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在昆虫、病害方面,经常出现在教材中的一句话,是“预防为主,综合防治”。这个植物保护方针,自从1975年以来就没有改变过。
已故的中国科学院动物所马世骏先生给出的IPM(integrated pest management)定义是:“从生物与环境关系的整体观点出发,本着预防为主的指导思想和安全、有效、经济、简易的原则,因地因时制宜,合理运用农业的、生物的、化学的、物理的方法,以及其他有效生态手段,把害虫控制在不足为害的水平,达到保护人畜健康和增产的目的。”
这个定义基本上概括了植物保护方针的全部内容。然而,一旦涉及到“科学”“合理”“有效”“因地因时制宜”,具体可操作性就存在一定难度。如何赋予这个定义以现代统计学意义的元素,是值得我们思考的事情。
比如,一次民主大会,如果你的总结发言,全部是“取得了长足的进展”“获得了巨大的进步”“建设了良好的试验平台”,那么,许多听众会觉得,说了其实和没有说是一样的。
换言之,数,是自然科学一切定义的灵魂。
为什么要“预防为主”呢?我认为,这有两方面的含义:(1)假设有害生物的初始数量为N0,则在适宜的环境下,种群呈指数增长(r类)或者logistic增长的趋势。时间越晚,待防治的有害生物数量越多,错过单位时间造成的经济损失就越大;(2)除了设施园艺,大部分露天作物上的害虫,都存在一个相对较为漫长的越冬期。假设世代倍增率为r,则经过x代,种群数量将变成:
一般而言,r是种群固有的一种特征,只要外界条件适宜,人类很难改变它。因此,为了减轻后面世代的防治压力,就必然从N0的改变入手,也就是说,“降低越冬种群基数”,是“预防为主”的核心之一。更何况,有害生物的越冬期,多是农作物的休眠期或者收获后期,许多相对严酷的措施,不至于造成药害等不良状况。
但是,农作物病虫害的预防为主,和医药行业的预防为主,有很大的区别。后者可能仅仅对应于植物保护领域的“免疫”“诱导抗性”等。在植物保护领域,“诱导抗性”的案例虽然很多,但真正能够投入生产的却很有限,就如已经研究了许多年的volicin(鳞翅目幼虫唾液中的气味激发因子,诱导健康的植物释放出酷似被害虫取食的气味,招引寄生蜂),研究论文一篇接着一篇,直到2014年,才有一篇论文批判了这种纯学术性的研究。
为什么volicin不能推广呢?本来,农田生态系统是平衡的,多少头害虫,配合多少头的寄生蜂。现在,你为了招引寄生蜂,人工赋予植物以“SOS”的呼救信号,相当于把大量的寄生蜂“骗”到了原本没有那么多寄主害虫的农田。此外,植物在抵御虫害时释放的气味,也会造成“生长投资”和“防卫投资”的竞争。如果没有人工诱抗物质的诱导,或许植物会把大量的资源用于生长。如今你塑造了一种大量害虫存在的氛围(若无,也起不到招引寄生蜂的作用了),植物自然也需要将更多的资源作为化学气味武器来防御。最终很有可能有两方面负面效应:寄生蜂失去了目标,植物过度防卫。
因此,每一项农业措施,都应当放在生态系统的整体中考察,这就是马老师的第一句话的含义。
怎么放在整体生态系统中考察呢?抛砖引玉一下,主要用到的学科是系统论、信息论、马尔科夫链、线性规划方面的知识。
而今,偏偏是对这个方针强调了千万遍的农业昆虫学教材,却并没有按照这个方向去行动。比如,小地老虎在蜜源植物丰富的时候,每头雌虫一生产下3000粒卵,若是饲喂清水,一生只能产500粒卵,于是,在小地老虎的防治上,就有了“铲除作物田周围的蜜源植物”的想法和措施。然而,在讲到寄生蜂、瓢虫等保育的部分,认为害虫种群衰退期,为了将天敌滞留下来,花粉、花蜜等资源是非常有效的,建议在农田周围种植蜜源植物,保证天敌能够完成种群的延续。
可是,这些章节一般是不同的单位或者不同的作者完成的,如果你将全书通一下,就会发现一个矛盾:到底是该种植蜜源植物呢?还是该铲除蜜源植物呢?单从教材的编写上看,这是不是已经从根本上违背了“从生态系统的整体观点出发”的初衷?
那么,什么是综合防治呢?
是不是在某种生物上,把所有的防治措施统统罗列上去,就叫做综合防治?
如果不是,难道是需要把这些防治措施有机结合起来?
什么是“有机”?怎样“有机”?
追问到这个地步,如果你仅仅在自己的专业领域里遨游而对统计、试验设计是漠视的,这个问题将是一辈子最大的困扰。
我理解的综合防治,类似于TRIZ的九屏幕法,是这样分析的。
(1)沿着时间轴,将昆虫一生的发育,分为几个相对隔离的阶段,比如卵、幼虫、蛹、成虫。针对连续性种群,应当采用Fisher最优分割(一种有序样本聚类的方法)划分为若干阶段。
(2)沿着空间轴,以昆虫个体作为出发点,找到其超系统和子系统。所谓超系统就是昆虫生活的外在环境,最基本的就是:它吃什么(寄主或食物)?它被什么吃掉(天敌)?它生活在什么样的环境下(温度、湿度、光照最为重要)?所谓子系统,就是昆虫个体的解剖学构成,比如分为触角、复眼、口器、产卵器等等。
(3)将时间与空间双轴交叉,将会形成若干汇合点。比如,针对完全变态类昆虫,就有(卵×环境)、(卵×内部构造)、卵本身,(幼虫×环境)、(幼虫×内部构造)、幼虫本身,(蛹×环境)、(蛹×内部构造)、蛹本身,(成虫×环境)、(成虫×内部构造)、成虫本身。这样一共12个交点。从这12个交点上,都有哪些能够开发利用的呢?
换言之,“综合防治”的本质,并不在于所有的方法都用上,或者所有的方法都是备选项,而在于我们看待有害生物防治的方式。
以前是,着眼于主害的虫态,哪个虫态为害,就从哪个虫态防治。
现在是,着眼于一条完整的世代发育链,幼虫为害,也可以从减少产卵入手,或者等它们化蛹了不食不动再防治,或者等待有强力趋光性的成虫羽化出来再进行诱杀。
超系统能找到的思路,就是作物抗性、天敌和改造物理环境,子系统能找到的思路,就是趋性、农药靶标位点、消化系统、呼吸系统、代谢系统、循环系统等等。
沿着时间轴和空间轴的汇合点,将产出/投入比最大、最有效的措施结合起来,从世代发育链的角度施加人工选择压,最低限度应当将有害生物抑制在环境容纳量的50%以下(生态学logistics增长曲线)或者“不足以构成显著经济损失的水平”。这就是综合防治。
目前,各个科研领域已经独立总结出了许多规律。比如肥料的报酬递减率,害虫的logistic增长,植物与温度、激素的关系等。能够大一统地将这些支离破碎的规律整合在一起的科学,只能是运筹学分支的规划求解。
也就是说,要搞好植物保护,努力的重心,恰恰并不是植物保护,而是统计学、运筹学、有机化学、生态学、分析化学等领域,以运筹学最为重要。
以前我曾说过:“作为一个理科生,最基本的学科就是唯物辩证法,不搞好唯物辩证法,不理解矛盾、时空、条件转移等,创新基本上没什么出路(如果你理解的创新水平,就是挑战杯大赛上若干专家的评价,这句话另当别论);而作为一个文科生,要从事行政管理等,那么数学分支的运筹学、统计学是必须最为重视的”。
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