渔人码头官网投注_恶性入侵杂草豚草的终结者:高效、持久、低成本的生物防治

2020-01-11 09:48:21 

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豚草

豚草:又名艾叶破布草、美洲艾,属于菊科豚草属,起源于北美洲索诺兰地区,是一种广泛传播的世界性重大恶性入侵杂草,具有很强的生态可塑性,适于在各种不同的环境中生长,特别是在受人为干扰的地区,最易形成单一优势群落,破坏生物多样性,严重危害农牧业生产和人类健康。

20世纪30年代,豚草传入我国东南沿海地区。

由于其脱离了原产地天敌等生物因子的制约,具有强大的繁殖力,种子量最高可达3万粒/株,且种子有二次休眠特性(休眠期可达40年),所以扩散蔓延尤为迅速。

目前豚草已在我国华中、华东、华南、华北及东北22省(市、自治区)广泛分布。

此外,豚草花粉毒性很强,容易导致人体过敏。据统计,豚草花粉过敏患者占豚草发生区人口总数的2%∼3%,过敏症人群达1450余万人,年直接医疗费用14.5亿元。

鉴于此,如何有效防治豚草成为了困扰科研人员的难题。化学防治和农业技术防治能够一定程度上控制其的危害,但是存在成本高,持久性差的缺点,难以大范围推广。

因此,科研人员将注意力转移到引进优势天敌开展生物防控上来。

天敌发现之旅

从1987年开始,中国农业科学院植物保护研究所生物入侵研究室(原属于中国农科院生物防治研究所)万方浩研究员便开始了寻找豚草天敌昆虫之旅。

他先后从加拿大、美国和前苏联等国家引进7种天敌昆虫,最终成功筛选两种具有应用潜力的天敌——豚草卷蛾和广聚萤叶甲。

为避免引进的天敌成为其他作物的害虫,确保所引进的天敌昆虫只吃豚草,万方浩团队针对豚草卷蛾选取15科37种植物、广聚萤叶甲选取14科53种植物进行试验,并经过连续多年的野外跟踪观察(豚草卷蛾25年、广聚萤叶甲10年),证实了两种天敌昆虫的寄主专一性,确证其对农作物、果蔬、观赏植物及其他有益生物高度安全。

两种天敌各有分工且互补

豚草卷蛾(epiblema strenuanawalker),属鳞翅目卷蛾科(lepidoptera:tortricidae),卷蛾属(epiblema),广泛分布于北半球,尤其以北美大陆加勒比海地区为多。

豚草卷蛾成虫

卵单个产于叶片或茎秆上。初孵幼虫常在靠近叶脉处蛀食叶片,后由叶腋、顶芽等处钻入茎秆,较大的叶柄也可被钻蛀,形成长约10-15mm的纺锤形虫瘿。每个虫瘿内一头幼虫,一般情况下,幼虫在虫瘿内发育,但若植株死亡或不适宜取食时,可转株钻蛀。老熟的幼虫可长达12mm,幼虫在虫瘿内完成化蛹。化蛹前,幼虫将茎秆蛀食成一仅留表皮的羽化孔。羽化后,蛹壳将留在羽化孔口。

豚草卷蛾幼虫蛀茎危害

豚草卷蛾化蛹

豚草卷蛾危害状

广聚萤叶甲(ophraella communalesage),属鞘翅目叶甲科(chrysomelidae)萤叶甲亚科(galercinae),为多化性昆虫。雌虫产卵一般可持续几周,每1-3d在寄主叶片上产一簇卵。成虫和幼虫都喜欢在完全展开的新叶上取食,幼虫老熟后在寄主叶片上或分叉处结茧化蛹。

广聚萤叶甲

广聚萤叶甲产卵

广聚萤叶甲蛹(左)及幼虫(右)

广聚萤叶甲控制豚草“火烧状'(左:大范围,右:小特写)

豚草+释放广聚萤叶甲-前(左)及45天后(右)

