中国鼠害治理的瓶颈、短板与机遇

刘晓辉

(中国农业科学院植物保护研究所，北京 100193)

在我国鼠害主要发生于农村和草原地区,鼠害治理事关国家粮食安全、生态安全和生物多样性保护、生物安全和人民生命健康[1-2]。随着我国生态文明建设指导思想下对天然草原功能的重新定位以及《中华人民共和国生物安全法》的颁布,中国鼠害治理的理念和需求正在发生着重大转变,本文根据鼠害发生及治理的特点从技术层面探讨了新形势下中国鼠害治理的瓶颈和短板,及其给鼠害生物学与治理学科发展带来的机遇。

1 鼠害治理的特殊性

绝大多数鼠类是植食性小型哺乳动物,这一特点决定了鼠害治理与其他农作物有害生物防控有截然不同的特性,这些特性则决定了鼠害治理技术研发的根本方向。

首先,鼠类植食性取食行为是鼠类威胁粮食安全的主要生物学特性,化学灭杀是有效控制鼠类为害最直接有效的方式。杀鼠剂是我国有效成分种类最少的农药类型,中国农业信息网(http:∥www.icama.org.cn/zwb/dataCenter)登记信息显示,有效期截止日期至2028年8月20日,我国杀鼠剂有效成分种类共13种,其中包括一种非化学作用方式杀鼠剂(地酚硫酸钡),一种非灭杀型不育剂(莪术醇)。在我国,抗凝血杀鼠剂(共6种)是种类最多应用最广的种类,从20世纪70年代开始在我国登记并广泛应用,而严重困扰欧美的抗凝血杀鼠剂抗性问题,在我国目前仅在黄胸鼠Rattustanezumi一个鼠种中发现[3-6]。因此从灭杀控制需求看,不多的杀鼠剂种类已足以满足各类害鼠的治理需求,从药物有效成分角度,新的灭杀型杀鼠剂种类研发并不急迫。

第二,与其他农作物有害生物防控过程中药剂多数直接施用于农作物表面或者有害生物体表不一样,杀鼠剂需与饵料混合并被鼠类取食后方可发挥作用。这一特点决定了:1)基础饵料能否高效吸引鼠类取食是决定杀鼠剂效率最重要的因素;2)杀鼠剂与其他农作物有害生物化学防治有截然不同的残留风险特征,即由于杀鼠剂的特殊施用方式,总体上不存在和农作物直接接触而形成的高残留风险,尤其是残留导致的取食农作物的中毒风险。杀鼠剂残留风险主要来源于残留毒饵被非靶标动物取食或误食,以及二次毒性在食物链传播所造成的风险[7]。

第三,化学作用方式的杀鼠剂存在广谱性特征。由于哺乳动物生理及代谢过程的高度相似性,现有杀鼠剂(包括不育剂)尽管在作用效果上的确存在种属差异,某些药物种类甚至存在对一些鼠类效果甚微的现象,然而总体上讲,只要是化学作用方式的杀鼠剂,几乎对所有害鼠种类都有效,并且对同为脊椎动物的其他哺乳类和鸟类存在风险。美国环境保护署(United States Environmental Protection Agency)对3种第二代抗凝血杀鼠剂(大隆、噻鼠灵和溴敌隆),3种第一代抗凝血杀鼠剂(敌鼠、氯敌鼠和杀鼠灵)和3种非抗凝血杀鼠剂(磷化锌、溴鼠胺和胆钙化醇)的风险评估结果表明,杀鼠剂应用的安全风险主要源于没有靶标特异性,对于误食各类毒饵的鸟类及非靶哺乳动物都有潜在的风险[8]。

