在自然界中,很多种昆虫(主要是植食性昆虫)由于需要从植物获取营养而造成对植物的侵害,导致农产品的产量、品质和商品价值降低;而农业生产活动和农产品贸易的发展又加重了农业害虫的传播为害。农业昆虫学的研究就是为农业害虫的防治提供科学依据,从而安全、经济、简便、有效地控制害虫的发生、发展,避免或减少农作物的经济损失。
农业昆虫学
研究农业害虫(包括害螨)的生物学特性、生态学、发生与环境、为害消长规律以及防治对策的学科。植物保护学的分支学科。
- 英文名称
- agricultural entomology
- 所属学科
- 植物保护学
农业昆虫学是从昆虫学发展起来的一门应用学科。对农业害虫的观察和防治,早在中国的春秋战国时期已有记述。其后,古籍中有关害虫的生活习性、生存的生态条件等的记载渐趋翔实,但多止于零散的现象描述。在古希腊,荷马和亚里士多德的著作中也有防治害虫的记载。但此后由于封建神权的压制和宗教迷信思想的束缚,对害虫的观察研究长期不能得到发展,有的害虫还被视作神虫,认为神圣不可侵犯。
16世纪欧洲文艺复兴以后,对农业害虫及其防治的研究有了进展。17世纪显微镜的应用以及18世纪中叶C.von 林奈关于动植物分类双名法的创立,奠定了昆虫分类学的基础,并促进了害虫生物学,包括害虫与寄主植物之间相互关系的研究,为农业昆虫学的产生准备了条件。1841年哈里斯《植物害虫论说》一书发表,介绍了当时各类害虫的防治措施。1869年德国学者黑克尔提出生态学概念,对应用生态学和应用昆虫学的发展具有重大影响,也为农业昆虫学学科体系的形成提供了生态学依据。
进入20世纪,昆虫学的一些基础学科,有的在原有基础上进一步发展,有的应用分析试验方法,深入到昆虫行为、内部机制及其与环境因素之间的关系等方面进行研究,形成了昆虫行为学、昆虫生态学、昆虫生理学、昆虫毒理学、昆虫分子生物学等分支学科。与此同时,农业昆虫学在已有的生物学和生态学的基础上,也逐渐形成了自己的学科体系。到20世纪40年代,由于滴滴涕的合成、应用以及有机氯、有机磷、氨基甲酸酯类农药的相继问世,农业昆虫学的研究达到高峰;接着又随综合防治、生态调控的发展而进入具有综合应用多学科知识特点的新阶段。
中国农业害虫的防治策略从50年代的农业防治发展到80年代的综合防治和现阶段的绿色防控,害虫防治越来越高效、科学和环保。中国农业昆虫学家先后研究明确了水稻、小麦、玉米、棉花、蔬菜和果树等作物主要害虫发生规律,创新了一系列监测预警、抗虫性利用、生物防治、物理防治、生态调控、化学防治技术,构建了以重要作物生产过程和重大致灾害虫为对象的综合防治技术体系。
主要包括两个方面:①害虫防治的基本原理及预测预报。系统阐述虫害的概念和形成原因,防治的基本途径,以农业生态系为理论依据的综合防治的内容、策略原则和防治措施的设计,植物检疫、农业防治、生物防治、化学防治、物理机械防治和正在发展中的其他防治新技术,如不育防治、遗传防治、信息素、生态控制的利用以及虫害预测预报等。②各类农业害虫防治。主要包括各类作物害虫的分类和鉴别特征,生物学特性,分布和为害规律,发生消长规律,环境因素与害虫发生消长的关系以及综合防治措施等。
田间调查是传统的研究方法,是了解害虫发生、为害的主要方法。常用的田间调查方法包括:①五点取样法。先确定对角线的中点作为中心抽样点,再在对角线上选择四个与中心样点距离相等的点作为样点进行取样调查。②对角线取样法。包括单对角线取样法和双对角线取样法两种,单对角线取样法是在田块的某一条对角线上按照固定的距离选定调查取样点,双对角线取样法是在田块四角的两条对角线上均匀分配调查取样点。③棋盘式取样法。将调查田块均匀地分成多个小区,形状如棋盘方格,将取样点均匀地分布在小区中。④平行线取样法。在田间每隔数行进行调查取样。⑤Z字形取样法。也称蛇形取样法,是指在田块相对的两边各取一条平行的直线,然后一条斜线将一条平行线的左端与另一条平行线的右端相连,各样点连线的形状如同字母Z,在Z形线上选择取样点。一般随机分布型的昆虫选择五点取样法或者对角线取样法,集中分布型昆虫选用棋盘式取样法或者平行线取样法,嵌纹分布型昆虫一般选择Z字形取样。
