生物防治作为害虫综合防治的重要内容, 长期以来受到各界的广泛关注。传统的生物防治概念是1919年Smith提出的“ 通过捕食性、寄生性天敌昆虫及病原菌的引入增殖和散放来压制另一种害虫” ^{[7, 8]}。从应用生态学观点出发将其引伸为“ 寄生性、捕食性天敌或病原菌使另外一种生物的种群密度保持在比缺乏天敌时的平均密度更低的水平上的应用” 。以上2种概念均为传统的生物防治, 主要是利用天敌和微生物、病原菌等控制害虫密度。1987年, 美国国家科学院将生物防治定义为“ 利用自然的或经过改造的生物、基因或基因产物来减少有害生物的作用, 使其有利于有益生物如作物、林木、动物和益虫及微生物” ^[7], 生物防治的概念和范畴得到进一步扩充。2010年林乃铨^[9]将生物防治(biological control)定义为指利用有益生物及其产物防治有害生物, 这两个概念均属于广义概念。根据广义生物防治的概念, 杀虫转基因植物、信息激素、植物源农药、高效杀虫生物农药等新技术纳入生物防治范畴^{[7, 10, 11, 12, 13, 14, 15]}。本文所指生物防治技术应属于广义的生物防治范畴。

多年来, 滥用化学农药造成的有害生物抗性(resistance)、再猖獗(resurgence)和农药残留(residue)的“ 3R” 问题日益严重, 为保证农业可持续发展、保障食品安全和有效保护生态安全, 生物防治作为替代化学农药的重要途径越来越受到人们的关注, 并得到应用。20世纪50年代, Canning从非洲飞蝗(Locusta migratoria migratoriodies)体内分离并命名^[16-17]。蝗虫微孢子虫(Nosema locustae)用于草地害虫防治, 是国际草地害虫生防成功的早期范例^[16]。绿僵菌(Metarhizium anisopliae)制剂作为微生物农药的重要代表, 自1879年梅契尼可夫首次用绿僵菌防治奥地利丽金龟(Anisopliae austriaca)^[18] 以来, 绿僵菌被广泛地应用于害虫生物防治^{[19, 20, 21]}。

农业部于20世纪 70 年代末期开始组织开展大规模草原虫害防治, 生物防治试验示范及推广起步于20世纪80年代中后期, 大致可以分为2个阶段。

第一个阶段是20世纪 80年代中后期到21世纪初。该阶段防治药剂以有机磷、氟化物为主^{[22, 23]}, 但是针对化学防治的局限性, 逐步开展生物防控技术的研究和区域性试验示范。1986年, 农业部成立全国微孢子虫治蝗科研推广协作组, 在新疆、内蒙古、青海、甘肃等省区开展了多年的防治草原蝗虫示范试验^[24]。七五期间, 新疆在3个地州6个县人工招引粉红椋鸟(Sturnus roseus)推广面积达2万h m225, 在13个地州30多个县推广牧鸡治蝗面积达66.7万h m226。从1987年到1991年中, 在四川、青海和西藏20万hm²草原上推广使用草原毛虫核型多角体病毒(Gynaephora ruoergensis Chou et yin nuclear polyhedrosis virus)防治草原毛虫^[27]。20世纪末, 先后在新疆、内蒙古、青海、甘肃等地草原上开展绿僵菌防治蝗虫的试验^{[28, 29]}。

第二个阶段是2002年以来。2002年国务院印发了《国务院关于加强草原保护建设的若干意见》, 强调“ 要采取生物、物理、化学等综合防治措施, 减轻草原鼠虫危害。要突出运用生物防治技术, 防止草原环境污染, 维护生态平衡” 。当年, 全国畜牧兽医总站(现:全国畜牧总站)在全国牧区组织开展了草原虫害生物防控综合配套技术推广应用项目, 开展草原虫害3S监测预警技术与方法研究, 有计划地推广生物农药, 优化天敌控制技术, 以监测预警和生物防治为核心的综合配套技术逐步成型。2010年农业部召开全国草原鼠虫害生物防治现场观摩会, 提出利用3年的时间争取将我国草原虫害的生物防治比例提高到50%以上, 推动了生物防治工作全面提速。2011年, 草原虫害生物防治比例达到50%, 提前1年实现预定目标。

20世纪80年代, 随着地学信息技术的日趋成熟, 遥感(RS)、地理信息系统(GIS)及全球定位系统(GPS)等应用于蝗虫发生的预测预报及制定防灾决策^[30]。进入21世纪后, 中国出现了大批利用3S技术进行蝗虫监测预报的研究, 尤其是以新疆、青海、内蒙古等草原为主要研究区域, 主要集中在蝗灾危害程度的监测方面^{[31, 32, 33]} 和局部地区个别害虫的危害分析^[34], 还不能大面积宏观预测。

