郭予元院士在創建中國主要糧棉作物多病蟲復合群體綜合防治技術體系上的學術貢獻
——紀念郭予元院士誕辰90周年

倪漢祥, 陳巨蓮, 張 勇, 曹雅忠

(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)

我國農作物病蟲害種類多、發生頻繁,是世界上病蟲災害較重的國家。改革開放以來,隨著我國國民經濟快速發展,人們對農產品數量和質量的需求日益提高,在加強農業生產發展進程中,由于全球性氣候反常以及農作物栽培水平的提高和耕作制度、作物布局的復雜化,使農作物病蟲害成為更加突出的問題[1]。在“七五”“八五”期間, 我國農作物病蟲害發生為害進入了一個較為明顯的高峰期。在1989年-1994年這6年中,每年都有病蟲害大發生,有的年份如1990年和1993年各有3種主要病蟲害大發生。在已發生的病蟲害中,以棉鈴蟲Helicoverpaarmigera的為害最為嚴重,6年中有4年(1990年、1992年-1994年)大發生,其中1992年黃河流域和長江流域的400萬hm2棉田棉鈴蟲特大發生,全國皮棉損失30% 以上。水稻稻瘟病6年中有2年(1990年、1993年)大流行,重災區損失稻谷30%以上。小麥條銹病1990年大流行,由于‘洛夫林10 號’系列的抗病品種喪失抗性,使大部分冬麥區受災,損失小麥26.5億kg。稻飛虱1991年在2 000多萬hm2稻田里特大發生,損失稻谷25億kg。小麥赤霉病1989年在長江中下游特大流行,損失小麥16億kg。棉花黃萎病1993年在400萬hm2棉田大流行,損失皮棉1億kg。以上損失除棉花黃萎病外都是經過防治后的損失數量[2]。除上述病蟲外,小麥吸漿蟲再度猖獗,為害面積達330多萬hm2[3];隨著種植密度的增加、水肥條件的改善,小麥白粉病、小麥蚜蟲和水稻紋枯病逐年加重,發生面積均超過600多萬hm2;此外,玉米大、小斑病、玉米病毒病、玉米穗、莖腐病、玉米螟等病蟲害都有明顯加重的趨勢[2]。由此可見,農作物病蟲害的成災頻率明顯加快, 致災強度逐年加劇,嚴重威脅我國農業生產[4]。

為了加強該領域的研究,當時國家計委和國家科委在我國持續幾個五年計劃中把農作物主要病蟲害綜合防治技術研究作為一個課題納入國家科技攻關重點研究計劃[1]。中國農業科學院植物保護研究所作為該課題的第一主持單位,郭予元院士從1985年開始,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、“八五”國家科技攻關“棉花病蟲害綜合防治技術研究”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。在項目立項和實施過程中,他高度重視組織優勢單位聯合攻關,來自農業部、中國科學院和國家教委3個系統在本領域有良好基礎的20多個科研、教學單位近400位科學家,分別就水稻、小麥、玉米和棉花等4種作物的主要病蟲害進行綜合防治技術協作攻關。通過長期深入基層進行系統調查研究,結合國外有害生物綜合治理(IPM)研究和發展情況,他提出了我國農作物病蟲草鼠害綜合防治技術研究分3個階段發展的思想,即從以單種病蟲為對象轉變為以一種作物的多病蟲為對象,再進一步發展為以生態區多作物的復合病蟲為對象,使制定的防控對策愈來愈符合客觀的需要。同時提出要以“形成體系”為關鍵環節的協作,建立有中國特色的分不同生態區針對水稻、小麥、玉米、棉花的多病蟲復合群體綜合防治技術體系,并在全國17個省市區建立30多個示范區,示范面積20多萬hm2,合理協調自然控制和人為防治,基本控制了各地多種病蟲災害,取得明顯的經濟、社會、生態效益,其示范作用的技術覆蓋面積超過600多萬 hm2。將我國農作物病蟲害防治技術推向一個新的歷史階段,既為國際IPM研究做出了新貢獻,又為21世紀我國實現農作物病蟲害可持續控制提供了重要科學依據[5]。其研究成果“中國主要糧棉作物病蟲害綜合防治技術體系的創建和成效”獲1999年農業部科學技術進步獎一等獎。

1 郭予元院士在創建中國主要糧棉作物多病蟲復合群體綜合防治技術體系上的重要貢獻

1.1 提出組建糧棉作物多病蟲復合群體綜合防治技術體系的創新性思路

1.1.1組建糧棉作物多病蟲復合群體綜合防治技術體系的指導思想

通過組織各攻關專題對多病蟲復合群體綜合防治技術體系(IPM)的本質進行反復討論、逐步深入理解,最終在下面幾個原則上達成共識[6-7]:

