《Crop Protection》：Yield-oriented ecological intensification in cotton through alternate strip intercropping with peanut
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本研究通过两年田间试验，比较了棉花单一种植、传统strip间作与交替strip间作（ASI）对作物产量及昆虫群落的影响。结果表明，ASI显著提高棉花产量（较单作17.1%，较传统间作7.6%），并提升土地利用率（6.5%）。同时，ASI减少蚜虫和白粉虱等害虫数量，增加自然天敌比例，表明其生态调控潜力。
作者名单：包杰琪（Baojie Chi）、张彦军（Yanjun Zhang）、张东梅（Dongmei Zhang）、戴建龙（Jianlong Dai）、张帅琦（Shuaiqi Zhang）、刘金（Jin Liu）、万素梅（Sumei Wan）、董和忠（Hezhong Dong）
山东农业工程学院，中国山东省济南市250100
摘要
生态集约化旨在通过利用生态过程提高作物生产力，同时减少对外部投入的依赖，但在以棉花为主的系统中，将产量表现与生态响应相结合的田间证据仍然有限。交替条带间作（ASI）结合了宽条带间作和作物位置的年度轮作，被提出作为一种改善资源利用和系统韧性的策略。然而，其农艺优势及其对节肢动物群落的相应影响在田间条件下很少同时进行评估。
在中国山东省进行了一项为期两年的田间试验（2022–2023年），比较了棉花单作、传统条带间作（TSI）和棉花-花生ASI。通过标准化的全株视觉检查，在棉花生长关键阶段评估了作物产量、土地当量比（LER）和节肢动物群落，以及主要害虫和天敌的数量。
与单作相比，ASI使籽棉产量增加了17.1%，与TSI相比增加了7.6%；同时花生荚果产量增加了4.8%。土地利用效率也得到了提高，LER相对于TSI增加了6.5%。ASI在两个不同的生长季节（2022年和2023年）都保持了这些生产力优势。
此外，ASI还与早期蚜虫数量减少（在始花期比单作低53%）和在结铃高峰期非蚜虫害虫总数减少（减少36.7–37.6%）相关。在始花和早期开花阶段，ASI中的天敌数量始终较高，天敌与害虫的比例也较高（即每个天敌捕杀的害虫数量更多）。这些模式表明生物调控潜力增强，尽管本研究未量化害虫控制的直接证据。
总体而言，本研究表明棉花-花生ASI可以在提高产量的同时提升土地利用效率，并有助于形成更有利的害虫-天敌组合。尽管这些模式背后的生态机制尚未直接量化，但结果支持ASI作为一种有前景的以产量为导向的生态集约化策略。需要进一步的研究，整合多年产量稳定性、捕食者-猎物相互作用、养分动态和微环境过程，以阐明棉花间作系统中的作物相互作用机制。
引言
棉花（Gossypium hirsutum L.）是一种全球重要的经济作物，为纺织品提供纤维，种子可提取食用油，并作为牲畜饲料，主要生产国包括美国、中国、印度、巴西、巴基斯坦、土耳其、乌兹别克斯坦等。然而，它也是最易受害虫侵害的田间作物之一，节肢动物食草害虫每年造成的产量损失为15–20%，在严重爆发时甚至可高达30–50%（Cui等人，2007年）。此外，气候波动性的增加，包括极端降雨事件，带来了额外的威胁，如水涝胁迫，这会进一步影响产量稳定性（Qiu等人，2024年）。主要害虫如蚜虫（Aphis gossypii）、白粉虱（Bemisia tabaci）、螨虫和草蛉（Apolygus lucorum）通过直接取食损害棉花生长、纤维质量和产量稳定性，尤其是蚜虫和白粉虱还会传播病毒性疾病（Castle，2005年）。几十年来，化学控制（如吡虫啉和氰氟氰菊酯等杀虫剂）一直是主要的害虫管理策略，虽然能快速控制害虫，但引发了不可持续的后果：害虫抗性加速（Khursheed等人，2022年）、次生害虫的复苏、天敌的抑制（NE）以及环境污染（Wang等人，2011年），并且不当处理还可能对人类健康造成急性中毒风险。
