趙冰欣，盧海博，趙海超，黃智鴻，劉松濤，白雪冬，劉 晨，魏 東

（河北北方學院河北省農(nóng)產(chǎn)品食品質(zhì)量安全分析檢測重點實驗室/河北北方學院張家口市特色農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全重點實驗室，河北張家口 075000）

病蟲害防控是為了減輕或防止病原微生物和害蟲為害作物或人畜，而人為地采取某些手段防治病蟲害的方法。一般可以分為農(nóng)藝措施防控、物理防控、化學防控及生物防控措施。在實際的作物生產(chǎn)中，病蟲害是不可避免的問題。病蟲害肆虐會對作物生產(chǎn)造成極大的干擾[1]，同時對我國國民經(jīng)濟、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成重大損失，給國家糧食安全帶來嚴重威脅[2]。過度的病蟲害防控，特別是化學防控，雖然控制了病蟲害對作物產(chǎn)量的影響，但同時容易造成作物品質(zhì)下降和生態(tài)環(huán)境污染等問題。因此，隨著人們生活水平的提高，以及對農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)需求的增強，現(xiàn)今病蟲害綜合防治的目的不是要徹底消滅病原微生物和有害昆蟲，而是要與這些生物和諧相處，即通過采取各種措施，經(jīng)濟有效地將它們控制在經(jīng)濟為害水平之下[3]。病蟲害防控技術(shù)研究的目的是為了保證作物健康生長，同時改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境。采用科學合理的病蟲害防治措施規(guī)避病蟲害的發(fā)生[4]，能有效降低病蟲害對農(nóng)作物生長所造成的影響，提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量，避免造成環(huán)境污染和農(nóng)藥殘留超標等問題。另外，病蟲害防治也是保護農(nóng)業(yè)資源、優(yōu)化生態(tài)環(huán)境、維持生態(tài)平衡的重要舉措。積極開展作物病蟲害防治工作有利于實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益與生態(tài)效益三者的增長[5]。強化農(nóng)作物病蟲害防治是推動農(nóng)業(yè)與經(jīng)濟健康穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵[2]。因此，總結(jié)我國作物病蟲害防控技術(shù)研究進展，有利于指導未來防控技術(shù)的發(fā)展方向，保障農(nóng)產(chǎn)品和食品安全。

1 國內(nèi)外病蟲害防控技術(shù)的發(fā)展歷史

1.1 病蟲害防控技術(shù)的發(fā)展歷史

病蟲害防控技術(shù)主要發(fā)展主要階段及其優(yōu)缺點如表1 所示。古代病蟲害防控以農(nóng)藝措施防治為主，以生物防治和藥物防治為輔。研究較多的為蝗蟲和桑蟲[6]。古代防治病蟲害的具體措施：1）種植抗病蟲害作物，合理輪作、間作套種防治病蟲害；2）利用益蟲蛙類等天敵防治害蟲，如利用赤眼蜂防治玉米螟，利用澳洲瓢蟲防治吹綿蚧[7]；3）利用藥劑防治病蟲害，在我國歷史上，常用藥劑有植物殺蟲劑、油類、石灰、草木灰[8]，以及砒劑、硫劑、銅劑等類[9]。

表1 國際病蟲害防控技術(shù)發(fā)展歷史

近代病蟲害防控以化學防控為主，主要方式是應用化學藥劑防治病蟲害。首先是瑞典人Muller 發(fā)現(xiàn)滴滴涕(DDT)具有顯著的殺蟲活性[10]，滴滴涕的應用對害蟲生物防治實踐產(chǎn)生了深遠的影響。這一時期研制了生產(chǎn)上急需的DDT、六六六等藥劑[11]，同時在農(nóng)業(yè)器械方面主要有稻苞蟲耙式梳、稻篦箕和拍板等。

