有害

 

一、植保工作面临的机遇和挑战

农业产业结构的调整

产业结构的调整要求种植业区域布局、作物结构、品种及品质结构各方面进行重大变革；

产业结构的调整又要求植保工作从主要控制粮、棉、油病虫害向多种经济作物病虫害的控制拓展，以解决各地结构调整及支柱产业出现新的病虫问题。

加入WTO后的情况

农产品放开经营，我国农产品将接受消费者在市场上的严格挑选和检验，要求植保工作从主要是控制病虫、挽回产量的数量型植保向优化农产品质量、降低农药残留的质量型植保转变。

绿色蔬菜和无污染食品的生产是植保工作的一个崭新领域，面临许多新的问题。

关税减让和非关税政策手段的丧失，将为国外农产品进入我国市场提供便利条件。在这种情况下，植物检疫将可能成为世界各国进出口贸易最强有力的技术屏障。

贯彻农业可持续发展方针、加强生态建设

把植保工作的立足点从控制局部地区、少数作物的病虫灾害转移到大区域的、适应农业产业结构调整后的生物灾害控制上来；

研究品种、耕作制度、栽培技术、农药以及诸多自然控制因子与病虫发生的关系，实施以生态控制为核心的持续植保；

要尽力减少和避免农药的残留、污染和害虫的抗药性。

市场经济的建立和完善

随着市场经济的建立和完善，要求植保工作从依靠行政命令转变为依托市场经济；

大力支持农民发展经济效益高的特色农业和有效保证无公害农产品的生产；

向农民提供控害效果高、应用成本低、保产保质效果好的新的实用植保措施；

满足农民对技术、物质、信息相结合，产前、产中、产后相结合的全方位、多层次植保服务的需求；

遵照市场规律，树立对消费者负责，对农民负责的观念。

二、植保工作的系统观

植保工作的系统观

    植保工作是一个复杂的大系统。其客体子系统是植物生产系统中病、虫、草、鼠等有害生物生态系；其主体子系统则是防治和防治的管理。植保工作是根据人和社会的需要，按照有害生物发生发展的自然规律和技术所进行的农田管理活动的一部分。植保工作管理既包括人对物的管理，又包括人对人的管理，加之它与环境保护、卫生保健都有交叠，因而它是跨越自然和社会两界的跨界系统。

 

植保工作的复杂性和特殊性

复杂性：1、多元的生物学组分；2、气候因素的强大影响；3、某些病虫发生的时空跨度很大；4、农业技术变革的深刻影响；特殊性：1.风险性和防灾性2.长期性和复杂性3.整体性和公益性4.社会性和法规性

植保系统工程的逻辑结构与功能

    植保系统工程就是应用系统科学的理论和方法来认识、设计、管理植保工作。系统科学的理论和方法在植物保护研究和工作上的应用大体可分为三个层次：

面对有害生物，用于对有害生物发生规律、种群动态、预测预报、防治决策和控制技术的研究 ；

面对田间防治工作，用于对有害生物综合防治管理 ；

面对一个国家或地区的植保工作，用于对植保工作管理。

 

三、新形势下植保工作的任务

实施可持续治理策略

    病虫生态控制或生态管理（EPM）是实施可持续治理的重要方法。生态控制的核心是要充分发挥农田生态系统中自然因素对有害生物的控制作用，比如利用和保护农田天敌，利用作物的耐害性、补偿性，抗逆行和变异性，利用物种间的互惠关系与自克、他克关系，利用截断食物链或增加食物链对生态系统进行重新组装等。 

加快病虫测报信息化建设，建立重大病虫监测预警系统

对农业产业结构调整中有害生物和天敌种群及数量变化动态进行监测；

大力开展有害生物的风险评估（PRA）工作；

借鉴高新科技成果，改进、提高监控技术手段，加速实现病虫监控检验规范化，信息采集网络化，预测分析模型化，咨询服务可视化，疫情灾情处理现代化。

拓宽植保服务领域

由产中服务为主转向产前、产中、产后相结合的系列服务，由推广保产措施为主转向指导农民采用保产和保证农产品质量并重的技术措施；

由技术指导服务为主转向提供技术指导、信息咨询和物资供应相结合的全方位、多层次的服务；

完善技物结合的服务体系，逐渐建立有植保推广部门、科研教学单位和农药生产企业参加的联合体。

完善植保法规建设

    植保工作风险性大，整体性强，公益性高，既需要接受社会的制约，更需要得到社会各方面的支持，具有法规性强的明显特点。随着社会主义市场经济体制建设的发展和社会法制化的加强，植保工作的法制化建设应更趋健全。除了植物检疫、农药管理等法规需进一步完善、配套防治行动的部署、统一防治措施的落实等方面，也需要逐步走上有法可依的轨道。

有害生物综合治理的定义及发展

 

一、综合防治的定义

综合防治或综合治理（IPM）的基本含义是，从农田生态系的整体出发，综合考虑生产者、社会和环境利益,在投入——效益分析基础上，协调应用农业、生物、化学、物理等多种有效防治技术，将有害生物控制在经济危害水平以下。

IPM的定义包含着生态学、经济学和社会学3个基本观点。

三、害虫综合治理的特点

害虫综合治理与其前期阶段的害虫防治相比较具有如下特点：

允许害虫在经济损害水平以下继续存在 ；

以生态系统为管理单位 ；

充分利用自然控制因素的作用 ；

强调各种防治措施的优化组合 ；

强调害虫综合防治体系的动态性；

提倡多学科协作。

四、综合治理的发展阶段

以单一防治对象为内容的综合治理；

以作物为主体的多种防治对象为内容的综合治理；

以作物生态区域为基本单元的多种作物、多种防治对象的综合治理。

五、TPM和IPM的主要区别

 EPM与IPM的区别主要在于

两种策略的哲学基础截然不同 ；

两种策略对付的害虫不同 ；

两种策略对化学防治的态度不同 ；

对生物防治的态度不同 ；

对于费用和收益不一样 ;

 

