當(dāng)前有害生物控制治理研討

　　摘要：在比較多種版本“工程”定義的基礎(chǔ)上，本研究提出了關(guān)于“工程”、“工程本質(zhì)”的認識。進而，筆者提出并簡要介紹了有害生物控制工程命名的由來以及有害生物控制工程技術(shù)的組成，并且針對有害生物控制工程的發(fā)展前景做了簡潔博弈分析。

　　關(guān)鍵詞：有害生物;控制;工程

　　對于有害生物治理，自IPM概念在1972年由美國聯(lián)邦政府機構(gòu)環(huán)境質(zhì)量委員會正式提出幾十年來，作為有害生物防治策略，在世界上得到了廣泛應(yīng)用[1]。而針對IPM策略的應(yīng)用發(fā)展與不足，在國際范圍內(nèi)，陸續(xù)又有學(xué)者或機構(gòu)提出了新的概念以及一些已提出概念又被重新提出，例如EPM[2]、植物醫(yī)學(xué)[3]、植物健康、可持續(xù)控制(1995年第13屆國際植物保護大會)等。但是，整體上而言，對于有害生物的控制，防治思想仍然在防治技術(shù)的“綜合”以及近些年發(fā)展集中出現(xiàn)的“技術(shù)集成”[4-9]水平上;對于“技術(shù)集成”，也仍是防治思想“綜合”的體現(xiàn)。

　　探討有害生物治理可分2個方面，一是專注于有害生物的防治技術(shù);二是運用哲學(xué)、工程學(xué)原理、方法，探討在現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)水平條件下，如何科學(xué)、有機的集成配置各種有害生物防治技術(shù)以控制有害生物災(zāi)害的發(fā)生。對于基于“IPM”思想的防治技術(shù)的“綜合”運用，尤其近些年病蟲害防治治理發(fā)展集中出現(xiàn)的“技術(shù)集成”的實踐發(fā)展說明病蟲害防治治理工作已經(jīng)處于新階段、新水平，顯示出工程思想的萌芽。

　　對于第二個方面，屬于空白領(lǐng)域。曾世邁等[10]系統(tǒng)著述的《植保系統(tǒng)工程導(dǎo)論》對于有害生物治理工程化可作為有益的借鑒。也有其他領(lǐng)域的學(xué)者沈珠江[11]試圖提出新的“農(nóng)業(yè)工程(化)”概念，但囿于專業(yè)限制和當(dāng)時的科技水平，然而其思想對于進行有害生物控制卻具有一些啟發(fā)意義。

　　同時，一些熱點問題，如農(nóng)藥抗性、轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用爭議和生物安全、食品安全與農(nóng)業(yè)環(huán)境保護、生態(tài)文明等，以及中共中央十九大報告針對當(dāng)前時代提出的：“堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策......形成綠色發(fā)展方式和生活方式......”的社會及政治背景的這樣一些指向、要求作用;更主要的是由于綜合科技水平的提高和信息技術(shù)、智能算法的進展，使其具備單純從技術(shù)角度看待有害生物治理到從工程學(xué)角度這樣的視野處理有害生物治理的可能性。

　　經(jīng)歷年研究探索，借鑒其他學(xué)者關(guān)于病蟲害治理的思想，對于“如何科學(xué)、有機的集成應(yīng)用各種有害生物防治技術(shù)以控制有害生物災(zāi)害的發(fā)生”這個問題，本研究提出了解決途徑，并建構(gòu)了有害生物控制工程的基本框架與核心工程技術(shù)，對有害生物控制工程的基本概念與核心工程技術(shù)做了簡要闡述。

　　1對有害生物治理觀念的思辨

　　對于有害生物災(zāi)害的發(fā)生上，曾士邁等[11]院士認為：農(nóng)作物病害流行大多是人為造成的;而從有害生物控制工程學(xué)水平而言，將曾先生的“認為”與其他更廣范圍的有害生物災(zāi)害的發(fā)生相比較結(jié)合，得出大多數(shù)的有害生物災(zāi)害都是人為造成的。其原因在于人們從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，功利性目的占主導(dǎo)地位。

