郭予元院士在小麥害蟲預測和治理上的學術貢獻
——紀念郭予元院士誕辰90周年

陳巨蓮, 武予清, 張 勇, 范 佳, 譚曉玲,曹雅忠, 苗 進, 倪漢祥*

(1.植物病蟲害生物學國家重點實驗室, 中國農業科學院植物保護研究所, 北京 100193; 2.河南省農業科學院植物保護研究所, 鄭州 450002)

郭予元院士在20世紀70-90年代(1978年-1990年)一直從事小麥害蟲預測和治理研究及指導生產防治工作。他瞄準小麥生產區域主要害蟲,將害蟲生物學與生態學有機結合,特別是憑借他在植保數理統計方面的出色能力,將宏觀調查與微觀機理相銜接,先后在麥類毀滅性害蟲小麥吸漿蟲、麥種蠅Deliacoarctata(Fallén)、黏蟲MythimnaseparataWalker、小麥蚜蟲預測和防控關鍵技術,綜合治理理論與策略等方面做出了顯著成績。郭予元院士在小麥害蟲預測和治理上的學術貢獻,不僅是20世紀小麥害蟲防控上的重要突破,而且對現階段小麥害蟲預測與防控工作仍具有指導作用。

1 郭予元院士在小麥害蟲預測和治理上的重要貢獻

20世紀70年代,郭予元院士在寧夏工作期間,針對1977年麥種蠅在我國西北嚴重發生,造成冬小麥返青后死苗達30%～50%,出現“斑禿”狀缺苗現象,從1978年開始,對麥種蠅的形態特征、為害與分布、寄主范圍、生活史及其習性、幼蟲的田間分布型、為害造成的經濟損失率、生命表等開展系列研究,提出以麥苗被害率15%為防治閾限,篩選了防治方法,并組織了大面積的防治成蟲示范[1-3],為麥種蠅有效防控奠定了堅實基礎,對提高甘、寧兩省(區)冬小麥產量起到重要作用。

20世紀70-80年代,江淮流域麥區常遭一代黏蟲為害。為了解一代黏蟲自然種群消長情況及影響因子,為黏蟲異地測報和當地綜合防治提供科學依據,從1980年開始,郭院士率領攻關團隊在河南南陽“七五”國家科技攻關示范區制作麥田黏蟲自然種群生命表, 建立逐步回歸分析預測模型,分析影響麥田黏蟲種群的關鍵因子。開展麥田主要害蟲及天敵群落的排序、麥田主要天敵對一代黏蟲捕食功能的研究,提出益害關系與小麥抗蟲品種的關聯性,首次將麥田天敵控害效果,從經驗方法上升為以益害比作為定量評價指標, 并制定出黏蟲種群數量的最優預測模型[4-8]。這些研究結果為組建麥田一代黏蟲測報專家系統,以及麥田黏蟲綜合防治提供了重要的定量可操作的方法。

20世紀80年代,在示范區發現小麥蚜蟲為害越來越重,常常混合發生,郭院士利用他在昆蟲生物學、生態學和田間設計與生物統計方面綜合能力強的優勢,開展了麥蚜自然種群生命表、田間種群動態[9-11]、麥蚜混合種群對小麥穗期的危害和動態防治指標[12]、麥田兩種麥蚜、主要天敵的生態位測定及天敵對麥蚜控制能力[13-14]、冬小麥品種抗蚜性田間鑒定[15]等系列研究,顯著提升了麥蚜的測報技術及治理關鍵技術。

小麥吸漿蟲是小麥上的毀滅性害蟲,我國以麥紅吸漿蟲SitodiplosismosellanaGehin為害為主。該蟲是《農業發展綱要》限期消滅的重大病蟲害之一,20世紀在我國發生嚴重,到20世紀60年代初已基本得到控制,但到1985年又嚴重回升,再度猖獗、暴發成災。郭予元院士率領研究團隊,深入揭示了吸漿蟲在20世紀80年代嚴重回升的成因[16]，創新了田間調查取樣技術，提高了吸漿蟲預測預報技術和小麥品種對吸漿蟲抗性鑒定技術[17]、明確了小麥品種對吸漿蟲的抗性機制[18-22]、鑒定出一批抗吸漿蟲的小麥種質資源;在藥劑防治方面,研究確定了防治時期及防治指標、改土壤藥劑處理為成蟲期防治、篩選出高效殺蟲藥劑,使示范區藥劑用量平均減少91.25%,成蟲期防治效果達90%～95%;在天敵保護利用方面,系統地查明了小麥吸漿蟲的優勢種天敵種類及其主要生物學特性,提出了一整套有效保護利用天敵,充分發揮自然控制因素的技術規范;構建了吸漿蟲宏觀控制策略,創建小麥吸漿蟲綜合治理技術體系[23-25]。經10余年的系統研究及生產實踐應用,取得突破性成果“小麥紅吸漿蟲種群動態規律及其綜合治理技術體系”，于1998年獲國家科技進步獎三等獎[26-27]。

