用魔法打敗魔法,科學家以蟲治虫
《2021年全球糧食危機報告》指出,在2020年,全球有1.55億人面臨重度糧食不安全的問題。目前,我國糧食尚能保證基本自給、口糧安全,但受極端天氣、有害生物等不穩定因素的影響,作為人口大國仍要保持警惕,並且需探索出一條可持續發展的農業道路。其中,在人類歷史上,農業害蟲一直是造成糧食大量減產的重要因素之一。
害蟲雖小,危害極大
按照昆蟲的口器,即昆蟲“嘴巴”的類型劃分,農業害蟲大多數為咀嚼式和刺吸式兩類害蟲。
咀嚼式害蟲有蝗蟲、棉鈴蟲等,刺吸式害蟲有蚜蟲、飛蝨等。儘管這些害蟲的體型一般都不大,但它們以大量個體組成害蟲種群,同時取食危害同一株作物或者同一區域的農作物,從而給糧食作物生產造成巨大的產量損失。
以咀嚼式害蟲蝗蟲為例,成蟲體長3-5厘米,但一平方公里的蝗群一天消耗的農作物量,相當於3.5萬人一天的口糧!而刺吸式害蟲麥蚜(小麥田最主要的害蟲),麥蚜成蟲體長雖然只有區區2-3毫米,但據測算,麥蚜對小麥產量的損失率達到10%-30%。
以蟲治虫,大顯身手
在農田生態系統中,害蟲取食作物,同時害蟲也有天敵。作物-害蟲-天敵食物鏈構成了一個較為穩定的生態系統。害蟲的天敵昆蟲包括捕食性天敵和寄生性天敵兩類。
捕食性天敵昆蟲包括瓢蟲、蜘蛛、草蛉和食蚜蠅等,直接捕食害蟲為食。寄生性天敵有寄生蜂等,寄生於害蟲體內或體表,以攝取寄主的營養物來維持生存。農田生態系統中,天敵昆蟲對害蟲具有良好的控製作用,單頭七星瓢蟲成蟲平均每天可取食一百多頭蚜蟲;更為吃驚的是,單頭食蚜蠅高齡幼蟲平均每天可取食幾百甚至上千頭蚜蟲。
天敵昆蟲,危機四伏
2010年,《科學》雜誌上發表一篇文章指出:相較於1960年,2010年全球的主要糧食產量增長接近3倍。這些產量的大幅增長依靠的是使用大量化學農藥、化學肥料,機械化播種、收穫等集約化生產措施。然而,長期大量使用化學農藥不僅帶來了害蟲抗藥性(Resistance)、害蟲發生再猖獗(Resurgence)、農產品農藥殘留(Residue)的3R問題。
1960-2010年,全球的作物產量增長情況。
更糟糕的是,大量化學農藥的使用,以及機械化播種和收穫等集約化生產措施對生態系統中自然天敵昆蟲等有益生物有很強的殺傷作用,它們的種類和數量均大量減少,進而導致天敵對害蟲的控製作用減弱,造成作物產量損失增加。
農田中噴灑化學農藥(S)或收穫(H)等措施後,天敵昆蟲蜘蛛的數量顯著下降。
種草養花,王者歸來
農田中瓢蟲等自然天敵昆蟲處於很大的環境壓力下,那麼如何來保護這些有益昆蟲呢?
目前主要有兩方面的辦法:
第一、研發對害蟲高效控制但對天敵昆蟲低毒或無毒的化學農藥和生物農藥,進而減少其對天敵種群的殺傷作用;
第二、在農田田埂上種植可吸引和餵養天敵昆蟲的植物。
對作物噴灑化學農藥或機械化操作時,這些植物可為天敵昆蟲的生存與繁衍提供食物和居住場所。此外,這些植物上的植食性有害昆蟲可作為天敵昆蟲的獵物,從而餵養天敵昆蟲。當作物田的害蟲發生時,天敵昆蟲能捕食作物田上的有害昆蟲。
關於第二個方法,2016年,《英國皇家學報-生物科學》國際雜誌報導了瑞士一個成功的例子,通過在麥田邊緣種植多種開花植物組成花帶,來餵養瓢蟲、草蛉和食蚜蠅等多種大量的天敵昆蟲,成功地控制了鄰近麥田的主要害蟲黑足負泥蟲。
我國也有在農田田埂上種植植物來餵養天敵,控製作物害蟲的研究。
在華北平原,小麥-玉米輪作田(小麥收穫後,再種植玉米)是面積最大的種植方式。捕食性瓢蟲是該區域重要的“農田幫手”,可有效地防止麥蚜、玉米蚜對作物的危害。然而,長時期大量使用化學農藥防治麥蚜、玉米蚜等害蟲,也殺傷了瓢蟲等天敵昆蟲,造成小麥-玉米輪作田的瓢蟲等天敵昆蟲的數量減少。小麥收穫後,玉米出苗前,天敵昆蟲缺乏棲息的植物生境,導致瓢蟲等天敵昆蟲數量進一步減少。
蛇床(Cnidium monnieri)是一年生草本,屬繖形科、蛇床屬,分佈在我國華北等大多數地區,其果實稱為“蛇床子”,具有經濟和藥用價值。
蛇床草花期照片。
近期,我國的科研人員在《害蟲管理科學》國際雜誌上報導了將蛇床草種植在小麥/玉米輪作田的田埂上,在小麥收穫後玉米出苗前,蛇床開花可為瓢蟲提供大量的花粉食物和棲息生境,吸引和餵養大量的瓢蟲;在玉米出苗後,瓢蟲可以轉移到玉米地。因此,蛇床草可作為天敵瓢蟲的“橋樑”生境,促進其從小麥田轉移至玉米田,有助於提升其對玉米田的害蟲控製作用。
在山東濟南(a)和德州(b)試驗地,小麥、蛇床花帶和玉米上,瓢蟲隨調查時間的數量變化。
近期研究還表明,將蛇床草種植在棉田旁邊,有利於保護天敵瓢蟲,減少棉田主要害蟲棉蚜。蛇床草上有一種名為胡蘿蔔微管蚜的蚜蟲,該種蚜蟲並不危害棉花、小麥和玉米等作物。該種蚜蟲可作為獵物,被多種棉田天敵昆蟲取食,比如龜紋瓢蟲、異色瓢蟲、七星瓢蟲、食蚜蠅和草蛉等。因此,蛇床草上這種蚜蟲可吸引並餵養大量的天敵昆蟲。蛇床草上的天敵昆蟲能轉移到棉田,減少棉蚜的數量。與不進行防治的棉田相比較,種植蛇床草的棉田中棉蚜數量和棉蚜對棉花的危害率均減少了一半以上。由此,種植蛇床草顯著減少棉田害蟲數量,同時也減少了化學農藥的使用,進而減少了對環境的污染。
2017年,聯合國發表《世界人口展望》報導中預測,世界人口在2030年將上漲至86億。因此,如何生產出足夠多的糧食來養活如此龐大的人口,同時減少對地球生態環境的污染和破壞,進而實現可持續發展,成為了目前擺在人類面前的一大難題。
人類在思考解決這些難題的時候,或許可以懷著敬畏和學習之心,從自然中尋找答案。