現(xiàn)代病蟲害防控時期化學農(nóng)藥產(chǎn)生的一系列嚴重副作用引起世界各國政府和社會的普遍關(guān)注，生物防控和農(nóng)業(yè)防控重新得到重視[12-13]。2006—2017 年王成明等陸續(xù)提出“公共植?！焙汀熬G色植?！崩砟?，推進有害生物綠色防控，由此我國全面進入了生態(tài)文明發(fā)展新時代[14]。

20世紀60年代，化學農(nóng)藥是防治農(nóng)作物病蟲害的主要手段，并且得到了大規(guī)模普及。在實際應用中需要嚴格按照使用方法和標志來應用該技術(shù)，對使用量及類型進行合理選擇，使其帶來的影響減小。

20 世紀70 年代，開始研究生物農(nóng)藥和微生物制劑。這使得農(nóng)用抗生素和活體微生物農(nóng)藥得以發(fā)展，這些產(chǎn)品在環(huán)境保護方面發(fā)揮了重要作用。

20世紀80年代末，開始研究轉(zhuǎn)基因作物，它能夠降低病蟲的滲透率，減少病蟲的產(chǎn)生。同時還能幫助提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。因此，轉(zhuǎn)基因作物防治病蟲害是一個重要的領(lǐng)域。

21 世紀初，開始研究作物病蟲害的智能化和信息化防控技術(shù)。為了應對作物病蟲害的暴發(fā)流行，智能化和信息化防控技術(shù)可以幫助我們有效防止作物病蟲害的繁殖和傳播。通過使用智能手機、平板電腦、智能家居等設備，我們可以實時監(jiān)測作物病蟲害的發(fā)生情況，并且采取快速的防控措施。這些技術(shù)可以幫助我們在作物病蟲害的預防、研究和防治上有所提高。

1.2 作物病蟲害防控操作技術(shù)發(fā)展歷史

作物病蟲害防控操作技術(shù)發(fā)展大致經(jīng)歷了自然耕作階段、農(nóng)藥優(yōu)先階段、化學防治階段和綜合治理階段（見表2）。其中，綜合防治是從生態(tài)學的整體觀念出發(fā)，采用農(nóng)業(yè)、物理、生物、化學等綜合防治措施，對環(huán)境污染較小，是當前常用的防治方法[24]。病蟲害防治技術(shù)已經(jīng)從農(nóng)藝防治發(fā)展到化學防治再到生物防治，目前已將生物防治技術(shù)合理有效地應用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，取得了良好的效果，做到了精確施藥，減少了農(nóng)藥施用量，避免了對生態(tài)環(huán)境的污染，保證了農(nóng)產(chǎn)品食品安全。對于病蟲害的防治，應以農(nóng)業(yè)和物理防治為基礎(chǔ)，提倡生物防治，并根據(jù)病蟲害發(fā)生規(guī)律，科學使用化學防治技術(shù)，從而達到有效控制病蟲害的目的。

表2 作物病蟲害防控操作技術(shù)發(fā)展歷史

作物病蟲害防控操作技術(shù)發(fā)展大致經(jīng)歷了人類手工防治病蟲害、機械防治病蟲害和無人機施藥防治病蟲害3 個時期（見表3）。人類手工防治主要是針對不同病蟲害所采取的人工防治方法，如人工撒施農(nóng)藥。植保機械發(fā)展經(jīng)歷了人背機器、機器背人2 個典型時代[25]，這一階段的主要標志是植保機械逐漸以發(fā)動機動力驅(qū)動和拖拉機牽引替代了人力，機械化水平得到大大提高，但在機械發(fā)展水平上，我國仍和國外有著明顯差距。植保無人機低空施藥可以有效地以高科技手段高效應對病蟲害[26]，相較于傳統(tǒng)的人工操作方式而言，有著高效能與高時效等特征，能夠確保病蟲害防治效率和質(zhì)量[27]，實現(xiàn)精準減量施藥，同時能夠解決地面機具無法作業(yè)時的病蟲害防治問題[28]，為推進植?，F(xiàn)代化做出了新的貢獻。