二、制定经济允许水平（EIL）和经济阈值（ET）

:经济允许水平（EIL）与边际分析原理

    EIL指的是引起经济损失的最低病虫密度（或受害水平），其防治的收益Ｂ正好等于所需的防治费用Ｃ。B>C说明经济上的可行性，而不能说明其最优性。当边际成本恰好等于边际效益时获利最大，超出此点，虽然可以获得最高的总收益，但其成本上并不合算，即出现所谓增产不增收的情况。

:经济阈值（ET）或防治指标

    ET是由EIL派生出来的，指应立即采取措施以防止病虫种群上升到EIL时的病虫密度。显然ET与EIL孰高孰低取决于防治措施的速效或迟效性、病虫种群发展的速率、环境条件尤其是天敌控制作用的大小等因素。

:病虫监测的主要内容和方法

    病虫监测可分为大面积普查和定田（定点）系统调查。两者相辅相成，面上普查有助于掌握其代表性和特殊性，点上的系统调查有助于检验、提高普查结果的可靠性。点面结合的原则，对任何规模尺度的监测都是必要的。

三、病虫的监测与预测

:病虫预测及其发展

    方法上由经验法、一般统计模型发展到系统模型、专家系统；由常规观测、实验观测发展到利用遥感监测、GIS系统等；对象上从单种病虫预测发展到多种病虫综合预测；测报期限上由短期逐渐发展到中期、长期甚至超长期预测；内容上从发生期、发生量预测发展到损失预测、防效预测。

四.农田生态调控 

不同农作物种植制直接影响农田生物群落结构，使作物、有害生物、天敌之间的关系发生变化，影响作物病虫草鼠发生与危害的轻重。我们可以通过改变耕作栽培制度和作物布局减轻有害生物的危害，这种措施叫农田生态调控，是一种人类可操纵的自然控制措施。我国是世界上耕作栽培制度和作物布局最复杂的大国，我们应该充分利用这个优势，广泛开展农田生态调控有害生物的工作。

五、综合治理技术措施的协调组配 

控制病虫种群密度于低水平 ；

暂时压低病虫种群密度，缩小病虫密度变动振幅，减少猖獗发生的频率；

消灭、拒避不让其为害或持续减少

六、病虫综合治理的效益评估与改进

Y经济效益的主要指标因素

          投入产出比；纯收益 ；推广效益 ；技术的使用寿命。 

Y生态效益的评估

          农田生态系统的稳定性 ；环境质量 。

Y社会效益评估

社会贡献：包括生产者向国家、社会作为商品出售的农副产品数量，可用商品率表示；

资源耗费，包括财力、人力、能源及其他自然资源；对活跃市场经济的作用。

人们的心理效应：包括产品在市场上反应，综防措施自身风险的大小和推广的难易程度。

Y效益的综合评价

           对综合治理的经济、生态和社会效益进行综合评估有多种方法，例如加权综合评分法（切斯诺综合评价法）、模糊综合评价法等。

 

害虫综合治理的生态学原理

第一节    种群生态学的基本内容及理论

    种群生态学包括种群的基本特征、种群的结构、种群的数量动态（表征种群数量动态的数学模型）、种群的生态对策、种群数量变动机制、种群的空间动态和种间关系等内容。

一、种群的概念

    种群是特定空间内同一物种全部个体的组合。种群数量变化的内在因素是种群存活、生殖和迁移，因此能够繁殖繁衍及正常扩散和迁移，它是一个自动调节系统，通过自动调节使其能在生态系统内维持自身的稳定性。一个种群具有一定的出生率、死亡率、密度、年龄结构、生长型以及特定时间和空间的数量分布。

 

三、害虫种群的生态学控制途径

控制有害昆虫种群的分布范围；

改变寄主食物条件；

改变群落营养结构；

改变系统的物理环境条件；

改变系统中生物成分间的信息联系；

改变害虫种群的遗传组成

 

四、害虫的生态对策

生态对策的方式

    按种群特征划分，形成了两类截然不同的适应或称之为两个不同的进化方向，即k选择和r选择。此外，还有一类介于r和k选择之间的类群。

K选择：k选择式叫做k类有机体，k类有机体适应稳定的栖境，其进化方向是使种群数量维持较为稳定的平衡水平，即k值附近，并增加了种群的竞争能力。这类物种形成的种群密度比较稳定，并向着大型化，延长世代，降低内禀增长率rm的方向发展。
这种生态对策的优点是：

使种群数量比较稳定地保持在k值附近，但不超过k值，必须增加存活率的相适应。k类有机体的防御能力和保护子代的能力比较强。
    k类害虫不多，较典型的有棕榈独角仙、人畜锥虫病毒媒介舌蝇、苹果蠹蛾、17年蝉等。

 

 r-选择：或叫做r类有机体，r类有机体所具有的栖境是临时的，多变的。通过提高繁殖力和缩短世代来提高r_m值。其个体小、寿命短，竞争能力不强，防御能力较弱，死亡率高，其种群密度经常处于不稳定状态。这种特性可在种群数量很低时，迅速增加其个体，以逃脱种群灭绝的危害。种群密度过高时，以一个小的集群侵入某一新的，没有密度制约的环境中，建立新的种群。如蚜虫等。

 

介于r和k之间的类群：这种类型属于混合性状，即中间型。即具有中等繁殖能力和世代历期，其中有的偏向r端，有的偏向k端。如吹绵蚧、叶蝉偏向k类。

危害特点及防治策略

r害虫：以巨大数量的大发生方式出现，通常为害作物的叶和根。这类害虫在低密度时，其天敌作用是很小的。该类害虫甚至在大量死亡之后，虫口还会上升。农药具有速效和灵活的特性，是防治r类害虫的主要方式。

k类害虫：种群数量低，但仍能造成相当损失，因为它们为害作物的产品（如果实）。其天敌少，死亡率低，宜采用遗传方式进行防治（如耕作措施、选择抗虫品种）。

中间型害虫：既为害根和叶，也为害果实。能被天敌很好地控制或调节，宜采用生物防治措施。

 

种群系统的自然控制

一、研究种群动态是害虫测报和防治的前提

种群动态可概括为数量、时间、空间3个结构，害虫防治必须以害虫的发生规律为依据，而害虫发生规律的中心问题是种群的数量变化动态，害虫防治实质上是控制害虫数量变动。因此，研究种群动态是害虫测报和防治的前提。

