巴基斯坦棉花主要害蟲及其綜合治理

阿比德·阿里, 王 巧, 楊 龍, 臧紅巖, 呂昭智

(1.費薩拉巴德農(nóng)業(yè)大學(xué)昆蟲學(xué)系, 巴基斯坦旁遮普省費薩拉巴德 38040；2.沈陽師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 沈陽 110000；3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所,植物病蟲害生物學(xué)國家重點實驗室, 北京 100193；4.蘭州大學(xué)政治與國際關(guān)系學(xué)院, 蘭州 730000；5.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)植物醫(yī)學(xué)學(xué)院, 青島 266109)

棉花是巴基斯坦主要的經(jīng)濟作物,也是出口紡織品中的重要組成部分,是巴基斯坦農(nóng)業(yè)GDP的支柱。在巴基斯坦國徽圖案中棉花是主要作物代表之一,顯示了棉花產(chǎn)業(yè)對巴基斯坦國民經(jīng)濟的重要性。巴基斯坦國土面積7 960萬 hm2,有效耕地面積占30%(2 380萬 hm2)[1],2022年全國棉花種植面積已達到220萬 hm2。棉花生產(chǎn)主要集中在旁遮普省和信德省,這兩個省的棉花產(chǎn)量分別占全國棉花總產(chǎn)量的80%和19%,而開伯爾-普赫圖赫瓦省和俾路支省的棉花產(chǎn)量僅占總產(chǎn)量的1%。巴基斯坦植棉歷史悠久,起初在印度河流域上種植野生亞洲棉Gossypiumarboreum并發(fā)展了紡織業(yè)[2]；19世紀(jì)初,英國東印度公司將陸地棉G.hirsutum種子引入巴基斯坦,自此開始種植陸地棉；自2010年以來,轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉(簡稱Bt棉)開始在巴基斯坦商業(yè)化種植。在常規(guī)棉生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)锽t棉生態(tài)系統(tǒng)的過程中,棉田主要害蟲種群演替發(fā)生了明顯變化,棉花害蟲綜合防治措施也隨之發(fā)生了變化。本文對其進行總結(jié)與分析,旨在為今后巴基斯坦棉花害蟲的防控提供指導(dǎo)。

1 常規(guī)棉花生態(tài)系統(tǒng)

因種植區(qū)域和種植模式的不同,巴基斯坦棉花一般在每年的4月至6月期間播種,9月中旬至翌年1月中旬采收[3]。棉花在整個生長過程中會受到多種害蟲的為害,主要有棉紅鈴蟲Pectinophoragossypiella、棉鈴蟲Helicoverpaarmigera、埃及金剛鉆Eariasinsulana、翠紋金剛鉆E.fabia、Amrascadevastans、煙粉虱Bemisiatabaci、棉蚜Aphisgossypii、柯寧棉紅蝽Dysdercuskoenigii、葉螨等[4-5]。相較于陸地棉,亞洲棉受到害蟲(如金剛鉆、棉紅鈴蟲、煙粉虱等)的為害更嚴(yán)重[6]。由于亞洲棉上害蟲防治難度大、產(chǎn)量低和其他相關(guān)因素的影響,在巴基斯坦亞洲棉逐步被陸地棉系列品種取代。

1.1 害蟲綜合治理

早期主要是通過篩選一些抗蟲品種來防治棉花害蟲,比如培育一種多毛的品種來減輕棉葉蟬的為害[7]。為了提高棉花產(chǎn)量,促進棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,巴基斯坦政府成立了相關(guān)的科研院所,積極開展棉花品種選育、害蟲防治策略制定以及農(nóng)業(yè)從業(yè)人員的培訓(xùn)等工作。巴基斯坦獨立后,首先在費薩拉巴德市建立了棉花研究站,開展棉花種質(zhì)資源調(diào)查以提高培育品種的多樣性；1948年成立了巴基斯坦中央棉花委員會(Pakistan Central Cotton Committee),以服務(wù)于棉花生產(chǎn)。1957年之前,巴基斯坦政府沒有為農(nóng)民提供明確的植物保護方案,后來在美國國際開發(fā)署(United States Agency for International Development)項目的支持下,在五年行動計劃中評估和比較了各種害蟲防治方法,優(yōu)化并制定了具體的害蟲治理策略。植物保護在1969年才被政府正式認(rèn)定為棉花生產(chǎn)管理中的重要內(nèi)容之一[8]。廣大的棉農(nóng)也逐漸意識到有效控制害蟲發(fā)生是提高棉花產(chǎn)量的關(guān)鍵。植物保護服務(wù)起初由政府向農(nóng)戶免費提供,直到1966年6月才向農(nóng)戶以每公頃每次0.6盧比的價格收取費用。

