小麦间作豌豆和挥发物释放结合不同器械施药对麦田害虫和天敌的影响

谭晓玲，闫 甲，苗 进，孙靖轩，陈巨莲*

（1. 中国农业科学院植物保护研究所/植物病虫害生物学国家重点实验室，北京 100193；2. 河南省农业科学院植物保护研究所/河南省农作物病虫害防治重点实验室/农业部华北南部有害生物治理重点实验室，郑州 450002）

小麦是世界重要粮食作物，其安全生产对于保障粮食安全具有重要意义[1,2]。小麦生产过程中，时常遭受害虫的为害，严重影响了小麦的产量和品质。麦蚜、螨类等是麦类作物的主要虫害，严重时可以使小麦产量造成 30%～60%的损失[3]。近几年研究发现，小麦病虫害的发生受气候变暖、现代耕作制度、机械化和防控技术等的影响[4]。

长期以来，化学防治在小麦害虫控制中发挥了举足轻重的作用。但农药有效利用率低、长期使用引发害虫抗药性、农药残留等问题，严重制约了害虫防控效果和绿色农业发展[2]。因此，提高农药对小麦害虫的防治效果对于增加小麦产量和质量具有重要意义。研究表明，不同植保器械因喷洒出的药滴大小及在作物上的沉积效果和附着率不同，其对有害生物的防控效果有很大差异[5,6]。此外，有研究显示，新型植保喷杆喷雾机和无人机比手动喷雾机械在防控时具有更好的沉积效果，且农药利用率也高[7,8]。然而，不同施药器械对麦田害虫防控效果是否有影响尚不清楚。

在气候变化和耕作制度改变的情况下，各种有害生物频发，传统的化学防治使得农药用量剧增，生物多样性被严重破坏，增加了害虫抗药性，造成了天敌昆虫的非靶标作用，导致害虫再猖獗，且造成严重的环境污染问题[1,9]。对小麦重大病虫害有效的持续性防控是目前世界各国关注的重大问题。急需在新的气候变化和耕作制度下，开展减药替代下的小麦病虫害绿色防控配套技术研究，充分发挥生态系统内生物多样性生态调控和自然天敌的控害作用，协调运用耕作制度和理化诱控技术，以实现农业生产的高效，低耗和可持续发展[10]。

生物多样性有增加、促进、支持生态过程的各种功能，可以使农业系统受益于各种生态系统，包括，养分循环，土壤结构利用和病虫害防治。在减药的同时，需要提高农药的利用率。实践证明，通过在麦田间作其他作物来提高麦田物种多样性，是提高农田小麦产量和质量的可持续农业生物多样性战略之一[11]。通过运用小麦与其他作物合理布局，可增加麦田的生物多样性，减少农药的使用量。植物多样性的增加可以通过由低营养级水平驱动的“bottom-up”作用和由高营养级水平驱动的“top-down”作用，达到害虫生态调控目的[12]。这种调控一方面通过对小麦害虫和相关天敌等的行为进行调控，另一方面通过对植物的营养和抗性调控，从而达到害虫调控目的[13]。“破坏性作物”假说认为，非寄主植物的存在可以在化学和物理层面干扰害虫对于寄主植物的定位和定殖能力，即间作增加了农田作物多样性从而增强了“bottom- up”作用[14]。研究显示，小麦与豌豆、油菜、大蒜等间作或者邻作对麦田蚜虫有很好的防控效果[15]。花生-玉米间作也能够增加捕食性天敌的数量，抑制花生蚜虫的发生，并增加花生产量[9]。

