(一)中國糧棉農(nóng)作物病蟲害綜合防治技術(shù)體系的創(chuàng)建和成效
農(nóng)作物生產(chǎn)在我國整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有主導(dǎo)地位,糧棉作物關(guān)系著人們的溫飽問題。研究創(chuàng)建農(nóng)作物病蟲害綜合防治技術(shù)體系是構(gòu)成我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)保障體系的重要組成部分。因此,自“六五”~“八五”國家設(shè)立的科技攻關(guān)計劃中“主要農(nóng)作物病蟲害防治技術(shù)研究”一直給予重點支持。通過十多年的聯(lián)合攻關(guān)研究,取得了突破性進展,使我國病蟲害的綜合防治技術(shù)(IPM)研究與實踐提高到一個新層次。即由“六五”開始立項前以單蟲、單病為研究對象,在國內(nèi)外率先發(fā)展為以每種作物的主要病蟲害復(fù)合群體為研究對象,并在各主要生態(tài)區(qū)分作物組建多病蟲對象的綜合防治技術(shù)體系,進一步增強了自然控制與人為防治措施的合理結(jié)合以及措施的規(guī)范化和可行性。并形成了重要的階段性成果。該成果體現(xiàn)了我國農(nóng)業(yè)生態(tài)多樣性和生物群落多樣性的特色,與國際同類研究相比,其創(chuàng)新性和先進性主要有以下幾點:
•率先開展了以作物為單元多病蟲害的綜合防治技術(shù)研究,將以往重點面向某種重要病、蟲的綜合治理改進為保護某種作物避免危害的綜合防治策略;•針對農(nóng)作物同時遭受多種病蟲混合為害的實際,首次提出病蟲復(fù)合危害動態(tài)防治指標(biāo)的概念,開展了相關(guān)研究,并結(jié)合作物對病蟲為害補償功能、天敵控害作用,計算和制定出糧棉作物主要病蟲復(fù)合防治指標(biāo),突破了經(jīng)典的綜合防治經(jīng)濟閾值概念,極大地提高了綜防決策的科學(xué)性和準(zhǔn)確性;•在充分考慮農(nóng)作物生長發(fā)育與栽培管理、病蟲為害的時空關(guān)系的前提下,開發(fā)研究各種關(guān)鍵防治技術(shù),合理組裝出適用于不同關(guān)鍵生長發(fā)育階段的配套技術(shù),實現(xiàn)了對作物全生育期的保護作用;•將各項關(guān)鍵技術(shù)通過所設(shè)立的示范區(qū)進行檢驗和應(yīng)用示范,使其不斷完善和提高,突出了時效性、實用性;•從我國農(nóng)業(yè)生態(tài)多樣性和生物群落多樣性的特點出發(fā),針對不同生態(tài)區(qū)種植制度、生物群落結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)水平的差異,研究組建了能充分發(fā)揮多種防治技術(shù)措施實效、并與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展水平相適應(yīng)的控害減災(zāi)配套技術(shù)體系。
通過貫徹主要農(nóng)作物病蟲害綜合防治技術(shù)體系的總體設(shè)計思想和技術(shù)路線,在“七五”末,建立了38個綜合防治試驗示范基地,示范面積330萬畝,減少化學(xué)用藥2~3次,取得顯著的增產(chǎn)、保產(chǎn)和生態(tài)效益,并將我國病蟲害綜合防治技術(shù)整體水平提高到了一個新的階段。“八五”期間,在“七五”綜防研究基礎(chǔ)上,按糧棉作物的不同生態(tài)區(qū)劃分別組建的病蟲害綜合防治技術(shù)體系,經(jīng)33個綜防示范區(qū)300萬畝大面積示范,每畝挽回糧食損失15~30公斤,皮棉4~6公斤。特別是先后經(jīng)受住了1990年小麥條銹病、1991年褐飛虱、1992~1993年棉鈴蟲等相繼暴發(fā)成災(zāi)的嚴(yán)峻考驗;農(nóng)藥施藥量減少1/3,天敵數(shù)量成倍增加,投入產(chǎn)出比達到1:5~10,獲得了顯著的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。該項研究成果1999年榮獲農(nóng)業(yè)部科技進步一等獎。
(二)中國小麥條銹病的流行體系
銹病是我國小麥生產(chǎn)上發(fā)生危害嚴(yán)重的一類病害。1950年全國小麥銹病(條銹病為主)大流行,損失小麥60億kg。中國農(nóng)科院植保所與全國有關(guān)單位協(xié)作,進行了長期的調(diào)查研究,取得了重大成就,在小麥生產(chǎn)中起到了重要作用。