日益增长的生态意识促使研究转向可持续的替代方案，特别是利用生物多样性进行害虫控制的栖息地管理策略（Gurr等人，2017年；Tscharntke等人，2016年）。间作，即在同一块土地上同时种植两种或更多作物，成为生态集约化的核心。通过增加植被多样性，这种做法可以依据“资源集中假说”破坏害虫的寄主寻找效率——即多样化的植物群落通过稀释寄主植物信号来减少害虫定殖——并依据“天敌假说”增强自上而下的控制——即多样化的栖息地提供了更多资源（如花蜜、替代猎物、庇护所），从而支持天敌种群（Root，1973年；Russell，1989年）。战略性的作物搭配（如驱虫/诱捕植物）可以直接抑制害虫或间接增强生物控制（Landis等人，2000年；Lopes等人，2016年）。一项涵盖18个国家63个案例研究的元分析证实，与单作相比，多样化系统可以减少20–40%的害虫密度，同时提高15–25%的产量（Himmelstein等人，2017年；Rakotomalala等人，2023年）。
以棉花为基础的间作体现了这种协同效应。将棉花与绿豆（Vigna radiata）、芝麻（Sesamum indicum）或大蒜（Allium sativum）等伴生作物搭配种植，可以提高系统生产力、土地当量比（LER，衡量土地利用效率）和农场收入，同时不损害纤维质量（Zhi等人，2010年；Mao等人，2015年；Lv等人，2024年）。关键的是，非棉花植物充当了生态工程师的角色：它们通过挥发性有机化合物驱赶害虫（Ninkovic等人，2003年），为寄生蜂提供寄主（Bastola等人，2016年），或创造不利于食草害虫的微气候（Lv等人，2023年）。例如，棉花-大蒜间作通过大蒜挥发物产生的化感作用减少了B. tabaci的数量（Ning等人，2017年），而棉花-玉米系统则增加了蜘蛛密度，增强了蚜虫的捕食（Kadam等人，2014年）。
花生（Arachis hypogaea L.）是棉花的有希望的伴生作物，结合了农艺和生态协同效应。中国的田间试验表明，设计良好的棉花-花生间作系统可以改善光截获，优化根区养分循环（特别是通过花生的根瘤固氮作用），并将LER提高到1.2–1.4（Liu等人，2010年；Huang等人，2010年）。同时，花生的匍匐冠层可以抑制杂草生长，减少土壤蒸发，并通过稀释寄主植物信号来改变节肢动物群落，从而可能阻碍害虫定殖（Chi等人，2021年；Zhan等人，2023年）。然而，在传统的窄行间作中，这些潜在的好处常常因空间排列固定和条带宽度有限而受到影响，这加剧了种间竞争（使花生产量减少约12%），阻碍了机械化，并且无法打破害虫循环（Chi等人，2019年；Guo等人，2014年）。这突显了需要创新配置，以在保持协同效应的同时最小化竞争。
为了解决这些问题，我们开发了一种创新的交替条带间作（ASI）系统。该设计的特点是棉花和花生交替种植在宽条带上，并每年轮换作物条带的位置。ASI结合了间作的生物多样性优势与作物轮作的害虫/土壤健康优势（Chi和Dong，2024年）。从农艺角度来看，宽条带便于机械化操作并提高光照穿透率，而年度轮作则中断了害虫/杂草的生命周期并重新平衡了土壤养分（Chi等人，2023年）。这种轮作方式还有助于缓解非生物胁迫，防止土壤退化并可能增强水分渗透（Zhang等人，2024年）。从生态角度来看，栖息地异质性得到增强，可能创造出促进天敌移动和持续存在的动态“生物走廊”（Landis等人，2000年；Karp等人，2018年；Mück等人，2025年）。我们之前的研究证实，ASI使棉花产量相对于单作提高了16.7-20.1%，花生产量相对于TSI提高了4.6-6.8%（Chi等人，2019年，2023年），但其对害虫-天敌动态组成和过程的影响尚未量化。
