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草地蝗蟲防治的經(jīng)濟(jì)閾值與生態(tài)閾值研究進(jìn)展

2011-04-01 06:16張澤華王廣軍
草業(yè)科學(xué) 2011年2期
關(guān)鍵詞:蝗蟲害蟲草地

劉 艷,張澤華,王廣軍

(1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院,遼寧 沈陽 110866; 2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所,北京 100081)

我國擁有近4億hm2草地,占國土面積的41.7%,是我國陸地自然生態(tài)系統(tǒng)的主體。近年來,由于全球氣候變化及超載過牧等原因造成了沙化、退化,生態(tài)系統(tǒng)失去平衡,導(dǎo)致蝗蟲等生物災(zāi)害的不斷發(fā)生。1999年以來我國北方草原連年發(fā)生大面積蝗災(zāi)等生物災(zāi)害,草地生態(tài)系統(tǒng)步入草場退化-害蟲猖獗-草場進(jìn)一步退化的惡性循環(huán)[1]。以內(nèi)蒙古自治區(qū)為例,1999-2006年,該區(qū)連續(xù)暴發(fā)蝗災(zāi),累積草原蝗蟲發(fā)生危害面積達(dá)0.622億hm2,蟲口密度均在50頭/m2以上,最高可達(dá)650頭/m2[2]?;葹?zāi)不但給畜牧業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,而且嚴(yán)重威脅著我國北方草原生態(tài)安全。因此,開展草地蝗蟲防治的經(jīng)濟(jì)閾值(economic threshold)與生態(tài)閾值(ecological threshold)研究,對(duì)于有效指導(dǎo)蝗蟲防治工作具有重要的意義。

1 害蟲防治經(jīng)濟(jì)閾值的研究進(jìn)展

害蟲防治的經(jīng)濟(jì)閾值問題是現(xiàn)代害蟲管理系統(tǒng)中進(jìn)行優(yōu)化決策的基本依據(jù),也是使害蟲治理的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益與生產(chǎn)措施相聯(lián)系的唯一紐帶。1959年Stern等[3]最早提出了經(jīng)濟(jì)閾值一詞,并將其定義為“害蟲的某一密度,在此密度時(shí)應(yīng)采取控制措施,以防種群達(dá)到經(jīng)濟(jì)危害水平”。此后,經(jīng)濟(jì)閾值的概念引起人們的廣泛重視與深入探討。Edwards[4]將經(jīng)濟(jì)閾值定義為“可以引起與控制措施等價(jià)的損失的害蟲種群大小”。Headley[5]提出的定義是“使產(chǎn)品價(jià)值增量等于控制代價(jià)增量的種群密度”。Norgaard[6]提出損害閾值(damage threshold),定義為“引起經(jīng)濟(jì)損失的最低種群密度”。在我國,盛承發(fā)先生[7-8]曾在該領(lǐng)域進(jìn)行過全面的綜述與討論,他給經(jīng)濟(jì)閾值的定義表達(dá)為“害蟲的某一密度,達(dá)此密度時(shí)應(yīng)立即采取控制措施,否則,害蟲將引起等于這一措施期望代價(jià)的期望損失”??娪潞驮S維謹(jǐn)[9]在對(duì)經(jīng)濟(jì)閾值定義的討論中,認(rèn)為經(jīng)濟(jì)閾值應(yīng)是“針對(duì)某一密度(含預(yù)測)的害蟲種群,邊際成本函數(shù)等于邊際產(chǎn)值函數(shù)時(shí)的種群密度。超過此密度時(shí),應(yīng)適時(shí)采取控制措施,將種群密度壓制至該密度水平,可以獲得最大凈收益”。實(shí)際上,經(jīng)濟(jì)閾值不同于產(chǎn)量損失閾值和經(jīng)濟(jì)損害水平,因?yàn)榻?jīng)濟(jì)閾值作為害蟲防治的決策依據(jù),要綜合考慮到防治成本、產(chǎn)品價(jià)格、生態(tài)效益、環(huán)境保護(hù)等諸多問題,是一個(gè)經(jīng)濟(jì)生態(tài)學(xué)參數(shù),是進(jìn)行防治決策的依據(jù),是生產(chǎn)者關(guān)注的焦點(diǎn)[10]。

