春玉米間作豆科綠肥作物害蟲和天敵種群的發(fā)生動態(tài)

趙發(fā)福，郭建國，謝曉麗，張旭明，薛應鈺，金社林

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學植物保護學院, 甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所, 甘肅 蘭州 730070）

玉米(Zea mays)是中國重要的糧飼作物，東北、華北、西南、西北都有廣泛種植[1-2]，在保障國家糧飼作物生產(chǎn)安全中具有舉足輕重地位[3]。近年來，甘肅玉米播種面積不斷增加，長期集約化種植致使玉米害蟲種群數(shù)量和發(fā)生面積逐年增加，嚴重影響玉米經(jīng)濟產(chǎn)量和品質(zhì)[4]。當前，玉米害蟲主要通過噴施化學藥劑進行防治，然而不規(guī)范使用高毒農(nóng)藥嚴重威脅著人類生命和健康，并且加速了害蟲“3R”問題的產(chǎn)生。

多元化種植在中國具有悠久歷史，應用生物多樣性與生態(tài)平衡原理優(yōu)化作物布局，增加農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少使用化學農(nóng)藥的生態(tài)調(diào)控策略成為當前農(nóng)業(yè)害蟲控制研究的熱點[5-7]。例如：非洲尼日利亞、肯尼亞、埃塞俄比亞和烏干達應用生態(tài)環(huán)保、經(jīng)濟實用的推拉(push-pull technology，PPT)策略，在田埂種植象草(Pennisetum purpureum)誘集斑禾草螟(Chilo partellus)成蟲，田間玉米間作禾本科糖蜜草(Melinis minutiflora)或玉米間作豆科飼草作物銀葉山螞蝗(Desmodium uncinatum)和綠葉山螞蝗(D.intortum)驅(qū)避斑禾草螟成蟲，顯著降低了斑禾草螟對玉米和高粱(Sorghum bicolor)的為害[8-11]，并且利用山螞蝗地上部遮陰和根部的化感物質(zhì)異夏佛塔苷，抑制了惡性雜草菟絲子(Striga hermonthica)和獨腳金(S.asiatica)對玉米和高粱的寄生危害[12-16]；近年來還發(fā)現(xiàn)玉米間作豆科作物如菜豆(Phaseolus vulgaris)、蠶豆(Vicia faba)、大豆(Glycine max)、豇豆(Vigna unguiculata)、花生(Arachis hypogaea)或玉米間作禾本科信號草(Brachiaria brizantha)對外來入侵害蟲草地貪夜蛾(Spodoptera frugiperda)具有良好的防治作用[17-20]。中國通過玉米間作大豆、馬鈴薯(Solanum tuberosum)、辣椒(Capsicum annuum)和甘蔗(Saccharum officinarum)等作物，顯著降低了草地貪夜蛾、小綠葉蟬(Empoasca flavescens)、亞洲玉米螟(Ostrinia furnacalis)和玉米蚜(Rhopalosiphum maidis)的種群密度[21-27]，提高了玉米經(jīng)濟產(chǎn)量。然而，甘肅河西走廊春玉米間作針葉豌豆(Pisum sativum)或春玉米間作箭筈豌豆(Vicia sativa)對害蟲及天敵發(fā)生動態(tài)的影響尚不明確。因此，本研究從提高農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)多樣性出發(fā)，監(jiān)測分析甘肅省河西走廊春玉米間作豆科綠肥作物對害蟲和天敵種群發(fā)生動態(tài)的的影響，為玉米害蟲的生態(tài)防治提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

玉米為‘武科2 號’(Zea mays‘Wuke No.2’)，針葉豌 豆 為‘隴 豌2 號’(Pisum sativum‘Longwan No 2’)，箭筈豌豆為‘隴箭2 號’(Vicia sativa‘Longjian No 2’)。

1.2 試驗方法

1.2.1試驗設計

試驗地點位于武威市涼州區(qū)永昌鎮(zhèn)白云村，海拔1 508 m，前茬作物為春玉米。2019 年4 月10 日播種春玉米、針葉豌豆和箭筈豌豆。全生育期不使用農(nóng)藥，采用人工除草。