这一知识空白至关重要，原因有三：1）花生缺乏富含花蜜的花朵，这质疑其支持依赖花蜜的天敌（如寄生蜂）的能力，相比之下，苜蓿等传统花卉资源更为丰富（Chen等人，2007年）；2）条带轮作可能对不同类型的害虫产生不同影响，可能会扰乱定居性害虫（如螨虫），而移动性害虫（如白粉虱）则利用过渡性生态位；3）冠层结构的时间变化可能会改变微气候介导的害虫发育，并影响植物激素反应，进而影响植物防御和生长（Zhou等人，2025年）。基于以往的研究，我们开展了一项为期两年的田间试验，以验证ASI通过重构节肢动物群落来降低害虫压力和增强自上而下的调控能力（即天敌控制食草害虫种群）的假设。
具体目标是：a) 使用标准化的全株视觉检查，量化ASI对棉花生长各阶段主要害虫和关键天敌的影响；b) 评估ASI与单作和传统条带间作在农艺表现和潜在效益方面的差异；c) 通过天敌与害虫的比例作为生物调控潜力的指标，探讨生态模式。通过阐明ASI相关的害虫和天敌模式，这项工作为可持续棉花生产的生物多样性驱动的IPM策略设计提供了依据。
实验地点、设计和处理措施
这项为期两年的田间试验（2022–2023年）在中国山东省齐河县的山东农业工程学院实验农场进行（36°48'N, 116°44'E）。该地区属于温暖温带大陆性季风气候。实验期间使用现场气象站监测了气象数据，包括月平均温度、降雨量和日照时长（图1）。该农场一直采用...
种植系统对棉花主要害虫种群动态的影响
为期两年的系统研究表明，在棉花田中，蚜虫（Aphis gossypii）是主要的害虫群体，其次是白粉虱（Bemisia tabaci），在害虫高峰期，蚜虫和白粉虱的密度分别达到每株42个和16个个体。其他害虫包括棉叶螨（Tetranychidae）、草蛉（Miridae）、棉铃虫（Noctuidae）、蓟马（Thripidae）、叶甲（Chrysomelidae）和叶蝉（Cicadellidae）...
交替条带间作提高了作物生产力
本研究证明，与单作（M）和传统条带间作（TSI）相比，交替条带间作（ASI）可以提高棉花-花生系统的生产力。具体而言，ASI使籽棉产量分别增加了17.1%和7.6%，同时生物产量分别增加了11.9%和5.2%。这些改进与之前的多地点试验结果一致，这些试验报告在交替种植下棉花产量增加了约20%
结论
棉花-花生交替条带间作（ASI）为棉花生产系统的生态集约化提供了一条以产量为导向的途径。在两个生长季节中，ASI始终提高了籽棉产量（比单作高17.1%，比传统条带间作高7.6%），并提高了花生荚果产量，从而使土地利用效率（LER）提高了6.5%。从生态学角度来看，ASI与节肢动物群落结构的变化相关，包括...
张彦军（Yanjun Zhang）：调查、正式分析。
包杰琪（Baojie Chi）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法论、调查、资金获取、正式分析、数据管理。
戴建龙（Jianlong Dai）：数据管理。
张东梅（Dongmei Zhang）：数据可视化。
刘金（Jin Liu）：撰写 – 审稿与编辑、数据可视化、调查。
张帅琦（Shuaiqi Zhang）：调查。
董和忠（Hezhong Dong）：撰写 – 审稿与编辑、项目监督、资金获取、概念构思。
万素梅（Sumei Wan）：撰写 – 审稿与...
<未引用的参考文献>
中华人民共和国农业部，2009年；中华人民共和国农业部，2011年；Ninkovic和Pettersson，2003年；Pan等人，2020年；Qiu等人，2025年；Risch，1981年；Zhang等人，2025年。
<声明利益冲突>
? 作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
<致谢>
本工作得到了中国山东省“青年人才工程”（SDAST2025QTA063）、国家自然科学基金（32101844）、山东省自然科学基金（ZR2021QC188和ZR2022MC103）、山东省高等学校青年创新科技计划、山东农业工程学院高层次人才研究启动基金项目（BSQJ202323）的财政支持。
