罗泉,邢怀森,赵曼,张利娟,李为争,郭线茹

(河南省害虫绿色防控国际联合实验室/植物保护学院,河南农业大学,河南 郑州 450002)

草地贪夜蛾(Spodopterafrugiperda)属鳞翅目夜蛾科,是全球预警的迁飞性重大农业害虫,寄主种类多,繁殖能力强,危害重,防治难度大[1-2]。该虫原产于美洲热带与亚热带地区[3],自2019年1月在中国云南省普洱市玉米田首次发现草地贪夜蛾危害后,草地贪夜蛾很快就扩散到中国多个省份[4-5],如当年5月10日即在河南省信阳市春玉米田发现幼虫危害,9月份就扩散至河南省17个市95个县(市、区),即河南全省大部分玉米产区都发现草地贪夜蛾危害,发生面积占全省玉米种植面积的0.05%[6]。草地贪夜蛾在原产地分化出玉米型和水稻型两种生物型,前者嗜好玉米,是入侵中国各地的生物型[7],对中国玉米生产造成了严重威胁。草地贪夜蛾不耐低温,0 ℃以下就不能存活[8-9],冬季主要在中国南方和东南亚热带、南亚热带地区危害,春季随季风逐步迁入中国北方危害。因此,中国将草地贪夜蛾的发生区域划分为周年繁殖区、迁飞过渡区和重点防范区,并提出了分区治理对策[10]。

害虫的防治指标(control index)也称经济阈值(economic threshold)、防治阈值(control threshold),是对害虫采取防治决策特别是实施药剂防治时的主要依据[11-12],只有当害虫种群数量达到防治指标时采取防治措施,才能获得最佳的经济效益。防治指标是一个动态指标,不仅因害虫种类和寄主作物种类、作物生育时期而异,也随作物产量、价格、害虫防治效果、防治投入等而变化。在草地贪夜蛾原产地如美国[13]、哥伦比亚[14]等地,均有相应的防治指标以指导当地草地贪夜蛾防治。2019年草地贪夜蛾入侵中国后,为有效防控其暴发危害,保障粮食及农业生产安全,农业农村部就发布了《全国草地贪夜蛾防控方案》,同时参考同类害虫的防治指标提出了不同发生区实施化学防治时的防治指标,如重点防范区为玉米苗期(7叶以下)被害株率5%,小喇叭期(7～11叶)被害株率10%,大喇叭期(12叶)以后被害株率15%[15]。随后一些植保工作者先后研究提出了不同发生区草地贪夜蛾的防治指标,如刘彦龙等[16]采用人工接入3龄幼虫方法,研究确定了海南省(周年繁殖区)鲜食玉米苗期、喇叭口期、抽穗期草地贪夜蛾幼虫的防治指标分别为30～40、60～100和95～120头·百株-1。李国平等[1]在防虫网室中采用人工接入2龄幼虫方法,研究提出了黄淮海夏玉米区(重点防范区)小喇叭口期、大喇叭口期和吐丝期草地贪夜蛾的防治指标分别为2龄幼虫55～67、97～118和59～71头·百株-1,或危害株率分别为4.24%～5.22%、7.61%～9.49%和4.46%～5.55%;陈培育等[17]采用类似的研究方法[1],提出了河南省南阳地区(重点防范区)夏玉米苗期、喇叭口期和吐丝期草地贪夜蛾防治指标分别为222～399、151～317和81～262头·百株-1;陈浩梁等[18]采用人工接入3龄幼虫方法,研究提出了安徽省(重点防范区)夏玉米3个生育时期草地贪夜蛾的防治指标分别是危害率8.72%、7.99%和6.17%。从以上结果可以看出,不同研究者得到的草地贪夜蛾防治指标有较大差异,这种差异可能与研究方法有关,也可能与玉米品种或种植区域等有关,这种现象与玉米螟[19]、黏虫[12]等玉米害虫的防治指标研究结果相似。