現將郭予元院士在小麥主要害蟲研究與防控的重要學術貢獻總結如下。

1.1 創新了生物學與生態學有機結合方法,顯著提升了小麥害蟲預測技術水平

郭予元院士在農業昆蟲學、生態學方面具有非常扎實的專業功底,同時在數理統計與分析方面具有很深的研究造詣。他指出為了保證小麥病蟲害綜合防控措施的正確貫徹實施,首先必須掌握病蟲害在時間和空間上的數量變化情況。這就應該深入實際,用科學的方法收集數據,對情況做出客觀分析;并在綜合各有關因子作用的基礎上準確判斷病蟲害未來的動態趨勢,即認真進行病蟲害的調查和預測預報工作[28]。

1.1.1應用科學方法,準確掌握害蟲時空動態

在“七五”“八五”國家科技攻關確定小麥吸漿蟲、麥蚜和黏蟲為主要防治對象的基礎上,改進調查采樣方法,精準摸清害蟲蟲口密度與分布型;了解其發育進度,以確定最佳防治時機;利用害蟲自然種群生命表,明確影響種群動態的關鍵因子;在小麥害蟲發生程度及發生期預測技術等方面均取得突破性成果,顯著提升了小麥害蟲預測技術水平。

1.1.1.1改進調查采樣方法,精準摸清吸漿蟲蟲口密度與分布型

組織開展蟲口密度與分布型的深入研究。通過研究吸漿蟲在土壤中的分布型,發現麥紅吸漿蟲幼蟲在土壤中以及麥穗上主要呈二項分布。為了精準摸清該害蟲在土壤中的基數,他指導研究組成員,改進調查采樣方法,在國內外首次提出了采用等距抽樣技術調查吸漿蟲在土壤中的蟲口密度[17],即選取有代表性的麥田2～3塊,在每塊田一次性等距取7個樣方的土,混合均勻后,從中取1/7的土樣進行淘土查蟲,得到代表全田土內平均蟲口密度的估計值。為了使農民技術員易掌握,還編制了“半距開頭,整距在后,本行不夠,下行來補”的調查口訣。該方法比以往隨機取樣和五點取樣等方法,操作方便,省工、省時,準確性高,深受廣大測報人員和農民技術員的歡迎。

1.1.1.2構建害蟲自然種群生命表,明確影響麥蚜、黏蟲種群動態關鍵因子

昆蟲生命表是昆蟲種群動態研究的重要手段,但在蚜蟲研究方面進展緩慢。而實驗種群的結果不能全面反映自然因素(如天氣、天敵影響及蚜蟲種間干擾等)的作用和變化。因此,自然種群生命表的研究甚為重要。但麥蚜生活周期短、世代重疊嚴重,且幾種麥蚜混合發生;在自然開放條件下,供試蚜蟲和田間蚜蟲擴散及遷飛引起混雜等問題,均給試驗設計和田間觀測增加許多困難。這可能是當時麥蚜自然種群特定年齡生命表研究未見報道的原因。1986年-1987年,采用分代隔離觀測等方法克服世代重疊和有翅蚜遷飛的干擾,研究建立了麥長管蚜SitobionavenaeFabricius(其正確名稱為荻草谷網蚜SitobionmiscanthiTakahashi[29])自然種群特定年齡生命表,共獲得9個世代的數據。明確影響該蚜自然種群波動的主要因素是天氣條件和天敵;低齡若蚜主要受風雨影響,一次大風雨可使其密度下降30%～80%,高齡若蚜和成蚜則受天敵和風雨共同作用;捕食性天敵對麥田4種蚜蟲無選擇偏好,而蚜繭蜂對4種麥蚜存在選擇偏好性,主要寄生麥長管蚜和麥二叉蚜SchizaphisgraminumRondani[9]。通過自然種群生命表,結合種群結構的系統調查,各世代的田間生殖力,厘清了該蚜整個發育階段種群結構及動態機制,分析影響種群動態的關鍵因子,為麥蚜預測奠定了堅實基礎。

在20世紀80年代,江淮流域是一代黏蟲的常發區,該蟲主要為害小麥。為了解小麥上一代黏蟲自然種群消長情況及其主要影響因素,為黏蟲的異地測報和當地的綜合防治提供科學依據,郭院士率領攻關團隊分別于1980年-1983年在河南南陽[4]、1986年-1990年河南漯河[6]制作麥田黏蟲自然種群生命表,對麥田黏蟲自然種群的消長過程進行追蹤調查,并采用歐氏距離法,選出影響年度間種群波動的關鍵因子。縱觀麥田一代黏蟲世代生命過程,氣候因素為影響其種群數量變動的關鍵因子,極端的高溫干燥天氣直接影響黏蟲的生長發育使死亡率增高,而低溫多雨又利于中華卵索線蟲Ovomermissinensis的寄生,使4齡以后幼蟲的寄生死亡率增加。風雨還可造成初孵幼蟲的大量死亡。天敵的捕食對黏蟲種群也有一定控制作用。