也有研究发现，一些植物次生代谢物质，如水杨酸甲酯（MeSA）等对蚜虫具有趋避作用，蚜虫的报警信息素即反式-β-法尼烯（EBF）同样具有驱避作用，并有吸引天敌的效果；田间研究显示，这些化合物可以明显减少蚜虫的发生量，增加瓢虫、食蚜蝇和寄生蜂等蚜虫天敌昆虫的发生量[16]。MeSA是在多种植物中普遍可以由昆虫侵染诱导释放的挥发性物质，在利马豆、番茄、黄瓜、甘蓝、马铃薯、芸豆、大葱和大豆等作物中皆有报道[17,18]。即使在周边存在其他的化学信号物质，其也可以对天敌具有直接的吸引作用[19]。EBF是蚜虫报警信息素的主要成分，不仅可以驱避蚜虫，还可以吸引天敌。在小麦和马铃薯等田间释放，EBF可以有效降低蚜虫种群密度，并且吸引蚜茧蜂、瓢虫和草蛉等天敌[20]。然而，合理作物布局和挥发物质的使用，虽然在一定程度上可以减轻害虫的发生，但不能完全替代化学药剂的使用。因此，在小麦蚜虫绿色防控技术的基础上，筛选高效施药器械并评价新型器械对小麦生产和蚜虫及害螨等防治的影响，对麦田害虫可持续控制具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与方法

1.1.1 供试植物 小麦：矮抗58（河南科林种业有限公司，河南新乡）；豌豆：中豌4号（河南科林种业有限公司，河南新乡）。

1.1.2 挥发物 水杨酸甲酯（MeSA）（江苏普源化工有限公司，江苏镇江）。

1.1.3 蚜虫报警信息素 比利时列日大学Frédéric Francis 教授实验室馈赠。

1.1.4 杀虫剂 33%氯氟吡虫啉悬浮剂（龙灯劲勇，江苏龙灯化学有限公司）；15%哒螨灵乳油（缉网，山西奇星农药有限公司）。

1.2 试验设置

试验在中国农业科学院新乡试验基地开展。供试小区面积34 m×30 m。试验分8个处理，分别为新型植保喷杆自走式喷杆喷雾机（3WP-150，郑州兰博尔科技有限公司，河南郑州）和手动背负式喷雾机（3WBD-16，长沙秀丰农业科技有限公司）分别对A单作（单独种植小麦），B间作（小麦加豌豆以8:2间作），C间作＋EBF（小麦与豌豆8:2间作＋蚜虫报警信息素，一个小区放4个缓释装置，每次100 µL EBF，每周更换一次），D间作＋MeSA（小麦与豌豆8:2间作＋水杨酸甲酯，一个小区放4个缓释装置，每次400 µL MeSA，每周更换一次）处理进行33%氯氟吡虫啉悬浮剂喷雾处理，每公顷地用药270 mL，450 L水。每个处理3次重复。两种施药器械施药时记录每种机械喷施每个试验小区所花费的时间，并计算平均施药速度。

1.3 不同施药器械结合麦田间作和挥发物的释放对麦蚜和相关天敌种群动态的影响

小麦返青开始调查直至小麦收获，每隔7 d调查一次。若遇降雨则提前1～2 d或推迟1～2 d调查。

选用Z字5点调查方法：每个小区选取5个调查点。每个调查点选取10株，记录地表以上由下至上荻草谷网蚜Sitobion miscanthi和禾谷缢管蚜Rhopalosiphum padi的种群数量，天敌昆虫瓢虫（幼虫、成虫）和僵蚜等的发生量。共调查10次，计算平均每次百株小麦上的麦蚜和天敌发生量。

1.4 不同施药器械结合麦田间作和挥发物的释放对红蜘蛛种群动态的影响

3月15日，小麦返青前开始调查，每周调查一次，直到抽穗结束。3月17日喷哒螨灵乳油，3月25日喷药后第一次调查。

每个小区对角线5点取样法，每个点查33.3 cm单行长的小麦根部到顶端叶部的整株小麦上的麦红蜘蛛的发生量。

1.5 不同施药器械结合麦田间作和挥发物释放对小麦产量的影响

小麦成熟后，每个小区随机选取5点，每点取5株小麦，记录每穗的穗粒数，并计算平均穗粒数。每个点测定千粒重。同时，将每个点下3 m2下的小麦收获后测定产量，并计算平均亩产量。