河南省是中国重要的玉米生产区,夏玉米常年播种面积380万hm2左右,种植区域广,产量水平各异。害虫的危害不仅与作物品种、生育时期有关,也受各地温度、湿度、光照等气候因子的影响,如豫南地区草地贪夜蛾发生早、危害重,豫北则发生较晚、危害轻,东部和中部地区发生程度年度间变化大。玉米为喜光作物,为最大限度减少自然环境对寄主植物和供试昆虫的影响,本研究在综合分析前述草地贪夜蛾防治指标研究文献基础上,采用大田自然生境人工接入3龄初期幼虫和模拟防治方法,以河南省主栽夏玉米品种郑单958为材料,于2021年和2022年研究了玉米不同生育时期草地贪夜蛾危害对夏玉米产量的影响,并根据河南省夏玉米产量水平,分析得到了不同产量水平夏玉米不同生育时期草地贪夜蛾的防治指标,以期为河南省草地贪夜蛾的精准、实时防控提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试草地贪夜蛾于2020年采自河南省郑州市玉米田。室内在智能人工气候箱(宁波科晟实验仪器有限公司,型号:PRX-280C)中饲养,气候箱条件:温度(25±1)℃、相对湿度70%±5%、光周期L∶D=16 h∶8 h。1～2龄幼虫用新鲜玉米叶饲养,3龄后转为人工饲料饲养,成虫饲以质量分数5%蔗糖水。选取大小一致的3龄初期幼虫进行试验。

供试玉米品种为河南省主栽品种郑单958的无包衣种子,购于河南秋乐种业科技股份有限公司。基肥为金香玉牌复合肥m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=29∶5∶6,湖北中化东方肥料有限公司),施肥量为750 kg·hm-2,种肥同播。

1.2 试验田管理

试验分别于2021年和2022年在河南农业大学许昌教学试验场(34.136°N,113.809°E)和郑州市惠济区河南农业大学科教园区(34.870°N,113.597°E)进行。试验地肥力中等,前茬作物均为小麦,收获后秸秆全部粉碎还田。播种时间为2021-06-04,2022-06-10。玉米单粒种植,行距60 cm,株距25 cm。试验田水肥管理条件保持一致。玉米3叶期人工喷施24%烟嘧·莠去津可分散油悬浮剂(陕西上格之路生物科学有限公司产品,市售)1 500 mL·hm-2防除杂草,除草后第2天喷施40%氯虫·噻虫嗪水分散粒剂180 g·hm-2(瑞士先正达作物保护有限公司产品,市售)杀灭害虫。此后每5～7 d人工检查1次玉米植株,发现昆虫(除人工接入的供试昆虫外的所有植食性昆虫和天敌昆虫)时人工捕捉杀灭。

1.3 试验方法

采用人工接虫法。分别于玉米小喇叭口期(4～5叶期)、大喇叭口期(8～10叶期)和吐丝期人工接入3龄初期幼虫。小喇叭口期和大喇叭口期,将幼虫接入玉米心叶内,吐丝期则接到玉米穗顶端的花丝基部。2020年预试验时发现,当每株(或每穗)接虫4头以上时,可能由于幼虫个体间的竞争和相互残杀,其危害造成的产量损失及对玉米生长发育的影响与每株(或每穗)接虫3头时无显著差别,因此正式试验时每株(或每穗)最大接虫量为3头,即人工接虫设4个处理,分别为0、1、2和3头·株-1,每处理接虫80株,重复3次,随机区组排列。每次接虫后第7天人工喷施40%氯虫·噻虫嗪水分散粒剂180 g·hm-2杀死幼虫,之后采取人工捕杀方法保持供试玉米植株不受任何害虫危害。

1.4 调查内容

1.4.1 草地贪夜蛾幼虫危害对夏玉米叶面积的影响 玉米小喇叭口期生长旺盛,是决定玉米后期生长发育和产量的关键时期。小喇叭口期接虫后第7天杀灭幼虫,此后待受害玉米叶片完全长出时调查叶片受害情况。记录受害叶的叶位,测量受害叶叶面积(叶片长度×叶片最宽处)和被幼虫取食的叶面积,计算叶面积损失率;同时测量未受害株(即对照株)与受害株受害叶相同叶位的叶面积,计算叶面积相对损失率。

叶面积损失率/%=被取食掉的叶面积总和/受害叶叶面积总和×100

叶面积相对损失率/%=(对照株叶面积总和-受害株叶面积总和)/对照株叶面积总和×100

1.4.2 草地贪夜蛾幼虫危害对玉米主要农艺性状和产量指标的影响 玉米成熟后,每小区随机抽取30株,测量株高、穗位高、穗粗、穗长等农艺指标,并将雌穗带回室内,晒干后测量穗长(如1株有2穗的,以主穗为准)、穗粗,单穗脱粒,记录百粒质量和穗粒质量。对于吐丝期接虫的处理,籽粒称重前去除受害的籽粒。根据小区平均穗粒质量和种植密度(本试验为67 500株·hm-2),折合产量,计算草地贪夜蛾幼虫危害造成的产量损失率。

产量损失率/%=(对照区平均产量-处理区平均产量)/对照区平均产量×100

1.5 夏玉米不同生育时期草地贪夜蛾幼虫防治指标计算

按照CHIANG[20-21]提出的防治指标一般模式建立夏玉米不同生育时期草地贪夜蛾幼虫的防治指标,即采取防治措施时防治费用应低于挽回作物产量收益的害虫种群数量:

式中:CC为防治费用,包括药剂费、施药人工费、机械损耗费等,通过调查所得;EC为防治效果,通过调查得到;Y为作物产量,依据河南省夏玉米产量划分若干产量级别;P为产品价格,根据试验当年夏玉米平均价格计算;YR为平均每头害虫为害所造成的产量损失率,通过本试验获得;SC为害虫生存率,指害虫从采取防治决策开始至引起显著危害时的生存率,一般以生存率为100%计算;CF为关键因子,当生产重点是追求高产时,一般取值为1,当考虑到将化学防治对环境的影响降到最小,如采取生物防治,一般取值为2。

1.6 数据处理

使用SPSS27.0软件进行数据处理,采用单因素方差分析和LSD法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 草地贪夜蛾幼虫对夏玉米主要农艺指标的影响

2.1.1 草地贪夜蛾幼虫对夏玉米叶面积的影响 小喇叭口期接虫后第7天喷药除虫,玉米受害叶片完全长出时调查受害株叶面积损失情况(表1),从调查结果可以看出,受害叶片叶面积随虫口密度的增加呈减小趋势,且幼虫2和3头·株-1时,被取食的叶面积及叶面积损失率均显著大于1头·株-1幼虫的处理(p<0.05);叶面积相对损失率叶也随幼虫密度的增加而增加,且2022年接虫3头·株-1和2021年接虫2和3头·株-1处理的叶面积相对损失率显著大于其他处理(p<0.05)。说明草地贪夜蛾幼虫危害影响玉米叶片生长,造成光合作用面积减小,从而可能对玉米后期生长发育和产量造成影响。

表1 草地贪夜蛾幼虫对夏玉米叶面积的影响

2.1.2 草地贪夜蛾幼虫对夏玉米穗长和穗粗的影响 在玉米不同生育时期接入草地贪夜蛾3龄幼虫,危害6 d后至收获期可造成收获期玉米主要农艺性状发生变化,但年度间变化略有不同。从对穗茎节的影响看,除2022年小喇叭口期1和2头·株-1处理的穗长度显著短于对照(p<0.05)外,其他生育时期各接虫处理的穗粗和穗长均无显著差异(p>0.05)(表2)。

表2 夏玉米不同生育时期草地贪夜蛾幼虫对穗长和穗粗的影响 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 草地贪夜蛾幼虫对夏玉米株高和穗位高的影响 草地贪夜蛾危害也影响玉米株高和穗位高。从对株高的影响看,小喇叭口期和大喇叭口期幼虫危害均能造成玉米株高降低,其中2021年大喇叭口期和2022年小喇叭口期幼虫危害均造成株高的显著降低(p<0.05),而吐丝期幼虫危害对株高的影响不显著(p>0.05)。幼虫危害对穗位高的影响与对株高的影响相似,且年度间有差异(图1)。

注:不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。下同。Note:Different lowercase letters indicate significant differences at the level of 0.05.The same as below.

2.2 草地贪夜蛾幼虫对夏玉米产量指标的影响

不同年份同一生育时期不同接虫密度对玉米产量指标的影响有差异。从对雌穗直径的影响看,除2021年小喇叭口期2和3头·株-1幼虫处理收获期雌穗直径与对照相比显著减小外(p<0.05),其余各接虫处理均与对照差异不显著(p>0.05)。从雌穗长度看,除2022年小喇叭口期2和3头·株-1处理及吐丝期2头·株-1处理的雌穗长度显著小于对照外(p<0.05),其余接虫处理与对照间差异均不显著(p>0.05)(图2)。从对玉米籽粒质量的影响看,不同生育时期接虫处理的玉米百粒质量和穗粒质量呈下降趋势,但年度间略有差异。小喇叭口期和大喇叭口期接虫处理,均造成玉米穗粒质量的显著下降,且2021年小喇叭口期2和3头·株-1处理及大喇叭口期3头·株-1幼虫处理的百粒质量也比对照显著减轻(p<0.05)。如3头·株-1处理,小喇叭口期接虫时,2021年和2022年穗粒质量分别减少14.86%和14.24%,大喇叭口期接虫时分别减少11.73%和12.24%。玉米吐丝期遭受草地贪夜蛾幼虫危害后,显著影响百粒质量和穗粒质量(p<0.05),且穗粒质量随接虫密度的提高而下降,如2和3头·株-1幼虫时,2021年穗粒质量分别下降6.66%和7.49%,2022年分别下降8.21%和11.40%(表3)。