1.1.1.3掌握吸漿蟲發育進度,以確定最佳防治時機

郭予元院士帶領研究團隊,在明確了影響吸漿蟲種群變動關鍵因子的基礎上,結合田間普查和發育進度調查,特別關注成蟲發生期預測:利用積溫法,明確了越冬或滯育幼蟲破繭起始溫度為(9.8±1.1)℃,從幼蟲破繭活化到成蟲羽化有效積溫為216日·度。化蛹起始土溫12℃,羽化起始土溫為15℃。由此,可根據當地當時及歷年溫度情況,預測化蛹及成蟲羽化期,確定防治適期[28]。同時率先明確提出決定吸漿蟲發生程度的主要因素是在小麥抽穗至揚花這一敏感期的成蟲數量,而不是整個種群密度。

1.1.1.4檢查吸漿蟲對田間麥穗為害情況,評估防治效果,預測未來發生程度

在小麥吸漿蟲的發育進度調查方面,針對以往在黃昏前利用捕蟲網查蟲或用扒麥法檢查田間成蟲數,但檢查時存在可比性差,單位面積蟲數不詳的問題,因而改用籠罩法和膜罩定量查蟲,準確調查吸漿蟲成蟲與寄生蜂。通過調查麥穗被害情況,評估防治效果,并預測未來發生程度。麥穗被害調查一般在小麥揚花后10 d至幼蟲離穗前進行。選擇有代表性的3～5塊麥田,按照棋盤式10點取樣,每點隨機取中層5穗,置于袋中,帶回室內當天逐穗逐粒剝查,記錄穗、粒被害率及每穗幼蟲數,估計損失率[28]。

1.1.2建立小麥害蟲發生程度預測技術

1.1.2.1小麥吸漿蟲發生程度預測

根據出土化蛹、羽化與主要環境條件的關系,在國內外首次提出了以揚花前半個月的雨量、雨日和風日為主要因子的吸漿蟲發生程度的測報技術,組建了吸漿蟲發生初盛期的預測模型,使測報的準確率提高到80%以上。通過分析河南省南陽縣自20世紀80年代中期以來的歷史資料,證明吸漿蟲為害輕重與小麥揚花前半月(吸漿蟲蛹期到有效成蟲期)內的雨量、雨日、特別與降雨系數(雨量×雨日)1/2呈顯著正相關;與揚花前10 d的大風日呈負相關,組建了適用于黃淮海麥區可準確預測吸漿蟲為害級別的兩個預測式[26]。通過研究吸漿蟲老熟幼蟲在土壤中結繭越冬、打破滯育、化蛹、羽化與主要環境條件的關系,明確了氣象因素,尤其是1、2月份氣溫以及上年7、8月份和當年1、2月份的降水量與吸漿蟲種群發生程度的關系最密切。這6個因素分屬于一年中最熱和最冷的月份。總的趨勢是雨水多、氣溫低,有利于吸漿蟲的發生。據此建立判別函數模型,進行吸漿蟲發生適合度的預測,對中等發生、嚴重發生的預測準確性分別達到85%和100%[27]。對于指導大田防治具有重要參考價值。

1.1.2.2一代黏蟲發生程度預測

采用多元回歸預測式預測黏蟲幼蟲密度,4個預報因子分別為:每臺誘蛾器最多連續10 d誘蛾量,百束小谷草把累計落卵塊量,4月中旬降水量和4月中旬雨日。經過通徑分析,4個預報因子對于預測幼蟲密度具有不同程度的重要性,其中百束小谷草把累計落卵塊量最重要。由此得出能準確預測一代黏蟲幼蟲密度的回歸方程式[29]。

1.1.2.3小麥蚜蟲發生程度預測

郭予元院士親自設計試驗開展麥蚜混合種群對小麥穗期的為害和動態防治指標研究[12],在指導麥蚜發生程度的中、短期預報方面發揮了作用。在以麥長管蚜為優勢種的麥區,較為重要的中期預報是在拔節期預測揚花期的發生量,因為拔節期是麥長管蚜種群密度的上升期,揚花后進入高峰期;因而揚花至灌漿中期是小麥受麥蚜為害損失最重的關鍵時期。主要預測依據是拔節期的蚜蟲密度、天敵種類與數量、正常的氣溫、中大風雨的有無。他指導團隊成員在河南鄭州基地開展短期預報(10～20 d的預報),主要預測發生量和防治適期,預報依據主要是蚜蟲變動系數、天敵與麥蚜的益害比及特殊天氣等資料。在小麥抽穗到灌漿初期的10～15 d,麥長管蚜單莖蚜量隨時間呈直線增長,據此,建立預測模型可對麥蚜發生程度進行短期預測[28]。

