我國農業病蟲害綠色防控技術綜述

嚴海連，白曉拴

(內蒙古師范大學,內蒙古呼和浩特 010022)

我國是農業大國，也是種植業大國，而農作物在生產和儲存過程中都極易受到病、蟲、草、鼠等有害生物的危害，且我國復雜的生態條件和多樣的耕作制度更易引起農業有害生物的發生，從而造成農業生產的巨大損失[1]。因此，人們為避免在農業生產上產生過大損失，在種植管理農作物時，容易盲目地過度防治，過度噴灑有機農藥和施肥以取得最大的收益，而忽視了農產品和土地中農藥殘留量超標，甚至威脅人們自身的健康以及對環境造成嚴重污染。隨著我國經濟和人們生活水平的不斷提高以及“綠色食品”“有機農產品”的流行等，人們的注意力開始轉向食品安全、環境保護和治理，如何生產綠色食品、有機農產品及保護環境逐漸成為人們思考的問題。自“公共植保、綠色植保”理念提出以來，人們在綠色防控技術的發展和完善中表達了對這一理念的深刻認同[2]。針對有害生物綠色防控的理念，該研究對我國在農業病蟲害防治中常用的防控方法及在未來具有發展潛力的新防控技術進行概述和展望。

1 我國有害生物綠色防控研究現狀

有害生物綠色防控是指在管理控制農作物病蟲害時，使用對環境無害或將危害降到最低的方法對農作物進行保護，從而減少化學農藥污染的一種保護行為和措施，其具體應用可分為生態調控、生物防治、物理治理、科學用藥等方面[3]。 隨著環境保護、可持續發展等觀念的深入，綠色防控技術引起了人們的廣泛關注，從方法研究到應用實踐，研究者們都做了大量的研究。雖然隨著2006年我國農業部對“公共植保、綠色植保”新植保理念的提出，綠色防控的植保發展戰略才正式確定[4]，但符合這一病蟲害防治理念的方法在我國早已應用于實踐。

在新中國成立初期，由于我國的化學工業體系還沒有建成，化學農藥尚未出現，主要采取優化作物布局，及時發現并清潔田園環境，改善土壤環境，加強水肥管理等生態調控技術對病蟲害進行預防和調節控制。隨后經歷了化學防治階段，但隨著化學農藥對環境的污染，并通過殘留在農產品中的有毒有害物質危害人類健康等問題的出現，人們逐漸意識到使用化學農藥產生危害的嚴重性，繼而出現了生物農藥、人工釋放天敵昆蟲、人工合成昆蟲信息素及昆蟲生長調節劑等以生物或其代謝物為基礎的生物防治手段。尤其是生物農藥的生產和天敵昆蟲的利用在我國農業病蟲害防治中逐漸穩步發展。20世紀80年代我國生產出了蘇云金芽孢桿菌(Bt)殺蟲劑產品，改變了只能從國外引進菌株的狀態[5]，隨后綠僵菌、白僵菌、微孢子蟲、蠟質芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌等微生物農藥逐漸出現在我國對農業病蟲害的生物防治中[6]；天敵昆蟲則以寄生蜂和捕食螨的應用最為廣泛，并取得了良好的防治效果[4]。此外，利用光、熱、電、聲、溫濕度等物理信息及化學信息素制成簡便易行的防治工具，如捕蟲板、誘蟲燈、防蟲網、性誘劑誘捕器、食物誘捕器等理化防控技術也漸漸在病蟲害防治中受到廣泛歡迎，并在有害生物防控體系中發揮著重要作用。隨著生物技術的發展以及針對現有技術的局限性，經過研究者們的不懈努力，轉基因防控技術、遺傳防控技術及RNA干擾(RNAi)技術等有害生物綠色防控新技術在我國的研究與應用中逐漸成熟。我國轉基因作物商業化始于1997年[4],但對轉基因技術的研究目前還處于初始發展階段，遺傳防控技術也還需更深入的研究才能廣泛應用于田園實踐，而RNAi技術雖然還處于實驗室研究階段，但作為未來害蟲防治的新技術具有極大的潛力[7]。

