栽培模式與施氮量對(duì)棉田節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性的影響

姜義平，肖留斌，趙 靜，譚永安, 邱 晨

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，南京 210014)

0 引 言

【研究意義】隨著棉花品種和栽培措施不斷更新和變化，棉田昆蟲(chóng)群落也隨之發(fā)生演替。昆蟲(chóng)群落的演替，對(duì)于棉田害蟲(chóng)防治有著重要指導(dǎo)作用。前人對(duì)棉田昆蟲(chóng)群落調(diào)查研究主要集中在單一栽培措施或施肥量對(duì)棉田主要害蟲(chóng)或天敵的影響[1-2]，但不同栽培措施和施氮量雙因素對(duì)棉田主要害蟲(chóng)、天敵以及整體動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性的比較研究較少。開(kāi)展不同栽培措施及施氮量雙因子研究，對(duì)于棉田害蟲(chóng)防治提供科學(xué)的理論依據(jù)具有重要指導(dǎo)意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】棉花是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，在我國(guó)農(nóng)業(yè)中具有重要的地位[3]。我國(guó)棉花主要有3大主產(chǎn)區(qū)，包括黃河下游、長(zhǎng)江中下游和新疆棉區(qū)，其中新疆棉區(qū)面積最大，約占總面積的50%以上[4]。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)，2019年中國(guó)棉花種植面積為333.92×104hm2(5 008.8萬(wàn)畝)，年產(chǎn)量588.9×104t。2010至2019年棉花總體種植面積呈下降趨勢(shì)，但產(chǎn)量總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，與面積呈現(xiàn)反向走勢(shì)，這主要與種植模式和棉花品種的改變有關(guān)。近幾年，勞動(dòng)力的稀缺，植棉成本的增加，精耕細(xì)作種植模式已無(wú)法滿足生產(chǎn)發(fā)展需求[5]。而棉花直播栽培技術(shù)可以有效減少人工成本，同時(shí)可以與前茬小麥、油菜等其它經(jīng)濟(jì)作物有效銜接，提高復(fù)種指數(shù)，增加土地年度綜合效益。并且直播棉多為短季棉，吐絮期集中，有利于機(jī)械化采收，減少用工成本[6-7]。氮元素是作物體內(nèi)重要有機(jī)化合物的主要組成成分。適量的氮肥能夠提高作物產(chǎn)量與質(zhì)量。研究發(fā)現(xiàn)，棉花株高、單株結(jié)鈴數(shù)，纖維長(zhǎng)度等指標(biāo)均與植株含氮量有關(guān)，且在一定范圍內(nèi)各指標(biāo)與氮含量成正比，但過(guò)量的氮肥，會(huì)降低棉花產(chǎn)量[8-14]。近幾年氮肥不合理使用引發(fā)土壤鹽澤化、水污染和溫室氣體排放等問(wèn)題[15-16]。化學(xué)肥料減量將有利于減輕土壤及環(huán)境的污染。直播和移栽是棉花2種主要栽培方式。其中直播可有效減少勞動(dòng)力成本，但難以確保出芽率。而移栽保證了出芽率，又增加了勞動(dòng)力成本。有研究發(fā)現(xiàn)棉田昆蟲(chóng)的發(fā)生與栽培方式相關(guān)聯(lián)。其中直播棉田有利于棉鈴蟲(chóng)、棉蚜和棉葉蟬等害蟲(chóng)的發(fā)生，棉葉螨、棉薊馬和綠盲蝽多發(fā)生于育苗移栽棉田。而龜紋瓢蟲(chóng)、草間小黑蛛等天敵在直播棉田發(fā)生量較多，草蛉和小花蝽多發(fā)生在育苗移栽棉田[1]。氮肥作為棉田補(bǔ)充養(yǎng)分，一定量的氮肥可以提高棉植株長(zhǎng)勢(shì)，提高棉花產(chǎn)量。棉田害蟲(chóng)與施氮量存在一定的聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)隨著施氮量的增加棉鈴蟲(chóng)落卵量，伏蚜種群隨之增加，棉苗蚜、棉葉螨種群數(shù)量減少[2,17]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】不同栽培模式和施肥水平可能影響棉花的長(zhǎng)勢(shì)進(jìn)而影響田間害蟲(chóng)的發(fā)生與為害。前期已有研究證明栽培方式或施氮量對(duì)棉田害蟲(chóng)及天敵的影響，然而將兩者結(jié)合探索尚未有報(bào)道。研究栽培模式與施氮量對(duì)棉田節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性影響?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】以早熟常規(guī)棉中棉所50號(hào)棉花品種為研究對(duì)象，定期調(diào)查記錄棉株上所有節(jié)肢動(dòng)物種類(lèi)和數(shù)量，統(tǒng)計(jì)分析各棉田節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性，為棉田害蟲(chóng)防治提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試棉花品種中棉所50號(hào)由中國(guó)農(nóng)科院棉花研究所提供。試驗(yàn)場(chǎng)所分別位于江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所試驗(yàn)田(南京試驗(yàn)地)(N32°02′15.33″，E118°52′9.43″)和鹽城大豐稻麥原種場(chǎng)(大豐試驗(yàn)地)(N33°24′12.84"，E120°35′28.42″)。

