巴基斯坦棉花主要害蟲及其綜合治理

阿比德·阿里, 王 巧, 楊 龍, 臧紅巖, 呂昭智

(1.費薩拉巴德農業大學昆蟲學系, 巴基斯坦旁遮普省費薩拉巴德 38040；2.沈陽師范大學生命科學學院, 沈陽 110000；3.中國農業科學院植物保護研究所,植物病蟲害生物學國家重點實驗室, 北京 100193；4.蘭州大學政治與國際關系學院, 蘭州 730000；5.青島農業大學植物醫學學院, 青島 266109)

棉花是巴基斯坦主要的經濟作物,也是出口紡織品中的重要組成部分,是巴基斯坦農業GDP的支柱。在巴基斯坦國徽圖案中棉花是主要作物代表之一,顯示了棉花產業對巴基斯坦國民經濟的重要性。巴基斯坦國土面積7 960萬 hm2,有效耕地面積占30%(2 380萬 hm2)[1],2022年全國棉花種植面積已達到220萬 hm2。棉花生產主要集中在旁遮普省和信德省,這兩個省的棉花產量分別占全國棉花總產量的80%和19%,而開伯爾-普赫圖赫瓦省和俾路支省的棉花產量僅占總產量的1%。巴基斯坦植棉歷史悠久,起初在印度河流域上種植野生亞洲棉Gossypiumarboreum并發展了紡織業[2]；19世紀初,英國東印度公司將陸地棉G.hirsutum種子引入巴基斯坦,自此開始種植陸地棉；自2010年以來,轉Bt基因抗蟲棉(簡稱Bt棉)開始在巴基斯坦商業化種植。在常規棉生態系統轉變為Bt棉生態系統的過程中,棉田主要害蟲種群演替發生了明顯變化,棉花害蟲綜合防治措施也隨之發生了變化。本文對其進行總結與分析,旨在為今后巴基斯坦棉花害蟲的防控提供指導。

1 常規棉花生態系統

因種植區域和種植模式的不同,巴基斯坦棉花一般在每年的4月至6月期間播種,9月中旬至翌年1月中旬采收[3]。棉花在整個生長過程中會受到多種害蟲的為害,主要有棉紅鈴蟲Pectinophoragossypiella、棉鈴蟲Helicoverpaarmigera、埃及金剛鉆Eariasinsulana、翠紋金剛鉆E.fabia、Amrascadevastans、煙粉虱Bemisiatabaci、棉蚜Aphisgossypii、柯寧棉紅蝽Dysdercuskoenigii、葉螨等[4-5]。相較于陸地棉,亞洲棉受到害蟲(如金剛鉆、棉紅鈴蟲、煙粉虱等)的為害更嚴重[6]。由于亞洲棉上害蟲防治難度大、產量低和其他相關因素的影響,在巴基斯坦亞洲棉逐步被陸地棉系列品種取代。

1.1 害蟲綜合治理

早期主要是通過篩選一些抗蟲品種來防治棉花害蟲,比如培育一種多毛的品種來減輕棉葉蟬的為害[7]。為了提高棉花產量,促進棉花產業的發展,巴基斯坦政府成立了相關的科研院所,積極開展棉花品種選育、害蟲防治策略制定以及農業從業人員的培訓等工作。巴基斯坦獨立后,首先在費薩拉巴德市建立了棉花研究站,開展棉花種質資源調查以提高培育品種的多樣性；1948年成立了巴基斯坦中央棉花委員會(Pakistan Central Cotton Committee),以服務于棉花生產。1957年之前,巴基斯坦政府沒有為農民提供明確的植物保護方案,后來在美國國際開發署(United States Agency for International Development)項目的支持下,在五年行動計劃中評估和比較了各種害蟲防治方法,優化并制定了具體的害蟲治理策略。植物保護在1969年才被政府正式認定為棉花生產管理中的重要內容之一[8]。廣大的棉農也逐漸意識到有效控制害蟲發生是提高棉花產量的關鍵。植物保護服務起初由政府向農戶免費提供,直到1966年6月才向農戶以每公頃每次0.6盧比的價格收取費用。

20世紀70年代,旁遮普省的木爾坦棉花研究站和費薩拉巴德萊亞普爾植物保護研究所開始為旁遮普省和信德省的棉農提供植物保護服務。科研人員通過調查棉花害蟲的發生開發了害蟲預測預報模型；明確了巴基斯坦主要棉花害蟲的地理分布；確定了棉花主要害蟲的經濟閾值,制定了棉花害蟲防治的系統化方案。對棉農和技術人員進行害蟲防治培訓并定期為他們提供田間害蟲信息[8]。

