科技防控 利國利民

田靜

自古以來，我國就是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)的豐收與否直接關系到農(nóng)民的切身利益。然而，除了自然災害之外，病蟲害也經(jīng)常給農(nóng)業(yè)帶來嚴重影響。例如，令人惶恐的蝗災，一旦發(fā)生，大量的蝗蟲會吞食農(nóng)作物，使農(nóng)產(chǎn)品完全遭到破壞，引發(fā)嚴重的經(jīng)濟損失以致因糧食短缺而發(fā)生饑荒。上世紀90年代我國爆發(fā)的棉鈴蟲災害，使棉花產(chǎn)業(yè)幾乎遭受滅頂之災。并且，隨著化學農(nóng)藥產(chǎn)量和品種的逐年增加，害蟲的抗藥性也不斷增強，造成的危害也日益嚴重，有效防治病蟲害已經(jīng)成為目前農(nóng)業(yè)科技工作者亟需解決的一大問題。

作為一位農(nóng)業(yè)昆蟲與害蟲防治專業(yè)博士，封洪強一直致力于帶領團隊研究植物病蟲害的自動監(jiān)測預警和害蟲的綠色防控技術，并取得了斐然的成績?，F(xiàn)任河南農(nóng)科院植保所副所長、河南省植物保護學會秘書長、農(nóng)業(yè)有害生物綠色防控技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長。他曾主持多項農(nóng)作物病蟲害的重點科研項目，發(fā)表學術論文70多篇；曾獲中國植保學會第三屆青年科技獎，河南省第十屆青年科技獎，河南省重點實驗室建設先進工作者、省直優(yōu)秀共產(chǎn)黨員等榮譽。在近20年的植物保護研究過程中，他作為我國病蟲害自動監(jiān)測預警技術研究的領軍人物攻堅克難，勇往直前，為實現(xiàn)害蟲監(jiān)測預警自動化作出了實質性貢獻，其研究成果對我國發(fā)展農(nóng)業(yè)有害生物的精準監(jiān)測與綠色防控技術打下了良好的基礎，推動了我國資源節(jié)約型、環(huán)境友好型病蟲害可持續(xù)治理技術體系的形成，也為促使我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展做出了巨大貢獻。

科技惠農(nóng)，創(chuàng)新幫農(nóng)

棉花是我國的主要經(jīng)濟作物之一，是人們生產(chǎn)和生活中必不可少的農(nóng)作物。然而，上世紀八、九十年代，由于棉鈴蟲對傳統(tǒng)化學農(nóng)藥產(chǎn)生抗性，在我國大面積爆發(fā)，每年造成巨大的經(jīng)濟損失，嚴重挫傷了棉農(nóng)植棉的積極性，棉花的種植面積銳減。針對這種情況，我國1997年開始使用轉Bt基因棉花防治棉鈴蟲。Bt是蘇云金芽孢桿菌的簡稱，它能分泌一種毒蛋白使棉鈴蟲死亡，而該毒蛋白對人畜無害。通過轉基因技術把Bt體內編碼這種毒蛋白的基因導入棉花的細胞內，使棉花細胞可以生產(chǎn)這種毒蛋白來殺死棉鈴蟲，這種棉花就是轉Bt基因棉花。由于棉鈴蟲吃了轉Bt基因棉花新品種植株后就會死亡，故該棉花新品種得已迅速推廣，并產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益。轉基因棉花給農(nóng)民帶來的直接好處就是減少了農(nóng)藥使用量，降低了勞動強度和中毒概率，成功控制了棉鈴蟲，挽回了經(jīng)濟損失。

然而，轉Bt基因棉不能殺死刺吸式口器的昆蟲，轉Bt基因棉大面積推廣后，封洪強發(fā)現(xiàn)在棉鈴蟲種群數(shù)量下降的同時，一種刺吸式口器的害蟲——盲蝽蟓逐漸上升為棉田的主要害蟲。如何不再增加農(nóng)藥用量卻能有效地控制盲蝽蟓的危害是轉基因棉花可持續(xù)利用需要面對的一個重要挑戰(zhàn)。

于是，在國家公益性行業(yè)科研專項支持下，封洪強團隊在長期系統(tǒng)觀測后，明確了河南省有害盲蝽種類，指出，上世紀80年代河南以苜蓿盲蝽和中黑盲蝽為主，但經(jīng)過多年的演變，目前以綠盲蝽和中黑盲蝽為主。