2 綠色防控技術類型

2.1 生態調控技術

2.1.1選用抗病蟲品種。選用抗病蟲品種在各類防治措施中是最經濟易行且能較好地預防病蟲害發生的一種方法，與化學類防治方法相比較，這一方法不會產生新的投資，也不會造成環境污染和農藥殘留，特別是對于大范圍暴發且傳播速度快的病蟲害，防治效果更加顯著[7]。但在應用這一方法時要根據當地的農作物及其所引發的病蟲害的不同，因地制宜地選用抗性品種，盡可能地減輕病蟲害所造成的損失[8]。抗病蟲品種的培養主要是通過收集和鑒定相關種質資源，再利用雜交育種、誘變育種、回交轉育法等方法進行抗性品種的培育[7]。基于抗病蟲品種選育的復雜性，培養多抗品種及保持品種抗性的相對穩定和持久性依然是目前研究中的一個重要難題[7]。

2.1.2優化作物布局。在優化作物布局方面，可以通過對農作物進行合理的輪作、間作以及套種等達到控制病蟲害的目的。如通過合理的輪作倒茬，不僅有利于平衡植物對土壤養分和水分的吸收利用，并可調節土壤的理化性狀，提高土壤肥力，使農業資源得到充分的利用，作物的抗病蟲能力也有所增強，從而減輕病蟲害對主要農作物的危害[7]。合理的間作套種也是防治病蟲害的有效措施之一，通過不同農作物的穿插種植，可以增強農作物的整體抵抗力，降低病蟲害的發生率[8]。雖然這一方法較為傳統，但通過不同作物的合理配套種植能很好地起到預防病蟲害發生的作用，簡單易行，因此始終是農民首選的預防方法之一。

2.1.3加強栽培管理，控制病源。通過田園衛生的管理，可以使病原物接種體和害蟲數量減少，達到減輕或控制病蟲害的目的。具體措施可通過對土地進行深耕滅茬處理，及時去除已感染病蟲害的植株、病葉、病蟲梢或病花朵，及時清理發病中心和田間病蟲殘體等。此外，水肥管理與病蟲害的消長有著極為緊密的聯系。若施用的氮肥過多，則會使稻瘟病和水稻白葉枯病的發生加重，過少則易引起水稻胡麻斑病的發生[7]。而水的管理不當亦不利于農作物生長，水又可以調節植物對肥料的利用效率，因此，水和肥的管理應結合進行，充分發揮水肥的綜合調控作用，增強作物本身的抗害能力和調節能力，從而達到降低作物的受害率，提高田園生產量的目的[9]。

2.2 生物防治技術

2.2.1生物農藥。生物農藥主要是以生物體或其代謝產物為有效成分，亦或通過仿生合成能幫助農作物抵抗病蟲害，降低其對農作物危害性的農藥制劑[10]。依據其來源和應用的不同，可將生物農藥分為微生物源農藥、植物源農藥、動物源農藥、抗生素農藥、生化農藥、天敵生物等幾大類[11]。經過近70多年的發展，我國已經掌握了眾多生物農藥的關鍵技術及產品研制的技術路線[12]，在我國獲批準登記的生物農藥也逐年增多。據我國生物農藥登記情況盤點顯示，截至2020年，我國共批準登記了4 564個生物農藥產品。其中，屬農用抗生素類農藥最多，共獲得3 502項登記，占生物農藥登記總數的76.73%，生物化學農藥461項，微生物農藥474項，植物源農藥194項，天敵生物較少，僅為2項[13]。在眾多的生物農藥中，井岡霉素、中生菌素、武夷菌素、蘇云金桿菌、枯草芽孢桿菌、木霉菌、乙烯利、赤霉酸、苦參堿等農藥產品深受農戶歡迎，田間應用較為廣泛[12]。

