用魔法打败魔法,科学家以虫治虫

来源: 科普中国-科普融合创作与传播 日期:2021-07-06

  出品:科普中国

  制作:杨泉峰、欧阳芳、戈峰(中国科学院动物研究所)

  监制:中国科学院计算机网络信息中心

  《2021年全球粮食危机报告》指出,在2020年,全球有1.55亿人面临重度粮食不安全的问题。

  目前,我国粮食尚能保证基本自给、口粮安全,但受极端天气、有害生物等不稳定因素的影响,作为人口大国仍要保持警惕,并且需探索出一条可持续发展的农业道路。

  其中,在人类历史上,农业害虫一直是造成粮食大量减产的重要因素之一。

  

  (图片来源:veer图库)

  害虫虽小,危害极大

  按照昆虫的口器,即昆虫的“嘴巴”的类型划分,农业害虫大多数为咀嚼式和刺吸式两类害虫。

  咀嚼式害虫有蝗虫、棉铃虫等,刺吸式害虫有蚜虫、飞虱等。尽管这些害虫的体型一般都不大,但它们以大量个体组成害虫种群,同时取食危害同一株作物或者同一区域的农作物,从而给粮食作物生产造成巨大的产量损失。

  以咀嚼式害虫蝗虫为例,成虫体长3-5厘米,但一平方公里的蝗群一天消耗的农作物量,相当于3.5万人一天的口粮!而刺吸式害虫麦蚜(小麦田最主要的害虫),麦蚜成虫体长虽然只有区区2-3毫米,但据测算,麦蚜对小麦产量的损失率达到10%-30%。

  

  (图片来源:veer图库)

  以虫治虫,大显身手

  在农田生态系统中,害虫取食作物,同时害虫也有天敌。作物-害虫-天敌食物链构成了一个较为稳定的生态系统。害虫的天敌昆虫包括捕食性天敌和寄生性天敌两类。

  捕食性天敌昆虫包括瓢虫、蜘蛛、草蛉和食蚜蝇等,直接捕食害虫为食。寄生性天敌有寄生蜂等,寄生于害虫体内或体表,以摄取寄主的营养物来维持生存。农田生态系统中,天敌昆虫对害虫具有良好的控制作用,单头七星瓢虫成虫平均每天可取食一百多头蚜虫;更为吃惊的是,单头食蚜蝇高龄幼虫平均每天可取食几百甚至上千头蚜虫。

  天敌昆虫,危机四伏

  2010年,《科学》杂志上发表一篇文章指出:相较于1960年,2010年全球的主要粮食产量增长接近3倍。这些产量的大幅增长依靠的是使用大量化学农药、化学肥料,机械化播种、收获等集约化生产措施。然而,长期大量使用化学农药不仅带来了害虫抗药性(Resistance)、害虫发生再猖獗(Resurgence)、农产品农药残留(Residue)的3R问题。

  

  1960-2010年,全球的作物产量增长情况。

  (图片来源:参考文献[1])

  更糟糕的是,大量化学农药的使用,以及机械化播种和收获等集约化生产措施对生态系统中自然天敌昆虫等有益生物有很强的杀伤作用,它们的种类和数量均大量减少,进而导致天敌对害虫的控制作用减弱,造成作物产量损失增加。

  

  农田中喷洒化学农药(S)或收获(H)等措施后,

  天敌昆虫蜘蛛的数量显著下降。

  (图片来源:参考文献[2])

  种草养花,王者归来

  农田中瓢虫等自然天敌昆虫处于很大的环境压力下,那么如何来保护这些有益昆虫呢?

  目前主要有两方面的办法:第一、研发对害虫高效控制但对天敌昆虫低毒或无毒的化学农药和生物农药,进而减少其对天敌种群的杀伤作用;

  第二、在农田田埂上种植可吸引和喂养天敌昆虫的植物。

  对作物喷洒化学农药或机械化操作时,这些植物可作为天敌昆虫的生存与繁衍提供食物和居住场所。此外,这些植物上的植食性有害昆虫可作为天敌昆虫的猎物,从而喂养天敌昆虫。当作物田的害虫发生时,天敌昆虫能捕食作物田上的有害昆虫。

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