20世紀(jì)70年代,旁遮普省的木爾坦棉花研究站和費薩拉巴德萊亞普爾植物保護研究所開始為旁遮普省和信德省的棉農(nóng)提供植物保護服務(wù)。科研人員通過調(diào)查棉花害蟲的發(fā)生開發(fā)了害蟲預(yù)測預(yù)報模型；明確了巴基斯坦主要棉花害蟲的地理分布；確定了棉花主要害蟲的經(jīng)濟閾值,制定了棉花害蟲防治的系統(tǒng)化方案。對棉農(nóng)和技術(shù)人員進行害蟲防治培訓(xùn)并定期為他們提供田間害蟲信息[8]。

棉花生長早期主要受煙粉虱、葉蟬和薊馬為害,在棉株基部施用“毒土”(主要由滴滴涕和一些兼容性的農(nóng)藥混合而成)可有效防治早期害蟲。每個生長季使用1～2次。蟋蟀、葉螨等害蟲也會為害棉花種子和幼苗,因此在使用農(nóng)藥防治棉花苗期害蟲的同時,采用農(nóng)業(yè)防治方式,如利用間苗拔除一些有害蟲的幼苗,可有效減少田間害蟲種群數(shù)量。棉紅鈴蟲主要在10月至11月發(fā)生,棉花收獲后越冬代幼蟲殘留在棉株以及田間殘余莖稈上。采用深耕冬灌能有效殺死越冬代幼蟲,用粉碎機處理田間棉花莖稈也能有效地降低棉紅鈴蟲越冬基數(shù)。1973年之前,卡拉奇大學(xué)已開展了棉田害蟲天敵-寄主-害蟲關(guān)系的研究。此外,也針對棉花植株進行了抗蟲因子的測定,對害蟲抗性的發(fā)展趨勢以及棉花害蟲殺蟲劑的篩選開展了系列探索。在綠色防控技術(shù)的使用方面,Hafeez在實驗室條件下發(fā)現(xiàn)輻射不育能使翠紋金剛鉆種群減少93%,但沒有關(guān)于性誘劑和性信息素的詳細研究[8]。

1.2 害蟲防控技術(shù)推廣

棉農(nóng)根據(jù)巴基斯坦中央棉花委員會定期發(fā)布的指南進行棉花害蟲防治[9]。另外,管理部門也利用無線電廣播、電視等平臺發(fā)布害蟲種群動態(tài)及其防治的信息。1973年以來,巴基斯坦農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心一直致力于推廣害蟲綜合防治。為了使農(nóng)民更好地理解害蟲綜合防治理念,巴基斯坦聯(lián)邦農(nóng)業(yè)部向從事害蟲綜合防治工作的人員分發(fā)不同作物害蟲防控年歷的小冊子。

1.3 殺蟲劑的使用

化學(xué)殺蟲劑(如滴滴涕)的使用為棉花等大田作物上害蟲的防治帶來了巨大變化。第二次世界大戰(zhàn)后開始出現(xiàn)多種化學(xué)農(nóng)藥,新興的殺蟲劑見效快、價格便宜,全球范圍內(nèi)將使用殺蟲劑作為防治害蟲的主要措施,盡管其對非靶標(biāo)生物(如天敵、人類)的影響尚不明確[10]。因有機氯農(nóng)藥在環(huán)境中高殘留,巴基斯坦在20世紀(jì)70年代中期用有機磷殺蟲劑馬拉硫磷取代了滴滴涕和六六六。化學(xué)農(nóng)藥在隨后的棉花害蟲防治中得到了廣泛應(yīng)用,1983年以前旁遮普省5%～10%的棉花種植區(qū)域使用了殺蟲劑,而在1997年增加到了100%[11-13]。早期棉農(nóng)基于田間目測確定噴施殺蟲劑的時間,沒有將害蟲的經(jīng)濟閾值作為化學(xué)防治的依據(jù)。農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)部門并不能有效地為棉農(nóng)提供科學(xué)指導(dǎo),棉農(nóng)很大程度上依賴經(jīng)銷商的推薦來選擇農(nóng)藥種類和使用技術(shù)。通常情況下,棉農(nóng)在8月中旬開始使用殺蟲劑防治刺吸式害蟲,后期還會使用2～3次農(nóng)藥來控制棉鈴上的害蟲[14]。巴基斯坦政府為了促進農(nóng)藥的使用一直向農(nóng)民發(fā)放農(nóng)藥補貼,1969年12月之前政府向農(nóng)藥受益人提供75%的補貼,在1971年3月降至50%,一直持續(xù)到1973年4月。后來由于巴基斯坦盧比貶值,以及私營企業(yè)進入農(nóng)藥市場,農(nóng)藥的銷售和使用得到了快速發(fā)展,政府逐漸終止了農(nóng)藥補貼計劃[15]。20世紀(jì)90年代開始,棉農(nóng)使用大量的農(nóng)藥來防治棉鈴上的煙粉虱等害蟲,致使農(nóng)藥在棉花上的使用量迅速增加,到2020年農(nóng)藥用量較1990年增加了11倍(圖1)。

