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摘要：为履行《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》规定，运用模糊数学综合评判法，探讨了甲基溴及其替代技术在土壤熏蒸过程中的各项因素，构建了作物产量、作物品质、病虫害防治效果、技术安全、操作过程、环境影响、应用时长和投入成本8个指标集，并划分了模糊评判集，综合评估了生姜、草莓作物甲基溴及其替代技术。生姜作物综合评估结果为甲基溴（83.61）>氯化苦（79.06）>棉隆（78.03）>威百亩（69.07），草莓作物综合评估结果为甲基溴（69.13）>氯化苦（64.60）>棉隆（56.80）。各单项指标评价结果表明，甲基溴在作物产量、作物品质、防治效果以及应用时长等4个指标上均高于各项替代技术，但由于自身毒性、对臭氧层物质消耗以及受生产管控等因素的影响，在其余指标上低于替代技术；氯化苦在作物产量、作物品质和病虫害防治效果等6项指标上均高于其他替代技术，但由于为剧毒农药，而在技术安全和操作过程2项指标上低于其余替代技术。以上结果表明，生姜作物和草莓作物主流替代技术的消毒效果并不具备甲基溴的广谱性，当前最佳替代技术为氯化苦。
关键词：甲基溴；替代技术；模糊数学综合评判法；技术评估
中图分类号：S472 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）14-3626-05
DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.14.021
Abstract： To fulfill The Montreal Protocol on Ozone Depleting Substances， fuzzy mathematics comprehensive evaluation method was used to discuss the effect of methyl bromide and its alternatives on the process of soil fumigation. The factors included crop yields， crop quality， pest control， technical safety， technical operation， environmental impact and costs， which were divided into fuzzy evaluation set to assess effect of methyl bromide and its alternatives on the ginger and strawberry comprehensively. The results showed that the order of effect on ginger was bromide（83.61）>chloropicrin（79.06）>dazomet（78.03）>metam sodium（69.07）， the order of effect on strawberry was bromide（69.13）>chloropicrin（64.60）>dazomet（56.80）. The comprehensive results showed that methyl bromide was higher than the alternatives in four factors such as crop yields， crop quality， control effect and time of technical operations， but it was worse than the alternatives because of the toxicity of methyl bromide and its consumption of O3 as well as production controlling. Chloropicrin was better than other alternatives in six indicators including crop yields， crop quality and pest control， but it was a highly toxic pesticide so that it was worse than other alternatives in the process of technical and operational safety. These results suggested that the effect of mainstream alternatives on the ginger and strawberry did not have the broad spectrum of methyl bromide， and currently， chloropicrin was the best alternative technology.
