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    利用科技力量消滅蝗災:衛星、無人機、基因改造藥物和大數據預測
    發布時間:2020-11-02 瀏覽 579次

    沙漠蝗蟲屬于蝗蟲家族,主要在撒哈拉沙漠、整個阿拉伯半島和印度境內發現。昆蟲通常是無害的,但是當它們成群時可以長距離遷移并造成廣泛的農作物損害,例如威脅到非洲、中東和亞洲的糧食安全。在有利的條件下,它們以周期性的方式形成龐大的種群,并以每天約150公里的速度穿越各國,造成了廣泛的破壞。自1900年代以來,全世界已經經歷了大約六次沙漠蝗災。

    索馬里和埃塞俄比亞目前正面臨25年來最嚴重的沙漠蝗蟲侵擾,而這是肯尼亞70年來最嚴重的蝗災。一些地區經歷了100%的作物歉收,索馬里宣布該害蟲入侵為國家緊急情況。聯合國農業部與糧農組織FAO(以下簡稱糧農組織)表示,將需要約7000萬美元緊急支持這三個受影響最大的國家的蟲害控制和生計保護活動。常州市金壇區華隆化工有限公司

    非洲的主要出口產品(如西非的可可粉)及其熱帶森林不太可能受到嚴重影響,因為害蟲在干燥地區不斷繁衍,但在雨林地區很難大肆繁殖。但是,非洲的腰果和蔬菜等其他主要出口產品以及包括玉米,豆類和高粱在內的大部分糧食作物將處于危險之中。

    面積為一平方公里的蝗蟲群大約有4000萬蝗蟲,一天之內吃掉的食物數量與35000人相同。換句話說,成群的蝗蟲可以吃掉在馬里首都或尼日爾首都吃掉相當于該國全部人口一半的食物。常州市金壇區華隆化工有限公司

    蝗蟲肆虐作為一種常見的生物入侵的危機,各國應該從積極預防和預測開始,到利用科技的力量來控制其繼續蔓延。

    圖表1. 沙漠蝗蟲泛濫的景象

    世界糧農組織通過提供實時檢測工具eLocust3幫助應對沙漠蝗蟲暴發。常州市金壇區華隆化工有限公司

    厄立特里亞是沙漠蝗蟲常見威脅的東非國家之一,幾乎每年爆發一次,導致該國的農業常常遭到威脅,同時糧食產量大幅減少。糧農組織和該國其他政府部門組織合作,抗擊了部分蝗蟲暴發并積極確保該國農業的糧食生產和營養供給。盡管目前無法控制蝗蟲的移動,但糧農組織正在利用數據科學的力量來檢測蝗蟲數量的波動和移動軌跡,早已觸發了緊急響應警告。糧農組織將當前的入侵描述為“蝗災高潮”,因為它已影響到整個地區。該機構警告說,如果各國無法控制局勢超過一年,局勢可能會成為災難。糧農組織在一份新聞稿中說:“有害生物的傳播速度和侵害的規模遠遠超出了正常水平,以至于它們將地方和國家當局的能力擴大到了極限 ?!?受災地區的農民一直在計算損失。常州市金壇區華隆化工有限公司肯尼亞Mwingi地區Nguni的一位農民告訴媒體:“我期待豐收15袋90公斤袋的綠克(綠豆),但現在一無所有?!?/span>

    糧農組織通過其沙漠蝗蟲信息服務中心,持續監測和預測這些蝗蟲對世界各國糧食生產的潛在威脅,并在厄立特里亞及時地實施了eLocust3系統(圖表2)來應對此方面的威脅。該工具使厄立特里亞的官員可以在蝗蟲出沒的現場進行觀察、調查和控制,并通過衛星將數據實時傳輸到國家蝗蟲中心。這些數據是租車糧農組織全球預警系統的基礎。目前有越來越多的工作人員也接受了相關培訓,以使用該系統進行對蝗蟲的活動的進一步監測、評估和預測。常州市金壇區華隆化工有限公司

