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我国生物防治科技持续发展的动因分析
来源:安徽亚华医药化工有限公司 日期:2007-10-23 浏览次数:1105 次

 中国工业生物技术信息网2007年8月17日消息 1888年,美国学者郭必利从澳大利亚引入澳洲瓢虫,成功地控制了严重为害加州果园的吹绵蚧,从此开创了生物防治科学的新纪元,宣告这门新学科的诞生。经过100多年的发展,生物防治已成为具有较完整的基础理论体系和方法学的学科。传统意义上的生物防治是指“通过捕食性、寄生性天敌昆虫及病原菌的引入增殖和散放来压制另一种害虫”(Smith,1919)。1948年,DeBach从应用生态学观点出发将其引申为“寄生性、捕食性天敌或病原菌使另一种生物的种群密度保持在比缺乏天敌时的平均密度更低的水平上的应用”。该定义概括了生物防治学科应用的三个基本特征:自然控制、自然平衡与自然调节。随着科学技术的不断进步,生物防治的定义与范畴得到了进一步的扩充。特别是20世纪90年代以来,随着分子生物学等新技术的应用和发展,生物防治的研究内容逐步深入,研究领域不断拓展。但目前国际生物防治研究仍偏重于3大技术体系:引进天敌控制外来害虫、天敌昆虫的增殖、散放;本地天敌的保护与利用;微生物农药的研制、开发与商品化。

生物防治技术在我国有着悠久的历史。《诗经》中“螟蛉有子,蜾赢负之”的诗句,表明两千多年前古代中国人对生物互相制约现象的认识。成书于公元304年前后的《南方草木状》详细记载了利用黄掠蚁防治柑桔的情况,说明当时中国人已掌握并运用以虫治虫的生物防治措施。在以菌治虫上,太湖地区的蚕农早就有利用死蚕浸汁喷杀桑蟥的经验。但把生物防治作为近代科学来研究是从20世纪30年代开始的。1931年浙江昆虫局由吴福祯在嘉兴设寄生蜂保护室,1932年又成立寄生蜂研究室,由祝汝佐主持。此后数位昆虫学家对一些天敌昆虫作了零星调查和小面积防治试验,发表l0多篇有关论文,成为我国早期生防研究的重要文献。当时的研究重点在寄生性天敌方面为寄生蜂,在捕食性天敌方面主要是瓢虫。我国有组织地开展生物防治科学研究和利用天敌大面积防治害虫,是在新中国成立以后。50年代着重于传统生物防治的天敌引种工作,从国外引进了澳洲瓢虫、孟氏隐唇瓢虫、日光蜂、丽蚜小蜂、捕食螨和苏云金杆菌、乳状菌、微孢子虫、线虫、杆状病毒等多种天敌。此后由于化学农药的广泛推广应用,生物防治的作用一度被轻视。60年代以来,化学农药产生的一系列严重副作用引起政府和社会的普遍关注,生物防治重新得到重视。70年代以来,开始注重天敌的保护和利用,并开展机械化繁殖赤眼蜂技术的研究。随着生物防治工作的积极开展,各地对天敌资源的调查也给予了重视。1979~1983年农业部组织各省(区)有关单位,开展了农作物害虫天敌资源调查,初步明确了我国农作物害虫的天敌资源、主要种类及其区域分布。从主要作物来看,水稻害虫天敌有1303种(其中寄生性天敌419种,捕食性天敌820种,病原性天敌64种),小麦害虫天敌(包括蜘蛛)218种,大豆害虫天敌240种,蔬菜害虫天敌仅北京就有360种;就某种害虫的天敌来看,水稻飞虱、叶蝉的天敌有200多种,三化螟的天敌40余种,二化螟的天敌56种;就某类天敌的种类来看,姬蜂科天敌种类极为丰富,有9O0多种,蚜茧蜂104 种,寄生蝇400多种,瓢虫380种,农田蜘蛛153种,蚜小蜂93种,赤眼蜂25种。通过天敌调查,明确了丰富的天敌资源在控制害虫上的巨大作用,并发现了不少可以利用的优势种,为我国生物防治奠定了坚实的基础。在此期间,中央和地方各级政府相继投资建成了100多个繁蜂站(厂)和微生物实验工厂,农业部于1979~1982年先后建立了十个省级生防站。1985年农业部全国植保总站防治处成立了全国赤眼蜂应用技术协作组和全国Bt(苏云金杆菌,Bacillus thuringiensis简称)应用技术协作组。“七五”期间,我国生防科技首次列入国家攻关计划,生物防治技术在防治农林病虫草害、仓储害虫、卫生害虫等方面的应用研究迅速发展。1972年全国生防面积为8万hm2,1986年为1700万多hm2,到1996年已达2800万hm2, 我国生防进入新的发展阶段。几十年来,我国生防学科的发展把引进外来天敌昆虫防治外来有害生物、保护和利用本地天敌放在首位,大力开展机械化繁殖优势种天敌和工厂化生产微生物制剂的研究,形成了我国的特色,并逐渐形成多学科交叉,有分子生物学、生物化学、遗传学、生物技术、电子计算机技术、数学生态学等学科渗透参与的生物防治学科。