試驗設3 個處理：春玉米間作針葉豌豆(行數(shù)比2 ∶ 3)、春玉米間作箭筈豌豆(行數(shù)比2 ∶ 3)和春玉米單作。玉米株距25 cm，行距60 cm。隨機區(qū)組設計，小區(qū)面積25 m2，小區(qū)之間種植4 m 寬的春玉米作物隔離帶，盡可能減少昆蟲成蟲擴散造成的干擾，每個處理3 次重復。

1.2.2 調(diào)查方法

2019 年4 月30 日 開 始 至9 月5 日 采 用“W”型取樣法在試驗小區(qū)選取5 個有害蟲為害的玉米植株作為取樣點進行調(diào)查，使取樣地在試驗小區(qū)中呈“W”型排列。目測計數(shù)觀測記載不同處理10 株春玉米上害蟲和天敵幼蟲的種類與數(shù)量，每隔7 d 調(diào)查一次，遇到雨天延后進行。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)以平均值 ± 標準誤表示，Excel 2016 整理試驗數(shù)據(jù)，SPSS 26 軟件Duncan’s 新復極差法檢驗差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 春玉米間作豆科綠肥作物種植模式下二斑葉螨種群的發(fā)生動態(tài)

3 種種植方式下二斑葉螨種群發(fā)生動態(tài)不同。春玉米間作針葉豌豆全生育期二斑葉螨呈現(xiàn)多峰型，始見期于7 月12 日、高峰期于8 月13 日，較春玉米單作晚7 d、高峰期種群密度分別為每100 株8 300.00 頭(圖1)；春玉米間作箭筈豌豆全生育期沒有二斑葉螨發(fā)生；春玉米單作全生育期二斑葉螨呈現(xiàn)單峰型，始見期于7 月23 日、高峰期于8 月6 日，高峰期種群密度為每100 株1 013.33 頭。方差分析顯示(表1)，春玉米間作針葉豌豆全生育期二斑葉螨種群密度顯著高于春玉米單作(P＜ 0.05)，春玉米間作箭筈豌豆全生育期二斑葉螨種群密度顯著低于春玉米單作(P＜ 0.05)。說明春玉米間作針葉豌豆二斑葉螨發(fā)生期提前、種群密度增加，而春玉米間作箭筈豌豆有利于控制二斑葉螨。

表1 不同種植方式下每百株害蟲及其天敵發(fā)生數(shù)量Table 1 Occurrence numbers of pest and natural enemies per 100 plants under different planting patterns head

圖1 春玉米間作豆科綠肥作物下二斑葉螨種群發(fā)生動態(tài)Figure 1 Occurrence dynamics of Tetranychus urticae populations on spring maize intercropped with leguminous cover crops

2.2 春玉米間作豆科綠肥作物種植模式下玉米蚜種群的發(fā)生動態(tài)

3 種種植方式下玉米蚜種群發(fā)生動態(tài)不同。春玉米間作針葉豌豆玉米蚜種群數(shù)量呈現(xiàn)雙峰型，始見期與春玉米單作相同(6 月3 日)、高峰期較春玉米單作提前23 d (6 月19 日)，并且第1 高峰期種群密度高于第2 高峰期種群密度，第1 高峰期種群密度高達每100 株1 611.33 頭；春玉米間作箭筈豌豆全生育期沒有玉米蚜發(fā)生；春玉米單作玉米蚜的種群數(shù)量呈現(xiàn)單峰型，始見期最早于6 月3 日、高峰期于7 月12 日、高峰期種群數(shù)量分別為每100 株588.67 頭 (圖2)。方差分析顯示(表1)，春玉米間作針葉豌豆全生育期玉米蚜的種群密度顯著低于春玉米單作(P＜ 0.05)，春玉米間作箭筈豌豆全生育期玉米蚜的種群密度顯著低于春玉米單作(P＜ 0.05)。表明春玉米間作針葉豌豆玉米蚜發(fā)生期提前、種群數(shù)量增加，而春玉米間作箭筈豌豆有利于控制玉米蚜。

