物理植保技术及发展趋势

中国在物理植保技术发展的十几年中，已在病虫害防治的细节方面积累了许多有效的技术手段，特别是结合环境控制技术已能在设施作物生产中替代90%的杀真菌剂、70%的杀虫剂甚或完全替代[1-5]。随着减施农药的社会呼声的日益高涨，物理植保技术随即成为植保补位的重要措施，深度替代农药完成作物生长期的物理植保设施已经有了很多成功的实践，一些品种的植物生产设施的配置标准化工作逐渐丰满，韭菜、生菜、药用植物、烟草都有了物理植保技术方式，无农药生产方式日臻成熟[6]。植物真菌性与细菌性病害、虫害、病毒病、草害都有了明确处理方式和技术攻关方向。热害冷灾的预防技术也朝着更加有效节能、节资的方向发展。

土壤病虫害的防治

土壤病虫害涉及土壤连作障碍、作物抗病性、环境因素等多个方面，物理防治程序复杂，到目前为止，还没有一种方法可以通防成功的案例。然而，建立分而治之和寻找综合防治的新方法是物理防治土壤病虫害最明晰的科研开发战略，其实践所获颇丰。譬如，过去实践的电消毒电灭虫一体化技术因其耗电量巨大以及使用介导颗粒而不能普及应用，致其仅限于电绝缘的槽式栽培基质的处理，现将杀虫与消毒功能分开而出现的土壤电灭虫机在根结线虫、韭蛆治理方面获得突破。师从于自然界的山火和烧荒肥地原理展开的火烧液灌溉土壤修复方式打开了防治土壤病虫害的物理门，而原料仅仅是植物源农业废弃物和火，其生态和经济价值满足循环经济、青山绿水的可持续发展要求。

土壤电灭虫技术

土壤灭虫最可靠的办法是“在苗在秧”期的处理，收获后的土壤处理效果差强人意。在秧状态的土壤灭虫技术主要集中在电灭虫方面，如土壤瞬间放电灭虫技术、连续电脉冲土壤处理技术等。土壤瞬间放电灭虫技术已开始实际应用，实际上是电容贮放电原理用在土壤害虫防治方面的新发现。在土壤含水率达到饱和状态下，高电压大容量的电容器通过插入土壤中两极放电，其瞬间电流极大，土壤溶液产生电液爆效应，电极间昆虫会被强大的放电电流消灭或致残。从操作安全的角度出发，这种设备的放电能量不得过高，通常为500～8000 J，如一次瞬间放电达到10 kJ，温室及其周边建筑结构会受到损毁或干扰地震预测。小型机3DT-8型土壤电灭虫机瞬间放电的能量约为500 J，500 mm的極间距足以灭杀其间的根结线虫，300 mm的极间距内则可消灭大部分韭蛆，其处理效率能够达到220 m2/h，而对于蛴螬、蝼蛄则无致残作用，其原因在于放电功率和安全操作的制约。处理韭蛆现场见图1。

对于韭蛆的处理，除了土壤电灭虫处理法以外，另一做法就是中国农业科学院创造的薄膜覆盖高温法，土壤温度达到45℃并持续一段时间就可将韭蛆杀死，且杀灭率极高。

土壤病害的处理技术

土壤病害的物理治理并不能通过播种或移栽前的处理解决，火焰、高温水虽可杀灭很多害虫和病菌，但其残留病菌会在作物生长期如处理前一样泛滥成灾。

土壤电消毒技术曾在作物生长期进行了包括枯萎病、立枯病在内的防治试验，防治效果显著，也不对作物生长造成可视的阻碍，但因有效处理需要2.5 mA/cm2以上的电流密度，农村用电设施没有足够容量的线路承载大电流而推广受阻，大连农机推广站土壤连作障碍电处理团队也尝试建立独立的车载发电机供电的电消毒服务队，但因多种原因而无进展。

最新进展是从森林大火灭虫灭菌的自然法则而发展起来的“火烧液”灌溉土壤灭菌法，地面覆盖植物的燃烧不仅仅是温度杀虫杀菌，更重要的是燃烧湿润植物产生的“类焦油”物质浸润土壤灭菌甚或杀虫的自然秘密。“火烧液”可通过农业废弃物燃烧制肥机外加指定的农业废弃物通过燃烧获取，“火烧液”的杀菌杀虫以及消解土壤毒素的能力受农业废弃物的种类影响巨大。从目前的试验和实践效果来看，这无疑是一场土壤处理技术的革命[6-7]。火烧液及其制造设备见图2、图3。

