理解植物病害管理：全球指南

植物病害对全球粮食安全、经济稳定和环境可持续性构成重大威胁。有效的植物病害管理对于确保作物健康、减少产量损失以及最大程度地减少对生态系统和人类健康的不利影响至关重要。本综合指南概述了适用于各种农业系统和地理区域的植物病害管理原则和实践。

什么是植物病害？

植物病害是指损害植物正常功能的异常状况。这些病害可能由各种生物（活的）和非生物（非活的）因素引起。

生物病因

生物病害由生物体引起，包括：

• 真菌：真菌是植物病害最常见的原因，它们可以感染植物的各个部分，导致锈病、黑穗病、白粉病和腐烂病。例如，由专性寄生菌小麦柄锈菌引起的麦锈病会在全球范围内严重影响小麦作物。
• 细菌：细菌性病害可引起枯萎、焦枯、斑点和癌肿。例如，番茄细菌性枯萎病，由茄石松黄单胞杆菌引起，在热带和亚热带地区是一个普遍存在的问题。
• 病毒：病毒是专性寄生物，可引起多种症状，包括花叶斑纹、矮化和叶片卷曲。番茄花叶病毒（ToMV）是一个常见例子，影响着全球的番茄生产。
• 线虫：生活在土壤中的显微圆形蠕虫，以植物根系为食，引起根结、病斑和植物生长受阻。根结线虫（根结线虫属）在全球许多作物中是一个主要问题。
• 植物支原体：类似细菌的生物，缺乏细胞壁，引起矢车菊黄萎病等病害，影响包括蔬菜和观赏植物在内的各种作物。
• 卵菌：与藻类密切相关的卵菌，引起霜霉病和晚疫病等病害。马铃薯晚疫病，由致病疫霉引起，是一种历史上重要的病害，曾引发爱尔兰马铃薯饥荒。

非生物病因

非生物病害由非生物因素引起，包括：

• 营养缺乏：必需营养素的缺乏会导致各种症状，如失绿症（叶片发黄）和生长缓慢。在碱性土壤中，缺铁是一个常见问题。
• 水分胁迫：干旱和洪水都会对植物健康产生负面影响。干旱会导致植物萎蔫和落叶，而洪水会导致根腐病和缺氧。
• 极端温度：高温和低温会损害植物组织并扰乱生理过程。霜冻损害是温带地区的一个常见问题。
• 空气污染：臭氧和二氧化硫等污染物会造成叶片损伤和植物生长受阻。
• 土壤 pH 值失衡：极端的 pH 值会影响养分的可利用性和根系健康。
• 除草剂药害：意外接触除草剂会损害非目标植物。

病害三角

病害三角是一个概念模型，它说明了病害发生所需的三个要素之间的相互作用：易感宿主、有毒病原体和有利环境。理解病害三角对于制定有效的病害管理策略至关重要。如果这三个要素中的任何一个不存在或不利，病害就不会发生，或者会显著减少。

• 易感宿主：植物种类或品种必须易感病原体。
• 有毒病原体：病原体必须能够引起病害。
• 有利环境：环境条件必须有利于病害的发生（例如，温度、湿度、光照）。

植物病害管理原则

有效的植物病害管理涉及一系列旨在预防病害发生和减轻其影响的策略。这些策略可分为以下几类：

1. 排除

排除旨在防止病原体进入无病区域。这可以通过以下方式实现：

• 检疫规定：实施严格的检疫措施，防止受感染的植物材料跨越国界或在地区内传播。例如，许多国家都有检疫规定，以防止引入外来病虫害。
• 使用无病繁殖材料：从信誉良好的供应商处采购保证无病原体的种子、幼苗和插条。许多作物的认证种子计划很常见。
• 卫生：清洁和消毒工具、设备和温室，以防止病原体传播。在修剪之间对修枝剪进行消毒是一个很好的例子。

2. 根除

根除旨在消除已经存在于某区域的病原体。这可以通过以下方式实现：

• 清除受感染植物：清除并销毁受感染的植物，以防止病原体传播到健康的植物。这对于局部爆发尤其有效。
• 轮作：通过轮作作物来打破在土壤中存活的病原体的生命周期。例如，通过非寄主作物与易感作物轮作可以减少线虫数量。
• 土壤消毒：使用热或化学物质杀死土壤中的病原体。土壤太阳能消毒，即使用透明塑料地膜为土壤加热，是一种非化学方法。

3. 防护

防护旨在在寄主植物和病原体之间建立屏障或保护植物免受感染。这可以通过以下方式实现：

• 化学防治：施用杀菌剂、杀菌剂或杀病毒剂来保护植物免受感染。选择合适的化学品并在正确的时间施用对于有效控制至关重要。应仔细考虑潜在的环境影响以及病原体种群中抗性的发展。
• 生物防治：利用有益微生物来抑制病原体种群。例如，使用芽孢杆菌属来控制真菌病原体，并使用捕食性线虫来控制植物寄生线虫。
• 栽培措施：改变栽培措施以创造不利于病原体发生的生长环境。这可以包括调整种植密度、改善土壤排水和提供足够的施肥。

4. 抗性

抗性包括使用对特定病原体具有抗性的植物品种。这通常是病害管理中最有效和最可持续的方法。

• 选育抗性品种：培育具有对重要病害更高抗性的新型植物品种。这是一个持续的过程，因为病原体可以进化并克服抗性基因。
• 使用抗性品种：在特定病害普遍存在的地区选择和种植抗性品种。这可以显著减少对化学防治的需求。