表征种群数量变动常用一些数学模型和数学方法。生命表技术等作为来研究昆虫种群数量动态的手段，生命表的建立可用于害虫数量测报，综合评价各种防治措施对控制害虫数量的作用大小，在生命表提供的数据基础上，运用系统分析研究的方法，组建数学模型，为害虫综合治理计算机化奠定基础。

二、害虫种群的自然控制

    在长期进化形成的自然生态系统具有自我调节能力，系统各组分之间是相互平衡的，所以一般不会发生大面积的病虫害。在自然生态系统中，自然控制的现象十分普遍，100万种昆虫中，真正需要防治的仅仅是少数，发生重、需要进行防治的不到昆虫种的1% 。

平衡密度

     当昆虫自然种群刚入侵新的环境时，初期由于种群基数不大，昆虫数量增殖较为缓慢，继而种群数量继续上升，达某一相对稳定的密度，即平衡密度。然后种群数量或在平衡密度附近作有规则的波动，或在平衡密度上下激烈颤动（如下图）。

种群系统的自然控制过程

    种群自然控制：只要生境不发生激烈变化或受到人为措施干扰，害虫密度一般不会急剧下降或绝灭，而是以平衡密度为中心上下波动，这一过程称之为自然控制。

      自然控制机制分为三类，即调节过程、扰乱过程、条件过程。

调节过程：

    当昆虫种群数量超过平衡密度时，个体数的增加受到多种因素的抑制；在平衡密度以下时，则存在促进个体数增加的反馈机制，而密度超过B点时，则存在个体数减少的负反馈机制。这种作用称为调节过程。

    在高密度时，种群繁殖率下降、死亡率增加、迁移率提高；低密度时，繁殖力提高、死亡率减少、迁入率下降。

扰乱过程：

    指自然界中的许多因素使昆虫种群偏离平衡值的过程，是由非密度制约因素和逆密度制约因素造成的。非密度制约因素主要指气候因素如严霜、极端温度、暴雨、狂风等。逆密度制约因素的作用，由于表现为当种群密度上升时，死亡率反而随之下降。因而它不能起到调节种群密度的作用，反而使种群密度越升越高，或在相反情况下使种群密度越来越低。例如自然界中存在的交配率和正聚集效应，在扰乱过程中常常逆密度制约因素起作用。

条件过程：

    昆虫种群栖息场所的物理化学条件、结构、食物量及供给率构成了环境的负载能力，这些因素群决定着种群密度的上限。所谓条件过程是指规定种群平衡密度高低或引起种群平均水平变动的过程。

      上述关于自然控制三个过程（或机制）概括了现代有关昆虫种群动态理论的一些基本观点：

昆虫种群数量动态是密度制约过程和非密度制约过程的复合物；

种群是具有一定自我调节机制，自然存在的生物种的基本结构单位；

昆虫种群数量变动的原因及生态因子分析

 

影响昆虫种群数量变动的外因主要有三个方面：

气候因素对生物的作用特点；

天敌因素对害虫的作用特点（如下图）；

营养因素的作用。

 

害虫种群的系统控制 

    种群数量变化的内在原因是生殖潜能或生存潜能，而反应这2个潜能的主要指标或特征是种群的存活、生殖和迁移。随着时间的推移，这三个种群特征变化引起种群数量的变化。因此，对种群存活、生殖和迁移产生影响的各种因素是复杂的，需要有一个统一的量纲即种群控制指数IPC。

一、种群趋势指数模型和种群控制指数

种群控制指数：简称控制指数（IPC）是对种群数量发展趋势控制作用的一个指标，以被作用的种群趋势指数（Iˊ）与原有的 种群趋势指数（I）的比值表示。

            即：IPC= Iˊ/I                                                                  

      其中，I=N₁/N₀=S₁S₂S₃…S_i…S_kFP_FP_♀

      I—种群趋势指数，N₀，N₁—当代及次代的种群数量，S₁S₂S₃…S_i…S_k—各作用因子相对应的存活率，FP_F—实际产卵量，P_♀—雌性比率。

    在应用中又可根据不同的要求分为3种类型：排除作用控制指数（EIPC）、添加作用控制指数（AIPC）、干扰作用控制指数（IIPC），其相应生物学意义的计算公式简介如下：

排除作用控制指数（EIPC） ：是基于排除分析法计算所得的种群生态学参数。其思路为：在种群控制因子中，如果排除一个因子i的作用，则其相对应的存活率S_i=1，种群趋势指数将由原来的I改变为Iˊ。
   即：Iˊ= S₁S₂S₃…1…S_kFP_FP_♀而相应地，
      EIPC= Iˊ/I=[ S₁S₂S₃…1…S_kFP_FP_♀]/S₁S₂S₃…S_i…S_kFP_FP_♀=1/S_i
   可见，当排除一个因子的作用时，其EIPC相当于其对应的存活率的倒数；且当排除多个因子的作用时，其EIPC相当于其对应存活率的倒数的乘积。EIPC适应于评价自然生态控制因子对种群的自然控制作用的相对大小。 

 添加作用控制指数（AIPC）：是基于添加分析法计算的种群生态学参数。其思路为：如果在种群控制因子中添加一个因子a的作用，即在组成I的组分中添加存活率Sa，其种群趋势指数I将改变为I（a）。而相应地：

（AIPC）= I（a）/I

        =S₁S₂S₃…S_a…S_kFP_FP_♀/ S₁S₂S₃…S_i…S_kFP_FP_♀

        = S_a

    可见，添加一个作用因子的作用，会使种群的存活率变成比原来种群的I值小S_a倍，即添加因子的控制作用会引起种群（1- S_a ）的死亡率。且AIPC也和EIPC一样可以多个作用因子连乘。

干扰作用控制指数(IIPC)：是基于干扰分析法计算的种群生态学参数。其思路为：如果一个生态因子的作用被干扰，原来该因子相对的存活率S_i将改变为S_iˊ,则有：

    IIPC= S_iˊ/ S_i

    且IIPC同样具有可以多个因子连乘的属性。

 

