减少杀虫剂使用可以提高作物产量

刘玉玲 杜亚丽 何金明 孙智禹 蒋海宾 徐凯│编译

吉林省养蜂科学研究所，吉林 132108

虽然按期施用杀虫剂可能是控制害虫的有效短期策略，但这种策略可能导致长期问题。如果一种杀虫剂被频繁使用，那么大量的害虫会更快地进化出对这种杀虫剂的抗药性。这就是为什么建议按顺序使用多种产品（轮流使用农药）或通过使用害虫综合管理（IPM）减少农药使用频率。

绝大多数农民使用化学杀虫剂来保护作物免受潜在的破坏性害虫的侵害。对于养蜂人来说，这应该不是一个陌生的概念；大多数养蜂人使用杀螨剂来保护蜜蜂免受瓦螨的侵害。

但是农民使用杀虫剂的方式千差万别。一些农民制定一个时间表，每隔一个月左右施用杀虫剂，以防止虫害问题的发生。当害虫是一个持续的威胁，杀虫剂很便宜时这可能是一个有效的策略。

相反，一些农民使用害虫综合管理（IPM）来决定何时使用杀虫剂。lPM 的一个基本原则是监测虫害，只有当害虫数量或这些害虫造成的损害达到预定的经济阈值时才使用杀虫剂。这样，杀虫剂只在必要时使用。这既减少了不必要的农药投入，节省了资金，也减少了对环境的破坏。继续进行瓦螨的类比，如果您监测蜂群中的瓦螨水平，并且仅在水平高于预定阈值时使用杀螨剂进行处理，这就是在练习使用害虫综合管理（IPM）。

当作物依靠昆虫授粉时，IPM 的另一个潜在的重要经济效益也存在。通过使用少量的杀虫剂，昆虫传粉者受到伤害的可能性减小，这可以转化为更好的授粉效果，提高作物产量，为农民带来更大的经济回报。

研究人员利用三年时间分别在西瓜和玉米试验田进行研究。一块西瓜田和一块玉米田采用了大多数农民目前使用的农药常规管理方法。而另一组西瓜和玉米地块则采用害虫综合治理（IPM）管理，只有当害虫数量超过预定的经济阈值时，才在lPM 地块上使用农药。

这在理论上听起来不错，但现实世界中是否有证据表明，实施IPM 和使用更少的杀虫剂可以提高依赖昆虫授粉的作物产量？如果是这样，产量增加是因为蜜蜂传粉者数量增加吗？那么不依赖传粉者的作物呢？农民是否可以通过采取IPM 方法来提高他们的底线，或者他们是否会经常超过经济阈值，从而对产量产生影响？通过实验，研究人员得出结论，IPM 减少了95%的杀虫剂使用，同时通过对野生传粉者保护来保持或提高作物产量，该结论由Jacob Pecenka 和同事撰写并发表在2021《美国国家科学院院刊》上。

在他们的研究中，Pecenka 和同事们专注于一种依赖授粉的作物（西瓜）和一种不需要昆虫授粉的作物（玉米），他们希望研究能模拟农民在田间的体验。因此，他们在印第安纳州的五个地点建立了大规模的西瓜和玉米地块。这些地点沿纬度梯度分布，彼此之间至少相隔100km，确保了气候条件、土壤类型和当地害虫压力的多样性。

在每个地点，一个西瓜和一个玉米地块采用常规管理（CM），另一个地块采用综合病虫害管理（IPM）。在实验之前进行农民调查，CM 地块的管理方式与目前大多数农民管理农田的方式相同。对于西瓜，这包括在移植后4、6、8 和10 周喷洒新烟碱类杀虫剂吡虫啉（Wrangler 浓度为814.09 mL/ha）和4 次喷洒拟除虫菊酯杀虫剂lambda-cyhalothrin（Warrior II 浓度为140.3 mL/ha）。对于玉米，种子用新烟碱类噻虫嗪处理（Cruiser 5FS，每粒种子1.25 mg a.i.）。相反，IPM 西瓜和玉米地块只在害虫达到预定经济阈值时才使用杀虫剂，但这种情况很少发生。