    圖表2 糧農組織采用的eLocust3系統

    沙漠蝗蟲(一種類似于舴艋的害蟲)一般在北非和近東的沙漠中繁殖(圖表2)。常州市金壇區華隆化工有限公司在最佳天氣和適宜的生態條件下,例如有降雨,足夠溫暖的氣候和綠色植被的存在,它們的數量會迅速增加,并形成龐大的群組形態,這樣的形態可以在數小時內就輕松破壞農民的土地。

    由于厄立特里亞在戰略上處于通往非洲之角的門戶,常州市金壇區華隆化工有限公司因此世界各國對該地區已達成了共同的承諾以抗擊蝗災。如今厄立特里亞政府將蝗蟲蟲害的控制列為國家優先事項,并與糧農組織密切合作采取了積極的應對措施。

    糧農組織eLocust3系統的實施也進一步幫助政府實時評估蝗蟲的移動和繁殖速度,常州市金壇區華隆化工有限公司然后將此項數據作為全國各地預警機制的一部分。該系統使用像汽車車頂上的小天線一樣的裝置連接到衛星,從而可以將野外收集的數據快速傳輸到位于阿斯馬拉的農業部的沙漠蝗蟲處(Desert Locust Unit )。相關數據包含有關蝗蟲棲息地、生態條件、天氣狀況、蝗蟲數量、控制和安全措施等詳細信息。

    衛星預告和檢測蝗災

    衛星可以監視可能導致蝗蟲惡性繁殖的條件,例如土壤的濕度和綠色植被的出現。常州市金壇區華隆化工有限公司歐洲聯合空間(以下簡稱ESA)最近與阿爾及利亞、法國、馬里、毛里塔尼亞、摩洛哥、西班牙和糧農組織的國際合作伙伴進行了合作,以測試如何從ESA的土壤濕度和海洋鹽度監測任務或SMOS等衛星獲取數據用來預測蝗災。

    糧農組織高級蝗蟲預報官員基思·克雷斯曼說:“在糧農組織,我們有數十年的預報蝗蟲瘟疫記錄,并與面臨最大風險的國家密切合作以實施控制措施?!?a href="http://www.biyinji.com/" target="_self" style="white-space: normal;">常州市金壇區華隆化工有限公司

    “通過將我們的專業知識與ESA的衛星能力結合在一起,我們可以顯著改善及時準確的預測。預警意味著各國可以迅速采取行動,控制潛在的疫情并防止大量糧食損失?!?/span>

    SMOS衛星會捕獲與地球表面發射的輻射相對應的“亮度溫度”圖像,可以以每像素50 km的分辨率獲取有關土壤水分的信息。通過將該信息與來自美國航天局NASA的Aqua和Terra衛星上的MODIS儀器的中等分辨率覆蓋的范圍相結合,該團隊將SMOS土壤水分的比例降低到了每像素1km的分辨率。然后將這些測量值用于制作地圖,顯示了蝗蟲爆發前約70天在毛里塔尼亞的可疑地區。

    過去,基于衛星的蝗蟲預報是從綠色植被信息中得出的,但這通常意味著蝗蟲群已經具備了有利條件,那其實只給我們大約一個月的提前預警期。

    現在,有關土壤水分的信息表明有多少水可用于最終的植被生長和有利的蝗蟲繁殖條件,因此可以提前2-3個月預測蝗蟲的存在。這些額外的預警時間對于各國的地方主管部門組織預防措施至關重要。

    毛里塔尼亞國家蝗蟲控制中心首席信息官艾哈邁德·塞勒姆·貝納西(Ahmed Salem Benahi)說:“我使用這些數據產品來了解當前狀況以及蝗蟲爆發的演變。我們現在有可能提前一到兩個月看到蝗蟲爆發的風險,這有助于我們更好地建立預防控制?!?/span>