圖1 巴基斯坦農(nóng)藥使用量

1.4 施藥方式與設(shè)備

1951年以前,害蟲防控主要由省級農(nóng)業(yè)部門負責(zé),主要以地面施藥的方式進行。1951年發(fā)生蝗災(zāi)后,卡拉奇植保部門開始組織使用飛機從空中噴灑農(nóng)藥。飛機上裝備了標(biāo)準(zhǔn)噴嘴或自動旋轉(zhuǎn)裝置,以50～100 μm的霧滴噴灑殺蟲劑。雖然使用化學(xué)農(nóng)藥防治害蟲已被農(nóng)民接受,但缺少成本合理的噴霧設(shè)備,以至于農(nóng)藥顆粒劑在20世紀(jì)60年代后期作為最主要的劑型被廣泛使用。

20世紀(jì)50年代的蝗災(zāi)期間,一些地區(qū)開始通過飛機在棉田噴灑氯代烴類殺蟲劑,這是巴基斯坦首次將殺蟲劑應(yīng)用于棉花害蟲防控[16-17]。隨后背負式噴霧器的普及方便了農(nóng)藥在棉田的應(yīng)用,但農(nóng)藥的大量使用降低了天敵的密度,導(dǎo)致一些害蟲的暴發(fā)或者為害更加嚴(yán)重。受田間樹木的影響,飛機作業(yè)高度較高,噴灑農(nóng)藥的效果相對較差,同時易引起農(nóng)藥在環(huán)境中高殘留及其污染問題。所以農(nóng)民大多更傾向于使用手動背負式噴霧器噴灑化學(xué)農(nóng)藥。棉花生長階段多為高溫天氣,如果棉農(nóng)不了解農(nóng)藥的毒性以及正確的使用方法(包括噴霧器以及個人防護設(shè)備的正確使用),農(nóng)民的身體健康極易受到危害[18-20]。手柄背負式噴霧器(配備噴桿和空心錐形噴頭)的噴霧量取決于作物的高度,一般為200～5 000 L/hm2[21]。20世紀(jì)80年代初,巴基斯坦開始推廣使用旋轉(zhuǎn)式圓盤超低容量噴霧器,田間試驗發(fā)現(xiàn)其最低噴施量可以降到2.5 L/hm2。相比于背負式噴霧器,超低容量噴霧器每天可完成的施藥面積更大,花費更少[21]。另外,在用常規(guī)殺蟲劑防治棉花上棉鈴蟲幼蟲的試驗中發(fā)現(xiàn),旋轉(zhuǎn)式圓盤超低容量噴霧器的施藥效率明顯高于傳統(tǒng)背負式噴霧器[22]。在大型農(nóng)場,往往使用機載噴霧器或噴桿式噴霧機,其用藥量為300～500 L/hm2。Bt棉商業(yè)化種植后,這些機載噴霧器依舊在使用。

