草地蝗蟲防治的經(jīng)濟閾值與生態(tài)閾值研究進展

劉 艷,張澤華,王廣軍

(1.沈陽農(nóng)業(yè)大學園藝學院，遼寧 沈陽 110866； 2.中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所，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，導致蝗蟲等生物災害的不斷發(fā)生。1999年以來我國北方草原連年發(fā)生大面積蝗災等生物災害，草地生態(tài)系統(tǒng)步入草場退化-害蟲猖獗-草場進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，累積草原蝗蟲發(fā)生危害面積達0.622億hm2，蟲口密度均在50頭/m2以上,最高可達650頭/m2[2]。蝗災不但給畜牧業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失，而且嚴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)濟閾值(economic threshold)與生態(tài)閾值(ecological threshold)研究，對于有效指導蝗蟲防治工作具有重要的意義。

1 害蟲防治經(jīng)濟閾值的研究進展

害蟲防治的經(jīng)濟閾值問題是現(xiàn)代害蟲管理系統(tǒng)中進行優(yōu)化決策的基本依據(jù)，也是使害蟲治理的經(jīng)濟效益和生態(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)濟閾值一詞，并將其定義為“害蟲的某一密度，在此密度時應采取控制措施，以防種群達到經(jīng)濟危害水平”。此后，經(jīng)濟閾值的概念引起人們的廣泛重視與深入探討。Edwards[4]將經(jīng)濟閾值定義為“可以引起與控制措施等價的損失的害蟲種群大小”。Headley[5]提出的定義是“使產(chǎn)品價值增量等于控制代價增量的種群密度”。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)域進行過全面的綜述與討論，他給經(jīng)濟閾值的定義表達為“害蟲的某一密度，達此密度時應立即采取控制措施，否則，害蟲將引起等于這一措施期望代價的期望損失”。繆勇和許維謹[9]在對經(jīng)濟閾值定義的討論中，認為經(jīng)濟閾值應是“針對某一密度(含預測)的害蟲種群，邊際成本函數(shù)等于邊際產(chǎn)值函數(shù)時的種群密度。超過此密度時，應適時采取控制措施，將種群密度壓制至該密度水平，可以獲得最大凈收益”。實際上，經(jīng)濟閾值不同于產(chǎn)量損失閾值和經(jīng)濟損害水平，因為經(jīng)濟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)品價格、生態(tài)效益、環(huán)境保護等諸多問題，是一個經(jīng)濟生態(tài)學參數(shù)，是進行防治決策的依據(jù)，是生產(chǎn)者關(guān)注的焦點[10]。

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

2 害蟲防治生態(tài)閾值的研究進展

相對于經(jīng)濟閾值，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、功能等具有多個穩(wěn)定態(tài),穩(wěn)定態(tài)之間存在的閾值和斷點(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)學和經(jīng)濟學界的普遍關(guān)注，并展開了學術(shù)探討。Friedel[28]認為生態(tài)閾值是生態(tài)系統(tǒng)兩種不同的狀態(tài)在時間和空間上的界限(boundaries)；Muradian[29]定義生態(tài)閾值為獨立生態(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。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)的某個點或一段區(qū)間，推動這種轉(zhuǎn)變的動力來自某個或多個關(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，將導致生物多樣性的急劇下降。總的來說，相關(guān)研究普遍認為生態(tài)閾值有兩種類型，即生態(tài)閾值點(ecological threshold point)和生態(tài)閾值帶(ecological threshold zone)，在生態(tài)閾值點前后，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%是其供應牲畜取食的閾值，這為人類活動干預下草原退化與恢復演替的研究，特別為確定天然草原放牧強度的生態(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)中的嚙齒動物群落和主要造林樹種為研究對象，提出了人工林群落生態(tài)閾值概念,并指出林區(qū)嚙齒動物管理中的群落生態(tài)閾值是單個林木過渡到森林群落的預測指標,考慮的是嚙齒動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個羽化孔，并指出對于以生態(tài)防護效益為主的防護林來說經(jīng)濟閾值具有局限性，而應以生態(tài)閾值作為害蟲防治的參考依據(jù)。可見，生態(tài)閾值在有害生物防治中不同于經(jīng)濟閾值，這一指標是以生態(tài)系統(tǒng)平衡和資源可持續(xù)利用為出發(fā)點，對于在自然生態(tài)系統(tǒng)中探討害蟲的防治閾值具有廣闊的研究與應用前景。

3 我國草地蝗蟲防治的經(jīng)濟閾值與生態(tài)閾值研究動態(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，自古至今對農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)的危害屢有記載。據(jù)統(tǒng)計從公元前707年至1907年間我國共發(fā)生蝗災739次，唐、宋、元、明、清各朝的地方志均有蝗災的詳細記載[37]。21世紀以來，我國西部主要草原區(qū)蝗災時有發(fā)生，2004年內(nèi)蒙古草原蝗蟲發(fā)生面積達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)域的研究熱點問題之一。開展蝗蟲防治閾值(包括經(jīng)濟閾值和生態(tài)閾值)的研究與制定，對于控制蝗蟲暴發(fā)，減少經(jīng)濟損失和維持生態(tài)平衡具有重要的意義。

