栽培模式与施氮量对棉田节肢动物群落结构及稳定性的影响

姜义平，肖留斌，赵 静，谭永安, 邱 晨

(江苏省农业科学院植物保护研究所，南京 210014)

0 引 言

【研究意义】随着棉花品种和栽培措施不断更新和变化，棉田昆虫群落也随之发生演替。昆虫群落的演替，对于棉田害虫防治有着重要指导作用。前人对棉田昆虫群落调查研究主要集中在单一栽培措施或施肥量对棉田主要害虫或天敌的影响[1-2]，但不同栽培措施和施氮量双因素对棉田主要害虫、天敌以及整体动物群落结构与稳定性的比较研究较少。开展不同栽培措施及施氮量双因子研究，对于棉田害虫防治提供科学的理论依据具有重要指导意义。【前人研究进展】棉花是我国重要的经济作物，在我国农业中具有重要的地位[3]。我国棉花主要有3大主产区，包括黄河下游、长江中下游和新疆棉区，其中新疆棉区面积最大，约占总面积的50%以上[4]。据国家统计局统计，2019年中国棉花种植面积为333.92×104hm2(5 008.8万亩)，年产量588.9×104t。2010至2019年棉花总体种植面积呈下降趋势，但产量总体呈现上升趋势，与面积呈现反向走势，这主要与种植模式和棉花品种的改变有关。近几年，劳动力的稀缺，植棉成本的增加，精耕细作种植模式已无法满足生产发展需求[5]。而棉花直播栽培技术可以有效减少人工成本，同时可以与前茬小麦、油菜等其它经济作物有效衔接，提高复种指数，增加土地年度综合效益。并且直播棉多为短季棉，吐絮期集中，有利于机械化采收，减少用工成本[6-7]。氮元素是作物体内重要有机化合物的主要组成成分。适量的氮肥能够提高作物产量与质量。研究发现，棉花株高、单株结铃数，纤维长度等指标均与植株含氮量有关，且在一定范围内各指标与氮含量成正比，但过量的氮肥，会降低棉花产量[8-14]。近几年氮肥不合理使用引发土壤盐泽化、水污染和温室气体排放等问题[15-16]。化学肥料减量将有利于减轻土壤及环境的污染。直播和移栽是棉花2种主要栽培方式。其中直播可有效减少劳动力成本，但难以确保出芽率。而移栽保证了出芽率，又增加了劳动力成本。有研究发现棉田昆虫的发生与栽培方式相关联。其中直播棉田有利于棉铃虫、棉蚜和棉叶蝉等害虫的发生，棉叶螨、棉蓟马和绿盲蝽多发生于育苗移栽棉田。而龟纹瓢虫、草间小黑蛛等天敌在直播棉田发生量较多，草蛉和小花蝽多发生在育苗移栽棉田[1]。氮肥作为棉田补充养分，一定量的氮肥可以提高棉植株长势，提高棉花产量。棉田害虫与施氮量存在一定的联系。研究发现随着施氮量的增加棉铃虫落卵量，伏蚜种群随之增加，棉苗蚜、棉叶螨种群数量减少[2,17]。【本研究切入点】不同栽培模式和施肥水平可能影响棉花的长势进而影响田间害虫的发生与为害。前期已有研究证明栽培方式或施氮量对棉田害虫及天敌的影响，然而将两者结合探索尚未有报道。研究栽培模式与施氮量对棉田节肢动物群落结构及稳定性影响。【拟解决的关键问题】以早熟常规棉中棉所50号棉花品种为研究对象，定期调查记录棉株上所有节肢动物种类和数量，统计分析各棉田节肢动物群落结构及稳定性，为棉田害虫防治提供科学理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试棉花品种中棉所50号由中国农科院棉花研究所提供。试验场所分别位于江苏省农业科学院植物保护研究所试验田(南京试验地)(N32°02′15.33″，E118°52′9.43″)和盐城大丰稻麦原种场(大丰试验地)(N33°24′12.84"，E120°35′28.42″)。

