新疆棉田硫丹防虫替代技术的筛选与评价

唐 睿，余 浪，高永健，王昊杨，郑 哲，卡哈尔曼·胡 吉，

杨 涵5，张金平1，张 峰1，杨普云6，郭 荣6

(1.植物病虫害生物学国家重点实验室/农业农村部-CABI生物安全联合实验室/中国农业科学院植物保护研究所，北京 100081；2.新疆维吾尔自治区植保站，乌鲁木齐 830011；3.沙湾县农业局，新疆沙湾 832100；4.生态环境部对外合作与交流中心，北京 100035；5.联合国开发计划署，北京 100600；6.全国农业技术推广服务中心，北京 100125)

0 引 言

【研究意义】硫丹(Endosulfan，又名：Thiodan、Thionex或Endocel)是一种持久性的高效广谱有机氯杀虫剂，化学名称为1，2，3，4，7，7-六氯双环[2. 2. 1]庚-2-烯-5，6-双羟甲基亚硫酸酯，曾被广泛用于防治棉花、烟草、果树和茶树害虫和螨类[1-2]。硫丹具有环境持久性、生物富集性，对生态环境、人体健康均有不利影响[3-4]。中国于1992年获得用硫丹防控棉铃虫的首个临时登记注册，并于1997年获得防控棉花、烟草、果树和茶树害虫的正式登记注册。2011年仍有大约2 850 t硫丹被使用并释放到棉花产区的环境中，2016年硫丹的全国产量仍有超过700 t的规模[1]。截止2018年底，我国取缔了现存的所有含硫丹的农药登记证，并于2019年实现硫丹在我国境内的全面淘汰。作为我国传统棉主要种植区，新疆地区硫丹使用量曾占全国总硫丹使用量的90%，其中主要用于棉铃虫的防治。针对2019年全面淘汰硫丹，尽快评价筛选出可在新疆棉区推广的硫丹替代技术方案迫在眉睫。【前人研究进展】棉铃虫Helicoverpaarmigera(Hübner)，属鳞翅目Lepidoptera，夜蛾科Noctuidae，实夜蛾亚科Heliothinae，棉铃虫属HelicoverpaHardwick(1965)。其寄主范围广，适应和繁殖能力强，经常暴发成灾猖獗为害，对玉米、大豆和棉花等我国主要的大田作物及蔬菜造成严重的损失[5-6]。棉铃虫在我国各棉区均有发生，曾造成严重的危害和损失，是新疆棉花产区历史上的三大害虫之一[7-8]。目前，针对该虫防治已报道了包含性诱、食诱、生物和化学药剂的室内或室外防效，并有数种潜在的绿色替代方法/药剂率先在新疆棉区获得了推广[10-19]。在棉花的生产工作中依据农时在各阶段中选用种衣剂、打顶剂、脱叶剂等，同时兼顾病害的防治和农药减量增效等手段如助剂等，为现行棉花种植的综合生产模式。然而，在棉花生产期中减少或取消非必要的化学产品的使用，从长远来看将是新疆乃至全国棉区生产需应对的重要问题。【本研究切入点】我国2019年已取得农药登记用于防治棉花棉铃虫的农药品种及制剂1 496个，其中微毒产品7个(包括氟铃脲、氯虫苯甲酰胺、苏云金杆菌、茚虫威等)，低毒产品515个(包括甲基阿维菌素苯甲酸盐、阿维菌素、短稳杆菌、高效氯氰菊酯、棉铃虫核型多角体病毒等)，其中低毒登记但原药高毒品种55个，中等毒品种723个，中等毒但原药高毒品种90个，高毒品种101个。在选择新疆本地已有大面积示范的成熟产品的同时，也选择了数个技术成熟、成本效益优秀、低毒环保和靶标明确的棉铃虫防治产品，并加入了数种基于生态和生物防治的技术，用于小区筛选试验。【拟解决的关键问题】针对二代和三代棉铃虫以及兼治害虫蚜虫，研究性诱剂、食诱剂、螟黄赤眼蜂Trichogrammachilonis、苏云金杆菌、棉铃虫NPV、甘蓝夜蛾NPV、短稳杆菌、氯虫苯甲酰胺、氟铃·茚虫威、甲氨基阿维菌素苯甲酸盐、氟苯虫酰胺、阿维·氯虫苯甲酰胺、甲维·虱螨脲、印楝素作为硫丹替代方法的环境及社会效应，筛选3～5种最佳替代方法，用于集成适合新疆棉区推广的害虫综合治理方案。

