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植物病害流行的生态观

用生态学观点探讨植物病害流行的本质和规律。从群体水平、用生物学和生态学方法进行植物病害流行研究,总结出植病流行的生态学观点或经济生态学观点。认为:病害是生物界进化的自然现象,病原物是自然生态系统的天然成员之一,而病害流行则是寄主—病原物相互作用的动态平衡发生巨烈振荡乃至遭到破坏的结果。

用生态学观点探讨植物病害流行的本质和规律。从群体水平、用生物学和生态学方法进行植物病害流行研究,总结出植病流行的生态学观点或经济生态学观点。认为:病害是生物界进化的自然现象,病原物是自然生态系统的天然成员之一,而病害流行则是寄主—病原物相互作用的动态平衡发生巨烈振荡乃至遭到破坏的结果。因此,病害防治是农田生态系系统治理的一部分,除少数病害在局部范围内可以采取消灭的战略外,从宏观整体看,大多数情况下只能采取综合治理的策略,建立既符合人类利益又尊循客观规律的新的生态平衡,把病害压低到经济损害水平(EIL)以下(见经济损害水平)。

自然生态系中植物病害的动态平衡

在生态系统中,不同种类生物间结成各种相互关系,植物传染性病害中,病原物致病性和寄主植物抗病性是一种负的相互作用。新形成的负相互作用较为强烈,成熟的生态系统中,两种生物长期共同进化,负的相互作用趋于减弱,因为持续强烈的负互作必将导致两败俱伤,例如专性寄生物所致病害。如生态系统结构突然发生重大变化,负互作又会加剧。在自然生态系统中,植物病害各年不同程度发生,很少达到大流行程度。除上述原因外,还有下列自然控制因素:①植物种间的异质性(heterogeneity)或多样性(diversity):多种植物混生、互为隔离,不利于病害的传播。②植物种内的异质性或多样性:同一种植物内多种基因型同在,对病原物种类、小种的抗病性不同,不利于病原物和小种的定向选择。③病原物的天敌和重寄生物广泛存在:一定程度上抑制了病原物的发展。④气候条件不是经常利于病害发展:病害发展在时空上呈不连续性。⑤高山、大洋、沙漠等天然屏障:阻止了病原物的远程传播

在一定地理范围内,即便气候条件经常利于某种病害发生,由于植物、病原物和病原物的天敌、重寄生物三方面的长期协同进化,导致其间的动态平衡,寄主植物和病原物处于势均力敌,病害很少大流行。森林野火、洪水等自然灾害打破这种动态平衡,导致某种病害大流行。

农田生态系统中的病害流行

自农业开垦以来,生态系统的结构和功能逐渐发生变化,和原来的自然生态系统相比,已大为改观。从影响病害流行的因素看:①生态系统中物种多样性急速降低:曼格尔斯多夫(P.C.Mangelsdorf,1966)曾指出,历史上人类用作食物来源的植物曾达3000种左右,全球广泛栽培的有150种,而60年代以后,人类主要粮食作物集中到15种植物,占作物面积约80%。②种内多样性越来越小:同一作物,主栽品种往往只是少数几个纯系品种或群体遗传同质的杂交种。从抗病性遗传质来看,常在大面积上使用同一个垂直抗病性基因。病原物一旦适应这一品种或克服其抗病性,则造成大流行。③病原物的天敌、寄生物的种类和数量减少:农田生态系统的生物组分减少、某些耕作栽培措施的影响和广谱杀虫剂杀菌剂的误伤,造成这种不良后果。④不断改造的农田环境条件利于某些病害的发展:大面积单作连作、密植、高肥、灌溉等利于某些病害的侵染和传播。此外,轮作、间套作造成寄主植物的时间空间连续,有利于某些病原物的周年循环。⑤作物资源的洲际交换和病原物的人为远程传播日益频繁:这造成原来尚未协同进化的寄主植物—病原物的新的遭遇战。⑥系统杀菌剂的连续施用促进了病原物抗药性的发展。

原始植物种群大多为遗传质多样化的群体,能抵抗多种病害和多种小种,虽然其抗病性程度仅居中等。在驯化和纯系育种过程中,为追求产量品质的提高,遗传质经人为改造,抗病性受到削弱;即使在抗病育种中,被加强的也只限于抗病育种目标中的主要病害(或其主要小种),对其它次要病害(其它罕见小种)的抗病性可能削弱。一旦条件具备,由于不同病害种类消长和小种变异,新品种又可受到其它变种(或小种)的袭击。

病害大流行的外因是气候条件,而内因却是品种更换、品种布局、耕作改制、栽培管理方法的变化、乃至植保措施本身某一方面或几方面综合作用的后果。绝大多数情况下植物病害大流行是人为的,是人类认识不足、农事活动未臻完善的后果。农田生态系是人工或半人工的生态系,且不断发展变化,不如自然生态系成熟和稳定。病害大流行是原有动态平衡被打破、新的动态平衡尚未建成的生态系的表现。

现代化农业的经营管理和技术中,商品化、专业化和标准化要求一定时空范围内作物的遗传质一致,集约化则往往使农田生态系统的组分更趋简单,化学和生物技术的应用将逐渐增加农田生态系的组分并改变组分间的相互作用,给植病流行和防治带来深刻的影响。虽然在理论上,关于系统结构的复杂程度(包括组分的多样性和组分间相互作用的多样性)和稳定性之间的关系尚无一致定论,但一般认为,系统的组分和结构越复杂、其中负反馈越多,则系统的稳定性越强,如自然生态系统;反之,如现代化农业的农田生态系统集约度强,系统组分和结构越来越简单,其中负反馈也越来越少,系统自身的稳定性也就越来越弱。植物生产集约度越强、系统越人工化、结构越简单,病害流行的风险也越大。简单系统也可以较为稳定,但这就要求系统中设有有效的反馈机制和缓冲机制,或严格而及时的系统监测和人工调控,前者如设置和保护田间的(病原物的)天敌益菌,后者如小种监测下的品种轮换。

持续农业和病害流行

持续农业,要求兼顾当前和长远的总体效益,在高产优质高效的同时,维护和发展农田生态系统持续增长的生产潜力,这就要求把植病防治组入农田生态系系统治理中,使病害系统更趋稳定,避免或减少人为酿成的病害流行灾害。因此,需要从更大的时空尺度研究农田生态系统中植物病害系统的演化规律和消长动态,进行超长期预测,以便更有预见地进行系统管理,减少和预防病害流行。寄主群体抗病性持久化和持久抗病性的研究,生物防治的研究,以及病害流行的生态学研究将越来越显重要。