1.2 方 法

分别设置直播和移栽、施氮量(纯氮量) 为0和10 kg/667m24种方式，共4个处理(直N0、直N10、移N0、移N10)，2块试验场地(南京试验地和大丰试验地)，直播和移栽种植密度分别是6 000和4 000株/667m2，每个处理3个重复，共24个小区，每个小区10 m×9 m，采取随机区组设计，试验期间棉田按照常规栽培管理且不喷施杀虫剂等农药。

直播棉田从棉花出现第3片真叶开始，移栽棉田从移栽后第3 d开始，每7 d左右调查1次，调查采用5点取样法，每小区调查5株。调查时目测整株植物所有器官，记录棉株上所有节肢动物的种类和数量。记录数量均换算成百株虫量进行统计处理。

1.3 数据处理

各种群落参数计算采用Excel和DPSv8.01数据处理系统进行统计分析，采用LSD(Least-Significant Difference )方法检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1 棉田物种组成和种群数量

研究表明，不同处理棉田各类物种种类在数值上相近且无显著性差异，但不同群落个体数量上存在较大差异。各处理棉田天敌亚群落个体数和益害比趋势相近，移栽棉田高于直播，增施氮肥棉田略高于无氮肥棉田，其中移N10显著高于直播棉田(P< 0.05)。害虫亚群落和节肢动物群落只有南京试验棉田存在显著差异(P< 0.05)，移N10棉田均显著高于直N0棉田。大丰各处理棉田害虫亚群落和节肢动物群落个体数量间虽无显著差异，直播棉田发生量高于移栽棉田，不施氮肥棉田高于增施氮肥棉田。两地发生趋势存在不同，可能是土质和种植环境的差异。表1

表1 棉田节肢动物种数和个体数组成Table 1 The number of arthropod species and individual numbers in different cotton fields

2.2 棉田中动物群落相对多度

研究表明，棉田中害虫以棉蚜、烟粉虱、 棉叶蝉、绿盲蝽、花蓟马、棉大卷叶螟 等为主，其中虫量较多的是棉蚜、烟粉虱、绿盲蝽和花蓟马等刺吸式害虫，相对多度Pi值均大于0.97，极少数是咀嚼式口器害虫。棉蚜和烟粉虱在大丰试验地各处理棉田间趋势相近，均是直播和不施氮肥棉田相对多度较高，而南京试验地各处理棉田则是移栽和增施氮肥棉田棉蚜和烟粉虱相对多度较高。绿盲蝽在大丰移N10棉田相对多度最高，南京试验地移N0棉田绿盲蝽相对多度最高。花蓟马在大丰试验地移N0棉田相对多度最高，南京试验地则是移N10棉田相对多度最高。绿盲蝽在各处理棉田间均存在显著差异(P<0.05)，均是移栽显著高于直播棉田。其中大丰试验地棉田移N10比直N10棉田相对多度增加了2.24倍，南京试验点移N0棉田比直N10棉田相对多度增加了1.95倍。蚜虫在大丰试验地各处理棉田间存在显著差异(P<0.05)，直N10棉田中棉蚜相对多度显著高于移N10棉田，增加了4.33倍。蓟马在南京试验地各处理棉田间存在显著差异(P<0.05)，直N0棉田中蓟马相对多度值显著高于移N0棉田，增加了71.09%。刺吸式害虫和咀嚼式害虫之间均无显著性差异。表2

表2 棉田主要害虫占害虫亚群落的相对多度Table 2 The relative abundance of the main pests to the pest sub-population in different cotton fields

表3 棉田主要天敌占天敌亚群落的相对多度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、瓢虫和草蛉是棉田主要天敌，其中移栽和增施氮肥棉田个体数量上较高，但相对多度存在差异。蜘蛛类在各处理棉田间存在显著差异(P<0.05)，直N0棉田相对多度最大，均在0.50以上。瓢虫在各处理棉田间无显著差异，但大丰试验地移N10棉田中瓢虫相对多度值最大，而南京试验地直N0棉田中瓢虫相对多度值最大。草蛉在移N10棉田相对多度值最大，其中草蛉相对多度在南京试验地棉田间存在显著差异(P<0.05)，移N10棉田比直N0棉田相对多度增加了84.08%。表3