一是IPM策略源于實踐應用于實踐。從我國農村經濟實際出發,遵循經濟、有效、安全的原則,組建IPM技術體系,不僅針對IPM策略進行理論探討,更重要的應使其在操作上規范化、具體化、實用化和配套化,使其成為適合我國農村需要的IPM行動綱領,并通過大面積示范來驗證其可行性。

二是要適合生態多樣性要求。我國地域遼闊,各地氣候、土壤、水資源、地形、地貌等有很大差異,其作物病蟲害發生種類、程度、時間各有特點,因此,不可能組建一個“放諸四海而皆準”的 IPM技術體系,而必須按不同生態區因地制宜地制定各自的對策和措施。

三是要反映我國生物群落多樣性特色。我國是農業耕作制度十分復雜的國家,種植制度或栽培模式的改變直接影響農田生物群落結構,使作物-有害生物-天敵三級營養水平的關系不斷發生變化,導致作物病蟲害發生為害情況有差異。因此,應充分利用我國種植制度復雜的特點及優勢,在IPM技術體系中突出體現通過調整耕作制、作物熟制和間復套種方式等增強作物對病蟲害自然控制作用的特色。

四是要反映IPM策略的長期性和階段性。IPM策略立足于保持穩定農業生態系的生態學觀點、減少化學農藥等對環境污染的環境保護觀點和節約生產成本及力爭高效益、低損耗的經濟學觀點,這些觀點都符合保持農業長期穩定、持續發展的要求。因此,IPM是防治農作物病蟲害的長期有效策略,其內涵將隨著農業生產的發展和科學技術的進步而逐步提高。從綜合性和實用程度考慮,IPM 策略可劃分為3個階段,即由單蟲、單病的綜合防治發展為以作物為主體的多病蟲復合群體的綜合防治,最后發展為以生態區為單元的多作物病蟲復合群體的綜合防治。在技術措施上應逐步增強自然控制作用并相應地減少對化學農藥的依賴。

1.1.2提出了組建糧棉作物多病蟲復合群體綜合防治技術體系的技術路線

根據現代生物學、生態學和經濟學的原理和要求,從發展作物高產、高效和優質農業、保護作物、保護環境和提高經濟、生態、社會效益的總體目標出發,運用系統工程、系統分析及優化技術等方法,深入研究環境-作物-病蟲-措施的相互間關系,充分發揮自然控制(鑒定篩選和培育多抗病蟲品種、調整耕作栽培制度、保護利用昆蟲天敵及應用生物制劑等)和人為防治措施(合理用藥、抗藥性治理、物理防治等)的協調作用。需要著重研究在不同生態區作物的主要病蟲種群動態規律、監測預報和關鍵為害時期,評價自然控制因素的作用。根據病蟲為害損失和經濟閾值,提出復合動態防治指標,制定最佳防治對策,組建以作物為主體的多病蟲綜合防治技術體系。

具體做法:一是分不同生態區進行歷史資料分析和田間系統調查研究,弄清作物主要病蟲害的發生動態和種類演替規律,確定當前主要防治對象;二是研究主要病蟲害發生動態與氣候條件、耕作制度、作物布局、種植方式和天敵制約等的關系,制定作物關鍵發育階段病蟲害發生期和發生量的監測和預測方法[4];三是監測病原物小種、菌系或株系及害蟲生物型的變異情況,研究作物品種對病蟲害的抗性機理,鑒定、篩選、培育和推廣對主要病蟲害(小種/菌系/株系/生物型)相對穩定的單抗或多抗的優良作物品種/材料/組合;四是研究主要害蟲(害螨)天敵的發生規律和自然控制作用以及化學農藥對天敵種群數量的影響,提出保護利用天敵控制害蟲(害螨)的措施;五是研究制定調整耕作制度、間復套種方式及作物布局等減輕病蟲發生為害的農田生態調控技術和化學信息素招引天敵及誘殺、阻斷、驅避害蟲的化學生態學調控技術;六是研究主栽作物品種對病蟲的抗害、耐害補償功能和產量損失,根據防治病蟲害后挽回作物產量損失的所得收益至少應等于投入的防治費用這個經濟學原則,制定作物品種主要病蟲害復合種群的動態防治指標(復合經濟閾值)[8];七是系統監測主要害蟲/病菌對常用殺蟲/殺菌劑抗藥性的發展變化,篩選對害蟲和病原物高效、對天敵選擇性好,對人、畜低毒和在環境中低殘留的新殺蟲劑、殺菌劑,提出避免或緩解害蟲、病菌抗藥性的科學管理和合理使用農藥的配套技術;八是在以上研究的基礎上,將各個環節所研究出的防治措施進行合理組裝,組建成既適合當前本生態區特定條件、按該作物生長發育階段控制多病蟲優化管理系統,而又不致構成對未來生態環境產生不利影響的預防與治理相結合的綜合防治技術體系[5]。

