減少殺蟲劑使用可以提高作物產量

劉玉玲 杜亞麗 何金明 孫智禹 蔣海賓 徐凱│編譯

吉林省養蜂科學研究所，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品（輪流使用農藥）或通過使用害蟲綜合管理（IPM）減少農藥使用頻率。

絕大多數農民使用化學殺蟲劑來保護作物免受潛在的破壞性害蟲的侵害。對于養蜂人來說，這應該不是一個陌生的概念；大多數養蜂人使用殺螨劑來保護蜜蜂免受瓦螨的侵害。

但是農民使用殺蟲劑的方式千差萬別。一些農民制定一個時間表，每隔一個月左右施用殺蟲劑，以防止蟲害問題的發生。當害蟲是一個持續的威脅，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測蟲害，只有當害蟲數量或這些害蟲造成的損害達到預定的經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藥投入，節省了資金，也減少了對環境的破壞。繼續進行瓦螨的類比，如果您監測蜂群中的瓦螨水平，并且僅在水平高于預定閾值時使用殺螨劑進行處理，這就是在練習使用害蟲綜合管理（IPM）。

當作物依靠昆蟲授粉時，IPM 的另一個潛在的重要經濟效益也存在。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，這可以轉化為更好的授粉效果，提高作物產量，為農民帶來更大的經濟回報。

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農民目前使用的農藥常規管理方法。而另一組西瓜和玉米地塊則采用害蟲綜合治理（IPM）管理，只有當害蟲數量超過預定的經濟閾值時，才在lPM 地塊上使用農藥。

這在理論上聽起來不錯，但現實世界中是否有證據表明，實施IPM 和使用更少的殺蟲劑可以提高依賴昆蟲授粉的作物產量？如果是這樣，產量增加是因為蜜蜂傳粉者數量增加嗎？那么不依賴傳粉者的作物呢？農民是否可以通過采取IPM 方法來提高他們的底線，或者他們是否會經常超過經濟閾值，從而對產量產生影響？通過實驗，研究人員得出結論，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量，該結論由Jacob Pecenka 和同事撰寫并發表在2021《美國國家科學院院刊》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、土壤類型和當地害蟲壓力的多樣性。

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）。在實驗之前進行農民調查，CM 地塊的管理方式與目前大多數農民管理農田的方式相同。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定經濟閾值時才使用殺蟲劑，但這種情況很少發生。

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 周的害蟲調查，直到收獲。在此期間，每個地塊成熟的果實都被計數、稱重，并根據美國農業部的分級標準檢查其市場適用性。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量。最后，使用液相色譜和質譜（HPLC-MS/MS）對土壤、作物葉片和花粉中的農藥殘留量進行測定。

IPM 西瓜或玉米田是否需要使用殺蟲劑？結果發現，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量的？在IPM 與CM 地塊中，蜜蜂訪問西瓜花的數量增加了99%，而過渡訪問次數（即蜜蜂從雄花訪問雌花的次數）在IPM 組和CM 組中增加了305%。有趣的是，蜜蜂數量的增加幾乎完全是由野生蜜蜂驅動的，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。

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

IPM 地塊產量的提高主要歸因于果實數量的增加，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%，在產量評價中予以考慮。

因為玉米是風媒傳粉的，它不會從蜜蜂的拜訪中受益。研究結果表明，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）之間的玉米產量沒有統計學差異，在整個四年的研究中都是如此。

這是否意味著大多數農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，數據顯示，從CM 轉向IPM 的西瓜農民每公頃將增加90 美元的利潤。

在玉米方面，經濟結果也類似。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，數據表明，種植玉米農民總是會通過放棄新煙堿種子處理來增加利潤。這一結果與最近幾項關于該主題的大規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，可能會導致農民的經濟損失。

Pecenka 及其同事的研究很好地表明，經濟學可以鼓勵在農藥使用方面采取更可持續的農業做法。使用化學殺蟲劑總是會導致環境污染，有可能傷害非目標生物。事實上，CM 比IPM 土壤和作物花粉中發現的農藥含量高100 倍，嚴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。

實驗發現，在采用IPM 后，本研究的第一年，蜜蜂數量迅速增加。這意味著如果農民減少農藥投入，他們可以提高作物產量。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循環昆蟲，所有這些生物都可以減少作物害蟲的數量和提高產量。