棉花生長早期主要受煙粉虱、葉蟬和薊馬為害,在棉株基部施用“毒土”(主要由滴滴涕和一些兼容性的農藥混合而成)可有效防治早期害蟲。每個生長季使用1～2次。蟋蟀、葉螨等害蟲也會為害棉花種子和幼苗,因此在使用農藥防治棉花苗期害蟲的同時,采用農業防治方式,如利用間苗拔除一些有害蟲的幼苗,可有效減少田間害蟲種群數量。棉紅鈴蟲主要在10月至11月發生,棉花收獲后越冬代幼蟲殘留在棉株以及田間殘余莖稈上。采用深耕冬灌能有效殺死越冬代幼蟲,用粉碎機處理田間棉花莖稈也能有效地降低棉紅鈴蟲越冬基數。1973年之前,卡拉奇大學已開展了棉田害蟲天敵-寄主-害蟲關系的研究。此外,也針對棉花植株進行了抗蟲因子的測定,對害蟲抗性的發展趨勢以及棉花害蟲殺蟲劑的篩選開展了系列探索。在綠色防控技術的使用方面,Hafeez在實驗室條件下發現輻射不育能使翠紋金剛鉆種群減少93%,但沒有關于性誘劑和性信息素的詳細研究[8]。

1.2 害蟲防控技術推廣

棉農根據巴基斯坦中央棉花委員會定期發布的指南進行棉花害蟲防治[9]。另外,管理部門也利用無線電廣播、電視等平臺發布害蟲種群動態及其防治的信息。1973年以來,巴基斯坦農業技術推廣服務中心一直致力于推廣害蟲綜合防治。為了使農民更好地理解害蟲綜合防治理念,巴基斯坦聯邦農業部向從事害蟲綜合防治工作的人員分發不同作物害蟲防控年歷的小冊子。

1.3 殺蟲劑的使用

化學殺蟲劑(如滴滴涕)的使用為棉花等大田作物上害蟲的防治帶來了巨大變化。第二次世界大戰后開始出現多種化學農藥,新興的殺蟲劑見效快、價格便宜,全球范圍內將使用殺蟲劑作為防治害蟲的主要措施,盡管其對非靶標生物(如天敵、人類)的影響尚不明確[10]。因有機氯農藥在環境中高殘留,巴基斯坦在20世紀70年代中期用有機磷殺蟲劑馬拉硫磷取代了滴滴涕和六六六。化學農藥在隨后的棉花害蟲防治中得到了廣泛應用,1983年以前旁遮普省5%～10%的棉花種植區域使用了殺蟲劑,而在1997年增加到了100%[11-13]。早期棉農基于田間目測確定噴施殺蟲劑的時間,沒有將害蟲的經濟閾值作為化學防治的依據。農業技術推廣服務部門并不能有效地為棉農提供科學指導,棉農很大程度上依賴經銷商的推薦來選擇農藥種類和使用技術。通常情況下,棉農在8月中旬開始使用殺蟲劑防治刺吸式害蟲,后期還會使用2～3次農藥來控制棉鈴上的害蟲[14]。巴基斯坦政府為了促進農藥的使用一直向農民發放農藥補貼,1969年12月之前政府向農藥受益人提供75%的補貼,在1971年3月降至50%,一直持續到1973年4月。后來由于巴基斯坦盧比貶值,以及私營企業進入農藥市場,農藥的銷售和使用得到了快速發展,政府逐漸終止了農藥補貼計劃[15]。20世紀90年代開始,棉農使用大量的農藥來防治棉鈴上的煙粉虱等害蟲,致使農藥在棉花上的使用量迅速增加,到2020年農藥用量較1990年增加了11倍(圖1)。

圖1 巴基斯坦農藥使用量

1.4 施藥方式與設備

1951年以前,害蟲防控主要由省級農業部門負責,主要以地面施藥的方式進行。1951年發生蝗災后,卡拉奇植保部門開始組織使用飛機從空中噴灑農藥。飛機上裝備了標準噴嘴或自動旋轉裝置,以50～100 μm的霧滴噴灑殺蟲劑。雖然使用化學農藥防治害蟲已被農民接受,但缺少成本合理的噴霧設備,以至于農藥顆粒劑在20世紀60年代后期作為最主要的劑型被廣泛使用。

