巴基斯坦棉花主要害虫及其综合治理

阿比德·阿里, 王 巧, 杨 龙, 臧红岩, 吕昭智

(1.费萨拉巴德农业大学昆虫学系, 巴基斯坦旁遮普省费萨拉巴德 38040；2.沈阳师范大学生命科学学院, 沈阳 110000；3.中国农业科学院植物保护研究所,植物病虫害生物学国家重点实验室, 北京 100193；4.兰州大学政治与国际关系学院, 兰州 730000；5.青岛农业大学植物医学学院, 青岛 266109)

棉花是巴基斯坦主要的经济作物,也是出口纺织品中的重要组成部分,是巴基斯坦农业GDP的支柱。在巴基斯坦国徽图案中棉花是主要作物代表之一,显示了棉花产业对巴基斯坦国民经济的重要性。巴基斯坦国土面积7 960万 hm2,有效耕地面积占30%(2 380万 hm2)[1],2022年全国棉花种植面积已达到220万 hm2。棉花生产主要集中在旁遮普省和信德省,这两个省的棉花产量分别占全国棉花总产量的80%和19%,而开伯尔-普赫图赫瓦省和俾路支省的棉花产量仅占总产量的1%。巴基斯坦植棉历史悠久,起初在印度河流域上种植野生亚洲棉Gossypiumarboreum并发展了纺织业[2]；19世纪初,英国东印度公司将陆地棉G.hirsutum种子引入巴基斯坦,自此开始种植陆地棉；自2010年以来,转Bt基因抗虫棉(简称Bt棉)开始在巴基斯坦商业化种植。在常规棉生态系统转变为Bt棉生态系统的过程中,棉田主要害虫种群演替发生了明显变化,棉花害虫综合防治措施也随之发生了变化。本文对其进行总结与分析,旨在为今后巴基斯坦棉花害虫的防控提供指导。

1 常规棉花生态系统

因种植区域和种植模式的不同,巴基斯坦棉花一般在每年的4月至6月期间播种,9月中旬至翌年1月中旬采收[3]。棉花在整个生长过程中会受到多种害虫的为害,主要有棉红铃虫Pectinophoragossypiella、棉铃虫Helicoverpaarmigera、埃及金刚钻Eariasinsulana、翠纹金刚钻E.fabia、Amrascadevastans、烟粉虱Bemisiatabaci、棉蚜Aphisgossypii、柯宁棉红蝽Dysdercuskoenigii、叶螨等[4-5]。相较于陆地棉,亚洲棉受到害虫(如金刚钻、棉红铃虫、烟粉虱等)的为害更严重[6]。由于亚洲棉上害虫防治难度大、产量低和其他相关因素的影响,在巴基斯坦亚洲棉逐步被陆地棉系列品种取代。

1.1 害虫综合治理

早期主要是通过筛选一些抗虫品种来防治棉花害虫,比如培育一种多毛的品种来减轻棉叶蝉的为害[7]。为了提高棉花产量,促进棉花产业的发展,巴基斯坦政府成立了相关的科研院所,积极开展棉花品种选育、害虫防治策略制定以及农业从业人员的培训等工作。巴基斯坦独立后,首先在费萨拉巴德市建立了棉花研究站,开展棉花种质资源调查以提高培育品种的多样性；1948年成立了巴基斯坦中央棉花委员会(Pakistan Central Cotton Committee),以服务于棉花生产。1957年之前,巴基斯坦政府没有为农民提供明确的植物保护方案,后来在美国国际开发署(United States Agency for International Development)项目的支持下,在五年行动计划中评估和比较了各种害虫防治方法,优化并制定了具体的害虫治理策略。植物保护在1969年才被政府正式认定为棉花生产管理中的重要内容之一[8]。广大的棉农也逐渐意识到有效控制害虫发生是提高棉花产量的关键。植物保护服务起初由政府向农户免费提供,直到1966年6月才向农户以每公顷每次0.6卢比的价格收取费用。

20世纪70年代,旁遮普省的木尔坦棉花研究站和费萨拉巴德莱亚普尔植物保护研究所开始为旁遮普省和信德省的棉农提供植物保护服务。科研人员通过调查棉花害虫的发生开发了害虫预测预报模型；明确了巴基斯坦主要棉花害虫的地理分布；确定了棉花主要害虫的经济阈值,制定了棉花害虫防治的系统化方案。对棉农和技术人员进行害虫防治培训并定期为他们提供田间害虫信息[8]。