综合虫害管理 (IPM)

综合虫害管理 (IPM) 是一种整体的病虫害管理方法，它结合多种策略，最大限度地减少合成农药的使用，同时维持作物产量。IPM 强调预防、监测和尽可能使用非化学控制方法。IPM 的关键组成部分包括：

• 监测和侦察：定期检查植物是否存在病害或虫害侵扰的迹象。
• 识别：准确识别导致问题的害虫或病害。
• 阈值：建立防治阈值，即发生病虫害侵扰的水平，需要采取干预措施。
• 预防：采取预防措施，例如使用抗性品种、实行轮作和保持良好的卫生习惯。
• 控制：在必要时，结合使用栽培措施、生物防治和化学防治等多种控制方法。
• 评估：评估管理策略的有效性并进行必要的调整。

特定作物病害管理策略

使用的具体病害管理策略将根据作物、病害和环境条件而有所不同。以下是一些例子：

小麦

• 锈病：使用抗性品种，施用杀菌剂，并实行轮作。
• 赤霉病：使用抗性品种，在开花期施用杀菌剂，并管理作物残茬。
• 白粉病：使用抗性品种并施用杀菌剂。

水稻

• 稻瘟病：使用抗性品种，施用杀菌剂，并管理氮肥施用。
• 细菌性叶枯病：使用抗性品种并避免过量施用氮肥。
• 纹枯病：管理种植密度并施用杀菌剂。

马铃薯

• 晚疫病：使用抗性品种，施用杀菌剂，并监测天气条件。
• 早疫病：使用抗性品种，施用杀菌剂，并保持良好的植物健康。
• 普通痂病：将土壤 pH 值维持在 5.2 以下并使用抗性品种。

番茄

• 早疫病：使用抗性品种，施用杀菌剂，并实行轮作。
• 晚疫病：使用抗性品种，施用杀菌剂，并监测天气条件。
• 枯萎病：使用抗性品种并实行轮作。

香蕉

• 巴拿马病（镰刀菌枯萎病 TR4）：严格的检疫措施，使用无病繁殖材料，并研究抗性品种。这是全球香蕉生产的主要威胁。
• 黑斑病：施用杀菌剂并修剪受感染的叶片。

技术在植物病害管理中的作用

技术进步正在革新植物病害管理。这些包括：

• 精准农业：使用传感器、无人机和卫星图像来监测植物健康并及早发现病害爆发。
• 病害预测模型：利用天气数据和病害生物学来预测病害爆发并优化杀菌剂的应用。
• 分子诊断：使用 PCR 和其他分子技术来快速准确地识别病原体。
• 基因组编辑：使用 CRISPR-Cas9 和其他基因编辑技术来开发抗病品种。
• 人工智能 (AI) 和机器学习 (ML)：AI 和 ML 被用于分析大型数据集并开发疾病爆发和管理的预测模型。

可持续植物病害管理

可持续植物病害管理旨在最大限度地减少病害控制措施对环境和社会的影响，同时维持作物产量。这包括：

• 减少对合成农药的依赖：强调使用非化学控制方法，例如抗性品种、生物防治和栽培措施。
• 促进生物多样性：维持多样的种植系统和景观，以增强自然病害抑制作用。
• 保护自然资源：最大限度地减少水和肥料的使用，并保护土壤健康。
• 采用综合虫害管理 (IPM) 策略：实施 IPM 策略以减少农药使用并促进可持续农业。

植物病害管理的全球视角

植物病害管理实践因世界不同地区而异，具体取决于种植的作物、环境条件和可用资源。在发展中国家，资源限制和缺乏信息可能对有效的病害管理构成重大挑战。然而，许多发展中国家正在采用可持续农业实践，并推广使用抗性品种和生物防治剂。在发达国家，先进的技术和精准农业技术被用于优化病害管理和减少农药使用。

国际合作和研究工作对于应对全球植物病害挑战至关重要。这些合作涉及信息共享、新技术开发和病害管理策略协调。

挑战与未来方向

尽管植物病害管理取得了进展，但仍存在一些挑战：

• 新病害的出现：新病害不断出现，对作物生产构成威胁。
• 抗性发展：病原体可能对杀菌剂和其他控制措施产生抗性。
• 气候变化：气候变化可能会改变病害模式并加剧疫情的严重性。
• 信息和资源获取有限：许多农民，尤其是在发展中国家，缺乏有效病害管理所需的信息和资源。

未来的研究和开发工作应侧重于：

• 开发新的抗病品种：利用先进的育种技术和基因组编辑技术，开发对重要病害具有更高抗性的作物。
• 开发新的可持续控制措施：探索新的生物防治剂、生物农药和其他可持续控制方法。
• 改进病害预测模型：开发更准确可靠的病害预测模型，以优化病害管理决策。
• 推广综合虫害管理 (IPM)：实施 IPM 策略以减少农药使用并促进可持续农业。
• 加强国际合作：加强国际合作以应对全球植物病害挑战。

结论

植物病害管理是可持续农业和全球粮食安全的关键组成部分。通过理解病害管理原则并采取综合策略，我们可以保护我们的作物，减少产量损失，并最大限度地减少对环境和人类健康的不利影响。持续的研究、开发和国际合作对于应对植物病害带来的挑战并确保农业的可持续未来至关重要。