无需化学药剂的可持续害虫防治方法

现代农业在植物保护方面面临严峻挑战。长期使用合成农药导致害虫产生抗药性、环境污染，并对人类健康造成负面影响。因此， 寻找不使用化学品的害虫防治替代方法，正成为世界各地农民和科学家的首要任务。

生物防治

天敌和捕食者

生物防治依赖于利用活的生物体来抑制害虫种群数量。捕食性昆虫在农业生态系统中扮演着有害物种的调节者角色。瓢虫以蚜虫为食，一生可消灭数千只蚜虫。草蛉则捕食多种害虫的卵和幼虫，包括粉虱、螨虫和小毛虫。

捕食性螨虫，例如 捕食螨（Phytoseiulus persimilis ），能有效控制黄瓜和其他作物上的红蜘蛛。研究表明，在温室中使用捕食性螨虫可使红蜘蛛数量减少71%至86%。步行虫和隐翅虫捕食土壤害虫，消灭幼虫和蛹。

寄生蜂

寄生蜂将卵产在寄主昆虫体内或体表。孵化后，寄生蜂幼虫从寄主内部取食，最终导致寄主死亡。赤眼蜂属（Trichogramma spp .）寄生于鳞翅目害虫的卵，包括地老虎、苹果蠹蛾和卷叶蛾。在印度，多种赤眼蜂被广泛用于保护水稻、棉花、甘蔗和蔬菜作物。

蚜小蜂属 （Aphelinus） 的寄生蜂对蚜虫有效。温室实验表明，释放寄生蜂后，蚜虫数量可减少84%至90%。鱼蜂类（Ichthyoid）可以控制毛虫、苍蝇和其他害虫，许多种类具有高度的寄主专一性。

昆虫病原微生物

细菌、真菌和病毒均可引起害虫疾病。 苏云金芽孢杆菌 （Bt）产生蛋白质毒素，破坏鳞翅目幼虫的肠道。多种Bt菌株对毛虫、蚊子和甲虫有效。 粘质沙雷氏菌 产生具有杀虫特性的代谢物，并诱导植物产生系统性抗性。

昆虫病原真菌球孢白僵菌 （Beauveria bassiana） 和绿僵 菌（Metarhizium anisopliae） 能够穿透昆虫表皮并在寄主体内生长。这些真菌对粉虱、蓟马、蚜虫和多种甲虫均有效。田间试验表明，使用昆虫病原真菌可使害虫数量减少40%至75%。

芽孢杆菌的水解酶 ，包括几丁质酶、蛋白酶和葡聚糖酶，能够分解病原体的细胞壁和昆虫的表皮。这些酶为林业和园艺业提供了一种比化学农药更可持续的替代方案。

综合虫害管理系统

原理和组成部分

综合虫害管理（IPM）结合了生物学、生态学和农艺学方法，用于长期控制害虫种群数量。该系统基于定期监测和设定需要干预的种群数量阈值。化学药剂仅在万不得已的情况下使用。

害虫种群监测通过目测、诱捕和昆虫计数等方法进行。信息素诱捕器和粘虫板可用于追踪种群动态，并确定最佳防治时机。每种作物和每种害虫的害虫损害经济阈值均单独设定。

综合虫害管理可减少30-60%的农药用量，同时提高产量10-30%。由于化学品成本降低和产品质量提高，农民收入最多可增加40%。

预防策略

预防性防治方法侧重于创造不利于害虫生长发育的条件。选择抗病品种可以降低作物遭受虫害和病原体侵袭的风险。优化种植时间有助于避开害虫活动高峰期。

卫生措施包括清除植物残骸、控制杂草和保持田地清洁。这些措施可以剥夺害虫的越冬和繁殖场所。

农艺控制方法

作物轮作

轮作是历史最悠久、最有效的害虫防治方法之一。轮作会扰乱昆虫的生命周期，使其失去天然寄主。当作物被替换时，那些专食特定作物的害虫就无法完成其发育。

玉米与大豆或谷类作物轮作可以阻断西部玉米根虫（ Diabrotica virgifera ）的生长发育。意大利和克罗地亚的长期研究表明，作物轮作无需使用杀虫剂即可将这种害虫的数量控制在阈值以下。番茄与西兰花或芥菜轮作可以控制黄萎病。