1.2 創建主要糧棉作物多病蟲復合群體綜合防治技術體系

郭予元院士作為“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”課題主持人,除負責整體設計、制定研究內容、技術路線和實施方案,組織檢查、總結交流和驗收外,還分別主持“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“棉花病蟲害綜合防治技術研究”專題,親自率領攻關課題組以河南南陽和新鄉為研究示范基地,創建了黃淮海冬麥區和黃河流域灌溉棉區小麥和棉花兩大作物多病蟲復合群體綜合防治技術體系。根據我國農業耕作制度復雜和生物群落多樣性的特點,在研究組建小麥和棉花多病蟲害IPM技術體系時,主要策略是針對主要病蟲復合種群,盡可能發揮各種自然控制因素的綜合作用,抑制其種群數量(密度),當自然控制因素不能抑制病蟲害發展而達到防治指標時,即實施人為治理(包括科學使用農藥等),并力求與自然控制相協調,以保持對病蟲害相對持久的控制效果[5]。

1.2.1創建小麥多病蟲復合群體綜合防治技術體系

我國小麥主產區為黃河、淮河、海河流域(黃淮海)冬麥區,其次為長江中下游冬麥區、西北冬/春麥區和東北春麥區,分別屬于南溫帶濕潤區、北亞熱帶濕潤區、南溫帶半干旱區和中溫帶濕潤區。除西北冬麥區外,雨量大體適中,黃淮海和長江中下游為兩熟制,小麥生長期耕作制度不太復雜,但易受遷飛性、流行性病蟲害如黏蟲、小麥條銹病等入侵。主要病蟲為黏蟲、麥蚜、吸漿蟲、銹病、白粉病、赤霉病和紋枯病。根據國家科技攻關計劃安排,在黃淮海平原冬麥區、西北冬、春麥區、長江中下游冬麥區和東北春麥區組建多病蟲復合群體綜合防治技術體系。技術對策是在分析麥田生物群落種間關系的基礎上,發揮抗病品種、天敵的作用;發掘利用小麥生長前期的耐害補償功能,合理放寬病蟲防治指標,將藥劑防治重點放在保護穗期,但應盡量使用選擇性農藥,以保護天敵向后季作物轉移[9]。

以黃淮海冬麥區河南南陽示范區為例,該區地處黃淮海平原和江淮平原交界地帶,是河南省內較溫暖濕潤的縣之一,但年度間氣候條件變化較大,在小麥生長階段有時會遇干旱或雨澇。這里土壤較肥沃,小麥生產水平和產量居全省前列,是國家優質小麥生產基地之一。為組建南陽示范區小麥多病蟲復合群體綜合防治技術體系,在郭予元院士主持下開展了以下工作[9-10]:

第一,摸清主要病蟲害發生概況,明確主要防治對象。病害以白粉病、條銹病、葉銹病、赤霉病等為主。赤霉病在小麥抽穗期前后如遇陰雨連綿天氣,有流行可能。小麥銹病在當地主要發生條銹病和葉銹病,由于主栽品種‘宛7107’中抗條銹病,不適宜條銹病的流行,因此病情很輕,但有的年份后期葉銹病較重,對產量有明顯影響。小麥白粉病自20世紀70年代以來日趨嚴重,已成為常發性病害。蟲害以小麥吸漿蟲、麥蚜為主。吸漿蟲自20世紀70年代中后期以來明顯回升,再次成為主要害蟲。麥蚜以麥長管蚜Sitobionavenae(該學名一直誤用,其真實學名為荻草谷網蚜Sitobionmiscanthi[11])、禾谷縊管蚜Rhopalosiphumpadi為主,隨著小麥生產水平的提高,有日趨嚴重之勢。南陽地區歷來是黏蟲的一代常發區,對小麥威脅較大,20世紀80年代以來由于從越冬代常發區遷來的蟲源明顯減少,因此田間一代幼蟲密度很低,一般受害輕微,對產量無明顯影響。