表3 作物病蟲害防控機械發(fā)展歷史

2 作物病蟲害防控技術(shù)主要研究方向及應用實例

2.1 生物農(nóng)藥和微生物制劑的研究和應用

生物農(nóng)藥作為一種環(huán)境友好、無毒、易降解的新型農(nóng)藥，可避免病菌產(chǎn)生抗藥性，主要包括微生物農(nóng)藥、農(nóng)用抗生素、植物源農(nóng)藥、生物化學農(nóng)藥、天敵昆蟲農(nóng)藥、植物生長調(diào)節(jié)劑類等[34]。

畢春蘭研究結(jié)果顯示，多抗霉素、寧南霉素、太抗和農(nóng)用鏈霉素4 種生物農(nóng)藥，其防效都大于70%[35]。孫一凡等發(fā)現(xiàn)，Bl13 能夠增加番茄葉片中的防御酶活性和根區(qū)中的益生菌，從而增強植物對番茄早疫病抗性，抑制番茄早疫的發(fā)生[36]。李芳等通過在不同植物免疫誘抗劑對番茄早疫病菌絲的抑制作用試驗中發(fā)現(xiàn)，單個植物免疫誘抗劑抑制效果均比化學農(nóng)藥的抑制效果差[37]。翟晨風研究發(fā)現(xiàn)，分別在萌芽至幼果、采果后至落葉階段，噴施春雷霉素、潰腐靈生物農(nóng)藥，能夠較好預防潰瘍病發(fā)生[38]。吳慶麗等[39]、張敏等[40]研究發(fā)現(xiàn)選用枯草芽孢桿菌、蠟質(zhì)芽孢桿菌等生物農(nóng)藥能夠分別對根腫病、姜瘟等有較好的防治效果。

微生物制劑是通過生物工程技術(shù)和其他手段對微生物及基因表達所生產(chǎn)的各種有效生物活性成分進行培養(yǎng)、提取，用于病蟲防治領(lǐng)域中的各種制劑的總稱。微生物制劑的活性很強，用量很少，并且微生物制劑很容易就會被其他生物所分解。不僅如此，微生物制劑生產(chǎn)的原材料很容易就可以得到，它基本為部分農(nóng)副產(chǎn)品，生產(chǎn)成本很低[41]。

微生物制劑在防治作物病蟲害方面效果顯著。如張先亮等研究表明，將T42 木霉菌與枯草芽孢桿菌Bs-6聯(lián)合施用于土壤中，可使土壤中的微生物群落發(fā)生明顯變化，在大田條件下防治西瓜的連作病效果顯著[42]。何天祥等研究結(jié)果顯示，使用Nah778菌劑可顯著降低稻螟的發(fā)病率[43]。

同時，微生物制劑對殘留農(nóng)藥也有分解功能。微生物制劑可通過轉(zhuǎn)化和礦化兩種形式分解殘留的農(nóng)藥[44]，解決土壤農(nóng)藥殘留污染問題。不僅如此，微生物制劑的應用還能有效地分解或者轉(zhuǎn)化連作土壤植物不易直接使用的營養(yǎng)，從而更易為植物根系所吸收和使用。例如，邵陽等將枯草芽孢桿菌與解磷細菌混合應用于獼猴桃果園一定時間后，發(fā)現(xiàn)土壤速效磷和銨態(tài)氮的含量分別為對照的1.93倍和1.34倍[45]。