第四,毒性高低是判断杀鼠剂风险的第一因素。化学作用方式杀鼠剂对包括人类在内的非靶标哺乳动物和鸟类存在毒性风险。半致死剂量(LD50)和半致死浓度(LC50)是评价杀鼠剂风险的关键指标[8],而毒性作用时间对于人类风险评价非常重要。作用时间短是目前我国已禁用杀鼠剂最重要的共同特征,2019年前禁用的5种神经毒性类剧毒杀鼠剂(毒鼠强、氟乙酰胺、氟乙酸钠、甘氟和毒鼠硅)中,起作用时间最长的甘氟,对大鼠LD50为30 mg/kg,作用时间仅需要2～3 h,毒鼠强和毒鼠硅仅需要10～30 min即可导致死亡[9]。2019年列入禁用药物名单的磷化锌,对大鼠LD50为40.5 mg/kg,致死时间小于24 h[9]。致死时间极短导致来不及救治,是剧毒杀鼠剂对人类最大的风险。鉴于生物源农药对环境友好的特征,我国目前大力倡导生物源农药制剂,然而杀鼠剂毒性高低与是否生物源无关。如雷公藤甲素对小鼠经口毒性的LD50为0.788 mg/kg,死亡高峰16 h[10];曾用作杀鼠剂的海葱素对大鼠经口毒性的LD50为1.8～2.5 mg/kg,12～24 h出现死亡[9]。残留时间长短是杀鼠剂风险的重要因素[7],尽管生物源农药存在残留时间较短的优势,由于杀鼠剂风险主要来源于毒性,而我国目前灭杀型化学杀鼠剂(包括生物源杀鼠剂)起作用的高峰时间一般不超过5～7 d,并且对鸟类和非靶标哺乳动物特异性不足,因此在没有对非靶标生物安全风险可靠数据支持的情况下,应当将毒性(包括LD50及作用时间)而非是否生物源作为杀鼠剂风险的最基本判断标准。这一特性对于指导杀鼠剂研发及科学管理尤其重要。

第五,鼠害治理需同时考虑粮食生产安全(包括牧草生产)、生态保护和疾病控制,存在治理需求差异的矛盾。总体来讲,粮食安全和疾病控制要求将鼠类控制在尽可能低的发生水平,生态保护要求鼠类不宜一味灭杀和过度控制,鉴于鼠类在食物链网中的特殊性以及其他重要的生态功能,保持适当的鼠类种群数量,有利于生态平衡的保护和恢复,对实现草原可持续发展和利用具有极其重要的意义[2]。

2 鼠害治理的主要问题、短板及瓶颈

由于杀鼠剂对哺乳动物和鸟类的毒杀作用也很强,因此此类药剂是我国管理最为严格的农药类型。2019年农业农村部农药管理司颁布的《禁限用农药名录》中,禁止(停止)使用的农药共46种,其中杀鼠剂占6种;在目前登记(有效期截止日期至2028年8月20日)的13种杀鼠剂(有效成分)中,有8种列入了农业农村部公告第2567号《限制使用农药名录(2017)版》。这也反映了杀鼠剂对人类及其他非靶标动物的风险。在实际应用中, “一刀切”现象是我国鼠害治理存在的主要问题。鼠害治理一刀切现象可以简单归纳为无视鼠害发生特征(鼠害发生的环境、种类、发生程度等)简单一灭了之的行为。过去40年来,在农、林、牧、卫领域,对鼠害的治理都以简单的广谱灭杀方式为主,忽视了鼠类在生态系统中重要的生态功能,造成很多草原地区鼠类过度控制现象,这种治理方式除了对天敌等动物类群繁衍造成直接影响,已经开始对草原植被生长产生负面效应,尤其在荒漠草原,随着鼠类和鼠洞的消失,导致土壤保水能力和肥力显著下降,严重影响草地植被生长,天然草原牧草生产正受到严重威胁。在水肥条件相对较好的草原地区,如青藏高原,鼠类活动同样对草地植物多样性起着重要的作用[11-13]。世界其他地区的研究也证明鼠类作为生态系统工程师的重要角色[14-17]。由于草原生态环境脆弱,一旦鼠类种群由于过度灭杀无法恢复,将对草原生物多样性、生态稳定性和可持续性造成不可逆的严重后果;而生态平衡及生物多样性的破坏将进一步加剧鼠害以至其他有害生物灾害的发生。

鼠害治理一刀切现象的普遍存在有很多历史原因,从鼠害治理的理论和技术层面,可以归结为两个方面的原因:1)“生态优先”鼠害治理的理论支撑不足是目前鼠害治理一刀切问题发生的主要根源之一。这一点在草原鼠害治理的实践中尤为突出。数据支撑不足导致了我国草原鼠害治理“生态阈值”空白与制定的困境,阻碍了“生态优先”鼠害治理策略的推进。2)鼠类在响应化学杀鼠剂方面的高度相似性是鼠害治理一刀切现象的生物学基础。相对于其他农作物有害生物的治理,杀鼠剂应用简单易行。由于我国只对杀鼠剂的登记环节进行管理,对杀鼠剂使用过程监管严重不足,加之鼠类对化学杀鼠剂高度敏感,可以无视种类、环境等差异以灭杀方式简单地加以实施,从而导致目前草原鼠害治理一刀切现象大行其道,而杀鼠剂的广谱性则为鼠害治理一刀切现象的大行其道提供了可能。

