栽培模式與施氮量對棉田節肢動物群落結構及穩定性的影響

姜義平，肖留斌，趙 靜，譚永安, 邱 晨

(江蘇省農業科學院植物保護研究所，南京 210014)

0 引 言

【研究意義】隨著棉花品種和栽培措施不斷更新和變化，棉田昆蟲群落也隨之發生演替。昆蟲群落的演替，對于棉田害蟲防治有著重要指導作用。前人對棉田昆蟲群落調查研究主要集中在單一栽培措施或施肥量對棉田主要害蟲或天敵的影響[1-2]，但不同栽培措施和施氮量雙因素對棉田主要害蟲、天敵以及整體動物群落結構與穩定性的比較研究較少。開展不同栽培措施及施氮量雙因子研究，對于棉田害蟲防治提供科學的理論依據具有重要指導意義。【前人研究進展】棉花是我國重要的經濟作物，在我國農業中具有重要的地位[3]。我國棉花主要有3大主產區，包括黃河下游、長江中下游和新疆棉區，其中新疆棉區面積最大，約占總面積的50%以上[4]。據國家統計局統計，2019年中國棉花種植面積為333.92×104hm2(5 008.8萬畝)，年產量588.9×104t。2010至2019年棉花總體種植面積呈下降趨勢，但產量總體呈現上升趨勢，與面積呈現反向走勢，這主要與種植模式和棉花品種的改變有關。近幾年，勞動力的稀缺，植棉成本的增加，精耕細作種植模式已無法滿足生產發展需求[5]。而棉花直播栽培技術可以有效減少人工成本，同時可以與前茬小麥、油菜等其它經濟作物有效銜接，提高復種指數，增加土地年度綜合效益。并且直播棉多為短季棉，吐絮期集中，有利于機械化采收，減少用工成本[6-7]。氮元素是作物體內重要有機化合物的主要組成成分。適量的氮肥能夠提高作物產量與質量。研究發現，棉花株高、單株結鈴數，纖維長度等指標均與植株含氮量有關，且在一定范圍內各指標與氮含量成正比，但過量的氮肥，會降低棉花產量[8-14]。近幾年氮肥不合理使用引發土壤鹽澤化、水污染和溫室氣體排放等問題[15-16]。化學肥料減量將有利于減輕土壤及環境的污染。直播和移栽是棉花2種主要栽培方式。其中直播可有效減少勞動力成本，但難以確保出芽率。而移栽保證了出芽率，又增加了勞動力成本。有研究發現棉田昆蟲的發生與栽培方式相關聯。其中直播棉田有利于棉鈴蟲、棉蚜和棉葉蟬等害蟲的發生，棉葉螨、棉薊馬和綠盲蝽多發生于育苗移栽棉田。而龜紋瓢蟲、草間小黑蛛等天敵在直播棉田發生量較多，草蛉和小花蝽多發生在育苗移栽棉田[1]。氮肥作為棉田補充養分，一定量的氮肥可以提高棉植株長勢，提高棉花產量。棉田害蟲與施氮量存在一定的聯系。研究發現隨著施氮量的增加棉鈴蟲落卵量，伏蚜種群隨之增加，棉苗蚜、棉葉螨種群數量減少[2,17]。【本研究切入點】不同栽培模式和施肥水平可能影響棉花的長勢進而影響田間害蟲的發生與為害。前期已有研究證明栽培方式或施氮量對棉田害蟲及天敵的影響，然而將兩者結合探索尚未有報道。研究栽培模式與施氮量對棉田節肢動物群落結構及穩定性影響。【擬解決的關鍵問題】以早熟常規棉中棉所50號棉花品種為研究對象，定期調查記錄棉株上所有節肢動物種類和數量，統計分析各棉田節肢動物群落結構及穩定性，為棉田害蟲防治提供科學理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試棉花品種中棉所50號由中國農科院棉花研究所提供。試驗場所分別位于江蘇省農業科學院植物保護研究所試驗田(南京試驗地)(N32°02′15.33″，E118°52′9.43″)和鹽城大豐稻麥原種場(大豐試驗地)(N33°24′12.84"，E120°35′28.42″)。