1.6 数据统计与分析

采用SPSS 22.0软件，两种施药机械对喷药速度，穗粒数，千粒重，产量以及小麦蚜虫、红蜘蛛、瓢虫和僵蚜的发生量的比较试验用独立样本t检验进行分析。其他试验进行ANOVA分析，应用Turkey法进行差异显著性检验。试验中百分数数据需进行平方根反正玄转换，经K-S检验后确定其符合正态分布。

2 结果与分析

2.1 不同施药器械结合麦田间作和挥发物的释放对麦蚜和相关天敌种群动态的影响

整体来说，施药后荻草谷网蚜的发生量明显低于未施药的对照处理。不同施药器械对小麦单作，小麦豌豆间作及间作＋EBF处理下的荻草谷网蚜的影响不大。然而，自走式喷雾机施药的间作＋MeSA处理的荻草谷网蚜的发生量明显低于其他处理（F＝19.21；P＜0.05）（图1）。

图1 不同施药器械及防控技术对每百株小麦上荻草谷网蚜的发生数量的影响Fig. 1 Effects of different spray devices and control pest technologies on the amounts of S. miscanthi on 100 wheat plants

施药处理后，禾谷缢管蚜的发生量明显低于未施药的对照处理。自走式喷雾机喷药的四个处理下的禾谷缢管蚜发生量显著低于手动喷雾器施药下的各处理。手动施药下的单作，间作，间作＋MeSA和间作＋EBF处理的禾谷缢管蚜的种群数量并无明显差异，自走式喷雾机施药处理的间作＋MeSA处理下禾谷缢管蚜的发生量在所有处理中最低（F＝56.27；P＜0.01）（图2）。

图2 不同施药器械及防控技术对每百株小麦上禾谷缢管蚜的田间发生数量的影响Fig. 2 Effects of different spray devices and control pest technologies on the amounts of R. padi on 100 wheat plants

研究结果显示，除了自走式喷雾机施药下的间作＋MeSA的处理，其他所有处理的瓢虫的发生量都显著比无药处理低（F＝23.69；P＜0.01）。自走式喷雾机喷药下瓢虫的发生量在单作和间作处理下与手动喷雾处理无差异，而在间作＋EBF和间作＋MeSA两个处理下的瓢虫发生量明显高于手动喷雾处理（F＝23.69；P＜0.01）（图3）。

图3 不同施药器械及防控技术对每百株小麦上捕食性天敌瓢虫发生数量的影响Fig. 3 Effects of different spray devices and control pest technologies on the amounts of ladybirds on 100 wheat plants

施药处理仍旧可以明显抑制僵蚜的发生量。自走式喷雾机械施药的僵蚜发生量在四个防控措施处理中

明显低于手动喷雾的各处理。无论是自走式喷雾机施药还是手动喷雾机施药，间作＋MeSA的防控方法都可以明显增加小麦上僵蚜的发生量（F＝43.37；P＜0.01）（图4）。

图4 不同施药器械以及防控技术对每百株小麦上僵蚜的发生数量的影响Fig. 4 Effects of different spray devices and control pest technologies on the amounts of mumies on 100 wheat plants

2.2 不同施药器械结合麦田间作和挥发物的释放对红蜘蛛种群动态的影响

施药可以明显抑制红蜘蛛的发生量。在单作处理中，自走式喷雾机施药下的红蜘蛛的发生量显著低于手动施药处理。其他防控措施两种施药方式对红蜘蛛的发生量影响不大。无论自走式喷雾机施药还是手动喷药，间作＋MeSA防控处理红蜘蛛的发生量最低。值得注意的是，两种施药机械施药处理中，间作处理的红蜘蛛的发生量明显高于其他处理，其次为间作＋EBF处理（F＝8.98；P＜0.01）（图5）。

图5 不同的施药器械喷药对不同防控技术处理的麦红蜘蛛的发生动态的影响Fig. 5 Effects of different spray devices and control pest technologies on the amounts of wheat mite

施药前，不同的防控策略对小麦红蜘蛛的发生量影响不同（F＝7.92；P＜0.05）。施药前，单作和间作＋MeSA处理的红蜘蛛发生量最低。大部分处理在施药以后红蜘蛛的发生量显著降低。单作处理在喷药第二次调查后数量有明显反弹，而间作＋MeSA处理中的红蜘蛛在施药后一直保持比较低的发生量（F＝27.32；P＜0.01）（图6）。

