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蝗灾,从未远离人类人类社会历史,无论古与今、中与外。蝗群一次次出现与退散背后,充满人类与其斗争的辛酸和血泪。多数时候,蝗灾过后蝗虫的消退,是在人类强势的干扰和斗争下,方才退却。
在分类学上,蝗虫属于动物界/ 节肢动物门/ 六足亚门/ 昆虫纲/有翅亚纲/直翅目/蝗亚目昆虫的总称。蝗虫属于渐变态昆虫,卵孵化而成的若虫破土而出后,外形与成虫几乎相同。若虫在经历数次蜕皮后长出翅膀,蜕变为拥有飞行能力与生殖能力的成体。有些蝗虫种类在特定的条件刺激下,会聚集在一起,形成迁飞型的大群,进行长距离旅行,形成蝗灾,包括沙漠蝗(Schistocerca gregaria)、东亚飞蝗(Locusta migratoria manilensis)和洛基山岩蝗(Melanoplus spretus)等。群居型的蝗虫,无论形态、生理还是行为上,都和独居的同类有很大区别,宛如两个物种。
中国自古就是一个蝗灾频发的国家,受灾范围、受灾程度从来都不轻。目前全世界已知蝗虫14000余种、成灾蝗虫300种,中国记录有1200余种,危害农牧业的有60余种。
在古代农耕社会,虫灾一度是占据C位的存在。陈家祥《中国文献中关于蝗灾之记载》一文(写成于1928年,1938年以英文发表),曾系统梳理我国古代蝗灾。早在殷商时期就有蝗灾,在占卜、祭祀等活动中都曾有体现。《诗经·大田》中“去其螟螣,及其蟊贼,……田祖有神,秉畀炎火”也提到祈祷神灵以治蝗。最早明确有历史记载的蝗灾,则是《春秋·桓公五年》记录的:“秋,大雩,螽。”说的是鲁桓公五年(前707年)鲁国发生了严重的旱灾,并伴有蝗灾。
陈家祥统计从公元前707 年到1935 年的2642年中, 我国发生蝗灾的年份共有796年。郭郛著《中国飞蝗生物学》,则认为近代以前中国的2000多年历史中“大规模的蝗灾达到804次,平均3年发生一次”。另根据《中国救荒史》(邓云特,商务印书馆,1937年)统计:秦汉蝗灾平均8.8年一次,两宋为3.5年,元代为1.6年,明、清两代均为2.8年。
对蝗虫这一暴食性的害虫,欧阳修曾形容它“口含锋刃疾风雨,毒肠不满疑常饥”。民间亦有歌谣:蝗虫发生连四邻,飞在空中似黑云。落地吃光青稞物,啃平房檐咬活人。”毫不夸张地说,蝗灾给古代中国整个社会的发展都带来巨大影响。一是严重损害农作物。导致农粮减产甚至绝收,民无所食。据史书记载,公元1163 年,“飞蝗过都,蔽天日。徽、宣、湖三州及浙东郡县,害稼。京东大蝗,襄、随尤甚,民为乏食”。公元1436 年,“直隶河间府静海县四月蝗蝻遍野,田禾被伤, 民拾草子充食”。二是严重破坏生态环境。蝗灾危害农作物,导致树木枯死,土地荒芜,人口骤降。明代徐光启认为,水、旱还有幸免处,蝗灾则数千里间草木皆尽,其害更甚于水灾、旱灾。三是严重影响社会稳定。王莽主政期间,“枯旱霜蝗,饥馑荐臻,百姓困乏,流离道路”,饥荒蔓延,最后爆发的农民起义与此不无关系。宋朝张师正在《括异志》中也记载了蝗灾造成人吃人的悲惨场面。
