新疆棉田硫丹防蟲替代技術的篩選與評價

唐 睿，余 浪，高永健，王昊楊，鄭 哲，卡哈爾曼·胡 吉，

楊 涵5，張金平1，張 峰1，楊普云6，郭 榮6

(1.植物病蟲害生物學國家重點實驗室/農業農村部-CABI生物安全聯合實驗室/中國農業科學院植物保護研究所，北京 100081；2.新疆維吾爾自治區植保站，烏魯木齊 830011；3.沙灣縣農業局，新疆沙灣 832100；4.生態環境部對外合作與交流中心，北京 100035；5.聯合國開發計劃署，北京 100600；6.全國農業技術推廣服務中心，北京 100125)

0 引 言

【研究意義】硫丹(Endosulfan，又名：Thiodan、Thionex或Endocel)是一種持久性的高效廣譜有機氯殺蟲劑，化學名稱為1，2，3，4，7，7-六氯雙環[2. 2. 1]庚-2-烯-5，6-雙羥甲基亞硫酸酯，曾被廣泛用于防治棉花、煙草、果樹和茶樹害蟲和螨類[1-2]。硫丹具有環境持久性、生物富集性，對生態環境、人體健康均有不利影響[3-4]。中國于1992年獲得用硫丹防控棉鈴蟲的首個臨時登記注冊，并于1997年獲得防控棉花、煙草、果樹和茶樹害蟲的正式登記注冊。2011年仍有大約2 850 t硫丹被使用并釋放到棉花產區的環境中，2016年硫丹的全國產量仍有超過700 t的規模[1]。截止2018年底，我國取締了現存的所有含硫丹的農藥登記證，并于2019年實現硫丹在我國境內的全面淘汰。作為我國傳統棉主要種植區，新疆地區硫丹使用量曾占全國總硫丹使用量的90%，其中主要用于棉鈴蟲的防治。針對2019年全面淘汰硫丹，盡快評價篩選出可在新疆棉區推廣的硫丹替代技術方案迫在眉睫?！厩叭搜芯窟M展】棉鈴蟲Helicoverpaarmigera(Hübner)，屬鱗翅目Lepidoptera，夜蛾科Noctuidae，實夜蛾亞科Heliothinae，棉鈴蟲屬HelicoverpaHardwick(1965)。其寄主范圍廣，適應和繁殖能力強，經常暴發成災猖獗為害，對玉米、大豆和棉花等我國主要的大田作物及蔬菜造成嚴重的損失[5-6]。棉鈴蟲在我國各棉區均有發生，曾造成嚴重的危害和損失，是新疆棉花產區歷史上的三大害蟲之一[7-8]。目前，針對該蟲防治已報道了包含性誘、食誘、生物和化學藥劑的室內或室外防效，并有數種潛在的綠色替代方法/藥劑率先在新疆棉區獲得了推廣[10-19]。在棉花的生產工作中依據農時在各階段中選用種衣劑、打頂劑、脫葉劑等，同時兼顧病害的防治和農藥減量增效等手段如助劑等，為現行棉花種植的綜合生產模式。然而，在棉花生產期中減少或取消非必要的化學產品的使用，從長遠來看將是新疆乃至全國棉區生產需應對的重要問題?！颈狙芯壳腥朦c】我國2019年已取得農藥登記用于防治棉花棉鈴蟲的農藥品種及制劑1 496個，其中微毒產品7個(包括氟鈴脲、氯蟲苯甲酰胺、蘇云金桿菌、茚蟲威等)，低毒產品515個(包括甲基阿維菌素苯甲酸鹽、阿維菌素、短穩桿菌、高效氯氰菊酯、棉鈴蟲核型多角體病毒等)，其中低毒登記但原藥高毒品種55個，中等毒品種723個，中等毒但原藥高毒品種90個，高毒品種101個。在選擇新疆本地已有大面積示范的成熟產品的同時，也選擇了數個技術成熟、成本效益優秀、低毒環保和靶標明確的棉鈴蟲防治產品，并加入了數種基于生態和生物防治的技術，用于小區篩選試驗?！緮M解決的關鍵問題】針對二代和三代棉鈴蟲以及兼治害蟲蚜蟲，研究性誘劑、食誘劑、螟黃赤眼蜂Trichogrammachilonis、蘇云金桿菌、棉鈴蟲NPV、甘藍夜蛾NPV、短穩桿菌、氯蟲苯甲酰胺、氟鈴·茚蟲威、甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽、氟苯蟲酰胺、阿維·氯蟲苯甲酰胺、甲維·虱螨脲、印楝素作為硫丹替代方法的環境及社會效應，篩選3～5種最佳替代方法，用于集成適合新疆棉區推廣的害蟲綜合治理方案。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 樣地與棉株