2.3 棉田动物群落参数

研究表明，害虫亚群落和天敌亚群落部分处理棉田存在显著差异(P<0.05)，节肢动物群落则无显著性影响。害虫亚群落多样性指数和均匀度指数均是南京试验地移N0棉田显著高于直N0棉田，其中多样性指数增加了18.62%和均匀度指数增加了23.31%。优势集中性指数则相反，移N0棉田显著低于直N0棉田，减少了40.42%。天敌亚群落多样性指数和均匀度指数均是大丰试验地移N10显著高于直N0棉田，其中多样性指数增加了48.16%和均匀度指数增加了58.94%。优势集中性指数则相反，移N10显著低于直N0棉田，减少了32.69%。表4

表4 棉田节肢动物群落参数Table 4 The parameters of arthropod community in different cotton fields

2.4 棉田动物群落相似性

研究表明，各处理组棉田中害虫亚群落的相似性为0.708 3～ 0.893 2；天敌亚群落的相似性为0.857 1 ～ 1.000 0，节肢动物群落的相似性为0.728 2 ～ 0.903 2。各处理组棉田间各亚群落相似性较高。表5

表5 棉田节肢动物群落相似性Table 5 Similarity of arthropod community in different cotton fields

2.5 棉田主要昆虫类群消长动态

研究表明，除棉叶蝉外，棉蚜，朱砂叶螨、花蓟马、烟粉虱和绿盲蝽 主要发生在8月中下旬和9月。各处理棉田间棉蚜和朱砂叶螨发生量虽无显著差异，棉蚜和朱砂叶螨在直播棉田发生量较多。花蓟马、烟粉虱和绿盲蝽在个别时期存在显著差异(P<0.05)，其中花蓟马和烟粉虱N0棉田发生量高于N10棉田，移栽棉田发生量高于直播棉田。绿盲蝽在移栽棉田发生量较多。棉叶蝉在各棉田中发生量均较少，且无显著差异(P>0.05)。图1

注：DF.代表大丰试验地，NJ.代表南京试验地。1.棉蚜，2.朱砂叶螨，3.花蓟马，4.烟粉虱，5.绿盲蝽，6.棉叶蝉。红色四角星代表大丰试验地各处理间存在显著差异，红色箭头代表南京试验地各处理间存在显著差异，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图1 棉田主要害虫种群消长动态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月上中旬发生量较多，蜘蛛和瓢虫于6月下旬至7月中上旬发生量较多。草蛉和蜘蛛在个别时期存在显著差异(P<0.05)，其中草蛉在增施氮肥棉田发生量较多，蜘蛛在移栽棉田发生量较多。瓢虫于各处理棉田间无显著差异，移栽和增施氮肥棉田更有利于瓢虫的发生。图2

注：1.草蛉，2.蜘蛛，3.瓢虫Note: 1.Chrysopa perla , 2.Araneida, 3.Coccinellidae图2 棉田主要天敌种群消长动态Fig.2 Population dynamics of main natural enemy in different cotton fields

3 讨 论

栽培措施和氮肥是棉花生产过程中提高皮棉产量，提高棉花品质的手段[17-19]。为了降低劳动力成本，增加棉农收入，开始倡导各种农艺措施相结合创造稳定的农田生态系统控制病虫害的发生，促进农业生产提质增效[1-2,6]。

