蝗虫化学防控研究进展

涂雄兵，李 霜，潘 凡，徐超民，陈 俊，董丰收，张泽华

（中国农业科学院植物保护研究所，北京 100193）

蝗虫是世界性农业重大害虫，除南极大陆、北纬55°以北区域，均发生过蝗虫灾害，全球常年发生面积4 680万km2，约1/8的人口遭受蝗灾的影响[1-2]。在我国历史上蝗灾、水灾和旱灾并称为三大自然灾害。公元前976年至今，我国共发生蝗灾1 200余次，平均3～5年一次大发生[3]。2020年2月10日，联合国粮农组织（FAO）向全球发布了沙漠蝗灾害预警，希望全球高度戒备正在肆虐的蝗灾，防止被入侵国家出现粮食危机。这也再次提醒人们，蝗灾依然是粮食生产和生态安全的严重威胁[4]。

1 世界蝗虫灾害概况

1.1 主要成灾蝗虫

全世界有记录的蝗虫约14 000种，隶属于昆虫纲（Insecta）、直翅目（Orthoptera）、蝗亚目（Caelifera），分为蝗总科（Acridoidea）、蚱总科（Tetrigoidea）和蜢总科（Eumastacoidea），2 364属，约300种形成灾害。我国有记录的蝗虫1 200余种，约占世界全部种类的8.5%，隶属于283属，60多种为害严重[5-7]。其中东亚飞蝗（Locusta migratoria manilensis）、亚洲飞蝗（Locusta migratoria migratoriaL.）、西藏飞蝗（Locusta migratoria tibetensis）3个飞蝗亚种，以及亚洲小车蝗（Oedaleus asiaticus）、意大利蝗（Calliptamus italicusL.）、西伯利亚蝗（Gomphocerus sibiricusL.）等迁飞性蝗虫，可形成异地突发性灾害。其他50余种蝗虫多为害草原，不具备迁飞特性。2020年初，突袭了非洲北部、阿拉伯半岛、西南亚地区的沙漠蝗（Schistocerca gregaria）为大众所认知[2,4]。另外，还有非洲飞蝗（Locusta migratoria migratorioides）、红蝗（Nommadacris septemfaciata）、树蝗（Anacridiummelanorhodon）、塞纳加尔蝗（Oedaleus senegalensi）等几十种蝗虫，也曾多次导致非洲大陆严重的灾害。发生在欧洲大陆的摩洛哥蝗（Dociostaurus maroccanus）、白边雏蝗（Chorthippus albomarginatus）、意大利蝗等也曾导致数次严重的灾害[2,4,7]。美国最典型的蝗虫是落基山蝗（Melanoplus spretus），暴发于1870年，数万家农场因此变成了废墟，导致了经济大萧条，失业增加，社会动荡；美国动员全社会共同努力，用尽各种手段，于1902年彻底消灭了落基山蝗，如今人们只能在博物馆里见到该种蝗虫[8]。此外，北美洲还有美洲沙漠蝗（Schistocerca Americana americana）、迷彩车蝗（Oedaleonotus enigma）、血黑蝗（Melanoplus sanguinipes）、双带黑蝗（Melanoplus packardii）、双线黑蝗（Melanoplusbivittatus）等主要成灾种类[2]。澳大利亚成立了蝗虫防治委员会，专门防治澳大利亚的灾蝗（Chortoicetes terminifera）、飞蝗（Locusta migratoriaL.）、红蝗等3种成灾蝗虫[2,9]。

1.2 国际蝗灾发生情况

蝗灾发生是世界性的，也是历史性的。公元前4500年，古埃及法老陵墓中就发现了关于蝗虫的雕刻。《旧约全书》记载了古希腊人和罗马人对蝗灾的恐惧。公元前3世纪，《圣经》中生动描述了沙漠蝗虫暴发成灾的场景。公元811年，蝗虫吞噬了阿拉伯、拉辛、泰拉和埃德莎领土上的所有作物[10]。即使到了20世纪，蝗灾也是决定非洲国家粮食供给的重要影响因素。20世纪后半叶，非洲发生蝗灾17次，平均2.9年一次；1900—2000年，南美洲发生蝗灾28次，平均3.6年一次[10-11]；1818—1985年，以色列发生沙漠蝗灾达12次，损失惨重[10,12]。1986—1989年北美采用化学防治措施控制蝗虫危害面积达8 200 万hm2[13]。2003—2005年，为防治沙漠蝗，数百万升的化学农药倾倒在非洲2 980万hm2的土地上[14]。尽管如此，2012年，马达加斯加再次暴发蝗灾，导致60%人口面临饥饿问题[15]。2014年，意大利蝗和摩洛哥蝗席卷高加索和中亚地区670万hm2农田[16]。沙漠蝗被认为是世界上最为严重的成灾蝗虫之一，2020年初大面积暴发，一天随风迁飞100～200 km，侵袭了从非洲西部苏丹和厄立特里亚至巴基斯坦和印度交界地区，数百万人口受灾，给近20个国家粮食生产带来严重威胁[4,17]。

