美國上世紀(jì)70年代爆發(fā)的玉米小斑病，我國稻瘟病、馬鈴薯晚疫病也曾嚴重爆發(fā)。最直接有效的方式就是施用農(nóng)藥，但大量施用農(nóng)藥帶來環(huán)境破壞和食品安全問題。不施用農(nóng)藥如何抗作物的病蟲害？我們想到用生物多樣性來解決這個問題。
——朱有勇
1.種植業(yè)中的難關(guān)——病蟲害問題
在過去的一百年，全世界種在田里的農(nóng)作物，品種、土壤大幅度消失，美國、歐洲、南美和南亞，大概平均減少了85%，我們國家解放初期的時候種的水稻品種有4萬多種，到現(xiàn)在為止種的品種只有1000個；解放初期的小麥品種有1萬個，現(xiàn)在才有500多個；玉米由1萬多個到現(xiàn)在100多個。農(nóng)作物品種減少，生物多樣性降低，其中就出了一個大問題：病蟲害發(fā)生嚴重。這些例子太多，比如美國上世紀(jì)70年代爆發(fā)的玉米小斑病，我國稻瘟病、馬鈴薯晚疫病也曾嚴重爆發(fā)。發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)里面臨一個重大的問題：品種單一化造成病蟲害的不斷發(fā)生，那怎么辦？最直接有效的方式就是施用農(nóng)藥，但大量施用農(nóng)藥帶來環(huán)境破壞和食品安全問題。
農(nóng)業(yè)的病蟲害問題十分嚴重，世界各國科學(xué)家都在尋找解決的辦法。他們提出了很多思路，通過多系品種，利用水平抗性，聚合育種，育成廣譜抗病蟲品種。國外提出的這些思路好不好？當(dāng)然很好。我們也想找到一個品種對什么病、什么蟲都抗，不需要使用農(nóng)藥。但這個路子很難。怎么辦？我們想到用從生物多樣性來解決這個問題。經(jīng)過十多年的實驗，得到國際上高度認可。因為云南有這樣的條件，利用品種資源多樣性、生態(tài)多樣性、生境多樣性。在田里種植三至五個品種，不同的品種有不一樣的抗病基因，田間就有N個不同的抗病基因，可以對抗不同的病害。我們把試驗結(jié)論提升為科學(xué)理論，再將科學(xué)理論應(yīng)用到生產(chǎn)實踐中進行檢驗，并且獲得了成功，2000年獲得聯(lián)合國糧農(nóng)組織科學(xué)技術(shù)研究一等獎。
2.生物界的秘密——生物多樣性原理
生物多樣性這個名詞很生僻，但記住三個層面就比較容易理解：一個是遺傳多樣性，一個是物種多樣性，一個是生境多樣性。
為什么生物多樣性種植方式可以減少農(nóng)藥使用量，還能夠較好控制住作物病蟲害？原因有六個方面。
第一個是遺傳異質(zhì)作用。我講個例子大家就很清楚了。如果說在間屋子里的一兩百人都是一個父母生的，一個人生病其他人很可能也生病，這就是遺傳。實際上大家都來自不同的家庭，遺傳背景不同，所以即便一個人生病了，跟其他人沒有關(guān)系。回到作物上，品種多樣化了，病菌也就多樣了，會致病的那個病菌量就少了，如果只栽單一品種，那致病菌就會大量產(chǎn)生。
第二個是化感作用。作物之間不會說話，但是有化學(xué)感應(yīng)，不同作物種植在一起，既有不同作物的根交織在一起，也有不同作物的根相互之間呈分離狀態(tài)。比如說玉米和小麥的根挖開看，各走各的，但玉米和大豆的根和根是纏到一起的，大豆的根部會分泌一種有機酸，這種有機酸融合土壤里的鐵或者磷，玉米又會分泌一種叫黃酮類的物質(zhì)，要有這些分泌物喚醒彼此根系活躍起來，促進生長。
第三個是稀釋阻隔作用。病菌的寄主不同，田間作物不同，就起到了稀釋病菌的作用。多樣性種植作物，高矮搭配形成障礙，病菌、害蟲要傳播，需要越過障礙，對它們來說，就像翻長城一樣，翻不過去，防火墻一樣阻隔了有害生物的傳播。如果是一百萬畝、兩百萬畝大面積去做，病蟲害大發(fā)生會越來越少。
第四是減少初侵染。種莊稼的人都知道，今年種花生，明年要種玉米，同一個地方不能年年種同一種作物。什么道理呢？能使作物生病的病菌會殘留在土壤里，如果第二年繼續(xù)種，病菌萌發(fā)以后就能找到寄主，如果換一個作物，因為寄主不同，田間殘留的病菌和新的作物互相沒有關(guān)系，或者關(guān)系很小，就降低了病害的發(fā)生。