1.5 農(nóng)藥管理

1951年,巴基斯坦為防治蝗蟲引入了化學(xué)殺蟲劑,并于1952年開始用飛機對包括棉花在內(nèi)的主要作物噴灑農(nóng)藥。據(jù)報道,1954年巴基斯坦首次進口了254 t合成農(nóng)藥,開啟了農(nóng)藥貿(mào)易[23]。直至1973年,巴基斯坦只有六六六和滴滴涕是本國生產(chǎn),其余農(nóng)藥均依賴進口。為了規(guī)范農(nóng)藥的注冊、進口、生產(chǎn)以及銷售時的包裝和標(biāo)簽的使用等,政府在1971年和1973年分別頒布了《農(nóng)藥條例》和《農(nóng)業(yè)農(nóng)藥規(guī)章》。同時,1971年在卡拉奇植物保護部門和費薩拉巴德阿尤布農(nóng)業(yè)研究所的昆蟲研究中心建立了負責(zé)篩選進口農(nóng)藥的實驗室。1980年之前,農(nóng)藥進口主要由巴基斯坦政府管轄,政府按照補貼價格通過農(nóng)業(yè)部或者私營企業(yè)向農(nóng)民分發(fā)農(nóng)藥。1980年以后,私營企業(yè)被允許進口和銷售農(nóng)藥,極大地促進了農(nóng)藥的運銷和使用,為巴基斯坦本土農(nóng)藥貿(mào)易的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)[24]。

2 轉(zhuǎn)基因棉花生態(tài)系統(tǒng)

轉(zhuǎn)基因棉花是巴基斯坦已規(guī)?；?、商業(yè)化種植的作物。2000年,未經(jīng)生物安全批準(zhǔn)Bt棉就已進入了巴基斯坦棉種市場[25-26]。在獲得商業(yè)許可之前,Bt棉種子主要來源于當(dāng)?shù)厥袌觥⒎N業(yè)公司以及國內(nèi)農(nóng)戶自留種[27]。2002年,巴基斯坦首次批準(zhǔn)了當(dāng)?shù)仉s交品種‘FH-901’‘CIM-443’和‘CIM-448’的商業(yè)化種植；2006年批準(zhǔn)了品種‘NIBGE-2’,2009年批準(zhǔn)了品種‘CEMB-2’(雜交)種植；2010年和2014年國家生物安全委員會分別正式許可了一批已經(jīng)在巴基斯坦種植的Bt棉品種。此后,巴基斯坦棉花品種以‘MON531’品系為主,新興更有效的品種(如‘Bollgard II’)尚未在巴基斯坦商業(yè)化種植[28]。2019年在巴基斯坦費薩拉巴德農(nóng)業(yè)大學(xué)召開了全國棉花生產(chǎn)從業(yè)者會議,討論推薦種植多基因抗蟲棉花品種,2022年農(nóng)民普遍種植了轉(zhuǎn)多基因棉花品種,特別是在維哈里和木爾坦棉花種植區(qū)。轉(zhuǎn)多基因(cry1Ac,cry2Ab和GTG)抗蟲棉花品種‘CKC3’由巴基斯坦旁遮普大學(xué)微生物卓越中心生產(chǎn),能夠抗草甘膦和棉紅鈴蟲。常規(guī)棉田殺蟲劑用量大、棉鈴蟲為害率高、棉花產(chǎn)量低,外加較高的勞動力成本,巴基斯坦農(nóng)民更傾向種植Bt棉[29]。2017年的統(tǒng)計顯示,Bt棉在巴基斯坦的種植面積為300萬hm2,其產(chǎn)量占全國棉花總產(chǎn)量的96%[28]。

2.1 害蟲綜合治理

使用殺蟲劑是控制棉花害蟲的主要方法,但目前已通過多種措施來減少在轉(zhuǎn)基因作物上使用農(nóng)藥,如推遲第一次用藥時間以促進天敵種群的建立,使用選擇性殺蟲劑,提高種子的質(zhì)量以及其他農(nóng)業(yè)防治措施,或者采用迷向干擾交配技術(shù)。受棉花品種與播種面積的影響,Bt棉的播種會持續(xù)到6月底。早播品種在8月份開始采摘,每年的10月和11月收割棉花秸稈[30]。Bt棉的商業(yè)化種植減輕了很多種鱗翅目害蟲(如棉紅鈴蟲、鼎點金剛鉆Eariascupreoviridis和棉鈴蟲等)的為害,但導(dǎo)致非靶標(biāo)刺吸式害蟲及其天敵種群密度的增加[31-32]。根據(jù)最新數(shù)據(jù),柯寧棉紅蝽、棉籽長蝽Oxycarenushyalinipennis和棉紅鈴蟲、斜紋夜蛾是目前棉花上的主要害蟲,但在棉花生產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)中尚未明確柯寧棉紅蝽和棉籽長蝽的經(jīng)濟閾值(表 1)。因此,在未來Bt棉生態(tài)系統(tǒng)的害蟲綜合治理中,需要更新害蟲的經(jīng)濟閾值并加強生物防治[33]。生物防治在害蟲綜合治理中的效率仍需進一步研究確認(rèn),但無論如何廣譜性捕食性天敵如蜘蛛在減少棉田害蟲方面發(fā)揮了重要的作用[34-36]。目前旁遮普省的不同地區(qū)共建立了11個生物防治實驗室,用于大規(guī)模飼養(yǎng)有益生物草蛉和赤眼蜂。