3.1草地蝗蟲防治的經(jīng)濟閾值研究 從20世紀80年代開始，國內(nèi)少數(shù)學者開始從事草地蝗蟲防治經(jīng)濟閾值的研究工作，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)濟閾值為8頭/m2。同一蝗種在兩個不同試驗區(qū)防治的經(jīng)濟閾值相差高達8.6倍，這主要是由于草地群落植被組成、初級生產(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]采用田間罩籠試驗首先計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齡前化學防治西伯利亞蝗的經(jīng)濟閾值為26.8頭/m2。烏麻爾別克等[45]采用相同研究方法，對新疆荒漠、半荒漠草原地區(qū)主要危害種紅脛戟紋蝗(Dociostauruskraussi)的防治經(jīng)濟閾值進行了研究，提出化學防治的最低經(jīng)濟閾值為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)濟閾值，亞洲小車蝗(Oedaleusasiaticu)防治的經(jīng)濟閾值最小，為16.9頭/m2，小蛛蝗(Aeropedellusvariegatesminut)最大，為37.4頭/m2，分析指出經(jīng)濟閾值與蝗蟲的個體大小呈負相關(guān)，即個體大者因造成的牧草損失大，其經(jīng)濟閾值小。以上研究主要是結(jié)合特定區(qū)域的優(yōu)勢蝗種，對單一種群的防治閾值進行探討，但是草地蝗蟲的發(fā)生往往比較復雜，常常是多個種群的混合暴發(fā)。廉振民和蘇曉紅[46]對甘肅省祁連山東段草地蝗蟲復合防治指標(經(jīng)濟閾值)進行了研究，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到28頭/m2時才進行防治，這是關(guān)于混合種群蝗蟲防治經(jīng)濟閾值的一個新觀點。總的來說，我國在草地蝗蟲防治的經(jīng)濟閾值領(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，難以有效指導草地上復雜的蝗蟲災變形勢，因此蝗蟲經(jīng)濟閾值研究仍將是今后的重點研究課題。

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生產(chǎn)力和次級生產(chǎn)力的降低，更重要的是從生態(tài)層面上引起的草地退化，在蝗蟲防治時單純考慮經(jīng)濟閾值，不制定以生態(tài)效益為主導的生態(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。當蝗蟲的為害超過草地生態(tài)系統(tǒng)的耐受范圍時，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)濟閾值的基本概念，挽回損失=防治成本的原則，將補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，防治指標為3.4頭/m2； 0.4時，防治指標為6.0頭/m2；0.7時，防治指標為15.3頭/m2。 余鳴[49]在研究蝗蟲防治生態(tài)閾值時，將干旱因子引入了模型中，理論上提高了經(jīng)濟閾值的可用性，但是在他的閾值模型中對于蝗蟲與草地平衡之間的關(guān)系尚不明確，衡量指標模糊，需要進一步的田間試驗研究驗證。這兩篇關(guān)于草地蝗蟲防治生態(tài)閾值的學術(shù)論文，為本領(lǐng)域的研究提供了有價值的觀點與方向。筆者在文獻查閱時未找到更多關(guān)于蝗蟲防治生態(tài)閾值的資料，因此在草地植保領(lǐng)域這是一個值得深入探討的新課題。

3.3經(jīng)濟閾值與生態(tài)閾值在蝗蟲防治應用中的思考 蝗蟲防治的經(jīng)濟閾值與生態(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到經(jīng)濟閾值指示的防治指標時，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，這時經(jīng)濟閾值小于生態(tài)閾值，在防治時則應以最大限度的挽回經(jīng)濟損失為目的，以經(jīng)濟閾值作為防治指標；另外一種情況是，蝗蟲的種群暴發(fā)造成的經(jīng)濟損失尚在可承受范圍之內(nèi)，但草地物種多樣性等生態(tài)指標遭到破壞，致使草地生態(tài)失衡，在這種情況下當以生態(tài)閾值作為防治的指標。

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60年代以來，草地蝗蟲發(fā)生數(shù)量急劇上升,蝗蟲災害頻繁暴發(fā)，嚴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)濟負擔,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)參考防治指標陳舊，存在“一刀切”的問題，難以適應當前日趨復雜化的草原保護形勢；2)不同草原區(qū)優(yōu)勢蝗種的生態(tài)學研究匱乏，限制了經(jīng)濟閾值與生態(tài)閾值的研究；3)偏重于經(jīng)濟損失方面的經(jīng)濟閾值研究，對反映生態(tài)平衡的生態(tài)閾值缺乏深入研究與探討；4)國家對草地蝗蟲防治及科研工作的重視程度與投入經(jīng)費不足，限制了本領(lǐng)域的發(fā)展。

4.2建議 當前，我國草原退化形勢仍十分嚴峻，造成了草原退化-蝗蟲發(fā)生-草原進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)域應組建包括昆蟲學、生態(tài)學、經(jīng)濟學等方面的跨學科團隊，對我國草地蝗蟲防治的經(jīng)濟閾值與生態(tài)閾值進行全面、深入、系統(tǒng)的研究。加大對草地蝗蟲生態(tài)閾值的研究，為實現(xiàn)經(jīng)濟效益與生態(tài)效益的雙贏提供有力指導。對不同草地類型區(qū)和各區(qū)優(yōu)勢蝗種開展有重點的研究與探討，為各區(qū)的蝗蟲防治提出科學的防治閾值。此外，應進一步爭取國家對蝗蟲防治研究的投入，以保障取得有價值的研究成果。

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