物理植保技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)

中國(guó)在物理植保技術(shù)發(fā)展的十幾年中，已在病蟲(chóng)害防治的細(xì)節(jié)方面積累了許多有效的技術(shù)手段，特別是結(jié)合環(huán)境控制技術(shù)已能在設(shè)施作物生產(chǎn)中替代90%的殺真菌劑、70%的殺蟲(chóng)劑甚或完全替代[1-5]。隨著減施農(nóng)藥的社會(huì)呼聲的日益高漲，物理植保技術(shù)隨即成為植保補(bǔ)位的重要措施，深度替代農(nóng)藥完成作物生長(zhǎng)期的物理植保設(shè)施已經(jīng)有了很多成功的實(shí)踐，一些品種的植物生產(chǎn)設(shè)施的配置標(biāo)準(zhǔn)化工作逐漸豐滿，韭菜、生菜、藥用植物、煙草都有了物理植保技術(shù)方式，無(wú)農(nóng)藥生產(chǎn)方式日臻成熟[6]。植物真菌性與細(xì)菌性病害、蟲(chóng)害、病毒病、草害都有了明確處理方式和技術(shù)攻關(guān)方向。熱害冷災(zāi)的預(yù)防技術(shù)也朝著更加有效節(jié)能、節(jié)資的方向發(fā)展。

土壤病蟲(chóng)害的防治

土壤病蟲(chóng)害涉及土壤連作障礙、作物抗病性、環(huán)境因素等多個(gè)方面，物理防治程序復(fù)雜，到目前為止，還沒(méi)有一種方法可以通防成功的案例。然而，建立分而治之和尋找綜合防治的新方法是物理防治土壤病蟲(chóng)害最明晰的科研開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略，其實(shí)踐所獲頗豐。譬如，過(guò)去實(shí)踐的電消毒電滅蟲(chóng)一體化技術(shù)因其耗電量巨大以及使用介導(dǎo)顆粒而不能普及應(yīng)用，致其僅限于電絕緣的槽式栽培基質(zhì)的處理，現(xiàn)將殺蟲(chóng)與消毒功能分開(kāi)而出現(xiàn)的土壤電滅蟲(chóng)機(jī)在根結(jié)線蟲(chóng)、韭蛆治理方面獲得突破。師從于自然界的山火和燒荒肥地原理展開(kāi)的火燒液灌溉土壤修復(fù)方式打開(kāi)了防治土壤病蟲(chóng)害的物理門(mén)，而原料僅僅是植物源農(nóng)業(yè)廢棄物和火，其生態(tài)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值滿足循環(huán)經(jīng)濟(jì)、青山綠水的可持續(xù)發(fā)展要求。

土壤電滅蟲(chóng)技術(shù)

土壤滅蟲(chóng)最可靠的辦法是“在苗在秧”期的處理，收獲后的土壤處理效果差強(qiáng)人意。在秧狀態(tài)的土壤滅蟲(chóng)技術(shù)主要集中在電滅蟲(chóng)方面，如土壤瞬間放電滅蟲(chóng)技術(shù)、連續(xù)電脈沖土壤處理技術(shù)等。土壤瞬間放電滅蟲(chóng)技術(shù)已開(kāi)始實(shí)際應(yīng)用，實(shí)際上是電容貯放電原理用在土壤害蟲(chóng)防治方面的新發(fā)現(xiàn)。在土壤含水率達(dá)到飽和狀態(tài)下，高電壓大容量的電容器通過(guò)插入土壤中兩極放電，其瞬間電流極大，土壤溶液產(chǎn)生電液爆效應(yīng)，電極間昆蟲(chóng)會(huì)被強(qiáng)大的放電電流消滅或致殘。從操作安全的角度出發(fā)，這種設(shè)備的放電能量不得過(guò)高，通常為500～8000 J，如一次瞬間放電達(dá)到10 kJ，溫室及其周邊建筑結(jié)構(gòu)會(huì)受到損毀或干擾地震預(yù)測(cè)。小型機(jī)3DT-8型土壤電滅蟲(chóng)機(jī)瞬間放電的能量約為500 J，500 mm的極間距足以滅殺其間的根結(jié)線蟲(chóng)，300 mm的極間距內(nèi)則可消滅大部分韭蛆，其處理效率能夠達(dá)到220 m2/h，而對(duì)于蠐螬、螻蛄則無(wú)致殘作用，其原因在于放電功率和安全操作的制約。處理韭蛆現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖1。