地上部分病虫害的防治

作物地上部分的病虫害包括真菌性、细菌性病害、病毒病以及爬虫类虫害、飞翔类虫害几大部分。因应绿色植保要求，物理防治技术历经几十年的发展已经能够完成设施内的植物地上部分的保护任务，其技术内容丰富，而且升级和新创都很迅速。

真菌性病害

地上部分的真菌病害是植物病害中数量最大的一类，约占病害总数的70%～80%。真菌病害通过气流、雨水、虫媒等传播，真菌孢子萌发直接侵入寄主表皮细胞，或通过气孔等自然孔口及伤口侵入植物。设施农业的真菌性病害的物理防治除了防雨膜遮盖雨水溅落传播渠道和防虫网隔离虫媒传播渠道以外，通风、光照、空间电场、温湿度控制都能用于这类病害的控制。

通风最大的问题是温度的扰动，特别是寒冷季节的通风往往无法实现，因而通风作为设施农业的防病措施不可靠。

光照可以提高作物的抗病力，另一方面很多种类的真菌会在阳光照射下失去活力，问题是使用光照防病的重要指向是光照强度，只有光照强度达到12000 lx以上且照射时间每日超过12 h才可获得好的预防效果。高压钠灯、小功率浴霸灯泡在深冬阴霾天气里对灰霉病、疫霉菌病等真菌性病害都有好的防治效果。LED植物灯与高压钠灯相比，防病效果远不如后者，但高压钠灯补光防病的推广难题是电耗太大，经济上不划算，仅能在特殊经济价值的植物上使用。

温湿度自动控制技术也是解决设施农业植物病害的重要措施，但在设施农业生产中建造完好的温湿度自动控制设施寥寥无几，不过从长远发展来看，这类温湿度自动控制的植物生产设施会成为建设主流，食品安全注定会成为农业发展的终极目标。

空间电场环境中微生物气溶胶的净化与钝化、叶片表面保持干燥、光合作用强度的提高、根系活力的提高、强化的钙离子的生理调节等可在植物生长的全生育期内预防绝大多的气传病害的发生，且预防效果与单位平方米占用的电晕功率大小呈正相关。每667 m2温室使用30 W和使用80 W的空间电场发生器，其防病效果差异很大。空间电场往往会造成设施内空气干燥、叶片干燥，对白粉病的预防效果偏差。因而，为了更好的预防植物病害，特别是白粉病，空间电场设备往往与烟气电净化CO2气肥机联合使用，即空间电场/CO2同补技术。用于预防白粉病的同补技术中的CO2特指烟气CO2，植物燃烧产生的烟气含有硫氧化物和其他生物活性物质，在电晕作用下会既会形成硫磺熏蒸的效果又会产生更为有效的杀菌剂，这同使用“火烧液”防治白粉病的机制相似。

细菌病害

细菌性病害是由细菌病菌侵染所致的病害，如软腐病、溃疡病、青枯病等。侵害植物的细菌都是杆状菌，大多数具有1根或数根鞭毛。凡有植物生长的地方都有细菌病害分布，但发生的种类依不同气候带或不同生态区而异，迄今有记载的细菌病害有500种以上。细菌病害可通过多种途径传播，可通气孔、皮孔、水孔、伤口侵入，借流水、雨水、昆虫等传播，在病残体、种子、土壤中过冬，在高温、高湿条件下容易发病。寒冷季节的通风往往造成温差性的物理伤害，如伤叶、伤果等，土壤温湿度控制不柔和也将导致大量根系的损伤，其后果是极易滋生细菌、真菌性病害，非扰动温度的静态控湿措施仍依赖于空间电场的建立，单位面积空间电场发生功率越大除湿越好，防病效果越好。

真菌、细菌病害联控

寒冷天气里，植物地上部分的病害物理防治手段主要依赖于棚室内空气理化指标的静态控制或者缓慢的内外界的气体交换（带热交换器的），空间电场的静态净化能力与“火烧液”的联合使用是解决棚室植物病害的有效方式。另一种方法是空间电场与烟气CO2的同补，烟气净化后的CO2中仍含有微量硫氧化物、硝酸性气体和其他生物活性物质，在直流电晕电场的作用下吸附于茎叶、土壤表面，消灭了真菌细菌并营养了植物。

