综合害虫治理与Bt作物抗性管理的数学模型研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
11171199
项目类别：
面上项目
资助金额：
46.0万
负责人：
唐三一
依托单位：
陕西师范大学
学科分类：
A0604.生物与生命科学中的数学
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
李国平； RobertA·Cheke；范丽；陈斯养；王烈；梁菊花；张芳芳；薛媛；魏彩云；
关键词：
综合害虫治理农药残留数学模型 Bt作物经济阈值

项目摘要

利用实验、观测和统计数据并结合数学模型来合理有效地评价害虫综合治理实施过程中化学农药的残效期、生物农药的持效性和害虫抗性发展以及Bt作物抗性管理是我们面临的新的挑战。本项目将在了解害虫与周围环境各种数量关系的基础上，建立描述在复杂环境下具有经济阈值的农作物、害虫和天敌相互作用的数学模型，探索农作物-害虫-天敌系统的最优管理策略，并考虑农药残留、抗药性、农药持效期、庇护所、环境、气候因素等对害虫-天敌系统的影响。应用系统分析方法、最优化理论和计算机技术探讨系统害虫根除状态稳定的临界条件以及最优经济阈值、最优施药时间和剂量以及最优天敌投放比例的存在性。利用空间网络模型或种群动力学中的斑块模型研究Bt作物和非Bt作物面积和分布格局对害虫控制的影响，并借助模型和理论分析等方法评估种植Bt作物的主要生态风险(即害虫抗性),进而分析其对非目标昆虫及天敌昆虫的影响、害虫产生抗性的可能性和相应的治理对策。

结项摘要

病虫害是导致农作物减产的关键因素之一，为防治病虫害大量使用农药不仅污染环境，而且造成化学杀虫剂在农作物中的残留，严重威胁着人类的健康。因此综合防控策略的重要性就更加突出，其目的不是完全消灭害虫，而是把害虫种群数量控制在经济阈值允许水平之下，恢复农田良性生态循环，最后获得最大的效益。针对项目中提出的关键科学问题，建立了具有经济阈值和经济危害水平的害虫-天敌生态系统，并考虑杀虫剂的残留、滞后以及害虫抗性发展等的影响。研究在给定经济阈值下施药周期、频次、天敌投放以及物理防控策略在害虫综合治理中的关系；研究在以经济效益达到最优为目标下的最优经济阈值、最优施药时间和最优的天敌投放比例及投放时间的存在性问题；研究在保证害虫根除状态稳定的条件下确定更换农药的最佳时间；研究在保证Bt作物生态安全下的Bt作物与非Bt作物的最优种植比例和混种格局。发展脉冲半动力系统的定性理论。.提出了三类刻画化学农药残留、生物农药持效期的函数和建立了害虫和天敌生态系统，给出了三种农药切换标准以及最优策略的评判标准，获得了杀虫剂抗性发展下天敌动态投放量的平衡方程。建立了具有庇护所策略的害虫天敌系统、阈值控制策略的Filippov综合控制模型。以收益最大为目标，建立了混种策略与纯Bt种植策略下的收益函数，研究结论表明混种策略优于纯Bt种植策略，得到了Bt作物与非Bt作物最优种植比例的存在性，并给出了最优种植比例。发展了一套分析状态反馈控制模型定性理论全新的方法，并在包括登革热媒介传播伊蚊等特定害虫控制研究中获得重要进展。实验研究获得了绿盲蝽在转Bt基因棉田内的种群消长动态和规律，以及中黑盲蝽自然种群的滞育随时间变化的规律。.项目对影响害虫综合控制的关键因素以及Bt作物抗性管理进行了系统研究，系列研究成果无疑将对综合害虫治理策略的实施提供强有力的定性和定量支持和参考，以及为Bt作物的抗性管理提供决策依据，理论研究将推动脉冲半动力系统的发展。发表相关研究论文50余篇，研究成果获得陕西省高校科学技术奖励一等奖、陕西省科学技术奖二等奖、河南省科技进步三等奖各一项。培养毕业博士生4名，在读博士生6名，毕业硕士12名，在读硕士13名。参与国内外学术交流、合作研究20余次。学生多次参与生物数学、统计学和生物信息学暑期学校，两名博士获教育部公派培养博士的资助，两位硕士获邀在香港理工大学和日本东京大学从事合作研究。