第二,開展主要病蟲害綜防關鍵技術研究。1)設立小麥品種材料抗吸漿蟲、白粉病、麥蚜觀察圃,篩選出一批農藝性狀較好、兼抗或單抗吸漿蟲和白粉病能力強甚至免疫的和一些抗性強但農藝性狀不夠理想的材料。對于前者,如種子來源有保證,擬在病蟲發生區擴大試種。單抗品種材料則輔以藥劑防治;如種子來源不足,擬參加地縣小麥區域試驗。對于后者則繼續參加觀察圃或供作育種抗源材料[3]。2)分析主要病蟲害大發生條件:小麥吸漿蟲在土內蟲口密度大的地區,其發生為害輕重取決于4月下旬,即蛹期到有效成蟲期(小麥揚花前15 d)的降雨情況,期間的雨量和降雨次數多,吸漿蟲發生重,反之就輕[12]。對于白粉病,在當時生產上種植的品種都不抗病的條件下,3月-5月上中旬的雨量、相對濕度較大、日照時數偏少,有利于白粉病的發生危害。此外,如小麥播種較早、冬季比較溫暖和不太干旱,則早春的越冬菌源較多。影響條銹病發生輕重的主要因素是大面積種植品種的抗病性,其次是春季的雨量。如種植感病品種面積較大,菌源充足,3月-5月的雨量較多,條銹病將發生較重。在小麥抽穗、揚花階段如連續陰雨,溫度較高,赤霉病將發生流行[9-10]。3)研究天敵對害蟲的控制作用:據調查,南陽地區麥田主要害蟲天敵種類有200余種,其中黏蟲、麥蚜的天敵有100余種,分屬4綱8目,約30科。黏蟲主要天敵是低齡幼蟲期侵入蟲體的寄生性中華卵索線蟲Ovomermissinensis和老齡幼蟲期的捕食性中國曲脛步甲Calosomachinense。麥蚜主要天敵是瓢蟲、食蚜蠅和寄生蜂。這些天敵對這兩種害蟲有明顯的控制作用應該加強保護。值得注意的是吸漿蟲的天敵很少[9-10]。4)確定防治指標:在白粉病發生較重的年份,小麥產量損失率約為灌漿期病情指數的0.3倍;在白粉病前期發生輕、后期較重的情況下,小麥灌漿期病情指數20%左右將造成2%的產量損失。在吸漿蟲適宜發生的條件下,土內蟲口每小方(0.56 m3)達5頭,將使小麥減產1%左右。秋苗受地下害蟲為害死苗率超過10%,小麥開始減產。5月初,麥田每平方米有25頭3齡黏蟲幼蟲將使小麥減產2%左右。在麥蚜適宜發生的年份和地區,在抽穗期每穗有5頭麥長管蚜或每莖有40頭禾谷縊管蚜將使小麥減產2%左右。這些指標可作為設定這幾種害蟲防治區的重要依據[9-10]。5)開展藥劑試驗:在小麥孕穗期后白粉病病莖率達10%～20%時,噴灑粉銹寧類藥劑可取得良好的防效。多種藥劑混用兼治,在已篩選出滅幼脲防治黏蟲,抗蚜威防治麥蚜,粉銹寧防治銹病、白粉病等一批防治小麥病蟲高效、低毒、對天敵安全的新藥劑的基礎上,采用回歸設計方法進行了這3種藥劑混用兼治的田間試驗。結果證明,在小麥抽穗期前后按常規用量施混劑一次,可很好地防治上述幾種病蟲害,顯著挽回小麥損失,混配后不降低藥效,且無藥害等副作用[13]。研究明確在氣候干旱年份,土壤施用毒土對吸漿蟲防治效果顯著低于穗期噴灑的效果,建議示范區應在小麥70%抽穗時,及時噴灑藥劑防治成蟲[12]。

第三,制定南陽示范區IPM的策略和措施。防治策略:以控制吸漿蟲、麥蚜和白粉病危害為主,兼治葉銹病、散黑穗病、地下害蟲和麥圓蜘蛛等,并且密切注意黏蟲、赤霉病、條銹病等突發性病蟲害的發生,在有大發生的可能時及早采取措施加以控制。主要防治措施為選用高產優質抗銹品種,大面積控制當時流行的小麥條銹29號新小種;利用蚜繭蜂等天敵控制麥蚜為害,對穗期吸漿蟲、小麥白粉病及時施藥防治,可收到很好的防治效果[14]。

1.2.2創建棉花多病蟲復合群體綜合防治技術體系

棉花主產區為黃河、淮河、海河、長江流域和新疆地區,分別屬于南溫帶濕潤區、北亞熱帶濕潤區和中溫、南溫帶干旱區。四河流域雨量適中,為兩熟制。20世紀80年代以來由于間作套種增加,棉區耕作制度較為復雜。主要病蟲害為棉鈴蟲、棉蚜、紅鈴蟲、棉葉螨、盲蝽、枯萎病、黃萎病和爛鈴病[15]。攻關專題在棉花主產區的七個生態區:黃河流域灌溉棉區、黃河流域一熟棉區、海河流域黑龍港棉區、冀南旱糧棉花混作棉區、長江中游稻麥間輪作棉區、長江下游棉糧套作棉區和新疆內陸棉區,分別組建IPM技術體系。

棉花是無限花序,在生長前期除頂尖外,耐害補償能力頗強。綜合防治對策是:選用抗病品種,運用控害栽培技術,發掘利用棉花生長前期耐害補償功能,放寬防治指標,力爭麥收前不用藥防治,后期北方合理放寬棉鈴蟲防治指標,重點防治主害代,南方合理放寬紅鈴蟲防治指標(二代),重治三代,均收到了很好的防治效果。