對(duì)于韭蛆的處理，除了土壤電滅蟲(chóng)處理法以外，另一做法就是中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)造的薄膜覆蓋高溫法，土壤溫度達(dá)到45℃并持續(xù)一段時(shí)間就可將韭蛆殺死，且殺滅率極高。

土壤病害的處理技術(shù)

土壤病害的物理治理并不能通過(guò)播種或移栽前的處理解決，火焰、高溫水雖可殺滅很多害蟲(chóng)和病菌，但其殘留病菌會(huì)在作物生長(zhǎng)期如處理前一樣泛濫成災(zāi)。

土壤電消毒技術(shù)曾在作物生長(zhǎng)期進(jìn)行了包括枯萎病、立枯病在內(nèi)的防治試驗(yàn)，防治效果顯著，也不對(duì)作物生長(zhǎng)造成可視的阻礙，但因有效處理需要2.5 mA/cm2以上的電流密度，農(nóng)村用電設(shè)施沒(méi)有足夠容量的線路承載大電流而推廣受阻，大連農(nóng)機(jī)推廣站土壤連作障礙電處理團(tuán)隊(duì)也嘗試建立獨(dú)立的車(chē)載發(fā)電機(jī)供電的電消毒服務(wù)隊(duì)，但因多種原因而無(wú)進(jìn)展。

最新進(jìn)展是從森林大火滅蟲(chóng)滅菌的自然法則而發(fā)展起來(lái)的“火燒液”灌溉土壤滅菌法，地面覆蓋植物的燃燒不僅僅是溫度殺蟲(chóng)殺菌，更重要的是燃燒濕潤(rùn)植物產(chǎn)生的“類(lèi)焦油”物質(zhì)浸潤(rùn)土壤滅菌甚或殺蟲(chóng)的自然秘密。“火燒液”可通過(guò)農(nóng)業(yè)廢棄物燃燒制肥機(jī)外加指定的農(nóng)業(yè)廢棄物通過(guò)燃燒獲取，“火燒液”的殺菌殺蟲(chóng)以及消解土壤毒素的能力受農(nóng)業(yè)廢棄物的種類(lèi)影響巨大。從目前的試驗(yàn)和實(shí)踐效果來(lái)看，這無(wú)疑是一場(chǎng)土壤處理技術(shù)的革命[6-7]。火燒液及其制造設(shè)備見(jiàn)圖2、圖3。

地上部分病蟲(chóng)害的防治

作物地上部分的病蟲(chóng)害包括真菌性、細(xì)菌性病害、病毒病以及爬蟲(chóng)類(lèi)蟲(chóng)害、飛翔類(lèi)蟲(chóng)害幾大部分。因應(yīng)綠色植保要求，物理防治技術(shù)歷經(jīng)幾十年的發(fā)展已經(jīng)能夠完成設(shè)施內(nèi)的植物地上部分的保護(hù)任務(wù)，其技術(shù)內(nèi)容豐富，而且升級(jí)和新創(chuàng)都很迅速。