2.2.2人工釋放天敵昆蟲。人工釋放天敵昆蟲是根據害蟲一般都有一種或幾種天敵的特點，通過捕食與被捕食的關系釋放對應天敵，控制害蟲數量，使農作物的受害率降到最低的一種防治方法[14]。其中，應用最為廣泛的是捕食螨、赤眼蜂、麗蚜小蜂、瓢蟲等天敵昆蟲，且已完全實現了商品化生產[9]。其中，赤眼蜂在寄生性天敵中最為突出，其應用面積達到了82.53%，尤其對水稻二化螟和玉米螟的防效較好[9]。李玉琴等[15]通過釋放赤眼蜂防治玉米螟，使玉米田的百稈被害株率減少了77.1%，其防治效果達到82.2%。而瓢蟲捕食蚜蟲的種類也較為豐富、捕食效率高，所以在捕食性天敵中也以瓢蟲的應用面積最大[10]。此外，以螨治螨目前也已經實現了商品化生產并大規模地在實際中應用。福建省農業科學院已經建成年生產能力達8 000億頭的捕食螨商品化生產基地，這為我國柑橘有害螨的防治提供了有力的基礎支撐[16]。

2.2.3昆蟲信息素。昆蟲信息素是一種由昆蟲分泌的在相同或不同物種之間進行信息傳遞的一類調控物質。昆蟲信息素因為具有防治效率高、不具毒性、對生態環境無污染、對益蟲不造成傷害等優點而得到國內外的高度認可[7]。昆蟲信息素主要包括性信息素、聚集信息素、示蹤信息素、報警信息素、疏散信息素以及蜂王信息素等[17]，目前主要應用于對害蟲種群的監測、進行大批量誘殺、干擾交配或與其他方法配合防治等方面，而在眾多信息素中屬昆蟲性信息素的應用最為廣泛[7]。如昆蟲性信息素常用于鞘翅目、直翅目、同翅目等害蟲的大量誘殺防治,被稱為第三代農藥，在害蟲的防治上具有廣闊的發展前景[17]。我國對于昆蟲信息素的研究始于1966年，到20世紀70年代研究工作全面展開，到目前為止,已有梨小食心蟲、桃潛蛾、棗黏蟲、小菜蛾、斜紋夜蛾、甜菜夜蛾、甘藍夜蛾、棉鈴蟲、煙青蟲、水稻二化螟、二點委夜蛾、黏蟲和茶小卷葉蛾等150余種性信息素產品，使用類型有性誘劑、迷向絲、干擾交配釋放器等，并獲得數十項科技獎和技術專利[18]。

2.2.4昆蟲生長調節劑。昆蟲生長調節劑是一種阻礙害蟲完成蛻皮、新表皮形成等生理發育的通路，使其不能正常發育，最終導致其死亡的一類新型特異性殺蟲劑[19]。昆蟲生長調節劑被譽為第三代殺蟲劑或新型昆蟲控制劑，主要作用在由幾丁質合成的部位上，如害蟲的表皮、卵殼、口器，具有抑制蟲卵孵化、破壞幼蟲蛻皮、干擾成蟲產卵的特點。通常將昆蟲的生長調節劑分為幾丁質合成抑制劑、保幼激素類似物和蛻皮激素類似物等三大類[20]。因其毒性低、污染少、對天敵及有益生物影響小等優點而常用于鱗翅目、鞘翅目、雙翅目等害蟲的防治[21]。目前我國對幾丁質合成抑制劑的研究較多，且部分已經廣泛商業化使用，如除蟲脲、氟蟲脲、氟啶脲、氟鈴脲、殺鈴脲等[22]。