例如黃河流域灌溉棉區新鄉示范區：1)從調控棉田生態環境入手,推廣麥棉間作,種植兼抗良種。麥棉間作,面積由“六五”占40%發展到“七五”的93%,抗病良種基本普及。棉花苗期,由于小麥成株的屏障作用,減少了有翅棉蚜遷入,并為天敵繁衍轉移提供了良好的生境。據5月中旬調查,間作棉田單株蚜量僅為單作棉田的1/9,天敵為單作棉田的35倍,控制了苗蚜為害;間作棉花遲播10～15 d,可提高地溫3.1℃,減輕了苗病危害;2)種植抗病品種,基本控制了枯萎病危害,做到一般年份麥收前不施藥防治病蟲,初步形成較好的保護性棉田生態體系,使化學防治由棉花全生育期轉移到重點防治蕾鈴期病蟲害,降低了棉田用藥次數[15];3)棉鈴蟲是黃河流域灌溉棉區最重要的害蟲,攻關專題通過多年系統研究棉鈴蟲的發生規律,發現灌漿期麥穗上的一代棉鈴蟲幼蟲數量與棉田二代棉鈴蟲的為害輕重有密切關系,因此創造性地建立了麥田掃網調查幼蟲量,可以提前20多天準確預測棉田二代棉鈴蟲的發生程度的測報技術。查明了二代棉鈴蟲對棉花主莖生長點的為害造成棉花瘋長是棉花減產的關鍵因素,這個階段棉花有較強的補償能力,花蕾受害脫落對產量影響不大。到三代棉鈴蟲發生期間,棉花的補償能力已很弱,花蕾受害脫落直接影響棉花產量。由此制定了“一代監測、二代保頂、三代保蕾、四代保鈴”的防治策略[15-19]。通過大量田間試驗確定了不同肥力水平棉田二、三代棉鈴蟲的科學防治指標。系統組建了一至四代棉鈴蟲自然種群生命表,明確了各代各蟲期的主要天敵種類及其控制作用,并研究出采用隱蔽施藥和選擇性殺蟲劑等措施保護利用自然天敵[18, 20]。研究制定了棉花品種種質資源抗棉鈴蟲鑒定標準和鑒定方法,并選育出幾個高產優質抗蟲品種[19, 21-23]。系統監測了棉鈴蟲對菊酯類殺蟲劑的抗性發展,研究了抗藥性機制,制定了加強抗藥性預測預報,適時施藥,協調應用多種措施進行防治,科學合理使用化學農藥等緩解棉鈴蟲抗性的綜合治理對策。此外,還研究出先施Bt生物制劑,后施菊酯類農藥提高對抗菊酯棉鈴蟲防效等一系列新的防治技術。由于綜合采用了上述一整套防治策略技術,使新鄉示范區6 700 hm2棉田成為1992年-1994年大災之年大面積控制棉鈴蟲災害的先進樣板;示范區棉花產量比非示范區增產20%～60%,防治次數減少3～5次,化學農藥用量顯著減少,節約防治成本25%～30%[18,21-22]。這套技術體系1993年后在全國棉鈴蟲防治中得到成功的推廣應用,獲得1996年國家科技進步獎三等獎,并被兩委一部列為國家“八五”科技攻關的重大成果。

1.3 主要糧棉作物多病蟲復合群體綜合防治技術體系成效顯著

在郭予元院士領導的攻關研究團隊共同努力下,小麥和棉花多病蟲復合群體綜合防治技術體系取得了顯著成效,主要體現如下:

1.3.1在國際上率先建成了作物為主體、適合不同生態區的多病蟲復合群體的綜合防治技術體系

從我國農業生態多樣性和生物群落多樣性的特點出發,在對不同耕作區域氣候條件、種植制度、作物生長發育和益害生物的種間關系、病蟲種群動態變異、監測預報技術研究和多種控制措施協調應用的基礎上,初步建成以小麥、棉花為主體、針對不同生態區特定條件的、多病蟲復合群體綜合防治技術體系[3]。在綜合防治示范區,實現了由單病、單蟲的應急防治向以作物為主體的多病蟲復合群體綜合治理的過渡,進一步增強了自然控制與人為防治措施的有機結合,其科學性、實用性和關鍵配套措施的規范性與可操作性在示范區和技術覆蓋區得到不斷完善和提高,有效地控制或抑制了20世紀中后期麥棉病蟲危害,取得顯著的經濟、生態和社會效益[7]。該項研究成果還為21世紀我國實現農作物病蟲害可持續控制提供了重要科學依據,并為我國實現新的農業技術革命提供了堅實的技術儲備。

