楊 文,董 杰,張 晶,王帥宇,吳建寨,邢麗瑋*
(1.北京市植物保護(hù)站,北京 100029;2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部區(qū)塊鏈農(nóng)業(yè)應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100081)
農(nóng)作物病蟲害綠色防控是指應(yīng)用農(nóng)業(yè)防治、物理防治、生物防治、生態(tài)調(diào)控以及科學(xué)、合理、安全用藥等技術(shù),達(dá)到有效控制農(nóng)作物病蟲害,確保農(nóng)作物生產(chǎn)安全、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境安全,促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、增收的植物保護(hù)措施[1]。為貫徹落實(shí)“公共植保、綠色植?!崩砟詈蛧鴦?wù)院食品安全工作會(huì)議精神,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部 2011年發(fā)布《農(nóng)業(yè)部辦公廳關(guān)于推進(jìn)農(nóng)作物病蟲害綠色防控的意見》,2015年發(fā)布《到2020年農(nóng)藥使用量零增長行動(dòng)方案》,以大力推進(jìn)農(nóng)作物病蟲害綠色防控措施。截止到2019年,我國綠色防控覆蓋率已達(dá)到29.4%。
綠色防控有利于促進(jìn)農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn),是提升農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全水平的必然要求,解決農(nóng)藥殘留超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的有效途徑。隨著全國綠色防控覆蓋率的不斷上升,客觀、快速地評(píng)價(jià)農(nóng)作物病蟲害綠色防控技術(shù)應(yīng)用效果已然成為當(dāng)務(wù)之急,也是農(nóng)藥減量、食品安全、生態(tài)安全的支撐和保障。但由于受綠控措施的種類、實(shí)施作物類別、實(shí)施區(qū)域大小等因素影響,綠色防控應(yīng)用效果評(píng)價(jià)是一個(gè)涉及多方面的復(fù)雜問題。如何采用科學(xué)合理的指標(biāo)和技術(shù)方法開展綠色防控技術(shù)及產(chǎn)品防蟲滅害應(yīng)用效果評(píng)價(jià)成為當(dāng)前研究的難點(diǎn)。因此,研究農(nóng)作物病蟲害綠色防控措施應(yīng)用效果評(píng)價(jià)方法現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
2006年,我國開始推進(jìn)農(nóng)作物病蟲害綠色防控以來,綠色防控示范試點(diǎn)不斷增多,輻射面積逐步擴(kuò)大,諸多學(xué)者在不同區(qū)域范圍上開展了綠色防治措施的應(yīng)用及效果評(píng)價(jià)研究,并取得了一系列研究成果。
(1)示范區(qū)范圍。常以單一作物作為研究對(duì)象,評(píng)價(jià)多種綠色防控技術(shù)融合示范對(duì)其生長狀況及產(chǎn)量的影響。以野外采樣調(diào)查的方法獲取綠色防控區(qū)、常規(guī)防治區(qū)及空白對(duì)照區(qū)[2]的農(nóng)藥制劑使用減少量、病害率、單產(chǎn)提高率、純收入增加比率等評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù),然后通過對(duì)比分析各項(xiàng)指標(biāo)情況,評(píng)價(jià)綠色防控措施的效果。田卉等[3]通過在四川省成都市金堂縣三溪鎮(zhèn)設(shè)置蜜蜂授粉區(qū)、自然授粉區(qū)和空白對(duì)照區(qū)3個(gè)處理區(qū),開展蜜蜂授粉與病蟲害綠控技術(shù)示范,結(jié)果顯示蜜蜂授粉區(qū)油菜結(jié)莢率、結(jié)實(shí)率和千粒重等指標(biāo)均優(yōu)于常規(guī)防范區(qū)。楊宇宙等[4]對(duì)比了西湖茶場村2 hm2綠色防控示范區(qū)茶園與0.33 hm2空白對(duì)照區(qū),發(fā)現(xiàn)綠色防控示范區(qū)內(nèi)的茶小綠葉蟬、灰茶尺蠖等茶園主要害蟲得到了有效控制。
