綜合害蟲治理與Bt作物抗性管理的數學模型研究

《綜合害蟲治理與Bt作物抗性管理的數學模型研究》是依託陝西師範大學，由唐三一擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：綜合害蟲治理與Bt作物抗性管理的數學模型研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：唐三一
• 依託單位：陝西師範大學

項目摘要

利用實驗、觀測和統計數據並結合數學模型來合理有效地評價害蟲綜合治理實施過程中化學農藥的殘效期、生物農藥的持效性和害蟲抗性發展以及Bt作物抗性管理是我們面臨的新的挑戰。本項目將在了解害蟲與周圍環境各種數量關係的基礎上，建立描述在複雜環境下具有經濟閾值的農作物、害蟲和天敵相互作用的數學模型，探索農作物-害蟲-天敵系統的最優管理策略，並考慮農藥殘留、抗藥性、農藥持效期、庇護所、環境、氣候因素等對害蟲-天敵系統的影響。套用系統分析方法、最最佳化理論和計算機技術探討系統害蟲根除狀態穩定的臨界條件以及最優經濟閾值、最優施藥時間和劑量以及最優天敵投放比例的存在性。利用空間網路模型或種群動力學中的斑塊模型研究Bt作物和非Bt作物面積和分布格局對害蟲控制的影響，並藉助模型和理論分析等方法評估種植Bt作物的主要生態風險(即害蟲抗性),進而分析其對非目標昆蟲及天敵昆蟲的影響、害蟲產生抗性的可能性和相應的治理對策。

結題摘要

病蟲害是導致農作物減產的關鍵因素之一，為防治病蟲害大量使用農藥不僅污染環境，而且造成化學殺蟲劑在農作物中的殘留，嚴重威脅著人類的健康。因此綜合防控策略的重要性就更加突出，其目的不是完全消滅害蟲，而是把害蟲種群數量控制在經濟閾值允許水平之下，恢復農田良性生態循環，最後獲得最大的效益。針對項目中提出的關鍵科學問題，建立了具有經濟閾值和經濟危害水平的害蟲-天敵生態系統，並考慮殺蟲劑的殘留、滯後以及害蟲抗性發展等的影響。研究在給定經濟閾值下施藥周期、頻次、天敵投放以及物理防控策略在害蟲綜合治理中的關係；研究在以經濟效益達到最優為目標下的最優經濟閾值、最優施藥時間和最優的天敵投放比例及投放時間的存在性問題；研究在保證害蟲根除狀態穩定的條件下確定更換農藥的最佳時間；研究在保證Bt作物生態安全下的Bt作物與非Bt作物的最優種植比例和混種格局。發展脈衝半動力系統的定性理論。 提出了三類刻畫化學農藥殘留、生物農藥持效期的函式和建立了害蟲和天敵生態系統， 給出了三種農藥切換標準以及最優策略的評判標準，獲得了殺蟲劑抗性發展下天敵動態投放量的平衡方程。建立了具有庇護所策略的害蟲天敵系統、閾值控制策略的Filippov綜合控制模型。以收益最大為目標，建立了混種策略與純Bt種植策略下的收益函式，研究結論表明混種策略優於純Bt種植策略，得到了Bt作物與非Bt作物最優種植比例的存在性，並給出了最優種植比例。發展了一套分析狀態反饋控制模型定性理論全新的方法，並在包括登革熱媒介傳播伊蚊等特定害蟲控制研究中獲得重要進展。實驗研究獲得了綠盲蝽在轉Bt基因棉田內的種群消長動態和規律，以及中黑盲蝽自然種群的滯育隨時間變化的規律。 項目對影響害蟲綜合控制的關鍵因素以及Bt作物抗性管理進行了系統研究，系列研究成果無疑將對綜合害蟲治理策略的實施提供強有力的定性和定量支持和參考，以及為Bt作物的抗性管理提供決策依據，理論研究將推動脈衝半動力系統的發展。發表相關研究論文50餘篇，研究成果獲得陝西省高校科學技術獎勵一等獎、陝西省科學技術獎二等獎、河南省科技進步三等獎各一項。培養畢業博士生4名，在讀博士生6名，畢業碩士12名，在讀碩士13名。參與國內外學術交流、合作研究20餘次。學生多次參與生物數學、統計學和生物信息學暑期學校，兩名博士獲教育部公派培養博士的資助，兩位碩士獲邀在香港理工大學和日本東京大學從事合作研究。