2.2 轉(zhuǎn)基因技術(shù)在作物病蟲害防治中的應用

轉(zhuǎn)基因技術(shù)推動作物育種技術(shù)進步，提高產(chǎn)量，增強生物與非生物脅迫抗性，改善食品質(zhì)量。與此同時，轉(zhuǎn)基因技術(shù)顯著減少了農(nóng)藥及殺蟲劑的使用，有效緩解農(nóng)藥帶來的環(huán)境壓力并降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，提高農(nóng)民收入。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)用于抗蟲害，其中以中國農(nóng)業(yè)科學院研制成功的轉(zhuǎn)Bt 基因棉花品種抗棉鈴蟲效果最為明顯。隨后我國科研院所也利用轉(zhuǎn)基因抗蟲棉作為親本進行雜交，并不斷進行篩選，培育出大量抗蟲效果較好的轉(zhuǎn)基因抗蟲雜交棉新組合。試驗結(jié)果表明：與對照相比，抗蟲棉組合產(chǎn)量提高了15%以上，且具有80%以上抗蟲能力和優(yōu)異的效果。這些轉(zhuǎn)基因抗蟲棉已在國內(nèi)得到大范圍推廣，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟效益與社會效益，該成果也標志著轉(zhuǎn)基因植物的研究已步入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段[46]。

同時，對抗病原微生物的遺傳改良也進行了大量的研究。Arakawa T 等[47]、楊支才等[48]人用番茄中的狂犬病毒表面蛋白在煙草和馬鈴薯中分別進行了表達，分別對大腸桿菌中的Hormesis B 亞基及大腸桿菌B 亞基進行了分析，結(jié)果表明，在番茄中表達了HorMesis B 和Hormosis B。Mason H S 等在煙草中發(fā)現(xiàn)了HCMV表面蛋白的表達[49]。Ahpter F 等及其他研究表明，煙草可表達豬傳染性胃腸炎病毒B 蛋白[50]。汪正等在煙草、馬鈴薯中發(fā)現(xiàn)了諾沃克包衣蛋白[51]。朱來華研究表明，番木瓜表達抗環(huán)斑病毒（PRSV）、小麥表達抗黃矮病和黃花葉病毒[52]。

2.3 智能化和信息化技術(shù)在病蟲害監(jiān)測和防治中的應用

傳統(tǒng)的作物病蟲害監(jiān)測方法主要是依靠植保人員肉眼觀察，存在一定的主觀性，且費時費力，時效性也差。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，遙感方法成為病蟲害監(jiān)測的一種常用方法[53]。遙感是通過接收作物的輻射信息，對作物的性質(zhì)、特征和狀態(tài)進行分析。作物在受到病蟲害侵擾后，病蟲害會破壞作物的色素系統(tǒng)和細胞結(jié)構(gòu)等，導致作物內(nèi)在生理生化參數(shù)和外在形態(tài)發(fā)生變化，遙感技術(shù)探測到的光譜信息也不同，因此，遙感技術(shù)能夠用于作物病蟲害的監(jiān)測[54]。

病蟲害脅迫會破壞水稻色素、細胞結(jié)構(gòu)等，葉片發(fā)育不良，有病蟲害造成的明顯病斑蟲傷、葉面積減少、葉片枯黃脫落等外在癥狀[55]。這些癥狀能夠被遙感傳感器監(jiān)測到，形成光譜圖像特征，進而用于識別作物病蟲害，如：Zhang D 等[56]等使用RGB 圖像和多光譜圖像能夠檢測出水稻紋枯??；Phadikar S等[57]提出了一種基于費米能量的圖像分割方法，將圖像的感染區(qū)域從背景中分離出來，根據(jù)現(xiàn)場專家的意見，利用感染部位的顏色、形狀和位置等特征來表征疾病癥狀，然后使用約簡算法，選擇特征（共14 個），最后利用所選特征，建立了覆蓋所有病株圖像的規(guī)則庫分類器。水稻病蟲害監(jiān)測能夠?qū)崿F(xiàn)病蟲害的精準定位，為精準施肥、及時防控提供理論基礎(chǔ)。

2.4 區(qū)域一體化管理和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建等綜合措施

從地域分布上看，規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場主要集中在大、中型城市近郊及人口密集的經(jīng)濟發(fā)達區(qū)，而小規(guī)模家庭飼養(yǎng)業(yè)在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)地區(qū)仍然占主導地位。隨著規(guī)模畜牧業(yè)在整個畜牧業(yè)中所占比例的不斷提高，種植與養(yǎng)殖的地域分布也隨之發(fā)生了分化。農(nóng)牧分離造成了三大問題：1）造成了嚴重的環(huán)境污染；2）對人類的健康造成威脅，增加了公眾健康的風險；3）制約了農(nóng)村經(jīng)濟的快速發(fā)展。區(qū)域性的農(nóng)牧分離和種養(yǎng)業(yè)的分布不合理，不僅會導致資源的浪費，還會對農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生不利的影響，而要想解決這個問題，最好的辦法就是以種植、養(yǎng)殖為基礎(chǔ)，再進行區(qū)域整合[58]。

