赋权Borda综合分析法在丹江口水源涵养区蔬菜用杀菌剂筛选中的应用
2019-01-17闫晓静刘新刚袁会珠
王 明，闫晓静，刘新刚，袁会珠
(中国农业科学院植物保护研究所，农业农村部作物有害生物综合治理综合性重点实验室，北京 100193)
丹江口水库位于汉江中上游，分布于湖北省丹江口市和河南省南阳市淅川县，水域横跨鄂、豫两省，是亚洲第一大人工淡水湖、国家南水北调中线工程水源地和国家一级水源保护区。加强丹江口水源涵养区的生态环境建设，保护源头水质是工作的重点，随着该地区工业污染的治理得到有效的改善，农业面源污染治理也是源头水质保护的重要环节，主要体现在农药化肥的合理使用[1]。丹江口水源涵养区主要位于湖北省十堰市，该地区主要以蔬菜种植为主，由于蔬菜特殊的温暖潮湿条件，极易爆发病虫害，特别是病害，因此防治蔬菜病害所使用的杀菌剂是形成农药面源污染的重要来源，也是蔬菜产品农药残留超标的控制关键点[2]。
所以通过一种评价方法从“高效、安全、环境友好”的原则对登记在蔬菜上的杀菌剂进行综合评价，筛选出适合在丹江口水源涵养区蔬菜上使用的杀菌剂是非常重要的。蒲天胜等在对植保技术的评估一文中应用赋权Borda综合分析法从“经济、安全、有效”的原则，综合评价了6种农药的成本、毒性以及防治效果3个方面防治稻褐虱的效益，对6种农 药进行排序，筛选出最优的农药[3]。刘怀高等应用模糊Borda数分析法综合评价法建立了一个综合评价大汽污染控制工程的数学模型对甘肃地区的大气污染控制工程进行评价[4]。
本文采用赋权Borda法综合分析登记在蔬菜上的杀菌剂的单位面积使用量、土壤半衰期、水中溶解度和对水生生物毒性等指标，筛选出适合在丹江口水源涵养区使用的高效、低毒、环境友好的杀菌剂，意在减少丹江口水源涵养区蔬菜杀菌剂的使用量，减少蔬菜和土壤以及水源中的农药残留量，在提高农产品安全性的同时，确保“南水北调”源头——丹江口水源涵养区的水质安全。
1 水源涵养区蔬菜病害防治药剂的选择原则
1.1 选择高效，特效的杀菌剂，减少农药使用量 我国蔬菜用药次数多，用药量大是不争的事实。针对蔬菜病害易爆发的问题，广大农户普遍不能做到适期用药，习惯于7d打1次保险药，频繁用药现象严重，单位面积用药量普遍是大田十几倍甚至几十倍[2]。而丹江口水源涵养区的特殊经济社会地位就要求我们在选择高效和特效杀菌剂的同时兼顾药剂种类，同样亩施药量的情况下，优先选择生物农药，尽量或减少使用化学农药。
1.2 选择低毒低残留的杀菌剂 农药在土壤中的降解可以分为4个等级，半衰期>180d的为难降解，90d<半衰期≤180d的为较难降解，30d<半衰期≤90d的为中等降解，半衰期≤30d的为易降解。杀菌剂的毒性和残留情况是判断一个杀菌剂对农产品安全的重要指标。鉴于丹江口水源涵养区的独特的功能，杀菌剂的选择不仅要在蔬菜中低残留，而且要求在土壤中可以更快的降解。
1.3 选择不易溶于水的杀菌剂 农药在水中的溶解度>10g的为易溶于水，1g<溶解度≤10g的为可溶于水，0.01g<溶解度≤1g为微溶于水，溶解度≤0.01g的为难溶于水。丹江口水库是 “南水北调”中线的源头，其水源质量好坏直接关系到数千万人的生活质量和饮水安全。丹江口水源涵养区的蔬菜喷洒的杀菌剂也必须选择不易溶于水的杀菌剂。所以在杀菌剂的选择中，尽量避免选择易溶于水或者可溶于水的杀菌剂，而要选择不溶于水或者微溶于水的杀菌剂，因为易溶于水的杀菌剂容易进入水体中而污染了地下水。
1.4 选择对水生生物安全的杀菌剂 农药对鱼类的毒性等级可以分为4级：对水生生物96h的LC50≤0.1mg/kg的剧毒，0.1mg/kg
2 Borda综合分析的计算过程
2.1 赋权Borda法原理 如果在某一阶段防治病虫害有n种药剂可供选择：
U={u1，u2，u3，…，un}
现在，根据m个指标对每种药剂进行评价，选出最优的药剂。步骤是按单一的指标对各个药剂进行排序，得到n个排序结果：L1、L2、，Ln，然后求每个药剂的Borda数，公式为：
其中，Bi(u)是序列Li中后于u的元素个数。
对每一项的指标都赋予一定的权重ai，则可得到赋权Borda数；
依赋权Borda数便可以排出U={u1，u2，u3，…，un}的线性序列，从而确定最优药剂。
2.2 对筛选指标进行赋值 分别对杀菌剂单位面积推荐使用量、水中溶解度、土壤半衰期、水生生物毒性4个指标赋予权重0.3、0.3、0.2和0.2。