农田生态系统

一  、生态系统和农（业）田生态系统

生态系统是在某一特定地域或一定空间范围内，所有的生物及要素通过物质循环和能量流动、相互作用、相互依存的一个“动态系统”。

农业生态系统是一个人工生态系统，是在人类的干扰、设计下实现的。农业生态系统是由所有栖息在作物栽培地区的生物群落及其所有周围环境所组成的单位。它是受人类各种农业、工业、社会等方面活动的而改变的。

农田生态系统是指用于人类农业栽培目的而经过改造和单纯化的动植物及其栖息环境所构成的生态系统。

 

农业和农田生态系统的异同

就其实质而言，农田与农业生态系统都是人们利用生物措施固定、转化太阳能，获取社会必须的生活与生产资料的人工生态系统。同时，在能量流动和物质循环过程中，都受到人类活动的干预。

就其范围而言，农业生态系统不但包括一个大区域内的全部农业、林业、畜牧业、养鱼业等，还和社会经济系统、自然环境系统密切结合起来。而农田生态系统仅仅是指某种农林作物（如水稻、棉花、玉米、蔬菜、果树、人造林、草场等）及其环境条件构成的生态系统。

 

农业（田）生态系统与自然生态系统的差异

群落结构

    在自然生态系统中，初级生产者一般总是由多种绿色植物构成，赖其生存的第一消费者、第二消费者等营养层次多，种类丰富，形成多条食物链，构成的食物网复杂。

    在农业（田）生态系统中，人们常排除系统中不必要的绿色植物，保留农作物，因此作物几乎是仅有的生产者，形成以作物为营养基础的生物群落。

生态系统的时间和空间存在形式

时间存在形式上，自然生态系统是连续的，而农田生态系统是不连续的。

从空间方面看，自然生态系统中不同生物群落在水平上呈现镶嵌状分布，并且有垂直结构，其境界多少也是连续的；而农业（田）而农业生态系则从人类经营的观点出发，大面积栽培单一的农作物，植被是单层的，其境界完全不连续。

生态系统的物质循环和能量流动

自然生态系统是一个自我维持的系统，生产者通过光合作用所制造的有机物，经食物链传递至各营养级，动植物的遗体又经分解者的分解回到环境，能量流动和物质循环均在系统内完成，系统是封闭型的。

农业生态系统总是处于净生产量最高的演替前期，为了维持这样一种系统，并尽可能提高收成，人们必须承担维持和调节该系统所需的各种物质和能量。同时，人们又能从农业生态系统中收获家产品，并将其移出系统以满足社会需求。因此，农业生态系统是一种开放型的系统。

植物的种群特征

自然生态系统，特别是处于后期演替阶段的系统，是由一些通过自然选择，在种内和种间竞争过程中生存下来，具有高度适应性的种集合而成，各种植物表现有较大范围的遗传变异性。这种遗传变异性减少了环境变动的压力，使自然生态系统能不断适应变化，延续发展。

农业生态系统中的栽培植物，是人类根据社会对产量和品质需求而专门选择的，这些性状的直接生态意义可能很小。为了有利于大面积同时实施管理措施，提高效率，又必须选择遗传上同质的品种。

 

有害生物综合治理的经济学原理

一、有害生物防治技术经济原理

    有害生物防治是一种经济行为，它与其它经济形式一样，需要进行投资（成本）和效果（利益）评价。在农田生态系统中，作物是生产者，以产量为表征，病虫害则是作物产量的破坏者，其效应就是作物减产。

    有害生物防治技术是以作物产量保护者的姿态出现，其经济效益不表现在于增产，而在于防止产量的损失。防治的收益来之于已预防的作物损失的价值。实施综合治理，要求用生态系观点、经济学观点和环境保护学观点来分析有害生物防治问题。

另一方面，害虫综合治理是建立在害虫预测预报基础上的，而害虫测报在很大程度上依赖于气象预报。因此，害虫防治技术的经济效果的可靠性很大程度上受监测技术水平和气象预测准确性的影响。而且，植保技术是在田间进行的，受自然条件影响极大，经济效果具有一定的不稳定性和风险。同时，各地区自然条件常不相同，甚至差异很大，所以害虫防治的经济效益表现出明显的地域性。因此，害虫防治经济效果分析的目的，主要在于防治措施实施之前作为“防”与“不防”的预测和决策。其中作物的受害损失估计和经济阈值研究占有相当重要的地位。

作物的补偿作用

概念：作物的个体或群体遭受到害虫的趋势为害，在一定范围内并不影响或不显著影响产量的现象。

作物产生补偿作用的原因

1.刺激作物的生长

2.植物本身有修复伤口的能力

3．植物本身具有多余的营养器官

棉花的个体补偿能力最强

产生虫害与损失率之间的三种关系的原因就是作物的补偿能力差异。其中

呈直线a关系：作物没有补偿能力

呈曲线c关系：存在超补偿现象

二   害虫为害的损失估计与方法

害虫对植物的为害类型：

咀食危害：如蝗虫、粘虫、稻纵卷叶螟、小菜、潜叶蝇类、食叶甲虫类等；

蛀食危害：果树食心虫类、玉米螟虫类、豆杆蝇类等；

刺吸危害：如蚜虫类、飞虱类、叶蝉类、盲蝽类、蝽类、蚧虫、粉虱类等刺吸式害虫；

食根危害 ：水稻食根叶甲、稻象甲类幼虫等；

传播植物的病害 ：蚜虫、叶蝉、飞虱类。

害虫危害与作物损失间关系

l损失与虫害呈直线或基本上是直线关系（直线 a）；

l损失与虫害作物损失大体上呈S形函数关系，在曲线两端有两个阈值即T₁和T₂，虫害程度到达T₁之前，不会造成明显的损失，到达T₁以后则作物的损失便随虫害程度而迅速上升。但当虫害到达T₂以后，则损失可能不再增加或增加不显著（曲线 b）；

l虫害与作物损失间大体上呈S形曲线关系，但不同之处在于虫害初期或作物生育期遭受虫量危害时，非但不会造成产量的损失，反而略有增产作用，这就是作物对虫害的补偿作用（曲线 c）。

