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森林有害生物控制第4章 昆虫生态学与森林害虫综合管理,温俊宝资源与环境学院森林保护学科,生态学的定义,“ecology”一词源于希腊文“okios”和“logos”，意为栖息地的科学。日本学者三好学（1895）把Ecology译为生态学，后经武汉大学张挺介绍到我国。1866年德国动物学家Haeckel首次为生态学下了一个定义，即生态学是研究生物在其生活过程中与环境相互关系的科学。,生态学的定义,美国生态学家Odum（1977）提出生态学是“综合研究有机体、物理环境与人类社会的科学。”中国生态学家马世骏（1980）认为生态学是“研究生命系统与环境系统之间相互作用规律及其机理的科学”。,生态学研究的各个层次,森林昆虫生态学的意义,昆虫生态学是研究昆虫与环境相互作用机理与规律的科学。要控制有害森林昆虫种群，就必须了解昆虫种群与构成森林生态系统的其它组分，如林木、其它生物及非生物环境（如土壤、气候等）的相互关系。森林学、昆虫学和生态学知识的相互渗透和结合，才能使森林昆虫学走上以分类学和生物学为手段，结合数学、化学和物理等方法，为控制有害森林昆虫种群服务的新阶段。,昆虫与环境（个体生态学）,环境的概念某一特定生物体或生物群体以外的空间中直接或间接影响着生物体形中生物群体生长的一切事物的总和。环境因子气侯因子：温度、湿度、风、光等生物因子：食物、天敌土壤因子：土壤气侯、土壤的理化性状、土壤生物,温度,昆虫进行积极生命活动的条件之一，决定着生命过程的特点、趋向和水平。正常的代谢过程要求一定温度。昆虫是变温动物。多数昆虫生存温度是-1045，适宜温度是840,温区的划分,有效积温法则,生物在发育期内要求摄取的有效温度（发育起点以上的温度）的总和称为有效积温。生物在生长发育过程中须从外界摄取一定的热量，其完成某一发育阶段所摄取的总热量为一常数。这就是有效积温法则。用公式表示为：K=N（T-C）,有效积温法则的应用,推测一种昆虫的地理分布界限；推测在不同地区可能发生的世代数；N=K1/K预测和控制昆虫的发生期 N=K/（T-C）T=K/N+C,湿度,水是发生积极生命活动所必需的条件之一。体内的一切代谢活动都是在水的参与下进行的。昆虫获水方式食物取得、直接饮水、体表吸水、利用代谢水等；昆虫丧失或保持水分的主要途径体表蒸发失水、呼吸失水、排泄失水等。,温、湿度的综合作用,自然界中温度和湿度总是同时存在、相互影响、综合起作用的。温湿度系数Q：温度与湿度的比值。Q=表示某时期的相对湿度，表示某时期的温度平均值气侯图是绘制在坐标上以纵轴表示每月的平均温度，横轴表示每月的总降水量，以线条顺次连结每月平均温度和每月总降水量的交合点。,光与风,光光的强度：日出性、夜出性、弱光性光的波长：黑光灯：波长365400nm光周期：生物钟滞育风活动与形体迁飞,土壤,土壤温湿度对昆虫的影响越冬土栖（金龟子）土壤理化性质对昆虫的影响土壤成分、土粒的大小、土壤的紧密度、透气性、团粒结构、含盐量（东亚飞蝗）、pH值（金针虫喜栖息于pH值为45.2的土壤中）、有机质含量 土壤有机质与昆虫 施用未腐熟的厩肥常常导致地下害虫发生,生物因子,食物（food)食物对昆虫的影响昆虫对植物的选择产卵的选择取食的选择营养的选择特殊物质的选择植物的抗虫性抗虫3机制：不选择性、抗生性、耐害性。抗性相对论：某一树种对某种害虫的抗性是相对的，在不同条件下（特别是不同的树种配置结构），抗性表现显著不同。,新疆杨与诱饵树配置在一起时，几乎可免受其害,新疆杨纯林带可严重受害并枯死,生物因子,天敌病原生物病毒 昆虫病毒多为核多角体病毒立克次体 细菌 苏云金杆菌Bacillus thuringenis(BT)真菌 白僵菌、绿僵菌原生动物 微孢子虫线虫,生物因子,天敌昆虫捕食性天敌 分属于18个目、近200个科内。寄生性天敌 单寄生、多寄生、重寄生天敌种群对害虫的跟随现象应用：引进、扩繁和保护其它捕食动物蜘蛛、青蛙、鸟类、鱼类、兽类,森林昆虫与林木及森林生境相互关系,各种林木通常有特定的植食性昆虫区系以自身特有方式，如直接杀死，降低生长率，毁损球果或芽，给树木接种病原菌等影响林木 森林生境中非生物因素中的土壤类型、地形、坡度、排水类型的作用很重要生物因素的对生境质量的变异作用，随生态演替阶段不同而异，其中草本植物和木本植物、土壤微生物和土壤节肢动物、植食性昆虫的种类和密度等作用最大。