主要有三。一是气温。蝗虫卵孵化需要一定的温度和湿度。二是地理环境。从我国历史来看,蝗灾形成与黄河中下游松软的黄土有关。黄土的松软性、透气性、直立性,比较适合蝗虫产卵孵化和幼虫的出土。三是水旱灾害。水旱灾害致使沿河、滨海、内涝地区出现大面积荒地、荒滩,为蝗灾发生提供了适宜的天然温床和自然条件。尤其是旱灾,历史上,旱灾年份之后总是紧跟着蝗灾。
新中国成立以来,我国对蝗灾高发区域进行了综合的改造和治理,所以在过去数十年里,虽然发生过局部蝗灾,但没有造成巨大影响。事实上,蝗灾仍然离我们并不遥远。根据农业农村部发布的《全国蝗虫灾害可持续治理规划(2014-2020 年)》,中国蝗害常年发生面积 2.8 亿亩次左右。
如今提起蝗灾,许多人都只当是“舌尖上的玩笑”。历史上当然也有吃蝗虫的记载,最有名的就是《贞观纪要》记录的贞观二年(628年)李世民视察蝗灾时在臣民前生吞蝗虫,但这是“天子”为了将蝗灾转为己疾、希冀挽救苍生百姓之举。宋也有人们分食蝗虫的诗流传(宋,章甫,《分蝗食》)。但人们也知道吃蝗虫并不能解决蝗灾问题,毕竟蝗虫并不适合人类大量食用,处理不好还容易引起消化道疾病。在历史长河中,历朝历代的统治者与劳动人民,更多时候是尝试多种方法、采取多种手段、实行多种政策来防治蝗灾,投入了巨大的人力、物力和财力。列举如下:
许多人对蝗灾的认识,可能都源自新闻媒体对2020年非洲蝗灾的报道,此次爆发的蝗虫种类即为本文开头图片中的沙漠蝗。
从古至今,全世界除南极大陆及北纬55°以北区域,均出现过蝗虫暴发。仅20 世纪,南美洲平均3.6 年爆发1 次蝗灾;20 世纪后半叶,蝗灾每2.9 年侵袭1 次非洲大陆。20 世纪90 年代,澳大利亚蝗暴发造成澳大利亚的农作物损失达2 亿美元。
即便在进入21世纪以来,国外已爆发过几次较大规模的蝗灾。包括2001年俄罗斯的斯塔罗波尔地区蝗灾、2003美国西部蝗灾(其中爱达荷州的灾情是第二次世界大战以来最惨重的一次)、2004年以色列蝗灾(以色列45年来最严重一次)、2010年澳大利亚蝗灾(该国史上最重一次,蝗虫吃掉维多利亚州高达1/4的农作物,造成的农业经济损失可达20亿澳元)。
2020年非洲蝗灾之所以被我国大众熟知,是因为这次发源于2018年西亚的蝗灾,在东非爆发后又扩散到了中东和南亚地区,一度威胁到我国边境省份,从而受到广泛关注。
根据世界粮农组织的定义,蝗虫灾害一共分为三级。沙漠蝗繁殖速度很快,如果不加以控制,在一两个月内会出现聚集成群的若虫或成虫。这被称为爆发(outbreak)。如果爆发没有得到控制,加上邻近地区大雨,就可能出现连续几个繁殖季节,导致更多蝗群形成,这被称为暴涨(upsurge),通常影响整个区域。如果不控制暴涨,同时生态条件仍然有利于蝗虫的繁殖,出现更多蝗群,那么就可能发生疫情(plague)。当两个或多个地区同时受到影响时,就会发生重大疫情。上一次沙漠蝗重大疫情是在1987-1989年,最近一次暴涨发生在2003-2005年。2020年非洲蝗灾,被粮农组织定性为暴涨。2020 年2 月11 日,联合国粮农组织向全球发布蝗灾预警。
据估计,非洲蝗灾中的蝗虫数量约为4000亿只。但少有人知道,即便这样规模的蝗灾在另一次蝗灾面前,也会被瞬间被秒成“弟弟”,那就是19世纪后期的北美大蝗灾。其主角,或者叫元凶,便是落基山岩蝗(Melanoplus spretus)。曾经,地球上除了南极洲之外,每一块大陆都演化出了至少一两种会大规模迁飞的蝗虫。但在洛基山岩蝗消失后,北美大陆没有了。甚至有观点认为,洛基山岩蝗的消失是人类历史上对蝗灾的仅有的一次“全胜”——20 世纪初,这一物种从“巅峰时期”的3.5万亿只,突然彻底销声匿迹,成为生态史上一个难以解释的谜团。