2.3 杀菌剂的赋权Borda法综合分析
2.3.1 登记在蔬菜上杀菌剂的有效成分个数为109个，对其中99个化学农药进行分析。由图1可以看出，使用量在750g/hm2以下(含750)的杀菌剂的个数为78个。根据Borda数计算方法，使用量在150g/hm2以下(含150)的44个杀菌剂的Borda数均为55，赋权Borda数为16.5，使用量在150～300g/hm2(含300)之间的12个杀菌剂的Borda数均为43，赋权Borda数为12.9，使用量在300～450g/hm2(含450)之间的9个杀菌剂的Borda数均为34，赋权Borda数为10.2，使用量在450～750g/hm2(含750)之间的13个杀菌剂的Borda数均为21，赋权Borda数为6.3。使用量在750g/hm2以下(含750)的杀菌剂的赋权Borda数均在6.3以上。
图1 有效成分单位面积不同推荐用量的化学杀菌剂个数及其赋权Borda数
图2 水中不同溶解度的化学杀菌剂有效成分个数及其赋权Borda数
2.3.2 由图2可以看出，水中溶解度<0.01g(含0.01)的杀菌剂的个数为40个，该40个杀菌剂的Borda数均为48，赋权Borda数在14.4；水中溶解度在0.01～1g之间(含1)的杀菌剂的个数为25个，该25个杀菌剂的Borda数均为23，赋权Borda数在6.9。
2.3.3 由图3可以看出，土壤半衰期在30d以内(含30d)的杀菌剂的个数为55个，该55个杀菌剂的Borda数均为16，即在土壤中易降解的杀菌剂赋权Borda数为3.2。
图3 不同土壤半衰期的化学杀菌剂的个数及其Borda数
2.3.4 由图4可以看出，对水生生物毒性>10mg/kg(含10)的杀菌剂的个数为17个，即对水生生物低毒的杀菌剂为17个，该17个杀菌剂的Borda数均为39，赋权Borda数为7.8，对水生生物毒性>1.0～10mg/kg(含1.0)的杀菌剂的个数为23个，该23个杀菌剂的Borda数均为17，赋权Borda数为3.4；即对水生生物安全的杀菌剂的赋权Borda数在3.4以上。
图4 不同水生生物毒性的化学杀菌剂的个数及其Borda数
3 水源涵养区蔬菜病害防治药剂排序和筛选
丹江口水源涵养区种植的主要蔬菜有黄瓜，番茄，辣椒，茄子等，该地区常发生的主要病害有白粉病，灰霉病，霜霉病，晚疫病等，针对该地区主要蔬菜的主要病害，查询登记的杀菌剂的推荐使用剂量，水中溶解度，土壤半衰期和对水生生物毒性等指标[5-34]，求出的各个指标的Borda数和对各个指标的赋予的权重，得出每个杀菌剂的综合的赋权Borda数，对每个杀菌剂的综合的赋权Borda数排序，根据杀菌剂筛选的原则：(1)50g/667m2(750g/hm2)以下，其赋权Borda数为6.3以上，生物源杀菌剂优先；(2)不溶于水和难溶于水杀菌剂，其赋权Borda数为6.9以上；(3)低毒微毒和土壤易降解杀菌剂，其赋权Borda数为3.2以上；(4)对水生生物安全的杀菌剂，其赋权Borda数为3.4以上。优先推荐使用综合赋权Borda数在30.0(含30.0)以上的杀菌剂，推荐使用综合赋权Borda数在20.0(含20.0)以上的杀菌剂，不推荐使用综合赋权Borda数在20.0以下的杀菌剂。推荐的杀菌剂(表1)。
4 讨论
丹江口作为我国‘南水北调’的源头，其环境的好坏不仅关乎着当地人民的身体健康，更关乎着北方人民的饮用水安全。蔬菜上的病害发生严重，用药量大，科学合理的用药显得尤为关键，在杀菌剂的选择中，生物农药具有安全，对环境友好的优点，所以优先选择生物农药。化学杀菌剂的选择中，综合考虑其推荐用量、毒性、水中溶解度、土壤半衰期和对水生生物毒性等指标，利用赋权Borda法综合分析，对蔬菜上登记的杀菌剂进行排序，优先推荐赋权Borda数在30.0(含30.0)以上的杀菌剂，推荐使用赋权Borda数在20.0(含20.0)以上的杀菌剂，即在丹江口水源涵养区选择使用的高效、低毒、环境友好的杀菌剂，意在减少丹江口水源涵养区蔬菜杀菌剂的使用量，减少蔬菜和土壤以及水源中的农药残留量，在提高农产品安全性的同时，确保“南水北调”源头——丹江口水源涵养区的水质安全。
表1 丹江口水源涵养区蔬菜病害防治推荐杀菌剂
注：括号内数字是综合赋权Borda数