1.2 方 法

分別設(shè)置直播和移栽、施氮量(純氮量) 為0和10 kg/667m24種方式，共4個(gè)處理(直N0、直N10、移N0、移N10)，2塊試驗(yàn)場(chǎng)地(南京試驗(yàn)地和大豐試驗(yàn)地)，直播和移栽種植密度分別是6 000和4 000株/667m2，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共24個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)10 m×9 m，采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，試驗(yàn)期間棉田按照常規(guī)栽培管理且不噴施殺蟲(chóng)劑等農(nóng)藥。

直播棉田從棉花出現(xiàn)第3片真葉開(kāi)始，移栽棉田從移栽后第3 d開(kāi)始，每7 d左右調(diào)查1次，調(diào)查采用5點(diǎn)取樣法，每小區(qū)調(diào)查5株。調(diào)查時(shí)目測(cè)整株植物所有器官，記錄棉株上所有節(jié)肢動(dòng)物的種類(lèi)和數(shù)量。記錄數(shù)量均換算成百株蟲(chóng)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。

1.3 數(shù)據(jù)處理

各種群落參數(shù)計(jì)算采用Excel和DPSv8.01數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD(Least-Significant Difference )方法檢驗(yàn)差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉田物種組成和種群數(shù)量

研究表明，不同處理棉田各類(lèi)物種種類(lèi)在數(shù)值上相近且無(wú)顯著性差異，但不同群落個(gè)體數(shù)量上存在較大差異。各處理棉田天敵亞群落個(gè)體數(shù)和益害比趨勢(shì)相近，移栽棉田高于直播，增施氮肥棉田略高于無(wú)氮肥棉田，其中移N10顯著高于直播棉田(P< 0.05)。害蟲(chóng)亞群落和節(jié)肢動(dòng)物群落只有南京試驗(yàn)棉田存在顯著差異(P< 0.05)，移N10棉田均顯著高于直N0棉田。大豐各處理棉田害蟲(chóng)亞群落和節(jié)肢動(dòng)物群落個(gè)體數(shù)量間雖無(wú)顯著差異，直播棉田發(fā)生量高于移栽棉田，不施氮肥棉田高于增施氮肥棉田。兩地發(fā)生趨勢(shì)存在不同，可能是土質(zhì)和種植環(huán)境的差異。表1

表1 棉田節(jié)肢動(dòng)物種數(shù)和個(gè)體數(shù)組成Table 1 The number of arthropod species and individual numbers in different cotton fields

2.2 棉田中動(dòng)物群落相對(duì)多度

研究表明，棉田中害蟲(chóng)以棉蚜、煙粉虱、 棉葉蟬、綠盲蝽、花薊馬、棉大卷葉螟 等為主，其中蟲(chóng)量較多的是棉蚜、煙粉虱、綠盲蝽和花薊馬等刺吸式害蟲(chóng)，相對(duì)多度Pi值均大于0.97，極少數(shù)是咀嚼式口器害蟲(chóng)。棉蚜和煙粉虱在大豐試驗(yàn)地各處理棉田間趨勢(shì)相近，均是直播和不施氮肥棉田相對(duì)多度較高，而南京試驗(yàn)地各處理棉田則是移栽和增施氮肥棉田棉蚜和煙粉虱相對(duì)多度較高。綠盲蝽在大豐移N10棉田相對(duì)多度最高，南京試驗(yàn)地移N0棉田綠盲蝽相對(duì)多度最高?；ㄋE馬在大豐試驗(yàn)地移N0棉田相對(duì)多度最高，南京試驗(yàn)地則是移N10棉田相對(duì)多度最高。綠盲蝽在各處理棉田間均存在顯著差異(P<0.05)，均是移栽顯著高于直播棉田。其中大豐試驗(yàn)地棉田移N10比直N10棉田相對(duì)多度增加了2.24倍，南京試驗(yàn)點(diǎn)移N0棉田比直N10棉田相對(duì)多度增加了1.95倍。蚜蟲(chóng)在大豐試驗(yàn)地各處理棉田間存在顯著差異(P<0.05)，直N10棉田中棉蚜相對(duì)多度顯著高于移N10棉田，增加了4.33倍。薊馬在南京試驗(yàn)地各處理棉田間存在顯著差異(P<0.05)，直N0棉田中薊馬相對(duì)多度值顯著高于移N0棉田，增加了71.09%。刺吸式害蟲(chóng)和咀嚼式害蟲(chóng)之間均無(wú)顯著性差異。表2