試驗地設置于沙灣縣大泉鄉燒坊莊子村雙泉合作社滴灌棉田(N 44°21′，E 85°38′)，面積50.3 hm2(755畝)，前茬作物棉花，土質為壤土，地勢平坦，肥力中等。供試棉花品種為新陸早61號，各處理品種一致，棉種包衣處理于2018年4月8～15日播種，10月實行機采收獲。

1.1.2 試劑藥品

替代方法來源及使用參數。表1

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

樣地共分3個大區，第一大區及第二大區為對二代棉鈴蟲替代方法/藥劑篩選。

第一大區包含清水對照(3組共0.33 hm2)、螟黃赤眼蜂(3組共2 hm2)、食誘劑(3組共13.33 hm2)、信息素(3組共13.33 hm2)、自防田對照(3組共3 hm2，合作社自行防治，噴施甘藍夜蛾NPV，自防田隨機設置5個信息素誘捕器作為背景調查)。信息素誘捕器與食誘劑于試驗前5 d設置(6月25日)，監測蟲口密度，于背景調查前移除所有誘集到的棉鈴蟲成蟲，以方便調查。赤眼蜂受羽化期時間限制，于釋放前5 d購買郵寄，6月19日產卵始盛期進行1次釋放，6月30日2次釋放，作為試驗處理。清水對照及自防田噴灑處理時間為6月30日2代棉鈴蟲孵化盛期。

第二大區于6月30日二代棉鈴蟲孵化盛期進行噴灑處理，每種農藥每個重復占地1 hm2，3個重復相對隨機排列于田中，為去除邊緣效應，調查時僅在中心5行棉田采樣。從西至東的處理順序為硫丹(處理1)、氯蟲苯甲酰胺(處理1)、棉鈴蟲NPV(處理1)、Bt.(處理1)、短穩桿菌(處理1)、氟鈴脲茚蟲威(處理1)、硫丹(處理2)、氯蟲苯甲酰胺(處理2)、棉鈴蟲NPV(處理2)、Bt.(處理2)、短穩桿菌(處理2)、氟鈴脲茚蟲威(處理2)、硫丹(處理3)、氯蟲苯甲酰胺(處理3)、棉鈴蟲NPV(處理3)、Bt.(處理3)、短穩桿菌(處理3)、氟鈴脲茚蟲威(處理3)。農機施藥時采取S型作業方式，一次性將對應小區處理打夠3次重復，田間地頭使用號碼牌標記處理組，防止施藥錯誤。

第三大區三代棉鈴蟲進行農藥替代第二次篩選，于8月6日三代棉鈴蟲孵化盛期進行噴灑處理。施藥方式和調查點設置同第二大區，增設各組替代藥劑的劑量比較，每處理3次重復，面積共計1 hm2。從西至東的處理順序為：清水對照、硫丹對照(常規劑量)、印楝素(高劑量)、甲維·虱螨脲(高劑量)、阿維·氯蟲苯甲酰胺(高劑量)、氟苯蟲酰胺(高劑量)、甲維鹽(高劑量)、印楝素(常規劑量)、甲維·虱螨脲(常規劑量)、阿維·氯蟲苯甲酰胺(常規劑量)、氟苯蟲酰胺(常規劑量)、甲維鹽(常規劑量)、印楝素(低劑量)、甲維·虱螨脲(低劑量)、阿維·氯蟲苯甲酰胺(低劑量)、氟苯蟲酰胺(低劑量)、甲基阿維菌素苯甲酸鹽(低劑量)。