1 材料与方法

1.1 材 料

1.1.1 样地与棉株

试验地设置于沙湾县大泉乡烧坊庄子村双泉合作社滴灌棉田(N 44°21′，E 85°38′)，面积50.3 hm2(755亩)，前茬作物棉花，土质为壤土，地势平坦，肥力中等。供试棉花品种为新陆早61号，各处理品种一致，棉种包衣处理于2018年4月8～15日播种，10月实行机采收获。

1.1.2 试剂药品

替代方法来源及使用参数。表1

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

样地共分3个大区，第一大区及第二大区为对二代棉铃虫替代方法/药剂筛选。

第一大区包含清水对照(3组共0.33 hm2)、螟黄赤眼蜂(3组共2 hm2)、食诱剂(3组共13.33 hm2)、信息素(3组共13.33 hm2)、自防田对照(3组共3 hm2，合作社自行防治，喷施甘蓝夜蛾NPV，自防田随机设置5个信息素诱捕器作为背景调查)。信息素诱捕器与食诱剂于试验前5 d设置(6月25日)，监测虫口密度，于背景调查前移除所有诱集到的棉铃虫成虫，以方便调查。赤眼蜂受羽化期时间限制，于释放前5 d购买邮寄，6月19日产卵始盛期进行1次释放，6月30日2次释放，作为试验处理。清水对照及自防田喷洒处理时间为6月30日2代棉铃虫孵化盛期。

第二大区于6月30日二代棉铃虫孵化盛期进行喷洒处理，每种农药每个重复占地1 hm2，3个重复相对随机排列于田中，为去除边缘效应，调查时仅在中心5行棉田采样。从西至东的处理顺序为硫丹(处理1)、氯虫苯甲酰胺(处理1)、棉铃虫NPV(处理1)、Bt.(处理1)、短稳杆菌(处理1)、氟铃脲茚虫威(处理1)、硫丹(处理2)、氯虫苯甲酰胺(处理2)、棉铃虫NPV(处理2)、Bt.(处理2)、短稳杆菌(处理2)、氟铃脲茚虫威(处理2)、硫丹(处理3)、氯虫苯甲酰胺(处理3)、棉铃虫NPV(处理3)、Bt.(处理3)、短稳杆菌(处理3)、氟铃脲茚虫威(处理3)。农机施药时采取S型作业方式，一次性将对应小区处理打够3次重复，田间地头使用号码牌标记处理组，防止施药错误。

第三大区三代棉铃虫进行农药替代第二次筛选，于8月6日三代棉铃虫孵化盛期进行喷洒处理。施药方式和调查点设置同第二大区，增设各组替代药剂的剂量比较，每处理3次重复，面积共计1 hm2。从西至东的处理顺序为：清水对照、硫丹对照(常规剂量)、印楝素(高剂量)、甲维·虱螨脲(高剂量)、阿维·氯虫苯甲酰胺(高剂量)、氟苯虫酰胺(高剂量)、甲维盐(高剂量)、印楝素(常规剂量)、甲维·虱螨脲(常规剂量)、阿维·氯虫苯甲酰胺(常规剂量)、氟苯虫酰胺(常规剂量)、甲维盐(常规剂量)、印楝素(低剂量)、甲维·虱螨脲(低剂量)、阿维·氯虫苯甲酰胺(低剂量)、氟苯虫酰胺(低剂量)、甲基阿维菌素苯甲酸盐(低剂量)。

针对二代棉铃虫的处理，于6月29日进行背景调查，30日设置各组处理及对照(除信息素外)，之后分别于7月1日、3日、7日、15日进行4次调查。针对三代棉铃虫的处理于8月6日进行背景调查，之后分别于7日、9日、13日进行3次调查。于9月18～20日进行理论测产。

表1 小区试验所用替代方法信息Table 1 Information for treatment approaches in the field plot test

注：*对于化学/生物农药替代技术，试验时采用机动喷雾机施药，喷水量50 L/667m2，先对水稀释后再喷施，采用三层立体喷雾头，喷雾压力不低于2 kg/cm2

1.2.2 取样

每块样地每个重复单独定点定株取样，定株方法为取小区中央5行棉株，做对角线标记，每个小区设5个调查点，每点顺行调查20株棉株，每小区共计调查100株。第二代试验每次调查共计33个小区，调查棉花总数3 300株。第三代试验定点方法相同，包括17个处理，每处理3个重复，共计51个小区，因工作量加大，故每点定株15株，增设兼治害虫调查，以保证每次调查可以完成所有小区。具体定株方法为在每行前、中、后各取1株做标记持续调查，每行定3株，每小区共5行15株，每次调查共计765株。