國內(nèi)外在農(nóng)業(yè)害蟲防治經(jīng)濟(jì)閾值領(lǐng)域的研究較為廣泛。Naranjo等[11]對(duì)棉花上煙粉虱[Bemisiatabaci(Gennadius)]的防治經(jīng)濟(jì)閾值開展了研究;Szatmari[12]研究了鱗翅目昆蟲對(duì)樹莓(Rubusidaeus)損害的經(jīng)濟(jì)閾值;Singh[13]對(duì)印度西部一種有斑點(diǎn)的螟蛉(Eariasspp.)的經(jīng)濟(jì)閾值進(jìn)行了研究;Diaz[14]研究了煙草(Nicotianatabacum)上蚜蟲(Myzuspersicae)的經(jīng)濟(jì)閾值;Bharpoda[15]在印度研究了棉鈴蟲(Helicoverpaarnigera)防治的經(jīng)濟(jì)閾值;Ukey等[16]對(duì)辣椒(Capsicumfrutescens)螨類的經(jīng)濟(jì)閾值進(jìn)行了研究;Afzal等[17]對(duì)大米蛀蟲(Scirpophagaspp.)的經(jīng)濟(jì)閾值進(jìn)行了研究。國內(nèi)自20世紀(jì)80年代以后,關(guān)于經(jīng)濟(jì)閾值研究的報(bào)道也較多。盛承發(fā)[18-19]、高宗仁等[20]對(duì)棉鈴蟲的經(jīng)濟(jì)閾值均進(jìn)行了探討;曹瑩等[21]對(duì)危害水稻(Oryzasativa)的中華稻蝗(Oxyachinensis)、稻螟蛉(Narangaaenescens)和粘蟲(Mythimnaseparata)的經(jīng)濟(jì)閾值進(jìn)行研究,并提出水稻孕穗期是進(jìn)行化學(xué)防治的最佳時(shí)期;趙利敏和張海蓮[22]報(bào)道了灰翅麥莖蜂(Cephusfumipennis)的經(jīng)濟(jì)危害水平和經(jīng)濟(jì)閾值,為麥田生產(chǎn)提供了防治的參考依據(jù);此外,牟少敏等[23]對(duì)蘋果黃蚜(Aphiscitricala),蔣杰賢等[24]對(duì)菜青蟲(Pierisrapae),姜鼎煌等[25]對(duì)苦瓜(Momordicacharantia)地的瓜實(shí)蠅(Bactroceracucurbitae),盧巧英等[26]對(duì)韭菜遲眼蕈蚊(Bradysiaodoriphage)等害蟲的經(jīng)濟(jì)閾值進(jìn)行了研究探討。這些研究基于挽回?fù)p失等于防治成本的原則,為害蟲適時(shí)防治提供了科學(xué)的參考指標(biāo),為農(nóng)業(yè)管理者進(jìn)行害蟲有效控制提供了決策依據(jù)。