表2 棉田主要害蟲(chóng)占害蟲(chóng)亞群落的相對(duì)多度Table 2 The relative abundance of the main pests to the pest sub-population in different cotton fields

表3 棉田主要天敵占天敵亞群落的相對(duì)多度Table 3 The relative abundance of the main natural enemy to the natural enemy sub-population in different cotton fields

研究表明，蜘蛛、瓢蟲(chóng)和草蛉是棉田主要天敵，其中移栽和增施氮肥棉田個(gè)體數(shù)量上較高，但相對(duì)多度存在差異。蜘蛛類(lèi)在各處理棉田間存在顯著差異(P<0.05)，直N0棉田相對(duì)多度最大，均在0.50以上。瓢蟲(chóng)在各處理棉田間無(wú)顯著差異，但大豐試驗(yàn)地移N10棉田中瓢蟲(chóng)相對(duì)多度值最大，而南京試驗(yàn)地直N0棉田中瓢蟲(chóng)相對(duì)多度值最大。草蛉在移N10棉田相對(duì)多度值最大，其中草蛉相對(duì)多度在南京試驗(yàn)地棉田間存在顯著差異(P<0.05)，移N10棉田比直N0棉田相對(duì)多度增加了84.08%。表3

2.3 棉田動(dòng)物群落參數(shù)

研究表明，害蟲(chóng)亞群落和天敵亞群落部分處理棉田存在顯著差異(P<0.05)，節(jié)肢動(dòng)物群落則無(wú)顯著性影響。害蟲(chóng)亞群落多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均是南京試驗(yàn)地移N0棉田顯著高于直N0棉田，其中多樣性指數(shù)增加了18.62%和均勻度指數(shù)增加了23.31%。優(yōu)勢(shì)集中性指數(shù)則相反，移N0棉田顯著低于直N0棉田，減少了40.42%。天敵亞群落多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均是大豐試驗(yàn)地移N10顯著高于直N0棉田，其中多樣性指數(shù)增加了48.16%和均勻度指數(shù)增加了58.94%。優(yōu)勢(shì)集中性指數(shù)則相反，移N10顯著低于直N0棉田，減少了32.69%。表4

表4 棉田節(jié)肢動(dòng)物群落參數(shù)Table 4 The parameters of arthropod community in different cotton fields

2.4 棉田動(dòng)物群落相似性

研究表明，各處理組棉田中害蟲(chóng)亞群落的相似性為0.708 3～ 0.893 2；天敵亞群落的相似性為0.857 1 ～ 1.000 0，節(jié)肢動(dòng)物群落的相似性為0.728 2 ～ 0.903 2。各處理組棉田間各亞群落相似性較高。表5

表5 棉田節(jié)肢動(dòng)物群落相似性Table 5 Similarity of arthropod community in different cotton fields

2.5 棉田主要昆蟲(chóng)類(lèi)群消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)

研究表明，除棉葉蟬外，棉蚜，朱砂葉螨、花薊馬、煙粉虱和綠盲蝽 主要發(fā)生在8月中下旬和9月。各處理棉田間棉蚜和朱砂葉螨發(fā)生量雖無(wú)顯著差異，棉蚜和朱砂葉螨在直播棉田發(fā)生量較多。花薊馬、煙粉虱和綠盲蝽在個(gè)別時(shí)期存在顯著差異(P<0.05)，其中花薊馬和煙粉虱N0棉田發(fā)生量高于N10棉田，移栽棉田發(fā)生量高于直播棉田。綠盲蝽在移栽棉田發(fā)生量較多。棉葉蟬在各棉田中發(fā)生量均較少，且無(wú)顯著差異(P>0.05)。圖1