为开展全国性草原虫害宏观预测分析, 依据《草原蝗虫宜生区划分与监测技术导则》^[35], 在整理分析历史资料和调查数据的基础上, 以草原蝗虫种群数量和为害次数为主要指标对草原蝗虫发生程度进行量化, 利用3S技术将与草原蝗虫发生相关的草原类型、土壤类型、地上生物量、海拔、坡度、坡向、年平均气温、年平均降水量、≥ 10℃有效积温等生态因子进行量化并数字空间化, 采用多元回归等方法建立了亚洲小车蝗(Locusta migratoria migratoria)、宽须蚁蝗(Myrmeleotettix palpalis)、白边痂蝗(Bryodema lucustosum luctuosum)、意大利蝗(Calliptamus italicus italicus)、西伯利亚蝗(Odealeus decorus asiaticus)、大垫尖翅蝗(Epacromius coerulipes)、草原毛虫(Gynaephora)、西藏飞蝗(Locusta migratoria tibetensis)等7种(类)草原害虫发生程度量化的宜生指数模型, 模拟了以上7种类蝗虫的宜生区。生态因子量化时实行“ 定性数据分属性量化、定量数据分区间量化” 的原则。

在划分宜生区的基础上, 结合防治期调查数据、残蝗基数、越冬卵存活状况等数据, 综合分析当年虫害发生与防治情况、生态因子变化情况对翌年虫害发生程度的影响, 开展分级预警及危害区域模拟, 于每年3月定期发布草原生物灾害监测预警结果。自2008年以来已连续6年发布全国草原生物灾害监测预警结果, 有效指导了当年防治工作。

2005年始, 全国畜牧总站研究开发了草原虫害信息管理系统软件, 具有数据录入、数据导入、数据导出、数据筛选、统计分析、信息查询、纵向统计、横向统计、错误校验、上报报表以及发生区、防控区上图等功能, 能逐级实时传送草原虫害发生与防控情况。为了进一步完善数据采集, 2006年又研发了草原虫害野外数据采集PDA终端, 将野外调查内容固化进软件, 规范数据录入格式, 实现了野外数据采集简单化、规范化。目前, 草原虫害管理系统在全国13个省(区)和新疆生产建设兵团的631个县(市、旗、团场、区)业务化运行, 虫害发生期每周定期逐级报送草原虫害发生与防控情况, 实现了信息采集、录入的标准化和信息储存、管理、统计、分析、传输的自动化, 确保了数据的准确性, 提高了信息上报的适时性。

初步建成了“ 农业部(全国畜牧总站)— 省(自治区)站-市(盟、州)站-重点县(旗、区)站— 村级农牧民测报员” 的5级草原虫害监测网络体系。在全国13个省区和新疆生产建设兵团布设了26个草原虫害固定监测站(表2), 对固定样地内草原类型、植被特征、害虫发育历期等内容进行全面系统监测。依托省、地、县3级草原技术推广机构每年开展5次虫害常规调查, 掌握草原虫害发生、发展和危害程度等宏观数据。发展草原村级农牧民测报员5109名(图2), 在虫害发生期及时向各级草原技术推广机构报告灾害发生情况。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 全国草原害虫固定监测点 Table 2 National fixed monitoring sites for grassland pests in China 监测虫种 Pest species 总数量 Total number 建设地点 Location 数量 Number 草原蝗虫 Grasshoppers 15 新疆Xinjiang Uygur Autonomous Region 4 内蒙古Inner Mongolia Autonomous Region 6 辽宁 Liaoning Province 1 四川Sichuan Province 2 青海 Qinghai Province 1 甘肃 Gansu Province 1 草地螟 Loxostege sticticalis 11 内蒙古Inner Mongolia Autonomous Region 4 新疆Xinjiang Uygur Autonomous Region 2 河北Hebei Province 1 山西 Shanxi Province 1 吉林 Jilin Province 1 黑龙江 Heilongjiang Province 1 宁夏 Ningxia Hui Autonomous Region 1

表2 全国草原害虫固定监测点 Table 2 National fixed monitoring sites for grassland pests in China

图2

Fig.2

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	图2 草原村级农牧民测报员分布Fig.2 Distribution of village-level agro-pastoralist observer and predictor