落基山岩蝗是北美大陆唯一一种拥有迁徙习性的大型蝗,其爆发必然有诱因,也必然会经历一个由少到多、由弱到强、由点到面的过程。根据文献资料,自行整理了北美大蝗灾形成的时间线如下。
1874-1875 年的蝗灾,至今仍保持着最大规模动物集群的吉尼斯世界纪录。1875 年6 月15 日至25 日之间,一位训练有素的专业气象学者阿尔伯特·柴尔德(Albert Lyman Child)恰巧在内布拉斯加州蝗群肆虐的中心地区。他据气象学知识,大致测量了天空中蝗群覆盖区域的长、宽、高,进而估算出了此次蝗灾的规模。据柴尔德测算,蝗群长约1 800 英里,宽约110 英里,体积约198 000 立方英里,其覆盖面积已大于加利福尼亚州总面积(注:有人换算约3个河南省或者31个北京或者80个上海的面积),共计约3.5 万亿只(注:也有5万亿和12.5万亿的提法,此处采用Jeffrey A.Lockwood估算的数据),总重量约2750 万吨。至今没有任何一种动物能够打破此次最强蝗灾的集群纪录,这一事件也以统计者的名字被命名为“阿尔伯特蝗群”(Albert's swarm)。
1877 年是北美大蝗灾的最后一个大高峰。此后蝗灾规模逐渐减小。到20 世纪初,落基山岩蝗突然灭绝,此后再未现世,仿佛从未出现一般。这个给北美大陆居民带来巨大灾难的物种,就这样退出了自然界。1902年,人们在加拿大最后一次见到活体落基山岩蝗。此后有不少学者质疑落基山岩蝗是否真的灭绝了,认为蝗虫仍然存在于北美大陆的某个地方。
直到近百年后的1995年,怀俄明大学教授、昆虫学家杰弗里·洛克武德(Jeffrey A.Lockwood)与其研究生在怀俄明州西北部熊牙山脉的冰川中发现了大量冰冻的落基山岩蝗遗体,并将其DNA样本与北美现存其他种类蝗虫进行了对比,这才驳倒了质疑的声音,为落基山岩蝗的灭绝提供了分子生物学的证据。
2014年,世界自然保护联盟(IUCN)将落基山岩蝗的状态更新为“灭绝”,此时距人类见到最后一只活着的岩蝗已经过去112年。此后它只能躺在科学家的标本盒里。
1. 小蝗虫,大灾难:大蝗灾影响美国32个州,造成的农业损失达上亿美元。
2. 多方法,齐推进
19 世纪后期,当今时代能够发挥有效作用的各类杀虫剂还未发展成熟,也不存在飞机这一能够高效率播撒药物的工具,当时难以通过药物方式灭虫。面对蝗灾的巨大威胁,人们采取的多还是历史上沿袭下来的方法,并且与前面提到的我国古代采取的种种方法异曲同工,并在一定程度上降低了损失。
虽然人们采取了许多措施,但学界对洛基山岩蝗的灭绝原因众说纷纭,流行的观点主要有三个。
1. 特殊气候假说
2. 美洲野牛假说
3. 人类活动假说
