減少殺蟲劑使用可以提高作物產(chǎn)量

劉玉玲 杜亞麗 何金明 孫智禹 蔣海賓 徐凱│編譯

吉林省養(yǎng)蜂科學(xué)研究所，吉林 132108

雖然按期施用殺蟲劑可能是控制害蟲的有效短期策略，但這種策略可能導(dǎo)致長期問題。如果一種殺蟲劑被頻繁使用，那么大量的害蟲會更快地進化出對這種殺蟲劑的抗藥性。這就是為什么建議按順序使用多種產(chǎn)品（輪流使用農(nóng)藥）或通過使用害蟲綜合管理（IPM）減少農(nóng)藥使用頻率。

絕大多數(shù)農(nóng)民使用化學(xué)殺蟲劑來保護作物免受潛在的破壞性害蟲的侵害。對于養(yǎng)蜂人來說，這應(yīng)該不是一個陌生的概念；大多數(shù)養(yǎng)蜂人使用殺螨劑來保護蜜蜂免受瓦螨的侵害。

但是農(nóng)民使用殺蟲劑的方式千差萬別。一些農(nóng)民制定一個時間表，每隔一個月左右施用殺蟲劑，以防止蟲害問題的發(fā)生。當(dāng)害蟲是一個持續(xù)的威脅，殺蟲劑很便宜時這可能是一個有效的策略。

相反，一些農(nóng)民使用害蟲綜合管理（IPM）來決定何時使用殺蟲劑。lPM 的一個基本原則是監(jiān)測蟲害，只有當(dāng)害蟲數(shù)量或這些害蟲造成的損害達到預(yù)定的經(jīng)濟閾值時才使用殺蟲劑。這樣，殺蟲劑只在必要時使用。這既減少了不必要的農(nóng)藥投入，節(jié)省了資金，也減少了對環(huán)境的破壞。繼續(xù)進行瓦螨的類比，如果您監(jiān)測蜂群中的瓦螨水平，并且僅在水平高于預(yù)定閾值時使用殺螨劑進行處理，這就是在練習(xí)使用害蟲綜合管理（IPM）。

當(dāng)作物依靠昆蟲授粉時，IPM 的另一個潛在的重要經(jīng)濟效益也存在。通過使用少量的殺蟲劑，昆蟲傳粉者受到傷害的可能性減小，這可以轉(zhuǎn)化為更好的授粉效果，提高作物產(chǎn)量，為農(nóng)民帶來更大的經(jīng)濟回報。

研究人員利用三年時間分別在西瓜和玉米試驗田進行研究。一塊西瓜田和一塊玉米田采用了大多數(shù)農(nóng)民目前使用的農(nóng)藥常規(guī)管理方法。而另一組西瓜和玉米地塊則采用害蟲綜合治理（IPM）管理，只有當(dāng)害蟲數(shù)量超過預(yù)定的經(jīng)濟閾值時，才在lPM 地塊上使用農(nóng)藥。

這在理論上聽起來不錯，但現(xiàn)實世界中是否有證據(jù)表明，實施IPM 和使用更少的殺蟲劑可以提高依賴?yán)ハx授粉的作物產(chǎn)量？如果是這樣，產(chǎn)量增加是因為蜜蜂傳粉者數(shù)量增加嗎？那么不依賴傳粉者的作物呢？農(nóng)民是否可以通過采取IPM 方法來提高他們的底線，或者他們是否會經(jīng)常超過經(jīng)濟閾值，從而對產(chǎn)量產(chǎn)生影響？通過實驗，研究人員得出結(jié)論，IPM 減少了95%的殺蟲劑使用，同時通過對野生傳粉者保護來保持或提高作物產(chǎn)量，該結(jié)論由Jacob Pecenka 和同事撰寫并發(fā)表在2021《美國國家科學(xué)院院刊》上。

在他們的研究中，Pecenka 和同事們專注于一種依賴授粉的作物（西瓜）和一種不需要昆蟲授粉的作物（玉米），他們希望研究能模擬農(nóng)民在田間的體驗。因此，他們在印第安納州的五個地點建立了大規(guī)模的西瓜和玉米地塊。這些地點沿緯度梯度分布，彼此之間至少相隔100km，確保了氣候條件、土壤類型和當(dāng)?shù)睾οx壓力的多樣性。

在每個地點，一個西瓜和一個玉米地塊采用常規(guī)管理（CM），另一個地塊采用綜合病蟲害管理（IPM）。在實驗之前進行農(nóng)民調(diào)查，CM 地塊的管理方式與目前大多數(shù)農(nóng)民管理農(nóng)田的方式相同。對于西瓜，這包括在移植后4、6、8 和10 周噴灑新煙堿類殺蟲劑吡蟲啉（Wrangler 濃度為814.09 mL/ha）和4 次噴灑擬除蟲菊酯殺蟲劑lambda-cyhalothrin（Warrior II 濃度為140.3 mL/ha）。對于玉米，種子用新煙堿類噻蟲嗪處理（Cruiser 5FS，每粒種子1.25 mg a.i.）。相反，IPM 西瓜和玉米地塊只在害蟲達到預(yù)定經(jīng)濟閾值時才使用殺蟲劑，但這種情況很少發(fā)生。