2.3 春玉米間作豆科綠肥作物種植模式下棉鈴蟲種群的發(fā)生動態(tài)

3 種種植方式下棉鈴蟲種群發(fā)生動態(tài)不同。春玉米間作針葉豌豆棉鈴蟲種群數(shù)量呈現(xiàn)多峰型，始見期最晚于5 月28 日、高峰期于8 月1 日，較春玉米單作早13 d，高峰期種群數(shù)量為每100 株40.00頭；春玉米間作箭筈豌豆棉鈴蟲種群數(shù)量同樣呈現(xiàn)多峰型，始見期最早于5 月15 日、高峰期于8 月30 日，較春玉米單作晚17 d、高峰期種群數(shù)量分別為每100 株66.67 頭；春玉米單作棉鈴蟲種群數(shù)量呈現(xiàn)多峰型，始見期于5 月22 日、高峰期于8 月13 日，高峰期種群數(shù)量為每100 株53.33 頭(圖3)。方差分析顯示(表1)，春玉米間作針葉豌豆與春玉米間作箭筈豌豆全生育期內(nèi)棉鈴蟲的百株蟲量均顯著高于春玉米單作(P＜ 0.05)。表明春玉米間作豆科綠肥作物不利于控制棉鈴蟲。

圖3 春玉米間作豆科綠肥作物下棉鈴蟲種群的發(fā)生動態(tài)Figure 3 Occurrence dynamics of Helicoverpa armigera populations on spring maize intercropped with leguminous cover crops

2.4 春玉米間作豆科綠肥作物種植模式下天敵種群的發(fā)生動態(tài)

天敵包括蜘蛛、瓢蟲和寄生蜂。其中，寄生蜂為優(yōu)勢種，種群數(shù)量數(shù)量最多，結(jié)果表明(圖4)，春玉米間作針葉豌豆及春玉米間作箭筈豌豆方式下寄生蜂始見期均為5 月22 日，高峰期均為6 月19 日，種群數(shù)量相差不大；春玉米間作針葉豌豆寄生蜂高峰期每100 株蟲量為6.67 頭，春玉米間作箭筈豌豆寄生蜂每100 株蟲量為6.00 頭，而春玉米單作全生育期沒有寄生蜂發(fā)生。方差分析顯示(表1)，春玉米間作針葉豌豆和春玉米間作箭筈豌豆寄生蜂的種群數(shù)量顯著高于春玉米單作(P＜ 0.05)。表明春玉米間作豆科綠肥作物有利于提高玉米害蟲天敵的種群數(shù)量，實現(xiàn)害蟲生態(tài)防治。

圖4 春玉米間作豆科綠肥作物下天敵種群的發(fā)生動態(tài)Figure 4 Occurrence dynamics of natural enemy populations on spring maize intercropped with leguminous cover crops

