夏玉米不同生育時期草地貪夜蛾防治指標研究

羅泉,邢懷森,趙曼,張利娟,李為爭,郭線茹

(河南省害蟲綠色防控國際聯合實驗室/植物保護學院,河南農業大學,河南 鄭州 450002)

草地貪夜蛾(Spodopterafrugiperda)屬鱗翅目夜蛾科,是全球預警的遷飛性重大農業害蟲,寄主種類多,繁殖能力強,危害重,防治難度大[1-2]。該蟲原產于美洲熱帶與亞熱帶地區[3],自2019年1月在中國云南省普洱市玉米田首次發現草地貪夜蛾危害后,草地貪夜蛾很快就擴散到中國多個省份[4-5],如當年5月10日即在河南省信陽市春玉米田發現幼蟲危害,9月份就擴散至河南省17個市95個縣(市、區),即河南全省大部分玉米產區都發現草地貪夜蛾危害,發生面積占全省玉米種植面積的0.05%[6]。草地貪夜蛾在原產地分化出玉米型和水稻型兩種生物型,前者嗜好玉米,是入侵中國各地的生物型[7],對中國玉米生產造成了嚴重威脅。草地貪夜蛾不耐低溫,0 ℃以下就不能存活[8-9],冬季主要在中國南方和東南亞熱帶、南亞熱帶地區危害,春季隨季風逐步遷入中國北方危害。因此,中國將草地貪夜蛾的發生區域劃分為周年繁殖區、遷飛過渡區和重點防范區,并提出了分區治理對策[10]。

害蟲的防治指標(control index)也稱經濟閾值(economic threshold)、防治閾值(control threshold),是對害蟲采取防治決策特別是實施藥劑防治時的主要依據[11-12],只有當害蟲種群數量達到防治指標時采取防治措施,才能獲得最佳的經濟效益。防治指標是一個動態指標,不僅因害蟲種類和寄主作物種類、作物生育時期而異,也隨作物產量、價格、害蟲防治效果、防治投入等而變化。在草地貪夜蛾原產地如美國[13]、哥倫比亞[14]等地,均有相應的防治指標以指導當地草地貪夜蛾防治。2019年草地貪夜蛾入侵中國后,為有效防控其暴發危害,保障糧食及農業生產安全,農業農村部就發布了《全國草地貪夜蛾防控方案》,同時參考同類害蟲的防治指標提出了不同發生區實施化學防治時的防治指標,如重點防范區為玉米苗期(7葉以下)被害株率5%,小喇叭期(7～11葉)被害株率10%,大喇叭期(12葉)以后被害株率15%[15]。隨后一些植保工作者先后研究提出了不同發生區草地貪夜蛾的防治指標,如劉彥龍等[16]采用人工接入3齡幼蟲方法,研究確定了海南省(周年繁殖區)鮮食玉米苗期、喇叭口期、抽穗期草地貪夜蛾幼蟲的防治指標分別為30～40、60～100和95～120頭·百株-1。李國平等[1]在防蟲網室中采用人工接入2齡幼蟲方法,研究提出了黃淮海夏玉米區(重點防范區)小喇叭口期、大喇叭口期和吐絲期草地貪夜蛾的防治指標分別為2齡幼蟲55～67、97～118和59～71頭·百株-1,或危害株率分別為4.24%～5.22%、7.61%～9.49%和4.46%～5.55%;陳培育等[17]采用類似的研究方法[1],提出了河南省南陽地區(重點防范區)夏玉米苗期、喇叭口期和吐絲期草地貪夜蛾防治指標分別為222～399、151～317和81～262頭·百株-1;陳浩梁等[18]采用人工接入3齡幼蟲方法,研究提出了安徽省(重點防范區)夏玉米3個生育時期草地貪夜蛾的防治指標分別是危害率8.72%、7.99%和6.17%。從以上結果可以看出,不同研究者得到的草地貪夜蛾防治指標有較大差異,這種差異可能與研究方法有關,也可能與玉米品種或種植區域等有關,這種現象與玉米螟[19]、黏蟲[12]等玉米害蟲的防治指標研究結果相似。