針對二代棉鈴蟲的處理，于6月29日進行背景調查，30日設置各組處理及對照(除信息素外)，之后分別于7月1日、3日、7日、15日進行4次調查。針對三代棉鈴蟲的處理于8月6日進行背景調查，之后分別于7日、9日、13日進行3次調查。于9月18～20日進行理論測產。

表1 小區試驗所用替代方法信息Table 1 Information for treatment approaches in the field plot test

注：*對于化學/生物農藥替代技術，試驗時采用機動噴霧機施藥，噴水量50 L/667m2，先對水稀釋后再噴施，采用三層立體噴霧頭，噴霧壓力不低于2 kg/cm2

1.2.2 取樣

每塊樣地每個重復單獨定點定株取樣，定株方法為取小區中央5行棉株，做對角線標記，每個小區設5個調查點，每點順行調查20株棉株，每小區共計調查100株。第二代試驗每次調查共計33個小區，調查棉花總數3 300株。第三代試驗定點方法相同，包括17個處理，每處理3個重復，共計51個小區，因工作量加大，故每點定株15株，增設兼治害蟲調查，以保證每次調查可以完成所有小區。具體定株方法為在每行前、中、后各取1株做標記持續調查，每行定3株，每小區共5行15株，每次調查共計765株。

對于食誘及性誘處理小區，固定15個調查點，每次調查記錄誘捕器或田間誘捕帶誘捕(誘殺)到的棉鈴蟲成蟲數量。自防田中，每次調查所有5個誘捕器的誘捕數量作為背景參考。

1.2.3 調查指標

各小區每次調查棉花生育期(果枝數、現蕾數、開花數及成鈴數)、棉鈴蟲幼蟲量及齡期、優勢天敵種類及種群量；誘捕小區每次調查時，記錄棉鈴蟲成蟲誘捕量，食誘區分別調查雌和雄成蟲；三代棉鈴蟲處理增加調查兼治害蟲蚜蟲，記錄每株上中下3片葉片上蚜蟲數量并記錄。理論測產時，每小區調查點所在位置選取6.67 m2樣方，記錄棉花植株密度和成鈴數量，折算每667m2植株密度及收獲鈴數。

1.3 數據處理

數據錄入后經初步處理，3次重復數據取平均值，各處理/劑量之間以ANOVA比較均值，用Tukey多重比較進行兩兩比較，或Dunnett以硫丹對照組為參考進行多重比較，以*或不同小寫字母標記處理組與對照硫丹的顯著性差異。理論測產使用新陸早61號品種衣分(40%)及矯正系數(0.9)進行產量計算，公式為:

皮棉產量(kg)=(收獲鈴數/667m2×5 g×40%×0.9)÷1 000。

處理7 d后的害蟲減退率以(CK - X)/(X + CK)公式計算得出，益蟲的7 d變化率以(X - CK)/(X + CK)公式計算得出，數據進一步用于在各處理間比較，棉花生長發育的處理后15 d/7 d變化數據則直接以差值進行統計檢驗。

經標準化比較后的各組數據，加入經濟效益(包括單位面積支出、人力成本、收成等數據)、社會效益(方法簡易度等數據)及生態效益(對照農藥毒性類別、益蟲保持率等)，以各個替代方法處理做矢量計算，通過兩兩回歸方法取得回歸矩陣，分別與硫丹作對比，篩選出積極(防效、成本等)和消極(毒性、生態效益等)方面與硫丹最為接近(或遠離)的替代方法，積極性方法篩選進一步以最小鄰接法進行聚類驗證回歸矩陣的可靠性。最后將兩方面篩選所得權重加和，以遴選出最佳替代硫丹的田間防治方法。