所有樣地都分別添加了一群蜜蜂和熊蜂，并在西瓜開花期間每周記錄蜜蜂對花的訪問情況。在西瓜實驗地塊，對植物進行為期10 周的害蟲調(diào)查，直到收獲。在此期間，每個地塊成熟的果實都被計數(shù)、稱重，并根據(jù)美國農(nóng)業(yè)部的分級標(biāo)準(zhǔn)檢查其市場適用性。在玉米地塊上，對早季和晚季作物的損害進行評估，并通過對地塊進行二次抽樣來確定產(chǎn)量。最后，使用液相色譜和質(zhì)譜（HPLC-MS/MS）對土壤、作物葉片和花粉中的農(nóng)藥殘留量進行測定。

IPM 西瓜或玉米田是否需要使用殺蟲劑？結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三年中，IPM 和CM 西瓜地塊的害蟲壓力都更大。然而，每株5 只條紋黃瓜甲蟲的經(jīng)濟閾值僅在IPM 樣地觀察到4 次。因此，在IPM 地塊僅使用四次噴灑殺蟲劑的情況下，CM 地塊同期使用了77次。換句話說，與CM 樣地相比，IPM 樣地的殺蟲劑使用量減少了95%。

在研究的前三年，玉米實際上沒有受到害蟲的威脅，只有<1%的樣本植物顯示出遭受西部玉米根蟲（該地區(qū)的主要害蟲）。在研究的第四年，也就是最后一年，損害更為普遍，33%的IPM 玉米根顯示出蟲害。然而，這些損害水平仍然低于經(jīng)濟閾值，因此在整個4 年的研究中，在IPM 玉米地塊上沒有使用殺蟲劑。

通過IPM 減少殺蟲劑用量是如何影響蜜蜂訪問和作物產(chǎn)量的？在IPM 與CM 地塊中，蜜蜂訪問西瓜花的數(shù)量增加了99%，而過渡訪問次數(shù)（即蜜蜂從雄花訪問雌花的次數(shù)）在IPM 組和CM 組中增加了305%。有趣的是，蜜蜂數(shù)量的增加幾乎完全是由野生蜜蜂驅(qū)動的，尤其是汗蜂（Halictidae）。蜜蜂和熊蜂的豐度在IPM 和CM 樣地之間沒有差異。

實驗發(fā)現(xiàn)，在IPM 組和CM 組中，蜜蜂對西瓜的訪問次數(shù)增加了99%。這種依賴授粉作物的產(chǎn)量在IPM 地塊比CM 地塊高出26%并不令人驚訝。

IPM 地塊產(chǎn)量的提高主要歸因于果實數(shù)量的增加，盡管也存在果實重量增加的趨勢。有更多的IPM 西瓜具有果皮損傷和昆蟲取食損傷，但損失量<5%，在產(chǎn)量評價中予以考慮。

因為玉米是風(fēng)媒傳粉的，它不會從蜜蜂的拜訪中受益。研究結(jié)果表明，玉米也不會從殺蟲劑種子處理中受益。IPM 田（平均=10,602 kg/ha）與CM 田（平均=9,471 kg/ha）之間的玉米產(chǎn)量沒有統(tǒng)計學(xué)差異，在整個四年的研究中都是如此。

這是否意味著大多數(shù)農(nóng)民實際上都在因為使用比他們需要使用的更多的殺蟲劑而虧損？這是一個很重要的結(jié)果。在西瓜中，CM 地塊每年施用殺蟲劑的平均成本為94.33 美元/公頃，而IPM 地塊少量施用殺蟲劑的成本為3.35 美元/公頃/年。在為期4年的研究中，CM 方法從未收回殺蟲劑的成本；相反，數(shù)據(jù)顯示，從CM 轉(zhuǎn)向IPM 的西瓜農(nóng)民每公頃將增加90 美元的利潤。

在玉米方面，經(jīng)濟結(jié)果也類似。在本研究中，使用新煙堿種子處理的成本為每公頃57.79 美元。這一成本從未在任何一個地點或研究期間的任何一年被收回。換句話說，數(shù)據(jù)表明，種植玉米農(nóng)民總是會通過放棄新煙堿種子處理來增加利潤。這一結(jié)果與最近幾項關(guān)于該主題的大規(guī)模研究和薈萃分析一致。盡管美國80%～100%的玉米種子都使用了新煙堿類殺蟲劑，但這些殺蟲劑的使用，可能會導(dǎo)致農(nóng)民的經(jīng)濟損失。

Pecenka 及其同事的研究很好地表明，經(jīng)濟學(xué)可以鼓勵在農(nóng)藥使用方面采取更可持續(xù)的農(nóng)業(yè)做法。使用化學(xué)殺蟲劑總是會導(dǎo)致環(huán)境污染，有可能傷害非目標(biāo)生物。事實上，CM 比IPM 土壤和作物花粉中發(fā)現(xiàn)的農(nóng)藥含量高100 倍，嚴(yán)重時達到可以殺死蜜蜂的水平。這很可能就是為什么很少有在地面筑巢的野生蜜蜂。

實驗發(fā)現(xiàn)，在采用IPM 后，本研究的第一年，蜜蜂數(shù)量迅速增加。這意味著如果農(nóng)民減少農(nóng)藥投入，他們可以提高作物產(chǎn)量。這對蟲媒作物尤其重要，目前許多昆蟲傳粉作物受到傳粉者的限制，這對玉米等風(fēng)媒傳粉作物也可能很重要。盡管沒有測量它們，但可以篤定，在IPM 地塊中，還有其他昆蟲，如捕食者、擬寄生性昆蟲和土壤中生長的營養(yǎng)循環(huán)昆蟲，所有這些生物都可以減少作物害蟲的數(shù)量和提高產(chǎn)量。