2 害蟲防治生態(tài)閾值的研究進(jìn)展

相對(duì)于經(jīng)濟(jì)閾值,生態(tài)閾值的定義和研究是近些年才受到重視的。1977年May[27]最早提出了生態(tài)閾值的概念,指出生態(tài)系統(tǒng)的特性、功能等具有多個(gè)穩(wěn)定態(tài),穩(wěn)定態(tài)之間存在的閾值和斷點(diǎn)(thresholds and breakpoints)就是生態(tài)閾值。此后,生態(tài)閾值的概念受到生態(tài)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)界的普遍關(guān)注,并展開了學(xué)術(shù)探討。Friedel[28]認(rèn)為生態(tài)閾值是生態(tài)系統(tǒng)兩種不同的狀態(tài)在時(shí)間和空間上的界限(boundaries);Muradian[29]定義生態(tài)閾值為獨(dú)立生態(tài)變量的關(guān)鍵值,在此關(guān)鍵值前后生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生一種狀態(tài)向另一種狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。Wiens等[30]認(rèn)為生態(tài)閾值是生態(tài)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變帶(region or zone),而非一系列的離散點(diǎn)。Bennett和Radford[31]等提出生態(tài)閾值是生態(tài)系統(tǒng)從一種狀態(tài)快速轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的某個(gè)點(diǎn)或一段區(qū)間,推動(dòng)這種轉(zhuǎn)變的動(dòng)力來自某個(gè)或多個(gè)關(guān)鍵生態(tài)因子微弱的附加改變,如從破碎程度很高的景觀中消除一小塊殘留的原生植被,將導(dǎo)致生物多樣性的急劇下降。總的來說,相關(guān)研究普遍認(rèn)為生態(tài)閾值有兩種類型,即生態(tài)閾值點(diǎn)(ecological threshold point)和生態(tài)閾值帶(ecological threshold zone),在生態(tài)閾值點(diǎn)前后,生態(tài)系統(tǒng)的特性、功能或過程發(fā)生迅速的改變,生態(tài)閾值帶暗含了生態(tài)系統(tǒng)從一種穩(wěn)定狀態(tài)到另一穩(wěn)定狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)換的過程,而不像生態(tài)閾值點(diǎn)那樣發(fā)生突然的轉(zhuǎn)變,生態(tài)閾值帶在自然界中可能更為普遍[32]。

目前,基于生態(tài)閾值理論的相關(guān)研究較少。Noy-Meir[33]研究指出,在放牧草地生態(tài)系統(tǒng)中,家畜利用面積的5%是其供應(yīng)牲畜取食的閾值,這為人類活動(dòng)干預(yù)下草原退化與恢復(fù)演替的研究,特別為確定天然草原放牧強(qiáng)度的生態(tài)閾值提供了依據(jù)[34]。韓崇選等[35]以人工林生態(tài)系統(tǒng)中的嚙齒動(dòng)物群落和主要造林樹種為研究對(duì)象,提出了人工林群落生態(tài)閾值概念,并指出林區(qū)嚙齒動(dòng)物管理中的群落生態(tài)閾值是單個(gè)林木過渡到森林群落的預(yù)測指標(biāo),考慮的是嚙齒動(dòng)物群落與林木的相互影響,其目的是保證成林。駱有慶等[36]研究表明,森林生態(tài)系統(tǒng)中楊樹天牛(Anoplophoraglabripennis)的防治生態(tài)閾值為4.8個(gè)羽化孔,并指出對(duì)于以生態(tài)防護(hù)效益為主的防護(hù)林來說經(jīng)濟(jì)閾值具有局限性,而應(yīng)以生態(tài)閾值作為害蟲防治的參考依據(jù)??梢?,生態(tài)閾值在有害生物防治中不同于經(jīng)濟(jì)閾值,這一指標(biāo)是以生態(tài)系統(tǒng)平衡和資源可持續(xù)利用為出發(fā)點(diǎn),對(duì)于在自然生態(tài)系統(tǒng)中探討害蟲的防治閾值具有廣闊的研究與應(yīng)用前景。

3 我國草地蝗蟲防治的經(jīng)濟(jì)閾值與生態(tài)閾值研究動(dòng)態(tài)