統計及作圖使用Excel 2016(Microsoft Corporation, USA)及Prism 5.01(GraphPad Software Inc., San Diego, CA, USA)軟件進行；回歸矩陣和聚類使用STATGRAPHICS Centurion 17.2.00(Statpoint Tech. Inc., USA)軟件進行；制圖和排版使用Adobe Illustrator CC(Microsoft Corporation, USA)進行。

2 結果與分析

2.1 蟲情監測

根據信息素誘捕情況，試驗期間棉鈴蟲蟲口量較低，除處理后第1 d 7月1日具有較高誘蛾數外，其余3次調查均未達化防指標。7月4日調查，自防田較信息素小區誘蛾數量顯著高。圖1

2.2 防治效果

由于2018年棉鈴蟲口密度過低，綜合分析了沙灣縣往年的藥劑試驗及大量田間調查結果，最終得到各替代方法對棉鈴蟲的減退率預測值并進行了比較，最終根據防效預測發現，各化學替代藥劑對棉鈴蟲的防治均與硫丹相當，氟鈴·茚蟲威及阿維·氯蟲苯甲酰胺的防效顯著高于硫丹。其余各處理與硫丹相比無顯著差異。圖2

注：藍色為信息素小區，灰色為農戶自防對照田。小寫字母表示各次計數間具有顯著性差異(信息素：F3,56= 25.02,P< 0.000 1；自防田：F3,16= 5.02,P= 0.012 2)。**表示2個小區間具有顯著差異(F18= 2.94,P= 0.008 8)，誤差線表示+SE

圖1 二代棉鈴蟲試驗期間性信息素誘蛾情況
Fig.1 Results ofH.armigerasex pheromone trapping in monitoring of experimental sites and conventional sites

注：星號表示氟鈴·茚蟲威及阿維·氯蟲苯甲酰胺替代方法較硫丹有明顯更好的防效(F13,43= 5.33，*:P< 0.05，**:P< 0.01)，誤差線表示+SE

圖2 各替代方法對棉鈴蟲的預測減退率比較
Fig.2 Comparison of alternatives in control effects towardsH.armgera

因棉鈴蟲密度過低，于三代試驗中增設兼治害蟲蚜蟲的密度調查。處理7 d后，各處理中，甲維鹽(中)及甲維·虱螨脲(中)處理蚜蟲減退率顯著低于硫丹。施用低劑量農藥對蚜蟲的防效普遍好于高劑量。圖3

注：星號表示甲維鹽(中)及甲維·虱螨脲(中)對蚜蟲的減退率顯著低于硫丹(F16,34= 2.45，*:P< 0.05)，誤差線表示+SE

圖3 三代棉鈴蟲試驗中各替代方法對蚜蟲減退率比較
Fig.3 Comparison of aphid control effects among tested alternatives and endosulfan in the 3rd generation trials

2.3 生態效益

棉田中益蟲種類主要包含草蛉、瓢蟲、蜘蛛、蝽、寄生蜂、食蚜蠅等，草蛉為天敵優勢種，最多占到益蟲總數的81%。二代試驗中，處理前瓢蟲為第二優勢種，占比13%，試驗15 d后寄生蜂成為第一優勢種，占益蟲總數的55%，草蛉位居第二，占比40%。三代試驗中，處理前草蛉占比50%，瓢蟲占48%，為兩大優勢種；處理后15 d草蛉占比增加到81%，瓢蟲占比下降到18%。瓢蟲數量較易受施藥的影響，而隨著蚜蟲數量的增加，寄生蜂的數量會有顯著增加。圖4

注：A為第二代試驗數據，調查中發現天敵包括草蛉、蝽、瓢蟲、蜘蛛、寄生蜂和寄生蠅，處理前草蛉和瓢蟲最多，處理后15 d寄生蜂最多，其次是草蛉。B為第三代試驗數據，處理前草蛉和瓢蟲為優勢益蟲，處理后15 d草蛉占比增加，瓢蟲顯著減少