第五是混淆干擾和引誘趨避。玉米和甘蔗種在一起可以干擾玉米螟的產(chǎn)卵和成活率，減少玉米螟的發(fā)生，而玉米和馬鈴薯種在一起，馬鈴薯開花引誘寄生蜂去采蜜，從而減少田間害蟲的發(fā)生。所以現(xiàn)在要發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，一定要建設(shè)像花一樣的農(nóng)田，是有很重要的科學(xué)依據(jù)的。此外稻田里面養(yǎng)魚又是為什么？水稻莖稈上有害蟲，魚要取食，會用頭撞水稻，把蟲子撞下來后吃掉，由此形成了一個生物鏈，這些都是通過做實驗驗證知道的。
第六是立體空間效應(yīng)。如果只是種一種作物，它就是一個平面，風(fēng)吹不進去，田間濕度高，肯定容易生病；如果種兩種，有高的有矮的，就成為立體的空間，通風(fēng)透光，就不容易生病。
3.“天敵”來消滅害蟲
遺傳多樣性
云南的特色三個字就可以記住：多樣性。第一是地理地貌多樣。東部靠貴州，是喀斯特地貌，北部靠西藏這邊，是雪山冰川，靠西部騰沖這邊有地?zé)峄鹕剑麟p版納南部是熱帶雨林。中間有很多高原湖泊，如滇池、澄江等。云南的地理地貌幾乎囊括我國所有的生態(tài)類型。所以做生態(tài)研究云南條件最好。第二是氣候多樣。從熱帶一直到寒帶，囊括了全國各種不同的氣候類型。第三是動植物多樣。第四是生態(tài)環(huán)境多樣，且生態(tài)環(huán)境好，空氣、土壤、植被和水質(zhì)好。第五是民族文化多樣，26個少數(shù)民族在云南省形成了豐富多樣的農(nóng)耕文化。
這里要講的就是云南元陽哈尼梯田農(nóng)耕文化：水稻遺傳多樣性。現(xiàn)在已列入世界農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)名錄。這個地方的哈尼族人們種植的水稻品種至少已一千多年，而我們現(xiàn)在的很多新品種，種三到五年，老百姓就知道要去買一個新的品種。這有什么科學(xué)道理？為什么種植千年不會衰竭？我在這個地方已經(jīng)研究了八年。知道了這個品種產(chǎn)量穩(wěn)定，雖然不高，一畝地300多公斤，但農(nóng)民不用化肥，病害發(fā)生不嚴重，也不施農(nóng)藥。我們把這個品種拿去做全基因組測序，發(fā)現(xiàn)它內(nèi)在的遺傳多樣性非常豐富，這也就是它不生病持久利用的基因多樣性原理。傳統(tǒng)農(nóng)耕文化隱藏著非常大的梯田之光，這是我們?nèi)祟惪沙掷m(xù)利用的資源。
物種的多樣性
前面我說了，物種之間相克相生，如果利用起來可以增產(chǎn)增收。水稻也好，玉米也好，小麥也好，哪個搭哪個是關(guān)鍵，怎么搭，什么時候搭，效果如何，我都做了很多研究，已經(jīng)找到一套科學(xué)的辦法，推廣后效果很好，農(nóng)藥可以減少一半以上，在西南地區(qū)，包括四川、重慶、貴州推廣了幾億畝。
一個應(yīng)用就是橡膠林的生態(tài)多樣性種植。云南現(xiàn)在是橡膠生產(chǎn)大省，效益很好。但帶來一個問題，一百萬畝、幾百萬畝全部種橡膠樹，橡膠單一面積大了以后白粉病很重，如果不及時治理，橡膠林是要毀林的。我認為從物種多樣性入手改造它，把一些老樹砍了，種上其他品種的樹，一畝地多種上另外的6-10棵其它樹種，再與樹農(nóng)的經(jīng)濟掛鉤，比如種植鐵梨木、黃花梨、柚木、紫檀等。我們要長短結(jié)合，從經(jīng)濟的角度，從多樣性的角度，不同的物種插進去減少病蟲害發(fā)生。目前部分膠林已在改造，老百姓積極性很高。
另外一個是茶園的生態(tài)多樣性種植。茶葉在云南省是非常重要的經(jīng)濟支柱。要把生態(tài)茶做好，就要在茶園里面增加物種，像香樟樹、櫻桃樹等，還可以在茶園里面種花草，比如玫瑰、熏衣草、鼠尾草等，在一個鳥語花香的環(huán)境里生長出來的茶就會非常好，一個是借助花香的味道，另外一個是剛才講到的吸引，吸引天敵來消滅害蟲，就不用農(nóng)藥了。