河南省是中國重要的玉米生產區,夏玉米常年播種面積380萬hm2左右,種植區域廣,產量水平各異。害蟲的危害不僅與作物品種、生育時期有關,也受各地溫度、濕度、光照等氣候因子的影響,如豫南地區草地貪夜蛾發生早、危害重,豫北則發生較晚、危害輕,東部和中部地區發生程度年度間變化大。玉米為喜光作物,為最大限度減少自然環境對寄主植物和供試昆蟲的影響,本研究在綜合分析前述草地貪夜蛾防治指標研究文獻基礎上,采用大田自然生境人工接入3齡初期幼蟲和模擬防治方法,以河南省主栽夏玉米品種鄭單958為材料,于2021年和2022年研究了玉米不同生育時期草地貪夜蛾危害對夏玉米產量的影響,并根據河南省夏玉米產量水平,分析得到了不同產量水平夏玉米不同生育時期草地貪夜蛾的防治指標,以期為河南省草地貪夜蛾的精準、實時防控提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試草地貪夜蛾于2020年采自河南省鄭州市玉米田。室內在智能人工氣候箱(寧波科晟實驗儀器有限公司,型號:PRX-280C)中飼養,氣候箱條件:溫度(25±1)℃、相對濕度70%±5%、光周期L∶D=16 h∶8 h。1～2齡幼蟲用新鮮玉米葉飼養,3齡后轉為人工飼料飼養,成蟲飼以質量分數5%蔗糖水。選取大小一致的3齡初期幼蟲進行試驗。

供試玉米品種為河南省主栽品種鄭單958的無包衣種子,購于河南秋樂種業科技股份有限公司?；蕿榻鹣阌衽茝秃戏蕀(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=29∶5∶6,湖北中化東方肥料有限公司),施肥量為750 kg·hm-2,種肥同播。

1.2 試驗田管理

試驗分別于2021年和2022年在河南農業大學許昌教學試驗場(34.136°N,113.809°E)和鄭州市惠濟區河南農業大學科教園區(34.870°N,113.597°E)進行。試驗地肥力中等,前茬作物均為小麥,收獲后秸稈全部粉碎還田。播種時間為2021-06-04,2022-06-10。玉米單粒種植,行距60 cm,株距25 cm。試驗田水肥管理條件保持一致。玉米3葉期人工噴施24%煙嘧·莠去津可分散油懸浮劑(陜西上格之路生物科學有限公司產品,市售)1 500 mL·hm-2防除雜草,除草后第2天噴施40%氯蟲·噻蟲嗪水分散粒劑180 g·hm-2(瑞士先正達作物保護有限公司產品,市售)殺滅害蟲。此后每5～7 d人工檢查1次玉米植株,發現昆蟲(除人工接入的供試昆蟲外的所有植食性昆蟲和天敵昆蟲)時人工捕捉殺滅。

1.3 試驗方法

采用人工接蟲法。分別于玉米小喇叭口期(4～5葉期)、大喇叭口期(8～10葉期)和吐絲期人工接入3齡初期幼蟲。小喇叭口期和大喇叭口期,將幼蟲接入玉米心葉內,吐絲期則接到玉米穗頂端的花絲基部。2020年預試驗時發現,當每株(或每穗)接蟲4頭以上時,可能由于幼蟲個體間的競爭和相互殘殺,其危害造成的產量損失及對玉米生長發育的影響與每株(或每穗)接蟲3頭時無顯著差別,因此正式試驗時每株(或每穗)最大接蟲量為3頭,即人工接蟲設4個處理,分別為0、1、2和3頭·株-1,每處理接蟲80株,重復3次,隨機區組排列。每次接蟲后第7天人工噴施40%氯蟲·噻蟲嗪水分散粒劑180 g·hm-2殺死幼蟲,之后采取人工捕殺方法保持供試玉米植株不受任何害蟲危害。

