田靜

自古以來，我國(guó)就是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)的豐收與否直接關(guān)系到農(nóng)民的切身利益。然而，除了自然災(zāi)害之外，病蟲害也經(jīng)常給農(nóng)業(yè)帶來嚴(yán)重影響。例如，令人惶恐的蝗災(zāi)，一旦發(fā)生，大量的蝗蟲會(huì)吞食農(nóng)作物，使農(nóng)產(chǎn)品完全遭到破壞，引發(fā)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失以致因糧食短缺而發(fā)生饑荒。上世紀(jì)90年代我國(guó)爆發(fā)的棉鈴蟲災(zāi)害，使棉花產(chǎn)業(yè)幾乎遭受滅頂之災(zāi)。并且，隨著化學(xué)農(nóng)藥產(chǎn)量和品種的逐年增加，害蟲的抗藥性也不斷增強(qiáng)，造成的危害也日益嚴(yán)重，有效防治病蟲害已經(jīng)成為目前農(nóng)業(yè)科技工作者亟需解決的一大問題。

作為一位農(nóng)業(yè)昆蟲與害蟲防治專業(yè)博士，封洪強(qiáng)一直致力于帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研究植物病蟲害的自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警和害蟲的綠色防控技術(shù)，并取得了斐然的成績(jī)。現(xiàn)任河南農(nóng)科院植保所副所長(zhǎng)、河南省植物保護(hù)學(xué)會(huì)秘書長(zhǎng)、農(nóng)業(yè)有害生物綠色防控技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長(zhǎng)。他曾主持多項(xiàng)農(nóng)作物病蟲害的重點(diǎn)科研項(xiàng)目，發(fā)表學(xué)術(shù)論文70多篇；曾獲中國(guó)植保學(xué)會(huì)第三屆青年科技獎(jiǎng)，河南省第十屆青年科技獎(jiǎng)，河南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)先進(jìn)工作者、省直優(yōu)秀共產(chǎn)黨員等榮譽(yù)。在近20年的植物保護(hù)研究過程中，他作為我國(guó)病蟲害自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)研究的領(lǐng)軍人物攻堅(jiān)克難，勇往直前，為實(shí)現(xiàn)害蟲監(jiān)測(cè)預(yù)警自動(dòng)化作出了實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)，其研究成果對(duì)我國(guó)發(fā)展農(nóng)業(yè)有害生物的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)與綠色防控技術(shù)打下了良好的基礎(chǔ)，推動(dòng)了我國(guó)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型病蟲害可持續(xù)治理技術(shù)體系的形成，也為促使我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。

科技惠農(nóng)，創(chuàng)新幫農(nóng)

棉花是我國(guó)的主要經(jīng)濟(jì)作物之一，是人們生產(chǎn)和生活中必不可少的農(nóng)作物。然而，上世紀(jì)八、九十年代，由于棉鈴蟲對(duì)傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥產(chǎn)生抗性，在我國(guó)大面積爆發(fā)，每年造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重挫傷了棉農(nóng)植棉的積極性，棉花的種植面積銳減。針對(duì)這種情況，我國(guó)1997年開始使用轉(zhuǎn)Bt基因棉花防治棉鈴蟲。Bt是蘇云金芽孢桿菌的簡(jiǎn)稱，它能分泌一種毒蛋白使棉鈴蟲死亡，而該毒蛋白對(duì)人畜無害。通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)把Bt體內(nèi)編碼這種毒蛋白的基因?qū)朊藁ǖ募?xì)胞內(nèi)，使棉花細(xì)胞可以生產(chǎn)這種毒蛋白來殺死棉鈴蟲，這種棉花就是轉(zhuǎn)Bt基因棉花。由于棉鈴蟲吃了轉(zhuǎn)Bt基因棉花新品種植株后就會(huì)死亡，故該棉花新品種得已迅速推廣，并產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益。轉(zhuǎn)基因棉花給農(nóng)民帶來的直接好處就是減少了農(nóng)藥使用量，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和中毒概率，成功控制了棉鈴蟲，挽回了經(jīng)濟(jì)損失。