研究了不同栽培方式和施氮量对棉田昆虫个体数量的影响，结果显示，天敌个体数和益害比在各处理组棉田发生趋势一致，均是移栽棉田发生量大于直播棉田，N10棉田发生量略大于N0棉田。害虫亚群落由于地理位置不同发生量存在差异，其中大丰直播和不施氮肥棉田害虫发生量重，南京移栽和增施氮肥棉田害虫发生量重。棉田中移栽和施加氮肥有利于天敌数量的发生。相对于直播棉田，移栽棉田天敌对害虫的抑制效果更强。大丰和南京试验地害虫发生趋势不完全一致，可能与土壤条件和周边的作物布局有关。

相对多度是衡量某一昆虫在群落中虫量占比。栽培方式和施氮量的不同，改变棉花长势、营养成分或者次生代谢物质，进而改变田间昆虫群落[20-22]。研究表明，棉田中以刺吸式害虫为主，相对多度均大于0.97。其中花蓟马、烟粉虱、 棉蚜和绿盲蝽是棉田中的主要害虫。蜘蛛、瓢虫和草蛉是棉田主要天敌。栽培方式和施氮量并不影响棉田主要害虫和天敌的结构。试验调查的主要害虫与天敌结构与雒珺瑜(2013)[1]调查结果相似，但为害发生程度稍有差异，猜测可能是棉花品种、年份和处理方式等不同进而影响昆虫。

多样性、均匀度和优势集中性指数是评定昆虫群落稳定性的3个主要参数。多样性、均匀度指数越高，优势集中性指数越低，群落稳定性越高。群落相似性是指不同群落结构特征的相似程度。通过对以上指标的归纳总结，结果显示，害虫亚群落各参数在南京试验棉田间存在显著差异，其中多样性和均匀度指数均是移N0显著高于直N0棉田，优势集中性指数则是移N0显著低于直N0棉田。天敌亚群落各参数在大丰棉田间存在显著差异，移N10显著高于直N0棉田，优势集中性指数则是移N10显著低于直N0棉田。群落相似性显示所有处理组均在0.7以上。由此可以推断出，各亚群群落在棉田相似性较高。南京移栽和不施氮肥棉田害虫亚群落稳定性最高，大丰移栽和增施氮肥棉田天敌亚群落稳定性最高。害虫和天敌在部分棉田的群落稳定参数无显著差异。

对不同处理方式棉田中主要昆虫群落进行了消长动态分析，有利于田间不同时期对症防治。调查结果显示，8月中下旬和9月是棉田害虫棉蚜、朱砂叶螨、花蓟马、烟粉虱和绿盲蝽高发期，其中棉蚜、朱砂叶螨在直播棉田发生量相对较大，花蓟马和烟粉虱在移栽和不施氮肥棉田发生量相对较多，绿盲蝽在移栽棉田发生量大。棉田主要天敌草蛉在8月下旬至9月上中旬发生量相对较多，且在增施氮肥棉田发生量较多。蜘蛛和瓢虫于6月下旬至7月中上旬发生量相对较多，其中蜘蛛在移栽棉田发生量较大，瓢虫在移栽和增施氮肥棉田发生量较大。在自然条件下，不同栽培方式和施氮量处理棉田中，主要害虫和天敌发生规律各有不同。

研究主要对不同栽培方式和施氮量进行了一个棉花生育期时间的调查，发现棉田昆虫发生规律随着栽培方式和施氮量产生差异。棉花品种和土质对棉田昆虫发生有一定的影响。试验研究时间较短，不同栽培方式和施氮量长时期种植对棉田节肢动物群落的稳定性还尚未完全明确，栽培方式及氮肥用量对转基因棉田节肢动物群落的影响还需要进行长期的跟踪调查。

4 结 论

害虫亚群落在移栽方式且不施氮肥的棉田中群落稳定性最高，而天敌亚群落在移栽且增施氮肥的棉田中稳定性最高。节肢动物群落稳定性在各处理间无显著差异。但棉田昆虫发生规律因栽培措施和施氮量不同而略有差异。害虫亚群落个体数在各棉田中普遍发生较多，而移栽模式和增施氮肥更有利于棉田天敌亚群落的发生。较直播棉田，移栽棉田天敌对害虫的抑制作用更强，益害比更高。