纵观我国生物防治科技的发展,其动因主要有以下几点:

(一)害虫防治科技变迁的影响

从害虫防治科技本身的发展来看,20世纪40年代有机合成化学农药开始广泛应用以后,对化学农药的认识和使用直接影响了生防工作的开展。从某种意义上说,生物防治的发展过程,同时就是对化学农药正确认识的过程。化学农药防治害虫具有见效快、施用方便、受地区性和季节性影响小等特点,因而,从有机合成化学农药兴起后,人们把防治病虫害的希望过多地寄托于化学农药,化学农药的生产和销售量逐年上升。1949年世界农药的销售额为3亿美元,1960年为8.5亿美元,1990年上升到264亿美元,1994年又达到278.3亿美元。我国1949年农药年产量尚不足5000吨,1983年时已达11.7万吨,到1995年原药产量(折100%有效成分)达28万吨,产值约90亿元,其中75%左右为杀虫剂。化学农药在农业害虫的防治中确实起到了不可磨灭的作用。近年来,因使用农药每年挽回粮食损失约420多亿kg,棉花约7亿多kg。由于化学农药的显著功效和优点,人们逐渐形成了“农药万能”的思想,导致各国对生物防治的重视程度降低。DDT问世至1946年间,杀虫剂与生物防治方面发表文章的比例为20:1。就拿最早有计划地开展生物防治的美国来说,第二次世界大战初期,美国农业部有40名专家研究生防,到1954年时仅有5人。但由于长期过分依赖化学农药,从60年代开始,因农药大量使用给害虫防治带来的严重后果日益受到人们的关注。

首先,害虫产生抗药性。有些地方农药的浓度越来越大,但治虫效果反而却越来越差。据联合国粮农组织统计,从1954年至1985年,抗药性害虫由10种增加到432种。据初步统计,我国至少已有30多种农业害虫产生抗药性。如棉铃虫的大发生,主要是由于80年代初引入高效的菊酯类农药以后,一方面当时其他的主要虫害被抑制,使原来属非主要害虫的棉铃虫因获得大量生态位而急剧发生,另一方面,棉铃虫在1980~1990年的10年间对菊酯类农药的抗性增加了108倍,终于从1992年开始在华北棉区造成毁灭性的灾害。害虫抗药性的增加,造成了防治中加大农药剂量,增加防治次数,滥用高效剧毒农药,从而加速抗药性的发展,形成了恶性循环。