1.4 調查內容

1.4.1 草地貪夜蛾幼蟲危害對夏玉米葉面積的影響 玉米小喇叭口期生長旺盛,是決定玉米后期生長發育和產量的關鍵時期。小喇叭口期接蟲后第7天殺滅幼蟲,此后待受害玉米葉片完全長出時調查葉片受害情況。記錄受害葉的葉位,測量受害葉葉面積(葉片長度×葉片最寬處)和被幼蟲取食的葉面積,計算葉面積損失率;同時測量未受害株(即對照株)與受害株受害葉相同葉位的葉面積,計算葉面積相對損失率。

葉面積損失率/%=被取食掉的葉面積總和/受害葉葉面積總和×100

葉面積相對損失率/%=(對照株葉面積總和-受害株葉面積總和)/對照株葉面積總和×100

1.4.2 草地貪夜蛾幼蟲危害對玉米主要農藝性狀和產量指標的影響 玉米成熟后,每小區隨機抽取30株,測量株高、穗位高、穗粗、穗長等農藝指標,并將雌穗帶回室內,曬干后測量穗長(如1株有2穗的,以主穗為準)、穗粗,單穗脫粒,記錄百粒質量和穗粒質量。對于吐絲期接蟲的處理,籽粒稱重前去除受害的籽粒。根據小區平均穗粒質量和種植密度(本試驗為67 500株·hm-2),折合產量,計算草地貪夜蛾幼蟲危害造成的產量損失率。

產量損失率/%=(對照區平均產量-處理區平均產量)/對照區平均產量×100

1.5 夏玉米不同生育時期草地貪夜蛾幼蟲防治指標計算

按照CHIANG[20-21]提出的防治指標一般模式建立夏玉米不同生育時期草地貪夜蛾幼蟲的防治指標,即采取防治措施時防治費用應低于挽回作物產量收益的害蟲種群數量:

式中:CC為防治費用,包括藥劑費、施藥人工費、機械損耗費等,通過調查所得;EC為防治效果,通過調查得到;Y為作物產量,依據河南省夏玉米產量劃分若干產量級別;P為產品價格,根據試驗當年夏玉米平均價格計算;YR為平均每頭害蟲為害所造成的產量損失率,通過本試驗獲得;SC為害蟲生存率,指害蟲從采取防治決策開始至引起顯著危害時的生存率,一般以生存率為100%計算;CF為關鍵因子,當生產重點是追求高產時,一般取值為1,當考慮到將化學防治對環境的影響降到最小,如采取生物防治,一般取值為2。

1.6 數據處理

使用SPSS27.0軟件進行數據處理,采用單因素方差分析和LSD法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 草地貪夜蛾幼蟲對夏玉米主要農藝指標的影響

2.1.1 草地貪夜蛾幼蟲對夏玉米葉面積的影響 小喇叭口期接蟲后第7天噴藥除蟲,玉米受害葉片完全長出時調查受害株葉面積損失情況(表1),從調查結果可以看出,受害葉片葉面積隨蟲口密度的增加呈減小趨勢,且幼蟲2和3頭·株-1時,被取食的葉面積及葉面積損失率均顯著大于1頭·株-1幼蟲的處理(p<0.05);葉面積相對損失率葉也隨幼蟲密度的增加而增加,且2022年接蟲3頭·株-1和2021年接蟲2和3頭·株-1處理的葉面積相對損失率顯著大于其他處理(p<0.05)。說明草地貪夜蛾幼蟲危害影響玉米葉片生長,造成光合作用面積減小,從而可能對玉米后期生長發育和產量造成影響。

表1 草地貪夜蛾幼蟲對夏玉米葉面積的影響

2.1.2 草地貪夜蛾幼蟲對夏玉米穗長和穗粗的影響 在玉米不同生育時期接入草地貪夜蛾3齡幼蟲,危害6 d后至收獲期可造成收獲期玉米主要農藝性狀發生變化,但年度間變化略有不同。從對穗莖節的影響看,除2022年小喇叭口期1和2頭·株-1處理的穗長度顯著短于對照(p<0.05)外,其他生育時期各接蟲處理的穗粗和穗長均無顯著差異(p>0.05)(表2)。