　　人類的這種功利性期望決定了一個農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展、穩(wěn)定不僅要符合自然規(guī)律(生物、生態(tài)規(guī)律)，同時也要接受來自于人的硬性干預(yù)，例如農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的變化、人工品種的馴化和進化、抑制系統(tǒng)中與人的目的相抵觸的元素、農(nóng)業(yè)市場的波動等。但是，人的干預(yù)期望與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)兩者的發(fā)生、發(fā)展的曲線并非是平行相符的，主觀愿望與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生物、生態(tài)規(guī)律有諸多矛盾之處，這些矛盾即為有害生物災(zāi)害發(fā)生的動因，例如農(nóng)藥抗性產(chǎn)生后果、食品安全等。

　　以往，在有害生物控制工作中，慣常的思維方式是“某某防治對象的綜合治理”或者說“某某防治對象的技術(shù)集成體系”，本質(zhì)上仍是垂直化、線性的解決問題的方式，這種思維方式體現(xiàn)于植物保護類教科書以及相關(guān)農(nóng)業(yè)技術(shù)類書籍的編寫及農(nóng)業(yè)標準的制定和農(nóng)業(yè)病蟲害、雜草的治理實踐中。當(dāng)然，這種思維方式的意識只是停留于應(yīng)采取多樣化方式治理防治對象的認識上，而如何科學(xué)、有機地集成這些方式以治理防治對象卻沒有深入研究，這是目前有害生物治理的現(xiàn)狀。

　　然而，從植物保護工作的實踐中，關(guān)注人工生態(tài)系統(tǒng)的形成與自發(fā)展、穩(wěn)定、多種防治對象間的關(guān)聯(lián)以及這種人工生態(tài)系統(tǒng)存在的生境，考慮如何科學(xué)、嚴謹、有機地集成應(yīng)用多種控制技術(shù)(工程化)以控制有害生物的發(fā)生，并符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟目的、產(chǎn)量目的、安全目的等多種目標(實行工程化)應(yīng)是實施有害生物控制工作的重要方面之一。

　　這一想法是由松散的、技術(shù)的有害生物IPM防御策略到科學(xué)、嚴謹、有機的運用工程學(xué)水平而工程化控制有害生物。以系統(tǒng)觀點，從頂層視角俯瞰看待有害生物控制工作，以系統(tǒng)控制有害生物的多個目標(經(jīng)濟目標、食品安全目標等)為著眼處，當(dāng)然這些目標是有其相互關(guān)聯(lián)性的，構(gòu)建有害生物控制工程架構(gòu)，以科學(xué)、嚴謹?shù)膽B(tài)度，平等分析、對待、選擇、應(yīng)用有害生物控制技術(shù)，比如化學(xué)農(nóng)藥使用安全、沸沸揚揚的轉(zhuǎn)基因技術(shù)等，用嚴謹?shù)目茖W(xué)依據(jù)代替世俗輿論化、政治化、色彩化的認識，以獲得當(dāng)時科學(xué)技術(shù)環(huán)境水平下有害生物控制目標的客觀滿意方案。

　　系統(tǒng)觀點雖然不是新鮮之物，但卻是工程學(xué)的基本觀點之一，是基礎(chǔ)，因而構(gòu)建有害生物控制工程，仍然要使用這一基本范疇。經(jīng)分析、探索，界定有害生物控制工程的出發(fā)點為：從人與“有害生物”的“博弈”根本關(guān)系入手，從工程學(xué)視角，運用工程學(xué)原理與方法，考慮人—環(huán)境-保護對象-有害生物的關(guān)系，遵循生態(tài)系統(tǒng)的基本規(guī)律，以人工生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建為基礎(chǔ)，激發(fā)系統(tǒng)及生命體內(nèi)在生命潛能，增強系統(tǒng)及生命體對有害生物侵襲的防御力，維持保護對象系統(tǒng)穩(wěn)定性，從時間、空間上集成、優(yōu)化配置不同種類、不同水平的有害生物控制技術(shù)，從而將有害生物危害控制在符合生產(chǎn)者、經(jīng)營者、消費者多目標的可接受范圍之內(nèi)。