通过田间实际调查或者灯光诱捕取得科学数据,从而了解害虫、天敌及中性昆虫的种类组成、种群数量、发育进度、分布区域及作物的危害程度等,进而利用数学模型进行昆虫的预测预警。随着科学技术的发展,遥感技术被逐渐应用到农业昆虫的监测预警中,卫星遥感技术通过对不同光谱波段的组合来反演或提取昆虫为害作物生长过程的特征因子,可以综合反映农业昆虫的发生动态,遥感监测技术具有宏观性、经济性、动态性、时效性等特征,克服了传统监测方法的不足。
主要对防治前后害虫种群数量的变化进行评估分析,以评估防治措施使用后的防治效果。还可基于防治技术先进性、综合防控效果、安全性评价、综合管理措施、负面清单等五项指标综合评估农业害虫绿色防控效果。
随着以生物技术、信息技术和新材料为支柱,以现代新技术为核心的现代农业快速发展,农业害虫研究出现了新的研究方法,主要包括:①现代组学技术,如基因组、蛋白组、代谢组学、基因编辑等技术,可以用于探索害虫暴发的内在机制,为害虫的精准控制奠定基础。②现代信息学技术,如昆虫的人工智能、害虫智能化精准识别与监测预警、智能化精准对靶施药、基因诊断与快速检测技术、“3S”监测昆虫技术、植保无人机、云平台、大数据分析技),可使害虫监测预警与防治方法进一步朝着定量化、模型化、信息化和智能化方向发展,更为准确地进行害虫监测预警和精准施药。③现代生态学理论方法,可从农田生态系统角度阐明植物-害虫-天敌食物网关系及其与环境的相互作用,充分发挥自然生态因子对害虫的生态调控作用,减少化学农药的投入。
农业昆虫学作为由昆虫学发展产生的应用学科,与昆虫学的许多分支学科关系密切。如昆虫形态学和昆虫分类学是辨识农业害虫及其天敌昆虫的种类,尤其是区别近似种类的基础知识,对于进行作物害虫和益虫种类组成的调查,明确防治对象,利用天敌昆虫和进行预测预报等有重要作用。昆虫生物学为掌握农业害虫的生活史、生活习性、行为和其他生物学特性,以及设计有效的防治措施等提供依据。昆虫生理学深入揭示农业害虫的生理代谢功能和生活行为机制,可以为信息素的应用提供依据。昆虫生态学研究农业害虫分布、发生、为害和种群数量变动的规律和环境因素影响,为研究农田生态系的结构、机制和设计综合防治对策提供必需的知识,也是害虫预测预报的理论基础。昆虫学的其他一些分支学科如昆虫毒理学、昆虫病理学等对害虫生物学和防治技术的研究也很重要。同时,昆虫遗传学、昆虫数理生态学、昆虫行为学等分支学科也对农业昆虫学的发展有重要作用。此外,农业害虫防治还需要作物栽培、作物育种、土壤肥料、农业气象等农业学科的有关知识。
近代科学技术和农业生产的不断发展,正促使农业昆虫学进一步向着多学科综合的方向发展。特别是害虫防治策略和技术的研究,已不仅是微观上的继续深化,而且要求宏观上从农业生态系的整体观点出发,在研究分析生物与非生物两大类因素间的有机联系的基础上,协调制定防治措施,并从经济和环境保护的观点设计和推行综合防治方案。
随着现代生物学、生物物理、生物数学、生物化学等新的科学技术的进一步应用,农业昆虫学将提高到新的水平,并将为害虫防治开辟新的途径。未来将应用现代生物学理论与技术,从微观水平解析农业害虫生物型转变、抗药性及其变异规律和农作物抗性机理。利用分子、化学生态学等技术与方法,研究作物-害虫-天敌之间的食物营养关系与化学信息联系,解析农田节肢动物食物网的结构与功能。利用现代信息技术与景观生态理念,定量研究多尺度空间下昆虫种群的时空分布与转移特征、农业景观格局和过程对天敌保育与害虫种群控制的影响。通过多层次、多角度、跨学科研究解析农业害虫种群消长与灾变规律及其机制,以探索发展害虫种群控制的新途径与新方法,为农业害虫可持续治理以及化学农药减量使用提供科技支撑。
随着信息技术和人工智能技术、基因组技术、农业生物技术等高新技术发展正推动害虫智能化精准识别与监测预警、智能化精准对靶施药、基因诊断与快速检测、害虫种群遗传调控、区域性生态调控和转基因防治技术的不断创新与广泛应用。
扩展阅读
- 陆宴辉,赵紫华,蔡晓明,等.我国农业害虫综合防治研究进展.应用昆虫学报,2017,54(3):349363.
- 萧玉涛,吴超,吴孔明.中国农业害虫防治科技70年的成就与展望.应用昆虫学报,2019,56(6):11151124.