然而，轉(zhuǎn)Bt基因棉不能殺死刺吸式口器的昆蟲，轉(zhuǎn)Bt基因棉大面積推廣后，封洪強(qiáng)發(fā)現(xiàn)在棉鈴蟲種群數(shù)量下降的同時(shí)，一種刺吸式口器的害蟲——盲蝽蟓逐漸上升為棉田的主要害蟲。如何不再增加農(nóng)藥用量卻能有效地控制盲蝽蟓的危害是轉(zhuǎn)基因棉花可持續(xù)利用需要面對(duì)的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。

于是，在國(guó)家公益性行業(yè)科研專項(xiàng)支持下，封洪強(qiáng)團(tuán)隊(duì)在長(zhǎng)期系統(tǒng)觀測(cè)后，明確了河南省有害盲蝽種類，指出，上世紀(jì)80年代河南以苜蓿盲蝽和中黑盲蝽為主，但經(jīng)過多年的演變，目前以綠盲蝽和中黑盲蝽為主。

緊接著，封洪強(qiáng)帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究了中黑盲蝽和綠盲蝽的區(qū)域?yàn)?zāi)變機(jī)理和防控技術(shù)，明確了Bt棉田內(nèi)防治棉鈴蟲的用藥量減少是近年來中黑盲蝽和綠盲蝽區(qū)域性暴發(fā)成災(zāi)的主要原因；探明了中黑盲蝽和綠盲蝽卵滯育的誘導(dǎo)、解除機(jī)制和成蟲田間遷移擴(kuò)散能力；明確了自然種群區(qū)域性消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)，組建了種群動(dòng)態(tài)模型，研制出高效低毒復(fù)配農(nóng)藥——30%敵百啶蟲脒乳油和水劑；提出了以早春防除越冬蟲源、種植誘集植物和適時(shí)化學(xué)防控為核心的綜合治理技術(shù)；構(gòu)建了中黑盲蝽和綠盲蝽區(qū)域性綜合治理技術(shù)體系，并在南陽、商丘和新鄉(xiāng)棉區(qū)進(jìn)行示范推廣，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

封洪強(qiáng)團(tuán)隊(duì)的該項(xiàng)研究成果，不但在理論上充實(shí)了中黑盲蝽和綠盲蝽區(qū)域性災(zāi)變規(guī)律，而且在實(shí)踐上提供了簡(jiǎn)單易行、操作方便的區(qū)域性中黑盲蝽控制技術(shù)，極大地推動(dòng)了我國(guó)Bt棉田害蟲防控工作，提升了我國(guó)糧棉生態(tài)區(qū)農(nóng)業(yè)害蟲的系統(tǒng)防控水平。

最近，封洪強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)通過轉(zhuǎn)錄組分析比較了中黑盲蝽不同發(fā)育時(shí)期各種基因的表達(dá)差異，對(duì)中黑盲蝽的88614個(gè)基因進(jìn)行了分析注釋。發(fā)現(xiàn)在變態(tài)的過程中基因表達(dá)的差異非常大，而這些差異與性別分化、代謝和發(fā)育有關(guān)。該研究還提供了中黑盲蝽豐富的轉(zhuǎn)錄基因表達(dá)信息，為更好地理解發(fā)育通路、信息素合成、性別分化和翅的形成奠定了基礎(chǔ)。該研究為中黑盲蝽的分子防控提供了理論依據(jù)，對(duì)開發(fā)新型中黑盲蝽治理技術(shù)具有重要價(jià)值，或可誕生治蟲新策略。