Key words： methyl bromide； alternative technologies； fuzzy mathematics comprehension evaluation method； technology evaluation
甲基溴是一种用途广、作用大、操作简便的高效、广谱土壤熏蒸剂，土壤穿透力强并能迅速作用于靶标生物，在农业中用于土壤消毒可防治真菌、细菌、土壤线虫、昆虫和杂草等，尚未发现对甲基溴有抗药性的有害生物[1]。甲基溴自20世纪40年代开始应用以来，一直是世界上应用最广泛的熏蒸剂。但是，甲基溴是一种显著的臭氧层消耗物[2]，用于土壤消毒的甲基溴约30%～85%到达大气，成为危害人类和环境安全的污染物，终究将被其他技术所替代[3]。为履行《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》规定，2015年1月1日起将全面禁止甲基溴在农业行业的应用。因此，各国都在为逐步淘汰甲基溴而不断努力[4]，而筛选有效甲基溴替代技术则需要对各项技术进行合理的评估[5]。
中国农业生产进入20世纪90年代以后，集约化、专业化程度迅速提高。农户为了提高收入，在高附加值经济作物种植过程中，同一种农作物常年连作，形成连作障碍，造成产量降低、品质变劣、生育状况变差的现象。甲基溴防治土传病虫害效果明显而得到广泛的应用和推广[6]。自2008年以来，中国以草莓、生姜和蔬菜为目标作物，在河北和山东等项目区采用化学替代品和非化学替代等多种新技术和新产品，开展了甲基溴替代技术的研究、应用。
模糊综合评判法是以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，将技术评估中不易定量的因素结合层次分析法定量化，从多个因素对被评估对象隶属等级状况进行综合性评估的方法。该方法充分体现了评价因素和评价过程的模糊性，又尽量减少个人主观臆断的弊端，比一般的评比打分方法更符合客观实际[7]，在环境评价、资源调查以及农业耕地质量评价中已被广泛应用[8-11]，然而在农业生产技术评估中未见报道。本研究采用模糊数学综合评判法，探讨甲基溴及其替代技术在土壤熏蒸过程中的各项因素，构建模糊数学综合评估模型，综合评估甲基溴及其替代技术，以生姜、草莓作物为评估对象，深入分析各项替代技术特征，为中国顺利淘汰甲基溴提供技术支撑。
1 材料与方法
1.1 技术评估对象
通过现场调研、专家座谈等方式，明确了中国目前主要应用在生姜、草莓两种作物上的甲基溴替代技术，即技术评估对象。其中生姜作物甲基溴替代技术主要是氯化苦、棉隆和威百亩，草莓作物甲基溴替代技术主要是氯化苦和棉隆。
1.2 选择技术评估专家
针对生姜、草莓作物甲基溴及其替代技术应用状况，综合考虑技术研究与技术应用，分别筛选技术评估专家。其中技术应用评估专家分别考虑生姜、草莓作物的甲基溴及其替代技术主要应用地区的农业部门。
1.2.1 生姜作物评估专家 生姜作物技术评估专家共选择18位。技术研究专家5位，主要来自中国农业科学院植物保护研究所、全国农业技术推广服务中心、北京市植物保护站和农业部农药检定所；技术应用专家13位，主要来自山东省烟台市、莱芜市和潍坊市。
1.2.2 草莓作物评估专家 草莓作物技术评估专家共选择15位。技术研究专家5位，主要来自中国农业科学院植物保护研究所、全国农业技术推广服务中心、北京市植物保护站和农业部农药检定所；技术应用专家10位，主要来自北京市昌平区、河北省保定市清苑县、满城县、顺平县和徐水县。
1.3 构建模糊评估指标集
对生姜、草莓作物甲基溴及其替代技术进行系统分析，形成符合技术目标评估指标集。初步拟出评估指标集之后，进一步征询甲基溴及其替代技术有关专家的意见，对指标进行筛选、修改和完善。
X={X1，X2，…X8}
X为甲基溴及其替代技术指标，共有8个指标。甲基溴及其替代技术综合评估指标集及其说明如下：①作物产量指应用甲基溴或替代技术后，作物的产量情况。②作物品质指应用甲基溴或替代技术后，作物的品质情况。③病虫害防治效果指应用甲基溴或替代技术后，作物的病虫害防治效果。④技术自身安全指甲基溴或替代技术自身的危害，如氯化苦熏蒸剂具有毒性。⑤技术操作过程指应用甲基溴或替代技术操作过程的难易程度，主要包括是否需要辅助专业机械、机械复杂程度及安全性等。⑥技术环境影响指应用甲基溴或替代技术对地下水污染、空气污染以及土壤残留污染等。⑦技术应用时长指甲基溴或替代技术的应用时间长短。⑧技术投入成本指应用甲基溴或替代技术的投入成本大小。
1.4 确定评判集
每个技术评估指标对应一个模糊评判集。
V={V1，V2，…V5}
V为甲基溴及其替代技术评估数值。评判等级设为优、良、中、低、差5个等级，评估数值分别对应为0.9、0.7、0.5、0.3、0.1。
1.5 建立模糊关系矩阵
评判等级模糊集确定后，请生姜、草莓作物的技术评估专家分别就甲基溴及替代技术每个指标进行评判，获得各项技术指标集（X8）的模糊评判集（V5）。其次，从生姜、草莓作物每个技术的每个评估指标，确定待评对象各等级模糊集的隶属度，进而构造模糊关系矩阵。
R=r11 r12 … r1mr21 r22 … r2m… … … …rn1 rn2 … rnm
r表示待评估对象从第i个指标考虑对第j个评判等级模糊集的隶属度。
1.6 确定评估指标模糊权向量
通常状况下，每种作物每种技术的评价指标对评估目标的重要程度是不一样的，因此还需要模糊权向量。