(2)縣、市、省域范圍。多數(shù)研究在區(qū)域范圍內(nèi)優(yōu)選多個(gè)具有代表性的典型示范點(diǎn)作為研究區(qū),以單一作物類型作為研究對(duì)象,進(jìn)行綠色防控技術(shù)應(yīng)用效果評(píng)價(jià),以期為省、市、縣大范圍推廣綠色防控技術(shù)應(yīng)用提供參考依據(jù)。黨坤[5]對(duì)河南省商水縣7個(gè)村+1個(gè)農(nóng)場共670 hm2小麥病蟲害綠色防控示范區(qū)進(jìn)行了評(píng)價(jià),綠色防控示范區(qū)較農(nóng)民自防區(qū)增產(chǎn)率達(dá)15.1%、田間防治效果提高10.3%,農(nóng)民用藥意識(shí)明顯提高。王亞妮等[6]在運(yùn)城市萬榮縣、鹽湖區(qū)和臨猗縣3個(gè)縣各選1個(gè)代表性果園評(píng)價(jià)蜜蜂授粉技術(shù)的示范效果,結(jié)果顯示,蜜蜂授粉對(duì)蘋果或者梨樹的坐果率顯著高于常規(guī)授粉和空白對(duì)照區(qū)。但佳梁[7]以湖北省武穴、隨州、武漢、荊州4個(gè)代表性稻作區(qū)為研究區(qū),開展了對(duì)稻縱卷葉螟、三種稻飛虱的單項(xiàng)綠色防控技術(shù)的防治效果評(píng)價(jià)。
(3)全國范圍。以多種作物應(yīng)用單一綠色防控技術(shù)的效果評(píng)價(jià)為主,在各省份優(yōu)選多個(gè)典型示范區(qū),分析不同區(qū)域不同作物的增產(chǎn)、提質(zhì)和增收效果,以期形成該綠控技術(shù)適宜不同作物的應(yīng)用模式,有利于推廣該項(xiàng)綠控技術(shù)在全國范圍不同作物的更好應(yīng)用。趙中華等[8]基于北京、安徽、山西、四川、內(nèi)蒙古等13個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市)20個(gè)示范基地,以棉花、大豆、蘋果、番茄等10種作物為研究對(duì)象,評(píng)價(jià)了蜜蜂授粉技術(shù)在農(nóng)藥減量、增產(chǎn)、提質(zhì)和增收等方面的效果。
目前,綠色防控技術(shù)應(yīng)用評(píng)價(jià)的對(duì)象不僅包括小麥、玉米和水稻等糧食作物,還包括茶葉、油菜、蘋果和桃等經(jīng)濟(jì)作物,研究涉及作物種類豐富,可見綠色防控技術(shù)在不同作物、不同地區(qū)都得到了普遍應(yīng)用。但當(dāng)前綠色防控技術(shù)應(yīng)用評(píng)價(jià)研究仍以示范區(qū)為主,在縣市省乃至全國范圍的研究也僅是基于某幾個(gè)典型示范區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià),缺乏對(duì)縣、市、省和全國全域范圍的綠色防控技術(shù)應(yīng)用效果評(píng)價(jià)研究。
評(píng)價(jià)指標(biāo)是用于考核、評(píng)價(jià)綠色防控技術(shù)應(yīng)用效果的標(biāo)準(zhǔn),主要包括防治效果、提質(zhì)效果、經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益5個(gè)方面的指標(biāo)。防控效果和提質(zhì)效果是綠色防控的直接效果,經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益是實(shí)施綠色防控的間接效果。
(1)防治效果指標(biāo)。防治效果指標(biāo)反映的是綠色防控的直接效果,以定量指標(biāo)為主,包括蟲口數(shù)量、蟲口減退率、病蟲害發(fā)病率和病株率等指標(biāo)[9]。趙秀梅等[10]基于被害株的減退率、蟲口(百稈活蟲)減退率和孔減退率等指標(biāo)評(píng)價(jià)了6種綠色防控技術(shù)對(duì)玉米螟的防治效果。蘭榮等[11]基于枯梢率、枯心率、紋枯病病株率和穗頸瘟病穗率等指標(biāo)評(píng)價(jià)了綠色防控技術(shù)對(duì)水稻病蟲害的防治效果,研究發(fā)現(xiàn)綠色防控區(qū)的上述指標(biāo)值均低于常規(guī)防治區(qū)和空白對(duì)照區(qū)。
(2)提質(zhì)效果指標(biāo)。提質(zhì)效果指標(biāo)反映的是農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量,采用定量和定性指標(biāo)相結(jié)合的方法,包括優(yōu)品率、農(nóng)殘監(jiān)測結(jié)果、口感、商品性等指標(biāo),其中畸形果率和農(nóng)殘監(jiān)測結(jié)果為定量指標(biāo),口感和商品性為定性指標(biāo)。吳燕君等[12]選擇了一級(jí)球率、球高、球徑、外觀質(zhì)量和商品性等指標(biāo)評(píng)價(jià)了綠色防控對(duì)結(jié)球甘藍(lán)的提質(zhì)效果,發(fā)現(xiàn)綠色防控區(qū)明顯優(yōu)于農(nóng)戶自控區(qū)。王亞紅等[13]基于幼果畸形果率、幼果直徑、果實(shí)硬度和含糖量等指標(biāo)評(píng)價(jià)了甜櫻桃蜜蜂授粉和病蟲害綠色防控技術(shù)的示范效果。