準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，防患于未然

對(duì)于大范圍的病蟲害，除了有效治理，封洪強(qiáng)更推崇提前準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，從而加以合理預(yù)防，將隱患消除于萌芽中。他介紹說，新中國(guó)成立以來，我國(guó)在農(nóng)業(yè)有害生物預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方面取得了巨大成就。但是，我國(guó)的病蟲測(cè)報(bào)工作長(zhǎng)期依靠人海戰(zhàn)術(shù)，測(cè)報(bào)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來自于基層測(cè)報(bào)人員手查目測(cè)，測(cè)報(bào)技術(shù)手段自動(dòng)化程度低。同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，年輕農(nóng)民進(jìn)城務(wù)工，老測(cè)報(bào)員由于年齡偏高，逐漸退出測(cè)報(bào)隊(duì)伍，年青的測(cè)報(bào)人員奇缺，造成基礎(chǔ)測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)不完整、不準(zhǔn)確、不及時(shí)，嚴(yán)重影響了預(yù)報(bào)結(jié)果的可靠性。

對(duì)此，封洪強(qiáng)提出：“要想改變這種現(xiàn)狀必須依靠科技，改變測(cè)報(bào)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲得方式，減少基層測(cè)報(bào)員的工作量，并同時(shí)提高自動(dòng)化程度和準(zhǔn)確性?！庇谑?，針對(duì)國(guó)內(nèi)在昆蟲雷達(dá)技術(shù)方面的不足，封洪強(qiáng)團(tuán)隊(duì)在河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院自主創(chuàng)新專項(xiàng)基金支持下，展開了旋轉(zhuǎn)極化昆蟲雷達(dá)信息采集與信號(hào)分析技術(shù)的相關(guān)研究。

為了診斷旋轉(zhuǎn)極化昆蟲雷達(dá)信息采集與信號(hào)分析中存在的問題，封洪強(qiáng)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)編寫了昆蟲雷達(dá)數(shù)據(jù)讀取軟件，并實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)信號(hào)的可視化，即能用繪圖的方式將雷達(dá)回波信號(hào)重繪到電腦屏幕上，可對(duì)單個(gè)高度或多個(gè)高度的連續(xù)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行視覺分析。

雖然在技術(shù)上取得了巨大的進(jìn)步，但是當(dāng)分析雷達(dá)回波數(shù)據(jù)時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)數(shù)字化的數(shù)據(jù)存在一些問題導(dǎo)致無法提取昆蟲飛行行為參數(shù)。這些問題可能來源于硬件，也可能來自于數(shù)字化過程。為了診斷數(shù)字化信號(hào)存在的問題，找出解決方案，研究組將雷達(dá)信號(hào)分成了兩路，一路送到電腦，另一路送到示波器。同時(shí)，他們使用8旋翼遙控飛機(jī)對(duì)雷達(dá)的硬件性能進(jìn)行了測(cè)試。示波器上的模擬信號(hào)明確顯示昆蟲雷達(dá)能清晰準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)到遙控飛機(jī)，但數(shù)字化數(shù)據(jù)仍然不正常。因此，他們認(rèn)為原昆蟲雷達(dá)的數(shù)字化過程存在缺陷，后來經(jīng)過澳大利亞和日本同行專家的指導(dǎo)，決定用高速數(shù)字化儀取代原采集卡。

在充分的市場(chǎng)調(diào)研和測(cè)試的基礎(chǔ)上，封洪強(qiáng)團(tuán)隊(duì)最終選定了PCI8514卡替代原采集卡，并開發(fā)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集與可視化程序。PCI8514卡的采集頻率達(dá)到了80MHz，雷達(dá)每轉(zhuǎn)一圈可采集到約150個(gè)樣本（脈沖數(shù)據(jù)）。這意味著雷達(dá)的方向分辨率可達(dá)到約2.4度，高度分辨率可達(dá)1.875米，這比英國(guó)、澳大利亞的昆蟲雷達(dá)的5.6度和50米，有了巨大的提高。這樣高的分辨率意味著更高性能的實(shí)現(xiàn)，也就是說在昆蟲密度較高時(shí)，昆蟲雷達(dá)分辨單個(gè)昆蟲的能力將大大提高。