最新进展是空间电场与LED灯集成增产防病技术，虽然LED灯对预防阳光温室植物病害的效果差强人意，但其与空间电场的结合却能很好地提升真菌、细菌病害的预防能力，其应用见图4。物理植保技术与低毒低残留化学农药的结合也在试验，是减施农药的一种新的途径。

病毒病害

设施与大田作物、蔬果、观赏植物及林木等均有病毒病，目前全世界报道病毒病有700种，中国报道100余种。病毒病主要引起植株变色、坏死、畸形等症状。通过介体或非介体传播，介体传病毒的昆虫中以蚜虫、叶蝉和飞虱、蓟马最重要。

病毒病的物理防治当属热力钝化法和紫外线扫描法。热力钝化法主要用于林果木，如用于柑橘黄龙病的防治的热袋病毒钝化杀虫装置，虽有45～55℃高温闷棚但对西瓜、辣椒病毒病轉好没有明显作用[8]，蔬菜病毒病热力控制的实际操作还未见成功案例的报道。紫外线扫描法也在试验，剂量的大小与植物损伤、病毒钝化之间的关系均与植物品种有关，其量化工作量大，短时间内难以进入实用化[9-11]。

病毒病的防治重在防。控制蚜虫、叶蝉和飞虱、蓟马等传播介体是预防病毒病发生的有效途径，任何诱杀、捕杀、“物理性质”的药杀传播介体都可被用于预防病毒病的体系内。详细介绍见本文地上虫害物理防治小节。

虫害

害虫包括爬行和飞行害虫，其行为有喜好聚集的和特立独行的，对它们的物理防治多种多样，但有效的方法必须是集成的，任何一项单独的技术都无法完成虫害的预防任务。集成的物理防治虫害技术包括固定式的防虫网、色引黏虫板、色光双诱灭虫灯、移动式色光诱杀装置以及动态式的物理植保液等。

固定式物理植保设施中防虫网是最基本也是必须的物理植保设施，在实际应用中能够减施杀虫剂60%以上。固定式色引黏虫板或介电吸虫板（管）、色光双诱灭虫灯只有在防虫网完好的基础上才能“较”有效地控制虫口数，否则会成为虫灾制造者。固定式诱杀害虫设施的最大缺陷就是静静地守株待兔，这必然导致诱杀虫体数量有限，虽在设施内设置了很多，但植保效果差强人意。

移动式物理植保装置包括色引诱杀移动装置，如桁架移动式色引电灭虫装置，每天可以按照设定程序自动刮拨植物激起白粉虱、蓟马、有翅蚜虫聚集性飞入电击架中自取灭亡。也有一种色诱负压吸虫机可以通过人工操作铺集害虫，见图5。

对于聚集性害虫，如蚜虫、红蜘蛛、白粉虱、蚧壳虫、蓟马等的物理防治还有一种称之为物理植保液的水剂，其杀灭以上害虫速度快且无任何危害物残留，它是利用具有生物活性的纳米级驻极体解构昆虫组织胞膜致其快速脱水而亡的机理杀虫的，是微观物理植保技术代表产品，具有完全替代农药杀虫的潜力。对它的应用研究正在展开，商品化手续正在办理。一些农药企业也将其作为助剂混配到主药中增加其杀虫效果，如吡虫啉、阿维菌素、虱螨脲与物理植保粉的混配等。

蛞蝓、蜗牛、跳甲幼虫是一类喜欢潮湿的地面爬行类害虫，这一类害虫对电流非常敏感，大的脉冲电流会一击而垮。地表大功率短脉冲是解决这类害虫的有效方法，相关设备的农用化正在进行。

草害的防治

杂草的物理处理技术沿着收获后、植物生长中两个方向发展。收获后的杂草处理主要是草籽的热处理和冻融，如火焰土壤处理机。植物生长中的处理主要为电除草，它是依据电流从叶至根的热效应，处理时将一电极触碰杂草枝叶，另一电极插入土壤即可灭掉杂草。电除草优势是除草彻底，很少有残根复发，但农作物枝叶，特别是幼苗触碰电极，则会损伤甚至被电死。通常电损伤的多汁植株在与土壤接触的地方容易感染病害而生长不良，而树木等少汁液、茎秆纤维化程度高的植物对电击有着较强的抵抗力。其技术装备的研发品种包括自带发电机的行走式高频除草机、手持式电除草器。