    雖然當前的數據產品基于SMOS和MODIS任務,但另一個哥白尼前哨3任務的信息將很快集成,以確?;认x預警的長期可用性。該小組還正在利用Sentinel-1觀測值研究類似產品,以降低SMOS土壤濕度的比例,這將使識別分辨率進一步提高到100米。

    除了提前預防,但是蝗蟲災害一旦發生,我們又該如何應對呢?常州市金壇區華隆化工有限公司

    傳統的化學農業療法防治蝗蟲

    傳統的殺蟲劑是指任何用于殺死昆蟲的有毒物質,這種物質主要用于控制侵染農作物的害蟲例如蝗蟲或用于消滅特定區域中攜帶疾病的昆蟲。

    根據不同的化學性質、毒理作用和滲透方式,殺蟲劑可以被分為不同的種類。后來,人們根據不同的滲透方式對殺蟲劑進行分類:攝入(胃毒),吸入(熏蒸劑)和身體覆蓋物滲透(接觸性毒藥)。由于大多數合成殺蟲劑都可以通過以上三種途徑進行滲透,可以利用它們不同的化學原理更好地進行區分。除合成物外,植物中天然存在的一些有機和無機化合物也是有用的殺蟲劑,其中一些還被允許應用于有機農業中,大多數殺蟲劑被噴灑于或撒在植物或其他被昆蟲橫穿或取食的植物表面上。

    滲透方式

    胃毒只有通過口腔攝入才會顯現毒性,因此施用于那些利用口部咬或咀嚼植物的昆蟲(比如毛毛蟲、甲蟲和蚱蜢)最為有效。胃毒的主要成分是砷類藥物,比如巴黎綠(銅丙酮砷酸銅)、砷酸鉛和砷酸鈣,還有氟化合物(包括氟化鈉和冰晶石),以噴霧或粉塵的形式施用到目標昆蟲食用的植物的葉子和莖上。胃毒已漸漸被合成殺蟲劑取代,因為后者對人類和其他哺乳類動物的危害較小。

    熏蒸劑是一種有毒化合物,通過昆蟲的氣孔或呼吸孔進入其呼吸系統,包括氰化氫、萘,尼古丁和甲基溴之類的化學物質,主要針對儲存類產品的害蟲或用于熏蒸苗圃。

    接觸性毒藥會滲透到害蟲的皮膚,用于抵御那些刺穿植物表面并吸出汁液的節肢動物(如蚜蟲)。接觸式殺蟲劑可分為兩大類:天然化合物和合成有機化合物。天然存在的接觸殺蟲劑包括從煙草中產生的尼古丁、菊花和錫菊花中提取的除蟲菊,來源于魚藤和相關植物的根的魚藤酮以及石油。盡管這些化合物最初主要來源于植物提取物,其中一些有毒物質(例如除蟲菊酯)卻已經合成。天然殺蟲劑通常在植物上作用時間短,無法為長期的害蟲入侵提供保護。除蟲菊外,其他的天然接觸式殺蟲劑都已經在很大程度上被新型合成有機殺蟲劑所取代。

    合成殺蟲劑常州市金壇區華隆化工有限公司

    合成接觸式殺蟲劑是當下最主流的昆蟲防治藥劑,它們通常很容易穿透昆蟲并對多個物種產生毒性。合成式殺蟲劑主要的合成基團是氯代烴,有機磷酸鹽和氨基甲酸酯。

    · 氯化烴

    在發現DDT (Dichlorodiphenyltrichloroethane)(又叫滴滴涕,二二三,化學名為雙對氯苯基三氯乙烷)的殺蟲特性(1939年)后,人們開始開發氯代烴。這一系列的化學品還包括BHC (Benzene hexachloride) (又名蟲必死,化學名為六氯化苯),林丹、氯苯甲酸酯、甲氧基氯和環二烯(包括艾氏劑、狄氏劑、氯丹、七氯和異狄氏劑)。其中一些化合物結構穩定,并且具有很長的殘留時間,因此它們可以在需要長期提供保護的地方體現特別的價值。它們的毒性作用尚未完全明晰,但其中之一是會破壞害蟲的神經系統。有些氯化烴殺蟲劑因有害環境而被禁止使用。