其次,农药大量杀伤天敌,破坏生态平衡,造成目标害虫再猖獗和次要害虫上升为主要害虫,使害虫大发生频率增加。我国50年代中期开始,在苹果树上大面积使用滴滴涕和1605防治桃小食心虫,结果桃小食心虫虽得到控制,但由于杀死了叶螨的天敌,使叶螨成了主要害虫。与化学防治形成对照,生物防治基于生态平衡的原理,利用自然界中生物种群间的相互制约作用,调节有害生物种群密度,使其长期稳定地控制在经济阈值以下不为害的水平,但又不至于使其过低或灭绝,以利于维持天敌自身的生存和发展。因而生物防治可有效地避免或减轻3R(抗性、残留、害虫再爆发)问题。1993年克林顿政府颁布了有关减少农药使用的政令。瑞典已成功实施减少农药使用量50% 的计划。丹麦和荷兰分别制定和实施了1997~2000减少农药使用量50%的“行动计划”和“长期作物保护规划”。我国也制定了《农药安全使用规定》、《农药安全使用标准》、《农药登记规定》等相关法规和标准,限制部分剧毒农药的使用。同时,农药产业中源于天然物的生物农药越来越受到人们的重视。20世纪90年代开始,世界生物农药的年产值每年上升10% ~20%。我国生物农药的防治面积1970年时为120万亩次,1993年已发展到3亿亩次。

(二)环境压力

农业与环境之间有着非常密切而直接的关系,因此与农业生产有关的环境问题备受人们的关注。只有保持健全的生态系统和安全的食品来源,才能保证人类缝康长久地生存下去。人们常说人类面临着十个方面的生存危机,主要有:大气臭氧层破坏,温室效应导致气候变暖,酸雨导致许多地区生态系统破坏,水污染及资源枯竭,人均耕地减少,土地退化、沙化、水土流失,森林破坏,物种灭绝、多样性丧失,有毒有害化学品污染,废物成堆、垃圾成灾。在这十项环境问题中,几乎每一项都与农业和农业生产有关,其中人均耕地减少、土壤退化沙化、水土流失、有毒化学品污染与农业有非常直接的关系。

20世纪40年代,滴滴涕、六六六的合成及应用使害虫防治的战略中心迅速转向化学杀虫剂。自1962年Rachel Carson“寂静的春天”发表以后,政府和公众对化学农药带来的危害—— 特别是环境污染问题产生普遍关注,人们开始重新考虑化学农药的地位。化学农药的工厂生产和田问使用都会产生环境污染,目前我国每年生产化学农药(原药)40万吨左右,其中仅高毒的有机磷杀虫剂就占36%左右。由于很多产品质量不高,施用方法不科学,大量的农药实际上到达被防治对象上的数量不到5% ,而95% 以上流失到空气、土壤和水域之中,造成大范围污染,形成残留,严重影响农、畜、水产品的质量。农药进入人体逐渐积累,是癌症等诸多疾病的重要诱因。

美国从1970年的“地球日”开始,环境保护已经成为大规模的群众运动。为解决环境问题,美国政府投入了大量经费。在农业方面,坚持环境质量和经济增长的一致性,注意农业生产中的环境问题和食品安全性问题。为了得到清洁的空气和水、控制有害废物和保护野生动物,1990年国家投入l150亿美元控制污染,这一数字是1972年的5倍。

我国面对环境问题的巨大压力,从1970年前后开始对农业环境保护工作予以重视。国家在农业部和国家环保局成立了农业农村环境保护管理机构,建立农业农村环境保护科学研究所,在全国各省市建立农业环保管理和监测机构;制定了一系列的法规条例和标准;对农药等有机污染物对土壤、水和农产品的污染情况进行调查。在农药污染控制方面,1971年国务院根据农林部、商业部和化学工业部联合调查的情况,决定停止有机汞类剧毒农药的生产和进口,以减少人畜中毒,1982年1月决定停止生产难降解的有机氯农药滴滴涕和六六六。1981年颁布实行了农药安全使用法规,并研究和开发无污染新农药和新的病虫害防治技术。高毒农药的淘汰和取代已成为世界农药市场的发展趋势。在这样的背景下,生物农药和生物防治技术重新得到应有的重视。