图6 手动喷雾器喷施哒螨灵对不同防控措施的麦红蜘蛛的发生动态的影响Fig. 6 Effects of applying the manual knapsack sprayer and control pest technologies on the population dynamics of wheat mite

施药处理后，小麦红蜘蛛的发生数量显著降低（F＝21.60；P＜0.01）。只有间作＋MeSA处理的小麦红蜘蛛在比较长时间内维持比较低的发生数量。而单作和间作在施药后的第 2次调查红蜘蛛数量有所回升，而间作＋EBF和MeSA两个处理在喷药后第3次调查的数量才开始回升，且间作＋EBF处理回升幅度远远大于间作＋MeSA处理（F＝32.43；P＜0.01）（图7）。

图7 自走式喷雾机喷施哒螨灵对不同防控措施的麦红蜘蛛的发生动态的影响Fig. 7 Effects of applying self-propelled sprayer and control pest technologies on the population dynamics of wheat mite

2.3 不同施药器械的喷药速度及不同施药器械结合麦田间作和挥发物释放对小麦产量的影响

人工施药的平均施药速度为（266±11.2）min/hm2，而机械施药的平均施药速度为（42±3.58）min/hm2。机械施药速度显著高于人工施药速度（t25.80＝45.50，P＜0.01），仅为人工施药速度的15.8%。由表1结果可知，不同施药器械对小麦千粒重的影响不大（t118＝−1.61，P＝1.10）。而自走式喷雾机喷药处理的小麦平均穗粒数和产量显著高于手动喷雾器喷药处理（t598＝−3.82，P＜0.01；t118＝−2.91，P＜0.01）。无论自走式喷雾机喷药还是手动喷雾器喷药，间作＋MeSA处理的每株穗粒数均显著多于单作处理。手动喷雾施药的间作＋MeSA处理穗粒数明显多于间作处理（F＝7.02，P＜0.05 ）。自走式喷雾机施药的间作＋MeSA处理的千粒重明显高于其他处理（F＝5.19，P＜0.05）。

表1 不同的施药器械结合麦田间作豌豆和挥发物释放对每株穗粒数，千粒重和产量的影响Table 1 Effects of different spray devices and control pest technologies on the number of grains per spike, thousand-grain weight and yield per hectare of wheat

手动喷雾施药处理下，间作＋MeSA处理和间作＋EBF处理的每公顷产量明显高于单作和间作。而自走式喷雾机喷雾下，间作＋MeSA处理的小麦每公顷产量明显高于其他处理，且自走式喷雾机施药的间作＋MeSA处理的小麦每公顷产量明显高于手动喷雾施药处理（F＝23.12；P＜0.01）。

3 讨论

自走式喷雾机喷施农药比人工喷药处理能显著增加小麦产量，对荻草谷网蚜和小麦红蜘蛛发生量影响不大。而对禾谷缢管蚜有明显抑制作用，可以明显增加瓢虫发生量。不同的是自走式喷雾机处理僵蚜的发生量降低。

植保机械自动化的优势在于提高防控效率，节省生产成本。有研究显示，人工背负式操作平均用时100～225 min/hm2，自走式喷雾机用时只需要人工的10.0%[21]。本研究中，自走式喷雾机械施药的时间明显短于人工背负式喷药，所用时间仅为人工背负式喷药的15.8%。自走式喷雾机械施药大大节省了人力成本。