表1 Bt棉生態(tài)系統(tǒng)中棉花害蟲的經(jīng)濟閾值

2.2 害蟲防控技術(shù)推廣

基于歷史經(jīng)驗和田間應(yīng)用研究試驗,農(nóng)業(yè)推廣部門每年會更新并發(fā)布來年棉花生產(chǎn)的詳細技術(shù)和計劃,并通過農(nóng)業(yè)技術(shù)人員和公司進行宣傳以指導(dǎo)農(nóng)民。與其他作物(如水稻、玉米、甘蔗等)相比,巴基斯坦擁有成熟的棉花市場鏈,棉花的價格也相對較高[37]。由于棉花產(chǎn)量(圖 2)和種植面積的持續(xù)下降,政府舉辦了多次由政府部門組織和參與的網(wǎng)絡(luò)研討會,采取一系列重要措施來恢復(fù)農(nóng)民對植棉的信心。當(dāng)前,政府的棉花咨詢委員會每兩周召開1次會議,與棉花生產(chǎn)從業(yè)者討論未來15 d的棉花生產(chǎn)和管理的策略和技術(shù)方案。然后,相關(guān)指導(dǎo)性的意見通過電子或印刷媒體分發(fā)給農(nóng)民。相比過去十年,現(xiàn)在巴基斯坦的農(nóng)業(yè)推廣服務(wù)和蟲害預(yù)警部門通過舉辦農(nóng)民會議、提供示范、發(fā)放小冊子和書籍等系列措施,在咨詢建議服務(wù)方面取得了非常有效的成績。

圖2 1960年-2022年巴基斯坦棉花產(chǎn)量

2.3 殺蟲劑的使用

在巴基斯坦棉農(nóng)認(rèn)為殺蟲劑是控制棉花害蟲最有效的方法,殺蟲劑的進口量也逐年增加。過去十年間,已登記的殺蟲劑從108種[38-39]增加到196種[17]。目前,巴基斯坦90%以上的農(nóng)藥是從中國進口,其中約90%是以原藥的形式進口再加工,另外10%以成品的形式直接進口。最近,巴基斯坦政府在“中巴經(jīng)濟走廊”項目的支持下與中國政府合作,在經(jīng)濟特區(qū)成立農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)以減少進口。在所有作物中,棉花上施用的農(nóng)藥量占總用藥量的60%～85%[40]。化學(xué)殺蟲劑大約占據(jù)巴基斯坦農(nóng)藥市場的60%[30],而用在棉花上的殺蟲劑占據(jù)殺蟲劑總量的75%～90%[41]。全國各省份中,旁遮普省使用了88.3%的殺蟲劑,其次是信德省(8.2%)、開伯爾-普赫圖赫瓦省(KPK)(2.8%)和俾路支省(0.76%)[42]。為了解決農(nóng)藥濫用問題,政府通過立法對違規(guī)行為處以罰款甚至數(shù)月至數(shù)年的監(jiān)禁。在頒布《2018年農(nóng)業(yè)農(nóng)藥條例》《2018年旁遮普農(nóng)業(yè)政策》等法律法規(guī)后,省政府盡職盡責(zé)地執(zhí)行這些規(guī)章。農(nóng)民使用的農(nóng)藥種類通常是根據(jù)當(dāng)?shù)毓?yīng)情況、經(jīng)銷商的建議、其他農(nóng)民使用的種類或雇主提供的農(nóng)藥種類來選擇。使用農(nóng)藥時,農(nóng)民通常采用經(jīng)銷商推薦的使用劑量,而忽視了各植保部門的建議。因此大多數(shù)情況下,農(nóng)藥使用劑量遠高于推薦劑量,導(dǎo)致農(nóng)民很大程度地接觸到田間殘留的農(nóng)藥[43-44]。在巴基斯坦[45-46],尤其是旁遮普省[47-48]和信德省[49],均有采棉工農(nóng)藥中毒的報道。政府采取措施并制定相關(guān)政策來減少農(nóng)藥對農(nóng)民的傷害,同時也開始大規(guī)模地培訓(xùn)農(nóng)民正確使用農(nóng)藥的技術(shù)和方法[50]。