(3)經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)。經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)反映的是綠色防控技術(shù)應(yīng)用帶來的經(jīng)營利潤,以定量指標(biāo)為主,主要包括單產(chǎn)、節(jié)約成本、銷售單價(jià)、增加產(chǎn)量、增加產(chǎn)值等指標(biāo)。金平濤等[14]基于單果重、單位面積產(chǎn)量評(píng)價(jià)了獼猴桃蜜蜂授粉與綠色防控技術(shù)集成應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益。閆素珍等[15]基于單盤結(jié)實(shí)粒數(shù)、單盤空籽數(shù)、千粒重、單盤粒重和畝均純收入等指標(biāo)評(píng)價(jià)向日葵蜜蜂授粉與病蟲害綠色防控技術(shù)集成應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益。
(4)生態(tài)效益指標(biāo)。生態(tài)效益指標(biāo)是反映對(duì)環(huán)境帶來的影響,也以定量指標(biāo)為主,主要包括農(nóng)藥減少量、農(nóng)藥減少次數(shù)、肥料減少量、物種豐富度、農(nóng)田天敵的數(shù)量和種類等指標(biāo)。謝萬森[16]選取了施藥次數(shù)、天敵種類和數(shù)量開展了茶樹病蟲害綠色防控與統(tǒng)防統(tǒng)治融合示范效果評(píng)價(jià),結(jié)果顯示示范區(qū)比常規(guī)防治區(qū)全年農(nóng)藥使用次數(shù)減少 4次,農(nóng)藥制劑使用量減少 70.27%。張東霞和于勇謀[17]基于化學(xué)農(nóng)藥減少比例、天敵種類、天敵數(shù)量等指標(biāo)評(píng)價(jià)了梨樹蜜蜂授粉與綠色防控技術(shù)的生態(tài)效益。
(5)社會(huì)效益指標(biāo)。社會(huì)效益指標(biāo)是反映綠色防控技術(shù)應(yīng)用對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響,多采用定性指標(biāo),包括綠色防控技術(shù)培訓(xùn)與宣傳、工作效率提高、勞動(dòng)力節(jié)約、種植理念改變、安全用藥意識(shí)提升等。錢志恒[18]分析了水稻綠色防控綜合技術(shù)推廣對(duì)種植者種植理念的改變,綠色大米和有機(jī)大米的種植數(shù)量逐漸增加。杜開書等[19]評(píng)價(jià)了河南梨樹蜜蜂授粉及綠色防控技術(shù)應(yīng)用效果,結(jié)果顯示綠色防控技術(shù)推廣減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了果農(nóng)開展綠色防控的意識(shí)。
我國綠色防控技術(shù)應(yīng)用效果評(píng)價(jià)指標(biāo)以定量指標(biāo)為主,定性指標(biāo)為輔,數(shù)據(jù)主要來源于野外實(shí)測或調(diào)查,通常具有直觀性、代表性、易獲取等特征。根據(jù)研究的作物種類特點(diǎn)、種植規(guī)模和標(biāo)準(zhǔn)化程度等,學(xué)者們能夠選取恰當(dāng)?shù)闹笜?biāo)對(duì)當(dāng)?shù)鼐G色防控技術(shù)實(shí)施效果進(jìn)行客觀的評(píng)價(jià)。但防控效果、提質(zhì)效果、經(jīng)濟(jì)效益等方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)居多,生態(tài)效益和社會(huì)效益指標(biāo)較少。缺少大范圍宏觀統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)指標(biāo),比如綠控防控技術(shù)應(yīng)用面積占總種植面積的比例等指標(biāo)。科學(xué)規(guī)范的選取評(píng)價(jià)指標(biāo)是保障評(píng)價(jià)結(jié)果客觀性的前提,目前我國綠色防控效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系尚不完善,評(píng)價(jià)指標(biāo)選取標(biāo)準(zhǔn)尚不統(tǒng)一。
隨著綠色防控技術(shù)不斷發(fā)展、推廣和應(yīng)用,科學(xué)評(píng)價(jià)綠色防控技術(shù)的應(yīng)用效果,有利于提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全,推動(dòng)我國農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)前,最常見農(nóng)作物病蟲害綠色防控應(yīng)用效果評(píng)價(jià)模型是抽樣調(diào)查對(duì)比法,少量研究是基于多指標(biāo)綜合評(píng)估模型。