“這種高速采集卡采集到的數(shù)據(jù)量非常大，參照國(guó)際慣例，設(shè)每15分鐘采集時(shí)長(zhǎng)約136秒的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)大小約200M。”封洪強(qiáng)介紹說。目前，他們已采集了大量數(shù)據(jù)，在這些數(shù)據(jù)中通過可視化分析，已發(fā)現(xiàn)了與英國(guó)、澳大利亞的昆蟲雷達(dá)類似的原始信號(hào)，這也是我國(guó)首次采集到與國(guó)外旋轉(zhuǎn)極化昆蟲雷達(dá)相似的信號(hào)。

經(jīng)過不懈地努力，封洪強(qiáng)團(tuán)隊(duì)終于實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)極化昆蟲雷達(dá)信號(hào)采集與分析的自動(dòng)化。昆蟲雷達(dá)每天自動(dòng)觀測(cè)并將數(shù)據(jù)存貯到計(jì)算機(jī)上，封洪強(qiáng)團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)的數(shù)據(jù)分析軟件可以逐個(gè)讀取計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)文件，在文件中自動(dòng)提取單個(gè)昆蟲目標(biāo)的原始數(shù)據(jù)，并逐個(gè)計(jì)算出每個(gè)昆蟲的飛行高度、速度、方向、頭向（身體方向）、體形參數(shù)和振翅頻率。軟件自動(dòng)提取出來的昆蟲目標(biāo)的原始數(shù)據(jù)重新存貯到計(jì)算機(jī)硬盤上，由于濾除了大量噪音數(shù)據(jù)，新產(chǎn)生的昆蟲目標(biāo)數(shù)據(jù)所占用的空間比原來減少了幾十倍，這大大提高了數(shù)據(jù)的存取與傳輸效率。提取出來的單個(gè)昆蟲的飛行行為參數(shù)存貯為單獨(dú)的文件，作為預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確、客觀、及時(shí)，必將在害蟲的監(jiān)測(cè)預(yù)警中發(fā)揮重要作用。

“監(jiān)測(cè)是防治有害生物的必要前提。我們只有明確敵人在哪里、敵方狀況特性如何，才能針對(duì)性施治?！狈夂閺?qiáng)說。他們團(tuán)隊(duì)研發(fā)的昆蟲雷達(dá)，正是一款集自動(dòng)化、精準(zhǔn)性、及時(shí)性、完整性等特性于一身的全天候害蟲監(jiān)測(cè)裝備，是一項(xiàng)利國(guó)利民的創(chuàng)新成果，為有效監(jiān)測(cè)病蟲害做出了有益的貢獻(xiàn)。

封洪強(qiáng)團(tuán)隊(duì)已與英國(guó)洛桑研究院、澳大利亞聯(lián)邦治蝗委員會(huì)、日本農(nóng)研機(jī)構(gòu)等國(guó)際知名研究機(jī)構(gòu)建立了廣泛的國(guó)際合作關(guān)系。在英國(guó)牛頓基金會(huì)與河南省國(guó)際合作項(xiàng)目的支持下，今年7月份，世界上最早的雷達(dá)昆蟲學(xué)團(tuán)隊(duì)將攜帶英國(guó)的昆蟲雷達(dá)來河南與封洪強(qiáng)團(tuán)隊(duì)開展聯(lián)合觀測(cè)研究。這將極大地推動(dòng)我國(guó)昆蟲雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展與標(biāo)準(zhǔn)化，為在我國(guó)建立無人值守的昆蟲雷達(dá)網(wǎng)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

作為一個(gè)擁有13億人口的大國(guó)，農(nóng)業(yè)領(lǐng)先則是國(guó)家發(fā)展的必要保證，“十三五”期間，我國(guó)在建設(shè)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的過程中，將堅(jiān)持綠色發(fā)展，保障農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。而及時(shí)有效、精準(zhǔn)客觀的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，是科學(xué)防治病蟲害的有效保障。封洪強(qiáng)通過近20年的努力，為我國(guó)的農(nóng)業(yè)病蟲害防治開辟了一條不同尋常之路，也必將為我們共同的“美麗中國(guó)夢(mèng)”增添亮麗的一筆。