　　2有害生物控制工程

　　2.1工程學(xué)以及有害生物控制工程概說

　　建設(shè)有害生物控制工程，需借鑒具有普遍指導(dǎo)意義上的工程哲學(xué)、工程學(xué)理論。但是，對于工程哲學(xué)、工程學(xué)，雖然有多領(lǐng)域的專家、學(xué)者做了大量的探索、研究，例如哲學(xué)、水利科學(xué)、冶金科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域，但是迄今為止，我國工程哲學(xué)初具雛形到現(xiàn)在十幾年，一些問題沒有達成普遍共識，中國工程院[12]2017年官方出版物《工程方法論前沿》將一些學(xué)者的觀點、研究匯編成冊，這其中包括了對工程、工程哲學(xué)的觀點。

　　而具有普遍意義上的工程學(xué)學(xué)科理論也還沒有形成;在這些領(lǐng)域中，卓有建樹、積極活躍的學(xué)者有李伯聰、殷瑞鈺、汪應(yīng)洛、何繼善等。同時，對于“工程”的定義也是多有不同表述，既有機構(gòu)、組織的官方出版物，又有各領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的論述。例如：美國國家工程院定義：“工程一直以很多方式被定義。它常常被視為‘科學(xué)應(yīng)用’......工程的另一種定義是‘在限制下設(shè)計’......”。

　　我國學(xué)者李伯聰[13]開創(chuàng)工程哲學(xué)，其在著作《工程哲學(xué)引論》中將工程定義為：人類改造物質(zhì)自然界的完整的全部的實踐活動和過程的總合;徐匡迪[14]在為殷瑞鈺、汪應(yīng)洛、李伯聰所著《工程哲學(xué)》所提序言中認為：工程是人類的一項創(chuàng)造性的實踐活動，是人類為了改善自身生存、生活條件，并根據(jù)當(dāng)時對自然規(guī)律的認識，而進行的一項物化勞動的過程;徐匡迪對“工程”的定義被殷瑞鈺、汪應(yīng)洛、李伯聰所著《工程方法論》[15]、《工程哲學(xué)》[16]所采納。

　　殷瑞鈺在《工程方法論前沿》中將“工程”闡述為：工程是人類有目的、有計劃、有組織地運用知識(技術(shù)知識、科學(xué)知識工程知識、產(chǎn)業(yè)知識社會-經(jīng)濟知識等)和各種工具與設(shè)備(各種手工工具、動力設(shè)備、工藝裝備管控設(shè)備等)有效的配置各類資源(自然資源、經(jīng)濟資源、社會資源、知識資源等)，通過優(yōu)化選擇和動態(tài)的、有效的集成，構(gòu)建并運行一個“人工實在”的物質(zhì)性實踐過程[17];而水利學(xué)家沈珠江[18]認為：工程是人類有目的、有組織地改造世界的活動，繼而，修改為：工程是以促進人類發(fā)展為目的的有組織地改造世界的活動[11]。

　　這些對于“工程”的不同定義體現(xiàn)了學(xué)者們在不同角度對于“工程”的認識很豐富。在借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上，經(jīng)歸納、比較、提煉、探索，定義“工程”的概念為：在自然科學(xué)領(lǐng)域，工程，即構(gòu)建符合人類目的的集成體。而這個集成體既可以是結(jié)構(gòu)上的集成，即實物，例如建筑工程;也可以是技術(shù)、知識等非實物形式的。工程既然是集成體，那么，各部分之間是松散、毫無章法的堆疊在一起，還是遵循某種規(guī)則有機結(jié)合在一起呢?