緊接著，封洪強帶領科研團隊系統(tǒng)研究了中黑盲蝽和綠盲蝽的區(qū)域災變機理和防控技術，明確了Bt棉田內防治棉鈴蟲的用藥量減少是近年來中黑盲蝽和綠盲蝽區(qū)域性暴發(fā)成災的主要原因；探明了中黑盲蝽和綠盲蝽卵滯育的誘導、解除機制和成蟲田間遷移擴散能力；明確了自然種群區(qū)域性消長動態(tài)，組建了種群動態(tài)模型，研制出高效低毒復配農(nóng)藥——30%敵百啶蟲脒乳油和水劑；提出了以早春防除越冬蟲源、種植誘集植物和適時化學防控為核心的綜合治理技術；構建了中黑盲蝽和綠盲蝽區(qū)域性綜合治理技術體系，并在南陽、商丘和新鄉(xiāng)棉區(qū)進行示范推廣，取得了顯著的經(jīng)濟和社會效益。

封洪強團隊的該項研究成果，不但在理論上充實了中黑盲蝽和綠盲蝽區(qū)域性災變規(guī)律，而且在實踐上提供了簡單易行、操作方便的區(qū)域性中黑盲蝽控制技術，極大地推動了我國Bt棉田害蟲防控工作，提升了我國糧棉生態(tài)區(qū)農(nóng)業(yè)害蟲的系統(tǒng)防控水平。

最近，封洪強的團隊通過轉錄組分析比較了中黑盲蝽不同發(fā)育時期各種基因的表達差異，對中黑盲蝽的88614個基因進行了分析注釋。發(fā)現(xiàn)在變態(tài)的過程中基因表達的差異非常大，而這些差異與性別分化、代謝和發(fā)育有關。該研究還提供了中黑盲蝽豐富的轉錄基因表達信息，為更好地理解發(fā)育通路、信息素合成、性別分化和翅的形成奠定了基礎。該研究為中黑盲蝽的分子防控提供了理論依據(jù)，對開發(fā)新型中黑盲蝽治理技術具有重要價值，或可誕生治蟲新策略。

準確預測，防患于未然

對于大范圍的病蟲害，除了有效治理，封洪強更推崇提前準確預測，從而加以合理預防，將隱患消除于萌芽中。他介紹說，新中國成立以來，我國在農(nóng)業(yè)有害生物預測預報方面取得了巨大成就。但是，我國的病蟲測報工作長期依靠人海戰(zhàn)術，測報基礎數(shù)據(jù)來自于基層測報人員手查目測，測報技術手段自動化程度低。同時，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，年輕農(nóng)民進城務工，老測報員由于年齡偏高，逐漸退出測報隊伍，年青的測報人員奇缺，造成基礎測報數(shù)據(jù)不完整、不準確、不及時，嚴重影響了預報結果的可靠性。

對此，封洪強提出：“要想改變這種現(xiàn)狀必須依靠科技，改變測報基礎數(shù)據(jù)獲得方式，減少基層測報員的工作量，并同時提高自動化程度和準確性?！庇谑?，針對國內在昆蟲雷達技術方面的不足，封洪強團隊在河南省農(nóng)業(yè)科學院自主創(chuàng)新專項基金支持下，展開了旋轉極化昆蟲雷達信息采集與信號分析技術的相關研究。

為了診斷旋轉極化昆蟲雷達信息采集與信號分析中存在的問題，封洪強帶領團隊編寫了昆蟲雷達數(shù)據(jù)讀取軟件，并實現(xiàn)了雷達信號的可視化，即能用繪圖的方式將雷達回波信號重繪到電腦屏幕上，可對單個高度或多個高度的連續(xù)雷達信號進行視覺分析。

雖然在技術上取得了巨大的進步，但是當分析雷達回波數(shù)據(jù)時，他們發(fā)現(xiàn)數(shù)字化的數(shù)據(jù)存在一些問題導致無法提取昆蟲飛行行為參數(shù)。這些問題可能來源于硬件，也可能來自于數(shù)字化過程。為了診斷數(shù)字化信號存在的問題，找出解決方案，研究組將雷達信號分成了兩路，一路送到電腦，另一路送到示波器。同時，他們使用8旋翼遙控飛機對雷達的硬件性能進行了測試。示波器上的模擬信號明確顯示昆蟲雷達能清晰準確地監(jiān)測到遙控飛機，但數(shù)字化數(shù)據(jù)仍然不正常。因此，他們認為原昆蟲雷達的數(shù)字化過程存在缺陷，后來經(jīng)過澳大利亞和日本同行專家的指導，決定用高速數(shù)字化儀取代原采集卡。