1.2 從宏觀到機理,解析突破多項小麥害蟲治理關鍵技術

1.2.1小麥品種抗吸漿蟲鑒定技術與抗吸漿蟲機制及遺傳研究

1.2.1.1小麥品種對吸漿蟲抗性鑒定技術研究

由于吸漿蟲具有長期滯育,隔年或多年羽化以及選擇性產卵的獨特生物學特性,人工飼養有難度,因而品種抗蟲鑒定工作都必須在鑒定圃中進行。過去抗性鑒定標準都沿用吸漿蟲直接為害程度分級的方法。其最大缺點是抗性鑒定結果不穩定,如在吸漿蟲輕發生年被鑒定為抗蟲品種,到了重發生年有可能被鑒定為感蟲品種。為了解決這一問題,郭予元院士在國內外首次提出了用相對定級標準鑒定小麥品種對吸漿蟲的抗性[19]。從吸漿蟲的生物學特性出發,結合多年的品種抗性鑒定工作,設計出一套比較完整的品種抗性鑒定及抗源篩選方法[15],其主要內容包括田間地塊的選擇,調查內容和方法,抗性級別的計算及抗性類型的劃分。運用此方法鑒定小麥品種材料對吸漿蟲的抗性,劃分抗性級別,不但年度間及不同地區間的鑒定結果可比性顯著增加,而且還可以區分抗性類型,也為抗性機制研究和培育抗蟲品種奠定了良好的基礎。經過近10年對2 500余份品種材料的抗吸漿蟲鑒定,已篩選出‘4154’‘179’‘4188’‘河農矮3’‘河農215’‘河農972’‘河農326’‘冀麥23’‘冀麥24’‘冀麥25’‘鄭太育1號’‘洛陽851’‘陜148-1’‘陜229’‘陜麥897’等100多份抗性表現穩定(不同年間穩定,不同地區穩定)的品種及抗源,有10多個品種已通過審定,并已在生產上應用。通過與有關部門配合已累計推廣330多萬hm2次,在吸漿蟲發生嚴重的地區,發揮了重要的抗害增產作用。

1.2.1.2品種抗吸漿蟲機制及遺傳研究

郭予元院士指導研究人員,通過田間試驗、室內生化測定及組織學切片,研究了85個品種(系)對吸漿蟲的抗性機制。采用通徑分析、主成分分析、逐步回歸、多元回歸等方法,分析了構成抗性的各種可能因子及其作用強度,明確了小麥品種對吸漿蟲的抗性是一個多層次、綜合性的抗性,從其產卵到最終造成危害的3個階段中,每個階段都有可以抑制其為害的抗性因子,從而使品種表現出不同程度的抗性[20-22]。結合吸漿蟲的為害行為,將對抗性有顯著作用的抗性因子分為以下4類,第一類:與無選擇性機制有關的因子,主要包括品種的抽穗期、第二對麥芒長度、麥芒與穗軸的夾角、敏感期的長短。這類因子主要影響吸漿蟲的產卵行為。第二類:與機械抗蟲有關的因子,主要包括內穎與外穎的長度差、內穎緣毛密度及粗壯程度,小穗的寬度及小穗與穗軸的夾角,這類因子主要影響吸漿蟲卵的孵化及初孵幼蟲的侵入。第三類:與抗生性有關的因子,主要包括早期籽粒內單寧和氨基酸的含量。這類因子主要影響侵入的幼蟲存活、取食和發育。第四類:與耐害性有關的因子，主要包括品種的灌漿速度及揚花10 d后千粒重與成熟時千粒重之比。這類因子主要是靠品種本身的灌漿特性減少為害損失。在此基礎上,組建了依靠麥穗形態特征及其主要生化指標的抗性判別模型,使得抗蟲鑒定擺脫了單純依靠自然蟲源的諸多弊端,并可使抗蟲鑒定在更大規模基礎上開展[21]。在基本明確抗性機制的基礎上,通過籽粒同工酶和可溶性蛋白電泳及籽粒中生化物質含量的測定分析,探討了37個不同抗性的冬小麥品種對吸漿蟲的生化抗性機制。生化抗性構成因子的主成分分析表明,總酚、單寧、還原糖和類黃酮是小麥對吸漿蟲的生化抗性因子,它們在灌漿初期的抗蟲作用較強,其中總酚、單寧和還原糖是影響生化抗蟲性的關鍵因子,總酚最為重要,類黃酮為次要因子,可溶性糖與品種抗蟲性關系不明顯。研究結果還表明小麥對吸漿蟲的為害具有誘導抗性,總酚和還原糖是小麥的誘導抗蟲物質。吸漿蟲取食為害可誘導總酚含量的增加,且有隨抗性級別增加而增加的趨勢;還原糖被誘導后,其在抗蟲品種中的含量顯著降低,而感蟲品種含量則升高,單寧與小麥的誘導抗蟲性無關。可溶性蛋白的SDS-PAGE結果表明,抗蟲品種受害后,蛋白質的組成發生了變化,出現了一條分子量為39.2 kD的蛋白帶,可能與品種誘導抗蟲性有關[22,30]。