前已述及,草地生態(tài)系統(tǒng)是畜牧業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ),同時(shí)在我國也發(fā)揮著重要的生態(tài)作用。蝗蟲作為一種危害性較大的食草害蟲,自古至今對(duì)農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)的危害屢有記載。據(jù)統(tǒng)計(jì)從公元前707年至1907年間我國共發(fā)生蝗災(zāi)739次,唐、宋、元、明、清各朝的地方志均有蝗災(zāi)的詳細(xì)記載[37]。21世紀(jì)以來,我國西部主要草原區(qū)蝗災(zāi)時(shí)有發(fā)生,2004年內(nèi)蒙古草原蝗蟲發(fā)生面積達(dá)529萬hm2,2006年新疆草原蝗蟲危害面積為203萬hm2,甘肅省草原蝗蟲高峰期危害面積達(dá)197萬hm2[38-40]。草地蝗蟲防治也因此成為草地植保領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)問題之一。開展蝗蟲防治閾值(包括經(jīng)濟(jì)閾值和生態(tài)閾值)的研究與制定,對(duì)于控制蝗蟲暴發(fā),減少經(jīng)濟(jì)損失和維持生態(tài)平衡具有重要的意義。

3.1草地蝗蟲防治的經(jīng)濟(jì)閾值研究 從20世紀(jì)80年代開始,國內(nèi)少數(shù)學(xué)者開始從事草地蝗蟲防治經(jīng)濟(jì)閾值的研究工作,主要是結(jié)合某一草原類型區(qū)的優(yōu)勢蝗種開展區(qū)域性研究,為所研究地區(qū)的蝗蟲控制提供了可供參考的防治閾值。1998年,李新華等[41]選擇新疆天山北坡蒿子(Artemisiaspp.)+苔草(Carexliparocarpos)+羊茅(Festucavalesiaca)草地植被類型,探討了意大利蝗(Calliptamusitalicus)防治的經(jīng)濟(jì)閾值,得出采用馬拉硫磷和敵敵畏控制該區(qū)意大利蝗,3齡前的最低防治密度為69頭/m2。同樣是意大利蝗,張泉等[42]在新疆瑪納斯縣南山荒漠、半荒漠草原地區(qū)研究后,得到3齡前防治的經(jīng)濟(jì)閾值為8頭/m2。同一蝗種在兩個(gè)不同試驗(yàn)區(qū)防治的經(jīng)濟(jì)閾值相差高達(dá)8.6倍,這主要是由于草地群落植被組成、初級(jí)生產(chǎn)力等具有較大的差異造成的。因此,不同地區(qū)蝗蟲種類和草地類型不同,需要根據(jù)不同地域的蝗蟲危害和防治措施,制定不同的防治經(jīng)濟(jì)閾值[43]。西伯利亞蝗(Gomphocerussibiricus)是新疆山地草原的主要危害種,喬璋等[44]采用田間罩籠試驗(yàn)首先計(jì)算了蟲口密度與牧草損失量的關(guān)系式,然后通過測算確定3齡前化學(xué)防治西伯利亞蝗的經(jīng)濟(jì)閾值為26.8頭/m2。烏麻爾別克等[45]采用相同研究方法,對(duì)新疆荒漠、半荒漠草原地區(qū)主要危害種紅脛戟紋蝗(Dociostauruskraussi)的防治經(jīng)濟(jì)閾值進(jìn)行了研究,提出化學(xué)防治的最低經(jīng)濟(jì)閾值為8頭/m2。邱星輝等[43]測定了內(nèi)蒙古典型草原5種優(yōu)勢蝗蟲的防治經(jīng)濟(jì)閾值,亞洲小車蝗(Oedaleusasiaticu)防治的經(jīng)濟(jì)閾值最小,為16.9頭/m2,小蛛蝗(Aeropedellusvariegatesminut)最大,為37.4頭/m2,分析指出經(jīng)濟(jì)閾值與蝗蟲的個(gè)體大小呈負(fù)相關(guān),即個(gè)體大者因造成的牧草損失大,其經(jīng)濟(jì)閾值小。以上研究主要是結(jié)合特定區(qū)域的優(yōu)勢蝗種,對(duì)單一種群的防治閾值進(jìn)行探討,但是草地蝗蟲的發(fā)生往往比較復(fù)雜,常常是多個(gè)種群的混合暴發(fā)。廉振民和蘇曉紅[46]對(duì)甘肅省祁連山東段草地蝗蟲復(fù)合防治指標(biāo)(經(jīng)濟(jì)閾值)進(jìn)行了研究,指出牧草的損失量取決于受損害量,而蝗蟲只是起執(zhí)行損害過程的作用,因此無論幾種蝗蟲為害,只在牧草的受損量達(dá)到28頭/m2時(shí)才進(jìn)行防治,這是關(guān)于混合種群蝗蟲防治經(jīng)濟(jì)閾值的一個(gè)新觀點(diǎn)。總的來說,我國在草地蝗蟲防治的經(jīng)濟(jì)閾值領(lǐng)域已經(jīng)開展了一定的研究工作,但是與農(nóng)業(yè)害蟲的研究相比仍十分薄弱,且研究缺乏系統(tǒng)性和持續(xù)性,難以有效指導(dǎo)草地上復(fù)雜的蝗蟲災(zāi)變形勢,因此蝗蟲經(jīng)濟(jì)閾值研究仍將是今后的重點(diǎn)研究課題。