(三)经济因素

经济因素是影响生防应用最直接的因素。生物防治方法具有高效、经济、相对安全的特点。天敌是用之不竭的自然资源,异地引移或人工大量生产、释放,成本不高。而且一些天敌在施放后,形成稳定的种群,能长期控制害虫,节约防治费用,通过对天敌的保护利用,为天敌创造适宜的生存和繁殖条件,能有效地控制虫害,节省大量农药,减少防治费用。据1989年统计,我国天敌保护利用在棉、麦、稻、果、茶等作物上推广应用面积达2000多万hm2,占全国病虫害防治面积的10%~15% ,仅长江中下游及广东7省市通过保护利用天敌防治水稻害虫的面积就达334万hm2,农药用量比1980年下降46.5%。这些事例说明,生物防治一旦取得成功,所产生的经济效益是化学防治无法比拟的。据保守的估计,在成功的生防项目中,1美元投入可获得30美元的收益。由于巨大的经济效益,美国科学家建议对那些曾经引进失败的项目可重新考虑进行研究。

然而,市场经济利益的驱使也会对生防产生妨碍作用。相对于化学防治立竿见影的防治效果来说,生防的经济效益往往要通过比较长的一段时间才能显现出来,人们常常忽视害虫天敌长期的抑制作用。尤其是当农业生产面临巨大压力,迫切需要增加产量满足社会需求时,人们往往把目光投向化学农药。加之生防的应用技术比化学药剂复杂,不易掌握恰当的时机和所要求的施用条件,使得使用者只相信那些广谱的能迅速击倒害虫的化学杀虫剂,而对包括生物杀虫剂在内的生防措施信心不足。这种片面追求速效、忽视生态学基础的急功近利的思想导致重“治”轻“防”、重化学防治轻生物防治,妨碍了生防事业的持续稳步发展。同时,市场经济又为生防发展提供了新的机遇。随着人民生活水平的提高,食品安全问题格外引起关注,国际、国内贸易市场对农产品质量要求越来越高,无公害蔬菜、无公害果品、无农药残留的绿色食品虽然价格较高,在市场上仍普遍受到青睐。据对北京和上海的调查,有79%~84% 的消费者希望购买无公害食品。消费者要求食用安全无污染食品,经营者也为了满足消费者的需要经营无污染、少污染的安全食品,生产者考虑到市场需求、大量依靠农药化肥带来的高成本等问题,在生产过程中尽量注意运用生物防治技术,减少农药化肥的使用。我国从20世纪80年代初期以来,不少地区开展无公害蔬菜生产技术研究,采用生防措施结合科学使用化学农药控制蔬菜病虫害,示范田天敌数量明显增加,用药成本降低了10%~25% ,蔬菜中农药残留量控制在国家允许标准以下。1990年农业部在国务院及有关部门的支持下实施绿色食品工程,绿色食品在生产上呈现出需求大于供给的态势。这无疑给生产者和经营者带来了巨大的商机。