表2 夏玉米不同生育時期草地貪夜蛾幼蟲對穗長和穗粗的影響 Table 2 Effects of the larvae infestation on the length and diameter of stem beared ears at different growth stages of summer maize

2.1.3 草地貪夜蛾幼蟲對夏玉米株高和穗位高的影響 草地貪夜蛾危害也影響玉米株高和穗位高。從對株高的影響看,小喇叭口期和大喇叭口期幼蟲危害均能造成玉米株高降低,其中2021年大喇叭口期和2022年小喇叭口期幼蟲危害均造成株高的顯著降低(p<0.05),而吐絲期幼蟲危害對株高的影響不顯著(p>0.05)。幼蟲危害對穗位高的影響與對株高的影響相似,且年度間有差異(圖1)。

注:不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。下同。Note:Different lowercase letters indicate significant differences at the level of 0.05.The same as below.

2.2 草地貪夜蛾幼蟲對夏玉米產量指標的影響

不同年份同一生育時期不同接蟲密度對玉米產量指標的影響有差異。從對雌穗直徑的影響看,除2021年小喇叭口期2和3頭·株-1幼蟲處理收獲期雌穗直徑與對照相比顯著減小外(p<0.05),其余各接蟲處理均與對照差異不顯著(p>0.05)。從雌穗長度看,除2022年小喇叭口期2和3頭·株-1處理及吐絲期2頭·株-1處理的雌穗長度顯著小于對照外(p<0.05),其余接蟲處理與對照間差異均不顯著(p>0.05)(圖2)。從對玉米籽粒質量的影響看,不同生育時期接蟲處理的玉米百粒質量和穗粒質量呈下降趨勢,但年度間略有差異。小喇叭口期和大喇叭口期接蟲處理,均造成玉米穗粒質量的顯著下降,且2021年小喇叭口期2和3頭·株-1處理及大喇叭口期3頭·株-1幼蟲處理的百粒質量也比對照顯著減輕(p<0.05)。如3頭·株-1處理,小喇叭口期接蟲時,2021年和2022年穗粒質量分別減少14.86%和14.24%,大喇叭口期接蟲時分別減少11.73%和12.24%。玉米吐絲期遭受草地貪夜蛾幼蟲危害后,顯著影響百粒質量和穗粒質量(p<0.05),且穗粒質量隨接蟲密度的提高而下降,如2和3頭·株-1幼蟲時,2021年穗粒質量分別下降6.66%和7.49%,2022年分別下降8.21%和11.40%(表3)。

圖2 夏玉米不同生育時期草地貪夜蛾幼蟲對玉米雌穗直徑和長度的影響 Fig.2 Effects of the larvae infestation on diameter and length of maize ears at different growth stages of summer maize

表3 夏玉米不同生育時期草地貪夜蛾幼蟲對玉米產量構成因素的影響Table 3 Effects of the larvae infestation on the yield components of maize at different growth stages of summer maize

2.3 草地貪夜蛾幼蟲對夏玉米產量的影響

根據表3玉米穗粒質量和試驗區玉米種植密度折合玉米產量,得到了玉米不同生育時期不同蟲口密度造成的產量損失率(表4)。從研究結果可以看出,同一個玉米生育時期,草地貪夜蛾幼蟲危害造成的產量損失率隨蟲口密度增加而增大,但不同接蟲密度處理之間差異不顯著(p>0.05)。不同接蟲時期,同一蟲口密度和平均每頭幼蟲危害造成的產量損失率隨玉米生長而減小,即植株越小損失率越大(表4),說明玉米植株對草地貪夜蛾危害的耐受性隨著玉米生長發育而逐漸提高。

表4 夏玉米不同生育時期草地貪夜蛾幼蟲對玉米產量的影響Table 4 Effects of the larvae infestation on maize yield at different growth stages of summer maize

