″在長島站,我們實現(xiàn)了對空中遷飛昆蟲的精準(zhǔn)識別與數(shù)據(jù)監(jiān)測,是一項具有國際水準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)昆蟲領(lǐng)域的前瞻性‘問天’工程。″

6月的渤海灣,進入了一年中最美的季節(jié),海天一色,碧空如洗。溫和的季風(fēng)一路向北,帶來了夏季海上溫暖的季風(fēng),也為遷飛的昆蟲們提供了″航道″與″順風(fēng)車″。華北平原麥田中產(chǎn)生的棉鈴蟲、黏蟲等,順著季風(fēng),在數(shù)百米的高空中跨越黃海和渤海,飛往更加廣袤的東北平原,在那里,嫩綠的玉米幼苗,將是它們新的目標(biāo)。

渤海灣中間,長島海洋生態(tài)文明綜合試驗區(qū),一座名為北隍城島的小島,是昆蟲遷飛的必經(jīng)之地。就在這個小島上,有一座常年監(jiān)測昆蟲遷飛的試驗站,由中國農(nóng)科院植保所于2003年建立。

二十年來,它扼守著渤海灣中的咽喉之地,時刻監(jiān)控著棉鈴蟲、黏蟲、小地老虎、草地貪夜蛾等許多農(nóng)業(yè)重大害蟲的遷飛。常年堅守在這里的農(nóng)業(yè)科研人員,研究它們的遷飛規(guī)律,探索防治的綜合方案,在煙濤微茫的大海上,建起了一座海上蟲關(guān)。

6月20日,航拍長島試驗站所在的北隍城島,這里位于渤海海峽中心。新京報記者 周懷宗 攝

遷飛害蟲,農(nóng)作物最大的威脅之一

在危害大田作物的農(nóng)業(yè)害蟲中,很多都具有遷飛的特點,它們會隨著季風(fēng)一起飛翔,短則遷飛數(shù)百公里,長則遷飛數(shù)千公里,造成異地害蟲突然爆發(fā),會對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)構(gòu)成巨大威脅。

對昆蟲來說,遷飛是它們在漫長的進化中,躲避不良生存環(huán)境,開拓新資源的適應(yīng)性對策。但對人類來說,昆蟲的遷飛,則是導(dǎo)致害蟲跨區(qū)域突發(fā)和作物病蟲害大流行的重要原因之一。據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示,″十三五″期間,遷飛性害蟲及其傳播的作物病害,在我國年均發(fā)生15億畝次以上,每年潛在糧食損失超過800億斤。

 

山東東營昆蟲雷達基地航拍圖。中國農(nóng)科院供圖

″蟲口奪糧″,是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中永恒的話題,中國農(nóng)科院植物保護研究所所長陸宴輝告訴記者,當(dāng)前,在全球氣候變暖不斷加劇、作物栽培和耕作制度顯著變化的新形勢下,遷飛性害蟲的爆發(fā)頻率、危害程度和所造成的產(chǎn)量損失,正在變得日益嚴(yán)重,已經(jīng)成為制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大瓶頸。而探索和研究昆蟲遷飛的規(guī)律,全方位監(jiān)測昆蟲遷飛的情況,是建立全程防控措施、盡可能防患于未然的基礎(chǔ),″在系統(tǒng)監(jiān)測的基礎(chǔ)上,對遷飛性害蟲進行精準(zhǔn)預(yù)警,并開展可持續(xù)治理研究,是保障我國糧食生產(chǎn)安全和食品安全的重大產(chǎn)業(yè)需求。″陸宴輝說。

在眾多的監(jiān)測和防控遷飛害蟲的試驗站、監(jiān)測站中,長島試驗站無疑是最特殊的一個。陸宴輝介紹,″長島試驗站所在的北隍城島,沒有任何農(nóng)業(yè),這意味著,在這個島上發(fā)現(xiàn)的所有農(nóng)業(yè)害蟲,都是從別處遷飛而來的,是監(jiān)測和研究遷飛昆蟲絕佳的地點。長島試驗站也是第一個專業(yè)進行遷飛害蟲監(jiān)測預(yù)警研究的海上試驗站?！?/P>