1.2.1.3抗性遺傳研究

選用協作組內已篩選鑒定出的12個抗性表現穩定的小麥品種材料,于1994年、1995年在大田進行了與感蟲品種‘遺4133’‘遺4023’等多對雜交組合。1995年、1996年分別對其F1代和F2雜種在抗蟲圃進行了抗蟲鑒定。F1代抗蟲性鑒定結果表明,‘遺4154’‘翼麥24’‘84(251)-3-22-1’‘西農6028’的F1代均表現為抗蟲,表明這些品種的抗蟲性狀受顯性基因控制。F2代抗蟲性鑒定結果表明,抗性變異幅度較大,從變異程度來看,抗蟲性狀可能由2對及以上的基因所控制。研究結果為小麥抗吸漿蟲遺傳育種提供了參考[27]。

1.2.2化學防治技術研究

1.2.2.1改變施藥策略,高效控制小麥吸漿蟲的為害

小麥吸漿蟲是黃淮海麥區和西北麥區的重要害蟲,自20世紀80年代初為害再次上升以來,迅速向周圍蔓延形成許多新發生區,使小麥嚴重減產,有的田塊甚至絕收。雖然各地進行大面積土壤施藥壓低土內蟲口,仍不能控制它的為害和蔓延。郭予元院士在1986年-1990年承擔國家科技攻關項目“河南南陽小麥吸漿蟲綜合防治與示范”研究任務時,經過深入觀察研究,發現土壤施藥雖然殺死了土內大量吸漿蟲,但前茬是小麥當年種其他作物的田塊和麥田套作其他作物的行間都沒有施藥,從這些地里羽化飛出大量吸漿蟲成蟲,它們不僅可以在施藥麥田的麥穗上產卵為害,而且可以隨意向無吸漿蟲發生區的麥田蔓延。據此,他提出控制吸漿蟲的策略必須將土內殺蟲為目標改為以保護麥穗為目標,經多次試驗,制定了在小麥抽穗70%(包括從葉鞘中暫露麥穗,俗稱露臉的穗子)時用長效殺蟲劑一次性噴灑的技術措施。郭予元院士與合作者創新性提出以小麥抽穗70%～80% 作為成蟲期防治的適期。同時,改藥劑土壤處理為成蟲期防治。分別在南陽縣和修武縣兩個示范區(各1 333.33 hm2)實施成蟲期防治,不僅殺死了大量成蟲,防治效果達95%以上,而且在3年內將土壤中吸漿蟲蟲口密度由每小方(0.56 m3)100余頭控制在防治指標以下(每小方低于5頭幼蟲,不會造成明顯損失),并且節約了大量防治成本[31-32]。

1.2.2.2小麥蚜蟲防治閾值及復合防治指標的建立

麥蚜是小麥的重要害蟲之一,通常多種同時混合發生,對小麥產量的影響主要是穗期使粒重降低而減產。國內外研究麥蚜對小麥產量的危害和防治指標,多采用小面積(1 m2)罩籠套袋接單種蚜蟲。這類方法對麥蚜發育繁殖和小麥籽粒發育都有影響;接單種蚜蟲丟失其他種蚜蟲的作用信息。且罩籠小區面積過小,處理得到的結果與實際情況往往有出入。為了使試驗結果盡可能接近實際情況,1986年采取小區擴大和開放式控制蟲量的辦法,在河南省農業科學院鄭州試驗場,根據麥蚜混合種群對小麥產量的危害,研究確定動態防治指標。在小麥穗期,對田間自然蟲源加以人工控制培養,形成蟲量梯度以研究麥蚜混合種樣對小麥產量的影響。研究結果表明,在4種蚜蟲(麥長管蚜、禾谷縊管蚜RhopalosiphumpadiL.、麥二叉蚜和麥無網長管蚜MetopolophiumdirhodumWalker)中,麥長管蚜和禾谷縊管蚜對產量有明顯影響,兩者對產量無明顯交互作用。得到了復合蚜量動態防治指標的二元一次式,并推算出揚花初期麥長管蚜單獨存在時的防治指標為4.4頭/莖,禾谷縊管蚜單獨存在時的防治指標為38.9頭/莖[12]。進一步通過對減產率與蚜量的相關分析,根據經濟損失允許水平和保護天敵的需要,提出防治適期為灌漿初期,小麥蚜蟲化學防治指標為百株蚜量以麥長管蚜為主達到500頭以上,以禾谷縊管蚜為主達到4 000頭[28,33]。此外,還開展小麥上黏蟲、麥蚜和白粉病等病蟲害復合危害條件下小麥產量損失與復合防治指標的研究,探討建立了農作物病蟲害復合經濟閾值及其研究方法[34],這對麥田病蟲害化學防治具有重要的實際意義。