基于两种天敌的生活史特性,万方浩团队发现:两种天敌昆虫各有分工且又互补。广聚萤叶甲蚕食叶片,阻断光合作用;豚草卷蛾蛀食茎秆,截流营养供应。两种天敌联合释放能够大大提高生防效率。

据估算,豚草卷蛾可使豚草种子量降低20%∼30%,广聚萤叶甲对豚草的控制效果达95%以上。

两种天敌的规模化生产技术攻关

在明确了两种天敌的生防潜力之后,万方浩团队自2007年开始,在国家“十一五”支撑计划的支持下,率先探明广聚萤叶甲、豚草卷蛾规模化生产的环境参数,准备工厂化生产,为在全国范围内开展豚草的生物防治做准备。

目前,团队已建立两种天敌昆虫“冬季保种—室内扩繁—大棚增殖”三步简易规模化生产技术流程,可实现每个240平方米的大棚年产290万头广聚萤叶甲和190万头豚草卷蛾的生产规模。围绕整套技术流程,万方浩团队形成了20余项国家发明专利,发表了40余篇科研论文(其中sci论文20余篇),掌握了核心技术。

目前,基于这套技术流程,团队已经在湖南长沙、福建福州、海南海口以及广西南宁、柳州等地建立天敌昆虫规模化生产基地34个,天敌昆虫年生产达8.6亿多头,生产效率提高40∼50倍。

天敌繁育基地

区域减灾治理成功典范

经多年大面积推广应用,两种天敌昆虫在22个省(市、自治区)成功建立自然种群,并由中心释放区域逐年向周边扩散。除了利用引进天敌昆虫防治豚草,万方浩团队还首次建立入侵杂草生态屏障拦截和替代修复技术。

经过10余年研究,万方浩团队从50种植物中筛选出紫穗槐、小冠花、杂交象草等10余种具有经济或生态利用价值的替代植物及其组合,用于豚草发生扩散前沿的拦截与重灾区的替代修复,其替代控制效果均达85%以上。比如,在果园与林地、草场与林地、撂荒地、河滩、退化草地等建立了10个豚草重灾区的植物替代修复示范点,修复区域生物量降低97.8%。

值得一提的是,该团队依据不同地理区域豚草的发生情况差异,创造性提出并建立了豚草区域治理技术体系。即在华北及周边地区以替代植物拦截与生态修复技术为主,在华东、华南、华中豚草发生区以生物防治技术为主,在西南以植物替代控制与生物防治联合控制技术为主。

该技术体系区域防效达85% ∼ 95%。至此,万方浩团队完成了高效、持久、低成本的豚草生物防治体系的构建。由于该技术体系的众多优越性,自2004年农业农村部开展“全国十省百县灭毒除害行动”以来,相关成果一直作为豚草治理的主推技术在全国范围内大面积推广应用。

截至2017年底,相关研究成果已在22个省(市、自治区)累计推广应用达5676万亩次,取得了巨大的生态、经济和社会效益。

此外,在技术推广过程中,对基层技术人员和农民进行技术培训一直是项目组重点工作之一。据统计,2007∼2017年,项目组先后在各地培训技术人员和农民累计达10万人次,发放各类技术资料120多万份。

结语

万方浩团队历经30年的系统研究,不仅揭示了豚草适应性广、竞争力强、扩散速度快的种群扩张机制,阐明了豚草在我国广泛分布与暴发成灾的主要原因,为豚草的系统治理提供了理论基础和科学依据,同时在“联防联控、区域减灾、持续治理”的策略指导下,通过全面而深入的研究,开发了高效、持久、低成本的豚草生物防治技术,构建了豚草区域治理技术体系。

这是国内外首次从大区域整体考虑,着重研发遏制豚草危害与蔓延、防止生态位被入侵杂草占领的生物防治与生态修复技术。该技术已达到区域减灾与持续治理的效果,基本解决了重大入侵杂草生态位重叠发生、交错连片成灾的控制难题,有效遏制了其在我国的危害与扩散,取得了显著的经济、社会和生态效益。

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