真菌性病害

地上部分的真菌病害是植物病害中數(shù)量最大的一類(lèi)，約占病害總數(shù)的70%～80%。真菌病害通過(guò)氣流、雨水、蟲(chóng)媒等傳播，真菌孢子萌發(fā)直接侵入寄主表皮細(xì)胞，或通過(guò)氣孔等自然孔口及傷口侵入植物。設(shè)施農(nóng)業(yè)的真菌性病害的物理防治除了防雨膜遮蓋雨水濺落傳播渠道和防蟲(chóng)網(wǎng)隔離蟲(chóng)媒傳播渠道以外，通風(fēng)、光照、空間電場(chǎng)、溫濕度控制都能用于這類(lèi)病害的控制。

通風(fēng)最大的問(wèn)題是溫度的擾動(dòng)，特別是寒冷季節(jié)的通風(fēng)往往無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因而通風(fēng)作為設(shè)施農(nóng)業(yè)的防病措施不可靠。

光照可以提高作物的抗病力，另一方面很多種類(lèi)的真菌會(huì)在陽(yáng)光照射下失去活力，問(wèn)題是使用光照防病的重要指向是光照強(qiáng)度，只有光照強(qiáng)度達(dá)到12000 lx以上且照射時(shí)間每日超過(guò)12 h才可獲得好的預(yù)防效果。高壓鈉燈、小功率浴霸燈泡在深冬陰霾天氣里對(duì)灰霉病、疫霉菌病等真菌性病害都有好的防治效果。LED植物燈與高壓鈉燈相比，防病效果遠(yuǎn)不如后者，但高壓鈉燈補(bǔ)光防病的推廣難題是電耗太大，經(jīng)濟(jì)上不劃算，僅能在特殊經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植物上使用。

溫濕度自動(dòng)控制技術(shù)也是解決設(shè)施農(nóng)業(yè)植物病害的重要措施，但在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中建造完好的溫濕度自動(dòng)控制設(shè)施寥寥無(wú)幾，不過(guò)從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，這類(lèi)溫濕度自動(dòng)控制的植物生產(chǎn)設(shè)施會(huì)成為建設(shè)主流，食品安全注定會(huì)成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的終極目標(biāo)。

空間電場(chǎng)環(huán)境中微生物氣溶膠的凈化與鈍化、葉片表面保持干燥、光合作用強(qiáng)度的提高、根系活力的提高、強(qiáng)化的鈣離子的生理調(diào)節(jié)等可在植物生長(zhǎng)的全生育期內(nèi)預(yù)防絕大多的氣傳病害的發(fā)生，且預(yù)防效果與單位平方米占用的電暈功率大小呈正相關(guān)。每667 m2溫室使用30 W和使用80 W的空間電場(chǎng)發(fā)生器，其防病效果差異很大。空間電場(chǎng)往往會(huì)造成設(shè)施內(nèi)空氣干燥、葉片干燥，對(duì)白粉病的預(yù)防效果偏差。因而，為了更好的預(yù)防植物病害，特別是白粉病，空間電場(chǎng)設(shè)備往往與煙氣電凈化CO2氣肥機(jī)聯(lián)合使用，即空間電場(chǎng)/CO2同補(bǔ)技術(shù)。用于預(yù)防白粉病的同補(bǔ)技術(shù)中的CO2特指煙氣CO2，植物燃燒產(chǎn)生的煙氣含有硫氧化物和其他生物活性物質(zhì)，在電暈作用下會(huì)既會(huì)形成硫磺熏蒸的效果又會(huì)產(chǎn)生更為有效的殺菌劑，這同使用“火燒液”防治白粉病的機(jī)制相似。