3 討論與結(jié)論

集約化生產(chǎn)打破了自然生產(chǎn)系統(tǒng)的生態(tài)平衡，導致自然生產(chǎn)系統(tǒng)的自我調(diào)控能力下降。隨著集約化程度加劇，帶來“3R”問題日益突出。間作不僅能夠影響害蟲尋找寄主的視覺或嗅覺線索，干擾害蟲的寄主定位；而且間作能夠改變棲境內(nèi)害蟲的運動行為，促使害蟲從寄主植物遷出，導致寄主植物的害蟲數(shù)量下降，從而實現(xiàn)害蟲綠色生態(tài)防控。本研究發(fā)現(xiàn)，春玉米間作箭筈豌豆可以有效降低二斑葉螨及玉米蚜的種群數(shù)量，這一研究結(jié)果與李立坤等[25]、荊凡勝等[22]、Mwani 等[28]的研究結(jié)論相似；相反，春玉米間作針葉豌豆二斑葉螨和玉米蚜的種群數(shù)量高于春玉米單作，說明春玉米間作箭筈豌豆伴侶生產(chǎn)系統(tǒng)較春玉米單作，不利于二斑葉螨和玉米蚜田間種群增殖，對刺吸式口器害蟲取食為害具有很好的生態(tài)調(diào)控作用；而春玉米間作針葉豌豆伴侶生產(chǎn)系統(tǒng)較春玉米單作，有利于二斑葉螨和玉米蚜田間種群繁衍擴大，對刺吸式口器害蟲取食為害具有不良的生態(tài)調(diào)控作用，其原因可能是由于春玉米間作箭筈豌豆伴侶生產(chǎn)系統(tǒng)較春玉米單作，不能為二斑葉螨和玉米蚜種群增殖提供適宜環(huán)境，但充分為天敵昆蟲種群增殖提供了適宜棲境，導致春玉米間作箭筈豌豆生產(chǎn)系統(tǒng)拮抗刺吸式口器害蟲的“上行效應”與天敵捕食寄生刺吸式口器害蟲的“下行效應”作用較強；相反，春玉米間作針葉豌豆伴侶生產(chǎn)系統(tǒng)較春玉米單作，可能為二斑葉螨和玉米蚜種群增殖提供了適宜環(huán)境，不足以為天敵昆蟲種群大量增殖提供優(yōu)良的棲境，導致春玉米間作針葉豌豆生產(chǎn)系統(tǒng)拮抗刺吸式口器害蟲的“上行效應”與天敵寄生捕食刺吸式口器害蟲的“下行效應”作用較弱所致，其相關作用機制需要進一步研究[29]。

多元化作物生產(chǎn)系統(tǒng)不僅能夠干擾鱗翅目昆蟲成蟲對寄主植物的視覺定位或嗅覺線索，改變鱗翅目幼蟲的運動行為、促使幼蟲從寄主植物遷出數(shù)量增大，而且多元化作物生產(chǎn)系統(tǒng)為天敵昆蟲提供了豐富的食物資源和優(yōu)良的庇護場所，形成相對穩(wěn)定的、廣譜的捕食寄生天敵種群，增強天敵昆蟲對鱗翅目幼蟲的生態(tài)控制作用。兩種效應疊加能夠使鱗翅目害蟲種群數(shù)量下降，對寄主植物的侵染率降低[30-32]。本研究還發(fā)現(xiàn)，春玉米間作針葉豌豆與春玉米間作箭筈豌豆全生育期內(nèi)棉鈴蟲的百株蟲量顯著高于春玉米單作，這與美國玉米間作棉花(Gossypium hirsutum)和印度玉米間作木豆(Cajaum cajan)生產(chǎn)系統(tǒng)棉鈴蟲幼蟲種群數(shù)量高于玉米單作的研究結(jié)果一致[33-34]，但與非洲玉米間作豆科山螞蝗和中國玉米間作大豆降低鱗翅目害蟲草地貪夜蛾和玉米螟種群數(shù)量的研究結(jié)論相悖[35-37]。這可能由于棉鈴蟲是雜食性害蟲，寄主可塑性很強，對寄主植物選擇性低于寡食性害蟲，幼蟲既可以取食玉米果穗，又可以取食綠肥作物豆莢，依據(jù)“資源集中假說”與“天敵假說”推斷，春玉米間作豆科綠肥作物生產(chǎn)系統(tǒng)可能為棉鈴蟲成蟲感知或幼蟲滯留寄主取食提供了優(yōu)良的棲境和充足食物資源[38-39]，雖然春玉米間作豆科綠肥作物生產(chǎn)系統(tǒng)具有為天敵昆蟲種群增殖提供充足食物資源和優(yōu)良棲境場所的功能，但是春玉米間作豆科綠肥作物生產(chǎn)系統(tǒng)距離形成相對穩(wěn)定廣譜的天敵昆蟲群落生物防治棉鈴蟲取食為害，還有很多工作值得深入研究。

綜上所述，春玉米間作箭筈豌豆可以有效控制二斑葉螨和玉米蚜，但應注意防治棉鈴蟲；春玉米間作針葉豌豆降低了棉鈴蟲種群數(shù)量，但需注意防治二斑葉螨和玉米蚜。