设施覆盖、围护材料的附着藻类的清洗也属于物理植保的范畴。塑料膜、阳光板、玻璃、防虫网上的藻类无害环境与材料的清洗有了除藻纳米材料，试用的效果理想，对解决藻类污染遮阳问题无异于给了定心丸。

防治病虫害的综合设施

带电栽培植物技术就是通过电隔离装置将带静电的植物与大地隔离开的一种能够自动防病、能够实现快速生长、使用植物源“三态”肥（草木灰、烟气液体肥、烟气CO2）的物理植保与物理增产的集成技术。该技术依据带电植物的电离空气防病、静电斥力驱虫来防病防虫。实际测试效果：包括白粉病在内的植物病害均能获得满意的预防效果；偶尔感染（断电农事活动期间）的蚜虫、红蜘蛛可通过物理植保液灭杀；基质感染虫害可使用电灭虫器彻底清除；病虫害防治全程物理方式，可满足替代农药完成植保任务的要求[5]，见图6。

物理植保技术的未来预测

设施园艺的物理植保技术集成模式的建立与发展，拟在解决封闭环境植物全生育期病虫害无农药化的植保问题。因集成的分项技术的进步，设施的物理植保体系建设已经由简单的网隔离、传统的环境控制方案转向大幅替代甚至完全替代风险农药的植保方式转化，从土壤病到地上部分的病虫害都相应的有了专项技术措施，如土壤病虫害的多种物理处理技术，无土栽培营养液孑孓的电灭杀器等，过去难治的白粉病也有了多项物理防治技术措施，不用农药的韭菜生产方式已经投入运营，替代农药已不再成为设施农业的难题。

土壤物理或物理化学修复技术、病毒病物理防治技術也在多方面取得了进展，特别是土壤问题的综合处理方式尤引人注目，“火烧液”的浇灌处理或许成为解决连作障碍问题的一个关键点，对其成分和灭菌消毒杀虫的因子研究将形成一门新的学科。

参考文献

[1] 陈飞飞，张翔，周为华，等.漂浮育苗病虫害物理防治集成技术及应用[J].农业工程，2014，1（1）：114-116.

[2] 粱正航，张翔，陈曦，等.空间电场在烤烟漂浮育苗设施中的防病效果[J].农业工程，2015，9（5）：115-118.

[3] 易中经，周为华，刘滨疆.温室电除雾防病促生机除雾降湿的试验研究[J].农业工程，2015，11（6）：37-39.

[4] 隋俊杰，粱正航，周为华，等.静电灭虫灯诱虫技术在漂浮育苗中的研究[J].农业工程，2015，9（5）：127-129.

[5] 陈飞飞，周政雄，周为华，等.烤烟带电育苗病虫害与生长调查[J].农业工程，2016，6（1）：88-91.

[6] 周为华，易中经，刘滨疆.漂浮育苗病虫害物理防治技术与应用[M].北京：中国农业出版社，2016：7.

[7] 韩彦林.核桃病虫害综合防治方法[J].河北果树，2014（5）：36-38.

[8] 刘艳，许建民，王永平，等.可控温度与时间的植物病毒热钝化系统[J].江苏农业科学，2015，43（1）：376-380.

[9] GREENBERG B M，GABA V，CANAANI O， et al. Separate photosensitizers mediate degradation of the 32-kDa Photosystem II reaction center protein in the visible and Uv spectral regions[J].proceedings of the National Academy of sciences，USA，1989（86）：6617-6620.

[10] 谭荣荣，王友平，毛迎新，等.理化因子对茶尺蠖核型多角体病毒活性的影响[J].浙江农业科学，2016，57（12）：2030-2032.

[11] 张群.紫外线辐照对3种海洋微藻蛋白质含量的效应[J].安徽农业科学，2009，37（20）：9350-9351.

作者简介：刘滨疆（1962-），辽宁大连人，研究员级高级工程师，研究方向：生物物理与物理植保技术。

[引用信息]刘滨疆.物理植保技术及发展趋势[J].农业工程技术，2017，37（31）：24-28.