在提出植物补偿概念之后，Fenemore (1982)和Pedigo等(1986)将害虫危害与植物的关系做了进一步修正（如下图）。

图中虚线部分表示害虫危害后植物作出种种补偿效应；

x₁：耐性段：即每单位危害无损失，f(x₁)=a常数(斜率为0)；

x_2a：超补偿段，即每单位危害负损失，F(x_2a)=X_2a为曲线，斜率为正，但逐渐减小；

x₂：补偿段，每单位受害逐渐增加损失，但不呈直线关系，F(x₂)=曲线关系，斜率为负值，但虚线部分仍有增产；

x₃：线性段，每单位危害为恒定的产量递减损失，F(x₃)=线性关系，斜率为负常数；

x₄：不敏感段，每单位受害逐渐减少损失，f(x₄)=曲线关系，斜率呈负值；

x₅：恒定损失段，每增加单位受害，不再增加损失，f(x₅)=常数，斜率=0；

D_b：损失边界，出现损失时的危害(或虫时)水平。

 

作物受害产量的损失估计

直接估量法

l相对标准：普遍率、危害率、严重度是最广泛使用的表达危害程度的相对标准。危害率、普遍率表示受害单位数占总单位数的比率或百分率，如枯心率，白穗率、虫伤株率、有虫株率等；相对标准虽简单明确，但难于建立与有害生物量之间的数量关系。  

l绝对标准：即受害程度以单位面积上的平均受害量来表示。如每平方米叶面积减少量、分蘖数量，每公顷产量损失量等。其优点是能与虫量或危害量联系起来，便于建立预测模型。

       产量损失率可用损失百分率表示，也可用实际损失的数量表示。这种调查计算包括：①调查计算损失系数；②调查计算作物被害株率；③计算实际损失数量。
大田抽样调查结果可用被害(或有虫)百分率表示，常用计算公式：

 

式中  P—被害(或有虫)百分率；n—被害(或有虫)样本；N—调查样本总数。

        单株抽样调查结果可用下列公式：

进一步即可求出单位面积作物实际损失量：

       如果考虑调查田内各植株的受害程度不同，可将受害株分为不同等级，如分为四级，其标准为：
       1级——受害轻，害虫为害不明显；
       2级——受害中等，害虫数量较多，为害明显；
       3级——受害严重；
       4级——植株全部无收。
       根据上述分级标准或预先确定的其它标准，分别调查统计各级的被害百分率和损失系数，然后采用下式算出产量损失百分率：
       C=Q₁P₁/100+ Q₂P₂/100+ Q₃P₃/100+ Q₄P₄/100
       式中，Q₁—Q₄为各级的损失系数；P₁—P₄为各级的受害百分率；C为产量损失百分率。

间接估量法

    受害程度和损失程度的调查统计常因各种害虫的为害特点而不同。下面举例说明二类害虫的危害程度预测及害虫造成的损失估计方法。

    蛀食类害虫造成的损失估计如玉米螟： 它取决虫口密度及与玉米生育期的吻合程度。虫量相同时，心叶期受害比穗期大，其中又以心叶末期受害对产量影响大。

作物产量损失估计的试验方法

模拟害虫为害试验

小区试验

（1） 在田间虫口数量达不到一定的密度梯度时，用人工接虫的办法，在小区间接上不同密度梯度的虫量，然后比较各小区的产量。

（2） 在田间普遍发生虫害的条件下，在各试验小区用不同的防治方法，造成各试验小区不同虫量，然后比较各小区产量。

（3） 在田间虫害发生不普遍的情况下，分别寻找不同虫害地段或植株，统计虫量，然后分别测产进行比较。

（4）在各小区种植不同抗性或耐虫性品种，比较品种间受害损失情况。

  作物受害预测

        经验模型是把一种作物受害损失的一系列复杂的生态、生理生化过程全部作为“黑箱”处理，只根据输入项（如害虫密度、受害水平等）和输出项（产量损失）导出的模型。经验模型可用多种形式来表示，如回归模型、正交多项式模型以及非线性综合模型。

   1.  回归预测模型以害虫密度（或作物的受害程度）为自变量，以产量损失为因变量。根据自变量的选用方法，回归模型可分为单因子模型和多因子模型。单因子模型又包括关键期受害模型、多期受害模型等。

关键期受害预测模型仅根据某一时刻的害虫密度（或受害水平）来预测产量损失，认为这个时期的受害在决定损失上作用最大，形式为：

          y=a+bx

          式中y为产量损失，x为关键期受害程度或害虫密度。

多期受害预测模型能弥补上述模型不足，它用多期有受害或虫口密度来预测产量损失，形式为：

          Y=a₀+a₁x₁+ a₂x₂+a₃x₄+…+a_nx_n…

          式中y为产量损失，x₁, x₂, x₃……x_n为各期受害水平（或虫口密度）a₁, a₂, a₃……a_n为参数。

多因子模型的自变量可包括多种害虫密度或为害程度，还可以包括其它因素，形式与多期受害模型一样，其模式为：

          Y=a₀+a₁x₁+ a₂x₂+a₃x₄+…+a_nx_n…

          式中y为损失，x₁, x₂, x₃……x_n分别为所考虑的诸因子 ，a₁, a₂, a₃……a_n为参数。

2.  正交多项式模型：在作物受害损失研究工作中，当观察值（或试验水平）是等间距（即等到差级数或等比级数）时，可采用正交设计拟合正交多项式模型。

     机理模型：刘映红（1984）引用Solomon (1949) 提出的功能反应概念，将棉铃虫和蕃茄果实的关系当作捕食者和猎物关系的一种特殊形式。根据试验结果，用Holling方程进行拟合，获得以4株蕃茄为单位时棉铃虫的蛀果数与蕃茄果实密度的功能反应方程。

           N_a=0.2849N/(1+0.0362N)

           式中N_a为被蛀果数，N果实密度。

           一头棉铃虫最多蛀果数。

           Max(N_a)=T/T_h=8

           式中T为试验时间，T_h为处理时间。

棉铃虫幼虫蛀果数与蕃茄果实密度的关系（刘映红，1984）

     根据以上方程绘成的曲线与调查资料的拟合情况见图：

       从棉铃虫幼虫相互干扰反应的试验结果中发现，不同密度下（P）的捕食作用率（E）有如下函数关系： lgE=-0.7215-0.4970P  (r=-0.98)