作物轮作对那些仅以特定牧草为食、活动范围有限且在作物种植前就已存在于土壤中的害虫最为有效。牧场轮作已帮助美国南部地区消除了蜱传的德克萨斯牛热。

复合种植

伴生种植能形成一道天然的害虫防治屏障。大蒜和洋葱散发的浓烈气味可以驱赶蚜虫、菜蛾和胡萝卜蝇。万寿菊（ Tagetes spp.）会向土壤中释放抑制线虫和驱赶粉虱的化合物。

罗勒、薄荷和迷迭香等芳香草本植物可以掩盖主要作物的气味，并迷惑害虫。旱金莲可以作为蚜虫的诱捕器，将它们从卷心菜、萝卜和其他十字花科蔬菜上引开。莳萝、茴香和芫荽则能吸引益虫，为它们提供花粉和花蜜。

伴生种植能够增强农业生态系统的生物多样性，使其更能抵御病虫害的侵袭。伴生植物可以改善土壤结构、固氮并吸引授粉昆虫。

覆盖作物和覆盖物

在主要作物生长季之间播种覆盖作物，可以保护和改良土壤。豆科绿肥作物（如野豌豆、三叶草、羽扇豆）能够固定大气中的氮，提高土壤肥力。十字花科覆盖作物（如芥菜、萝卜）会释放生物熏蒸剂，抑制土壤中的害虫和病原体。

太阳麻（ Crotalaria juncea ）能有效减少植食性线虫的数量，并改善土壤食物网的结构。研究表明，连续两年种植太阳麻作为覆盖作物后，土壤生态系统结构指数和捕食者种群数量均有所增加。

覆盖作物残茬可以形成一道物理屏障，有效阻挡害虫并保持土壤水分。有机覆盖物为捕食性步行虫、蜘蛛和其他有益无脊椎动物提供了栖息地。腐烂的覆盖物还能为土壤补充碳和氮，促进微生物活动。

物理和机械方法

屏障和庇护所

物理屏障可以阻止害虫侵袭植物。网和无纺布可以保护蔬菜作物免受飞行昆虫的侵害，例如菜粉蝶、胡萝卜蝇和蝴蝶。细网眼的网可以防止即使是很小的害虫进入，同时还能保持空气流通。

树干绷带可以防止毛虫和甲虫攀爬。粘性带可以捕捉试图爬进树冠的昆虫。种植区周围的沟渠可以困住行动缓慢的害虫。

用薄膜或农用织物覆盖土壤会改变土壤表面的微气候，从而创造不利于害虫产卵和孵化的环境。反光地膜会使蚜虫和粉虱迷失方向，降低它们的危害程度。

温度暴露

温度可用于杀死处于不同发育阶段的害虫。在炎热的月份，用透明薄膜覆盖土壤进行日光消毒，可将表层土壤加热至50-60°C，从而杀死昆虫、线虫和杂草种子。用热空气或热水（50-60°C）处理谷物可以消灭象鼻虫和其他谷物害虫。

冷藏室的低温环境可以减缓昆虫的生长发育，甚至在长期储存过程中将其杀死。低于-18°C的低温冷冻保存技术常用于食品和种子的虫害防治。

机械收集和陷阱

人工除虫在小面积区域和害虫数量较少的情况下非常有效。有机农业中常用的方法是将甲虫和毛虫从植物上抖落到地上，然后将其销毁。而像吸虫器这样的机械设备则可以快速地从叶片上清除害虫。

各种类型的诱捕器用于监测和大规模诱捕。灯光诱捕器可以吸引蛾子和甲虫。彩色粘虫板（黄色用于诱捕粉虱和蚜虫，蓝色用于诱捕蓟马）可以诱捕飞行昆虫。树上的诱捕带可以诱捕苹果蠹蛾的幼虫。