20世紀50年代的蝗災期間,一些地區開始通過飛機在棉田噴灑氯代烴類殺蟲劑,這是巴基斯坦首次將殺蟲劑應用于棉花害蟲防控[16-17]。隨后背負式噴霧器的普及方便了農藥在棉田的應用,但農藥的大量使用降低了天敵的密度,導致一些害蟲的暴發或者為害更加嚴重。受田間樹木的影響,飛機作業高度較高,噴灑農藥的效果相對較差,同時易引起農藥在環境中高殘留及其污染問題。所以農民大多更傾向于使用手動背負式噴霧器噴灑化學農藥。棉花生長階段多為高溫天氣,如果棉農不了解農藥的毒性以及正確的使用方法(包括噴霧器以及個人防護設備的正確使用),農民的身體健康極易受到危害[18-20]。手柄背負式噴霧器(配備噴桿和空心錐形噴頭)的噴霧量取決于作物的高度,一般為200～5 000 L/hm2[21]。20世紀80年代初,巴基斯坦開始推廣使用旋轉式圓盤超低容量噴霧器,田間試驗發現其最低噴施量可以降到2.5 L/hm2。相比于背負式噴霧器,超低容量噴霧器每天可完成的施藥面積更大,花費更少[21]。另外,在用常規殺蟲劑防治棉花上棉鈴蟲幼蟲的試驗中發現,旋轉式圓盤超低容量噴霧器的施藥效率明顯高于傳統背負式噴霧器[22]。在大型農場,往往使用機載噴霧器或噴桿式噴霧機,其用藥量為300～500 L/hm2。Bt棉商業化種植后,這些機載噴霧器依舊在使用。

1.5 農藥管理

1951年,巴基斯坦為防治蝗蟲引入了化學殺蟲劑,并于1952年開始用飛機對包括棉花在內的主要作物噴灑農藥。據報道,1954年巴基斯坦首次進口了254 t合成農藥,開啟了農藥貿易[23]。直至1973年,巴基斯坦只有六六六和滴滴涕是本國生產,其余農藥均依賴進口。為了規范農藥的注冊、進口、生產以及銷售時的包裝和標簽的使用等,政府在1971年和1973年分別頒布了《農藥條例》和《農業農藥規章》。同時,1971年在卡拉奇植物保護部門和費薩拉巴德阿尤布農業研究所的昆蟲研究中心建立了負責篩選進口農藥的實驗室。1980年之前,農藥進口主要由巴基斯坦政府管轄,政府按照補貼價格通過農業部或者私營企業向農民分發農藥。1980年以后,私營企業被允許進口和銷售農藥,極大地促進了農藥的運銷和使用,為巴基斯坦本土農藥貿易的發展奠定了基礎[24]。

2 轉基因棉花生態系統

轉基因棉花是巴基斯坦已規模化、商業化種植的作物。2000年,未經生物安全批準Bt棉就已進入了巴基斯坦棉種市場[25-26]。在獲得商業許可之前,Bt棉種子主要來源于當地市場、種業公司以及國內農戶自留種[27]。2002年,巴基斯坦首次批準了當地雜交品種‘FH-901’‘CIM-443’和‘CIM-448’的商業化種植；2006年批準了品種‘NIBGE-2’,2009年批準了品種‘CEMB-2’(雜交)種植；2010年和2014年國家生物安全委員會分別正式許可了一批已經在巴基斯坦種植的Bt棉品種。此后,巴基斯坦棉花品種以‘MON531’品系為主,新興更有效的品種(如‘Bollgard II’)尚未在巴基斯坦商業化種植[28]。2019年在巴基斯坦費薩拉巴德農業大學召開了全國棉花生產從業者會議,討論推薦種植多基因抗蟲棉花品種,2022年農民普遍種植了轉多基因棉花品種,特別是在維哈里和木爾坦棉花種植區。轉多基因(cry1Ac,cry2Ab和GTG)抗蟲棉花品種‘CKC3’由巴基斯坦旁遮普大學微生物卓越中心生產,能夠抗草甘膦和棉紅鈴蟲。常規棉田殺蟲劑用量大、棉鈴蟲為害率高、棉花產量低,外加較高的勞動力成本,巴基斯坦農民更傾向種植Bt棉[29]。2017年的統計顯示,Bt棉在巴基斯坦的種植面積為300萬hm2,其產量占全國棉花總產量的96%[28]。