图2 夏玉米不同生育时期草地贪夜蛾幼虫对玉米雌穗直径和长度的影响 Fig.2 Effects of the larvae infestation on diameter and length of maize ears at different growth stages of summer maize

表3 夏玉米不同生育时期草地贪夜蛾幼虫对玉米产量构成因素的影响Table 3 Effects of the larvae infestation on the yield components of maize at different growth stages of summer maize

2.3 草地贪夜蛾幼虫对夏玉米产量的影响

根据表3玉米穗粒质量和试验区玉米种植密度折合玉米产量,得到了玉米不同生育时期不同虫口密度造成的产量损失率(表4)。从研究结果可以看出,同一个玉米生育时期,草地贪夜蛾幼虫危害造成的产量损失率随虫口密度增加而增大,但不同接虫密度处理之间差异不显著(p>0.05)。不同接虫时期,同一虫口密度和平均每头幼虫危害造成的产量损失率随玉米生长而减小,即植株越小损失率越大(表4),说明玉米植株对草地贪夜蛾危害的耐受性随着玉米生长发育而逐渐提高。

表4 夏玉米不同生育时期草地贪夜蛾幼虫对玉米产量的影响Table 4 Effects of the larvae infestation on maize yield at different growth stages of summer maize

2.4 夏玉米不同生育时期草地贪夜蛾幼虫防治指标的建立

根据防治指标一般模式涉及的各项参数,经调研农户、农民专业合作社和植物保护部门,防治草地贪夜蛾,如果按农业农村部推荐的药剂或者经过农药登记的药剂(如氯虫苯甲酰胺、四氯虫酰胺、高氯氟·甲维盐等化学农药)计算,防治1次的费用(即CC)(包括药剂、人力、机械损耗等)平均为225元·hm-2。如果施用生物杀虫剂(如球孢白僵菌、苏云金杆菌、乙基多杀菌素等),平均为375元·hm-2。经查阅文献[22-26]、调研及作者试验,玉米小喇叭口期和大喇叭口期,化学农药防治草地贪夜蛾,药后7 d防治效果(即EC)一般为75%～98%,本研究按85%计算;生物农药药后7 d防治效果一般为65%～92%,本研究按80%计算。玉米吐丝期,化学农药的防治效果一般在70%～90%,本研究按75%计算;生物农药的防治效果一般在60%～85%,本研究按70%计算。

河南省常年种植玉米品种较多,各地土质、土壤肥力有差别,本研究按夏玉米产量(即Y)7 500～12 000 kg·hm-2计算防治指标。玉米收购价格(即P)参考试验当年河南省玉米收购价格(即P),2021年和2022年分别按2.6和2.8元·kg-1计算。玉米不同生育时期遭受草地贪夜蛾危害后的产量损失率(即YR)按本研究结果计算(表4)。

草地贪夜蛾的抗性较强,幼虫自然死亡率按0计算,即生存率(SC)按100%计算。考虑到粮食生产的重要性及国家提倡有害生物绿色防控和有关化肥农药零增长政策,CF值分别取1和2计算防治指标。

根据上述分析得到的玉米不同生育时期草地贪夜蛾幼虫的防治指标见表5。从计算结果可以看出,防治指标是动态指标,不仅随玉米产量而变化,而且年度间也有变化。综合两年的研究结果,玉米产量7 500～12 000 kg·hm-2,以化学农药防治为主时,夏玉米小喇叭口期草地贪夜蛾幼虫的防治指标为幼虫11.1～17.6头·百株-1,大喇叭口期为15.9～25.4头·百株-1,吐丝期为21.9～35.0头·百株-1,如果以生物防治为主,3个生育时期的防治指标分别为幼虫39.0～62.5、56.2～90.0和78.1～125.0头·百株-1。