大规模诱捕可以通过合理布置和使用足够数量的诱捕器来显著降低害虫种群密度。将粘性诱捕器与信息素诱饵结合使用可以提高诱捕效率。

信息素和引诱剂

利用信息素进行监测

信息素是昆虫用于交流的化学信号。雌性信息素吸引雄性进行交配。这些物质的合成类似物被用于害虫监测和控制的诱捕器中。

信息素诱捕器能够及早发现害虫，并提供其种群动态的准确数据。通过了解害虫的飞行时间，可以优化防护措施的制定。这些诱捕器具有高度特异性，不会伤害益虫。

针对苹果蠹蛾、桃苹果蠹蛾和其他鳞翅目害虫，已开发出有效的信息素系统。定期统计捕获的雄虫数量可以预测产卵期和幼虫羽化期。

迷失方向和大规模捕获

这种迷惑或“混乱”防治方法是通过向空气中释放大量合成性信息素来实现的。高浓度的信息素会阻止雄性找到雌性，从而扰乱交配并减少后代的数量。信息素释放器被放置在花园或田地的各个角落。

迷惑法对苹果蠹蛾、卷叶蛾和其他果树害虫有效。该方法需要在大面积区域（至少数公顷）施用，以防止受精雌虫从邻近地块迁徙而来。

利用信息素诱捕器进行大规模诱捕，通过捕获大量雄性害虫来降低其种群数量。在诱捕器密度足够高（每公顷数十个）的情况下，这种方法无需使用杀虫剂即可控制害虫。大规模诱捕与干扰诱捕相结合，效果最佳。

植物引诱剂

植物挥发物能吸引昆虫前来取食和产卵。这些化合物的合成类似物被用于诱捕器中进行监测和控制。基于蛋白质水解物和糖类的食物引诱剂能吸引果蝇、黄蜂和其他害虫。

含有植物源挥发物的微纳米纤维能够持久吸引害虫。同轴静电纺丝技术可以制备出引诱剂可控释放的结构。这些系统能够延长诱捕器在田间的使用寿命。

超声波和创新技术

生物声学方法

合成超声波信号可以驱赶飞蛾，因为飞蛾已经进化出聆听蝙蝠回声定位的能力。超声波发射装置可以减少有耳飞蛾侵入农田。如果频率和工作模式选择得当，这种方法不会导致昆虫产生耐受性。

超声波驱避剂可以减少对鳞翅目害虫使用杀虫剂的需求。这项技术有助于保护农业生态系统，并防止害虫产生抗药性。

精准农业

遥感和无人机技术能够及早发现害虫爆发。通过对植被进行光谱分析，可以在出现可见症状之前识别受损区域。地理信息系统可以绘制害虫分布图，并优化诱捕器放置和灭虫剂释放方案。

配备传感器和摄像头的自动化监测系统可对农作物进行持续监测。人工智能分析图像，识别害虫并评估损害程度。精准技术降低了监测的人工成本，并提高了决策的及时性。

植物制剂

楝树油

印楝油提取自印度楝树（Azadirachta indica） 的种子，含有印楝素和其他具有杀虫特性的柠檬苦素类化合物。印楝素能干扰昆虫的蜕皮、取食和繁殖，起到生长调节剂的作用。印楝制剂对超过200种害虫有效，包括蚜虫、粉虱、蓟马、螨虫和毛虫。

对卷心菜的研究表明， 马缨丹 叶提取物和印楝油可使菜粉蝶幼虫数量减少70-85%。印楝油对天敌没有显著的负面影响，能够维持瓢虫、草蛉和蜘蛛的种群数量。印楝油的效益成本比高达2.36，优于其他生物农药。

以牛尿为基质，添加楝树叶、 黑荆树 和 鸭嘴花 提取物，可使水稻上的褐叶蝉和绿叶蝉数量减少67-72%。混合提取物比单一成分的功效更佳。

其他植物提取物

烟草、曼陀罗、辣椒和艾草的提取物具有杀虫和驱避作用。除虫菊（ Chrysanthemum cinerariifolium ）含有除虫菊酯，能迅速麻痹昆虫。鱼藤酮提取自鱼藤属植物和长叶藤属植物的根部，是一种呼吸道毒素。

菖蒲提取物（ Acorus calamus ）的气味可以驱赶害虫，并具有拒食作用。马缨丹（ Lantana camara ）已被证明对花椰菜毛虫非常有效。大蒜和洋葱提取物含有含硫化合物，对蚜虫、蓟马和螨虫有毒。