1.3 我国蝗灾发生情况

历史上我国是蝗灾为害最为严重的国家之一，明代徐光启曾说：“凶饥之因有三，曰水，曰旱，曰蝗……惟旱极而蝗，数千里间，草木皆尽，或牛马毛幡帜皆尽，其害尤惨过于水旱者也”[18]。北宋时期制定了《捕蝗法》；元朝建立了地方首官负责制，有了“除蝗于未然”的预防意识，制定了秋耕晒卵的耕作制度和保护天敌的明令；明朝的徐光启撰写的《除蝗疏》中详尽地论述了如何治蝗；清代的治蝗律例更为完善，在陈芳生撰写的《捕蝗考》中，介绍了蝗虫发生规律与防治方法，逐渐趋向科学防蝗[19-20]。周尧[21]在《中国昆虫学史》中系统地阐述了蝗灾的历史。

新中国成立以来，党和国家高度重视治蝗工作，通过对蝗区进行大规模改造，结合化学防治，使蝗灾治理取得了明显成效。1951年，曹骥等[22]首先研究了六六六毒饵治蝗技术。1952年，邱式邦等[23-24]将六六六粉使用量减小，仅为原用量的1/6，并于1975年提出了“预防为主，综合防治”的植保方针。1954年，马世骏[25]提出了“改治结合、根除蝗害”指导思想。20世纪90年代，严毓华[26-27]提出了“生物防治与生态治理相结合”的蝗虫治理理论，李鸿昌等[28]提出了“农田连片、减少入侵”的统一规划理念。陈永林[1]提出了“系统生态学和生态工程学”的观点，以及“植物保护、生物保护、资源保护、环境保护”相结合的“四保”对策。Wang等[29]建立了蝗虫分子生物学基础，揭示了飞蝗散居型向群居型过渡的型变机制。另外，中国农业大学应用微孢子虫治蝗取得重要进展[30]。中国农业科学院植物保护研究所应用真菌防治蝗虫取得长足进步，与农业农村部农药检定所共同制定了真菌农药国家标准，启动了我国真菌杀虫剂登记，2002年我国第一个真菌杀虫剂产品上市，截止2017年应用真菌防治蝗虫面积超过666.67万hm2，2019年完成了国内首条全过程自动控制生产线建设[31]。

2 蝗虫化学防治进展

2.1 蝗虫化学防治的历史

蝗虫化学防治见证了化学农药使用的变迁过程。1874年，德国化学家齐德勒采用化学方法合成了DDT。1939年，瑞士化学家穆勒发现DDT是昆虫的神经毒剂，能够有效地防除蚊虫而控制虫媒传播的疟疾、伤寒蔓延，产品上市后使数亿人从疾病的痛苦中解救出来，挽救了近千万人的生命。一时之间DDT成为灵丹妙药，穆勒也因为发现DDT杀虫活性于1948年荣获诺贝尔生理/医学奖[32]。随后，1942—1945年，有机氯同族化合物林丹、六氯环己烷、艾氏剂、狄氏剂和异狄氏剂相继被研发合成。1946年，六氯环己烷（六六六）被英国帝国化学公司大规模开发上市。人们以为找到了包医百病的良药，这些化学药剂也被认为是害虫的终结者。这一时期，六六六、狄氏剂也开始用于防治蝗虫，能迅速减少蝗虫种群数量。1952年，六六六粉剂和毒饵在我国蝗虫防治工作中发挥了重要作用。1953年以后，有机氯为主要有效成份的农药被大面积推广应用，有效地控制了蝗灾的发生[24-25,33]。

20世纪70年代，有机磷农药马拉硫磷、乐果、甲胺磷等开始占据主导地位[34]。有机磷农药具有选择性强、药效高、成本低等特点，在防治工作中被广泛应用。如美国采用马拉硫磷和乙酰甲胺磷防治蝗虫，巴西采用杀螟硫磷和马拉硫磷防治迁飞性蝗虫，均取得了很好的防治效果[35]。在我国新疆巴里坤草原，用飞机超低量喷雾进行化学防治蝗虫试验，结果表明马拉硫磷、马拉硫磷与敌敌畏混剂、乐果、稻丰散和乙基稻丰散分别与敌敌畏混用等5个处理均可替代六六六粉剂防治草原蝗虫[36]。