3.2草地蝗蟲防治的生態(tài)閾值研究 目前,關(guān)于草地蝗蟲防治生態(tài)閾值方面的研究少見報(bào)道,本領(lǐng)域尚處于研究的起步階段。草地蝗蟲暴發(fā)的直接后果是造成草地初級(jí)生產(chǎn)力和次級(jí)生產(chǎn)力的降低,更重要的是從生態(tài)層面上引起的草地退化,在蝗蟲防治時(shí)單純考慮經(jīng)濟(jì)閾值,不制定以生態(tài)效益為主導(dǎo)的生態(tài)閾值顯然是不利于草地的可持續(xù)發(fā)展。周壽榮[47]結(jié)合草地生態(tài)系統(tǒng),提出草地生態(tài)系統(tǒng)在不斷降低和破壞其自動(dòng)調(diào)節(jié)能力的前提下所能忍受的最大限度的外界壓力(臨界值),稱為生態(tài)閾值。當(dāng)蝗蟲的為害超過草地生態(tài)系統(tǒng)的耐受范圍時(shí),就有可能引起草地退化的發(fā)生和加劇,因此,草地蝗蟲防治生態(tài)閾值的探討具有重要的生態(tài)意義。盧輝[48]根據(jù)經(jīng)濟(jì)閾值的基本概念,挽回?fù)p失=防治成本的原則,將補(bǔ)償作用和蓋度的指數(shù)引入模型,初步建立了亞洲小車蝗為害草地的生態(tài)閾值模型,這個(gè)模型把草地植被蓋度作為草地生態(tài)系統(tǒng)變化的參數(shù),提出隨著蓋度增加,也是草地類型從荒漠草原-半荒漠草原-典型草原的過渡,亞洲小車蝗防治生態(tài)閾值也在增加,例如,蓋度值為0.2時(shí),防治指標(biāo)為3.4頭/m2; 0.4時(shí),防治指標(biāo)為6.0頭/m2;0.7時(shí),防治指標(biāo)為15.3頭/m2。 余鳴[49]在研究蝗蟲防治生態(tài)閾值時(shí),將干旱因子引入了模型中,理論上提高了經(jīng)濟(jì)閾值的可用性,但是在他的閾值模型中對(duì)于蝗蟲與草地平衡之間的關(guān)系尚不明確,衡量指標(biāo)模糊,需要進(jìn)一步的田間試驗(yàn)研究驗(yàn)證。這兩篇關(guān)于草地蝗蟲防治生態(tài)閾值的學(xué)術(shù)論文,為本領(lǐng)域的研究提供了有價(jià)值的觀點(diǎn)與方向。筆者在文獻(xiàn)查閱時(shí)未找到更多關(guān)于蝗蟲防治生態(tài)閾值的資料,因此在草地植保領(lǐng)域這是一個(gè)值得深入探討的新課題。