生境多樣性
在云南，一個壩子就形成一個生境，一條溝乃至一個流域就是一個生境。云南地處北緯30度，這里有很好的熱區(qū)資源，再加上土地、水資源豐富，一年四季都可以做農(nóng)業(yè)，特別是冬季的農(nóng)業(yè)特色更明顯，農(nóng)民更賺錢，增收更多。比如西雙版納，德宏、臨滄、紅河等地都可以發(fā)展冬季特色農(nóng)業(yè)。我認為要有“一帶一路”的眼光，走出去，把菜外銷到泰國、老撾，到馬來西亞、新加坡。再比如云南的香格里拉地區(qū)，金沙江、瀾滄江、怒江三江并流，降雨量太大，降雨量超過1600毫米，而梅里雪山腳下的干冷河谷區(qū)降雨量卻很低，適合種葡萄，是世界海拔最高的葡萄生產(chǎn)區(qū)，具有獨特的物候條件，紫外線強、光質(zhì)好、水質(zhì)好、風(fēng)土好，生產(chǎn)的葡萄果小、皮厚、籽多，做葡萄酒最好。云南生境多樣，除了熱區(qū)、干冷河谷區(qū)，還有紅河、怒江等干熱河谷區(qū)，干熱河谷區(qū)最適合種檸檬，是比較好的產(chǎn)果區(qū)域。
最后總結(jié)一下，在西南地區(qū)，尤其是云南省，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一定要抓住“早”——發(fā)展冬季農(nóng)業(yè)。因為是在熱區(qū)，北方還在冰天雪地的時候，我們這里已經(jīng)春暖花開了，要抓一個時間差，比如說早馬鈴薯或者早楊梅，楊梅是5月份上市，最早福建的楊梅是要在6月中旬，玉溪的柑橘7月份上市，其他地方上市要到9月份。云南就主“早”，打一個時間差，滿足國內(nèi)的市場，老百姓就有錢了，老百姓就增收了，我們生態(tài)農(nóng)業(yè)也就有效益了。
第二是要發(fā)揮“熱”——自然光熱資源。云南許多地方的自然光熱資源充足，一年四季露天條件下種植的蔬菜花卉品種很多。不需要建大棚或溫室，只要利用好充足的光熱資源就可以在自然狀態(tài)下，生產(chǎn)出自然的生態(tài)水果和蔬菜。
特別需要彰顯“綠”——綠色生態(tài)安全。好的食材，好的氣候，就一定要追求高質(zhì)量，一定要有生態(tài)的概念，在鳥語花香的生態(tài)環(huán)境里面生產(chǎn)出香噴噴的農(nóng)產(chǎn)品，沒有公害，沒有任何的有害物質(zhì)，是生態(tài)的、有機的農(nóng)產(chǎn)品，這是云南省追求的目標(biāo)，切忌盲目高產(chǎn)再高產(chǎn)，那樣只會破壞生態(tài)。
還有要做強“精”——農(nóng)產(chǎn)品精深加工。要把農(nóng)產(chǎn)品變成商品，才是路子。一斤葡萄變一斤葡萄酒酒，一朵花變成一瓶護膚品、保健品，提升科技含量附加值，提倡大健康。
最后，要爭當(dāng)一個“兵”——生態(tài)文明建設(shè)排頭兵。云南很多地方生態(tài)環(huán)境很好，但也是最貧窮的地方。如果能把這些生態(tài)環(huán)境好的地方生產(chǎn)的生態(tài)產(chǎn)品變成市場經(jīng)濟的產(chǎn)品，就能讓老百姓富起來。我們利用好的生態(tài)環(huán)境，幫助老百姓脫貧，我們就能成為生態(tài)標(biāo)兵！
鏈接一
從生態(tài)角度探索作物多樣性解決難題的新途徑，該途徑須回答三個關(guān)鍵問題：能否控制病害？何為控病機理？能否推廣應(yīng)用？近三十年來的系統(tǒng)研究，逐一回答了三個關(guān)鍵問題，建立了作物多樣性控制病害新途徑，大面積推廣應(yīng)用通過了實踐檢驗。
試驗確證，探索作物多樣性控病新途徑