筛选出适合草原虫害防治的绿僵菌、类产碱假单胞菌(Pseudomonas pseudoalcaligenes)、核型多角体病毒等3种微生物药剂、阿维菌素(avermectins, AVMs)等1种农用抗生素制剂和印楝素(azadirachtin)、苦参碱(Matrine)、烟碱· 苦参碱(Nicotine· matrine)等3种植物源农药, 并界定了各种药剂的推荐使用剂量(表3)。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 各种生防药剂防治效果及推荐剂量 Table 3 Control efficiency and recommended dose for different biopesticides 药剂名称Biopesticide 防治对象Pest 防效Control efficiency (%) 推荐剂量Recommended dose 绿僵菌 Metarhizium anisopliae 草原蝗虫Grasshoppers 第7天7 days after application 42.1 粉剂100.05 g孢子粉/hm2, Powder 100.05 g conidial powder/hm2, 油剂Oil solutions, 1995 mL/hm2 第12天12 days after application 64.7 第28天28 days after application 78.2 类产碱(类产碱假单胞杆菌) Pseudomonadaceae 草原蝗虫Grasshoppers 第10天10 days after application 84.3 水剂Water solutions, 600 mL/hm2 草原毛虫Gynaephora 第5天5 days after application 95.9 水剂Water solutions, 300 mL/hm2 核型多角体病毒 Nuclear polyhedrosis viruses 草原毛虫Gynaephora 第3天3 days after application 75.9 水剂Water solutions, 300~450 mL/hm2 第5天5 days after application 90.2 第7天7 days after application 93.5 第15天15 days after application 96.8 阿维菌素 Abamectin 草原蝗虫Grasshoppers 第3天3 days after application 93.6 乳剂Emulsion solutions, 300~375 mL/hm2 第5天5 days after application 96.1 印楝素 Azadirachtin 草原蝗虫Grasshoppers 第3天3 days after application 79.9 乳剂Emulsion solutions, 75~120 mL/hm2 第7天7 days after application 93.6 苦参碱 Matrine 草原蝗虫Grasshoppers 第3天3 days after application 85.5 水剂Water solutions, 300 mL/hm2, 高密度时High density, 450 mL/hm2 第5天5 days after application 92.8 第7天7 days after application 94.6 草原毛虫Gynaephora 第5天5 days after application 97.3 烟碱· 苦参碱 Nicotine· matrine 草原蝗虫Grasshoppers 第3天3 days after application 93.4 水剂Water solutions, 300 mL/hm2 草原毛虫Gynaephora 第3天3 days after application 98.6

表3 各种生防药剂防治效果及推荐剂量 Table 3 Control efficiency and recommended dose for different biopesticides

4.2.1 人工招引粉红椋鸟 粉红椋鸟属鸟纲雀形目椋鸟科。国内仅分布于新疆, 伊犁、塔城谷地和阿勒泰山地、吐鲁番和喀什等地均有分布, 且绝大部分为蝗虫发生区, 其他省区几乎未见分布。粉红椋鸟为迁徙型候鸟, 在营巢繁殖区和越冬区之间进行迁徒。粉红椋鸟在繁殖期迁来新疆, 与当地蝗虫的孵化期相关。一般为5月中旬迁入, 在繁殖结束后就迁离繁殖区, 时间约在7月中旬。

20世纪80年代初, 新疆对粉红椋鸟治蝗开始了系统研究^{[36, 37, 38]}, 七五期间在3个地州6个县人工招引粉红椋鸟推广面积达2万h m225。近年来, 为了更好利用粉红椋鸟防治草原蝗虫, 采用人工营巢的方式招引粉红椋鸟的研究与试验示范取得成功。人工巢穴主要有卵石堆招引巢和砖砌水泥结构招引巢2种形式(图3)。目前, 在新疆已经建立了3个粉红椋鸟生物治理示范带。第一条在天山北坡中段区域, 包括乌鲁木齐市、昌吉市、呼图壁县、玛纳斯县、沙湾县、乌苏市; 第二条在准噶尔西部山地区域, 是以巴尔鲁克山、玛依勒山为中心包括塔城市、托里县、裕民县、额敏县; 第三条在伊犁河谷区域, 包括伊宁县、巩留县、霍城县、特克斯县、尼勒克县、察布查尔县、新源县。调查结果显示, 粉红椋鸟日食蝗虫60 g左右, 防前蝗虫平均虫口密度高达33头/m², 在椋鸟捕食后, 蝗虫密度低至平均不到1.3头/m²。在繁殖末期, 营巢地附近的蝗虫由于受到椋鸟的频繁捕食, 密度已下降到0.25头/m²。

图3

Fig.3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 粉红椋鸟人工招引巢Fig.3 Construction for attracting Sturnus roseus to control pests in grasslands