布網(wǎng)全國,不止有長島一個監(jiān)測點   

一次漫長的昆蟲遷飛,對昆蟲和人類來說,都是一次嚴(yán)峻的生存挑戰(zhàn)。昆蟲需要新的食物來源,而人類則要保衛(wèi)我們自己的糧食。

在這場人類和昆蟲的大作戰(zhàn)中,整個地球,都是一個巨大的戰(zhàn)場。陸宴輝介紹,遷飛害蟲是全球各國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重大危害因素之一,如在英國,每年約3.5萬億頭昆蟲飛過英國南部,其生物量約3200噸,相當(dāng)于2.2萬頭馴鹿在天上飛。這些昆蟲中的農(nóng)業(yè)害蟲,遷飛距離最高的,往返距離可以達到數(shù)千公里,對全球農(nóng)業(yè)造成巨大的危害,如2019-2020年全球遷飛的沙漠蝗蟲,從非洲出發(fā),遷飛范圍涉及兩河流域、印度等地,聯(lián)合國糧農(nóng)組織的數(shù)據(jù)顯示,1平方公里的沙漠蝗蟲,1天就能吃掉3.5萬人的口糧。

在中國,東部主要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)都處在東亞昆蟲遷飛場中,在東亞季風(fēng)等多種因素的共同作用下,每年往返遷飛,給不同農(nóng)業(yè)區(qū)帶來了巨大的威脅?！逶谖覈?10種國家一類農(nóng)作物害蟲中,就有8種具有遷飛習(xí)性?！尻懷巛x說。

在這個巨大的遷飛場中,科學(xué)家們正在年復(fù)一年地探索昆蟲遷飛的秘密,研發(fā)防治農(nóng)業(yè)害蟲的方法。″用人蟲之戰(zhàn)來形容,或許不是特別恰當(dāng),我們也在不斷地嘗試?yán)斫饫ハx,了解它們的一切習(xí)性和特點,以此來更好地利用它們的特點,保護我們的糧食生產(chǎn)。″2003年第一批上島的博士封洪強說。

6月20日,北隍城島上,廢棄小學(xué)改造成的中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所長島試驗站。新京報記者 周懷宗 攝

建立在渤海灣北隍城島上的試驗站,在二十年中,明確了26科106種農(nóng)林害蟲的群落結(jié)構(gòu)及動態(tài),而這只是這個巨大工程的一部分。″僅我們植保所,就在山東、廣西、云南、海南等地,建立了十多個試驗站點。而在全國,監(jiān)測昆蟲遷飛,進行農(nóng)業(yè)預(yù)警的試驗站,就有數(shù)十個?！尻懷巛x介紹。

海上蟲關(guān),夏季正是遷徙最忙碌的季節(jié)  

6月16日,太陽剛剛落入海面,絢麗的云霞漸漸隱沒在黑夜中,北隍城島上的試驗站里,三道粗大的光柱升起,刺破沉沉的夜色,直插云霄。幾乎只是一瞬,大量高空遷飛的昆蟲,受到燈光吸引,飛蛾撲火一般,順著光柱盤旋而下,奔向光亮的源頭。那里是一盞1000瓦的鹵素?zé)?燈下安置了網(wǎng)箱,撲火的昆蟲沿著光線,下雪一般落入網(wǎng)箱中,被科研人員捕獲。

6月中旬,正值棉鈴蟲、黏蟲等重大農(nóng)業(yè)害蟲遷飛的高峰期,它們從華北平原、或者更遠的地方起飛,一路北上,跨越茫茫大海,穿過渤海灣,奔赴東北廣袤的農(nóng)田,尋找更為合適的繁衍生息之地。

6月21日,航拍長島試驗站所在的北隍城島。新京報記者 周懷宗 攝

北隍城島位于渤海灣的中間,建在島上的試驗站,仿佛一道海上蟲關(guān),扼守住了遷飛通道的咽喉。因此,每到昆蟲遷飛的季節(jié),這里也進入了最忙碌的階段。駐扎在試驗站的年輕科研人員們,在整個夜晚中,每過幾個小時,都要收集一次裝滿昆蟲的網(wǎng)箱,安置新的網(wǎng)箱。