        棉铃虫幼虫蛀果行为明显地受到果实密度和棉铃虫幼虫密度制约，采用Hassell和Rogers(1972)描述II型功能反应时的捕食作用公式：
       N_a=a′dTNP^1-m/(1+a′T_hN)
       式中N_a为被蛀果数，N为果实密度，a′为瞬时蛀果率，T为试验时间，T_h为处理时间，P为棉铃虫幼虫密度，m为相互干扰常数，d为常数（当m=0时，该模型转为Holling模型）。

        系统模型 作物产量被看作是静态，通常在收获时测定产量。如果作物产量及受害损失形成过程比较简单，则用经验模型可满足需要，但有些作物，其产量及受害形成过程相当复杂，很难用上述模型进行模拟，此时可采用系统模型。由于这种模型较接近真实情况，故亦称为逼真模型。

害虫-作物种群动态系统模型

                 在害虫-作物系统中，若害虫种群之间，在寻找或取食时彼此无干扰现象存在，Graeme Caughley (1976)提出如下的数学模型：

                dV/dt=r₁V(1-V/k)-C₁H[1-exp(-d₁V)]

                dH/dt=H{-a+C₂[1-exp(-d₂V)]}

                式中，V：寄主植物（单位面积的植物量）；r₁植物的内禀增长率；K未被害虫取食时的最大植物密度；C₁每头害虫最大取食率；d₁当植物被食稀化时，害虫的取食效应；H害虫种群数量；a当作物被食尽时，害虫种群的下降率；C₂在植物高密度下，由于改善环境，正在下降的害虫种群的恢复率，d2为在植物稀少时，害虫种群下降率。

        若害虫种群在进行取食活动时，彼此之间存在着相互干扰的现象，那么害虫种群增长率既与被害作物密度有关，也与自身密度有关，它是作物密度与自身密度两者的函数。G.Caughley (1976)提出的数学模型为：

           dV/dt=r₁V(1-V/k)-C₁H[V/(V+D)]

           dV/dt=r₂H(1-JH/V)

           其中D在低的作物密度下（即植食性昆虫的功能反应充分发挥时的作物密度）与取食效应呈反比，J为维持某种植食性昆虫平衡时所需的与植物数量有关的比例常数；r_1，r₂分别为作物与植食性昆虫的内禀增长率，其它符号意义与前面相同。

    2. 害虫-作物生长发育系统模型

              构成损失估计系统模型的更一般方法是，在预先研究的作物生长发育模型或动态生理模型的结构中加入虫害模型，并确定它与其它成分之间的相互联系。

           如国外研究的柑桔生长模型，是由一系列微分方程构成。

           dx₁/dt=-u₁(x, t)x₁+v₁(x, t)x₅                            叶

           dx₂/dt=-u₂(x, t)x₂+v₂(x, t)x₅                            茎

           dx₃/dt=-u₃(x, t)x₃+v₃(x, t)x₅                            果

           dx₄/dt=-u₄(x, t)x₄+v₄(x, t)x₅                            根

           dx₅/dt=P(x, t)x₁-R(t)∑x_i-x₅ ∑V_i(x, t)

           dx₆/dt=W(t)-e(x, t)x₆

           其中x₁为叶量（kg干重），x₂为茎量（干重），x₃为果量，x₄为根重，x₅为可利用的碳水化合物重量。x₆为152cm深处的土壤湿度，x为所有变量构成的向量。W(t)为降雨量；e(x, t）为蒸发量。其中x₁, x₂, x₃, x₄的生长率是由碳水化合物（x₅）通过分配函数v₁, v₂, v₃, v₄分配。x₁, x₂, x₃, x₄的死亡率是受死亡函数u₁, u₂, u₃, u₄影响，而死亡函数依赖于时间和系统本身，其中一部分是害虫的影响，P是净光合速率，R是除叶之外各器官的总呼吸率。

 

三、经济受害允许水平和经济阈值

经济受害水平（EIL）是指挽回的作物经济损失相当于防治费用的有害生物种群密度。

防治指标（经济阈值 ET）是指为了防止有害生物种群进一步超过EIL，而需要采取防治措施的有害生物种群密度。

害虫种群的经济阈值是害虫管理系统中的一个重要组成成分。决定某一害虫的防治与否，并不单纯取决于虫情，而主要取决于虫害所造成的经济损失，防治效果、防治费用以及最终挽回的收益。

   

丁岩钦（1988）根据生态学观点，认为经济阈值的确定，应根据3个条件：
（1）害虫为害对作物产量关系的反应类型；
（2）害虫管理的经济效益，即防治后的挽回收益必须大于防治成本，至少等于防治成本；
（3）害虫管理的生态效益。同时经济阈值由于随作物不同生育阶段，害虫数量、年龄结构以及土壤肥力等许多因素不同组合而变动，因此也是动态的。

 

经济阈值模型

一、固定经济阈值模型

害虫的经济阈值因作物、害虫种类、天敌、气象条件、防治方法及费用等因素而不同，把上述因素特定化时的经济阈值称固定经济阈值。其模型为：

          YPDFT=C 或T=C/YPDF

式中，Y 单位面积产量，P产品价格；D单位虫量所造成的损失率；F防治效果；T经济阈值；C防治成本。

根据害虫为害特性，实际应用中存在着单期固定经济阈值和多期固定经济阈值。

1、单期固定经济阈值

   山东省荷泽地区植保站的研究表明，豆天蛾是该地区的主要害虫，为害盛期正值大豆鼓粒期，影响百粒重，若防治及时，一次防治便可解决问题。设每亩防治费用为1元，大豆价格为0.44元/kg，以大豆亩产75kg计，其经济阈值的测定方法如下：

            防治费用=1元

            防治收益=挽回损失率×亩产×价格

  令       防治收益=防治费用，求防治措施应挽回损失率；因为挽回损失率×防治效果×亩产×价格=防治费用。

         设防治效果为100%，则

         挽回损失率=1/(75×0.44×1)=3%

         根据虫量与减产率关系计算经济阈值虫量。

         测得百株虫量与减产率的关系式为：

         y=1.1076x-0.5836  (r=0.9933)