(1)抽樣調(diào)查對(duì)比法。該方法是以抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),通過對(duì)比分析獲取病蟲害防控示范區(qū)與非示范區(qū)的防控效果優(yōu)劣的方法。先設(shè)計(jì)綠色防控示范區(qū)、常規(guī)防治區(qū)和空白對(duì)照區(qū)三種處理區(qū),取樣調(diào)查各處理區(qū)的病蟲害防治效果的情況,然后通過對(duì)比分析,評(píng)價(jià)農(nóng)作物病蟲害綠色防控應(yīng)用的效果。謝萬森[16]在福安市社口鎮(zhèn)四甫村坦洋茶場建立了20 hm2綠控示范區(qū)、1.33 hm2常規(guī)防治區(qū)和0.13 hm2空白對(duì)照區(qū),通過在各處理區(qū)進(jìn)行對(duì)角線5點(diǎn)取樣調(diào)查,對(duì)比分析了三種處理區(qū)的病蟲防治效果、農(nóng)藥使用量、茶園天敵和經(jīng)濟(jì)效益等情況,結(jié)果顯示綠色防控區(qū)各指標(biāo)明顯優(yōu)于常規(guī)防治區(qū)和空白對(duì)照區(qū)。陳鵬等[20]在云南曲靖陸良縣大莫古鎮(zhèn)選取3000 m2核桃綠色防控示范區(qū)和3000 m2空白對(duì)照區(qū),分別抽取30棵核桃樹作為樣株,對(duì)比分析了感病株率、有蟲株率和產(chǎn)果量等指標(biāo),調(diào)查表明示范林病蟲害各指標(biāo)也都優(yōu)于對(duì)照林。
(2)多指標(biāo)綜合評(píng)估模型。該模型是一種全面地從整體角度考慮的評(píng)價(jià)方法,就是把描述評(píng)價(jià)對(duì)象不同方面的多個(gè)指標(biāo)綜合起來,得到一個(gè)綜合指標(biāo),是對(duì)綠色防控效果做一個(gè)整體的評(píng)價(jià)。首先制定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,然后基于評(píng)價(jià)方法建立綜合評(píng)估模型進(jìn)行評(píng)價(jià)。萬年峰等[21]為評(píng)估上海市設(shè)施菜田農(nóng)藥減量技術(shù)效果,建立了設(shè)施菜田農(nóng)藥減量綜合代價(jià)和綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,采用多邊形指標(biāo)法構(gòu)建了綜合代價(jià)效益比模型,最終根據(jù)不同控害方案產(chǎn)生的綜合代價(jià)效益比值將控害功能分為5個(gè)等級(jí)。朱恩林等[22]建立了包括技術(shù)先進(jìn)性、綜合防控效果、安全性評(píng)價(jià)、綜合管理措施、負(fù)面清單等內(nèi)容的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并制定了統(tǒng)計(jì)測算模型,合計(jì)分?jǐn)?shù)低于60分為不合格,高于85分為綠色防控水平較高。
抽樣調(diào)查對(duì)比法簡單易行,但局限是耗時(shí)耗力,樣本差異可能會(huì)造成結(jié)果差異也很大,而且不適合大區(qū)域、全方位的客觀評(píng)價(jià)農(nóng)作物病蟲害綠色防控的效果(表 1)。多指標(biāo)綜合評(píng)估法能夠?qū)G色防控的多方面效果進(jìn)行綜合整體評(píng)價(jià),但評(píng)價(jià)結(jié)果依賴于指標(biāo)體系的完整性,且推廣應(yīng)用性不強(qiáng)(表 1)。目前多指標(biāo)綜合評(píng)估模型的研究較少,指標(biāo)體系建立、指標(biāo)的權(quán)重設(shè)置、模型建立方法等方面的研究仍需探索。
表1 綠色防控效果評(píng)價(jià)方法的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比Table 1 Advantages and disadvantages of green prevention and control effect evaluation methods