圖4 大田益蟲種類及比例分布
Fig.4 Field survey results on distribution and proportion of beneficial insect species

硫丹處理7 d后益蟲數量降低，清水對照小區則有明顯升高。各處理組較硫丹相比沒有觀察到統計顯著性，觀察到的數據顯示，棉鈴蟲NPV、氟鈴·茚蟲威和自防田處理對天敵數量的影響較大。而第三代期間的施藥均未對益蟲數量造成影響，可能是由于田間施藥引發次生性蚜蟲大量增加，而導致寄生蜂數量增加。圖5

注：各組較硫丹小區未見顯著差異(F17,39= 0.91,P= 0.56)，誤差線表示+SE

圖5 處理后7 d大田益蟲數量變化
Fig.5 Change in the number of beneficial insects in the field after 7 d of treatment

2.4 經濟效益

研究表明,各處理間具有顯著差異，信息素、食誘和阿維·氯蟲苯甲酰胺(低)小區產量顯著低于硫丹，而氟苯蟲酰胺(低)及阿維·氯蟲苯甲酰胺(高)2個小區理論產量顯著高于硫丹。從劑量效應來看，除氟苯蟲酰胺以外，其他藥劑處理劑量均與棉花單產具有正相關性。皮棉平均收購價格為5.9元/kg，氟苯蟲酰胺(低)及阿維·氯蟲苯甲酰胺(高)平均每667 m2預測收入分別較硫丹高161.07和157.53元。圖6

注：各替代方法排列順序同圖5。A為測產結果在各小區處理間的比較，各組間具有顯著差異(第二代：F10,22= 2.7,P= 0.002 4；第三代：F16,34= 4.9,P< 0.000 1)。B為第三代中藥劑劑量對產量的影響比較，星號表示對應處理藥劑在不同劑量之間具有顯著差異(*:P< 0.05，**:P< 0.01，***:P< 0.001)。所有誤差線表示+SE

圖6 理論測產結果
Fig.6 Comparison of yield measurement results by alternative methods

2.5 最佳替代方法綜合比較

研究表明,僅用監測方法(如性誘、食誘等)的田塊最終產量較低，需結合其他的替代方法共同實施。同時，多數農藥的施用劑量并未顯著影響棉花產量，且生物與化學農藥間未見顯著差異，推薦使用常規劑量或者低劑量的生物農藥為主進行田間防治。

研究表明,防效、經濟效益及操作簡便等方面與硫丹最為可比的分別是棉鈴蟲NPV、短穩桿菌、信息素、Bt.和氯蟲苯甲酰胺(圖7A)，聚類方法顯示相似的結果，與硫丹在防治效果上最為接近的方法是棉鈴蟲NPV、Bt.和氯蟲苯甲酰胺(圖7B)。與硫丹的缺點(高毒及環境因素)回歸發現，與硫丹最為不同的幾個替代手段分別為信息素、Bt.、氯蟲苯甲酰胺和棉鈴蟲NPV(圖7C)，通過回歸矩陣加權值的加和得出硫丹得分為15分，而超過20分的替代方法有4個，分別是性信息素誘捕、氯蟲苯甲酰胺、棉鈴蟲NPV和蘇云金桿菌Bt.(圖7D)，經篩選發現，最差的為螟黃赤眼蜂，其加權得分僅有10分，赤眼蜂這一生防產品并不適合在新疆棉田進行推廣。與硫丹加權值相當的產品有3個，分別是短穩桿菌、氟苯蟲酰胺和甲維·虱螨脲。圖7