该假说是目前相对最合理的解释。该观点是人类的垦殖活动改变了生态,破坏了落基山岩蝗的栖息环境,因此导致其灭绝。在该假说内部也存在着各种不同声音,有学者认为,是19 世纪后期的防治措施起到了决定性作用;也有人认为,是美国西部的淘金热干扰了落基山岩蝗的繁衍进程,导致其灭绝。在这一假说框架下,20 世纪初,杰弗里·洛克武德教授提出了最为可信的一套理论。他认为,落基山岩蝗的灭绝由各种原因共同促成,是人类多方面的活动不经意间破坏了这一物种的繁殖场,最终导致这一物种的灭绝。他发现,落基山岩蝗对产卵环境的要求颇高,对产卵地点的土壤紧实度、含盐量和含水量都有要求。每当一个蝗灾周期结束,蝗群会倾向于返回原本的栖息地——落基山脉中的河谷地带,以完成下一轮的繁殖。 正是洛基山岩蝗这种“叶落归根、热恋故土”的行为,最终给它们带来了灭顶之灾。在西进运动的浪潮和淘金热的驱使下,人类进入了落基山河谷,永久改变了河谷地带的环境。垦殖者在河谷地带不断发展农业、畜业,尤其是对土地的灌溉,比较彻底地破坏了蝗虫的繁殖、栖息环境,这使得大量虫卵不能孵化;为了获得毛皮,垦殖者还大肆捕猎上游河道中修筑水坝的河狸,河狸数量的减少改变了河谷的水文环境,使下游河道被拓宽,春潮淹没了许多藏有虫卵的土地。河谷地带的定居、垦殖与淘金持续了30 余年,久而久之,落基山岩蝗的种群再也无法达到集群所需的数量和种群密度,直到栖息地完全消失,这一物种迎来了最终的末日。有足够的理由做出推论:人类对自然的开发,在无意中阴差阳错地消灭了一个庞大的物种,促成了农业史上唯一一次彻底战胜蝗灾的事例。
仍然存在的疑点:洛克武德的假说具有很强的说服力,基本可以解释落基山岩蝗消失的原因。但该假设也存在以下的漏洞:在落基山河谷之外产卵繁衍的蝗虫是如何走向灭亡的?北美至今仍有广阔的区域未经垦殖开发,足以为落基山岩蝗提供繁衍环境,为何这一物种扩展至广大区域之后,在落基山之外没有留下稳定繁衍的落基山岩蝗种群呢?
随着现代科学技术的发展,蝗虫防治的新技术和新策略也在不断发展,并逐步形成了以监测预警为基础,以生物防治为主、化学农药应急防控和生态调控为辅的蝗虫绿色可持续综合防控技术体系,为蝗灾的科学防治提供了大量理论实践支持和更多的可能性。
我国蝗虫监测工作始于20世纪初。中国蝗虫监测工作最早始于20 世纪初。1930s开始通过蝗虫鉴定、发育监测以及野外调查,结合气候因子蝗分析虫的发生规律以监测蝗虫;1950s开始在蝗虫重灾区建立了野外观测站。1990s以前,通过收集并分析蝗虫发生规律和生境数据,建立生物学模型,以预测预报蝗虫的发生期和发生量。到1990s,开始利用遥感技术监测蝗虫生境数据,通过GIS 的空间分析和数据综合能力,实现遥感数据和地面数据的融合,为蝗虫的发生期、发生地预测预报提供支持。进入21 世纪,开始将野外调查与“3S”技术相结合,分别建立蝗虫实时监测技术体系和中长期预警模型,实现蝗虫可持续治理。
2. 昆虫雷达的发展应用
1940s,昆虫雷达开始被应用于全天候监测蝗虫的长距离迁飞。昆虫雷达对单个中型昆虫(100mg)的最大监测范围为1.5~2.5 km,群集昆虫的最大监测范围为几十公里。美、英和澳大利亚等国的昆虫学家先后采用地面昆虫专用雷达和航空遥感,监测沙漠蝗和澳大利亚蝗的迁飞路线、暴发地区和生境数据等;1990s,粮农组织(FAO)在非洲建立了沙漠蝗遥感监测系统,以监测沙漠蝗种群发生动态。2017-2018 年,我国科学家利用昆虫雷达,结合高空灯、地面诱虫灯诱捕数据及地面气象数据,监测哈萨克斯坦境内蝗虫及新疆边境区域塔城和阿勒泰等地的蝗虫分布区域和迁飞轨迹。
3. “3S”技术的发展