天亮后,逐漸升高的氣溫中,遷飛的昆蟲停駐休息,但科研人員的工作才剛剛開始。他們有各自的科研項目,需要從捕獲的數(shù)萬只昆蟲中,挑出自己需要的昆蟲,把剩余的昆蟲放在冰柜中,等到下午,再逐一鑒定種類,分種類統(tǒng)計數(shù)量、包裝、儲藏。這樣的工作,五六個人可能需要數(shù)個小時才能完成。

在島上,除了用于燈誘的高空探照燈,還有眾多監(jiān)測和捕捉昆蟲的設(shè)備,需要科研人員操作、管理和檢測,比如設(shè)立在西山頂?shù)睦ハx雷達、設(shè)立在試驗站內(nèi)的吸蟲塔等各種誘捕昆蟲的設(shè)施。除此之外,這些年輕的科研人員,還要完成科研實驗、撰寫論文、匯總數(shù)據(jù)等各種工作。而在島上這樣忙碌的生活,從4月開始,要一直持續(xù)到10月。

6月20日,長島試驗站院子里矗立的吸蟲塔,吸蟲塔通過渦輪裝置改變內(nèi)外氣壓,可以把飛行的昆蟲吸入塔中。新京報記者 周懷宗 攝

研究害蟲,在14次航捕中發(fā)現(xiàn)規(guī)律

我國對遷飛性害蟲進行系統(tǒng)性科學(xué)研究始于上世紀(jì)六十年代。中國農(nóng)科院植保所曾牽頭組建我國東部地區(qū)的黏蟲遷飛研究協(xié)作組,利用近3年的時間,在8個省,標(biāo)記釋放黏蟲200多萬頭,回收標(biāo)本12頭。首次證實黏蟲是一種遷飛害蟲,直線飛行距離為600-1400公里,遷飛路線初步證實了黏蟲季節(jié)性接力式南北往返遷飛為害的規(guī)律。

上世紀(jì)八十年代,棉鈴蟲在我國黃河流域和長江流域連年爆發(fā)成災(zāi),僅1992年,發(fā)生面積就達到2.8億畝,防治面積5.3億畝,直接經(jīng)濟損失超百億元。其發(fā)生面積之大、蟲量之多、損失之重,為歷史所罕見。

棉鈴蟲為何能在全國各地連年爆發(fā)成災(zāi)？當(dāng)時,中國農(nóng)科院植保所科研人員提出了一個″棉鈴蟲兼性遷飛″的假說。

這一假說的基礎(chǔ),是科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),棉鈴蟲每年在同一地區(qū)發(fā)生的情況、數(shù)量并不相同,排除氣候等因素的影響,這種差異很可能是由遷飛造成的。比如一場突如其來的暴雨,就有可能讓正在遷飛的大量害蟲被迫集中降落在一個地區(qū),造成大量聚集為害,或降落海面,葬身茫茫大海之中。

但如何才能證實這一假說？從1996年到1997年,中國農(nóng)科院植保所科研人員以渤海灣為中心,以″天津-大連-煙臺″為考察路線,14次乘坐客輪,在海上用網(wǎng)捕捉昆蟲?？洼喓讲恫⒉蝗菀?但多次的重復(fù)終有所得,14次航捕中,發(fā)現(xiàn)了包括棉鈴蟲在內(nèi)的21種昆蟲的跨海遷飛行為,在全球首次證實華北棉鈴蟲種群具有遠距離遷飛的行為,并且闡明了昆蟲遷飛的″渤海灣通道″。

高空探蟲,探明多種農(nóng)業(yè)害蟲遷飛規(guī)律

發(fā)現(xiàn)了棉鈴蟲的遷飛現(xiàn)象,但它們?yōu)楹芜w飛？又在何時通過怎樣的方式遷飛？更多的問題需要探明。

找到一個合適的地點,進行長期的觀測和研究,成為解決棉鈴蟲危害的當(dāng)務(wù)之急。通過輾轉(zhuǎn)打聽、反復(fù)考察,位于渤海灣中的北隍城島成為科學(xué)家們選擇的目標(biāo)之一。這個只有2.7平方公里的小島上,有兩個村莊,人們都以漁業(yè)為生,沒有任何農(nóng)業(yè)生產(chǎn),不會滋生本地農(nóng)業(yè)害蟲,可以有效避免本地害蟲對遷飛種群的干擾,研究對象高度純凈,是得天獨厚的研究地點。