从目前我国鼠害治理问题的特殊性可知,加强对鼠类生态功能的研究,逐步制定与完善草原鼠害治理的生态阈值,将是我国生态文明思想指导下“生态优先” 鼠害治理理论的主要发展方向。针对鼠害治理的行业需求差异及杀鼠剂应用缺乏科学性的现象,以提高鼠害治理的靶标性为根本目标,以“一地一策、一鼠一策”为鼠害治理策略研究发展方向,以“精准监测指导精准防控”,将是未来我国鼠害学科及监测治理技术研发的重要方向和目标。面向这一目标,目前我国鼠害治理主要短板和瓶颈主要体现在:

第一,鼠害监测效率低、准确度不够是制约鼠害治理生态阈值研究与制定,鼠害精准监测和预报,鼠害治理决策及治理效果科学评价的最主要瓶颈。我国历史上及当前获取鼠害监测数据都主要是依赖夹捕、堵洞法、TBS(围栏+陷阱系统)等传统鼠害监测技术,这些技术过度依赖人工,致使鼠害监测效率低下、精准度不足[2, 18],远远无法满足鼠害发生的个性化差异对鼠害监测的需求[2]。尤其在草原地区,鼠害发生范围广[1],鼠害治理最适期在每年3-5月份害鼠怀孕高峰期,在鼠害治理开始前完成鼠害监测对于鼠害治理的科学决策极为重要,然而受监测技术限制以及这一时期恶劣天气的影响,对于如何在短时间内完成大范围高效、准确的鼠害监测提出了极高的要求。

第二,生态友好型种群调控技术的缺乏是我国鼠害防控的主要短板之一。尽管近年来我国鼠害防控技术取得了长足的进步,天敌防控类的招鹰架技术,物理防控类的TBS(如围栏+陷阱)技术,化学防控类的不育技术和以毒饵站为代表的杀鼠剂施用技术等,都是具有代表性的生态友好型技术,但这些技术尚远远无法满足“生态优先”鼠害治理的需求[2, 18-19],目前以广谱性灭杀为主的模式仍严重威胁着我国生物多样性及生态安全。

3 鼠害学科发展的机遇和急需重点关注的研究领域

鼠害治理不仅事关我国粮食生产安全,还事关人民生命健康,事关生态安全及草原可持续发展。生态文明理念的发展,鼠害治理的行业需求差异,给鼠害治理带来了巨大挑战的同时,也意味着鼠害学科发展的重大机遇。以鼠害科学治理为目标,未来几年鼠害学科发展需重点关注的问题和领域包括:

3.1 客观评价草原生态系统中鼠类的“害”与“益”

对鼠类发生的科学评价是鼠害科学治理的根本依据。从对粮食生产安全(包括对牧草生产的危害)及人类健康安全的影响看,鼠类的危害是毋庸置疑的,然而越来越多的证据表明,鼠类在维持生态系统正常运转中具有重要的功能,与人类社会可持续发展有不可分割的联系。在生态系统中,以植物为主的自养生物类群是维持生态系统运转的基础[20],因此从鼠害治理的目的出发,应将是否有利于草原植被发生作为评价草原生态系统中鼠类的“害”与“益”的根本标准。这也是草原鼠害治理生态阈值制定的主要依据。

3.2 以草原生态系统的植被和鼠类为核心要素,开展长期性观测与分析

我国在鼠害治理生态阈值研究方面几乎处于空白状态[2]。历史数据的缺乏和观测的系统性不足是目前阻碍我国鼠害治理生态阈值研究和制定的主要原因。一个生态系统中,作为生产者和初级消费者,除了两者之间的直接互作,植被生长和鼠类种群动态还受到生物因素(如昆虫、鼠类天敌等)、季节、气候、土壤理化性质等众多因素的影响[20-21]。以客观评价鼠类对植被生长的影响为目标,系统考虑影响鼠类种群数量波动的各类因子,开展长期性观测与分析,对于草原鼠害治理生态阈值制定及鼠害发生预测预报精准度的提高极其重要。