1.3.2制定了合理的病蟲防治指標,并根據多種病蟲復合危害的實際,制定出主要病蟲復合防治指標,提高了綜合防治決策的科學性和準確性

通過研究病蟲危害損失,證明在病蟲低密度危害情況下,作物可以通過自身的生理、生化反應,實現調節補償。利用作物這種耐害補償功能,攻關課題組合理放寬了麥長管蚜、小麥黏蟲、棉花苗蚜、棉鈴蟲等病蟲的防治指標,一般放寬1～5倍;新制訂了棉紅鈴蟲Pectinophoragossypiella、棉葉螨Tetranychusspp.、小麥條銹病、赤霉病、白粉病等多種病蟲的防治指標[1, 16]。從而用比較科學的指標取代了過去的經驗指標,顯著地減少了農藥用量。同時在“六五”制定單蟲、單病防治指標的基礎上,“七五”以來從田間多種病蟲同步發生、混合危害的實際情況出發,首次提出病蟲復合危害動態防治指標的概念[24];根據不同生態區生產條件,按作物生育期研究了病蟲復合危害與產量損失的關系,并結合作物對病蟲危害的耐害補償功能、天敵控害作用,計算和制定出小麥和棉花主要病蟲害動態復合防治指標:小麥麥長管蚜和禾谷縊管蚜復合防治指標(河南)[25]、白粉病、麥蚜和黏蟲復合防治指標(黃淮)[14];棉花二代棉鈴蟲和葉螨復合防治指標(黃河流域)、棉蚜和葉螨復合防治指標(河南)等[19],顯著地提高了綜合防治決策的科學性、準確性和綜合度。同時在多元統計分析基礎上組建了包含交互作用項的多病蟲復合防治指標模型,經田間試驗和示范區證明,這類復合防治指標比單對象防治指標更符合實際需要,這是我國在IPM領域的一個重大創新。

1.3.3篩選和培育出一大批單抗或多抗病蟲害的抗源材料及優良品種

小麥和棉花專題組分別制定了主要病蟲害抗性的鑒定技術和評價標準,在查清病原菌生理小種、害蟲生物型變異及其動態分布的基礎上,開展大規模的單、兼或多抗病蟲害作物品種材料的評價、篩選工作。從小麥和棉花品種資源中選出分別適用于不同生態區的一批抗源材料或品系,以及兼抗或多抗幾種病蟲的材料[5]。從這些抗源材料和品系中培育出多個分別適用于各主要生態區的高抗主流病菌小種(菌系)和/或主流害蟲生物型的優良作物品種[26-27]。

1.3.4發展了控害栽培技術,使之成為生態調控防治病蟲害的一項重要措施

改革種植制度,合理的作物布局和品種布局,適當調整播期,科學施肥管水,可以有效改善農田生態環境,切斷病蟲繁殖田和橋梁田,并使天敵增殖,提高作物的抗害能力[7]。特別是加強對病蟲害發源地的改造,有效地抑制了病蟲發生;加強保健栽培,提高作物抗害能力。例如:棉田和夏玉米田的合理布局還可以減輕四代棉鈴蟲對棉花的為害。作物間套作對一些病蟲害有較好的控制作用。如小麥與油菜套作,可利用油菜蚜蟲招引天敵控制小麥穗蚜,減免化學防治。小麥與棉花套作,麥田用選擇性殺蟲劑防治麥蚜和黏蟲,保存的天敵可控制棉花苗蚜不用化學防治[15]。改造病蟲害發源地。減少華南黏蟲越冬蟲源地寄主植物面積可減輕江淮一代黏蟲的發生[6]。

1.3.5合理協調生物防治和化學防治,增強天敵的自然控制力

通過開展害蟲自然種群生命表研究,將害蟲與天敵關系的田間系統調查和天敵控制能力的室內測定相結合,弄清了主要害蟲天敵種類,分作物編寫了害蟲天敵名錄,并研究了優勢天敵的發生規律、功能反應和控害作用。同時在篩選出一批特異性強的新農藥基礎上,制定并實施了協調生物防治和化學防治、保護利用天敵的有效方法,取得很好效果。

小麥IPM攻關組在小麥穗期噴施高效選擇性殺蟲劑抗蚜威+滅幼脲1號防治麥蚜、黏蟲不僅化學防治效果顯著,并且對天敵殺傷作用小,麥田天敵在小麥成熟后還能轉移到棉花等其他作物上繼續發揮作用。在二代棉鈴蟲發生期,棉花有較強的補償能力[28],但在此階段棉莖頂尖生長點常受到棉鈴蟲的為害,使棉株不實而徒長造成嚴重減產[18]。為此,棉花IPM攻關組提出了“二代保頂為主”的策略[16]。試驗證明這種策略的保頂及防止徒長效果顯著,不僅節省用藥和用工,還保護了大部分天敵,成為示范區防治二代棉鈴蟲的主要措施。