植物制剂比合成农药降解速度更快，降低了农产品中残留物积累的风险。大多数植物提取物对温血动物和人类的毒性较低。农民可以自行制备简单的提取物，从而降低成本。

土壤健康与生物多样性

土壤生物的作用

生物多样性丰富的健康土壤能够自然抑制害虫和病原体。土壤微型节肢动物，包括螨虫和跳虫，能够调节植食性昆虫的数量，并参与有机物的分解。捕食性螨虫和跳虫以土壤中的昆虫卵和幼虫为食。

有益微生物与病原体竞争营养和空间。 芽孢 杆菌定殖于根际，产生抗生素代谢物，抑制真菌和细菌性植物病害。菌根增强植物免疫力，改善水分和矿物质吸收。

土壤微生物多样性高可通过竞争抑制土壤病原体的存活和繁殖。有机耕作，例如施用堆肥和减少耕作，能够创造有利于土壤生物群落丰富发展的条件。

栖息地管理

为有益生物创造和维护栖息地可以改善自然害虫防治效果。田边和田间的开花植物能够吸引寄生蜂和捕食性天敌，为它们提供花蜜和花粉。许多寄生蜂和捕食性蝇类成虫以花蜜为食，而它们的幼虫则是捕食性的。

未修剪的植被带为步行虫、蜘蛛和隐翅虫提供了栖身之所。石堆、木屑和树篱为食虫昆虫提供了越冬和繁殖场所。农场上丰富的植被为多种益虫提供了生存空间。

减少或免耕能够维持土壤食物网的结构。多年生作物的永久种植或少耕为土壤捕食者和寄生性天敌创造了稳定的生存环境。覆盖物和堆肥等有机质能够支持碎屑食性动物的种群，而这些动物又可以作为大型捕食者的替代猎物。

基因方法

抗性品种

培育抗虫植物无需额外干预即可提供长期保护。叶毛、蜡质层或厚角质层等形态特征可阻碍昆虫取食和产卵。生化抗性因素包括毒素、驱避剂和拒食剂的产生。

抗褐叶蝉的水稻品种无需使用杀虫剂即可减少产量损失。番茄对粉虱和蚜虫的遗传抗性源于其腺毛中杀螨代谢物的产生。抗麦秆蝇和谷锯蝇的小麦即使在虫害严重的情况下也能保证作物产量。

将多个抗性基因组合到一个品种中可以减缓害虫的适应性。基因聚合比使用单个抗性基因更有效。传统育种和分子标记辅助选择可以加速抗性品系的培育。

不育昆虫

不育昆虫技术（SIT）包括大规模繁殖害虫，用辐射使其不育，然后将其释放到野外。不育雄虫与野生雌虫交配，但不会产生后代。如果释放的不育昆虫数量足够多，害虫种群数量就会下降。

不育昆虫技术（SIT）已成功用于防治地中海实蝇、丽蝇和其他一些害虫。该方法需要精确的物种鉴定、大规模饲养能力以及雌雄分离机制。不育昆虫必须能够与野生个体竞争。

将不育昆虫技术与其他综合虫害管理方法相结合，可提高害虫防治方案的有效性。该技术不留任何化学残留，且仅针对目标物种。

传统和民族知识

原住民习俗

数千年来，土著社区发展出了不使用合成化学物质的植物保护方法。菲律宾的阿埃塔族农民采用间作、轮作和人工除虫等方式。许多民族也使用焚烧或烟熏的方式来驱赶昆虫。

在南非，小农户利用当地植物提取物来防治病虫害。关于播种时间、伴生植物和农林业的传统知识有助于减轻病虫害压力。将本土实践与现代科学方法相结合，可以构建可持续的管理体系。

印度和非洲的农民使用楝树、姜黄、生姜和其他植物的提取物作为杀虫剂和杀菌剂。牛尿与植物提取物混合使用，可以增强杀虫效果。这些方法简便易行、成本低廉且环境友好。

经济和环境方面

成本和供货情况

一些生物防治方法需要前期投入资金用于昆虫天敌的培育和释放。然而，长期的经济效益包括降低农药成本、减少害虫抗药性以及提高产品质量。对城市森林生物防治的成本效益分析表明，其具有很高的经济效益。