棉花生长早期主要受烟粉虱、叶蝉和蓟马为害,在棉株基部施用“毒土”(主要由滴滴涕和一些兼容性的农药混合而成)可有效防治早期害虫。每个生长季使用1～2次。蟋蟀、叶螨等害虫也会为害棉花种子和幼苗,因此在使用农药防治棉花苗期害虫的同时,采用农业防治方式,如利用间苗拔除一些有害虫的幼苗,可有效减少田间害虫种群数量。棉红铃虫主要在10月至11月发生,棉花收获后越冬代幼虫残留在棉株以及田间残余茎秆上。采用深耕冬灌能有效杀死越冬代幼虫,用粉碎机处理田间棉花茎秆也能有效地降低棉红铃虫越冬基数。1973年之前,卡拉奇大学已开展了棉田害虫天敌-寄主-害虫关系的研究。此外,也针对棉花植株进行了抗虫因子的测定,对害虫抗性的发展趋势以及棉花害虫杀虫剂的筛选开展了系列探索。在绿色防控技术的使用方面,Hafeez在实验室条件下发现辐射不育能使翠纹金刚钻种群减少93%,但没有关于性诱剂和性信息素的详细研究[8]。

1.2 害虫防控技术推广

棉农根据巴基斯坦中央棉花委员会定期发布的指南进行棉花害虫防治[9]。另外,管理部门也利用无线电广播、电视等平台发布害虫种群动态及其防治的信息。1973年以来,巴基斯坦农业技术推广服务中心一直致力于推广害虫综合防治。为了使农民更好地理解害虫综合防治理念,巴基斯坦联邦农业部向从事害虫综合防治工作的人员分发不同作物害虫防控年历的小册子。

1.3 杀虫剂的使用

化学杀虫剂(如滴滴涕)的使用为棉花等大田作物上害虫的防治带来了巨大变化。第二次世界大战后开始出现多种化学农药,新兴的杀虫剂见效快、价格便宜,全球范围内将使用杀虫剂作为防治害虫的主要措施,尽管其对非靶标生物(如天敌、人类)的影响尚不明确[10]。因有机氯农药在环境中高残留,巴基斯坦在20世纪70年代中期用有机磷杀虫剂马拉硫磷取代了滴滴涕和六六六。化学农药在随后的棉花害虫防治中得到了广泛应用,1983年以前旁遮普省5%～10%的棉花种植区域使用了杀虫剂,而在1997年增加到了100%[11-13]。早期棉农基于田间目测确定喷施杀虫剂的时间,没有将害虫的经济阈值作为化学防治的依据。农业技术推广服务部门并不能有效地为棉农提供科学指导,棉农很大程度上依赖经销商的推荐来选择农药种类和使用技术。通常情况下,棉农在8月中旬开始使用杀虫剂防治刺吸式害虫,后期还会使用2～3次农药来控制棉铃上的害虫[14]。巴基斯坦政府为了促进农药的使用一直向农民发放农药补贴,1969年12月之前政府向农药受益人提供75%的补贴,在1971年3月降至50%,一直持续到1973年4月。后来由于巴基斯坦卢比贬值,以及私营企业进入农药市场,农药的销售和使用得到了快速发展,政府逐渐终止了农药补贴计划[15]。20世纪90年代开始,棉农使用大量的农药来防治棉铃上的烟粉虱等害虫,致使农药在棉花上的使用量迅速增加,到2020年农药用量较1990年增加了11倍(图1)。

图1 巴基斯坦农药使用量

1.4 施药方式与设备

1951年以前,害虫防控主要由省级农业部门负责,主要以地面施药的方式进行。1951年发生蝗灾后,卡拉奇植保部门开始组织使用飞机从空中喷洒农药。飞机上装备了标准喷嘴或自动旋转装置,以50～100 μm的雾滴喷洒杀虫剂。虽然使用化学农药防治害虫已被农民接受,但缺少成本合理的喷雾设备,以至于农药颗粒剂在20世纪60年代后期作为最主要的剂型被广泛使用。