1.3.6提高了重要病蟲害的預測預報水平,經受住了重大病蟲害相繼暴發成災的嚴峻考驗

在深入研究重要病蟲害災變規律的基礎上,組建出一批實用性相對較強的預測模型,預測預報技術取得實質性和突破性進展,在實踐中特別是經受住了棉鈴蟲等重大病蟲害相繼暴發成災的嚴峻考驗,為綜合防治決策提供了重要依據。

1992年棉鈴蟲在我國近400萬hm2棉田特大發生,黃河流域和長江以北的發生量為常年的20倍以上,加上棉鈴蟲對常用農藥已產生高抗藥性,給防治帶來很大困難,雖普遍大力防治,仍造成冀魯豫3省交界區、陜西關中和晉南等重災區棉花減產50%以上和全國棉花總產減少30%以上的慘重損失。棉花攻關組河南新鄉3 300多hm2的IPM示范區處在棉鈴蟲重災區的中心地帶,他們用自創的調查麥田一代棉鈴蟲發生期、發生量的方法,結合天氣條件分析,準確地預測出二代棉鈴蟲將在棉田超常暴發,同時制定了正確的對策,顯著提高了防治效果,將棉花的損失控制在15%以下,皮棉單產仍保持在1 050 kg/hm2以上,比周圍非示范區增產40%～60%,并節約了大量農藥和防治成本,經濟、生態效益顯著[19,21]。

1.3.7攻克了一批作物病蟲害防治技術難關

由于始終找不到高抗黃萎病的棉花品種,以致在大流行年份,經常造成棉花嚴重減產。棉花IPM攻關組采用對兩個耐病品系與無病單株的雜交后代進行連續重病圃選擇,選育出1個抗黃萎病品系‘BD18’,經全國6年27次鑒定,平均病指為11.65,其抗病性穩居首位,是當時國內陸地棉抗黃萎病性能最好的抗源新種質,8省16個單位將其作為抗源培育當地抗黃萎病品種[27]。

20世紀80年代初小麥吸漿蟲在世界范圍大幅度回升,我國雖連年采用大面積藥劑處理土壤結合穗期噴藥防治,吸漿蟲發生面積仍逐年擴大,已超過330多萬hm2,每年在局部地區造成嚴重損失[3]。小麥IPM攻關組通過研究吸漿蟲種群動態規律及綜合治理體系,找出了傳統吸漿蟲防治策略的主要漏洞,一是當前品種更替過程中忽略了抗吸漿蟲良種的選育推廣。二是藥劑處理土壤不僅耗藥量大于地上部噴施的幾十倍,而且前茬為小麥的其他作物和套種田的土壤沒有被處理,仍能羽化大量成蟲飛到小麥穗上產卵造成嚴重為害。三是傳統的穗期噴藥防治,不能經常與小麥抽穗盛期,即小麥感染吸漿蟲的敏感期吻合。所以,防治2～3次仍常出現防治失時及控制作用不佳。針對上述問題,在加強品種抗性機制研究和篩選抗蟲良種的同時,在化學防治上提出以小麥70%抽穗為防治閾限,只進行一次性穗部噴施低劑量高效殺蟲劑的措施。經“七五”“八五”分別在河南省南陽和修武縣兩個吸漿蟲重發生區開展大面積防治示范,壓低穗內蟲口密度和增產作用十分明顯,用藥量和防治費用大大下降,麥粒和土中農藥殘留量明顯低于國際允許標準,土內蟲口密度逐年下降,兩個示范區分別在3年后將蟲量降至防治指標以下[29]。

通過研究麥田益害生物群落,明確麥田害蟲和天敵在時間上有兩個發生中心區域,可大體劃分為前發生型和后發生型。前發生型害蟲發生高峰約在3月下旬到4月底,天敵比害蟲滯后1～2周;后發生型害蟲高峰約在5月中下旬,害蟲與天敵基本同步,研究揭示了主要害蟲與天敵的動態關系,初步查明黏蟲與天敵,麥蚜與天敵之間的平衡點[30-31]。闡明了在防治策略上,對前發生型害蟲盡量采用自然控制,慎用農藥;對后發生型害蟲,也要盡量選用選擇性農藥,保護天敵向后季作物轉移[10]。

上述研究成果,使我國IPM在理論和實踐上都有很大的發展和提高。與國外同類研究相比,我國的 IPM技術體系的綜合度高,更具有系統性、動態性和實用性。在組建以作物為中心，多病蟲為對象的作物全生育期綜合防治技術體系，多病蟲動態復合防治指標和實施規模等方面處于國際領先地位。