,森林昆虫与林木及森林生境相互关系,森林生境条件在森林害虫综合治理中十分重要 发生与环境的关系足够的嗜食寄主和替换寄主是昆虫种群发展最主要的需求 森林生境条件与气候相结合，决定着现有寄主的生命力和生长率,昆虫的地理分布,世界陆生动物的地理区划（6大区）古北区（Palaearctic Region)东洋区(Oriental Region)非洲区(African Region)澳洲区(Australian Region)新北区（Nearctic Region)新热带区(Neotropical Region),世界陆地动物地理区划I古北区；II东洋区；III非洲区；IV澳洲区；V新北区；VI新热带区,动物发展历史的地质年表,我国昆虫的地理区系,地跨古北区和东洋区起源上分属4个系统：中国-喜马拉雅区系（东亚区系）中亚细亚区系欧洲-西伯利亚区系印度-马来亚区系,中国森林昆虫地理区划,种群生态学,种群（population)是在同一生境内生活、生殖、繁衍的同种生物个体的集合。种群的结构特征性比（sex radio)年龄组配（age distribution）,种群生态学,有关种群数量动态的特征种群密度（N0）种群的出生率（B）种群的死亡率（M）存活率（S）种群的增长率（R0）R0=B-M种群的迁入率种群的迁出率种群的平均寿命,种群生态学,种群的增长模型不连续的增长模型 N t+1=R0 N t N t 为t世代的种群数量；N t+1 为t+1世代的种群数量；R0 为净增殖率。连续增长模型在无限环境下的增长模型 为指数增长模型 N t=N 0 e rtN t 为t时刻的种群数量；N 0 为种群的初始数量；e为自然对数的底；t为时间；r为种群的内禀自然增长率。,种群生态学,在有限环境下的增长模型：为逻辑斯蒂增长模型 N=K/(1+e a-rt)N为种群数量；K为环境容纳量；r为种群的实际增长率；t为时间；a为模型参数。,种群生态学,种群空间分布特征均匀分布随机分布核心分布嵌纹分布,种群空间分布格局,昆虫生命表（life table）,生命表是系统描述同期出生的一昆虫种群在各发育阶段存活过程的一览表。或系统地描述一个昆虫种群在各连续时段（发育阶段）内的死亡数量，死亡原因以及繁殖数量，按照一定格式详细列出而构成的表格。种群发展趋势指数I关键因子分析,特定时间生命表（time-specific life table）,一个假设的生命期望表x lx dxLxTxex1000qx11000 30085021802.183000270020060013301.9028535002004007301.4640043002002003301.10666510050751301.305006503035551.106007201015201.1050081010550.501000,特定年龄生命表（age-specific table）,期望卵量：74.52/2208=7750实际卵量：（）/2208=2904种群趋势：期望值I=7750/3717=2.09 实际值I=2904/3717=0.78,落叶松毛虫自然种群生命表,群落生态学,生物群落(biomass,community)：是一个生活环境内各个种群的总和。食物链(food chains)食物网(food net),马尾松林昆虫群落的一个食物网,中湿性生境中沿海拔高度7种昆虫的分布a.叶蝉 b.啮虫 c.叶蝉 d.啮虫e.花蚤f.叶蝉 g.宽头叶蝉,垂直高度（ft）,物种个体数量,森林昆虫群落的结构,华山松上小蠹虫的分布,落叶松优势食叶害虫的季节动态,缙云山不同森林演替阶段螟蛾科优势物种组成,生态系统,生态系统（ecological system)：某一地区内生物和环境的总和。组成无机成分：光照、空气、水分、化学物质等；生物成分：生产者、消费者（多个层次）、分解者、调控者基本功能物质循环能量转化信息联系,自然防治到综合防治公元304年记载广东用黄猄蚁防柑橘害虫。至19世纪初，防治的5个主要措施如生物、机械和物理、农业、化学和遗传等已基本形成。