         式中，y为百株虫量，x为减产率，现以x=3代入，得y=3。

          即经济阈值为百株虫量3头。

    经济阈值的确定，必须建立在受害分析的基础上，不同作物受害机制各异，其经济阈值的确定方法也不同。陈杰林根据桔全爪螨对柑桔的为害特点，提出对其经济阈值进行研究的基本方法如下：

有效信息的选择

    桔全爪螨对柑桔的为害主要是春季种群引起的，高密度时除了影响叶片功能外，采果前落叶还直接影响叶果比，从而影响果实生长。果实等级、品质和产量是构成柑桔经济价值的重要成分，但各因素对害虫为害的敏感性不同。

    （a）对果实品质的影响；

    （b）对果实大小的影响；

    （c）对产量的影响

补偿能力的评价

作物补偿能力评价是经济阈值研究中受害损失估计的重要内容之一。

    在一般情况下，柑桔春梢叶片受桔全爪螨吸食为害斑痕占叶面积51-70%以下时，其叶绿素含量和光合强度与健康叶片没有显著差别，不至于引起当年采果前落叶 (表1)。

    对果实生长和品质的影响也有类似的趋势，用SSR测验比较不同受害水平各阶段的生长率、收获后的果实重量、品质，其结果均比较一致，当结果枝叶片受害在31-50%以上时，果实生长率、果重、品质受到显著影响（表2）。

固定经济阈值的确定

   P每公斤锦橙的价格（元/kg)；

   D春季种群高峰期每头成若螨为害所造成的损失（kg/螨）；

   C以树为单位的防治成本（元/树）；

   F、T的意义不变。

   移项得   DFT=C/P

   C/P属社会经济学问题，其大小直接受农药价格、具体防治方案、劳动力及其工具、产品市场价格等的影响。

           以常用的杀螨剂三氯杀螨砜和三氯杀螨醇的平均价格计算，求得C=0.129元/株；P以国家收购价格代入。

           根据结果枝不同受害水平与产量损失关系（表3），考虑到柑桔对全爪螨的为害在51-70%以下具有补偿能力，以受害水平在51%以上的高峰期虫量进行计算，求得D=0.055kg/树。

          令F为一般果园的防治效果，取F=80%，代入上式得：T=5.87头/叶。把该值代入虫（x）与叶片受害(y)的关系式

           y=x(5.4020+1.0866x)    (r=0.7950)

           得  y=50.34%。

           即桔全爪螨经济阈值为，春季高峰期每叶片有成若螨5.87头或叶片受害50.34%。

 2、多期固定经济阈值模型

  苜蓿绿夜蛾幼虫对大豆的为害是一个多期过程，包括第一叶展开期、开花初期、开花盛期、荚伸长期和荚黄化始期，因各期的危害损失情况不同，必须分别测定出各阶段的经济阈值。

求各期防治的费用C_k；

求各期收益B_k (即挽回损失所获的收益）；

               B_k=Y·P·D_k·E

 式中，y为正常产量；P为作物价格；D_k为在k阶段时大豆被害的减产率；E为防治效果。

令各期收益等于费用，即：

              C_k=Y·P·D_k·E

根据各期虫量与减产率的关系计算对应的虫量，即为经济阈值。

由人工去叶试验得出k阶段大豆被害减产率与害虫食叶面积率（F）的关系为：

           D_k=A_kF+B_kF²

式中，D_k为k阶段大豆被害减产率；A_k、B_k为系数           又 F=E×N_k ／L_k

E为平均每虫取食的叶面积，N_k 为K阶段的害虫数量， L_k为K阶段的大豆总叶面积。

                

二、固定经济损失模型

    在害虫发生为害较轻、防治费用也相应较低的情况下，可采用Tanskiy提出的方法：根据作物产量、价格及防治效果等，首先确定经济损失允许水平3%或5%，然后根据下式求出单位面积的经济阈值虫口密度。

             ET=xy/20×C     (允许损失水平5%)

            或ET=xy/33.3×C     (允许损失水平3%)

            式中，x为对照区单位面积产量；y为消灭的虫口数或降低的受害程度；C为保护区增加的产量；分母中的20和33.3为5%和3%的倒数。

           例如，某地区甜菜夜蛾田间发生和防治资料如表所示。由于甜菜价格较高，取经济允许损失水平3%，将甲、乙、丙各区有关资料分别代入以上公式得：

           ET_甲=513×5.3/(33.3×13.4)=6.1(头/m²),

           ET_乙=513×14.5/(33.3×29)=7.7(头/m²),

           ET_丙=460×19.0/(33.3×34)=7.7(头/m²)。

           即该地区甜菜夜蛾幼虫的经济阈值为每平方米6.1-7.7头幼虫。

三、H. C. Chiang. (1979) 通用模型

    H. C. Chiang.提出以下数学模型：

           ET=CC/(EC×Y×P×YR×SC) ×CF

    式中，CC为防治费用；EC为防治效果；y为产量；P为价格；YR为由害虫为害所引起的产量损失%；SC为生存率；CF为临界因子，它是根据田间物候条件进一步确定经济阈值范围界限的因子。

 

害虫种群通常要随其所处生态条件的好坏而表现出不同的生存率。若环境条件较好，生存率高，使后期种群密度较高；若环境条件不好，生存率低，使后期的种群密度较低。即是说，害虫在有利或不利的生态条件下，后期的种群密度将在经济危害水平上下波动。即临界因子按环境条件的好坏取值2或1。

 

四、经济—生态效应模型

    害虫造成的损失应包括直接损失和间接损失。从长远观点看，间接损失应把杀虫剂过度使用造成的害虫抗性发展、土壤及环境污染等考虑进去。为了反映这些复杂的因子及其与环境生态学、经济生态学间的关系，丁岩钦提出一个完善的包括生态效应的经济阈值模型：

            假定作物产量损失百分率与害虫为害呈指数函数关系，其表达式为：

            y_t=a · exp(b·D_t)

            式中    a、b为常数；y_t为产量损失百分数；D_t为危害函数。

            由于害虫取食有其最大量且存在着种群密度制约的影响，因此害虫种群数量与对作物危害程度的关系常呈负加速曲线或S型曲线。图3（a）为负加速曲线，（b）为S型曲线，可用下式表示：