劉宏曼等認為，農(nóng)業(yè)地區(qū)的綜合比較優(yōu)勢，取決于其資源稟賦、技術(shù)條件、社會經(jīng)濟狀況、市場需求等多方面的原因[59]。研究擬采用“效率指數(shù)”“規(guī)模指數(shù)”和“效益指數(shù)”等方法，對黑龍江省7 種主要糧食作物（水稻、玉米、小麥、小米、高粱、大豆、土豆等）進行綜合比較優(yōu)勢指數(shù)的測度，對黑龍江7種糧食作物的相對優(yōu)勢進行研究，并對其進行區(qū)域布局，為黑龍江省農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與區(qū)域生產(chǎn)布局優(yōu)化提供理論依據(jù)。

呂允英運用區(qū)位商數(shù)指標，對我國幾種主要糧食的比較優(yōu)勢進行了研究，分析了部分糧食的空間分布的變動趨勢和存在的問題，給出了優(yōu)化糧食空間分布的目標與原則，并對如何提高糧食空間分布的效率進行了探討[60]。

雷海等認為，在持續(xù)的種植結(jié)構(gòu)調(diào)整下，新疆棉花已逐漸向氣候適宜、種植基礎(chǔ)良好、單產(chǎn)水平較高的地區(qū)集中，并形成“南疆”“北疆”“東疆”3 個主要產(chǎn)棉區(qū)[61]。在這些地區(qū)中，南部地區(qū)最適合種植高質(zhì)量的陸地棉、早熟的海島棉、彩棉；北部地區(qū)適宜種植早熟和特早熟陸地棉和彩棉；東部地區(qū)適于中熟棉和高質(zhì)長絨棉的栽培。

3 討論與展望

未來農(nóng)業(yè)病蟲害防控將是一個在遺傳、經(jīng)濟和生態(tài)系統(tǒng)不同尺度上保持生物多樣性，維持生態(tài)平衡[62]，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源的高效利用和病蟲害綠色防控的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)[63]。在生物技術(shù)研究階段，通過對病蟲害的預測及預防，來降低經(jīng)濟的損失水平[64]。基因工程、微生物工程等已經(jīng)取得了重大突破[65]，同時深度學習技術(shù)的病害檢測方法，如圖像分類、圖像檢測、內(nèi)容推薦等領(lǐng)域，已應用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)[66]對不同作物病害進行識別和檢測，為未來的發(fā)展方向提供了參考。未來農(nóng)業(yè)病蟲害的研究重點除了防治效果之外，還要減少防治技術(shù)對植物生長環(huán)境的危害。

要想降低生物技術(shù)對植物生長環(huán)境或植物土壤造成的損害，可以通過提高植物自身的免疫力以降低病蟲害對其造成的威脅[67]。除此之外，降低化學藥劑的使用率，增加生物防治和農(nóng)業(yè)防治的比率，可以有效改善環(huán)境污染帶來的危害。為了高效率、精確地監(jiān)測病蟲害的發(fā)生動態(tài)，必須建立起完整的病蟲害發(fā)生預測預報網(wǎng)絡和相應的組織機構(gòu)[68]。通過科學技術(shù)實現(xiàn)自動化管理，動態(tài)化監(jiān)控病害實時狀況，發(fā)掘重要蟲害的生物防治新資源，研究重要害蟲優(yōu)勢種天敵昆蟲的自然保護利用技術(shù)[63]，發(fā)展新的天敵昆蟲資源繁殖、應用及產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。