　　研究發(fā)現(xiàn)在自然科學(xué)領(lǐng)域，最優(yōu)化技術(shù)(含博弈優(yōu)化技術(shù))應(yīng)是一切工程的應(yīng)有之義，因為這代表著工程諸要素可以定量化的、科學(xué)、有機的結(jié)合在一起，不是松散、無章法的、簡單的堆積。因此，應(yīng)用最優(yōu)化技術(shù)(含博弈優(yōu)化技術(shù))對工程諸要素進行有機配置以符合人類目的，是工程的本質(zhì)特征。

　　一個具體工程在其形成過程中，雖各專業(yè)領(lǐng)域有其所獨有的一些原理、規(guī)律、方法，但歸納、抽提一下，有如下幾方面共性的內(nèi)容：(1)目標與功能;(2)過程與程序;(3)設(shè)計與集成;(4)構(gòu)建與環(huán)境和諧。在整個工程過程中，重點是在設(shè)計階段，圍繞具體工程欲解決的問題和應(yīng)具備的功能，應(yīng)用數(shù)學(xué)最優(yōu)化技術(shù)(含博弈優(yōu)化技術(shù))對工程諸要素進行最優(yōu)化配置或滿意化配置以符合人類目的，諸要素既可以是理化指標，也可以是技術(shù);如果是技術(shù)的話，那將是對技術(shù)的最優(yōu)化或滿意化集成配置。

　　對于設(shè)計的把握不能機械地限定認為只是在整個工程過程中的某一設(shè)計階段。關(guān)于工程學(xué)、工程哲學(xué)的更多內(nèi)容，另文闡述。有害生物控制長期難以工程化的主要原因，一是受限于當(dāng)時的綜合科學(xué)技術(shù)水平，如工程學(xué)、智能算法等的發(fā)展，這是主要因素;一是由于認識上的問題，如生態(tài)系統(tǒng)變量眾多、作用關(guān)系復(fù)雜、不好定量、不好表述等，這是主觀上的因素。對于認識上的問題，實際上是要明確和抓住有害生物控制工程要解決的主要問題，而建設(shè)有害生物控制工程，除借鑒工程科學(xué)的共性部分指導(dǎo)以外，也有其本身的特點。

　　定名為有害生物控制工程的原因是：“有害生物控制”，是考慮到人與有害生物的博弈關(guān)系、人的功利性目的，人類只需要將有害生物控制在可容忍水平以下，超出此范圍則無需干涉;“工程”則指其通過工程化途徑，運用工程學(xué)的共性理論、方法以實現(xiàn)有害生物控制的目的。有害生物控制實現(xiàn)在工程科學(xué)層次上的建立具有廣泛、深遠的意義。在科研上，有益于科研人員從整體上優(yōu)化、把握有害生物控制對象的治理或?qū)ΡＷo對象的防護，發(fā)現(xiàn)對于追求目標而言的系統(tǒng)防治上的薄弱環(huán)節(jié)，進而對探索方向具有一定的指導(dǎo)意義，當(dāng)然這不是機械的、僵化的。

　　在生產(chǎn)上，則有利于指導(dǎo)生產(chǎn)者科學(xué)、合理集成有害生物治理措施進行有害生物防控，獲取更大經(jīng)濟利益或其他利益;在食品安全上，則可基于有害生物控制工程進行普通意義上的安全食品咨詢與認證;而在有害生物治理的農(nóng)業(yè)標準規(guī)范的結(jié)構(gòu)制定以及更新上也有重要影響。本研究不采用“模塊化”方式敘述有害生物控制工程構(gòu)成子系統(tǒng)，而簡要介紹研究的有害生物控制工程技術(shù)。文后列入對有害生物控制工程技術(shù)研究具有借鑒作用的文獻[19-37]。

　　2.2有害生物控制工程技術(shù)

　　人與有害生物之間的關(guān)系本質(zhì)上是博弈關(guān)系，人利用各種各樣的防治措施控制有害生物實質(zhì)上就是博弈策略的使用。有害生物控制工程技術(shù)就是依據(jù)多個或一個有害生物的博弈策略，有機配置有害生物防治措施以達到目標最優(yōu)化或滿意的期望，并可以將這一過程數(shù)量化的衡量。有害生物控制工程技術(shù)是有害生物控制得以工程化的基石與核心。下面簡要介紹有害生物控制工程技術(shù)的構(gòu)成。