2.3 理化防控技術

2.3.1誘蟲燈。誘蟲燈主要是利用害蟲的趨光特性對其進行誘殺，具有延緩有害生物抗性、防控成本低等優點，常用于農業害蟲的預測預報和防控。而大多數誘蟲燈誘殺的是害蟲的成蟲，故而能減少蟲卵的產生，從根本上降低田間害蟲的數量[23]。其中，太陽能殺蟲燈的使用較為便利，可大面積對害蟲進行防治，適合的應用范圍也相對比較廣，因而被廣泛地應用于害蟲的防治[24]。而頻振式殺蟲燈的原理則相對復雜，除了利用光以外，害蟲還會對波、色、味等產生趨向性，因此頻振式殺蟲燈結合害蟲的多種趨向性對害蟲進行誘殺，較其他誘蟲燈更具特異性，更能有針對性地誘殺害蟲，并保護天敵[25]。

2.3.2捕蟲板。捕蟲板是一種正反面均具有無毒的黏合劑，并借助害蟲對于色彩的趨向性來捕殺害蟲的硬塑板[26]。不同種類的害蟲偏好的顏色也不盡相同，如黃板更適于蚜蟲、粉虱、葉蟬、斑潛蠅等小型害蟲的防治，而藍板則可用于各種蠅和薊馬的防治[8]。這一方法的使用也較為方便，只需將想要防治的害蟲對應顏色的捕蟲板懸掛于農作物中，害蟲便飛向對應顏色的捕蟲板，從而起到防治的作用。

2.3.3防蟲網。防蟲網防蟲是通過人工安裝阻礙害蟲與農作物接觸的防御屏障的一種方法，而其原料是優質的聚乙烯，能夠耐高溫，耐腐蝕，且不易老化和不含有毒有害物質，廢棄后也易于處理，使人們在防治病蟲害中廣泛接受這一方法[8]。此外，其使用也較為便利和直接，可直接覆于地表或溫室大棚的門窗，幾乎能完全防止蚜蟲、白粉虱、斑潛蠅等害蟲的侵入，且能控制病毒害發生，還可保護天敵。因此，防蟲網在蔬菜上的應用最廣泛。

2.3.4性誘劑誘殺。性誘劑誘殺害蟲技術是通過人工合成的昆蟲性信息素或仿造的一些化學物質擾亂雄蟲與雌蟲的交配行為，甚至誘殺雄蟲，使雌蟲無法交配而降低其產卵率，使其后代種群數量減少的一種方法[27]。這種方法在風、雨等惡劣天氣條件下，相比誘蟲燈更能保證誘殺數量，從而達到有效防治；在害蟲的監測中，也比誘蟲燈更能真實地反映田間的蟲量情況[9]。此外，性誘劑是放置在誘捕器中實現其功能的，不直接接觸植物和農產品，即不產生污染問題，同時性誘劑具有專一性和敏感性特點，不傷害益蟲，因此在眾多防治措施中是首選方法之一[17]。使用性誘劑誘殺可有效控制玉米螟、小菜蛾、甜菜夜蛾、斜紋夜蛾、三化螟等害蟲的成蟲。

2.3.5食誘。食誘劑是針對植食性害蟲而言的，利用其對某種食物或者揮發物的喜好而配制成的一類害蟲誘殺劑[28]。這一方法在20世紀初已有了實踐，如人們利用發酵糖水、糖醋酒液、植物傷口分泌液等對多種鱗翅目、鞘翅目及雙翅目的害蟲進行誘殺，均表明誘殺效果是較為顯著的[29]。食誘劑與化學農藥相比雖然沒有農藥殘留的風險，但為了更好地達到防治目的，有些食誘劑仍然需要與化學殺蟲劑混合使用，所以不能完全排除安全性問題，因此食誘劑的應用范圍受到了一定的限制[30]。