細(xì)菌病害

細(xì)菌性病害是由細(xì)菌病菌侵染所致的病害，如軟腐病、潰瘍病、青枯病等。侵害植物的細(xì)菌都是桿狀菌，大多數(shù)具有1根或數(shù)根鞭毛。凡有植物生長(zhǎng)的地方都有細(xì)菌病害分布，但發(fā)生的種類(lèi)依不同氣候帶或不同生態(tài)區(qū)而異，迄今有記載的細(xì)菌病害有500種以上。細(xì)菌病害可通過(guò)多種途徑傳播，可通氣孔、皮孔、水孔、傷口侵入，借流水、雨水、昆蟲(chóng)等傳播，在病殘?bào)w、種子、土壤中過(guò)冬，在高溫、高濕條件下容易發(fā)病。寒冷季節(jié)的通風(fēng)往往造成溫差性的物理傷害，如傷葉、傷果等，土壤溫濕度控制不柔和也將導(dǎo)致大量根系的損傷，其后果是極易滋生細(xì)菌、真菌性病害，非擾動(dòng)溫度的靜態(tài)控濕措施仍依賴(lài)于空間電場(chǎng)的建立，單位面積空間電場(chǎng)發(fā)生功率越大除濕越好，防病效果越好。

真菌、細(xì)菌病害聯(lián)控

寒冷天氣里，植物地上部分的病害物理防治手段主要依賴(lài)于棚室內(nèi)空氣理化指標(biāo)的靜態(tài)控制或者緩慢的內(nèi)外界的氣體交換（帶熱交換器的），空間電場(chǎng)的靜態(tài)凈化能力與“火燒液”的聯(lián)合使用是解決棚室植物病害的有效方式。另一種方法是空間電場(chǎng)與煙氣CO2的同補(bǔ)，煙氣凈化后的CO2中仍含有微量硫氧化物、硝酸性氣體和其他生物活性物質(zhì)，在直流電暈電場(chǎng)的作用下吸附于莖葉、土壤表面，消滅了真菌細(xì)菌并營(yíng)養(yǎng)了植物。

最新進(jìn)展是空間電場(chǎng)與LED燈集成增產(chǎn)防病技術(shù)，雖然LED燈對(duì)預(yù)防陽(yáng)光溫室植物病害的效果差強(qiáng)人意，但其與空間電場(chǎng)的結(jié)合卻能很好地提升真菌、細(xì)菌病害的預(yù)防能力，其應(yīng)用見(jiàn)圖4。物理植保技術(shù)與低毒低殘留化學(xué)農(nóng)藥的結(jié)合也在試驗(yàn)，是減施農(nóng)藥的一種新的途徑。

病毒病害

設(shè)施與大田作物、蔬果、觀賞植物及林木等均有病毒病，目前全世界報(bào)道病毒病有700種，中國(guó)報(bào)道100余種。病毒病主要引起植株變色、壞死、畸形等癥狀。通過(guò)介體或非介體傳播，介體傳病毒的昆蟲(chóng)中以蚜蟲(chóng)、葉蟬和飛虱、薊馬最重要。

病毒病的物理防治當(dāng)屬熱力鈍化法和紫外線掃描法。熱力鈍化法主要用于林果木，如用于柑橘黃龍病的防治的熱袋病毒鈍化殺蟲(chóng)裝置，雖有45～55℃高溫悶棚但對(duì)西瓜、辣椒病毒病轉(zhuǎn)好沒(méi)有明顯作用[8]，蔬菜病毒病熱力控制的實(shí)際操作還未見(jiàn)成功案例的報(bào)道。紫外線掃描法也在試驗(yàn)，劑量的大小與植物損傷、病毒鈍化之間的關(guān)系均與植物品種有關(guān)，其量化工作量大，短時(shí)間內(nèi)難以進(jìn)入實(shí)用化[9-11]。

病毒病的防治重在防。控制蚜蟲(chóng)、葉蟬和飛虱、薊馬等傳播介體是預(yù)防病毒病發(fā)生的有效途徑，任何誘殺、捕殺、“物理性質(zhì)”的藥殺傳播介體都可被用于預(yù)防病毒病的體系內(nèi)。詳細(xì)介紹見(jiàn)本文地上蟲(chóng)害物理防治小節(jié)。