　　2.2.1有害生物動力方程的確定

　　對于有害生物的發(fā)展趨勢，可選用生物學(xué)基本模型物種方程模型或應(yīng)用智能算法對有害生物的發(fā)展過程建模，當(dāng)然，適合的其他有害生物動力學(xué)模型也可以，以確定適當(dāng)?shù)挠泻ι�物發(fā)展進程治理時間節(jié)點。

　　在受保護對象的生長歷期中，為了抑制有害生物的發(fā)生，使之控制在一定水平，需多次采取治理措施，治理時間節(jié)點也是多個的。對于應(yīng)用智能算法對有害生物的發(fā)生、發(fā)展過程建模問題，筆者認為：人工生態(tài)系統(tǒng)是復(fù)雜系統(tǒng)，復(fù)雜性是復(fù)雜系統(tǒng)的特征，智能(仿真)算法的出現(xiàn)和發(fā)展，如：遺傳算法、魚群算法、蟻群算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等，為解決復(fù)雜性問題提供了全新的視野，例如有害生物擴展動力學(xué)模型的建立;而利用線性科學(xué)方法不能圓滿解決的問題，利用智能(仿真)算法[38]也許才是解決復(fù)雜性問題的根本途徑，也就是“師法自然”。同時，對于“人工智能”的范疇，此“人工智能”非彼“人工智能”。

　　現(xiàn)在，計算機科學(xué)中的“人工智能”與“智能算法”中的“智能”涵義不等同，其現(xiàn)行的概念限于“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，主指模仿“人”的智能，而研究發(fā)現(xiàn)在有害生物控制工程領(lǐng)域中中提及的“人工智能”的范疇?wèi)?yīng)更為寬泛，只要是“人工”模仿的生命體的有規(guī)則的行為，包括高級生命體與低級生命體，均可以稱為“人工智能”，例如低級生命體的低等智能在群體行為上表現(xiàn)出高度的有規(guī)則的規(guī)律性，比如魚群的覓食、追尾、聚群行為等，都有其模仿價值之處。

　　2.2.2有害生物治理措施整理歸類

　　對防治對象的現(xiàn)行所有治理措施進行分類歸納，有的分類甚至需打破傳統(tǒng)分類，清晰列清每一種治理措施的作用方式、作用時間、優(yōu)缺點、治理效果數(shù)據(jù)(源數(shù)據(jù)、演化數(shù)據(jù))、對有害生物發(fā)展到防治點的遲滯時間等必要數(shù)據(jù)。同時，需注意有害生物治理的地域性，例如因農(nóng)藥使用習(xí)慣的不同使得有害生物對農(nóng)藥的抗藥性存在地區(qū)差異等。

　　2.2.3目標方程與約束條件確定

　　針對有害生物防治需滿足的多目標的要求，例如食品安全、環(huán)境污染、產(chǎn)量、經(jīng)濟等，確定防治有害生物的目標方程，如以最小損失，包括保護對象收益損失和成本，作為目標，取得最小目標方程。同時，確定目標方程的約束條件，如各項治理措施的使用限制(包括其他目標對各項治理措施的使用限制)等。

　　2.2.4目標方程最優(yōu)化計算編程求解

　　利用編程語言或mathmatic等計算軟件，取得相應(yīng)解，這個解是近似解。上面簡要介紹了有害生物控制工程技術(shù)的構(gòu)成。通過有害生物控制工程技術(shù)，生產(chǎn)者、經(jīng)營者可以獲得控制有害生物的符合人的多種目標的治理措施的優(yōu)化組合、順序、時間、使用數(shù)量等近似或滿意方案。這也是隨時間進程的動態(tài)規(guī)劃。