昆虫学中使用的遥感技术包括飞机和地面的摄影和摄像、卫星摄影多光谱扫描和热成像、地基和机载雷达、声探测和微光光学方法等。1970s开始,国外学者发现蝗虫的栖息、生长繁殖与其生境的植被和气候等因素密切相关,开始利用遥感技术对蝗虫生境数据采集,实现对蝗虫发生期、发生地预测,将遥感技术应用到蝗虫监测中。到了1980s,美国、澳大利亚等国开始将“3S”技术应用于蝗虫监测和治理。1990s,GIS 与遥感技术相结合并逐渐应用于蝗虫防治上。千禧年,国际雷达组织基于遥感卫星,建立基于多角度SAR 数据的自动化无地面测量系统,预测哈萨克斯坦境内的蝗灾暴发期。我国直到1989 年才开始利用遥感技术监测蝗虫,并开展了大量实践工作。
化学防治往往是蝗灾突发、暴发首选的技术手段,也是蝗虫防治中应用最广泛的方法,具有见效快、防效高和价格低廉等特点。蝗虫化学防治经历了狄氏剂和六氯环己烷(俗称六六六)、有机氯类农药、有机磷农药、拟除虫菊酯类杀虫剂及苯基吡唑类杀虫剂等阶段,也见证了化学农药使用的发展过程。但大量化学药剂的不合理施用,容易引发严重的环境问题。根据施药方式的不同,施药技术可分为人工地面小型机械防治、大型施药机械防治和飞机防治。因地制宜,根据施药地区的面积、地形、成本等方面选择适宜的施药技术。一般劳动力成本低、虫害面积小、地形复杂、难以实施大、中型机械防治和飞机防治时,应选择小型喷雾机械;在灌丛草原地带、地势平坦的草原地带,应当选择大型施药机械防治;在虫害发生面积很大、灾情较重、地势相对平坦适合飞机作业、植被较高、 围栏较密的地区,应当选择飞机防治。
2. 生物防治
由于生物防治对生态环境友好、对靶标不易产生抗性、经济成本低和防效长等特点而越来越被重视。同时,生物制剂品种和剂型单一、见效慢等缺点也在一定程度上制约了蝗虫生物防治的发展和应用。1980s前,蝗虫生物防治以寄生性天敌和植物源农药为主,到了90 年代以后,杀蝗真菌、蝗虫微孢子虫(原生动物)、杀蝗金线虫、蝗虫痘病毒、杀蝗细菌、植物次生代谢物等在蝗虫防治中发挥了重要作用。生物防治虽不会污染环境,对人畜无害,但防治周期较长,见效慢,而且易受环境条件影响。
3. 生态调控
目前,关于生态调控方面的实践内容不断丰富,包括蝗虫孳生地或栖息地的改造、退化及沙化草场的补播补种、适时适地进行围栏封育和禁牧休牧、生物多样性的利用以及招引或释放捕食性天敌等,同时通过人类干预对蝗虫种群数量起到控制作用,调节并减少蝗灾的发生。
陈永林(1991)最早提出了蝗虫灾害可持续控制的生态学治理对策,即运用系统生态学观点,因地制宜的采取植物保护、生物保护、资源保护、环境保护相结合的生态学治理对策。我国蝗虫发生区包括农区、牧区及农牧交错区3 种类型,不同类型的生境特点不同,优势种蝗虫发生期、发生量以及种群的扩散迁移与繁殖不同。因此,蝗虫防治对策应以生态学基本理论为原则,以生态系统的结构与功能的协调及维护其动态平衡为指导思想,进行控制和根除蝗害。
蝗虫与植物在漫长协同进化进程中物种上相互适应(选择)、在时间上相互配合、在数量上相互调节,在生境和物候上也呈现出高度的一致性。植物一方面为蝗虫提供食物资源,另一方面也为其产卵、栖息和躲避天敌提供场所。食物中所含可消化碳水化合物、次生代谢产物、蛋白质和氨基酸等均对蝗虫的生长发育和繁殖能产生重要影响。