2.4 夏玉米不同生育時期草地貪夜蛾幼蟲防治指標的建立

根據防治指標一般模式涉及的各項參數,經調研農戶、農民專業合作社和植物保護部門,防治草地貪夜蛾,如果按農業農村部推薦的藥劑或者經過農藥登記的藥劑(如氯蟲苯甲酰胺、四氯蟲酰胺、高氯氟·甲維鹽等化學農藥)計算,防治1次的費用(即CC)(包括藥劑、人力、機械損耗等)平均為225元·hm-2。如果施用生物殺蟲劑(如球孢白僵菌、蘇云金桿菌、乙基多殺菌素等),平均為375元·hm-2。經查閱文獻[22-26]、調研及作者試驗,玉米小喇叭口期和大喇叭口期,化學農藥防治草地貪夜蛾,藥后7 d防治效果(即EC)一般為75%～98%,本研究按85%計算;生物農藥藥后7 d防治效果一般為65%～92%,本研究按80%計算。玉米吐絲期,化學農藥的防治效果一般在70%～90%,本研究按75%計算;生物農藥的防治效果一般在60%～85%,本研究按70%計算。

河南省常年種植玉米品種較多,各地土質、土壤肥力有差別,本研究按夏玉米產量(即Y)7 500～12 000 kg·hm-2計算防治指標。玉米收購價格(即P)參考試驗當年河南省玉米收購價格(即P),2021年和2022年分別按2.6和2.8元·kg-1計算。玉米不同生育時期遭受草地貪夜蛾危害后的產量損失率(即YR)按本研究結果計算(表4)。

草地貪夜蛾的抗性較強,幼蟲自然死亡率按0計算,即生存率(SC)按100%計算?？紤]到糧食生產的重要性及國家提倡有害生物綠色防控和有關化肥農藥零增長政策,CF值分別取1和2計算防治指標。

根據上述分析得到的玉米不同生育時期草地貪夜蛾幼蟲的防治指標見表5。從計算結果可以看出,防治指標是動態指標,不僅隨玉米產量而變化,而且年度間也有變化。綜合兩年的研究結果,玉米產量7 500～12 000 kg·hm-2,以化學農藥防治為主時,夏玉米小喇叭口期草地貪夜蛾幼蟲的防治指標為幼蟲11.1～17.6頭·百株-1,大喇叭口期為15.9～25.4頭·百株-1,吐絲期為21.9～35.0頭·百株-1,如果以生物防治為主,3個生育時期的防治指標分別為幼蟲39.0～62.5、56.2～90.0和78.1～125.0頭·百株-1。