20世纪50年代的蝗灾期间,一些地区开始通过飞机在棉田喷洒氯代烃类杀虫剂,这是巴基斯坦首次将杀虫剂应用于棉花害虫防控[16-17]。随后背负式喷雾器的普及方便了农药在棉田的应用,但农药的大量使用降低了天敌的密度,导致一些害虫的暴发或者为害更加严重。受田间树木的影响,飞机作业高度较高,喷洒农药的效果相对较差,同时易引起农药在环境中高残留及其污染问题。所以农民大多更倾向于使用手动背负式喷雾器喷洒化学农药。棉花生长阶段多为高温天气,如果棉农不了解农药的毒性以及正确的使用方法(包括喷雾器以及个人防护设备的正确使用),农民的身体健康极易受到危害[18-20]。手柄背负式喷雾器(配备喷杆和空心锥形喷头)的喷雾量取决于作物的高度,一般为200～5 000 L/hm2[21]。20世纪80年代初,巴基斯坦开始推广使用旋转式圆盘超低容量喷雾器,田间试验发现其最低喷施量可以降到2.5 L/hm2。相比于背负式喷雾器,超低容量喷雾器每天可完成的施药面积更大,花费更少[21]。另外,在用常规杀虫剂防治棉花上棉铃虫幼虫的试验中发现,旋转式圆盘超低容量喷雾器的施药效率明显高于传统背负式喷雾器[22]。在大型农场,往往使用机载喷雾器或喷杆式喷雾机,其用药量为300～500 L/hm2。Bt棉商业化种植后,这些机载喷雾器依旧在使用。

1.5 农药管理

1951年,巴基斯坦为防治蝗虫引入了化学杀虫剂,并于1952年开始用飞机对包括棉花在内的主要作物喷洒农药。据报道,1954年巴基斯坦首次进口了254 t合成农药,开启了农药贸易[23]。直至1973年,巴基斯坦只有六六六和滴滴涕是本国生产,其余农药均依赖进口。为了规范农药的注册、进口、生产以及销售时的包装和标签的使用等,政府在1971年和1973年分别颁布了《农药条例》和《农业农药规章》。同时,1971年在卡拉奇植物保护部门和费萨拉巴德阿尤布农业研究所的昆虫研究中心建立了负责筛选进口农药的实验室。1980年之前,农药进口主要由巴基斯坦政府管辖,政府按照补贴价格通过农业部或者私营企业向农民分发农药。1980年以后,私营企业被允许进口和销售农药,极大地促进了农药的运销和使用,为巴基斯坦本土农药贸易的发展奠定了基础[24]。

2 转基因棉花生态系统

转基因棉花是巴基斯坦已规模化、商业化种植的作物。2000年,未经生物安全批准Bt棉就已进入了巴基斯坦棉种市场[25-26]。在获得商业许可之前,Bt棉种子主要来源于当地市场、种业公司以及国内农户自留种[27]。2002年,巴基斯坦首次批准了当地杂交品种‘FH-901’‘CIM-443’和‘CIM-448’的商业化种植；2006年批准了品种‘NIBGE-2’,2009年批准了品种‘CEMB-2’(杂交)种植；2010年和2014年国家生物安全委员会分别正式许可了一批已经在巴基斯坦种植的Bt棉品种。此后,巴基斯坦棉花品种以‘MON531’品系为主,新兴更有效的品种(如‘Bollgard II’)尚未在巴基斯坦商业化种植[28]。2019年在巴基斯坦费萨拉巴德农业大学召开了全国棉花生产从业者会议,讨论推荐种植多基因抗虫棉花品种,2022年农民普遍种植了转多基因棉花品种,特别是在维哈里和木尔坦棉花种植区。转多基因(cry1Ac,cry2Ab和GTG)抗虫棉花品种‘CKC3’由巴基斯坦旁遮普大学微生物卓越中心生产,能够抗草甘膦和棉红铃虫。常规棉田杀虫剂用量大、棉铃虫为害率高、棉花产量低,外加较高的劳动力成本,巴基斯坦农民更倾向种植Bt棉[29]。2017年的统计显示,Bt棉在巴基斯坦的种植面积为300万hm2,其产量占全国棉花总产量的96%[28]。