1.2 方 法

分別設置直播和移栽、施氮量(純氮量) 為0和10 kg/667m24種方式，共4個處理(直N0、直N10、移N0、移N10)，2塊試驗場地(南京試驗地和大豐試驗地)，直播和移栽種植密度分別是6 000和4 000株/667m2，每個處理3個重復，共24個小區，每個小區10 m×9 m，采取隨機區組設計，試驗期間棉田按照常規栽培管理且不噴施殺蟲劑等農藥。

直播棉田從棉花出現第3片真葉開始，移栽棉田從移栽后第3 d開始，每7 d左右調查1次，調查采用5點取樣法，每小區調查5株。調查時目測整株植物所有器官，記錄棉株上所有節肢動物的種類和數量。記錄數量均換算成百株蟲量進行統計處理。

1.3 數據處理

各種群落參數計算采用Excel和DPSv8.01數據處理系統進行統計分析，采用LSD(Least-Significant Difference )方法檢驗差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 棉田物種組成和種群數量

研究表明，不同處理棉田各類物種種類在數值上相近且無顯著性差異，但不同群落個體數量上存在較大差異。各處理棉田天敵亞群落個體數和益害比趨勢相近，移栽棉田高于直播，增施氮肥棉田略高于無氮肥棉田，其中移N10顯著高于直播棉田(P< 0.05)。害蟲亞群落和節肢動物群落只有南京試驗棉田存在顯著差異(P< 0.05)，移N10棉田均顯著高于直N0棉田。大豐各處理棉田害蟲亞群落和節肢動物群落個體數量間雖無顯著差異，直播棉田發生量高于移栽棉田，不施氮肥棉田高于增施氮肥棉田。兩地發生趨勢存在不同，可能是土質和種植環境的差異。表1

表1 棉田節肢動物種數和個體數組成Table 1 The number of arthropod species and individual numbers in different cotton fields

2.2 棉田中動物群落相對多度

研究表明，棉田中害蟲以棉蚜、煙粉虱、 棉葉蟬、綠盲蝽、花薊馬、棉大卷葉螟 等為主，其中蟲量較多的是棉蚜、煙粉虱、綠盲蝽和花薊馬等刺吸式害蟲，相對多度Pi值均大于0.97，極少數是咀嚼式口器害蟲。棉蚜和煙粉虱在大豐試驗地各處理棉田間趨勢相近，均是直播和不施氮肥棉田相對多度較高，而南京試驗地各處理棉田則是移栽和增施氮肥棉田棉蚜和煙粉虱相對多度較高。綠盲蝽在大豐移N10棉田相對多度最高，南京試驗地移N0棉田綠盲蝽相對多度最高。花薊馬在大豐試驗地移N0棉田相對多度最高，南京試驗地則是移N10棉田相對多度最高。綠盲蝽在各處理棉田間均存在顯著差異(P<0.05)，均是移栽顯著高于直播棉田。其中大豐試驗地棉田移N10比直N10棉田相對多度增加了2.24倍，南京試驗點移N0棉田比直N10棉田相對多度增加了1.95倍。蚜蟲在大豐試驗地各處理棉田間存在顯著差異(P<0.05)，直N10棉田中棉蚜相對多度顯著高于移N10棉田，增加了4.33倍。薊馬在南京試驗地各處理棉田間存在顯著差異(P<0.05)，直N0棉田中薊馬相對多度值顯著高于移N0棉田，增加了71.09%。刺吸式害蟲和咀嚼式害蟲之間均無顯著性差異。表2

表2 棉田主要害蟲占害蟲亞群落的相對多度Table 2 The relative abundance of the main pests to the pest sub-population in different cotton fields

表3 棉田主要天敵占天敵亞群落的相對多度Table 3 The relative abundance of the main natural enemy to the natural enemy sub-population in different cotton fields

研究表明，蜘蛛、瓢蟲和草蛉是棉田主要天敵，其中移栽和增施氮肥棉田個體數量上較高，但相對多度存在差異。蜘蛛類在各處理棉田間存在顯著差異(P<0.05)，直N0棉田相對多度最大，均在0.50以上。瓢蟲在各處理棉田間無顯著差異，但大豐試驗地移N10棉田中瓢蟲相對多度值最大，而南京試驗地直N0棉田中瓢蟲相對多度值最大。草蛉在移N10棉田相對多度值最大，其中草蛉相對多度在南京試驗地棉田間存在顯著差異(P<0.05)，移N10棉田比直N0棉田相對多度增加了84.08%。表3