两种喷药机械喷药处理对瓢虫的发生量影响不大。与瓢虫不同的是，新型自走式喷雾机喷施农药与手动喷药相比，僵蚜的数量明显降低。可能原因是自走式喷雾机喷药，对农药的利用率较高，从而对寄生蜂产生了非靶标作用。自走式喷杆喷雾机喷药，农药利用率最高可达 55.50%，优于传统的施药机械[22]，这与机械喷药的喷雾密度和喷雾压力等有关。通过对十几种不同类型药剂对赤眼蜂的毒性及安全性评价显示，吡虫啉，阿维菌素等为高风险性药剂[23]。因此，本研究中自走式喷药机施药更均匀，又加上本研究中所应用的吡虫啉杀虫剂对寄生蜂有比较强的非靶标作用，因此，在防控中，关于药剂对天敌的非靶标作用也值得关注。虽然也有研究显示，吡虫啉中几种供试药剂，如吡虫啉、阿维菌素、噻虫嗪和苦参碱等对异色瓢虫的毒力最高[24]，本研究中，自走式机械喷药和人工喷药对瓢虫的影响不大，导致差异不明显。这可能与瓢虫和寄生蜂对不同药剂的耐药性不同有关，需要在后期的工作中深入研究。

很多研究显示，与农作物单作相比，农田间作改变了作物布局和节肢动物群落结构，增加了生物多样性[25]。农田生物多样性的增加，可以影响害虫的取食、迁入和迁出等行为，并影响天敌对害虫的防控[26,11]。间作开花作物，可以为天敌提供花粉等营养补充，同时，很多开花作物的挥发性物质可以对害虫的嗅觉等造成干扰，扰乱害虫的趋性、取食和产卵行为等[27]。除此之外，研究发现将开花作物与化学挥发性物质的结合应用，对害虫的防控效果比单独的间作效果好[16]。化学挥发性物质蚜虫报警信息素E-β-法尼烯（EBF），不仅可以趋避蚜虫，还可以吸引天敌。在小麦和马铃薯等田间，EBF的加入可以有效降低蚜虫种群密度，并且吸引蚜茧蜂、瓢虫和草蛉等天敌[20]。另外，即使在周边存在其他的化学信号物质，植物挥发性物质水杨酸甲酯可以对天敌具有直接的吸引[19]。间作和施用MeSA均能降低麦长管蚜的聚集程度，并使之趋于均匀分布，二者同时作用效果更显著[28]。本研究中也证明，小麦-豌豆间作结合 MeSA的释放，使荻草谷网蚜和小麦红蜘蛛的发生明显受抑制，也使小麦产量明显增加。虽然4月初极端天气对瓢虫的发生量影响极大，大大减少了瓢虫的发生。而间作加挥发物的释放仍然可以明显促进天敌瓢虫和寄生蜂的发生量，特别是小麦-豌豆间作加MeSA的释放处理。

自走式机械喷药处理的螨的发生量显著低于人工喷药。间作处理，初期施药前的螨的发生量大于其他几组处理。这说明，麦田间作豌豆可能有利于麦红蜘蛛的发生。在3月初豌豆发芽，也是红蜘蛛初发生的时期，因此，豌豆的存在有利于红蜘蛛的发生。当加入蚜虫报警信息素，在驱避了蚜虫的同时吸引了天敌到来，因此间作＋EBF，虽然可以降低麦蚜种群密度，然而给了红蜘蛛更多的食物和生存空间，因此在喷药前间作和间作＋EBF处理的田间红蜘蛛发生量比单纯的间作高。不施药的处理红蜘蛛严重发生，高峰期在三月中旬到三月底。间作＋MeSA处理，红蜘蛛的发生量最低，说明对于化学信息物质的应用，像EBF等昆虫信息素，是昆虫种内和某些天敌种间的专性信息物质，只适合特定昆虫，而像MeSA是害虫为害诱导的植物产生的挥发性物质，具有广普驱虫活性，成分结合间作植物一起，可同时防控多种害虫[16,18]。由作物间作协同挥发性化学物质的“推-拉”（push-pull）技术，已有在多种作物上应用成功的案例报道[29,30]。研究也显示，寄生性天敌的搜寻活动和对寄主的成功定位研究多集中在室内。也有研究报道，田间病虫混合发生情况与室内结果不一致，在很多情况下寄生蜂在田间不能减少害虫种群[31,32]。因此，在麦田生态系统中开展不同防控策略下的不同天敌控害评价的相关研究工作也显得格外重要。