轮作和间作等耕作方式无需大量资金投入。农民可以自行收集和种植覆盖作物种子。利用当地植物制作植物制剂可以减少对商业产品的依赖。

信息素诱捕器需要定期更换释放器，但随着批量生产，成本会降低。精准监测技术虽然初期投入较高，但可以降低人工和化学品成本。

对生态系统的影响

生物和非化学方法能够保护农业生态系统的生物多样性。寄生性天敌和捕食性天敌不会在食物链中积累，也不会污染水源。植物制剂能够快速分解，不会在土壤和水中留下长期残留物。

注重生物防治的有机耕作系统能够支持更丰富的鸟类、哺乳动物和无脊椎动物物种多样性。花带和树篱为传粉昆虫和其他有益生物提供了迁徙通道。保护害虫的天敌可以降低二次爆发的风险。

化学农药常常会杀死非目标生物，包括授粉昆虫和食虫昆虫。生物防治具有选择性，能最大限度地减少对益虫的影响。可持续的害虫管理系统有助于恢复自然调节机制。

挑战与局限性

效率和可靠性

生物防治起效可能比化学杀虫剂慢。建立天敌种群需要时间，尤其是在项目初期。温度、湿度和替代猎物的可获得性等环境因素都会影响有益生物的活性。

植物制剂在储存过程中稳定性较差，且对紫外线敏感。其保质期短，因此需要比合成农药更频繁地进行处理。植物提取物中活性成分浓度的标准化是一项技术挑战。

耕作防治方法对某些害虫种类有效，但并非普遍适用。轮作对寄主范围广、移动性强的多食性害虫效果不佳。该方法的成功与否取决于轮作作物的选择和轮作周期的长短。

知识和培训

实施综合虫害管理（IPM）要求农民了解害虫生物学、生态过程和监测方法。知识和技能的缺乏限制了生物防治方法的应用。培训计划和咨询支持对于成功从化学防治过渡到综合防治系统至关重要。

识别益虫和害虫需要专门的培训。生物制剂使用不当或释放天敌会降低其有效性。建立农民网络并分享经验能够加速可持续耕作方式的推广。

昆虫天敌和生物制品的批量生产需要基础设施和技术专长。对养殖昆虫进行质量控制，确保其存活率和寄生活性。商业昆虫饲养场和生物工厂的建设扩大了生物制剂的供应范围。

发展前景

技术整合

将传统病虫害综合防治方法与数字技术相结合，开辟了新的可能性。用于病虫害检测的移动应用程序简化了现场诊断。物联网传感器可以实时监测微气候参数和昆虫活动。

机器学习分析大量关于天气、植物物候和害虫动态的数据，以预测虫害爆发。自动化决策系统推荐最佳防治时间和方法。无人机将生物制剂投放到难以到达的区域，并释放噬虫动物。

科学研究

研究土壤食物网中的相互作用可以揭示自然抑制机制。宏基因组学使我们能够识别对病原体和害虫具有拮抗作用的微生物。细菌和真菌酶可能成为新型生物杀虫剂的基础。

RNA干扰技术通过抑制害虫的基因表达，为开发高特异性害虫防治剂提供了可能。由于RNA序列的特异性，该技术不会对非目标生物造成损害。研究低剂量杀虫剂对昆虫天敌的长期影响，将有助于优化化学和生物防治方法的联合应用。

政策与标准

有机农业的发展正在推动对生物防治和非化学植物保护方法的需求。政府通过补贴和认证等方式支持综合虫害管理（IPM）项目，加速了农民向可持续耕作方式的转型。有机标准要求优先考虑生物防治和耕作方式。

与化学农药相比，生物农药和昆虫天敌的登记流程通常更为简便。各国间要求的协调统一促进了生物制品的国际贸易。对生物制品研发和商业化的投入扩大了可用解决方案的范围。

可持续的、无化学农药的病虫害管理方法是一个基于生态学原理和生物相互作用的多方面系统。生物防治、农艺措施、物理屏障、信息素和植物药的整合，构建了具有自然病虫害调控能力的弹性农业生态系统。健康的土壤和高度的生物多样性是抑制病原体和害虫的基础。传统知识与现代技术的结合，为实现高产农业铺平了道路，同时避免对环境和人类健康造成负面影响。