20世纪80年代后期，蝗虫的防控工作逐渐由单一追求防效，向防效与环保兼顾转变。人们开始关注高效低毒化学农药的使用，多种药剂混用、轮用、交替使用。20世纪90年代，随着拟除虫菊酯类农药的引进，逐渐替代了有机磷类农药为主的蝗虫防治[37]。例如，杀螟硫磷和氯氰菊酯混配试验，对抗药较强的蝗虫种类防效达90.0～97.0%，杀螟硫磷与氰戊菊酯混配试验，施药后72 h蝗虫死亡率达到88.5～97.0%[38]。

2.2 蝗虫化学防治的现状

20世纪90年代至21世纪初，氟虫腈在蝗虫的防治工作中占据了重要地位。但由于其对水生生物、传粉昆虫、昆虫天敌等非靶标生物的不良影响，2009年7月1日被限制使用。目前，蝗虫化学防治药剂种类多样，有菊酯类、大环内脂类、新烟碱类农药等，符合高效低风险要求[39]，在蝗虫防治过程中发挥了重要作用。例如，应用4.5%的高效氯氰菊酯和2.5%的高效氯氟氰菊酯超低量喷雾，3 d后蝗虫防治效果达到86.5%，7 d后就达到90.4%，15 d后达到92.1%[40]。这类药剂不仅用药量低，且与有机磷化学农药相比成本较低，可节约开支近90%[39]。据最新统计表明，我国农药登记用于防治蝗虫的产品有35个，有效成分12个，其中化学农药有敌敌畏、马拉硫磷、吡虫啉、溴氰菊酯、高效氯氰菊酯、阿维·三唑磷等7个产品，植物源农药有苦参碱和印楝素2种，微生物农药有球孢白僵菌（Beauveria bassiana）、金龟子绿僵菌（Metarhizium anisopliae）、蝗虫微孢子虫（Nosema locustae）3种。上述产品通过了我国农药登记风险评估程序，均为低风险防蝗药剂，正常使用对农产品和环境安全无不良影响[41]。

2.3 蝗虫化学防治技术

除选择高效安全农药外，防治指标和防治适期也至关重要。目前，我国蝗虫防治指标中飞蝗防治指标为0.5头/m2，其他蝗虫为5～25头/m2。根据种群发生密度，危害区分为3个级别，超过防治指标2倍以上为严重危害区；超过防治指标，低于2倍防治指标为危害区；未超过防治指标但存在暴发风险的为潜在危害区。依据危害区不同级别采取相应措施，严重危害区域以化学防治为主，危害区域主要以生物防治为主，潜在危害区以生物防治结合生态调控进行预防。建议进行蝗虫种类普查，蝗区区划，作为分区分级防控的依据。蝗虫种类多、交替发生，防治适期选择是关键，优势种3龄之前防治效果最佳，此时蝗蝻聚集为害，虫体小、耐药性差[31]，同时要兼顾其他种类防治。制定化学农药交替使用、间隔施药技术，化学农药与生物农药互补应用技术措施，预留天敌避难所，依据发生区面积制定防治方案。小面积、局部发生区域采用背负式设备带药侦察，发现高密度区及时防治；在发生面积小于500 hm2的集中连片区域，采用大型地面喷雾设备进行防治；发生面积大于500 hm2以上的区域，优先使用飞机防治，推广超低容量喷雾施药技术和GPS飞机导航精准控制技术。在地形、植被环境复杂发生区域，可以选择适宜的防治措施提高防治效果[31]。

3 蝗虫化学防治存在的问题与对策

3.1 蝗虫化学防治存在的问题

高风险化学农药用于防控蝗虫引发的环境污染及健康损害问题。1985年～1986年，呋喃丹被广泛用于加拿大蝗虫防治，分别占艾伯塔省总喷洒面积的57%（44.06万hm2）和65%（46.87万hm2），导致大量动物、鸟类因取食植物而死亡，大量海鸥等天敌捕食蝗虫二次中毒[42]。萨勒赫地区因化学防治蝗虫后禁令管理不善，导致民众出现了头晕、头痛、呕吐等症状，呼吸系统、神经系统、消化系统等均受到了影响[43]。