注：DF.代表大豐試驗(yàn)地，NJ.代表南京試驗(yàn)地。1.棉蚜，2.朱砂葉螨，3.花薊馬，4.煙粉虱，5.綠盲蝽，6.棉葉蟬。紅色四角星代表大豐試驗(yàn)地各處理間存在顯著差異，紅色箭頭代表南京試驗(yàn)地各處理間存在顯著差異，下同Note:1.Aphis gossypii, 2.Tetranychus cinnabarinus, 3.Frankliniella intonsa, 4.Bemisia tabaci, 5.Apolygus lucorum, 6.Empoasca biguttula；The red four-pointed star represents the significant difference between the treatments in the Dafeng experimental points, and the red arrow represents the significant difference between the treatments in the Nanjing experimental points, the same below圖1 棉田主要害蟲(chóng)種群消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)Fig.1 Population dynamics of main pests in different cotton fields

研究表明，草蛉主要集中在8月下旬至9月上中旬發(fā)生量較多，蜘蛛和瓢蟲(chóng)于6月下旬至7月中上旬發(fā)生量較多。草蛉和蜘蛛在個(gè)別時(shí)期存在顯著差異(P<0.05)，其中草蛉在增施氮肥棉田發(fā)生量較多，蜘蛛在移栽棉田發(fā)生量較多。瓢蟲(chóng)于各處理棉田間無(wú)顯著差異，移栽和增施氮肥棉田更有利于瓢蟲(chóng)的發(fā)生。圖2

注：1.草蛉，2.蜘蛛，3.瓢蟲(chóng)Note: 1.Chrysopa perla , 2.Araneida, 3.Coccinellidae圖2 棉田主要天敵種群消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)Fig.2 Population dynamics of main natural enemy in different cotton fields

3 討 論

栽培措施和氮肥是棉花生產(chǎn)過(guò)程中提高皮棉產(chǎn)量，提高棉花品質(zhì)的手段[17-19]。為了降低勞動(dòng)力成本，增加棉農(nóng)收入，開(kāi)始倡導(dǎo)各種農(nóng)藝措施相結(jié)合創(chuàng)造穩(wěn)定的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)控制病蟲(chóng)害的發(fā)生，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提質(zhì)增效[1-2,6]。

研究了不同栽培方式和施氮量對(duì)棉田昆蟲(chóng)個(gè)體數(shù)量的影響，結(jié)果顯示，天敵個(gè)體數(shù)和益害比在各處理組棉田發(fā)生趨勢(shì)一致，均是移栽棉田發(fā)生量大于直播棉田，N10棉田發(fā)生量略大于N0棉田。害蟲(chóng)亞群落由于地理位置不同發(fā)生量存在差異，其中大豐直播和不施氮肥棉田害蟲(chóng)發(fā)生量重，南京移栽和增施氮肥棉田害蟲(chóng)發(fā)生量重。棉田中移栽和施加氮肥有利于天敵數(shù)量的發(fā)生。相對(duì)于直播棉田，移栽棉田天敵對(duì)害蟲(chóng)的抑制效果更強(qiáng)。大豐和南京試驗(yàn)地害蟲(chóng)發(fā)生趨勢(shì)不完全一致，可能與土壤條件和周邊的作物布局有關(guān)。

相對(duì)多度是衡量某一昆蟲(chóng)在群落中蟲(chóng)量占比。栽培方式和施氮量的不同，改變棉花長(zhǎng)勢(shì)、營(yíng)養(yǎng)成分或者次生代謝物質(zhì)，進(jìn)而改變田間昆蟲(chóng)群落[20-22]。研究表明，棉田中以刺吸式害蟲(chóng)為主，相對(duì)多度均大于0.97。其中花薊馬、煙粉虱、 棉蚜和綠盲蝽是棉田中的主要害蟲(chóng)。蜘蛛、瓢蟲(chóng)和草蛉是棉田主要天敵。栽培方式和施氮量并不影響棉田主要害蟲(chóng)和天敵的結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)調(diào)查的主要害蟲(chóng)與天敵結(jié)構(gòu)與雒珺瑜(2013)[1]調(diào)查結(jié)果相似，但為害發(fā)生程度稍有差異，猜測(cè)可能是棉花品種、年份和處理方式等不同進(jìn)而影響昆蟲(chóng)。