(四)政策因素

政府的宏观决策是影响生物防治工作的重要因素。正确认识与理解生防是发展该学科的必要前提。以天敌的引进为例,至1993年,全世界大约有494种害虫用引进的天敌防治,至少有305种害虫得到成功控制,据估计在138个国家有4271次引进项目,有40%左右获得成功。这说明天敌引进的成功与否并不取决于经纬度、气候、地形或害虫及作物类型等自然因素;除各国在生防领域的发展水平外,对生防的支持与重视程度才是生物防治取得成功的关键因素。我国1950~1955年农业害虫防治的方针是“防重于治”,初期以人工捉捕为主,后期则人工和药械并重。1956年适值全国农业合作化高潮,鉴于DDT等有机合成农药在害虫防治中的明显功效,提出了“有虫必治,重点消灭”的方针,其后又提出“全面防治,重点消灭”。1958年全国农业生产大跃进,1959年提出了新的方针:“全面防治,土洋结合,全面消灭,重点肃清”,在植保工作中以化学防治为中心,强调对有害生物的彻底消灭,生物防治没有得到应有的理解和重视,至1972年时全国生物防治面积仅为8万hm2。1975年5月,农林部根据国际IPM理论的发展和国内植保工作的形势制定了“预防为主,综合防治”的新方针;1979年党的十一届四中全会通过的“中共中央关于加快农业发展若干问题的决定”中提出“积极推广生物防治”,生防工作得到了前所未有的发展。1980年建立全国性的生防科研机构—— 中国农业科学院生物防治研究室;中央和地方各级政府相继投资兴建了100多个繁蜂站和微生物实验工厂;1979~1982年农业部先后建立十个省级生防站,并在全国组织开展稻麦棉等十大作物主要害虫的主要天敌种类调查和优势种天敌的消长规律研究等。但是80年代中期,随着国外新型农药特别是菊酯类杀虫剂的大量涌人和生产管理体制的原因,生防工作出现了下滑、徘徊不前的现象。随着社会对环境问题的普遍关注,化学农药对生态环境的影响受到政府重视,为了扭转生防工作的被动局面,农业部原全国植保总站防治处于1985年成立了“全国赤眼蜂应用技术协作组”和“全国Bt应用技术协作组”,开展了工厂化生产工艺、质量管理、田间应用技术、社会化服务等方面的协作攻关,并以此为龙头带动其他生防工作,取得了显著成效。“七五”期间,又把生防科技首次列入国家攻关计划,极大地推动了全国的生防工作。1986年全国生防面积上升到1700多万hm2,1996年已达2800万hm2。近年来,国家把环境保护定为国策,把保护环境、促进农田生态环境的良性循环作为大事来抓,把生物防治技术作为解决病虫抗性、防止污染、减少农产品农药残留、增进人民身体健康、造福子孙后代的重大措施。这给生物防治创造了良好的发展环境,提供了前所未有的发展机遇。

(五)农业可持续发展的需要

我国农业的发展一直面临着巨大的压力。人口基数大,人口增长速度快,人均资源占有量多数低于世界平均水平,其中水资源为世界人均水平的28% ,耕地为32%,森林为14%,草地为32%。近年来,我国人口每年以1400万人的速度增长,而耕地面积每年以600万~700万亩的速度减少。尽管我们可以非常自豪地宣称,中国以不到全球7%的耕地养活了占全球22%的人口,但从某种意义上讲,这种成就相当部分是以牺牲资源和环境利益来换取的。近年来,土地超载、土壤退化严重,北方地区水资源短缺、地下水超量开采,森林资源减少,动植物资源下降,农业环境污染日益严重。不仅是我国,全球农业的发展同样面临着资源与环境的压力。从70年代以来,常规农业现代化带来的困境引起对经济和农业发展方式的全球性反思,农业向何处去的问题逐渐成为全球课题。世界农业科技界围绕这个问题展开了广泛探索,“有机农业”、“自然农法”、“生态农业”等新名词纷纷涌现。经过十多年的探索,近年来世界农业科技发展的新目标开始集中在全球农业的低消耗、持续发展这一主题上。1987年布伦特兰夫人代表世界环境与发展委员会(WCED)向第42次联合国大会提交了《我们共同的未来》。这份报告明确提出了持续发展的概念。联合国粮农组织(FAO)根据《我们共同的未来》中的思想,于1988年批准实施持续农业。1991年9月,在联合国总部成立了世界可持续农业协会(WSAA)。1992年在里约热内卢召开的全球环境与发展首脑会议上,正式将“持续农业和农村发展”写入《二十一世纪议程》。可持续发展已为世界各国政府及非政府组织所接受,得到普遍赞同。

我国农业生产的发展方向是生态性的可持续农业,提高生产力的基础是对生态环境的保护与建设,形成一套经济而高效的农村应用技术体系。生物防治技术,特别是保护天敌的综合防治技术和引进新天敌、充实生态位的技术,势必会成为可持续农业发展的主体技术之一,使对化学农药的需求减少到最低限度。生物防治科技的持续发展,符合《中国21世纪人口、环境与发展白皮书(中国21世纪议程)》提出的发展可持续性农业科学技术的行动目标,是研究、开发和推广可节约能源、可提高产量和品质、可保护环境的农业技术综合体系的重要组成部分。

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