时农业生产环境越来越稳定。


在特殊情况下,尤其是地域性常见害虫爆发期,仍然需要人工干预,确保虫害对主栽作物不产生严重危害,需要使用“驱赶策略”,即通过适时割除生态条带植物地上部分,驱使天敌向耕作田间转移。作为后备措施还需要使用黄板蓝板、黑光灯、性诱剂、生物农药、病毒制剂等有机生产许可的技术产品,但是这些技术产品的使用仍然属于传统的“后端治理”,不可避免会对生物天敌产生不良影响,所以要控制使用范围并采取“即用即停”的办法,减少对生物天敌种群的影响。


采用生物多样性控制虫害的方法也必然带来农业耕作方式的变革,不可能再沿袭常规的耕作方法,包括深翻深耕、“三面光”除草等,当然更不能够使用化学农药、除草剂和杀菌剂。


生态条带作为特石生态种植体系防控虫害的基础技术,在有机蔬菜的生产实践中发挥了巨大的作用,根据特石北方南方两个示范基地8年的实践验证,在人工生态多样性环境建立后,产量不仅没有下降,某些品种甚至高于使用化肥的常规种植,从来没有发生过某个虫害严重影响到减产绝收的现象,对比同区域蔬菜的虫害发生率,降低了80%以上。


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人工再造的生物多样性是治本之策


通过研究区域农业景观系统的格局、尺度和过程,有利于充分利用农业景观系统的多样性来保护农田自然天敌对害虫的持续控制作用,避免或减少使用化学农药,降低农业生产成本,提高农田生态系统的健康水平和农产品质量。【7】


以化学技术为核心的现代农业已经发展到了较高生产力的阶段,生态有机农业若想与其抗衡或者取而代之,必须有同等或更高的生产力水平才可能实现。农业生产中的病虫害控制一直都是有机农业的短板,在不改变农业生产方式的情况下,仅仅依靠投入品的替代不可能在提高品质的同时大幅度降低生产成本,而高成本就成为有机农业难以和化学农业较量的障碍。


从生态环境的角度看,完全放任的自然形成的生物多样性也是没有意义的,农业生产需要高生产力、可以人工调控、有明确生态功能的多样性。

科学技术是第一生产力,有机农业提高生产力的办法也只有依靠科学技术,利用自然的力量改造自然,采用环境友好的技术和产品提升品质和产量,实现


生态有机农业的永续经营。

 2016年1月于深圳



【1】吴大付等,农业集约化对生物多样性的影响,吉林农业科学2010

【2】李正跃等,生物多样性与害虫综合治理  科学出版社

【3】李兰松等,生物农药及其发展思路的探讨,山西化工 2007

【4】王邵军等,土壤生物对地上生物的反馈作用及其机制,生物多样性 2008

【5】吕昭智等,生物多样性在害虫控制中的生态功能与机理,干旱区研究 2005

【6】沈君辉等,作物混植和间作控制病虫害研究的新进展 植物保护学报2007

【7】郑云开等,农业景观生物多样性与害虫生态控制 生态学报 2009


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