　　但是，通過最優(yōu)化所取得的近似方案卻可以因地區(qū)、市場因素、人力成本等因素變化而不同，具有差異性。還有，通過有害生物控制工程所取得的近似方案，可得知有些種類有害生物治理有優(yōu)化的理想方案，而有些仍然以化學(xué)農(nóng)藥的治理措施為主;對于尚未有理想治理優(yōu)化方案的，“綠色生產(chǎn)方式”的目標雖美好，但目前技術(shù)水平可能還達不到，也就免于社會上浮躁聲音的影響，實事求是。

　　上述是針對單一的有害生物提出的有害生物控制工程技術(shù)的構(gòu)成，而如果在保護對象上存在一個以上有害生物，那么需考慮它們之間有無耦聯(lián)，再制定相應(yīng)的治理策略，進而再應(yīng)用上述技術(shù)。實例部分另文敘述。有害生物控制工程技術(shù)為有害生物控制得以工程化提供了基石，也使得人對使用各種治理技術(shù)控制有害生物的認識更理性，依據(jù)更充足，例如避免盲目推崇“生物防治”、排除化學(xué)農(nóng)藥的使用。有害生物控制工程化不意味著什么“農(nóng)業(yè)工程師”的出現(xiàn)，它只是說明對有害生物的控制實質(zhì)上進入了工程科學(xué)領(lǐng)域。

　　考慮到農(nóng)業(yè)的實際情況，有害生物控制工程化的使用有賴于統(tǒng)一的有害生物控制工程平臺的提供，而有害生物控制工程平臺不同于以往的病蟲害專家診斷系統(tǒng)，但又可以部分借鑒于病蟲害專家診斷系統(tǒng)。

　　同時，有害生物控制工程平臺又可以和其他系統(tǒng)整合，例如栽培系統(tǒng)、地理系統(tǒng)、病蟲監(jiān)測系統(tǒng)等，以至于最終可形成智能社會背景下為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供服務(wù)的統(tǒng)一、集成的農(nóng)業(yè)服務(wù)平臺，既可以為政府管理部門，包括政策指導(dǎo)，又可以為廣大的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供服務(wù)，產(chǎn)生社會效益等。有害生物控制工程化的產(chǎn)生、要解決的問題不是針對“來，找個具體的田間地塊，設(shè)計一下怎么進行病蟲害控制”這樣的“通俗”認識要解決的問題。

　　它是從更高的角度、視野、結(jié)合國情考慮來如何在現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)水平條件下，科學(xué)、有機地集成應(yīng)用各種有害生物防治技術(shù)以控制有害生物災(zāi)害的發(fā)生，并且盡力符合、平衡人對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、農(nóng)產(chǎn)品、食品安全、經(jīng)濟利益等多種目標的追求。需要指出的是：有害生物控制工程的應(yīng)用不會阻礙有害生物治理新技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展。

　　3有害生物控制工程發(fā)展前景的博弈分析

　　隨著有害生物控制工程及其平臺的建立、宣傳、應(yīng)用，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者群體對于采取何種方式控制有害生物會伴隨時間而發(fā)生演化，而這種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者群體的演化完全可以借鑒生物種群進化的博弈模型[39-43]，也就是典型的“鷹-鴿”模型。對于控制有害生物，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者群體可分為兩種類型，一種是非市場競爭型，對應(yīng)于“鷹-鴿”模型中的對稱博弈類型;另一種是市場競爭型，對應(yīng)于“鷹-鴿”模型中的非對稱博弈類型。

　　農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者控制有害生物可以采取的策略分為兩種，也就是利用有害生物控制工程平臺輔助控制有害生物與不利用有害生物控制工程平臺輔助控制有害生物，最后一種策略就是一些傳統(tǒng)策略;這2種策略的收益可設(shè)定。在這里，對于這兩種類型的博弈分析(復(fù)制動態(tài)方程與相位圖)就不具體列出了，其結(jié)論則是利用有害生物控制工程平臺輔助控制有害生物是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者治理病蟲害等工作演化的穩(wěn)定策略。

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