对于食诱及性诱处理小区，固定15个调查点，每次调查记录诱捕器或田间诱捕带诱捕(诱杀)到的棉铃虫成虫数量。自防田中，每次调查所有5个诱捕器的诱捕数量作为背景参考。

1.2.3 调查指标

各小区每次调查棉花生育期(果枝数、现蕾数、开花数及成铃数)、棉铃虫幼虫量及龄期、优势天敌种类及种群量；诱捕小区每次调查时，记录棉铃虫成虫诱捕量，食诱区分别调查雌和雄成虫；三代棉铃虫处理增加调查兼治害虫蚜虫，记录每株上中下3片叶片上蚜虫数量并记录。理论测产时，每小区调查点所在位置选取6.67 m2样方，记录棉花植株密度和成铃数量，折算每667m2植株密度及收获铃数。

1.3 数据处理

数据录入后经初步处理，3次重复数据取平均值，各处理/剂量之间以ANOVA比较均值，用Tukey多重比较进行两两比较，或Dunnett以硫丹对照组为参考进行多重比较，以*或不同小写字母标记处理组与对照硫丹的显著性差异。理论测产使用新陆早61号品种衣分(40%)及矫正系数(0.9)进行产量计算，公式为:

皮棉产量(kg)=(收获铃数/667m2×5 g×40%×0.9)÷1 000。

处理7 d后的害虫减退率以(CK - X)/(X + CK)公式计算得出，益虫的7 d变化率以(X - CK)/(X + CK)公式计算得出，数据进一步用于在各处理间比较，棉花生长发育的处理后15 d/7 d变化数据则直接以差值进行统计检验。

经标准化比较后的各组数据，加入经济效益(包括单位面积支出、人力成本、收成等数据)、社会效益(方法简易度等数据)及生态效益(对照农药毒性类别、益虫保持率等)，以各个替代方法处理做矢量计算，通过两两回归方法取得回归矩阵，分别与硫丹作对比，筛选出积极(防效、成本等)和消极(毒性、生态效益等)方面与硫丹最为接近(或远离)的替代方法，积极性方法筛选进一步以最小邻接法进行聚类验证回归矩阵的可靠性。最后将两方面筛选所得权重加和，以遴选出最佳替代硫丹的田间防治方法。

统计及作图使用Excel 2016(Microsoft Corporation, USA)及Prism 5.01(GraphPad Software Inc., San Diego, CA, USA)软件进行；回归矩阵和聚类使用STATGRAPHICS Centurion 17.2.00(Statpoint Tech. Inc., USA)软件进行；制图和排版使用Adobe Illustrator CC(Microsoft Corporation, USA)进行。

2 结果与分析

2.1 虫情监测

根据信息素诱捕情况，试验期间棉铃虫虫口量较低，除处理后第1 d 7月1日具有较高诱蛾数外，其余3次调查均未达化防指标。7月4日调查，自防田较信息素小区诱蛾数量显著高。图1

2.2 防治效果

由于2018年棉铃虫口密度过低，综合分析了沙湾县往年的药剂试验及大量田间调查结果，最终得到各替代方法对棉铃虫的减退率预测值并进行了比较，最终根据防效预测发现，各化学替代药剂对棉铃虫的防治均与硫丹相当，氟铃·茚虫威及阿维·氯虫苯甲酰胺的防效显著高于硫丹。其余各处理与硫丹相比无显著差异。图2

注：蓝色为信息素小区，灰色为农户自防对照田。小写字母表示各次计数间具有显著性差异(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个小区间具有显著差异(F18= 2.94,P= 0.008 8)，误差线表示+SE

图1 二代棉铃虫试验期间性信息素诱蛾情况
Fig.1 Results ofH.armigerasex pheromone trapping in monitoring of experimental sites and conventional sites

注：星号表示氟铃·茚虫威及阿维·氯虫苯甲酰胺替代方法较硫丹有明显更好的防效(F13,43= 5.33，*:P< 0.05，**:P< 0.01)，误差线表示+SE

图2 各替代方法对棉铃虫的预测减退率比较
Fig.2 Comparison of alternatives in control effects towardsH.armgera

因棉铃虫密度过低，于三代试验中增设兼治害虫蚜虫的密度调查。处理7 d后，各处理中，甲维盐(中)及甲维·虱螨脲(中)处理蚜虫减退率显著低于硫丹。施用低剂量农药对蚜虫的防效普遍好于高剂量。图3