1.2.3麥田天敵資源及保護利用

害蟲天敵包括捕食性天敵、寄生性天敵和害蟲病原微生物,它們在農業生態系統中起著調控害蟲種群數量的作用,是生態平衡的負反饋環節。保護利用自然天敵昆蟲是生物防治發展的一個重要方向。麥田可以說是各種作物害蟲的天敵資源庫,保護利用天敵具有重要意義[28]。在國家“七五”攻關以來,郭予元院士指導研究人員開展麥田害蟲天敵資源調查,已定名的天敵有218種,并對麥田益害生物群落與防治策略進行深入研究, 還結合室內天敵捕食功能測定,利用Lotka-Volterra方程對1986年天敵和黏蟲田間系統調查結果進行擬合,得到天敵與害蟲動態關系模型,計算出黏蟲和天敵的平衡點,預測害蟲種群變化趨勢。當麥田害蟲與天敵的數量比(益害比)大于平衡點的益害比時,害蟲種群數量會逐漸下降;反之,害蟲種群數量就會上升。在麥田天敵的保護利用方面,實行“兩查三定”。“兩查”是查麥田害蟲與益蟲的發育進度及益害比,“三定”即根據田間益害蟲發育進度及數量、作物狀況、氣候條件等定防治適期、定防治地塊、定防治措施。通過“兩查三定”,掌握害蟲的防治指標和天敵利用指標。在黏蟲、麥蚜防治中,通過放寬防治指標,充分發揮天敵的控害作用,以減少施藥次數,壓低化防面積[28]。為麥田天敵保護利用及生物防治技術由定性的經驗描述到定量評價模式的轉變奠定了良好基礎。

1.3 面向小麥生產實際,創建小麥吸漿蟲綜合治理技術體系

1.3.1吸漿蟲宏觀控制策略研究

郭予元院士率領研究團隊,通過對黃淮海主產麥區小麥吸漿蟲的系統調查,分析了該蟲自1985年嚴重回升以來十年的發生特點是:重發生區由于連續防治蟲口數量顯著下降;輕發生區蟲量則呈上升趨勢,為害加重;新發生區不斷出現,面積不斷擴大。這十年來的發生特點表明,小麥吸漿蟲由于其隱蔽性為害的特點,在輕發生情況下,不易被發現引起人們的重視;但在造成嚴重為害情況下只要連續幾年認真抓好綜合防治就可以達到基本控制其為害的目的。在控制為害后,長期系統監測則是防止其再猖獗為害的重要保證。

根據系統調查的數據,結合歷史資料,分析了造成1985年以來吸漿蟲嚴重回升的主要原因是:20世紀80年代以來聯產承包責任制的實行以及高產田的開發,復種指數大幅度提高,麥收后無法翻耕,田間濕度增加,地溫明顯降低,10 cm處最高地溫,夏玉米地為33.35℃,夏大豆地為33.9℃,套種棉田為34.45℃,為吸漿蟲幼蟲越夏提供了良好的生態條件,從而導致越夏死亡率由過去的50%～90%降至5.1%～8.0%。過去越夏死亡率高的主要原因是吸漿蟲結繭幼蟲耐熱性很差,暴露于地表溫度55℃超過3 min,52.5℃超過7 min,47.5℃超過26～37 min,死亡率可達100%。同時實行聯產承包責任制后,大面積麥田成小塊種植,小麥品種及播種期均不一致,使得小麥抽穗期不整齊,延長約10 d左右,從而增加了小麥對吸漿蟲敏感期的總長度;再加上近年來推廣種植的品種大多為感蟲品種,在感蟲品種上吸漿蟲增殖倍數是高抗品種的24.8倍,這些因素導致整個大田蟲口逐漸累積。另外,吸漿蟲天敵數量顯著減少,有機氯農藥禁用后,土壤處理所用藥劑因持效期短,對吸漿蟲防治效果差,這也是導致吸漿蟲回升及猖獗為害的主要原因。據文獻記載,20世紀50年代后期河南省南陽縣吸漿蟲被寄生性天敵自然寄生率可達50%～60%;陜西省吸漿蟲與寄生蜂的比例為1∶2.12;而20世紀80年代末期南陽縣吸漿蟲的天敵自然寄生率僅為0.14%,陜西省農業科學院植物保護研究所調查結果表明,1980年以來,除個別田塊寄生率達到60%外,大部分田塊的寄生率為0～25.65%,顯著低于50年代末期。