W={W1，W2，…W8}T
W为各个指标的权重。综合评估指标集确定后，采用层次分析法，确定每个指标的相对重要度，即明确各个指标的权重（表1）。
1.7 计算技术模糊综合评价结果向量
利用模糊合成算法将权向量W与模糊关系矩阵R合成计算甲基溴及其替代技术的模糊综合评价结果向量S。
由于评估专家数量以及对各项技术熟悉程度的不同，因此对各项评估结果进行概率化转换，以便对各项结果进行纵向和横向比较。综合评价结果通常是甲基溴及替代技术的综合值，即通过对多个甲基溴及替代技术的综合分值进行排序。模糊综合评价的结果为模糊向量。
2 结果与分析
2.1 模糊数学综合评判法结果
通过模糊数学综合评判法，计算得出生姜作物、草莓作物甲基溴及其替代技术的评估结果（图1）。评价结果显示，在生姜和草莓两种作物上，甲基溴的评估分值最高，分别为83.61和69.13，说明两种作物最优的土壤熏蒸剂均为甲基溴。但由于在两种作物上替代技术应用效果的不同，甲基溴技术评估分值有所差异。
在生姜作物上，甲基溴替代技术评价结果为氯化苦（79.06）>棉隆（78.03）>威百亩（69.07）。评估结果表明，氯化苦和棉隆替代技术在整体水平上要明显优于威百亩。在草莓作物上，甲基溴替代技术氯化苦（64.60）优于棉隆（56.80）。
2.2 模糊数学综合评判法指标集评估结果
从生姜和草莓作物各单项指标评估结果来看（图2），甲基溴在作物产量、病虫害防治效果以及技术应用时长等4个方面均明显优于各项替代技术，在作物品质指标上略高于替代技术。以上结果说明甲基溴能够保证作物产量、有效防治病虫害，并且土壤熏蒸时间最短，仅为2～3 d，而替代技术均在15～25 d以上，从而增加了作物的生长时间。
从技术自身安全指标来看，各项技术排序为棉隆>威百亩>甲基溴>氯化苦。主要由于氯化苦和甲基溴同属于剧毒农药，收录于《危险化学品名录（2012版）》，并且氯化苦毒性高于甲基溴，必须由专业熏蒸人员操作，而棉隆、威百亩均属于低毒土壤熏蒸剂。从技术操作过程来看，棉隆>甲基溴>威百亩>氯化苦，其中棉隆操作以撒施为主，最为简单；甲基溴为液化产品可直接熏蒸；威百亩需稀释后喷洒施用；而氯化苦操作最为复杂，但由于在不同地区间施用技术培训与推广不同而有所差异。从对环境影响来看，各项技术中甲基溴分值最低，因为甲基溴是一种臭氧层消耗物（臭氧消耗潜能为0.65），而其他土壤熏蒸剂扩散后均对环境无影响。在各项技术中，甲基溴技术投入成本指标评价低于替代技术，主要由于中国作为《蒙特利尔议定书》缔约国，按照甲基溴的限控和淘汰进程，逐年降低用于农业的甲基溴生产量，造成价格上涨，同时随着国家对替代技术的不断支持，替代技术价格保持稳定。
3 小结与讨论
本研究结果表明，目前中国生姜作物和草莓作物主流替代技术的消毒效果并不具备甲基溴的广谱性。而不同作物有不同的病虫害特点，因此，针对不同作物可能有不同的替代技术。近年来的研究发现，部分常见作物上的土壤消毒替代技术已经可以逐步替代甲基溴，并且效果良好，如异硫氰酸酯可以替代甲基溴防治番茄杂草[12]、威百亩和棉隆可以替代甲基溴防治烟草根结线虫[13]等。然而，也有一些作物甲基溴替代技术效果并不理想，本研究结果显示，无论草莓还是生姜，甲基溴都仍然是目前最有效的消毒技术。
中国是世界上生姜和草莓种植、生产最多的国家之一，长期的单一作物种植带来了一系列病虫害问题，对作物产量和品质的影响极其严重，甲基溴是防治这些作物病虫害的主要药物，但随着甲基溴的逐步淘汰，替代技术的研究也活跃起来，并形成了一些潜在有效的替代技术[14-17]，但受中国相关法规和环境条件的限制，目前中国生姜可用的替代技术主要有氯化苦、棉隆和威百亩等，而草莓主要的替代技术是氯化苦和棉隆，其中氯化苦的效果仅次于甲基溴。这些替代技术还不能达到甲基溴的施用效果，主要是因为生姜和草莓种植中病虫害和杂草较多，根结线虫病、真菌病、细菌病以及莎草等混杂，而甲基溴替代品如氯化苦等虽然对真菌和细菌等引起的病害有较好效果[14]，但对根结线虫所造成病害的防治效果不佳[18，19]。此外，氯化苦的施用需要专业性极强的工具，对施药人员和周围环境需要设置专门的防护措施[20]；棉隆受温度限制很大，低温时消毒效果极差，在土壤中残留时间长且易导致药害[21]；威百亩需要结合滴灌系统施用才能更加有效，但中国草莓和生姜种植区普遍缺少滴灌系统[22]。尽管用于生姜和草莓上的替代技术仍达不到甲基溴的施用效果，但鉴于甲基溴的环境危害，根据蒙特利尔议定书协议，中国必须在2015年1月1日淘汰甲基溴在粮食、烟草和农业行业的使用[23]。本研究表明，为达到协议要求，用氯化苦替代甲基溴是目前较为有效的手段，已有的一些研究也为这一结论提供了技术支撑[5，14]。但是，当前还应该借鉴国内蔬菜作物上效果良好的甲基溴替代技术[24-26]，加强生姜和草莓作物上甲基溴替代技术的研发，为中国尽快淘汰甲基溴创造条件。
本研究针对甲基溴及其替代技术缺乏综合评估的问题，基于模糊数学综合评价方法，构建了甲基溴及其替代技术指标集，提出了甲基溴及其替代技术评估模型。应用评估模型，综合评估了生姜、草莓作物甲基溴及其替代技术，研究结果表明，目前中国生姜作物和草莓作物主流替代技术的消毒效果并不具备甲基溴的广谱性，两种作物最佳替代技术均为氯化苦，其次为棉隆和威百亩。
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