2002年,中國農(nóng)科院植保所科研人員到北隍城島設(shè)置探照燈誘蟲器,獲得了令人滿意的監(jiān)測結(jié)果。2003年,將專門用來觀測昆蟲遷飛的車載昆蟲雷達運上北隍城島,建立了最初的試驗站。而登島的這輛車載雷達,是由無錫雷達廠1998年建造的我國第二部昆蟲雷達,此前一直在中國農(nóng)科院植保所的廊坊基地進行昆蟲觀測。

″大多數(shù)農(nóng)業(yè)害蟲是在夜間進行高空風(fēng)載遷飛,人眼難以觀測,必須依賴科技裝備,昆蟲雷達是當(dāng)時國際上研究昆蟲遷飛最先進的設(shè)備。″2023年6月20日,在北隍城島上,封洪強告訴記者,″最初的雷達都是模擬信號,監(jiān)測時,需要人手持相機,雷達每轉(zhuǎn)一圈,就要拍一張照片,然后通過沖洗出來的照片,人工計算天空中的回波,推算出蟲群的遷飛參數(shù)?！?/P>

當(dāng)時的北隍城島上,科研人員將雷達車開上一處山頂,固定在那里。每天晚上,都有兩個人徹夜待在車?yán)?手動調(diào)整雷達觀測仰角,存貯雷達圖像,監(jiān)控雷達運行。

隨后,更多的科研人員來到島上,他們住在漁民的家里,在一個個夜晚,監(jiān)測著高空飛過的遷飛昆蟲,探索和研究農(nóng)業(yè)害蟲遷飛的規(guī)律、防治的方法等。 

″通過長島試驗站的研究和探索,科學(xué)家們成功探明了多種農(nóng)業(yè)害蟲遷飛的規(guī)律,在此基礎(chǔ)上,研發(fā)了綜合防治的辦法。比如對棉鈴蟲的研究,曾經(jīng)獲得了2007年國家科技進步二等獎。對棉鈴蟲遷飛規(guī)律的掌握,最終為解決棉鈴蟲危害提供了基礎(chǔ),我國科學(xué)家在華北地區(qū)種植抗蟲棉,成功切斷了棉鈴蟲遷飛的通道?！尻懷巛x說。

昆蟲雷達,領(lǐng)先全球的″問天″工程

在長島試驗站,像揭示棉鈴蟲遷飛規(guī)律、解決棉鈴蟲重大危害這樣的案例還有很多。陸宴輝介紹,″2012年,東北黏蟲大爆發(fā)之前,長島試驗站就及時發(fā)現(xiàn)了黏蟲異常遷飛的情況。盡管當(dāng)年危害嚴(yán)重,經(jīng)過早期防治,依然把危害控制在點狀爆發(fā)的程度,沒有形成大面積絕產(chǎn)的農(nóng)業(yè)災(zāi)害。黏蟲的密度非常高,從發(fā)現(xiàn)到爆發(fā)非?？?無防御的情況下,幾天就能把玉米吃光。假如沒有預(yù)警、沒有提前做出應(yīng)對,等到當(dāng)?shù)匕l(fā)現(xiàn),可能已經(jīng)晚了。″

在長島試驗站,有多種觀測和誘捕遷飛昆蟲的方法、設(shè)備,其中最重要的,仍然是昆蟲雷達。封洪強告訴記者,最開始,我國的昆蟲雷達,主要是借用其他領(lǐng)域的雷達改造而成,如航海雷達主機加裝氣象雷達天線,昆蟲雷達觀測和數(shù)據(jù)分析也需要國外專家?guī)椭?/P>

6月20日,北隍城島上的一處山頂上,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所長島試驗站設(shè)置的昆蟲雷達。新京報記者 周懷宗 攝

但隨著遷飛昆蟲研究的不斷深入,我國昆蟲雷達也在迅速發(fā)展,封洪強介紹。上世紀(jì)九十年代,英國、澳大利亞等國開始轉(zhuǎn)而采用效率和自動化程度更高的旋轉(zhuǎn)極化垂直昆蟲雷達,我國也開始研發(fā)自己的垂直昆蟲雷達,″在長島試驗站建站的早期,我們就針對昆蟲雷達,開始開發(fā)和建立數(shù)字化的信息采集與處理系統(tǒng),擺脫了人工拍照分析的局面,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與分析的自動化?！?/P>