注：A顯示以防效、成本、產量及操作簡便等為參數計算的回歸矩陣，發現在優勢方面與硫丹最為接近的為棉鈴蟲NPV、短穩桿菌、信息素、Bt.和氯蟲苯甲酰胺。B用相同參數以鄰接法進行聚類，顯示與硫丹優勢最為接近的方法有NPV、Bt.和氯蟲苯甲酰胺。C顯示以毒性和生態效應等因素計算的回歸矩陣，發現與硫丹的劣勢最為不同的替代方法為信息素、Bt.、氯蟲苯甲酰胺和棉鈴蟲NPV。D顯示各替代方法的最終加權值比較，其中硫丹為15分，超過20分的方法為通過此法遴選出的最佳替代方法，分別為性信息素誘捕、氯蟲苯甲酰胺、棉鈴蟲NPV和蘇云金桿菌Bt.。對所有字體顏色，紅色為硫丹，橙色為化學替代，藍色為生物農藥替代，綠色為綠色防控替代

圖7 硫丹替代方法綜合比較
Fig.7 Comprehensive comparison of alternatives to endosulfan

3 討 論

可替代硫丹的技術方法需要低毒高效，成本低廉，便于推廣。通過田間小區實驗與調查，比選了14種潛在替代方法。處理后調查結果顯示，第二代大田較第三代大田具更高的田間益蟲種群多樣性，表明生物藥劑如蘇云金桿菌Bt.、短穩桿菌等具有更好的環境效益，利于田間益蟲種群的保持，由此可見減少化學農藥施用本身便具備能夠保持田間生態多樣性的正面效果[20]。第三代對兼治害蟲調查發現，含甲維鹽類農藥可能引起次生性蚜蟲的種群增加，表明過量施用化學藥劑有可能破壞田間生態平衡，從而減少益蟲數量，導致次生性害蟲的發生。實驗中采用的信息素誘捕技術能夠特異高效地監測棉鈴蟲種群變化，具有推廣價值，但測產結果顯示，僅用監測方法如性誘、食誘等的田塊最終產量較硫丹對照田低，因此如需替代硫丹技術，監測方法應結合其他的替代方法共同實施。同時，多數農藥的施用劑量并未顯著影響棉花產量，且生物與化學農藥間未見差異。

通過PCA及聚類分析發現，性信息素誘捕、氯蟲苯甲酰胺、棉鈴蟲NPV和蘇云金桿菌4種技術權重累加超20分，較總分15的硫丹而言綜合表現最佳，為可替代硫丹的優選方案。同時，短穩桿菌、氟苯蟲酰胺和甲維·虱螨脲3種技術權重累加值在15～17分，其綜合表現與硫丹相當，具備推廣價值。生物防治技術權重累加僅為10分，說明該技術綜合表現較硫丹仍有差距，尚不適宜在新疆棉區進行大面積推廣。同時，根據新疆棉區農時需要，考慮到害蟲抗性產生等實際問題，此7種方法應注意適量及搭配使用，以達最佳防治效果和經濟效益。

4 結 論

研究在新疆棉區以大田實驗和調查方法，比選了包含性誘劑、食誘劑、螟黃赤眼蜂Trichogrammachilonis、蘇云金桿菌、棉鈴蟲NPV、甘藍夜蛾NPV、短穩桿菌、氯蟲苯甲酰胺、氟鈴·茚蟲威、甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽、氟苯蟲酰胺、阿維·氯蟲苯甲酰胺、甲維·虱螨脲和印楝素在內的14種技術方法，與硫丹對照進行綜合比較，用于篩選與評價具備可替代硫丹潛力的最佳技術。最終PCA及聚類分析結果顯示，性信息素誘捕、氯蟲苯甲酰胺、棉鈴蟲NPV和蘇云金桿菌、短穩桿菌、氟苯蟲酰胺和甲維·虱螨脲7種方法在防治效果、生態效益及經濟效益方面權重累加超15～20分，其綜合表現超過或與硫丹相當，具有在新疆棉區推廣的價值。生物防治技術尚不具備單獨推廣價值，可考慮與生物或化學農藥相結合的方式進行實施。

硫丹已于我國境內全面淘汰，對其替代技術的篩選與評價，具備重要的實際生產意義。本研究結果及遴選出的7種技術方法，將為新疆棉區種植工作提供可參考的理論基礎及生產指導。