在分析了吸漿蟲暴發為害的特點及回升原因之后,根據小麥吸漿蟲的生物學特性和發生為害規律,提出了必須實行以抗蟲品種與栽培技術為基本措施的綜合治理策略。但在當時發生為害嚴重且又缺少抗蟲良種的地區,除加快鑒定、選育抗蟲品種外,應以化學防治為重點,結合保護利用天敵,將長遠與當前、藥劑防治與農業、生物防治措施有機結合起來,控制其為害與發展。化學防治提倡成蟲期防治,以小麥是否抽穗為標準,而不是以蟲口消長為主要依據,并應選擇對天敵殺傷力小的藥劑進行防治。

1.3.2組建綜合治理技術體系

在深入開展上述研究的同時,針對我國小麥吸漿蟲發生為害的實際情況,郭予元院士指導科技攻關課題組在河南豫南、豫北和陜西關中等地建立試驗示范基地,以小麥高產、優質、高效為中心,經濟、社會和生態效益的綜合效應為目標,因地制宜地應用各項研究成果組建了以加強監測預測為前提,以應用抗蟲品種與強化栽培技術為基礎,化學防治為重點,結合保護利用自然天敵的綜合治理技術體系。該體系在小麥吸漿蟲的主要發生區,推廣面積達100多萬hm2,不僅有效控制了吸漿蟲的為害,而且改善了麥田生態環境,保護了大量天敵,吸漿蟲的主要優勢種天敵呈明顯上升趨勢,寄生率上升到30%左右,天敵種群數量增加2～4倍,收到了顯著的經濟、社會和生態效益,在國內外尚屬首次。

如陜西關中麥區在加強對吸漿蟲監測預測的前提下,以推廣‘植陜229’‘陜麥897’等抗蟲良種為基礎,對達到防治指標的田塊,在抽穗期用高效、持效、對天敵殺傷性較小的林丹低劑量(60～75 g/hm2)防治,不僅有效控制了吸漿蟲為害,而且減少了用藥次數、面積和用藥量,最大限度地保護了自然天敵,充分發揮了天敵的自然控制作用,近幾年天敵寄生率已由過去年平均5%穩定在30%左右。黃淮海麥區在搞好監測預測的同時,對受害嚴重的田塊實行輪作換茬、耕翻土地等農業措施,因地制宜推廣種植抗蟲良種,改進化學防治技術,大力推廣成蟲期防治,抓住抽穗70%～80%這一關鍵時期施藥1次,有效地控制了吸漿蟲的為害。通過連年防治,示范區土內蟲口密度壓低到每小方(0.56 m3)5頭以下。同時穗期應用林丹及其混劑還可兼治白粉病、麥蚜、麥圓蜘蛛PenthaleusmajorDuges、麥葉蜂DolerustriticiChu和一代黏蟲等多種病蟲,收到更大的綜合效應。在河南、陜西、甘肅等地區推廣應用后,已取得顯著的經濟、社會和生態效益。

2 郭予元院士相關貢獻對現階段小麥主要害蟲治理研究與生產實踐的影響

21世紀以來,隨著氣候變暖、耕作制度變更與設施農業的發展,以及農民在病蟲害防治生產實踐中過度依賴化學藥劑,我國小麥兩大主要害蟲的發生態勢發生了重大變化。一是小麥蚜蟲連年呈偏重至大發生,從20世紀70年代年發生面積330多萬hm2次左右上升到目前1 600多萬 hm2次,特別是以麥長管蚜為優勢種的小麥穗期蚜蟲在黃淮海小麥主產區及北方麥區發生尤為嚴重,全國每年發生面積穩定在1 500萬hm2次以上,大發生年份可造成小麥減產超過40%,已位居我國小麥蟲害的首位。二是小麥吸漿蟲猖獗發生年發生面積200多萬 hm2,毀產現象頻繁出現,發生區域不斷向北擴展。小麥兩大主要害蟲嚴重威脅著小麥產業的健康發展。因此,麥蚜與吸漿蟲一直被列入我國科技攻關、科技支撐計劃與重大研發計劃的主攻對象。

郭予元院士長期主持農作物病蟲害綜合防治技術研究工作,先后主持“七五”國家科技攻關“小麥主要病蟲害綜合防治技術研究”子專題和“八五”國家科技攻關“農作物主要病蟲害、農田草鼠害綜合防治技術研究”課題。在小麥害蟲研究中做出的顯著成績以及在農業昆蟲研究中的學術貢獻對21世紀以來小麥害蟲預測與防控仍具有重要的指導作用。