注：星号表示甲维盐(中)及甲维·虱螨脲(中)对蚜虫的减退率显著低于硫丹(F16,34= 2.45，*:P< 0.05)，误差线表示+SE

图3 三代棉铃虫试验中各替代方法对蚜虫减退率比较
Fig.3 Comparison of aphid control effects among tested alternatives and endosulfan in the 3rd generation trials

2.3 生态效益

棉田中益虫种类主要包含草蛉、瓢虫、蜘蛛、蝽、寄生蜂、食蚜蝇等，草蛉为天敌优势种，最多占到益虫总数的81%。二代试验中，处理前瓢虫为第二优势种，占比13%，试验15 d后寄生蜂成为第一优势种，占益虫总数的55%，草蛉位居第二，占比40%。三代试验中，处理前草蛉占比50%，瓢虫占48%，为两大优势种；处理后15 d草蛉占比增加到81%，瓢虫占比下降到18%。瓢虫数量较易受施药的影响，而随着蚜虫数量的增加，寄生蜂的数量会有显著增加。图4

注：A为第二代试验数据，调查中发现天敌包括草蛉、蝽、瓢虫、蜘蛛、寄生蜂和寄生蝇，处理前草蛉和瓢虫最多，处理后15 d寄生蜂最多，其次是草蛉。B为第三代试验数据，处理前草蛉和瓢虫为优势益虫，处理后15 d草蛉占比增加，瓢虫显著减少

图4 大田益虫种类及比例分布
Fig.4 Field survey results on distribution and proportion of beneficial insect species

硫丹处理7 d后益虫数量降低，清水对照小区则有明显升高。各处理组较硫丹相比没有观察到统计显著性，观察到的数据显示，棉铃虫NPV、氟铃·茚虫威和自防田处理对天敌数量的影响较大。而第三代期间的施药均未对益虫数量造成影响，可能是由于田间施药引发次生性蚜虫大量增加，而导致寄生蜂数量增加。图5

注：各组较硫丹小区未见显著差异(F17,39= 0.91,P= 0.56)，误差线表示+SE

图5 处理后7 d大田益虫数量变化
Fig.5 Change in the number of beneficial insects in the field after 7 d of treatment

2.4 经济效益

研究表明,各处理间具有显著差异，信息素、食诱和阿维·氯虫苯甲酰胺(低)小区产量显著低于硫丹，而氟苯虫酰胺(低)及阿维·氯虫苯甲酰胺(高)2个小区理论产量显著高于硫丹。从剂量效应来看，除氟苯虫酰胺以外，其他药剂处理剂量均与棉花单产具有正相关性。皮棉平均收购价格为5.9元/kg，氟苯虫酰胺(低)及阿维·氯虫苯甲酰胺(高)平均每667 m2预测收入分别较硫丹高161.07和157.53元。图6

注：各替代方法排列顺序同图5。A为测产结果在各小区处理间的比较，各组间具有显著差异(第二代：F10,22= 2.7,P= 0.002 4；第三代：F16,34= 4.9,P< 0.000 1)。B为第三代中药剂剂量对产量的影响比较，星号表示对应处理药剂在不同剂量之间具有显著差异(*:P< 0.05，**:P< 0.01，***:P< 0.001)。所有误差线表示+SE

图6 理论测产结果
Fig.6 Comparison of yield measurement results by alternative methods

2.5 最佳替代方法综合比较

研究表明,仅用监测方法(如性诱、食诱等)的田块最终产量较低，需结合其他的替代方法共同实施。同时，多数农药的施用剂量并未显著影响棉花产量，且生物与化学农药间未见显著差异，推荐使用常规剂量或者低剂量的生物农药为主进行田间防治。

研究表明,防效、经济效益及操作简便等方面与硫丹最为可比的分别是棉铃虫NPV、短稳杆菌、信息素、Bt.和氯虫苯甲酰胺(图7A)，聚类方法显示相似的结果，与硫丹在防治效果上最为接近的方法是棉铃虫NPV、Bt.和氯虫苯甲酰胺(图7B)。与硫丹的缺点(高毒及环境因素)回归发现，与硫丹最为不同的几个替代手段分别为信息素、Bt.、氯虫苯甲酰胺和棉铃虫NPV(图7C)，通过回归矩阵加权值的加和得出硫丹得分为15分，而超过20分的替代方法有4个，分别是性信息素诱捕、氯虫苯甲酰胺、棉铃虫NPV和苏云金杆菌Bt.(图7D)，经筛选发现，最差的为螟黄赤眼蜂，其加权得分仅有10分，赤眼蜂这一生防产品并不适合在新疆棉田进行推广。与硫丹加权值相当的产品有3个，分别是短稳杆菌、氟苯虫酰胺和甲维·虱螨脲。图7