蟲(chóng)害

害蟲(chóng)包括爬行和飛行害蟲(chóng)，其行為有喜好聚集的和特立獨(dú)行的，對(duì)它們的物理防治多種多樣，但有效的方法必須是集成的，任何一項(xiàng)單獨(dú)的技術(shù)都無(wú)法完成蟲(chóng)害的預(yù)防任務(wù)。集成的物理防治蟲(chóng)害技術(shù)包括固定式的防蟲(chóng)網(wǎng)、色引黏蟲(chóng)板、色光雙誘滅蟲(chóng)燈、移動(dòng)式色光誘殺裝置以及動(dòng)態(tài)式的物理植保液等。

固定式物理植保設(shè)施中防蟲(chóng)網(wǎng)是最基本也是必須的物理植保設(shè)施，在實(shí)際應(yīng)用中能夠減施殺蟲(chóng)劑60%以上。固定式色引黏蟲(chóng)板或介電吸蟲(chóng)板（管）、色光雙誘滅蟲(chóng)燈只有在防蟲(chóng)網(wǎng)完好的基礎(chǔ)上才能“較”有效地控制蟲(chóng)口數(shù)，否則會(huì)成為蟲(chóng)災(zāi)制造者。固定式誘殺害蟲(chóng)設(shè)施的最大缺陷就是靜靜地守株待兔，這必然導(dǎo)致誘殺蟲(chóng)體數(shù)量有限，雖在設(shè)施內(nèi)設(shè)置了很多，但植保效果差強(qiáng)人意。

移動(dòng)式物理植保裝置包括色引誘殺移動(dòng)裝置，如桁架移動(dòng)式色引電滅蟲(chóng)裝置，每天可以按照設(shè)定程序自動(dòng)刮撥植物激起白粉虱、薊馬、有翅蚜蟲(chóng)聚集性飛入電擊架中自取滅亡。也有一種色誘負(fù)壓吸蟲(chóng)機(jī)可以通過(guò)人工操作鋪集害蟲(chóng)，見(jiàn)圖5。

對(duì)于聚集性害蟲(chóng)，如蚜蟲(chóng)、紅蜘蛛、白粉虱、蚧殼蟲(chóng)、薊馬等的物理防治還有一種稱(chēng)之為物理植保液的水劑，其殺滅以上害蟲(chóng)速度快且無(wú)任何危害物殘留，它是利用具有生物活性的納米級(jí)駐極體解構(gòu)昆蟲(chóng)組織胞膜致其快速脫水而亡的機(jī)理殺蟲(chóng)的，是微觀物理植保技術(shù)代表產(chǎn)品，具有完全替代農(nóng)藥殺蟲(chóng)的潛力。對(duì)它的應(yīng)用研究正在展開(kāi)，商品化手續(xù)正在辦理。一些農(nóng)藥企業(yè)也將其作為助劑混配到主藥中增加其殺蟲(chóng)效果，如吡蟲(chóng)啉、阿維菌素、虱螨脲與物理植保粉的混配等。

蛞蝓、蝸牛、跳甲幼蟲(chóng)是一類(lèi)喜歡潮濕的地面爬行類(lèi)害蟲(chóng)，這一類(lèi)害蟲(chóng)對(duì)電流非常敏感，大的脈沖電流會(huì)一擊而垮。地表大功率短脈沖是解決這類(lèi)害蟲(chóng)的有效方法，相關(guān)設(shè)備的農(nóng)用化正在進(jìn)行。