    · 有機磷酸鹽常州市金壇區華隆化工有限公司

    有機磷酸鹽是現行最大規模和最常用的殺蟲劑,形成了兩種廣泛使用的化合物:對硫磷和馬拉硫磷,此外還有二嗪農、納達爾、甲基對硫磷和敵敵畏。有機磷酸鹽主要作用于以植物汁液為食的吸允類昆蟲(如蚜蟲和螨蟲),通過噴灑植物枝葉或將浸有化學物質的溶液噴灑到土壤中,可使植物通過根部吸收該種化學物質。有機磷酸鹽通常具有較少的殘留作用,而殘留耐受性通常會限制殺蟲劑的選擇。但它的毒性通常比氯代烴更大,通過抑制膽堿酯酶來殺死昆蟲,其中膽堿酯酶對神經系統的功能至關重要。

    · 氨基甲酸酯常州市金壇區華隆化工有限公司

    氨基甲酸酯是一組包括諸如氨基甲酸酯、滅多威和呋喃丹的化合物在內的殺蟲劑,它們的毒性能夠迅速被解除并從動物組織中清散,一般認為這種毒性來自于某種類似于有機磷酸鹽的機理。

    環境污染與抵抗常州市金壇區華隆化工有限公司

    合成殺蟲劑由20世紀中葉產生,有效地加強了對昆蟲和其他節肢類動物害蟲的防治,盡管這類化學品有害環境,但仍是現代農業中必不可少的一部分。通過防止作物損失,提高生產質量并降低耕作成本,1945-65年間,現代殺蟲劑使得世界某些地區的作物產量提高了50%。殺蟲劑亦幫助改善人類和家畜的健康,使得瘧疾、黃熱病和斑疹傷寒以及其他傳染病大大減少。

    但是殺蟲劑的使用也導致了其他幾個嚴重的問題,主要包括環境污染和害蟲產生的抗藥性。由于殺蟲劑是有毒化合物,它們可能對害蟲外的其他生物產生不利影響,實際上,環境中某些殺蟲劑的積累可能對野生生物和人類構成嚴重威脅。許多殺蟲劑效用短暫或易被攝入它們的動物代謝,常州市金壇區華隆化工有限公司但另外一些卻是持久性的,當被大量使用時,它們會擴散到整個環境中。

    施用殺蟲劑后,大部分殺蟲劑會進入土壤,直接施用地區或該地區產生的徑流會進一步污染地下水。土壤的主要污染物是氯化碳氫化合物,如DDT、艾氏劑、狄氏劑、七氯和BHC。由于反復噴灑,這些化學物質可以在土壤中大量堆積(達到每公頃10-112千克[即每英畝10-100磅]),并且由于與食物鏈聯系緊密,它們對野生動植物的影響也大大增加。

    DDT及其親緣化合物的穩定性使它們能夠在昆蟲的身體組織中積累,而昆蟲的身體組織構成了食物鏈上游其他動物的飲食,由此對后者亦能產生毒害作用。通常鷹和獵鷹等猛禽受此類化合物的影響最為嚴重,以至于種群銳減。因此,許多國家在1960年代開始限制使用此類化學品,并在1970年代徹底禁止使用此類化學品。

    殺蟲劑致使人體中毒事件亦時有發生。1991年,鑒于對農場勞動者產生的毒性傷害,美國大幅度削減了硫磷,一種常見的有機磷酸鹽殺蟲劑的使用。

    殺蟲劑產生的另一個問題是某些目標昆蟲種群趨于產生抗藥性,常州市金壇區華隆化工有限公司群體中易感成員被殺蟲劑殺死,而那些存活下來的抗性品系則通過繁殖,最終構成了種群中的大多數??顾幮允侵敢郧耙赘械睦ハx種群,不再能以常規的速率被農藥所控制。數百種有害昆蟲已獲得對不同合成有機農藥的抗藥性,對一種殺蟲劑具有抗藥性的昆蟲品種亦可能對第二種具有類似作用方式的殺蟲劑產生抗藥性??顾幮砸坏┊a生,根據其類型和害蟲種類,在沒有農藥噴灑的情況下,往往可以持續不同的時間。