2.1 害虫综合治理

使用杀虫剂是控制棉花害虫的主要方法,但目前已通过多种措施来减少在转基因作物上使用农药,如推迟第一次用药时间以促进天敌种群的建立,使用选择性杀虫剂,提高种子的质量以及其他农业防治措施,或者采用迷向干扰交配技术。受棉花品种与播种面积的影响,Bt棉的播种会持续到6月底。早播品种在8月份开始采摘,每年的10月和11月收割棉花秸秆[30]。Bt棉的商业化种植减轻了很多种鳞翅目害虫(如棉红铃虫、鼎点金刚钻Eariascupreoviridis和棉铃虫等)的为害,但导致非靶标刺吸式害虫及其天敌种群密度的增加[31-32]。根据最新数据,柯宁棉红蝽、棉籽长蝽Oxycarenushyalinipennis和棉红铃虫、斜纹夜蛾是目前棉花上的主要害虫,但在棉花生产技术指导中尚未明确柯宁棉红蝽和棉籽长蝽的经济阈值(表 1)。因此,在未来Bt棉生态系统的害虫综合治理中,需要更新害虫的经济阈值并加强生物防治[33]。生物防治在害虫综合治理中的效率仍需进一步研究确认,但无论如何广谱性捕食性天敌如蜘蛛在减少棉田害虫方面发挥了重要的作用[34-36]。目前旁遮普省的不同地区共建立了11个生物防治实验室,用于大规模饲养有益生物草蛉和赤眼蜂。

表1 Bt棉生态系统中棉花害虫的经济阈值

2.2 害虫防控技术推广

基于历史经验和田间应用研究试验,农业推广部门每年会更新并发布来年棉花生产的详细技术和计划,并通过农业技术人员和公司进行宣传以指导农民。与其他作物(如水稻、玉米、甘蔗等)相比,巴基斯坦拥有成熟的棉花市场链,棉花的价格也相对较高[37]。由于棉花产量(图 2)和种植面积的持续下降,政府举办了多次由政府部门组织和参与的网络研讨会,采取一系列重要措施来恢复农民对植棉的信心。当前,政府的棉花咨询委员会每两周召开1次会议,与棉花生产从业者讨论未来15 d的棉花生产和管理的策略和技术方案。然后,相关指导性的意见通过电子或印刷媒体分发给农民。相比过去十年,现在巴基斯坦的农业推广服务和虫害预警部门通过举办农民会议、提供示范、发放小册子和书籍等系列措施,在咨询建议服务方面取得了非常有效的成绩。

图2 1960年-2022年巴基斯坦棉花产量

2.3 杀虫剂的使用

在巴基斯坦棉农认为杀虫剂是控制棉花害虫最有效的方法,杀虫剂的进口量也逐年增加。过去十年间,已登记的杀虫剂从108种[38-39]增加到196种[17]。目前,巴基斯坦90%以上的农药是从中国进口,其中约90%是以原药的形式进口再加工,另外10%以成品的形式直接进口。最近,巴基斯坦政府在“中巴经济走廊”项目的支持下与中国政府合作,在经济特区成立农药生产企业以减少进口。在所有作物中,棉花上施用的农药量占总用药量的60%～85%[40]。化学杀虫剂大约占据巴基斯坦农药市场的60%[30],而用在棉花上的杀虫剂占据杀虫剂总量的75%～90%[41]。全国各省份中,旁遮普省使用了88.3%的杀虫剂,其次是信德省(8.2%)、开伯尔-普赫图赫瓦省(KPK)(2.8%)和俾路支省(0.76%)[42]。为了解决农药滥用问题,政府通过立法对违规行为处以罚款甚至数月至数年的监禁。在颁布《2018年农业农药条例》《2018年旁遮普农业政策》等法律法规后,省政府尽职尽责地执行这些规章。农民使用的农药种类通常是根据当地供应情况、经销商的建议、其他农民使用的种类或雇主提供的农药种类来选择。使用农药时,农民通常采用经销商推荐的使用剂量,而忽视了各植保部门的建议。因此大多数情况下,农药使用剂量远高于推荐剂量,导致农民很大程度地接触到田间残留的农药[43-44]。在巴基斯坦[45-46],尤其是旁遮普省[47-48]和信德省[49],均有采棉工农药中毒的报道。政府采取措施并制定相关政策来减少农药对农民的伤害,同时也开始大规模地培训农民正确使用农药的技术和方法[50]。