草害的防治

雜草的物理處理技術(shù)沿著收獲后、植物生長(zhǎng)中兩個(gè)方向發(fā)展。收獲后的雜草處理主要是草籽的熱處理和凍融，如火焰土壤處理機(jī)。植物生長(zhǎng)中的處理主要為電除草，它是依據(jù)電流從葉至根的熱效應(yīng)，處理時(shí)將一電極觸碰雜草枝葉，另一電極插入土壤即可滅掉雜草。電除草優(yōu)勢(shì)是除草徹底，很少有殘根復(fù)發(fā)，但農(nóng)作物枝葉，特別是幼苗觸碰電極，則會(huì)損傷甚至被電死。通常電損傷的多汁植株在與土壤接觸的地方容易感染病害而生長(zhǎng)不良，而樹(shù)木等少汁液、莖稈纖維化程度高的植物對(duì)電擊有著較強(qiáng)的抵抗力。其技術(shù)裝備的研發(fā)品種包括自帶發(fā)電機(jī)的行走式高頻除草機(jī)、手持式電除草器。

設(shè)施覆蓋、圍護(hù)材料的附著藻類(lèi)的清洗也屬于物理植保的范疇。塑料膜、陽(yáng)光板、玻璃、防蟲(chóng)網(wǎng)上的藻類(lèi)無(wú)害環(huán)境與材料的清洗有了除藻納米材料，試用的效果理想，對(duì)解決藻類(lèi)污染遮陽(yáng)問(wèn)題無(wú)異于給了定心丸。

防治病蟲(chóng)害的綜合設(shè)施

帶電栽培植物技術(shù)就是通過(guò)電隔離裝置將帶靜電的植物與大地隔離開(kāi)的一種能夠自動(dòng)防病、能夠?qū)崿F(xiàn)快速生長(zhǎng)、使用植物源“三態(tài)”肥（草木灰、煙氣液體肥、煙氣CO2）的物理植保與物理增產(chǎn)的集成技術(shù)。該技術(shù)依據(jù)帶電植物的電離空氣防病、靜電斥力驅(qū)蟲(chóng)來(lái)防病防蟲(chóng)。實(shí)際測(cè)試效果：包括白粉病在內(nèi)的植物病害均能獲得滿意的預(yù)防效果；偶爾感染（斷電農(nóng)事活動(dòng)期間）的蚜蟲(chóng)、紅蜘蛛可通過(guò)物理植保液滅殺；基質(zhì)感染蟲(chóng)害可使用電滅蟲(chóng)器徹底清除；病蟲(chóng)害防治全程物理方式，可滿足替代農(nóng)藥完成植保任務(wù)的要求[5]，見(jiàn)圖6。

物理植保技術(shù)的未來(lái)預(yù)測(cè)

設(shè)施園藝的物理植保技術(shù)集成模式的建立與發(fā)展，擬在解決封閉環(huán)境植物全生育期病蟲(chóng)害無(wú)農(nóng)藥化的植保問(wèn)題。因集成的分項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步，設(shè)施的物理植保體系建設(shè)已經(jīng)由簡(jiǎn)單的網(wǎng)隔離、傳統(tǒng)的環(huán)境控制方案轉(zhuǎn)向大幅替代甚至完全替代風(fēng)險(xiǎn)農(nóng)藥的植保方式轉(zhuǎn)化，從土壤病到地上部分的病蟲(chóng)害都相應(yīng)的有了專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)措施，如土壤病蟲(chóng)害的多種物理處理技術(shù)，無(wú)土栽培營(yíng)養(yǎng)液孑孓的電滅殺器等，過(guò)去難治的白粉病也有了多項(xiàng)物理防治技術(shù)措施，不用農(nóng)藥的韭菜生產(chǎn)方式已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)，替代農(nóng)藥已不再成為設(shè)施農(nóng)業(yè)的難題。

土壤物理或物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)、病毒病物理防治技術(shù)也在多方面取得了進(jìn)展，特別是土壤問(wèn)題的綜合處理方式尤引人注目，“火燒液”的澆灌處理或許成為解決連作障礙問(wèn)題的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)其成分和滅菌消毒殺蟲(chóng)的因子研究將形成一門(mén)新的學(xué)科。

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作者簡(jiǎn)介：劉濱疆（1962-），遼寧大連人，研究員級(jí)高級(jí)工程師，研究方向：生物物理與物理植保技術(shù)。

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