    殺蟲劑還可能消滅害蟲的天敵,從而助長害蟲種群的增長。廣譜化學品的非特異性性質使它們更有可能對害蟲和益蟲產生這種意想不到的影響。

    基于大量使用某些化學殺蟲劑產生的問題,常州市金壇區華隆化工有限公司當前的昆蟲防治實踐將殺蟲劑的使用與生物學方法結合在一起,形成了綜合防治方法。在這種方法中,可以將最少劑量的殺蟲劑與抗蟲作物品種結合起來,使用抑制有害生物繁殖的農作物方法,釋放有害生物的天敵或寄生生物,以及通過釋放無菌害蟲從而破壞害蟲的繁殖。

    因此,在此次如此大型的蝗災面前,化學殺蟲劑這種傳統殺蟲方法,能否又一次經受住挑戰 。

    基因工程改造殺蟲劑

    糧農組織多次表達對化學農藥的依賴感到不滿。糧農組織在最近發布的文件中警告說。常州市金壇區華隆化工有限公司

    “盡管使用化學農藥仍然是控制沙漠蝗蟲的主要方法。但是,化學農藥可能會對人體健康和環境產生不利影響。因此,需要不斷平衡蝗災的風險與使用農藥的風險,”

    當2003年至2005年間發生了類似的沙漠蝗災時,肆虐了東歐和南歐附近的26個非洲國家,當時各國用農藥對大約1300萬公頃的沙漠蝗蟲侵擾進行了處理。糧農組織認為,這對于環境而言是令人擔憂的,因此我們應該積極尋求替代品。

    為警告當前殺蟲對化學農藥的依賴,同時保護環境不再過度遭受破壞,常州市金壇區華隆化工有限公司科學家呼吁采取創新的包括利用基因工程在內的方法,以期找到可持續的長期解決方案,以解決蝗蟲帶來的破壞性災難。

    加納昆蟲學會主席邁克爾·奧薩伊(Michael Osae)博士說:“我們可以想到的其中一種方法是,對生物防治劑進行了基因改造,以使其更有效地對抗沙漠蝗蟲?!?他指出,有一種名叫Metarhizium anisopliae的真菌 ,可以有效對抗沙漠蝗蟲。如今它已發展成為一種稱為“綠肌”的商業生物農藥產品。

    邁克爾·奧薩伊(Michael Osae)博士在科學聯盟的一次采訪中解釋說:“真菌在野外使用的功效不太好,例如我們無法使用它來對鼠疫。但是,如果我們可以對其進行基因改造,使其更具毒性,使其能夠更快地殺死有害昆蟲,阻止它們繁殖?!?/span>

    盡管目前探索對付有害生物的基因改造尚無明確進展,常州市金壇區華隆化工有限公司但昆蟲學家相信這是值得關注的可持續發展方向。

    無人機跟蹤及治理蝗蟲技術的應用

    從西非到印度的沙漠降雨之后,植物便開始生長,沙漠蝗蟲開始覓食,尋找新的糧食供應。獨居的昆蟲聚集在一起覓食而植被又非常少,它們很快就會變成極具危險性和破壞性的瘟疫。為了防止這些小團體變成消耗大量農作物的群體,并破壞國家的糧食供應,科學家們密切觀察植被的生長,跟蹤蝗蟲的活動和數量,并噴灑農藥來避免災難。

    沙漠蝗蟲的棲息約占地球陸地表面面積的20%。在這片干旱的土地上預防蜂群幾乎是不可能的,但是現代科學已經徹底改變了蝗蟲的監測和處理方式,而無人機是世界蝗災武庫中的最新武器。