4.2.2 牧鸡治蝗 通过孵化、育雏、防疫和调训鸡群, 引导鸡群捕食蝗虫, 达到降低草原蝗虫密度防控蝗灾的目的。实践表明, 牧鸡治蝗适用于蝗虫密度相对较低的区域, 1只牧鸡治蝗季节可治蝗0.53~0.60 hm², 灭蝗效果在90%以上, 一般1000~1500只牧鸡为一个防控群为宜。生产中为了实现牧鸡“ 移动” 牧养, 设计了适宜草原治蝗的轮式移动鸡舍。2003年起, 农业部开始推广牧鸡牧鸭治蝗。由于鸡治蝗的减灾增收双赢效益, 牧鸡治蝗逐渐成为各地草原虫害防治中采用的主要方法之一。2012年, 农业部组织开展了“ 百万牧鸡治蝗增收行动” , 全年共投入牧鸡289万只, 牧鸡治蝗面积达到94.4万hm², 减少牧草直接经济损失达到1.27亿元, 实现牧鸡增收8065万元。

2002— 2011年, 在河北、山西、内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江、四川、西藏、陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆等13个省区和新疆生产建设兵团推广草原虫害生物防控技术共计1405.8万hm²· 次, 完成率为151.1%(表4)。2011年草原虫害危害面积较2001年下降39.8%。

表4

Table 4

表4(Table 4)

表4 2002— 2011年草原虫害生物防治技术推广面积 Table 4 Areas of pests controlled by biological methods in China’ s grassland from 2002 to 2011 药剂名称 Biopesticide 推广面积 Promotion area (× 104 hm2) 绿僵菌 Metarhizium anisopliae 224.73 类产碱(类产碱假单胞杆菌) Pseudomonadaceae 137.13 核型多角体病毒Nuclear polyhedrosis viruses 63.47 阿维菌素Abamectin 30.73 印楝素Azadirachtin 109.00 苦参碱Matrine 88.47 烟碱· 苦参碱Nicotine· matrine 22.60 粉红椋鸟Sturnus roseus 320.93 牧鸡Chicken 348.07 牧鸭Duck 60.67

表4 2002— 2011年草原虫害生物防治技术推广面积 Table 4 Areas of pests controlled by biological methods in China’ s grassland from 2002 to 2011

自2002年起有计划地推广草原虫害生物防治技术, 全国草原虫害防治比例呈逐年增加趋势, 由2003年的16%逐渐增加到2011年的52%, 提高了36个百分点(图4)。

图4

Fig.4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 2003-2012年草原虫害生物防治比例Fig.4 Percentage of biocontrol area in total pest control area in China from 2003 to 2012

对比2003、2008和2012年全国草原虫害生物防治技术构成情况, 可以看出草原虫害防控工作由最初的主要依靠天敌控制向多种生物防治技术多元化转变, 正在形成由天敌控制、植物源农药、农用抗生素和微生物农药4种防控技术组成的新型格局(图5)。

图5

Fig.5

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	图5 草原虫害生物防治技术构成变化Fig.5 Percentage of various methods used in biocontrol for pest insects in China

5.4.1 内蒙古为重点的“ 飞机+机械+牧鸡” 的三机(鸡)联动防控模式 以内蒙古为主的北部干旱、半干旱草原地区地势较为平缓, 地形简单, 较适宜飞机、大型机械作业和牧鸡治蝗。各地因地制宜采用运5、蜜蜂-4、三角翼等飞机与巴西杰克多AJ-401大型喷雾机械开展防控工作, “ 飞机+机械+牧鸡” 的三机(鸡)联动防控模式, 防控能力达到10万hm²/d, 较“ 九五” 时期提高2倍。

5.4.2 新疆为重点的“ 人工招引粉红椋鸟+牧鸡、牧鸭” 的天敌控制模式 粉红椋鸟是新疆特有的治蝗资源, 新疆充分利用粉红椋鸟资源优势, 大力推广人工招引粉红椋鸟+牧鸡牧鸭的蝗害天敌控制技术。目前, 建立了3个生物治理示范带, 示范区以人工招引粉红椋鸟治蝗为长效控制手段, 辅以牧鸡牧鸭治蝗及生物制剂防控, 已建有粉红椋鸟招引巢近6万m³。在粉红椋鸟分布较少的区域采取牧鸡牧鸭治蝗, 建立了牧鸡牧鸭合作社, 协同治蝗。

5.4.3 青藏高原地区为重点的“ 生物制剂+植物源农药” 的生物防控模式 青藏高原大多数地区降雨较为丰富, 土壤湿度较适宜绿僵菌、核型多角体病毒等存活繁殖, 可以充分发挥生物制剂的长效作用。为了降低虫害的抗药性, 在实施生物制剂灭蝗的同时, 实施植物源农药灭治草原虫害。青藏高原草原地区地势变化较大, 在地势相对较缓的地区可以组织大型机械作业, 在地势陡峭的地区可以采用人力背负式小型喷雾器作业, 在长期的防控工作中逐步形成了特有的“ 生物制剂+植物源农药” 的生物防控模式。