           D_t=kP_t^r/(b_t+P_t^r)

           式中    D_t为危害程度（t阶段）；P_t为害虫密度；k、 r 、 b_t 为常数，它们的生物学意义为：k代表害虫最大取食量；r为害虫对作物为害程度的反映曲线类型；r=1为负加速曲线，r>1为S型曲线。 b_t为害虫t阶段对作物发现难易程度的标志量；

        令防治的收益（B）等于防治成本（C₁），即B=C₁，建立经济阈值模型：

           B =V· N ·a ·exp[b ·k ·P_t^r/(b_t +P_t^r)]

            式中，N为危害为0时的作物产量；B由害虫为害损失的产值（即防治效果100%时挽回收益值）；V每单位作物的价格。其它参数与上述定义相同。

       令C₁ f=B , f为生态效益。

     C₁f=V· N ·a ·exp[b ·k ·P_t^r/(B_t+P_t^r)]

五、多因子经济阈值模型

    许多学者在具体研究害虫经济阈值时，常根据固定经济阈值公式进行计算。事实上，经济阈值包含很丰富的生态经济学内容，上述简单的固定经济阈值公式，不能反映生产实际生产实际中“害虫—作物”系统中的复杂关系。因此，谋求一个实用的、包括更多因素的经济阈值模型，无疑是很有必要的。

陈常铭等（1984）研究稻纵卷叶螟化学防治经济阈值时，考虑了天敌作用的因素。先求出无天敌作用时的经济阈值为每百丛水稻54头幼虫，然后求出主要天敌稻纵卷叶螟绒茧蜂的Holling模型：

            n=0.4023xt/(1+0.0667x)

            式中，n为稻纵卷叶螟被寄生的幼虫数；x为寄主密度；t为间隔时间。

            根据田间绒茧蜂密度（假设百丛水稻中有绒茧蜂1头），则可计算出稻纵卷叶螟幼虫可能被寄生头数为：

            n=0.4032× 54 ×4/(1+0.06697 ×54)=18.66头

           最后，求得在二九青上稻纵卷叶螟幼虫的经济阈值为72.66头/百丛水稻。

六、害虫混合种群的经济阈值

    许多害虫防治系统是个别害虫为对象进行研究的，这是因为某一地区内特定作物的关键性害虫一般只有几种，在目前的技术条件下，根据害虫种群动态理论来确立个别害虫防治系统，可以得到较好的防治效果。但作为农业生态系统中最适当的管理方法，则应该考虑包括各种主要害虫及其它有害生物的“更综合的防治系统”。

    当一种作物受多种害虫为害时，如果其中一种的种群数量达到经济阈值，显然就必须立即采取措施，而且最好是采取具有兼治作用的控制措施。如果没有一种害虫种群达到经济阈值水平，则可根据对害虫—作物系统的了解程度，采用下述三种模型判断混合种群是否达到经济阈值，进行防治决策。

（1）标准害虫经济阈值模型

    如果害虫混合种群对作物的危害性质相同或相似，且可使用一种农药实现兼治。同时，假定它们各自的经济阈值已研究清楚，即可根据它们的经济阈值分别计算对作物的经济危害力，然后以其中某一种害虫为标准，进行标准化。这样，便可把重要害虫的经济阈值作为混合种群的经济阈值。

（2）混合危害损失模型

    如果害虫复合体为害损失模型已知，那么可根据复合体经济受害损失水平进行决策。如目前对稻飞虱混合种群药剂防治2次约需成本15元左右，若以水稻平均亩产500kg、价格为1.5元/公斤，虫害损失产量2%计算，喷药可挽回损失15元，收支接近平衡。因此经济受害水平应在3%以下。初步认为2-3%较为合适，这样便可根据以下的混合为害损失模型进行决策。

            Y=-0.1612+0.2827x₁+0.725x₂

式中，y为混合种群造成的产量损失；x₁为白背飞虱种群密度（头/100蔸）；x₂为褐飞虱种群密度（头/100蔸）。

 把从田间实际调查的x₁, x₂数据代入上式，如y大于3-5%，说明已达混合种群经济阈值，必须立即进行防治，反之则不必防治。

 

（3）固定经济损失模型

           根据固定经济损失模型也可估计多种害虫混合种群是否达到经济阈值。如Tanskiy(1978）曾利用此法对甘兰上的菜蛾、菜青虫、大菜粉蝶和夜盗虫等多种害虫混合种群经济阈值进行测定。田间有虫株率90 %，防治区用敌百虫喷洒3次，对照区产量为2246.7kg/亩，防治区每亩增产446.7kg。甘兰产量高，价格较低，可用经济允许水平5%参与计算，但由于系多种害虫共同为害，也可利用允许损失水平3%，代入公式得：

           ET=2246.7× 90/(33.3 ×446.7)=13.6%

           即上述害虫混合种群的经济阈值为有虫株率13.6%。

七、生物防治的经济阈值

    上述对于“经济阈值”的讨论均从化学防治角度考虑。丁岩钦1980年提出生物防治经济阈值的制定问题。图4中C(c)为防治费用曲线（化防），C(b)为费用曲线（生防），ΔC(c)为防治费用增长率（化防）， ΔC(b)为费用增长率（生防），y为产量曲线， Δy(c)为产量增长率（化防）， Δy(b)为产量增长率（生防）。

     由于天敌本身也是生物，与害虫之间明显表现出密度制约因素的作用，既包括天敌与害虫两个种群各自的生物学特性关系，又包含着两个种群之间共同的相互制约的生物学关系。当寄主种群密度太大时，存在着饱和天敌种群现象，所以应用天敌防治害虫时，存在着上限阈值。超过此阈值时，如要达到防治效果，必须大量释放天敌，势必造成防治费用过大，经济效果不如农药。当寄主密度太低时，可能改变期分布型，从而减低天敌的攻击效应，说明害虫虫口密度低于一定水平时，应用天敌防治也是不经济的。

     另外，生物防治虽不象化学农药那样污染农田环境，但若利用于仓库或其它不允许昆虫碎片及其产物存在的场所时，作为生物防治剂的益虫将要造成污染。