    負責監視沙漠蝗蟲的聯合國糧食及農業組織(FAO)已與民間社會無人機技術公司HEMAV合作,將無人機技術整合到蝗蟲的預防和治療中。

    始于2016年的四年發展計劃在2019年底達到頂峰,常州市金壇區華隆化工有限公司向涉及沙漠蝗蟲的30個國家中的大多數派遣了無人機。根據HEMAV網站,無人機將配備高清視覺傳感器和熱像儀。他們可以繪制潛在爆發區域的地圖,并監測植被和成群的蝗蟲。

    糧農組織高級蝗蟲預防官員基思·克雷斯曼告訴媒體:“如果不進行仔細的監視,這些看似無害的團體就會變成成群的害蟲,在沙漠中行進,而這些成群的成蟲像烏云一樣遮擋著陽光”??死姿孤f,沙漠蝗蟲的食欲使其成為地球上最危險的蝗蟲之一。他們從沙漠遷徙到人類的棲息地,吞噬道路上的所有植被。他說:“像羅馬一樣大規模的成群的蝗蟲(相對算是小規模), 一天之內也可以吃掉相當于意大利一半人口的食物。如果我們能夠找到這些聚集成群的害蟲并加以治療,常州市金壇區華隆化工有限公司那么我們就可以防止蟲群的形成,甚至可以防止鼠疫的發生?!?/span>

    自從1950年代糧農組織開始監測昆蟲以來,追蹤和處理蝗蟲的方法已得到了顯著發展??死姿孤f?!斑^去,他們曾經在沙漠中的駱駝身上尋找蝗蟲,并且常常將這些信息寫在便箋或信件中,然后在兩到三個月后寄到首都或羅馬?!?/span>

    此后,四輪驅動汽車取代了駱駝,而GPS裝置,數字數據記錄儀和衛星則取代了手寫的蝸牛一般慢的信件?,F在,地面小組可以將蝗蟲數據實時發送到其國家辦事處和糧農組織在羅馬的總部。

    但是衛星圖像往往不合時宜且質量偏低。航測成本高昂,對于較貧窮的國家而言,這是很難實現的。盡管車輛可以增加地面工作隊的人數,但許多前線國家越來越不安全的狀況阻礙了預防工作。無人機可以立即傳輸數據,從而減少等待時間。它們不僅比直升機和飛機便宜得多,而且無人機還具有無人值守的優勢。

    如果爆發即將來臨或是已經發生,我們可以為無人機裝配生物和化學農藥。常州市金壇區華隆化工有限公司機械噴涂會更加精確,及時,高效,而且對于人類來說也是一種更加安全的選擇。

    克雷斯曼先生在接受HEMAV采訪時說:“人工使用農藥是相對危險的,因此使用無人機技術對于施藥者和參與控制行動的人員來說更加安全。我們希望使用無人機技術可以使對蝗蟲的監測更加有效。另外,這對蝗蟲的預警也至關重要?!?/span>

    沙漠蝗蟲近來肆虐非洲和亞洲部分地區,印度一些地方受災嚴重,導致大面積農作物減產或絕收。但當前印度蝗災已基本結束,目前僅西部拉賈斯坦邦部分地區仍有少數蝗蟲聚集。巴基斯坦也受損嚴重,中國已經向巴基斯坦派出了防治蝗災工作組。常州市金壇區華隆化工有限公司

    專家指出,由于氣候環境等因素,中國并非這種蝗蟲的適宜生存區,歷史上的中國蝗災也并非此物種。目前沙漠蝗蟲災害對中國會造成的影響尚不明朗,但是我們需要知道的是,如今的世界已經成為一個巨大的經濟共同體。非洲或者其他地方遭受的災害也會從很多其他方面影響到中國,常州市金壇區華隆化工有限公司我們千萬也不能掉以輕心,要做好提前預警,實時監控,積極防護等措施,這樣才能在穩住世界第一人口大國的糧食安全之外,向受災地區提供相應的援助。


     
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