另外,草地植被结构和营养价值的改变对蝗虫种群数量的影响最直接和持久。如蝗虫偏好取食含氮量相对较高的植物,必须通过增加取食量来弥补食物中氮含量过低而对生长发育的影响。因此,可以通过改变环境中植被种类组成,种植部分蝗虫不喜食或营养价值相对较低的植物作物等,以降低环境中蝗虫种群数量。这在河北、新疆、河南等地均有不同形式的应用。
蝗虫天敌并不少。根据全国畜牧总站2014年的数据,仅草原蝗虫的主要天敌就涉及4 界7 门12 纲38 目106 科299 属796 种。国外的研究认为鞘翅目是蝗虫的主要捕食性天敌昆虫,主要包括皮金龟科、步甲科、拟步甲科和芫菁科等,主要取食蝗虫的卵。我国对蝗虫捕食性天敌昆虫的研究较晚,已经记录的飞蝗天敌约20 余种,捕食性天敌昆虫主要包括芫菁、步甲、虎甲、皮金龟、虻类、马蜂和泥蜂等。山东省无棣县植保站杜树国等(1993)曾首次利用中国雏蜂虻防治东亚飞蝗,飞蝗卵块寄生率可达50%~75%。
食虫的鸟类和人工饲养的牧鸡、牧鸭是蝗虫重要的天敌。草原上的牧放鸡鸭捕食蝗虫既能捕食草原蝗虫,避免因使用化学农药污染草原生态环境,又能提供绿色肉、蛋等畜产品,具有明显的经济、社会和生态效益。目前国内牧鸡、牧鸭在新疆草原、蒙古高原南部及周边地区、青藏高原等蝗区普遍应用,粉红椋鸟Sturnus roseus 仅在新疆草原蝗区应用。在利用鸟类防治蝗虫的工作中,主要包括研究建立草原鸟类保护区和通过构筑人工巢穴或改善栖息地来吸引捕食蝗虫的鸟类或者释放人工饲养的鸡鸭等手段。比如新疆草原蝗区就建立了多个粉红椋鸟的人工巢穴和栖息地,吸引了大量的粉红椋鸟等进入蝗区定居,增加了原住食蝗鸟类种群数量2~3 倍,为该地区提供长期控蝗效果。在蝗区周边开展植树造林,增加鸟类栖息地,也可以有效减少蝗虫密度。南京市就根据适地适树原则,选择将泡桐和毛竹进行混种,有利于鸟类的繁殖和栖息,增加了鸟类食源,减弱了竹蝗为害,从而达到生物防治的目的。
4. 蝗虫绿色可持续防控技术体系
蝗虫绿色可持续防控技术体系是集成配套生态调控、微生物防治、生态治理的防控新技术体系。主要包括蝗灾发生规律研究,即结合气候因子、植被结构等,研究蝗灾-植被-环境之间互作机制,明确蝗虫发生规律、发生期与物候期的关系,建立适生性指数模型并评估划分适生区域。监测预警技术研究,基于“3S”技术和雷达、高空诱虫灯等地面监测设备,通过气象数据和地理特征数据,研究蝗虫种群迁飞路线及规律、落点等,完善蝗虫灾变风险评估体系和监测预警系统,建立长、中及短期实时监测预警技术应用体系。建立菌种资源库及菌种改良技术平台,筛选强毒力的病原微生物,优化发酵工艺及过程控制技术,研制新型高效灭蝗制剂,实现工业规模化、智能化生产。将生物防治技术与生态治理措施有机结合,辅以植物源农药应急调控,形成植物源农药与微生物制剂、天敌与微生物农药的有机组合。针对孳生地、扩散区、偶发区等不同区域设计出生物农药与化学农药条带施药、互补用药、交替防治的高效的虫灾生态调控体系,建立防控决策阈值分区分级防控策略,组装一项决策、多项技术、分区分级防控策略,集成绿色可持续防控技术体系。
正因为有了这些不断发展的科学技术手段,蝗灾的消散或者被扼杀在萌芽之中,不再像北美大蝗灾一样误打误撞,而是有了更多样、更复杂、更系统的选择。
参考文献: