美國上世紀70年代爆發的玉米小斑病，我國稻瘟病、馬鈴薯晚疫病也曾嚴重爆發。最直接有效的方式就是施用農藥，但大量施用農藥帶來環境破壞和食品安全問題。不施用農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.種植業中的難關——病蟲害問題
在過去的一百年，全世界種在田里的農作物，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，現在才有500多個；玉米由1萬多個到現在100多個。農作物品種減少，生物多樣性降低，其中就出了一個大問題：病蟲害發生嚴重。這些例子太多，比如美國上世紀70年代爆發的玉米小斑病，我國稻瘟病、馬鈴薯晚疫病也曾嚴重爆發。發展生態農業里面臨一個重大的問題：品種單一化造成病蟲害的不斷發生，那怎么辦？最直接有效的方式就是施用農藥，但大量施用農藥帶來環境破壞和食品安全問題。
農業的病蟲害問題十分嚴重，世界各國科學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。我們把試驗結論提升為科學理論，再將科學理論應用到生產實踐中進行檢驗，并且獲得了成功，2000年獲得聯合國糧農組織科學技術研究一等獎。
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生。
第二個是化感作用。作物之間不會說話，但是有化學感應，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。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，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，如果第二年繼續種，病菌萌發以后就能找到寄主，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系，或者關系很小，就降低了病害的發生。
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卵和成活率，減少玉米螟的發生，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生。所以現在要發展生態農業，一定要建設像花一樣的農田，是有很重要的科學依據的。此外稻田里面養魚又是為什么？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。如果只是種一種作物，它就是一個平面，風吹不進去，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熱火山，西雙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類型。所以做生態研究云南條件最好。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。第四是生態環境多樣，且生態環境好，空氣、土壤、植被和水質好。第五是民族文化多樣，26個少數民族在云南省形成了豐富多樣的農耕文化。
這里要講的就是云南元陽哈尼梯田農耕文化：水稻遺傳多樣性。現在已列入世界農業文化遺產名錄。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。這有什么科學道理？為什么種植千年不會衰竭？我在這個地方已經研究了八年。知道了這個品種產量穩定，雖然不高，一畝地300多公斤，但農民不用化肥，病害發生不嚴重，也不施農藥。我們把這個品種拿去做全基因組測序，發現它內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。傳統農耕文化隱藏著非常大的梯田之光，這是我們人類可持續利用的資源。
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增收。水稻也好，玉米也好，小麥也好，哪個搭哪個是關鍵，怎么搭，什么時候搭，效果如何，我都做了很多研究，已經找到一套科學的辦法，推廣后效果很好，農藥可以減少一半以上，在西南地區，包括四川、重慶、貴州推廣了幾億畝。
一個應用就是橡膠林的生態多樣性種植。云南現在是橡膠生產大省，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，再與樹農的經濟掛鉤，比如種植鐵梨木、黃花梨、柚木、紫檀等。我們要長短結合，從經濟的角度，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多樣性種植。茶葉在云南省是非常重要的經濟支柱。要把生態茶做好，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，這里有很好的熱區資源，再加上土地、水資源豐富，一年四季都可以做農業，特別是冬季的農業特色更明顯，農民更賺錢，增收更多。比如西雙版納，德宏、臨滄、紅河等地都可以發展冬季特色農業。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，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降雨量卻很低，適合種葡萄，是世界海拔最高的葡萄生產區，具有獨特的物候條件，紫外線強、光質好、水質好、風土好，生產的葡萄果小、皮厚、籽多，做葡萄酒最好。云南生境多樣，除了熱區、干冷河谷區，還有紅河、怒江等干熱河谷區，干熱河谷區最適合種檸檬，是比較好的產果區域。
最后總結一下，在西南地區，尤其是云南省，農業生產一定要抓住“早”——發展冬季農業。因為是在熱區，北方還在冰天雪地的時候，我們這里已經春暖花開了，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，滿足國內的市場，老百姓就有錢了，老百姓就增收了，我們生態農業也就有效益了。
第二是要發揮“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下，生產出自然的生態水果和蔬菜。
特別需要彰顯“綠”——綠色生態安全。好的食材，好的氣候，就一定要追求高質量，一定要有生態的概念，在鳥語花香的生態環境里面生產出香噴噴的農產品，沒有公害，沒有任何的有害物質，是生態的、有機的農產品，這是云南省追求的目標，切忌盲目高產再高產，那樣只會破壞生態。
還有要做強“精”——農產品精深加工。要把農產品變成商品，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，要爭當一個“兵”——生態文明建設排頭兵。云南很多地方生態環境很好，但也是最貧窮的地方。如果能把這些生態環境好的地方生產的生態產品變成市場經濟的產品，就能讓老百姓富起來。我們利用好的生態環境，幫助老百姓脫貧，我們就能成為生態標兵！
鏈接一
從生態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鍵問題：能否控制病害？何為控病機理？能否推廣應用？近三十年來的系統研究，逐一回答了三個關鍵問題，建立了作物多樣性控制病害新途徑，大面積推廣應用通過了實踐檢驗。
試驗確證，探索作物多樣性控病新途徑
上世紀八十年代在云南山區朱有勇觀察到水稻品種多樣性有效控制稻瘟病的現象，隨后試驗驗證了控病效應及其相關規律。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及相關規律。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化配置能有效地控制病害。根據大量試驗結果，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月標志性研究結果在Nature上作為封面文章發表，并以熱點和亮點論文被專題評論，在國內外產生了較大影響。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，為技術創新提供科學依據
作物多樣性控制病害新途徑推廣應用面臨的問題是：品種如何搭配？什么栽培方式？什么種植時間？為了建立科學的應用技術，針對面臨問題，他從引起作物病害發生的寄主品種、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。試驗探明品種抗性遺傳異質與控病效應呈正相關，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%。三是改變微環境氣象因子。試驗探明高稈群體風速和透光率提高，相對濕度和結露面積降低，不利病害發生。矮稈群體結果則相反。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”。
技術創新，大面積推廣應用產生顯著社會經濟效益
通過機理研究，建立了一系列技術參數，完成了技術創新。一是品種搭配技術創新。根據遺傳異質（NBS-LRR遺傳距離大于0.35）具顯著控病效果的研究數據，利用基因芯片技術建立了品種多樣性搭配快速測配體系。二是優化空間配置技術創新。根據稀釋系數、阻隔效率和減少初侵染的試驗數據，建立了作物多樣性帶狀輪作的行比、行寬技術參數。三是優化種植時間技術創新。根據錯峰種植避雨避病試驗數據，建立了馬鈴薯等矮桿作物提前或推后種植的技術參數。集成技術創新，形成了12項作物多樣性控病技術規范，2001-2009年累計推廣12，287萬畝，示范點調查表明主要病害平均病指分別降低17.4～62.5%，減少農藥量53.9～71.8%，增加產量16.7～56.9%。主要結果獲發明專利16件。水稻遺傳多樣性控制稻瘟病技術分別獲國家技術發明二等獎。作物物種多樣性控病增產技術獲云南省科技進步特等獎。十余年來通過大面積實踐應用回答了第三個問題，即“能夠推廣應用”。
他的近三十年對生物多樣性控制病害的系統研究，主要有三方面學術成績：一是上世紀八十年代開始，歷時14年試驗確證了作物多樣性控制病害新途徑，研究結果在Nature作為封面文章發表。二是九十年代深入機理研究，十余年揭示了主要機理，發表160余篇論文，專著3部，獲省自然科學研究一等獎。三是近十年來，通過機理研究進行了技術創新，形成16項技術規范，推廣應用2億余畝，獲專利26件，獲國家技術發明二等獎1項，省科技進步特等1項，一等獎3項。
鏈接二
研究的主要創新點如下：
理論創新試驗確證了從栽培角度利用作物多樣性時間和空間優化配置控制病害新途徑。該創新點標志論文“Genetic Diversity and Disease Control in Rice”單篇被引用927次。經云南科技情報所檢索，單篇引用率在國際相關領域排名前列，在我國植物病理學領域排名第一。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，為解決現代農業生產中出現的問題提供了佐證。
技術創新根據機理研究進行了技術創新，建立了技術參數，形成了一系列控病增產技術，并大面積推廣應用。該創新點的應用研究處于國際同領域前列。國外長期限于理論研究及田間小試和中試，我國2004年應用超過1000萬畝，2009年超2000萬畝，2010年超4000萬畝。2004年獲聯合國糧農組織國際稻米年科學研究一等獎，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業大會、國際農業生物多樣性大會、全國植物病理學大會等作大會報告25次，主持農業生物多樣性國際、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。研發技術作為重大農業成果被政府納入工作計劃推廣，為地方經濟發展提供了技術支持。
促進學科發展該研究將植物病理學理論與生物多樣性原理相結合，形成了作物多樣性控制病害研究新生長點。為滿足學科新生長點發展需要，得到國家相關部委支持，建成了國家農業生物多樣性應用研究工程中心和教育部農業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。培養國內博士后、博士和碩士100余人。培養國外博士4人，培訓15個國家專業同行428人。農業生物多樣性創新人才培養獲國家教學成果二等獎及國家級教學名師獎等。
作者簡介：朱有勇，1987年云南農業大學植物病理碩士畢業，1996年澳大利亞悉尼大學留學回國，任云南省重點實驗室主任，教授；2000年獲中國農業大學博士學位。2002年任教育部重點實驗室主任；2003年任國家農業生物多樣性工程中心主任，博導，并兼任英國Wolverhampton大學和荷蘭Wageningen大學博導；2004年任云南農業大學名譽校長；2006年任國家973計劃項目首席科學家。2011年當選中國工程院院士。
（文字整理：本報記者陳鵬）
中國鄉村發現網轉自：光明日報2016年03月11日
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