查明了主要越夏區(qū)有西北、川西北、華北、云南和新疆5大片,其中甘肅隴南和隴東是越夏基地,隴南又是新小種產(chǎn)生的策源地和品種抗性變異的易變區(qū),而海拔1600~1800m是隴南的關(guān)鍵地區(qū)。但華北,包括山西北緯38°30′以北,以寧武、五寨等為代表和內(nèi)蒙古烏盟及河北壩上的晚熟春麥越夏區(qū),一般年份越夏菌源很少,僅個別年份有一定意義。條銹菌在最熱一旬均溫20℃以下可以越夏,超過23℃則不能越夏。病菌在高原晚熟冬春麥和自生麥苗上越夏后,至秋季越夏菌源借氣流向當(dāng)?shù)?、關(guān)中、華北和江漢流域等廣大冬麥區(qū)秋苗傳播并越冬。在華北的德州、石家莊和介休一線以北一月均氣溫低于-6~-7℃,病菌難以越冬,此線以南可以越冬。證實綿陽、漢中及信陽以南、湖北等江漢流域麥區(qū)為條銹病冬繁區(qū),是春季流行的重要菌源基地,這對測報和控制策略具有重要意義。春季流行條件:有一定數(shù)量的越冬菌源;大面積種植感病品種;3~5月,特別是3~4月的雨水較多;早春氣溫回升早。1958年,根據(jù)已獲得資料提出預(yù)測預(yù)報試行辦法,經(jīng)實踐多年,相當(dāng)可靠。按此辦法,準(zhǔn)確預(yù)報了1990年條銹病流行。根據(jù)上述研究結(jié)果將條銹病發(fā)生區(qū)分為11個流行區(qū):關(guān)中、晉南常發(fā)區(qū);豫東南常發(fā)區(qū);豫蘇皖魯?shù)幕幢币装l(fā)區(qū);豫中北平原易發(fā)區(qū);冀中南平原易發(fā)區(qū);晉中易發(fā)區(qū);冀中東平原偶發(fā)區(qū);漢中常發(fā)區(qū);甘肅渭涇流域常發(fā)區(qū);隴東中部高原偶發(fā)區(qū);川西盆地常發(fā)區(qū)。此外,云南的中、西部,新疆的伊犁、塔城、阿克蘇、喀什等地,條銹病也常發(fā)流行。按生態(tài)學(xué)觀點,該發(fā)生區(qū)可概括為越夏、越冬和冬繁3個生態(tài)區(qū)系。根據(jù)生態(tài)區(qū)的栽培特點和菌源數(shù)量,確定改治重點,提高經(jīng)濟效益。其研究成果榮獲1987年度國家自然科學(xué)二等獎。
(三)粘蟲遷飛行為發(fā)生與調(diào)控的生理生態(tài)機制
粘蟲是我國糧食作物的重要害蟲,也是一種典型的遠距離遷飛害蟲。由于其經(jīng)濟重要性和遷飛危害的代表性,國家自然科學(xué)基金委將“粘蟲、褐飛虱遷飛行為機制研究”設(shè)立為重點項目,中國農(nóng)科院植保所等單位通過5年多的系統(tǒng)深入研究,取得了顯著的進展和部分突破;并在1998年獲得農(nóng)業(yè)部科技進步二等獎。
1. 研究明確了成蟲飛行肌超微結(jié)構(gòu)特征,發(fā)現(xiàn)了橫穿肌節(jié)中央的肌質(zhì)網(wǎng),這是世界上發(fā)現(xiàn)的第4種具有這種結(jié)構(gòu)的昆蟲;率先闡明了肌原纖維、內(nèi)膜及線粒體在發(fā)育過程中的變化規(guī)律及其與飛行能力的關(guān)系,并在飛行肌的研究史中首次闡明了肌節(jié)長度和橫管系統(tǒng)與功能的關(guān)系;首次揭示了粘蟲乃至鱗翅類昆蟲飛行肌肌蛋白在成蟲生殖中的作用,為重新認(rèn)識飛行肌在昆蟲生殖中的作用提供了進一步的科學(xué)證據(jù)。
2. 在闡明了成蟲飛行能源物質(zhì)種類(糖原和甘油酯)的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)地揭示了成蟲對能源物質(zhì)的動用規(guī)律、來源器官、代謝途徑及其載體物質(zhì)的結(jié)構(gòu)性質(zhì),以及粘蟲卵黃蛋白的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)在成蟲期的發(fā)生規(guī)律及其與保幼激素和補充營養(yǎng)的關(guān)系;明確了保幼激素是影響成蟲飛行與生殖的主要生理調(diào)控因子及其成蟲飛行與生殖系統(tǒng)的互作關(guān)系。尤其是與能源物質(zhì)代謝有關(guān)的酶系活性在不同蟲態(tài)、成蟲不同發(fā)育、飛行階段的變化規(guī)律的研究結(jié)果,都較Gunn等(1988)的相關(guān)報道有突破性進展。