2.1 郭予元院士學術思想對后續小麥害蟲監測與治理的科學理論和方法具有重要指導作用

20世紀90年代,郭予元院士構建了吸漿蟲宏觀控制策略,創建了小麥吸漿蟲綜合治理技術體系,即“長期系統監測是防止其再猖獗為害的重要保證;以應用抗蟲品種與強化栽培技術為基礎,化學防治為重點,結合保護利用自然天敵的綜合治理技術體系”,該綜合治理策略對新時期仍具有重要的指導作用。研制的吸漿蟲土內蟲口密度檢測抽樣技術、小麥對吸漿蟲抗性的相對定級標準、吸漿蟲成蟲期防治及保護小麥敏感生育期揚花灌漿期,以及小麥蚜蟲防治指標與防治適期等一直沿用至今,其研究成果已列入了2007年國家農業行業標準-小麥抗病蟲性評價技術規范 第8部分:小麥抗吸漿蟲評價技術規范(NY/T 1443.8-2007),2009年小麥條銹病、吸漿蟲防治技術規范 第2部分:小麥吸漿蟲(GBT 24501.2-2009),在小麥主產區廣泛推廣應用。

21世紀以來的研究和生產實踐表明,只有真正落實吸漿蟲成蟲期防治與穗期保護,才能實現吸漿蟲的可防可控。采取穗期保護是郭予元院士對吸漿蟲治理的重要突破。“八五”和“九五”科技攻關期間中國農業科學院植物保護研究所小麥蟲害研究團隊在河南、陜西等地開展了“穗期化學保護”的試驗示范工作,并將抽穗70%(含露臉)作為防治關鍵期,取得了良好成效。

在小麥生產中,小麥吸漿蟲在主要發生區不斷向北擴展,河北、山東、天津和北京成為新發生區的情況下,由于抽穗70%的防治窗口期過窄(1 d),加上播期和種植品種差別,很難進行統防統治,使得在防治方面倒退到采用吸漿蟲蛹期低殘留殺蟲劑土壤處理,并在成蟲出土高峰期噴灑殺蟲劑防治成蟲的“主攻蛹期、成蟲掃殘”技術。由于這項技術工作強度大，成蟲發生期預測困難導致蟲情反復,故發生面積仍居高不下。為了貫徹穗期保護的指導思想,利用套袋方法檢測到小麥單株從抽穗后期到揚花前均為成蟲侵害敏感期,揚花以后受害程度急劇下降。這意味著整個抽穗期均為實施穗期保護的防治窗口期。采用穗期套袋的方法在小麥品種抗性鑒定圃中對超過200份感蟲品種的抽穗期和受害程度以及相對應的吸漿蟲成蟲發生期和發生量的關系進行研究,結合氣象數據進行分析,表明抽穗期(而不是揚花期)是吸漿蟲侵染敏感期,抽穗期與吸漿蟲成蟲活動期的匹配性越高,產量損失率越高,受害越重。同時,抽穗期成蟲累計發生量與小麥產量損失具有顯著的相關性。年度間氣候波動改變了成蟲發生期與小麥物候期的同步性,從而影響小麥吸漿蟲的發生程度。吸漿蟲發生區域演變及成災的生態學機制為“穗期保護”的防治策略制定奠定了科學基礎[35]。生產上從抽穗70%到揚花前的3～5 d內均為穗期保護的適合窗口期,黃淮北部和華北麥區可以延長至7～10 d。因此, 郭予元院士提出的小麥吸漿蟲穗期保護策略及研究團隊后續的技術提升完善為我國小麥統防統治奠定了基礎[36-39]。

自從2014年開始在全國實施這項技術以來,小麥吸漿蟲發生面積開始逐年下降,全國農業技術推廣服務中心統計2019年發生面積為1986年以來的最低水平(74萬hm2)。2020年和2021年全國小麥吸漿蟲發生面積為73萬hm2和71萬hm2,發生區平均蟲口密度每小方(0.56 m3)在2頭以下,基本實現了小麥吸漿蟲可防可控目標,為保障我國小麥安全生產做出了積極貢獻。

2.2 對未來小麥害蟲研究展望

郭予元院士在小麥主要害蟲監測與治理方面創新性的科研理念,就是加強害蟲生物學基礎研究,高度關注麥田生態系統下自然種群發生規律,重視抗蟲品種利用、保護利用麥田天敵、加強栽培措施的生態調控等技術研發與應用,這些為小麥主要害蟲治理研究與生產實踐指明了方向。

為了更好地傳承他在小麥害蟲監測與治理和服務生產的學術思想,鑒于目前我國主要小麥生產品種對吸漿蟲、麥蚜均為感蟲或高感,今后需加強與小麥育種部門及專家合作,將小麥抗蟲特征納入小麥育種評價之中,為抗蟲品種的培育提供保障;加快利用吸漿蟲、麥蚜基因組測序結果[40-41],加強其生物學與分子生物學等多組學關聯分析,為新一代小麥害蟲防控技術研發提供新的功能基因與靶標。目前,我國小麥產區的農民對綠色防控技術的掌握及在生產實踐中的應用存在差距,加強小麥害蟲關鍵防治技術集成示范和推廣應用任重而道遠。