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FASE前沿研究:中国农作物有害生物监测预警技术的研究与应用

时间:2022-04-12 14:14  作者:admin  来源:未知  查看:  
内容摘要:粮食安全是解决世界饥饿问题,实现可持续发展的重要前提。由于全球气候变化、生物入侵(如草地贪夜蛾)、生物多样性降低和种植业结构调整等因素的影响,导致农作物病虫害种类繁多,危害也日趋频繁和严重。中国作为世界上最大的农业生产国之一,已成为产量损...

  粮食安全是解决世界饥饿问题,实现可持续发展的重要前提。由于全球气候变化、生物入侵(如草地贪夜蛾)、生物多样性降低和种植业结构调整等因素的影响,导致农作物病虫害种类繁多,危害也日趋频繁和严重。中国作为世界上最大的农业生产国之一,已成为产量损失最严重的国家之一,也是世界上最大的农药消费国。利用科学技术监测预警是实现农业可持续发展植物保护战略的重要基础。本文通过梳理总结农作物病虫害监测预警的科学研究和技术应用的发展历程、中国植物保护相关的法律法规和我国农作物病虫害监测预警体系(NMEWS),展示了中国农作物病虫害监测预警工作,以中国模式为例,介绍如何通过与相关国家开展国际合作推动农作物病虫害尤其是草地贪夜蛾和蝗虫等跨境害虫的区域治理。

  20世纪70年代以来,我国农作物病虫害的防治取得了重大发展。但是,农作物受病虫害的风险持续上升,例如:在19902019年间,中国主要的粮食作物玉米、水稻和小麦病虫害致灾面积增加了24%(图1),其中,20102019年的实际粮食产量损失增加了1.5 Mt。由于缺乏专业的病虫害治理知识和科学的化学农药应用方法,在区域性农作物病虫害(如稻飞虱和稻瘟病)暴发成灾时或非本地作物害虫(如草地贪夜蛾)入侵后,大多数农户往往优先使用化学杀虫剂来控制害虫。长此以往,害虫的抗药性增加,一些杀虫剂的有效性下降,广谱杀虫剂的大量使用还可致使天敌和其他有益生物死亡。

  图1 19902019年我国玉米、水稻、小麦病虫害发生防治面积和产量损失

  1993年1月,中国农业部颁布了《农作物病虫预报管理暂行办法》,加强了对发布农作物病虫预报、警报的管理,更好地发挥病虫预报对病虫害防治的正确指导作用,并提供了法律保障和服务。2020年3月,国务院公布了《农作物病虫害防治条例》,明确规定了管理原则,压实各级地方政府相关农业部门的防控责任,健全组织管理体制、监测预警和防控机制、经费保障,强化植保队伍建设和标准化专业服务等,是中国植物保护史上的一个重要里程碑,开创了植物保护的新纪元。2020年10月,全国人民代表大会常务委员会通过《中华人民共和国生物安全法》,自2021年4月15日起施行。《生物安全法》和《农作物病虫害防治条例》均体现科学进步和技术创新的重要性,强调科技创新是落实法律法规、实现监测预警技术现代化、强化生物安全防御能力的主要攻坚力量。为了促进农作物病虫害监测预警技术迅速发展,有效地履行保障地方粮食安全的职责,中国已制定相关规章制度。2020年11月5日,农业农村部发布了《农作物病虫害监测与预报管理办法(征求意见稿)》1,向社会公开征求意见,鼓励公众提出反馈意见。这是我国首次具体规范并落实各级政府在实施农作物病虫害监测与预报工作方面的责任。

  为了满足植物保护和生物安全监测预警技术发展需求,我国通过加强科研经费保障、设立各项科研项目优先推进专业队伍建设。随着现代农业信息技术的出现,病虫害监测预警发生了革命性的变化。自2002年起,我国开始初步建立农作物病虫害监测预警平台。例如,开发了基于遥感信息、预报算法和模型、轨迹计算、网络GIS平台的全国监测预警系统,为农作物病虫害防治提供决策支持。其他关键技术,特别是自动数据采集(田间或灯诱捕器)、计算机网络数据传输和管理、田间小气候和农作物病虫害实时监测以及实时远程监测系统等方面已日益现代化,应用也越来越广泛,为有效防治病虫害提供了必要的科技支撑。此外,成像技术、机器学习、深度学习、光学遥感观测、雷达技术、物联网、多时相遥感图像变化检测、农业大数据、云计算等最新数字技术进展,特别是人工智能(AI),已用于提高重大农业病虫害识别的准确性。近年来,全极化雷达的研发应用实现了对目标昆虫的全天候自动观测和精确测量,满足了日益增长的对迁飞性害虫精确监测和识别的需求。