3.3 急需拓展地域及害鼠种类特异性智能监测技术及产品

鼠害治理生态阈值的制定要求对鼠类与植被进行观测。我国草原生态类型复杂多样,如内蒙古地区中东部以典型草原为主,青藏高原以高寒草甸为代表,从内蒙古西部沿河西走廊直至新疆两盆周边以荒漠、半荒漠草原为主,不同类型草原生态系统中植物、鼠类、天敌种类差异巨大,气候特征各不相同。尽管以机器学习为代表的开源算法[22]为智能监测技术的发展提供了广阔的空间,然而以植物及鼠类生物学特性为基础的原始观测数据是实现智能监测的基础。尤其是针对鼠类活动的时空动态,如何设计符合鼠类行为习性的终端设备,捕获与鼠类种群数量相关的实时数据,将是影响鼠类智能监测技术发展的关键。智能监测的主要目的是服务于鼠害治理,因此如何根据鼠害危害特征、鼠害治理对监测的要求、鼠害防治效果评价等实际应用需求,以解决目前草原鼠害监测效率低、准确度不够为目标,合理配置和获取具有地域和害鼠种类个性化的基础监测数据,将是未来几年智能监测技术发展需要重点解决的问题。

3.4 化学杀鼠剂的靶向问题

化学杀鼠剂存在环境风险的根源在于其对鸟类和非靶标哺乳动物也具有毒性的广谱性特征。鼠害治理过程的靶向性可以概括为对害鼠高密度发生区的高效精准定位以及药物对鼠类作用的靶向性。尽管药物作用靶向(害鼠种类特异的药物)可以从根本上解决鼠害治理的靶向性,然而鼠类哺乳动物的特性以及我国鼠类的物种多样性决定了很难在一个地区找到一种药物仅仅对少数害鼠种类有特异灭杀效果。如前些年新西兰曾研发了鼠种特异性药物,但在我国对多个鼠种的测试表明特异性有限。然而,借助高效准确的监测技术,则有希望从杀鼠剂施用技术层面,通过对治理区域的准确定位,结合毒饵站等施药技术,大幅度提高治理过程的靶向性。另外,从杀鼠剂施用方法角度,探索种类特异的引诱剂和驱避剂,也将是提高杀鼠剂靶向的重要突破方向。

3.5 非灭杀型鼠类种群调控技术

从广义上说,以化学防治为主的灭杀型技术同样可以起到鼠类种群调控的作用,然而非灭杀型技术更有利于天敌种群的繁衍及生态平衡的保护和恢复。招鹰灭鼠技术的环境友好特性决定了该技术在我国的大规模普及应用,然而该技术的被动性特征[2]限制了其在鼠类种群调控中的作用。从人类可以主动和高效操控的角度,尽管不育剂也存在广谱性作用风险,然而在科学使用的前提下,面向我国目前对于鼠害防控生态优先的重大需求,以不育剂为代表的长效缓控技术是最适合草原鼠害防控的技术之一[2]。然而从药物作用机制可知,不育剂对于施药时间具有更严苛的限制,需要在鼠类种群进入繁殖高峰期之前使用方可获得更好的效果。目前我国利用不育剂控制害鼠的研究更多集中在控制效果评价及与传统控制效果的比较,尤其是探索如何获得比灭杀方式更好的控制效果[23]。尽管这些研究为如何应用不育剂控制害鼠种群数量提供了重要的线索,但尚需要从应用技术层面在主动和高效操控方面取得更大突破。总体上讲,鉴于生态系统各类因素互作的复杂性,通过加强鼠类繁殖特性的研究,同时提高药物靶向的施药技术研发,结合招鹰架等各类环境友好型技术,形成地域和害鼠种类特异的技术体系,有望在非灭杀型鼠类种群调控技术方面取得更大的突破。

总之,近年来我国鼠害治理需求与理念的转变给鼠害科学研究和治理技术研发带来了重大的挑战,以简单灭杀为主的治理模式已经远远无法满足我国对鼠害治理的需求。监测技术效率不高、准确度不够是限制鼠害治理生态阈值研究与制定、鼠害治理科学决策与评价的主要瓶颈,针对不同生态环境和鼠种特性的智能监测技术的研发将会成为推动鼠害学科飞跃发展的基石;杀鼠剂的广谱性及不科学应用是威胁生物多样性及生态安全的核心问题,如何解决这些问题与短板也将是鼠害治理技术研发的主要方向。鼠害主要发生于我国边远农村及草原的贫困地区,科学治理鼠害对于促进我国社会发展,推进我国乡村振兴战略具有极其重要的意义。面向国家对鼠害治理的需求,解决和跨越目前我国鼠害治理存在的问题和技术瓶颈,是鼠害学科发展的重要机遇。