2 推進我國主要糧棉作物多病蟲復合群體綜合防治技術體系的發展

2.1 多病蟲復合群體綜合防治技術體系的發展前景

根據我國國民經濟發展的需要及農業生物災害的反復性、長期性和突發性,為實現我國農業持續穩定發展的總目標,農作物生物災害也將實現持續控制。因此,綜合防治技術體系的研究和提高是必然的,其內涵也將隨著農業生產的發展和科學技術的進步而逐步提高。從綜合性和實用程度考慮,提出21世紀的主要方向:研究探索以生態區為單位對多種作物主要有害生物進行群體調控的綜合防治技術體系,在技術措施上應逐步增強自然控制作用并相應地減少對化學農藥的依賴,使我國農作物生物災害防御的整體水平再提高到一個新的階段。同時通過宏觀和微觀相結合的研究方法,改善農業生態系統的結構與功能,強化對有害生物監測、預測和災情預警工作。在防治措施上要充分發揮人為增強的自然控制因子(抗性品種、天敵或生態調控)對有害生物的抑制作用,同時廣泛利用包括化學防治在內的各種控制手段(環境友好的化學農藥、微生物農藥、植物性農藥、輻射不育技術及化學、物理誘殺/驅除技術等),逐步壓低化學農藥的使用量,為當前我國實施綠色防控可持續發展奠定了一定基礎。

考慮到植物保護學科發展趨勢,為遏制病蟲加重發生勢頭、減輕農業面源污染,保護農田生態環境,應提倡樹立綠色、低碳、循環的現代生態農業發展理念,堅持走產出高效、產品安全、資源節約、環境友好的現代生態農業產業化發展道路。實施農藥零增長行動,將促進農藥產品向高效低毒、低殘留、環境友好、人畜安全的方向轉變;同時生物農藥使用率明顯增加,迅速扭轉過度依賴化學農藥的局面,并更加重視保護和利用天敵,實施物理防治、生物防治、生態調控等非化學防控技術的綠色防控措施,使綠色防控技術模式不斷創新,在我國農作物有害生物防控實踐中發揮關鍵的科技支撐作用,逐步實現農作物病蟲害可持續治理,維護生態系統多樣性,促進生產和生態協調發展[32]。

2.2 多病蟲復合群體綜合防治技術體系的發展目標

郭予元院士在21世紀初指出,未來20年我國植物保護工作將遵照農作物有害生物可持續控制發展策略。前10年,啟動區域性災害的綜合治理基礎研究,開展區域性有害生物生態背景與生物災害形成關系研究。完善常規災情監測技術,開展高新技術監測,發展環境相容性農藥及使用技術,強化對外來有害生物的監控,發展數字化植保。后10年,實施區域性生物災害的總體監管。進一步發展高新技術監測手段,實現災情信息提取標準化、數字化、網絡化、發展預警決策模型[33]。大力發展生物防控和環境協調的植保控災手段,建立不同防治技術區域性生物災害控制技術體系;完善對外來有害生物有效監測及控制體系。總體上扭轉生物災害造成損失和影響的被動局面,使控災減災形勢實現總體好轉,植保技術總體水平進入世界先進行列,以支撐農業生產的全面發展。并提出:實施區域性生物災害可持續控制策略,研究具體農業生態系統結構,完善技術體系,建立示范區。加強生物災害的監測預警體系,減少農藥對環境的污染,走綠色植保之路。植物抗病蟲性研究要有所突破,有效阻擋外來有害生物入侵。加快植保科技成果轉化等發展目標。

為實現上述發展目標,郭予元院士認為,植物保護工作應繼續貫徹有害生物綜合防治(IPM)方針,并在可持續發展的思想指導下,以生態區為單位開展微觀與宏觀相結合的研究。不斷開發綜合、高效(防治效果、經濟效益)、持久、安全的防治技術和技術體系。考慮到該學科特點和國外發展趨勢,提出我國植物保護的“兩個加強,兩個重點和一個改進”,“兩個加強”即加強有害生物監測、預警體系建設,加強防范外來有害生物入侵體系建設;“兩個重點”是植物持久抗性分子機制及其應用技術研究以及利用生物多樣性控制有害生物危害的機制和生態調控技術研究;“一個改進”是指發展環境協調性農藥,提高化學防治技術。并建議加強主要糧食作物對主要病害的寄主抗病性的分子機理、病原物侵染誘導性植物基因啟動子的分離、調控元件解析與改良、主要農作物病原物小種變異的分子機理及其分子檢測體系、植物對主要作物病害的非寄主抗性機制、農業外來入侵物種的預防與控制、環境相容性好的化學農藥的研發和農作物重大病蟲災害監測預警技術等研究[7,33]。

綜上所述,郭予元院士在我國主要糧棉多病蟲復合群體綜合防治領域的相關學術思想及重大貢獻對我國農作物病蟲害綜合防治、可持續治理、綠色防控策略制定,以及植物保護學科未來的發展產生了深遠的影響。