所有样地都分别添加了一群蜜蜂和熊蜂，并在西瓜开花期间每周记录蜜蜂对花的访问情况。在西瓜实验地块，对植物进行为期10 周的害虫调查，直到收获。在此期间，每个地块成熟的果实都被计数、称重，并根据美国农业部的分级标准检查其市场适用性。在玉米地块上，对早季和晚季作物的损害进行评估，并通过对地块进行二次抽样来确定产量。最后，使用液相色谱和质谱（HPLC-MS/MS）对土壤、作物叶片和花粉中的农药残留量进行测定。

IPM 西瓜或玉米田是否需要使用杀虫剂？结果发现，三年中，IPM 和CM 西瓜地块的害虫压力都更大。然而，每株5 只条纹黄瓜甲虫的经济阈值仅在IPM 样地观察到4 次。因此，在IPM 地块仅使用四次喷洒杀虫剂的情况下，CM 地块同期使用了77次。换句话说，与CM 样地相比，IPM 样地的杀虫剂使用量减少了95%。

在研究的前三年，玉米实际上没有受到害虫的威胁，只有<1%的样本植物显示出遭受西部玉米根虫（该地区的主要害虫）。在研究的第四年，也就是最后一年，损害更为普遍，33%的IPM 玉米根显示出虫害。然而，这些损害水平仍然低于经济阈值，因此在整个4 年的研究中，在IPM 玉米地块上没有使用杀虫剂。

通过IPM 减少杀虫剂用量是如何影响蜜蜂访问和作物产量的？在IPM 与CM 地块中，蜜蜂访问西瓜花的数量增加了99%，而过渡访问次数（即蜜蜂从雄花访问雌花的次数）在IPM 组和CM 组中增加了305%。有趣的是，蜜蜂数量的增加几乎完全是由野生蜜蜂驱动的，尤其是汗蜂（Halictidae）。蜜蜂和熊蜂的丰度在IPM 和CM 样地之间没有差异。

实验发现，在IPM 组和CM 组中，蜜蜂对西瓜的访问次数增加了99%。这种依赖授粉作物的产量在IPM 地块比CM 地块高出26%并不令人惊讶。

IPM 地块产量的提高主要归因于果实数量的增加，尽管也存在果实重量增加的趋势。有更多的IPM 西瓜具有果皮损伤和昆虫取食损伤，但损失量<5%，在产量评价中予以考虑。

因为玉米是风媒传粉的，它不会从蜜蜂的拜访中受益。研究结果表明，玉米也不会从杀虫剂种子处理中受益。IPM 田（平均=10,602 kg/ha）与CM 田（平均=9,471 kg/ha）之间的玉米产量没有统计学差异，在整个四年的研究中都是如此。

这是否意味着大多数农民实际上都在因为使用比他们需要使用的更多的杀虫剂而亏损？这是一个很重要的结果。在西瓜中，CM 地块每年施用杀虫剂的平均成本为94.33 美元/公顷，而IPM 地块少量施用杀虫剂的成本为3.35 美元/公顷/年。在为期4年的研究中，CM 方法从未收回杀虫剂的成本；相反，数据显示，从CM 转向IPM 的西瓜农民每公顷将增加90 美元的利润。

在玉米方面，经济结果也类似。在本研究中，使用新烟碱种子处理的成本为每公顷57.79 美元。这一成本从未在任何一个地点或研究期间的任何一年被收回。换句话说，数据表明，种植玉米农民总是会通过放弃新烟碱种子处理来增加利润。这一结果与最近几项关于该主题的大规模研究和荟萃分析一致。尽管美国80%～100%的玉米种子都使用了新烟碱类杀虫剂，但这些杀虫剂的使用，可能会导致农民的经济损失。

Pecenka 及其同事的研究很好地表明，经济学可以鼓励在农药使用方面采取更可持续的农业做法。使用化学杀虫剂总是会导致环境污染，有可能伤害非目标生物。事实上，CM 比IPM 土壤和作物花粉中发现的农药含量高100 倍，严重时达到可以杀死蜜蜂的水平。这很可能就是为什么很少有在地面筑巢的野生蜜蜂。

实验发现，在采用IPM 后，本研究的第一年，蜜蜂数量迅速增加。这意味着如果农民减少农药投入，他们可以提高作物产量。这对虫媒作物尤其重要，目前许多昆虫传粉作物受到传粉者的限制，这对玉米等风媒传粉作物也可能很重要。尽管没有测量它们，但可以笃定，在IPM 地块中，还有其他昆虫，如捕食者、拟寄生性昆虫和土壤中生长的营养循环昆虫，所有这些生物都可以减少作物害虫的数量和提高产量。