通过延迟覆盖作物终止期增加捕食性天敌以防控害虫

《Pest Management Science》：Managing pests by increasing predators through late termination of cover crops

　　

摘要 在农艺系统中将经济作物种植于存活的覆盖作物中，即“种植绿肥(planting green)”实践，可带来改善杂草和无脊椎动物害虫防控等功能效益，潜在降低预防性害虫管理策略的依赖。本研究聚焦覆盖作物终止时间对玉米和大豆中天敌介导的无脊椎害虫防控作用，是该领域首批针对终止时间与害虫管理关联的研究之一。结果表明，两种作物中延迟终止均可降低害虫发生率和危害程度，且不影响产量。作物类型影响捕食者和害虫响应，但延迟终止未导致任一作物的害虫压力或危害上升。无论处理如何，大豆生境中的自然天敌数量均高于玉米，该结果可能受作物形态相关的非生物条件驱动。研究表明，种植者可通过延迟覆盖作物终止有效提升自然天敌种群，减少化学农药使用需求。? 2026 作者。《Pest Management Science》由John Wiley & Sons Ltd代表化学工业学会出版。

研究背景与意义

美国中大西洋地区长期推广免耕(no-till)与覆盖作物技术以应对农田径流引发的沉积物和养分污染问题，这类措施已被证实可减少侵蚀、提升土壤有机质与水利用效率。然而覆盖作物可能营造低温高湿微生境，潜在促进某些无脊椎害虫种群增长，其中蛞蝓(Mollusca: Gastropoda: Agriolimacidae, Arionidae)是免耕系统的核心害虫威胁。传统覆盖作物终止期为经济作物播种前7~21天，而新兴的“种植绿肥(planting green)”模式将终止推迟至播种后数天，虽被证实可增加覆盖作物生物量、抑制杂草，但其对害虫-天敌互作的影响尚不明确。本研究于2021~2023年在宾夕法尼亚州立大学农业研究中心开展，旨在量化黑麦(Secale cereale L.)覆盖作物不同终止时间对免耕玉米-大豆轮作系统中害虫与捕食性天敌群落的影响，成果发表于《Pest Management Science》。

关键技术方法

研究采用随机完全区组设计，设置无覆盖作物对照、早终止(播种前14~28天)、晚终止(播种前9~14天)、种植绿肥(播种后0~3天)4种处理，共5次重复，小区面积12×15 m。研究对象为长期免耕(>10年)田块的玉米-大豆轮作系统，全程采用综合害虫管理(IPM)，未施用杀虫剂与杀软体动物剂。通过瓦片诱捕法每周调查蛞蝓种群，于玉米V3、V5生长阶段评估植株受害率与危害等级；采用陷阱法(pitfall traps)每月调查步甲(Carabidae)、蜘蛛(Araneomorph)等地面捕食性天敌群落；利用蜡螟(Galleria mellonella)作为哨兵猎物评估捕食强度；最终通过广义线性混合模型(GLMM)与置换多元方差分析(PERMANOVA)解析处理效应。

研究结果

4.1 覆盖作物生物量

种植绿肥处理的覆盖作物生物量最高，其次为晚终止处理，早终止处理最低；2023年种植绿肥与晚终止处理的生物量无显著差异，但均显著高于早终止处理。

4.2 植食性害虫及其危害

4.2.1 玉米

蛞蝓：2021年种植绿肥处理的蛞蝓种群显著高于无覆盖作物对照，2022与2023年各处理无差异；植株受害率在V3阶段显著高于V5阶段，但处理间无显著差异。

其他害虫：黑切根虫(Agriotis ipsilon)受害率在V3阶段无覆盖作物对照显著高于晚终止处理，种植绿肥与早终止处理居中；多种害虫复合危害在种植绿肥处理中最高，但未超过经济阈值。

总体危害：V3阶段种植绿肥处理的受害植株比例与平均危害评分均显著高于无覆盖作物对照，V5阶段种植绿肥处理的危害指标为所有处理最高，但全周期危害均未达经济阈值。

4.2.2 大豆

仅调查蛞蝓种群，2023年种群密度高于2022年，但各处理间无显著差异。

4.3 捕食性天敌群落与捕食作用

哨兵猎物捕食率：玉米中仅生长阶段显著影响捕食率，V3阶段显著低于V5与R3阶段，处理间无显著差异；大豆中种植绿肥处理的V3阶段捕食率显著高于无覆盖作物对照，V5与R3阶段处理间无差异。

陷阱调查结果：大豆的捕食性天敌总丰度、蜘蛛(Araneomorph)、步甲(Carabidae)、狼蛛(Lycosidae)丰度均显著高于玉米。玉米中蛞蝓与捕食者丰度呈正相关(R2=0.29, P<0.01)，大豆中呈负相关(R2=0.83, P<0.001)。

4.4 产量

玉米产量受处理与年份交互影响，2021与2022年处理间无差异，2023年无覆盖作物对照产量显著低于其余处理，种植绿肥处理产量最高；大豆产量仅受年份影响，2022年低于2023年，覆盖作物处理产量均略高于无覆盖作物对照，但无统计显著性。

讨论与结论

研究推翻了“种植绿肥会增加害虫危害”的传统认知，所有处理的害虫危害均未达经济阈值，且延迟终止未提升蛞蝓种群规模，其种群波动主要受春季温湿度驱动。大豆因冠层更早郁闭、微气候更湿润，可支撑更高的天敌丰度，进而抑制蛞蝓种群，这为通过高种植密度优化作物生境提供了启示——如矮秆玉米若采用高密度种植，或可模拟大豆的微环境效益。产量结果与区域既往研究一致，证明高生物量覆盖作物不会造成减产，反而可能提升产量稳定性。

研究最终结论指出：种植绿肥(i)不会增加害虫危害发生率与程度，(ii)可促进天敌捕食作用，(iii)不会限制玉米或大豆产量。该技术可与免耕、综合害虫管理(IPM)结合，构建高多样性农田生态系统，在减少化学农药依赖的同时维持生产效益与环境可持续性，适用于美国中大西洋及其他类似生态区的行栽作物生产体系。