2.3 棉田動物群落參數

研究表明，害蟲亞群落和天敵亞群落部分處理棉田存在顯著差異(P<0.05)，節肢動物群落則無顯著性影響。害蟲亞群落多樣性指數和均勻度指數均是南京試驗地移N0棉田顯著高于直N0棉田，其中多樣性指數增加了18.62%和均勻度指數增加了23.31%。優勢集中性指數則相反，移N0棉田顯著低于直N0棉田，減少了40.42%。天敵亞群落多樣性指數和均勻度指數均是大豐試驗地移N10顯著高于直N0棉田，其中多樣性指數增加了48.16%和均勻度指數增加了58.94%。優勢集中性指數則相反，移N10顯著低于直N0棉田，減少了32.69%。表4

表4 棉田節肢動物群落參數Table 4 The parameters of arthropod community in different cotton fields

2.4 棉田動物群落相似性

研究表明，各處理組棉田中害蟲亞群落的相似性為0.708 3～ 0.893 2；天敵亞群落的相似性為0.857 1 ～ 1.000 0，節肢動物群落的相似性為0.728 2 ～ 0.903 2。各處理組棉田間各亞群落相似性較高。表5

表5 棉田節肢動物群落相似性Table 5 Similarity of arthropod community in different cotton fields

2.5 棉田主要昆蟲類群消長動態

研究表明，除棉葉蟬外，棉蚜，朱砂葉螨、花薊馬、煙粉虱和綠盲蝽 主要發生在8月中下旬和9月。各處理棉田間棉蚜和朱砂葉螨發生量雖無顯著差異，棉蚜和朱砂葉螨在直播棉田發生量較多。花薊馬、煙粉虱和綠盲蝽在個別時期存在顯著差異(P<0.05)，其中花薊馬和煙粉虱N0棉田發生量高于N10棉田，移栽棉田發生量高于直播棉田。綠盲蝽在移栽棉田發生量較多。棉葉蟬在各棉田中發生量均較少，且無顯著差異(P>0.05)。圖1

注：DF.代表大豐試驗地，NJ.代表南京試驗地。1.棉蚜，2.朱砂葉螨，3.花薊馬，4.煙粉虱，5.綠盲蝽，6.棉葉蟬。紅色四角星代表大豐試驗地各處理間存在顯著差異，紅色箭頭代表南京試驗地各處理間存在顯著差異，下同Note:1.Aphis gossypii, 2.Tetranychus cinnabarinus, 3.Frankliniella intonsa, 4.Bemisia tabaci, 5.Apolygus lucorum, 6.Empoasca biguttula；The red four-pointed star represents the significant difference between the treatments in the Dafeng experimental points, and the red arrow represents the significant difference between the treatments in the Nanjing experimental points, the same below圖1 棉田主要害蟲種群消長動態Fig.1 Population dynamics of main pests in different cotton fields

研究表明，草蛉主要集中在8月下旬至9月上中旬發生量較多，蜘蛛和瓢蟲于6月下旬至7月中上旬發生量較多。草蛉和蜘蛛在個別時期存在顯著差異(P<0.05)，其中草蛉在增施氮肥棉田發生量較多，蜘蛛在移栽棉田發生量較多。瓢蟲于各處理棉田間無顯著差異，移栽和增施氮肥棉田更有利于瓢蟲的發生。圖2

注：1.草蛉，2.蜘蛛，3.瓢蟲Note: 1.Chrysopa perla , 2.Araneida, 3.Coccinellidae圖2 棉田主要天敵種群消長動態Fig.2 Population dynamics of main natural enemy in different cotton fields

3 討 論

栽培措施和氮肥是棉花生產過程中提高皮棉產量，提高棉花品質的手段[17-19]。為了降低勞動力成本，增加棉農收入，開始倡導各種農藝措施相結合創造穩定的農田生態系統控制病蟲害的發生，促進農業生產提質增效[1-2,6]。