3. 系統(tǒng)深入的研究了主要生態(tài)因素對成蟲飛行與生殖的綜合影響。明確了幼蟲密度較高、幼蟲期饑餓、短光照和高溫等不良環(huán)境因素是誘導(dǎo)成蟲遷飛行為發(fā)生的主要原因。其中幼蟲密度對成蟲飛行與生殖的研究,不僅以充足的實驗依據(jù)否定了日本的Hill等(1986)粘蟲“幼蟲密度與成蟲的飛行、產(chǎn)卵能力無關(guān)”的結(jié)論,而且從理論上闡明了不同密度條件下成蟲飛行能力不同的原因。
4. 通過飛行對生殖以及生殖對飛行的影響、HOAD酶系活性等方面的研究分析,率先發(fā)現(xiàn)了羽化后的24小時之內(nèi)是成蟲“決定”遷飛或留在本地生殖的關(guān)鍵時期或最后“開關(guān)”。并率先確定了該時期的生理特征及對該時期具有重要影響作用的環(huán)境生理因子。為粘蟲預(yù)測及防治水平的提高提供了新的理論依據(jù)。
5. 研究明確了成蟲翅的力學(xué)結(jié)構(gòu)特征、翅振模式;科學(xué)地揭示了飛行能力與補充營養(yǎng)、環(huán)境氣流、溫濕度的關(guān)系;首次建立了飛行能源物質(zhì)利用效益的概念,并運用該理論闡明了不同溫濕條件下成蟲飛行能力產(chǎn)生變異的原因。為闡明粘蟲在不同季節(jié)、緯度對遷飛高度的選擇提供了重要的理論依據(jù)。
(四)棉鈴蟲地理型組成和兼性遷飛研究
80年代后期以來棉鈴蟲在我國棉區(qū)頻繁致災(zāi)。國家科委在“八五”和“九五”科技攻關(guān)計劃和“九五”攀登計劃中都將棉鈴蟲遷飛規(guī)律的研究列為重點研究內(nèi)容,由中國農(nóng)科院植保所等單位圍繞我國棉鈴蟲遷飛規(guī)律和生境適應(yīng)機制、發(fā)展區(qū)域性棉鈴蟲災(zāi)變預(yù)警和治理技術(shù)的總目標(biāo),開展了系統(tǒng)的研究,取得了重要進展:
1. 根據(jù)其生境適應(yīng)特性研究,首次提出我國棉鈴蟲可劃分為不同地理型,(熱帶型、亞熱帶型、溫帶型和新疆型 4 個類群),其適宜分布的生態(tài)區(qū)分別為華南地區(qū)、長江流域、黃河流域和新疆南部的部分地區(qū)及東部的吐魯番盆地。
不同地理型棉鈴蟲對我國熱帶、亞熱帶和南溫帶地區(qū)氣候環(huán)境具有高度?;m應(yīng)性。降雨導(dǎo)致的土壤含水量增加是扼制各地理型棉鈴蟲致災(zāi)程度的最重要環(huán)境因子。
對棉鈴蟲滯育誘導(dǎo)和解除機制、地理種群滯育誘導(dǎo)和解除特性的分化、滯育的種群內(nèi)變異性和滯育遺傳的系列研究,揭示了棉鈴蟲生長發(fā)育與各地物候變化的關(guān)系。
2.對棉鈴蟲飛翔肌結(jié)構(gòu)、飛翔能源物質(zhì)、標(biāo)記與回收、空中誘捕監(jiān)測、運動性與寄主關(guān)系和兼性遷飛機理進行了系統(tǒng)的研究,明確了棉鈴蟲兼性遷飛行為的生物學(xué)基礎(chǔ)。在國內(nèi)外首次闡明了棉鈴蟲的地理型—兼性遷飛環(huán)境適應(yīng)模式。
通過對棉鈴蟲地理種群形態(tài)分類,遺傳雜交,生態(tài)適合度,等位酶,隨機擴增多態(tài)性和限制性片段長度多態(tài)性的研究,從傳統(tǒng)的形態(tài)觀察到蛋白質(zhì)和 DNA 分子水平上明確了棉鈴蟲種群分化水平和基因流動程度。
完成了棉鈴蟲在我國的越冬區(qū)劃,其在華北的越冬北界位于一月份平均日最低溫度-15(C 等溫線附近。
3.對棉鈴蟲地理種群抗藥性水平演化動態(tài)、成蟲在渤海海面遷飛觀察、環(huán)渤海灣種群動態(tài)分析、成蟲攜帶花粉分析、遷飛成蟲的鑒別、雷達觀測及成蟲遷飛與東亞大氣環(huán)流關(guān)系研究,表明我國河北、山西省北部地區(qū)、遼寧、內(nèi)蒙古和吉林等東北地區(qū)棉鈴蟲是由華北地區(qū)隨春季和夏季季風(fēng)遷入。
專家評審認(rèn)為本項研究達到國際同類研究的領(lǐng)先水平, 1999 年獲農(nóng)業(yè)部科技進步一等獎。
(五)小麥吸漿蟲種群動態(tài)規(guī)律及綜合治理技術(shù)體系
小麥吸漿蟲是一種世界性的毀滅性害蟲,專門吸食籽粒內(nèi)的漿液,造成麥粒空秕,小麥嚴(yán)重減產(chǎn),甚至絕收。50年代吸漿蟲在我國曾嚴(yán)重發(fā)生危害,到60年代初基本控制危害。由于耕作栽培制度的不斷變革,品種更換和有機氯農(nóng)藥禁用等原因。1985年又再度嚴(yán)重回升,暴發(fā)成災(zāi),發(fā)生范圍之廣、蟲口密度之高、危害之重超過了50年代。為了遏制小麥吸漿蟲