上世紀(jì)八十年代在云南山區(qū)朱有勇觀察到水稻品種多樣性有效控制稻瘟病的現(xiàn)象，隨后試驗驗證了控病效應(yīng)及其相關(guān)規(guī)律。九十年代拓展到玉米、馬鈴薯、小麥、蠶豆等物種多樣性控制病害的研究，探明了禾本科與豆類、禾本科與薯類等控病效應(yīng)及相關(guān)規(guī)律。1997年至1999年進行了萬畝放大驗證，明確了利用作物品種時空優(yōu)化配置能有效地控制病害。根據(jù)大量試驗結(jié)果，確證了從栽培角度利用作物多樣性控制病害新途徑。2000年8月標(biāo)志性研究結(jié)果在Nature上作為封面文章發(fā)表，并以熱點和亮點論文被專題評論，在國內(nèi)外產(chǎn)生了較大影響。歷時14年回答了第一個問題，即“作物多樣性時空配置能有效控制病害”。
揭示機理，為技術(shù)創(chuàng)新提供科學(xué)依據(jù)
作物多樣性控制病害新途徑推廣應(yīng)用面臨的問題是：品種如何搭配？什么栽培方式？什么種植時間？為了建立科學(xué)的應(yīng)用技術(shù)，針對面臨問題，他從引起作物病害發(fā)生的寄主品種、病菌和氣象因子“三要素”揭示了控病機理。一是品種遺傳異質(zhì)。試驗探明品種抗性遺傳異質(zhì)與控病效應(yīng)呈正相關(guān)，且抗性基因同源序列類似性RGA（NBS-LRR遺傳距離大于0.35）的品種搭配有顯著的控病效果。并通過11年的定位試驗，明確了品種多樣性減緩病菌方向選擇壓力，寄生適合度高的小種菌量顯著降低，驗證了品種多樣性減少病害的作用。二是稀釋和阻隔作用。試驗探明作物多樣性平均稀釋親和性病菌孢子45.6%，阻隔效率24.6%，減少初侵染源76.7%。三是改變微環(huán)境氣象因子。試驗探明高稈群體風(fēng)速和透光率提高，相對濕度和結(jié)露面積降低，不利病害發(fā)生。矮稈群體結(jié)果則相反。針對矮稈群體的負面影響，探明了矮稈作物提前或推后種植使發(fā)病高峰期避開降雨高峰的作用。該研究前后十余年回答了第二個問題，即“何為控病機理”。
技術(shù)創(chuàng)新，大面積推廣應(yīng)用產(chǎn)生顯著社會經(jīng)濟效益
通過機理研究，建立了一系列技術(shù)參數(shù)，完成了技術(shù)創(chuàng)新。一是品種搭配技術(shù)創(chuàng)新。根據(jù)遺傳異質(zhì)（NBS-LRR遺傳距離大于0.35）具顯著控病效果的研究數(shù)據(jù)，利用基因芯片技術(shù)建立了品種多樣性搭配快速測配體系。二是優(yōu)化空間配置技術(shù)創(chuàng)新。根據(jù)稀釋系數(shù)、阻隔效率和減少初侵染的試驗數(shù)據(jù)，建立了作物多樣性帶狀輪作的行比、行寬技術(shù)參數(shù)。三是優(yōu)化種植時間技術(shù)創(chuàng)新。根據(jù)錯峰種植避雨避病試驗數(shù)據(jù)，建立了馬鈴薯等矮桿作物提前或推后種植的技術(shù)參數(shù)。集成技術(shù)創(chuàng)新，形成了12項作物多樣性控病技術(shù)規(guī)范，2001-2009年累計推廣12，287萬畝，示范點調(diào)查表明主要病害平均病指分別降低17.4～62.5%，減少農(nóng)藥量53.9～71.8%，增加產(chǎn)量16.7～56.9%。主要結(jié)果獲發(fā)明專利16件。水稻遺傳多樣性控制稻瘟病技術(shù)分別獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎。作物物種多樣性控病增產(chǎn)技術(shù)獲云南省科技進步特等獎。十余年來通過大面積實踐應(yīng)用回答了第三個問題，即“能夠推廣應(yīng)用”。
他的近三十年對生物多樣性控制病害的系統(tǒng)研究，主要有三方面學(xué)術(shù)成績：一是上世紀(jì)八十年代開始，歷時14年試驗確證了作物多樣性控制病害新途徑，研究結(jié)果在Nature作為封面文章發(fā)表。二是九十年代深入機理研究，十余年揭示了主要機理，發(fā)表160余篇論文，專著3部，獲省自然科學(xué)研究一等獎。三是近十年來，通過機理研究進行了技術(shù)創(chuàng)新，形成16項技術(shù)規(guī)范，推廣應(yīng)用2億余畝，獲專利26件，獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎1項，省科技進步特等1項，一等獎3項。