2.4 轉基因防控技術轉基因防控技術主要有轉基因昆蟲和轉基因農作物。轉基因昆蟲主要是通過基因重組使害蟲產生能夠使其致殘或死亡的新性狀，從而起到防治作用[31]。目前，黑腹果蠅、地中海實蠅、埃及伊蚊、岡比亞按蚊等多種昆蟲都有轉基因昆蟲技術的應用[31]。此外，轉基因技術還可以實現不同物種間的基因結合，如可將深海魚抗凍基因轉移到植物上，這也是區別于雜交技術的優點之一[32]。轉基因作物是指將目標基因通過一系列的分離和修飾后導入目標農作物的基因組中，從而產生抗蟲、抗病、耐旱、耐寒、高產和優質等新性狀，使作物自身更能抵抗病蟲害。相比于前2種轉基因技術，轉基因農作物的應用更為廣泛。我國對轉基因技術的研究開始于20世紀，截至目前，我國也已基本具備對各種作物轉基因進行研究的基礎條件與能力，如我國已建立了水稻、小麥、玉米、棉花和油菜等主要轉基因農作物的技術標準體系，并已批準Bt抗蟲棉、抗病番木瓜、抗蟲楊樹的商業化種植[33]。但是我國的轉基因技術目前還處于初始發展階段，還需加大這一方面的人才培養與研究力度[7]。

2.5 遺傳防控技術遺傳防控技術主要是基于遺傳學原理，對害蟲進行物理(輻射)、化學、遺傳等方法的處理，再通過害蟲的交配行為將特定基因引入野生種群中，以改變或取代其原遺傳物質，降低其潛在生殖能力的一種方法[7]。與化學防治相比，遺傳防控技術同樣具有專一性，經過遺傳改造的昆蟲僅限于與靶標昆蟲的交配，對其他物種和生態環境無害[34]。目前已經從基于輻射的不育調控技術發展到基于遺傳轉化的調控技術，近年來不斷成熟的昆蟲基因編輯技術為種群遺傳調控策略的實施提供了更為廣闊的前景[4]。害蟲遺傳防治已經成為當今國際上用于防治或根除重大害蟲最有效的手段之一[35]。截至目前，遺傳調控技術已經在多個昆蟲中進行研究并得到應用，如大豆食心蟲、柑橘大食蠅、桃小食心蟲等害蟲已進行了田間試驗和應用[36]。但我國的遺傳防控技術研究起步較晚，且遺傳防控技術不論是在學科上，還是在應用上涉及的層面都高度交叉復雜，因此還需不斷借鑒國外先進經驗，并結合我國農業重大有害生物開展遺傳防治的基礎和應用研究，實現農作物病蟲害的有效治理。

2.6 RNA干擾防治技術RNA干擾(RNAi)技術主要是一種針對基因功能進行研究的工具，其對害蟲的防治機理是通過外源雙鏈RNA影響目的基因的翻譯或轉錄，阻礙害蟲的生長發育或使其死亡，以達到防治目的[37]。自國際上第一例表達昆蟲雙鏈RNA(dsRNA)的抗蟲轉基因玉米MON87411被批準后，利用RNAi技術防治害蟲逐漸成為人們的研究熱點[38]。如王暉等[39-43]均針對不同的害蟲進行了RNAi研究。在RNAi技術中，dsRNA進入害蟲體內發揮作用的常用方法是注射、飼喂和浸泡法[44]，因此具有作用高效、針對性強等優點。雖然大部分的dsRNA進入昆蟲體內后存在核酸酶降解現象，但目前也已研究出可通過在dsRNA的外層用脂質體或納米粒子進行包裹，保護其不被消化系統內的各種酶降解[38]。綜合已有利用RNAi技術對害蟲進行控制的研究可知，這一技術目前雖然還處于實驗室研究階段，但RNA干擾技術已被公認為第四代殺蟲劑的核心技術，因此在未來害蟲防治的新技術應用中具有極大的潛力[45]。