  中国农作物病虫害监测预警体系(NMEWS)建立至今已有40余年。自20世纪70年代末以来,中国不断改进NMEWS,以应对病虫害长期对我国农业生产安全构成的威胁。利用国家政策和政府主导的农业推广体系,通过NMEWS的长期发展和应用,保障了粮食和主要农产品的供应。

  NMEWS行政管理体系明确了各级地方政府依法管理和严格履行相应的农作物病虫害监测预警职责和工作流程。

  (1)行政职责及管理。《农作物病虫害防治条例》第二章明确了县级以上地方人民政府、农业农村主管部门围绕监测与预报在保障国家粮食安全方面的职责分工(图2)。

  (2)测报对象的种类和分类监测管理。根据《农作物病虫害防治条例》相关规定,基于农作物病虫害的发生特点、危害程度、社会关注度和防控难度,将我国农作病虫害划分为一、二、三类。其中,必须由国家层面统一协调指导和组织控制的重大迁飞性、流行性、多发性、重发性和检疫性农作物病虫害属于一类;需要省级层面统筹解决的比较重大的病虫害属于二类;可以由地方县级政府负责的划分为三类病虫害。

  (3)测报的技术标准、流程和规范。制定各种测报标准,并根据目标病虫害的特点和发生情况规范了发生程度分级指标、监测、调查和预测方法、数据采集、处理和报送、预测建模和预测精度评价。

  (4)测报数据信息发布和应用。为了加强对农作物病虫害预报、警报发布的管理,明确规定了监测与信息报送、发布的制度和权限,预报种类(短期、中期、长期、超长期和警报)。此外,当前病虫预报或警报的发布渠道已经从电报、信函等更新到广播、报刊、电视、网站、微信公众号等现代媒体渠道(图2)。

  新法规、新技术给中国的农作物病虫害监测预警体系建设带来了巨大变化,并进入了一个快速、高效发展的新时期。各级地方政府应严格履行其义务和责任,巩固并促进现有NMEWS法律体系发展。此外,还需要进一步监督地方政府切实履行《生物安全法》、《农作物病虫害防治条例》等相关法律法规的执行。

  科技创新、科研科技人才的培养教育以及卓越创新团队建设对于完善农作物病虫害监测预警体系至关重要。为科学地应对重大农作物病虫害的频繁暴发,在农作物病虫害监测预警体系的运行、改进和现代化的基础上,实施以科技创新为主导的防控策略。未来的研究基于突破我国基础研究瓶颈和核心关键技术攻关,紧随现代互联网信息技术和云计算技术的进一步发展,部署“空天地”一体化的农作物病虫害系统精准监测预测网络,为实现科学防控及时提供决策依据。

  农作物病虫害很容易通过频繁的国际运输、农产品贸易往来和风媒传播,中国农作物病虫害监测预警体系的快速发展可以为其他国家提供经验借鉴和更丰富的病虫害发生信息。但是,对于一些跨境农作物病虫害(如草地贪夜蛾、飞蝗等),亟需联合国粮食及农业组织FAO等国际组织统一构建跨境监测预警网络,促进相关国家开展国际沟通与合作,有效推动重大农作物病虫害的区域性国家联防联控。

  注:1. 2021年12月24日农业农村部部令第6号公布了《农作物病虫害监测与预报管理办法》,自2022年1月24日起施行。

  由教育部主管、高等教育出版社主办的《前沿》(Frontiers)系列英文学术期刊,于2006年正式创刊,以网络版和印刷版向全球发行。系列期刊包括基础科学、生命科学、工程技术和人文社会科学四个主题,是我国覆盖学科最广泛的英文学术期刊群,其中13种被SCI收录,其他也被A&HCI、Ei、MEDLINE或相应学科国际权威检索系统收录,具有一定的国际学术影响力。系列期刊采用在线优先出版方式,保证文章以最快速度发表。

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