表5 夏玉米不同生育時期草地貪夜蛾幼蟲的防治指標

3 結論與討論

2021年和2022年夏玉米生長期河南省草地貪夜蛾自然種群極少,因此,本研究采用人工接蟲和模擬大田防治方法,研究了夏玉米小喇叭口期、大喇叭口期和吐絲期草地貪夜蛾不同密度幼蟲危害對夏玉米生長發育和產量的影響,并根據防治費用、防治效果和玉米價格、產量水平等分析得到了玉米不同生育時期草地貪夜蛾的防治指標。結果發現,草地貪夜蛾3齡幼蟲短時間內危害(本研究為6 d,接蟲后3 d進入4齡階段)即對玉米葉片、株高、穗位高、穗粗和穗長等生長發育指標產生了影響,但這種影響大小因玉米生育時期不同而不同,年度間也有差異,其中在小喇叭口期危害對玉米生長發育的影響相對較大,其次是大喇叭口期,而吐絲期危害時造成的影響最小,主要表現是小喇叭口期和大喇叭口期危害造成玉米株高降低。與生長發育指標相比,草地貪夜蛾危害對玉米穗粗、穗長、百粒質量、穗粒質量、產量等指標的影響更大,主要表現為這些指標值的減小,而且玉米植株越小,草地貪夜蛾危害造成的影響越大,如每株3頭幼蟲時,小喇叭口期危害時造成穗粒質量減少14.24%～14.86%,大喇叭口期時減少11.73%～12.24%,吐絲期時減少7.49%～11.40%,相應地,兩年內3個生育時期平均每頭幼蟲危害造成的玉米產量損失率分別為7.05%、4.97%和4.28%。分析原因,可能與草地貪夜蛾幼蟲喜歡取食幼嫩玉米植株[27]有關,因為幼蟲取食苗期葉片造成的孔洞或缺刻會隨玉米葉片的伸展而擴大,從而造成受害植株光合作用面積的減小直至影響植株生長發育和產量形成,如本研究中小喇叭口期接蟲時,受害葉片葉面積以及被幼蟲取食掉的葉面積均隨幼蟲密度增加而增加,相應的葉面積損失率及與對照葉片相比的相對損失率也隨幼蟲密度提高而提高。該結果與劉彥龍等[16]在海南鮮食玉米上的研究結果相似,即玉米植株越小,造成的產量損失越大,而與陳培育等[17]和李國平等[1]的研究結果不同。陳培育等[17]研究結果表明,在相同的蟲口密度下,吐絲期危害造成的產量損失率最大,其次是喇叭口期,而苗期(小喇叭口期)最小,李國平等[1]研究發現,小喇叭口期受害后對玉米產量的影響最大,其次是抽雄吐絲期,大喇叭口期受害后的影響最小。究其原因,可能與不同研究者采取的研究方法不同有關,本研究為最大程度減小環境因子對玉米植株和供試昆蟲的影響,采用在田間自然環境中接蟲并模擬田間防治,即幼蟲危害一段時間后及時殺死,而有的研究是在防蟲網中進行[1,17],有的研究是接蟲后一直危害至處理末期[16],有的未寫明接蟲后的危害時間[17],有的是直至幼蟲化蛹[1]或危害一代[18]。

草地貪夜蛾是新入侵害蟲,雖然燈光誘殺、信息素誘殺[28-29]、天敵自然抑制[30]等措施對草地貪夜蛾有一定的防控效果,但噴施殺蟲劑仍然是應對其危害的主要措施[23,31]。本研究根據兩年的田間研究結果及河南省夏玉米產量水平及玉米價格,在調研防治效果及防治費用基礎上,得到了夏玉米不同生育時期草地貪夜蛾的防治指標,即以化學防治為主時,幼蟲數量分別為小喇叭口期11.1～17.6頭·百株-1,大喇叭口期15.9～25.4頭·百株-1,吐絲期21.9～35.0頭·百株-1;生物防治為主時,則宜適當放寬防治指標,玉米3個生育時期的防治指標分別為39.0～62.5、56.2～90.0和78.1～125.0頭·百株-1。在以上范圍內,玉米產量越高防治指標越小。該結果與劉彥龍等[16]對海南鮮食玉米和李國平等[1]對黃淮海夏玉米和陳培育等[17]對南陽地區夏玉米草地貪夜蛾的防治指標有所不同,其原因可能與采用的計算值模型、接蟲后幼蟲為害時間長短、玉米產量水平、產量損失率等有關。

害蟲的防治指標是一個動態指標,隨作物種植地區、氣候條件、年度等而變化,其本質是一個多維、動態、隨機的經濟生態學參數[12,32-33]。同時,作物生長發育期間會有多種害蟲疊加危害,如玉米生長前期同時會遭受草地貪夜蛾、甜菜夜蛾、棉鈴蟲、斜紋夜蛾等食葉類害蟲以及飛虱、薊馬等刺吸類害蟲危害,抽穗后桃蛀螟、玉米螟、棉鈴蟲和草地貪夜蛾等均會取食雌穗[34],造成防治指標研究的復雜性和多變性,本研究及其他多數研究均是考慮一種害蟲的危害,這也是今后類似研究應注意的問題。

本研究采用人工接蟲和模擬田間防治方法,明確了夏玉米不同生育時期草地貪夜蛾3齡幼蟲危害對玉米生長發育及產量的影響,并結合河南省夏玉米產量水平和草地貪夜蛾防治實踐,得到了不同產量水平夏玉米田草地貪夜蛾的防治指標,研究結果可為河南省不同產量水平夏玉米田草地貪夜蛾精準防控提供參考依據。