在充分的市場調研和測試的基礎上，封洪強團隊最終選定了PCI8514卡替代原采集卡，并開發(fā)了相應的數(shù)據(jù)采集與可視化程序。PCI8514卡的采集頻率達到了80MHz，雷達每轉一圈可采集到約150個樣本（脈沖數(shù)據(jù)）。這意味著雷達的方向分辨率可達到約2.4度，高度分辨率可達1.875米，這比英國、澳大利亞的昆蟲雷達的5.6度和50米，有了巨大的提高。這樣高的分辨率意味著更高性能的實現(xiàn)，也就是說在昆蟲密度較高時，昆蟲雷達分辨單個昆蟲的能力將大大提高。

“這種高速采集卡采集到的數(shù)據(jù)量非常大，參照國際慣例，設每15分鐘采集時長約136秒的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)大小約200M?！狈夂閺娊榻B說。目前，他們已采集了大量數(shù)據(jù)，在這些數(shù)據(jù)中通過可視化分析，已發(fā)現(xiàn)了與英國、澳大利亞的昆蟲雷達類似的原始信號，這也是我國首次采集到與國外旋轉極化昆蟲雷達相似的信號。

經(jīng)過不懈地努力，封洪強團隊終于實現(xiàn)了旋轉極化昆蟲雷達信號采集與分析的自動化。昆蟲雷達每天自動觀測并將數(shù)據(jù)存貯到計算機上，封洪強團隊自主開發(fā)的數(shù)據(jù)分析軟件可以逐個讀取計算機上的數(shù)據(jù)文件，在文件中自動提取單個昆蟲目標的原始數(shù)據(jù)，并逐個計算出每個昆蟲的飛行高度、速度、方向、頭向（身體方向）、體形參數(shù)和振翅頻率。軟件自動提取出來的昆蟲目標的原始數(shù)據(jù)重新存貯到計算機硬盤上，由于濾除了大量噪音數(shù)據(jù)，新產(chǎn)生的昆蟲目標數(shù)據(jù)所占用的空間比原來減少了幾十倍，這大大提高了數(shù)據(jù)的存取與傳輸效率。提取出來的單個昆蟲的飛行行為參數(shù)存貯為單獨的文件，作為預測預報的基礎數(shù)據(jù)，準確、客觀、及時，必將在害蟲的監(jiān)測預警中發(fā)揮重要作用。

“監(jiān)測是防治有害生物的必要前提。我們只有明確敵人在哪里、敵方狀況特性如何，才能針對性施治?！狈夂閺娬f。他們團隊研發(fā)的昆蟲雷達，正是一款集自動化、精準性、及時性、完整性等特性于一身的全天候害蟲監(jiān)測裝備，是一項利國利民的創(chuàng)新成果，為有效監(jiān)測病蟲害做出了有益的貢獻。

封洪強團隊已與英國洛桑研究院、澳大利亞聯(lián)邦治蝗委員會、日本農(nóng)研機構等國際知名研究機構建立了廣泛的國際合作關系。在英國牛頓基金會與河南省國際合作項目的支持下，今年7月份，世界上最早的雷達昆蟲學團隊將攜帶英國的昆蟲雷達來河南與封洪強團隊開展聯(lián)合觀測研究。這將極大地推動我國昆蟲雷達技術的發(fā)展與標準化，為在我國建立無人值守的昆蟲雷達網(wǎng)奠定堅實的基礎。

作為一個擁有13億人口的大國，農(nóng)業(yè)領先則是國家發(fā)展的必要保證，“十三五”期間，我國在建設農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的過程中，將堅持綠色發(fā)展，保障農(nóng)產(chǎn)品的質量安全，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。而及時有效、精準客觀的實時監(jiān)測，是科學防治病蟲害的有效保障。封洪強通過近20年的努力，為我國的農(nóng)業(yè)病蟲害防治開辟了一條不同尋常之路，也必將為我們共同的“美麗中國夢”增添亮麗的一筆。