2010年,第一臺垂直昆蟲雷達登上了北隍城島,同時,由過去的系統(tǒng)改造而成的新系統(tǒng)也隨之配備成功,此后十多年中,我國昆蟲雷達技術(shù)不斷更新。封洪強告訴記者,目前,我國已經(jīng)成為昆蟲雷達技術(shù)和遷飛昆蟲研究領(lǐng)域的全球領(lǐng)跑者,″以前我們使用昆蟲雷達,需要利用國外的技術(shù),但現(xiàn)在,國外的專家會主動推薦我們的雷達和技術(shù)。事實上,我們的昆蟲雷達已經(jīng)在對外出口?！?/P>

從2003年長島試驗站建立至今,二十年中,無數(shù)科研人員常駐在這個2.7平方公里的小島上,在渤海灣的中心、萬頃碧波中,建立了世界上一流的昆蟲雷達監(jiān)測站,″在長島站,我們實現(xiàn)了對空中遷飛昆蟲的精準(zhǔn)識別與數(shù)據(jù)監(jiān)測,是一項具有國際水準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)昆蟲領(lǐng)域的前瞻性‘問天’工程,更是一項原創(chuàng)性的‘探蟲’科技創(chuàng)新工作?！尻懷巛x說。        

高空天眼,讓農(nóng)業(yè)害蟲再無處遁形

而就在山東東營,一座更加先進的高分辨相控陣?yán)走_已經(jīng)制造成功,陸宴輝介紹,″雷達通過高分辨相控陣掃描加多個單脈沖雷達協(xié)同跟蹤,可以實現(xiàn)群體監(jiān)測、個體信息分離、持續(xù)跟蹤等多種功能。以前的雷達很難辨識生物種類,也很難分析遷飛軌跡,新的雷達克服了這些困難,可以讓任何飛過的昆蟲無所遁形?！?/P>

陸宴輝將新的雷達監(jiān)測系統(tǒng),稱為″天眼″,就像在高空中安置了一枚天眼,在人類肉眼不可達的地方,默默地守護著天空,任何害蟲都不能避開這枚天眼悄然過境。

如今,對遷飛昆蟲監(jiān)測和研究工作來說,還有一項更加艱巨的任務(wù),那就是把全國所有的試驗站、雷達、觀測點等連成一張網(wǎng)?！逡郧?針對遷飛昆蟲的監(jiān)測、預(yù)警等,大多是各自為戰(zhàn)?！尻懷巛x說,″各地的農(nóng)業(yè)部門、科研單位都非常重視監(jiān)測和預(yù)警工作,也安裝了許多雷達,但因為各自獨立運行的原因,數(shù)據(jù)格式、監(jiān)測方式等都不相同,雷達的性能也不同,如何才能做到協(xié)同作戰(zhàn)？我們花了兩年多的時間,突破了這個難題,而隨著加入這個網(wǎng)絡(luò)的雷達越來越多,這個高空天眼發(fā)揮的作用也將越來越大?！?/P>

從長島試驗站,到廣西、云南、海南,再到華北平原乃至東北平原,陸宴輝覺得,未來的″天眼″,必然會為農(nóng)業(yè)植保打開新的局面,″單點的監(jiān)測預(yù)警,仍然有局限,比如某一個點發(fā)現(xiàn)了某種遷飛的昆蟲,但為了保證準(zhǔn)確,必然要經(jīng)過反復(fù)驗證,但幾天的時間,就有可能導(dǎo)致農(nóng)業(yè)災(zāi)害的發(fā)生。如果全國能夠聯(lián)網(wǎng),任何一個點發(fā)現(xiàn)遷飛昆蟲,附近的點位都可以聯(lián)動佐證,這樣就可以在最短時間內(nèi)確定遷飛的情況,及時發(fā)出預(yù)警。″陸宴輝說,″從單一臺站到多位協(xié)同,網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)測體系一旦實現(xiàn),農(nóng)業(yè)遷飛害蟲的監(jiān)測和預(yù)警,也將實現(xiàn)地區(qū)性到全國性的拓展,而這并不遙遠,很可能在不遠的將來就會實現(xiàn)。″