多樣性、均勻度和優(yōu)勢(shì)集中性指數(shù)是評(píng)定昆蟲(chóng)群落穩(wěn)定性的3個(gè)主要參數(shù)。多樣性、均勻度指數(shù)越高，優(yōu)勢(shì)集中性指數(shù)越低，群落穩(wěn)定性越高。群落相似性是指不同群落結(jié)構(gòu)特征的相似程度。通過(guò)對(duì)以上指標(biāo)的歸納總結(jié)，結(jié)果顯示，害蟲(chóng)亞群落各參數(shù)在南京試驗(yàn)棉田間存在顯著差異，其中多樣性和均勻度指數(shù)均是移N0顯著高于直N0棉田，優(yōu)勢(shì)集中性指數(shù)則是移N0顯著低于直N0棉田。天敵亞群落各參數(shù)在大豐棉田間存在顯著差異，移N10顯著高于直N0棉田，優(yōu)勢(shì)集中性指數(shù)則是移N10顯著低于直N0棉田。群落相似性顯示所有處理組均在0.7以上。由此可以推斷出，各亞群群落在棉田相似性較高。南京移栽和不施氮肥棉田害蟲(chóng)亞群落穩(wěn)定性最高，大豐移栽和增施氮肥棉田天敵亞群落穩(wěn)定性最高。害蟲(chóng)和天敵在部分棉田的群落穩(wěn)定參數(shù)無(wú)顯著差異。

對(duì)不同處理方式棉田中主要昆蟲(chóng)群落進(jìn)行了消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)分析，有利于田間不同時(shí)期對(duì)癥防治。調(diào)查結(jié)果顯示，8月中下旬和9月是棉田害蟲(chóng)棉蚜、朱砂葉螨、花薊馬、煙粉虱和綠盲蝽高發(fā)期，其中棉蚜、朱砂葉螨在直播棉田發(fā)生量相對(duì)較大，花薊馬和煙粉虱在移栽和不施氮肥棉田發(fā)生量相對(duì)較多，綠盲蝽在移栽棉田發(fā)生量大。棉田主要天敵草蛉在8月下旬至9月上中旬發(fā)生量相對(duì)較多，且在增施氮肥棉田發(fā)生量較多。蜘蛛和瓢蟲(chóng)于6月下旬至7月中上旬發(fā)生量相對(duì)較多，其中蜘蛛在移栽棉田發(fā)生量較大，瓢蟲(chóng)在移栽和增施氮肥棉田發(fā)生量較大。在自然條件下，不同栽培方式和施氮量處理棉田中，主要害蟲(chóng)和天敵發(fā)生規(guī)律各有不同。

研究主要對(duì)不同栽培方式和施氮量進(jìn)行了一個(gè)棉花生育期時(shí)間的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)棉田昆蟲(chóng)發(fā)生規(guī)律隨著栽培方式和施氮量產(chǎn)生差異。棉花品種和土質(zhì)對(duì)棉田昆蟲(chóng)發(fā)生有一定的影響。試驗(yàn)研究時(shí)間較短，不同栽培方式和施氮量長(zhǎng)時(shí)期種植對(duì)棉田節(jié)肢動(dòng)物群落的穩(wěn)定性還尚未完全明確，栽培方式及氮肥用量對(duì)轉(zhuǎn)基因棉田節(jié)肢動(dòng)物群落的影響還需要進(jìn)行長(zhǎng)期的跟蹤調(diào)查。

4 結(jié) 論

害蟲(chóng)亞群落在移栽方式且不施氮肥的棉田中群落穩(wěn)定性最高，而天敵亞群落在移栽且增施氮肥的棉田中穩(wěn)定性最高。節(jié)肢動(dòng)物群落穩(wěn)定性在各處理間無(wú)顯著差異。但棉田昆蟲(chóng)發(fā)生規(guī)律因栽培措施和施氮量不同而略有差異。害蟲(chóng)亞群落個(gè)體數(shù)在各棉田中普遍發(fā)生較多，而移栽模式和增施氮肥更有利于棉田天敵亞群落的發(fā)生。較直播棉田，移栽棉田天敵對(duì)害蟲(chóng)的抑制作用更強(qiáng)，益害比更高。