表5 夏玉米不同生育时期草地贪夜蛾幼虫的防治指标

3 结论与讨论

2021年和2022年夏玉米生长期河南省草地贪夜蛾自然种群极少,因此,本研究采用人工接虫和模拟大田防治方法,研究了夏玉米小喇叭口期、大喇叭口期和吐丝期草地贪夜蛾不同密度幼虫危害对夏玉米生长发育和产量的影响,并根据防治费用、防治效果和玉米价格、产量水平等分析得到了玉米不同生育时期草地贪夜蛾的防治指标。结果发现,草地贪夜蛾3龄幼虫短时间内危害(本研究为6 d,接虫后3 d进入4龄阶段)即对玉米叶片、株高、穗位高、穗粗和穗长等生长发育指标产生了影响,但这种影响大小因玉米生育时期不同而不同,年度间也有差异,其中在小喇叭口期危害对玉米生长发育的影响相对较大,其次是大喇叭口期,而吐丝期危害时造成的影响最小,主要表现是小喇叭口期和大喇叭口期危害造成玉米株高降低。与生长发育指标相比,草地贪夜蛾危害对玉米穗粗、穗长、百粒质量、穗粒质量、产量等指标的影响更大,主要表现为这些指标值的减小,而且玉米植株越小,草地贪夜蛾危害造成的影响越大,如每株3头幼虫时,小喇叭口期危害时造成穗粒质量减少14.24%～14.86%,大喇叭口期时减少11.73%～12.24%,吐丝期时减少7.49%～11.40%,相应地,两年内3个生育时期平均每头幼虫危害造成的玉米产量损失率分别为7.05%、4.97%和4.28%。分析原因,可能与草地贪夜蛾幼虫喜欢取食幼嫩玉米植株[27]有关,因为幼虫取食苗期叶片造成的孔洞或缺刻会随玉米叶片的伸展而扩大,从而造成受害植株光合作用面积的减小直至影响植株生长发育和产量形成,如本研究中小喇叭口期接虫时,受害叶片叶面积以及被幼虫取食掉的叶面积均随幼虫密度增加而增加,相应的叶面积损失率及与对照叶片相比的相对损失率也随幼虫密度提高而提高。该结果与刘彦龙等[16]在海南鲜食玉米上的研究结果相似,即玉米植株越小,造成的产量损失越大,而与陈培育等[17]和李国平等[1]的研究结果不同。陈培育等[17]研究结果表明,在相同的虫口密度下,吐丝期危害造成的产量损失率最大,其次是喇叭口期,而苗期(小喇叭口期)最小,李国平等[1]研究发现,小喇叭口期受害后对玉米产量的影响最大,其次是抽雄吐丝期,大喇叭口期受害后的影响最小。究其原因,可能与不同研究者采取的研究方法不同有关,本研究为最大程度减小环境因子对玉米植株和供试昆虫的影响,采用在田间自然环境中接虫并模拟田间防治,即幼虫危害一段时间后及时杀死,而有的研究是在防虫网中进行[1,17],有的研究是接虫后一直危害至处理末期[16],有的未写明接虫后的危害时间[17],有的是直至幼虫化蛹[1]或危害一代[18]。

草地贪夜蛾是新入侵害虫,虽然灯光诱杀、信息素诱杀[28-29]、天敌自然抑制[30]等措施对草地贪夜蛾有一定的防控效果,但喷施杀虫剂仍然是应对其危害的主要措施[23,31]。本研究根据两年的田间研究结果及河南省夏玉米产量水平及玉米价格,在调研防治效果及防治费用基础上,得到了夏玉米不同生育时期草地贪夜蛾的防治指标,即以化学防治为主时,幼虫数量分别为小喇叭口期11.1～17.6头·百株-1,大喇叭口期15.9～25.4头·百株-1,吐丝期21.9～35.0头·百株-1;生物防治为主时,则宜适当放宽防治指标,玉米3个生育时期的防治指标分别为39.0～62.5、56.2～90.0和78.1～125.0头·百株-1。在以上范围内,玉米产量越高防治指标越小。该结果与刘彦龙等[16]对海南鲜食玉米和李国平等[1]对黄淮海夏玉米和陈培育等[17]对南阳地区夏玉米草地贪夜蛾的防治指标有所不同,其原因可能与采用的计算值模型、接虫后幼虫为害时间长短、玉米产量水平、产量损失率等有关。

害虫的防治指标是一个动态指标,随作物种植地区、气候条件、年度等而变化,其本质是一个多维、动态、随机的经济生态学参数[12,32-33]。同时,作物生长发育期间会有多种害虫叠加危害,如玉米生长前期同时会遭受草地贪夜蛾、甜菜夜蛾、棉铃虫、斜纹夜蛾等食叶类害虫以及飞虱、蓟马等刺吸类害虫危害,抽穗后桃蛀螟、玉米螟、棉铃虫和草地贪夜蛾等均会取食雌穗[34],造成防治指标研究的复杂性和多变性,本研究及其他多数研究均是考虑一种害虫的危害,这也是今后类似研究应注意的问题。

本研究采用人工接虫和模拟田间防治方法,明确了夏玉米不同生育时期草地贪夜蛾3龄幼虫危害对玉米生长发育及产量的影响,并结合河南省夏玉米产量水平和草地贪夜蛾防治实践,得到了不同产量水平夏玉米田草地贪夜蛾的防治指标,研究结果可为河南省不同产量水平夏玉米田草地贪夜蛾精准防控提供参考依据。