片面依赖化学防治第二次世界大战出现一系列有机氯杀虫剂（1939年滴滴涕），人们认为只要应用这类杀虫剂，害虫问题即可迎刃而解。长期滥用化学杀虫剂，导致：害虫产生抗性Resistance杀伤天敌、次要害虫爆发、引起再增猖撅Resurgence污染环境（残留Residue）1962，Carson，Silent Spring,害虫防治简史,有害生物综合管理 4050年代就提出：防治害虫应根据其生物学特性要注意天敌及其它自然控制因素的作用防治要取决于经济阈限要重视化学防治、生物防治的协调，不要按死规定的喷药历施药等。由于“药剂万能”的泛滥而被忽略 60年代末至70年代初，提出3种新策略：害虫综合管理（IPM）；全部种群管理（TPM）；大面积种群管理（APM）,害虫防治简史,全部种群治理 Total Popu1ation Management,TPM,真正的害虫（如蚊蝇等）不应与人共存，应予彻底消灭；杀虫剂是消灭害虫的主要手段，要努力追求技术上的进步。尽管在短期内需要很大的投入，但从长远看，收益远大于投入。,害虫综合治理Integrated Pest Management,IPM,1966年FAO及生物防治国际组织（IOBC）在罗马联合召开的会议正式提出IPM概念。定义为：害虫综合管理IPM是一套害虫管理系统，它按照害虫的种群动态及与之相关的环境关系，尽可能协调地运用适宜的技术和方法，把害虫种群控制在经济损失水平之下。,“预防为主、综合防治”,1975年我国农业部召开了全国植物保护会议，确定“预防为主、综合防治”为我国的植保方针。并作出如下解释：“把防作为植保工作的指导思想，在综合防治中，要以农业防治为基础，因地制宜地合理应用化学、生物、物理等措施，达到经济、安全、有效地控制病虫害的目的。”,害虫综合治理（IPM）,马世骏（1979）对IPM作如下说明：综合防治是从生物与环境的整体观念出发，本着“预防为主”的指导思想和安全、有效、经济、简易的原则，因地、因时制宜，合理运用农业的、化学的、生物的、物理的方法，以及其它有效的生态学手段，把害虫控制在不足危害的水平，以达到保证人畜健康和增加生产的目的。,概念、哲学和方法论，不断发展和丰富。要点：农林多数害虫只有其种群大到足以引起值得重视的经济损失时才造成损害。不必根本消灭某种害虫，只要采取相应措施，把害虫种群维持在或降低到引起经济损失水平之下即可；残留的害虫还可供天敌利用，更有利于生态系统的自然调节。总之，IPM重视生态系统的自然调节，要求在不破坏生态系统自然调节机制的前提下治理害虫，因此，IPM高度重视生态学、昆虫（病理）学和林学的结合。,害虫综合治理（IPM）,全部种群管理Total Population Management,TPM,彻底消灭害虫释放射线不育雄虫，完全消灭加勒比海库拉索Curacal岛（约440km2）上的螺旋蝇Cochliamyia hominivoax是TPM首次成功的事例。意大利Knippling从简单模型导出有趣结论：化学防治对控制高密度种群最为有效，在低密度情况下则相反；而不育技术，则以低密度种群下应用最为有效；两者结合可以达到全部种群控制的最佳效果。,IPM和TPM比较张宗炳（1988）,害虫防治可分为3个阶段：低级阶段：是局部种群管理IPM，以取得小面积上减轻受害程度为目的；过渡阶段：是APM，是IPM和TPM的结合，目标是控制大面积内的害虫种群，使之在一个较长时期内保持在经济阈值之下，并尽可能设法使之继续降低。在技术措施上采用所有的防治方法，特别是TPM的方法，理论上采用IPM理论的生态系统和经济阈值的概念，但在经济上着重长期效益，面向整个社会；高级阶段：是TPM，其目标是害虫种群灭绝，可取得长远的效果。,大面积种群管理Areawide Population Management,APM,森林害虫综合管理的定义,美国森林昆虫学家 Waters，l974“害虫综合管理就是有计划地应用生态学和经济上都有效，并为社会所接受的各种预防性、抑制性或调节性的战术和战略，使包括昆虫在内的各种破坏性因素维持在可以忍受的水平。无疑，所采取的各种措施，都要与资源管理的整个过程，包括规划和实施两个方面完全协调，因此，害虫综合管理至少必须与林木的生命周期以至整个资源规划水平相吻合。”