在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部推動(dòng)下,各地政府積極建設(shè)農(nóng)作物病蟲害綠色防控示范區(qū),根據(jù)當(dāng)?shù)夭∠x害種類、發(fā)生特點(diǎn)積極制定防治工作方案和發(fā)展規(guī)劃,在輻射區(qū)內(nèi)進(jìn)行了大面積推廣應(yīng)用。但是,目前綠色防控技術(shù)應(yīng)用和研究范圍大多仍局限于試驗(yàn)基地或示范園內(nèi)。在縣、市、省級(jí)范圍甚至全國全域范圍上,由于評(píng)價(jià)范圍相對(duì)較大,氣象條件和人文地理?xiàng)l件存在較大差異性,人員配備、試驗(yàn)開展、獲取數(shù)據(jù)難度大,綠色防控措施實(shí)施的時(shí)間節(jié)點(diǎn)、操作流程及規(guī)范度上難以統(tǒng)一等客觀條件,研究數(shù)量相對(duì)較少。未來,隨著遙感、地理信息系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、5G、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等科技技術(shù)的不斷進(jìn)步[23],數(shù)據(jù)獲取和處理能力不斷提升,將克服氣象和地理?xiàng)l件干擾,逐漸實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)口徑統(tǒng)一,不斷擴(kuò)大評(píng)價(jià)區(qū)域范圍,為國家制定推廣應(yīng)用綠色防控技術(shù)戰(zhàn)略部署提供有力支撐。
評(píng)價(jià)綠色防控應(yīng)用效果必須有一套明確的量化指標(biāo)。科學(xué)合理的指標(biāo)體系建立是綠色防控應(yīng)用效果評(píng)價(jià)的核心部分,是評(píng)價(jià)結(jié)果客觀和準(zhǔn)確的關(guān)鍵。目前綠色防控實(shí)施效果評(píng)價(jià)已經(jīng)包括提質(zhì)、生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益等多個(gè)方面指標(biāo),但考慮到可測量性和可行性,有些指標(biāo)雖然很重要,卻很難測量,比如社會(huì)效益方面的指標(biāo)就比較缺乏,導(dǎo)致綠色防控應(yīng)用效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系仍不全面。構(gòu)建科學(xué)合理的綠色防控應(yīng)用效果指標(biāo)體系應(yīng)遵循科學(xué)性、系統(tǒng)性、綜合性、代表性、層次性、區(qū)域性、動(dòng)態(tài)性等基本原則,不僅要符合我國的國情、突出自身的特色,還要與國際接軌,同時(shí)還要用發(fā)展的眼光去制定和研究指標(biāo),為科學(xué)評(píng)價(jià)綠色防控應(yīng)用效果提供前提和基礎(chǔ)。
目前,綠色防控措施應(yīng)用效果評(píng)價(jià)已經(jīng)初步形成一套方法,但是大多局限于抽樣調(diào)查對(duì)比等常規(guī)方法,缺乏適用于大區(qū)域全局整體角度的綜合評(píng)價(jià)方法。近年來隨著模糊數(shù)學(xué)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊灰色系統(tǒng)理論等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,多種各具特色的綜合評(píng)價(jià)方法已被廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域研究,如因子分析法、層次分析法、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法和模糊綜合評(píng)價(jià)等,但多指標(biāo)綜合分析法在綠色防控應(yīng)用效果評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究還較少。對(duì)當(dāng)前已有綜合評(píng)價(jià)方法弊端進(jìn)行改良,或集成融合多種現(xiàn)有可行方法[22],取長補(bǔ)短,使其對(duì)綠色防控應(yīng)用效果評(píng)價(jià)更具可操作性。同時(shí),有利于減小單一方法誤差,提高評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。
我國在科學(xué)評(píng)價(jià)農(nóng)作物病蟲害綠色防控技術(shù)應(yīng)用效果的工作任重而道遠(yuǎn)。首先,綠色防控應(yīng)用效果評(píng)價(jià)研究區(qū)域范圍需進(jìn)一步擴(kuò)大,由點(diǎn)到面,梯度推進(jìn),逐步完善鞏固全國維度上的科研成果。其次,需要制定科學(xué)合理的綠色防控應(yīng)用效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,避免以偏概全,使效果評(píng)價(jià)工作具有可操作性和權(quán)威性。最后,深入研究各種效果評(píng)價(jià)方法的特點(diǎn),明確模型構(gòu)建原理,結(jié)合實(shí)際情況,創(chuàng)新探索合理評(píng)價(jià)方法,為我國綠色防控技術(shù)應(yīng)用效果的客觀評(píng)價(jià)提供科學(xué)的技術(shù)支撐。