化学防控剂型技术落后导致环境污染及生态损害问题[44-45]。1970年以前，化学防治蝗虫的油剂和饵剂以现场配制为主[44]。油剂多以二线油为载体，对喷施设备有腐蚀作用，对环境影响较大[46]；饵剂配制管理粗放，导致非靶标生物中毒事件时有发生[47]。悬浮剂易发生变化，如分层、絮凝、结块等[48]。可湿性粉剂用于蝗虫防治，但影响土壤理化性质，对土壤中蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶及细菌等微生物有明显的抑制作用[49-50]。乳油助剂多为苯、甲苯、甲醇等，比例占到30%～60%，对防治区人畜、鸟类影响严重，导致环境安全问题[43]。

化学防控技术落后造成的3R问题。防治措施单一和过度依赖化学农药导致的抗性、残留和再猖獗问题，已成为世界公认亟待解决的难题[51]。经检测，东亚飞蝗对马拉硫磷已产生抗性，其中天津地区的东亚飞蝗抗性水平为2.9倍[52]，海南为14.8倍，河北为57.5倍[53]。部分区域生态保护意识落后，农药使用量逐年增加，蝗虫天敌等有益昆虫迅速减少，导致生态系统失衡进而引发蝗灾再次暴发。另外，飞机和无人机缺乏精准控制、漂移严重、环境残留污染问题严重。2015年前，北美、澳大利亚、非洲部分地区已经使用GPS导航系统，但仍存在定位精度不够、设备匹配不到位问题，并未实现真正意义上的精准施药[54-55]。

3.2 蝗虫化学防治问题对策

新型高效低风险化学药剂研制开发为蝗虫的有效防控提供物质基础。我国化学农药创新平台建设日趋完善，高效低风险农药设计理念已经形成[31]。未来针对分子靶标设计开发的新药将会有巨大的商业前景，包括以发育抑制[56]、不育诱导[57-58]、滞育调控[59]等为目的的新靶点药物研发将会有重大突破，其特点是专一性强，理想状态可以一虫一药，环境友好，对人畜无害。另外，缓控释型新剂型具有良好的开发价值。针对目前防治蝗虫应用成熟的高效低毒化学农药，如拟除虫菊酯类[37]、新烟碱类[60]等常规农药开发新剂型，能够显著克服原有助剂污染环境、有效利用率低的局限，为蝗虫高效精准防控提供有力支撑。

大力发展精准高效施药技术为蝗虫应急快速精准防控提供技术基础。利用红外传感和3D识别技术，研发基于施药场景和靶标生物特征识别技术，研制人工智能精准变量施药装备[61-62]。蝗灾发生区面积大，识别困难，无人机遥感平台可以轻易实现大面积监测与防控。通过土壤特征及理化性质分析，建立蝗卵密度、发育进度预测模型，可以准确描述发生区及其蝗卵分布特征[62-63]。既可以减少工作量，又能弥补卫星遥感分辨率低的缺陷。无人机用于防治蝗虫单机一天作业量超过66.67 hm2，实现省水90%、省药30%，有效解决了漏喷、重喷的问题。对于局部高密度蝗群防治，具有重要的应用价值[64]。

蝗虫具有突发性、暴发性、迁飞性特征，化学防治是应急治理的主要技术手段，而有蝗无害，实现生态系统平衡是未来蝗灾绿色可持续防控的理想目标，因此，应推广与应用绿色可持续防控技术。①构建蝗虫防治生态经济阈值，蝗灾防控不能只考虑经济，还要兼顾生态；②化学防治要考虑与生物农药互补应用，既可以快速压低蝗虫种群又能够实现持续。同时要保护天敌，实现生态治理；③实行分级分区策略，应根据蝗灾的不同发生区域和危害程度采取相应的防治手段，多种防治措施相结合建立蝗虫综合防控技术体系，才能从根本上控制蝗害[31,65-66]。

此次沙漠蝗灾害引起世界各国的关注，因涉及粮食安全、生态安全，属全球公共事件。如果蝗灾导致粮食供给短缺，势必会波及全球市场，没有人能置身事外。现阶段，草原蝗虫仍然是我国面临的重大威胁。如果草原生态遭到破坏，将会造成结构性失衡，进而引发草原沙化、荒漠化的恶性循环，或导致生态移民。因此，坚持“预防为主，绿色防控，系统平衡，和谐共生”的新理念，坚持“生态与经济并重，生态优先”的防控策略，是实现生态系统平衡、有蝗无害的根本保障。我们只有一个地球，希望加强国际合作，共同应对蝗虫灾害！