3.3經(jīng)濟(jì)閾值與生態(tài)閾值在蝗蟲防治應(yīng)用中的思考 蝗蟲防治的經(jīng)濟(jì)閾值與生態(tài)閾值之間不具有必然的一致性,二者作為蝗蟲防治決策的參考依據(jù)存在兩種可能,一種是在蝗蟲危害達(dá)到經(jīng)濟(jì)閾值指示的防治指標(biāo)時(shí),并未危及草地生態(tài)平衡,即生態(tài)系統(tǒng)尚有一定的耐受能力,這時(shí)經(jīng)濟(jì)閾值小于生態(tài)閾值,在防治時(shí)則應(yīng)以最大限度的挽回經(jīng)濟(jì)損失為目的,以經(jīng)濟(jì)閾值作為防治指標(biāo);另外一種情況是,蝗蟲的種群暴發(fā)造成的經(jīng)濟(jì)損失尚在可承受范圍之內(nèi),但草地物種多樣性等生態(tài)指標(biāo)遭到破壞,致使草地生態(tài)失衡,在這種情況下當(dāng)以生態(tài)閾值作為防治的指標(biāo)。

4 蝗蟲防治閾值研究中存在的問題及建議

4.1存在的問題 自20世紀(jì)60年代以來,草地蝗蟲發(fā)生數(shù)量急劇上升,蝗蟲災(zāi)害頻繁暴發(fā),嚴(yán)重影響了天然草地植被的正常生長發(fā)育,削弱了草地生態(tài)功能作用的發(fā)揮,加劇了牧區(qū)人民經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),威脅到草地畜牧業(yè)和草地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)健康發(fā)展[50]。但是,由于我國草原面積大,草地蝗蟲種類多,在蝗蟲防治閾值的研究方面存在較多問題:1)參考防治指標(biāo)陳舊,存在“一刀切”的問題,難以適應(yīng)當(dāng)前日趨復(fù)雜化的草原保護(hù)形勢;2)不同草原區(qū)優(yōu)勢蝗種的生態(tài)學(xué)研究匱乏,限制了經(jīng)濟(jì)閾值與生態(tài)閾值的研究;3)偏重于經(jīng)濟(jì)損失方面的經(jīng)濟(jì)閾值研究,對(duì)反映生態(tài)平衡的生態(tài)閾值缺乏深入研究與探討;4)國家對(duì)草地蝗蟲防治及科研工作的重視程度與投入經(jīng)費(fèi)不足,限制了本領(lǐng)域的發(fā)展。

4.2建議 當(dāng)前,我國草原退化形勢仍十分嚴(yán)峻,造成了草原退化-蝗蟲發(fā)生-草原進(jìn)一步退化的惡性循環(huán)。因此,開展蝗蟲防治閾值方面的研究顯得十分迫切與重要。今后,在本領(lǐng)域應(yīng)組建包括昆蟲學(xué)、生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等方面的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì),對(duì)我國草地蝗蟲防治的經(jīng)濟(jì)閾值與生態(tài)閾值進(jìn)行全面、深入、系統(tǒng)的研究。加大對(duì)草地蝗蟲生態(tài)閾值的研究,為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益的雙贏提供有力指導(dǎo)。對(duì)不同草地類型區(qū)和各區(qū)優(yōu)勢蝗種開展有重點(diǎn)的研究與探討,為各區(qū)的蝗蟲防治提出科學(xué)的防治閾值。此外,應(yīng)進(jìn)一步爭取國家對(duì)蝗蟲防治研究的投入,以保障取得有價(jià)值的研究成果。

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