研究了不同栽培方式和施氮量對棉田昆蟲個體數量的影響，結果顯示，天敵個體數和益害比在各處理組棉田發生趨勢一致，均是移栽棉田發生量大于直播棉田，N10棉田發生量略大于N0棉田。害蟲亞群落由于地理位置不同發生量存在差異，其中大豐直播和不施氮肥棉田害蟲發生量重，南京移栽和增施氮肥棉田害蟲發生量重。棉田中移栽和施加氮肥有利于天敵數量的發生。相對于直播棉田，移栽棉田天敵對害蟲的抑制效果更強。大豐和南京試驗地害蟲發生趨勢不完全一致，可能與土壤條件和周邊的作物布局有關。

相對多度是衡量某一昆蟲在群落中蟲量占比。栽培方式和施氮量的不同，改變棉花長勢、營養成分或者次生代謝物質，進而改變田間昆蟲群落[20-22]。研究表明，棉田中以刺吸式害蟲為主，相對多度均大于0.97。其中花薊馬、煙粉虱、 棉蚜和綠盲蝽是棉田中的主要害蟲。蜘蛛、瓢蟲和草蛉是棉田主要天敵。栽培方式和施氮量并不影響棉田主要害蟲和天敵的結構。試驗調查的主要害蟲與天敵結構與雒珺瑜(2013)[1]調查結果相似，但為害發生程度稍有差異，猜測可能是棉花品種、年份和處理方式等不同進而影響昆蟲。

多樣性、均勻度和優勢集中性指數是評定昆蟲群落穩定性的3個主要參數。多樣性、均勻度指數越高，優勢集中性指數越低，群落穩定性越高。群落相似性是指不同群落結構特征的相似程度。通過對以上指標的歸納總結，結果顯示，害蟲亞群落各參數在南京試驗棉田間存在顯著差異，其中多樣性和均勻度指數均是移N0顯著高于直N0棉田，優勢集中性指數則是移N0顯著低于直N0棉田。天敵亞群落各參數在大豐棉田間存在顯著差異，移N10顯著高于直N0棉田，優勢集中性指數則是移N10顯著低于直N0棉田。群落相似性顯示所有處理組均在0.7以上。由此可以推斷出，各亞群群落在棉田相似性較高。南京移栽和不施氮肥棉田害蟲亞群落穩定性最高，大豐移栽和增施氮肥棉田天敵亞群落穩定性最高。害蟲和天敵在部分棉田的群落穩定參數無顯著差異。

對不同處理方式棉田中主要昆蟲群落進行了消長動態分析，有利于田間不同時期對癥防治。調查結果顯示，8月中下旬和9月是棉田害蟲棉蚜、朱砂葉螨、花薊馬、煙粉虱和綠盲蝽高發期，其中棉蚜、朱砂葉螨在直播棉田發生量相對較大，花薊馬和煙粉虱在移栽和不施氮肥棉田發生量相對較多，綠盲蝽在移栽棉田發生量大。棉田主要天敵草蛉在8月下旬至9月上中旬發生量相對較多，且在增施氮肥棉田發生量較多。蜘蛛和瓢蟲于6月下旬至7月中上旬發生量相對較多，其中蜘蛛在移栽棉田發生量較大，瓢蟲在移栽和增施氮肥棉田發生量較大。在自然條件下，不同栽培方式和施氮量處理棉田中，主要害蟲和天敵發生規律各有不同。

研究主要對不同栽培方式和施氮量進行了一個棉花生育期時間的調查，發現棉田昆蟲發生規律隨著栽培方式和施氮量產生差異。棉花品種和土質對棉田昆蟲發生有一定的影響。試驗研究時間較短，不同栽培方式和施氮量長時期種植對棉田節肢動物群落的穩定性還尚未完全明確，栽培方式及氮肥用量對轉基因棉田節肢動物群落的影響還需要進行長期的跟蹤調查。

4 結 論

害蟲亞群落在移栽方式且不施氮肥的棉田中群落穩定性最高，而天敵亞群落在移栽且增施氮肥的棉田中穩定性最高。節肢動物群落穩定性在各處理間無顯著差異。但棉田昆蟲發生規律因栽培措施和施氮量不同而略有差異。害蟲亞群落個體數在各棉田中普遍發生較多，而移栽模式和增施氮肥更有利于棉田天敵亞群落的發生。較直播棉田，移栽棉田天敵對害蟲的抑制作用更強，益害比更高。