鏈接二
研究的主要創(chuàng)新點如下：
理論創(chuàng)新試驗確證了從栽培角度利用作物多樣性時間和空間優(yōu)化配置控制病害新途徑。該創(chuàng)新點標(biāo)志論文“Genetic Diversity and Disease Control in Rice”單篇被引用927次。經(jīng)云南科技情報所檢索，單篇引用率在國際相關(guān)領(lǐng)域排名前列，在我國植物病理學(xué)領(lǐng)域排名第一。Nature和Science等刊物進行了專題評論，認為該研究突破了品種單一化的弊端，為解決現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題提供了佐證。
技術(shù)創(chuàng)新根據(jù)機理研究進行了技術(shù)創(chuàng)新，建立了技術(shù)參數(shù)，形成了一系列控病增產(chǎn)技術(shù)，并大面積推廣應(yīng)用。該創(chuàng)新點的應(yīng)用研究處于國際同領(lǐng)域前列。國外長期限于理論研究及田間小試和中試，我國2004年應(yīng)用超過1000萬畝，2009年超2000萬畝，2010年超4000萬畝。2004年獲聯(lián)合國糧農(nóng)組織國際稻米年科學(xué)研究一等獎，頒獎評語“為利用生物多樣性促進糧食安全提供了成功范例”。受邀國際生物多樣性與農(nóng)業(yè)大會、國際農(nóng)業(yè)生物多樣性大會、全國植物病理學(xué)大會等作大會報告25次，主持農(nóng)業(yè)生物多樣性國際、多邊、雙邊及全國會議11次。主持973項目2項，其中完成1項，滾動1項，主持完成863等項目10余項。研發(fā)技術(shù)作為重大農(nóng)業(yè)成果被政府納入工作計劃推廣，為地方經(jīng)濟發(fā)展提供了技術(shù)支持。
促進學(xué)科發(fā)展該研究將植物病理學(xué)理論與生物多樣性原理相結(jié)合，形成了作物多樣性控制病害研究新生長點。為滿足學(xué)科新生長點發(fā)展需要，得到國家相關(guān)部委支持，建成了國家農(nóng)業(yè)生物多樣性應(yīng)用研究工程中心和教育部農(nóng)業(yè)生物多樣性控制病害重點實驗室，建成博士點和博士后流動站。培養(yǎng)國內(nèi)博士后、博士和碩士100余人。培養(yǎng)國外博士4人，培訓(xùn)15個國家專業(yè)同行428人。農(nóng)業(yè)生物多樣性創(chuàng)新人才培養(yǎng)獲國家教學(xué)成果二等獎及國家級教學(xué)名師獎等。
作者簡介：朱有勇，1987年云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物病理碩士畢業(yè)，1996年澳大利亞悉尼大學(xué)留學(xué)回國，任云南省重點實驗室主任，教授；2000年獲中國農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位。2002年任教育部重點實驗室主任；2003年任國家農(nóng)業(yè)生物多樣性工程中心主任，博導(dǎo)，并兼任英國Wolverhampton大學(xué)和荷蘭Wageningen大學(xué)博導(dǎo)；2004年任云南農(nóng)業(yè)大學(xué)名譽校長；2006年任國家973計劃項目首席科學(xué)家。2011年當(dāng)選中國工程院院士。
（文字整理：本報記者陳鵬）
中國鄉(xiāng)村發(fā)現(xiàn)網(wǎng)轉(zhuǎn)自：光明日報2016年03月11日
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