,森林害虫综合管理,森林害虫综合管理，就是在林木一个轮伐期以至整个生命周期内，结合林木经营管理，有计划地应用各种经济、有效、安全的措施，使森林害虫种群维持在可以忍受的水平下，以保护森林资源充分发挥其综合效益。,森林IPM中强调的观点,昆虫是森林生态系统的必然组分；昆虫与林木及森林生境相互关系密切生态观森林害虫综合管理的实际目的，是使害虫种群维持在或降低到可以忍受的水平；损害的相对性经济观 控制害虫的方法多种多样，可以相互补充，相互促进；森林害虫综合治理是森林资源管理工作的一部分系统观环境保护观,森林IPM、森林经营、森林保护关系,森林经营管理就是应用林业技术原理和各种经营管理方法，充分发挥森林资源的各种效益。森林保护是减少森林经营中这些损失的有关活动，通常包括害虫、病害、杂草和火灾的防除。森林IPM是保护森林各种效益的理论和方法。不可分割的一部分,森林IPM的组成,害虫管理是整个森林资源管理系统的一部分 开发与研究是整个害虫综合治理的核心由5个子系统构成林分动态害虫种群动态防治方法与策略对资源价值的影响成本与利润分析等,害虫种群动态与林木动态,昆虫种群是指生活于一个相互可以交配的栖境内同种昆虫的若干群体的复合体 种群动态则是指种群分布和数量在时间和空间上的变化 林木种群动态是森林害虫综合治理必须经常关心的重大问题 保持林木种群和取食林木的害虫种群这种相对平衡状态正是我们的利益所在森林IPM人员必须有效地掌握林分和害虫种群的动态变化，为IPM服务。,防治技术与策略,用于调节、抑制或消灭害虫种群的各种技术措施及其组合即为策略 生物的，如增加寄生昆虫，捕食性昆虫，食虫鸟兽和昆虫病原微生物的数量；化学的，如各种杀虫剂，行为化学物质性激素、集合外激素、拒斥外激素等多种信息素；物理的如立即采伐利用或烧毁被害寄主，在楞堆上喷水雾防止小蠹定居，以及利用声、光、热、电能方法直接扑灭现有害虫种群以减免损失等 法规防治（植物检疫）营林防治,害虫对森林资源价值的影响,影响专指害虫对林木生长、森林生产力或效用的改变、破坏原有森林经营目标等,可视为害虫对森林各种效益造成的损害或损失。害虫对森林的影响通常包括3个方面，即经济影响生态影响社会影响在农业生产中，广泛应用经济阈值或经济受害水平模型来估计害虫的经济影响。,经济阈值,Stern（1966）：对害虫采取防治措施在经济上有利的最低害虫种群密度 Headley（1982）：边际成本函数等于边际产值函数时的害虫种群密度 由于林业生产周期长以及生产的复杂程度，在应用经济阈值这个概念时就要作适当分析。,补偿（被动）与超补偿,所有的生物遇到损伤都有一定的补偿性 再生型补偿冗余型补偿 超补偿效应 个体水平的补偿群体补偿,御害（主动）,植物在进化过程中形成了一套很好的御害系统 表皮角质化、蜡质覆盖、毛状体及其分泌物等，构成表面防御体系 极为复杂的次生代谢产物（不直接参与维持生命活动的物质）防御系统 静态防御（static plant defence）动态防御（dynamic plant defence）,群体诱导防御,在杨树、桦树、糖槭、向日葵等植物中发现，叶子受虫害或机械伤害后，植株内酚类物质成倍增加，从而避免再受虫害。在桦树中的试验还证明，树体内酚类物质增多的信息还可以诱导周围（6m）未受害桦树也提高酚类物质含量，使其免受虫害。,最新研究,最近日本科学家经过多年研究发现，植物受到伤害时会释放特殊化学物质，向周围同伴发出警告，促使其它植物采取防御手段。有趣的是，植物在被害虫啃咬与被剪刀修剪时发出的警告信息不同，收到警告的其它植物也会“见机行事”。最绝的是这些化学武器居然还能把在附近的害虫的天敌们招来，真是厉害！进一步了解植物的这类防御机制，可能有助于研究更有效、更环保的杀虫剂。,成本和利润分析,成本和利润分析（或称损益分析，CBA）是森林害虫综合治理最后一个组分，这个组分的信息来自防治技术与策略和对资源价值的影响这两个组分。针对一个害虫种群的防治计划，最基本的一个标准就是其收益要超过其成本。在作出是否采取治理措施之前，必须收集到足以作出判断的资料。历史的、日常的林分监测和害虫种群动态监测工作中取得组织专门的调查。否则有风险。,林分和害虫种群动态监测,林分调查的理论和方法见测树学 森林害虫调查依目的、调查地区的条件不同，可区分为4类踏查生物学评估损失与危害调查防治措施评估,踏查,踏查是一种定性的调查，主要目的在于了解害虫的种类及其造成的损害或其它影响。