注：A显示以防效、成本、产量及操作简便等为参数计算的回归矩阵，发现在优势方面与硫丹最为接近的为棉铃虫NPV、短稳杆菌、信息素、Bt.和氯虫苯甲酰胺。B用相同参数以邻接法进行聚类，显示与硫丹优势最为接近的方法有NPV、Bt.和氯虫苯甲酰胺。C显示以毒性和生态效应等因素计算的回归矩阵，发现与硫丹的劣势最为不同的替代方法为信息素、Bt.、氯虫苯甲酰胺和棉铃虫NPV。D显示各替代方法的最终加权值比较，其中硫丹为15分，超过20分的方法为通过此法遴选出的最佳替代方法，分别为性信息素诱捕、氯虫苯甲酰胺、棉铃虫NPV和苏云金杆菌Bt.。对所有字体颜色，红色为硫丹，橙色为化学替代，蓝色为生物农药替代，绿色为绿色防控替代

图7 硫丹替代方法综合比较
Fig.7 Comprehensive comparison of alternatives to endosulfan

3 讨 论

可替代硫丹的技术方法需要低毒高效，成本低廉，便于推广。通过田间小区实验与调查，比选了14种潜在替代方法。处理后调查结果显示，第二代大田较第三代大田具更高的田间益虫种群多样性，表明生物药剂如苏云金杆菌Bt.、短稳杆菌等具有更好的环境效益，利于田间益虫种群的保持，由此可见减少化学农药施用本身便具备能够保持田间生态多样性的正面效果[20]。第三代对兼治害虫调查发现，含甲维盐类农药可能引起次生性蚜虫的种群增加，表明过量施用化学药剂有可能破坏田间生态平衡，从而减少益虫数量，导致次生性害虫的发生。实验中采用的信息素诱捕技术能够特异高效地监测棉铃虫种群变化，具有推广价值，但测产结果显示，仅用监测方法如性诱、食诱等的田块最终产量较硫丹对照田低，因此如需替代硫丹技术，监测方法应结合其他的替代方法共同实施。同时，多数农药的施用剂量并未显著影响棉花产量，且生物与化学农药间未见差异。

通过PCA及聚类分析发现，性信息素诱捕、氯虫苯甲酰胺、棉铃虫NPV和苏云金杆菌4种技术权重累加超20分，较总分15的硫丹而言综合表现最佳，为可替代硫丹的优选方案。同时，短稳杆菌、氟苯虫酰胺和甲维·虱螨脲3种技术权重累加值在15～17分，其综合表现与硫丹相当，具备推广价值。生物防治技术权重累加仅为10分，说明该技术综合表现较硫丹仍有差距，尚不适宜在新疆棉区进行大面积推广。同时，根据新疆棉区农时需要，考虑到害虫抗性产生等实际问题，此7种方法应注意适量及搭配使用，以达最佳防治效果和经济效益。

4 结 论

研究在新疆棉区以大田实验和调查方法，比选了包含性诱剂、食诱剂、螟黄赤眼蜂Trichogrammachilonis、苏云金杆菌、棉铃虫NPV、甘蓝夜蛾NPV、短稳杆菌、氯虫苯甲酰胺、氟铃·茚虫威、甲氨基阿维菌素苯甲酸盐、氟苯虫酰胺、阿维·氯虫苯甲酰胺、甲维·虱螨脲和印楝素在内的14种技术方法，与硫丹对照进行综合比较，用于筛选与评价具备可替代硫丹潜力的最佳技术。最终PCA及聚类分析结果显示，性信息素诱捕、氯虫苯甲酰胺、棉铃虫NPV和苏云金杆菌、短稳杆菌、氟苯虫酰胺和甲维·虱螨脲7种方法在防治效果、生态效益及经济效益方面权重累加超15～20分，其综合表现超过或与硫丹相当，具有在新疆棉区推广的价值。生物防治技术尚不具备单独推广价值，可考虑与生物或化学农药相结合的方式进行实施。

硫丹已于我国境内全面淘汰，对其替代技术的筛选与评价，具备重要的实际生产意义。本研究结果及遴选出的7种技术方法，将为新疆棉区种植工作提供可参考的理论基础及生产指导。