2.1 害蟲綜合治理

使用殺蟲劑是控制棉花害蟲的主要方法,但目前已通過多種措施來減少在轉基因作物上使用農藥,如推遲第一次用藥時間以促進天敵種群的建立,使用選擇性殺蟲劑,提高種子的質量以及其他農業防治措施,或者采用迷向干擾交配技術。受棉花品種與播種面積的影響,Bt棉的播種會持續到6月底。早播品種在8月份開始采摘,每年的10月和11月收割棉花秸稈[30]。Bt棉的商業化種植減輕了很多種鱗翅目害蟲(如棉紅鈴蟲、鼎點金剛鉆Eariascupreoviridis和棉鈴蟲等)的為害,但導致非靶標刺吸式害蟲及其天敵種群密度的增加[31-32]。根據最新數據,柯寧棉紅蝽、棉籽長蝽Oxycarenushyalinipennis和棉紅鈴蟲、斜紋夜蛾是目前棉花上的主要害蟲,但在棉花生產技術指導中尚未明確柯寧棉紅蝽和棉籽長蝽的經濟閾值(表 1)。因此,在未來Bt棉生態系統的害蟲綜合治理中,需要更新害蟲的經濟閾值并加強生物防治[33]。生物防治在害蟲綜合治理中的效率仍需進一步研究確認,但無論如何廣譜性捕食性天敵如蜘蛛在減少棉田害蟲方面發揮了重要的作用[34-36]。目前旁遮普省的不同地區共建立了11個生物防治實驗室,用于大規模飼養有益生物草蛉和赤眼蜂。

表1 Bt棉生態系統中棉花害蟲的經濟閾值

2.2 害蟲防控技術推廣

基于歷史經驗和田間應用研究試驗,農業推廣部門每年會更新并發布來年棉花生產的詳細技術和計劃,并通過農業技術人員和公司進行宣傳以指導農民。與其他作物(如水稻、玉米、甘蔗等)相比,巴基斯坦擁有成熟的棉花市場鏈,棉花的價格也相對較高[37]。由于棉花產量(圖 2)和種植面積的持續下降,政府舉辦了多次由政府部門組織和參與的網絡研討會,采取一系列重要措施來恢復農民對植棉的信心。當前,政府的棉花咨詢委員會每兩周召開1次會議,與棉花生產從業者討論未來15 d的棉花生產和管理的策略和技術方案。然后,相關指導性的意見通過電子或印刷媒體分發給農民。相比過去十年,現在巴基斯坦的農業推廣服務和蟲害預警部門通過舉辦農民會議、提供示范、發放小冊子和書籍等系列措施,在咨詢建議服務方面取得了非常有效的成績。

圖2 1960年-2022年巴基斯坦棉花產量

2.3 殺蟲劑的使用

在巴基斯坦棉農認為殺蟲劑是控制棉花害蟲最有效的方法,殺蟲劑的進口量也逐年增加。過去十年間,已登記的殺蟲劑從108種[38-39]增加到196種[17]。目前,巴基斯坦90%以上的農藥是從中國進口,其中約90%是以原藥的形式進口再加工,另外10%以成品的形式直接進口。最近,巴基斯坦政府在“中巴經濟走廊”項目的支持下與中國政府合作,在經濟特區成立農藥生產企業以減少進口。在所有作物中,棉花上施用的農藥量占總用藥量的60%～85%[40]。化學殺蟲劑大約占據巴基斯坦農藥市場的60%[30],而用在棉花上的殺蟲劑占據殺蟲劑總量的75%～90%[41]。全國各省份中,旁遮普省使用了88.3%的殺蟲劑,其次是信德省(8.2%)、開伯爾-普赫圖赫瓦省(KPK)(2.8%)和俾路支省(0.76%)[42]。為了解決農藥濫用問題,政府通過立法對違規行為處以罰款甚至數月至數年的監禁。在頒布《2018年農業農藥條例》《2018年旁遮普農業政策》等法律法規后,省政府盡職盡責地執行這些規章。農民使用的農藥種類通常是根據當地供應情況、經銷商的建議、其他農民使用的種類或雇主提供的農藥種類來選擇。使用農藥時,農民通常采用經銷商推薦的使用劑量,而忽視了各植保部門的建議。因此大多數情況下,農藥使用劑量遠高于推薦劑量,導致農民很大程度地接觸到田間殘留的農藥[43-44]。在巴基斯坦[45-46],尤其是旁遮普省[47-48]和信德省[49],均有采棉工農藥中毒的報道。政府采取措施并制定相關政策來減少農藥對農民的傷害,同時也開始大規模地培訓農民正確使用農藥的技術和方法[50]。