对害虫种群的大小只作一般的估价。这类调查通常都由训练有素的专业人员通过直接观察进行。也就是说，负责进行这类调查的人员必须具有鉴别、采集、保存昆虫的技术和知识。通常都有一些事先设计好的简易表格供填写记录，有时也可应用遥感技术。,生物学评估,生物学评估是针对特定害虫现存种群的某些特性进行的。例如害虫种群的大小、分布型等，或某一阶段内种群变动的趋势。这类调查通常必须是定量的，因此，这些调查常常是抽样调查。关于森林昆虫的抽样方法是多种多样的估计和计算昆虫的种群强度比计算昆虫本身的数量更易进行一些。直接计算昆虫本身的数量会准确一些，但成本要高一些，要按调查的精变要求而定。,危害和损失调查,针对害虫造成的危害和损失评估进行 通常是在害虫爆发后进行，目的在于评价害虫造成的影响，或对被害林木进行适当处理。通常也是一类定量的调查。调查项目更多地是针对林分状况进行，害虫种群本身只需要说明其大小和规模。,防治措施评估,评价某一防治措施的效果和安全性等 必须在与不采取措施而林分条件和害虫种群状态也相同的林分内进行 防治措施对目标害虫产生了哪些影响。防治措施对目标害虫造成的林分价值损失产生了哪些影响。防治措施成本和防治措施所得的效益。防治措施对林木和非目标生物有哪些影响，对人畜的安全性如何等等。,调查取样设计：目的、预算资料收集方法对生活于被害植株或植株的某一解剖部位的昆虫取样：捕虫网、枝剪和高枝剪、锯、不同类型的诱集器、手动或机动抽吸器；“射线照相术”对害虫的危害状取样：目测，航空遥感技术 对飞行昆虫的取样：捕虫网，各种引诱物和陷阱 对枯落物和土壤昆虫取样：取土器，玻璃罐头瓶,森林害虫调查程序和方法,森林害虫调查资料的统计分析方法,处理执行系统（Transaction Processing Systems，简写为TPS）资料管理系统（Management lnfornlation Systems，简写为M1S）决策支持系统（Decision Support System，简写为DSS）,森林害虫综合管理策略的应用,森林病虫防治目标管理森林有害生物可持续控制SPMF森林保健（森林健康）：“被动的防治”变为充分利用、促进、完善森林生态系统和对病虫害的防疫机能，实现“主动的预防”，并利用森林病虫害监测为必要手段，及早准确地采取措施控制害虫种群。植物医学Phytomedicine 以保护对象为核心 注意植物本身的反应,试论森林有害生物可持续控制(SPMF)策略（骆有庆、沈瑞祥，1998）,SPMF以森林生态系统特有的结构和稳定性为基础，强调森林生态系统对生物灾害的自然调控功能的发挥，协调运用与环境和其它有益物种的生存和发展相和谐的措施，将有害生物控制在生态、社会和经济效益可接受（或允许）的低密度，并在时空上达到可持续控制的效果。简言之，SPMF是融技术、生态、社会和经济因素于一体的有关森林有害生物的协同御灾策略。,森防体系建设,经过50年的努力，我国森防管理事业从小到大，从弱到强，现已形成了以国家林业局植树造林司和森防总站为核心，以省、地、县三级森林病虫害防治检疫站为主体的检疫、测报、防治网络体系，具备了一支业务精、素质好、作风硬的森防队伍。各级森防检疫站承担着我国森林病虫害的防治、检疫和测报工作，为保护森林资源，维持生态平衡，促进林业可持续发展做出了巨大贡献。,截止2003，全国现有各级森防检疫站2946个，其中省级站33个、地级站368个、县级站2464个；共有森防工作人员1.6万人，专、兼职检疫测报员30787人，高级工程师1600人。国家级中心测报点1000个、无检疫对象苗圃469个。,1机构队伍,2基础设施,全国各级站共有办公室5730间实验室、标本室、档案室1205个药械药剂库403个森防检疫专用车570台，摩托车1082台，微机671台机动喷药机械118733台显微镜，解剖镜，恒温恒湿箱若干,从1999年起在全国开展森林病虫害防治检疫标准站建设工作到2003年，全国建设了1559个标准站。通过标准站建设，提高各级森防站综合管理素质、灾害除治能力、行政执法水平，推进森防体系建设，提高基层的测报、检疫、防治能力。森林病虫害发生率由0.6%下降到0.5%，监测覆盖率由30%提高到60%，种苗产地检疫率由60%提高到80%，防治率由40%提高到60%。,3标准站,