3 我國綠色防控技術整體推廣成效

自綠色防控的新植保理念和“預防為主，綜合防治”的植保方針提出以來，我國通過一系列措施的推廣，經過各方面的努力也已取得了一定的成效。截至2020年底，全國共創建各類綠色防控應用示范區11 000多個、示范縣203個、年核心示范面積超過366.67萬hm2，帶動綠色防控推廣應用面積近6 666.67萬hm2，年減少農藥使用量超過9 000 t，全國主要農作物病蟲害綠色防控覆蓋率達到41.50%，比2006年提高27.98百分點。此外，還推動了傳統防控方法的改進和創新以及新技術的研發，促進不同防控技術的配套使用模式。如在南方稻田區形成了“統一翻耕+深水滅蛹+燈誘”“性誘+適時擱田+統防統治+高效低毒農藥”防控模式；東北春玉米區形成了“秸稈粉碎還田+白僵菌封垛+燈誘”“性誘誘殺成蟲+釋放赤眼蜂+生物農藥”防控模式；果菜茶優勢區形成了“燈誘、色誘、性誘、食誘+生物防治+高效低毒農藥”防控模式；在東亞飛蝗滋生區基本形成了以綠僵菌和微孢子蟲為主的綠色防控技術模式等[6]。

4 問題與建議

作為農業大國，我國農作物種類繁多，農作物病蟲害也復雜多樣。據統計，我國常見農作物病蟲害有1 700多種，且由于近年來全球氣候的變化，病蟲害的發生規律也逐年復雜化，從而導致重大病蟲害的監測和防控難度增大，每年都不可避免有重大病蟲害的流行和暴發，農作物生產損失嚴重[46]。因此，病蟲害防治一直是我國備受關注的難題。隨著人們對環境污染帶來環境問題的嚴重性的認識，環境污染少或無污染的綠色防控技術逐漸替代化學防治，同時也成為一種不可避免的病蟲害防治趨勢。我國強調建設資源節約型、環境友好型農業，在各地政府的努力下，綠色防控技術的應用面積也逐年擴大，但依然存在一些推廣應用和研究上的問題：一是各地方政府的宣傳力度不夠，推廣模式不健全，農民對環境污染的認識、綠色防控理念的不理解，從而導致運用綠色防控技術進行農作物病蟲害防治以及保護環境的意識不強；二是在普通農戶種植的作物區綠色防控體系過于單一，雖然目前已研發出多種防治方法配套應用，且取得了預期效果，但因成本高，田園應用技術不成熟，系統性不強等原因未能廣泛普及；三是由于相關技術研發的自身缺陷和復雜性，我國對防控技術中的關鍵技術的研發與掌握還有所欠缺，創新性技術的田園應用較少；四是可企業化生產的綠色防控產品較少，如天敵昆蟲的應用中僅有赤眼蜂、捕食螨、蚜繭蜂等少數幾個品種實現了規模化生產，且由于運輸、儲存等技術設施的欠缺，影響防治效果。

針對我國目前綠色防控的推行狀況，建議如下：一是對于現有的適用性強、可大面積推廣使用的綠色防控技術應加大宣傳力度，使有害生物綠色防控理念深入人們的思想觀念，倡導可持續發展和保護環境，讓農民認識到盲目使用化學農藥和化肥給環境帶來的嚴重危害，并結合當地病蟲害的發生情況和農戶的經濟情況幫助農戶選擇經濟有效的防控方法。二是可通過對綠色植保技術基層人員進行培養，對接入戶，針對不同農作物引發的病蟲害，綜合考慮各綠色防控技術的優點和缺點，取長補短，研發出科學合理且經濟高效的配套防治技術，爭取防治效果的最大化。三是轉基因技術、遺傳防控、RNA干擾等技術雖然研發過程較為復雜，目前田間應用的難度還較大，但卻是實現農業可持續發展的新路徑，在未來綠色防控中具有廣闊的發展前景，國家和政府應重視這一方面的人才培養，加大資金投入和政策扶持，促進關鍵技術的研發和創新；四是對于可企業化生產的綠色防控產品，可加大與企業的合作，給予相關政策支持，規范生產，對生物農藥、性誘劑等綠色防控產品做好市場監督和登記等。