1 前言

1.1国内外的研究动态和趋势

1.1.1 黑龙江玉米种植简介

玉米是中国第一大粮食作物和重要的饲料来源，是一年生禾本科草本植物，也是全世界总产量最高的粮食作物。近年来，随着玉米种植比较效益的逐渐提升，全国的玉米种植面积逐步增加。东北种植玉米面积增幅约占全国玉米面积增幅的40.6%；2014年黑龙江省种植了约一亿多亩玉米，约占全国总种植面积的五分之一；2015年随着大豆生产面积继续下降，多数耕地转移到玉米种植，全国玉米种植面积持续增加[1,2]。

1.1.2 玉米田主要杂草

玉米田常见的一年生杂草和阔叶杂草有马唐、稗草、藜等200多种[3]，对玉米产量造成约10%的影响，我国玉米生产的草害面积每年达到667万公顷，其中有20%危害较为严重[4,5]。东北地区的杂草对玉米生产影响更大，吉林地区玉米田杂草以阔叶一年生为主，禾本科稗草发生最为广泛[6]。黑龙江地区春播玉米主要在苗期受到杂草的危害，玉米田发生的常见杂草有稗、狗尾草、藜、小蓟、野艾蒿、猪毛蒿、打碗花、铁苋菜、苘麻、荠等[7]。不同耕作方式影响玉米田杂草群落，玉米连作田中杂草数量增加严重[8]，杂草防除一直是黑龙江省玉米生产植保工作的重心。

1.1.3玉米田主要害虫及天敌

1.1.3.1玉米田主要地下害虫种类

随着播种面积逐年增加，迅速发展的龙江玉米种植业也在近些年面临各种地上、地下害虫的威胁。玉米田的地下害虫发育历期长，为害期长，给玉米带来缺苗断苗的损失。黑龙江地区的地下害虫主要是金针虫、地老虎（幼虫）、蛴螬、蝼蛄等[1]。地下害虫危害玉米的种子、根和根茎部以及茎基部，造成种子不能发芽出苗或出苗后死亡、田间出现缺苗现象，严重时可造成田间成片无苗。蛴螬是最常见的地下害虫之一，鞘翅目金龟子（大黑鳃金龟、铜绿丽金龟等）的幼虫，取食植物的根、茎。金龟幼虫期在土壤中活动，三龄幼虫为害最重。2014年，黑龙江省部分地区蛴螬为害最严重的地块达到近1/3缺苗率。金针虫的种类主要有细胸金针虫、沟金针虫和褐纹金针虫。

1.1.3.2玉米田主要地上害虫种类

为害玉米生产的地上害虫种类主要有粘虫、玉米螟、玉米蚜、双斑萤叶甲等，地上害虫取食玉米叶片影响玉米的生长，钻蛀玉米茎秆和穗，给产量造成严重影响。黑龙江地区玉米苗期和扬花期主要害虫是粘虫和玉米蚜[9,10]，2012年，黑龙江粘虫大发生，造成玉米生产重大损失。黑龙江地区玉米穗期的害虫主要有亚洲玉米螟、白星花金龟和双斑萤叶甲等[11,12]。玉米螟属于黑龙江地区玉米的常发性害虫，给玉米带来10%左右的产量损失。白星花金龟取食玉米籽粒，影响玉米的灌浆，带来一定产量损失[13]。双斑萤叶甲近几年由次要害虫上升为主要害虫，取食玉米穗期花丝，危害逐年加重[14,15]。玉米蚜取食玉米叶片汁液，排泄蜜露，传播玉米矮花叶病毒。

近年来国内外还有一些新的玉米地上害虫被发现，如美洲蠹蛾（Moodna bisnuella）、粉红尖翅蛾（Pyroderces rileyi Walsingham）和褐足角胸叶甲（Basilepta fulvipes）[16，17]。

1.1.3.3 玉米田主要天敌种类

玉米田杀虫剂施用较少，扬花期花粉花蜜丰富，天敌昆虫比较丰富。侯美珍等报道了南宁地区玉米地主要的捕食性昆虫以龟纹瓢虫(Propylaea japonica)为主[18]。黑龙江省的玉米田有很多种类的捕食性天敌，比如龟纹瓢虫、异色瓢虫和食蚜蝇等，寄生性天敌为各种蚜茧蜂。

近些年国内学者重新引入一个“天敌单位”的概念，整合量化不同种类天敌节肢动物的控害功能，方便分析天敌群落与害虫群落之间的动态互作过程。

1.1.4 玉米田耕作

1.1.4.1 玉米田除草剂使用

除草剂已经广泛取代了传统的锄地除草工作，省时省力；另有研究称除草剂能有效去除一些广食性害虫的中间寄主，所以能够有效减轻相应害虫的发生成灾。

1.1.4.2 中耕

中耕是传统的去除杂草的农业防治方式，但费时费力，在劳动力价格偏高的现代农业中已经被机械锄地代替，甚至“免耕”不翻地，去除杂草全靠施用除草剂，免耕的全面长期效应尚待评价。种植方式和耕作方式改变，玉米田害虫、天敌群落以及杂草群落均受到影响[19-23]。

1.2 研究目的与意义

黑龙江省属于中国的高纬度地区，病虫害的发生较中低纬度地区轻，田间草害是植保的主要项目，黑龙江省是全国除草剂应用面积最大的省份，年农田化学除草面积达2.1亿亩次。除草剂的广泛使用，可以减少杂草发生，提高了农业生产集约化程度；同时减少了一些害虫的植物中间寄主，从而影响害虫的发生。另外，除草剂的使用对害虫天敌也产生了直接和间接的影响。除草剂的使用造成农作物药害、粮食减产事故时有发生，同时也带来土壤环境污染、杂草群落演变、杂草抗性增强、除草剂药效减低等问题。由于除草剂的使用，减少了田间耕作，加之除草剂药性减低，害虫的发生严重。为了节约成本，玉米种植也逐渐推行免耕种植，但由此会改变传统种植方式中翻耕破坏害虫蛹室，降低越冬虫口基数的状况，免耕种植的全面效应亟需定量评估。

由此，本试验计划研究（1）“中耕”（相对于“免耕”）、除草剂（相对于不施用除草剂）对玉米田杂草群落、昆虫群落的影响；（2）以及如何进一步影响玉米的重要“生长指标”与最终的“产量”？

2 材料与方法

2.1试验地概况

本试验田位于哈尔滨市松北区 （45°09′N，126°58′E）位置见图1箭头所指。201 5年5月7日播种玉米，品种为先玉355，每穴3粒种子，播种面积1亩，播种同时施加底肥。 2015年6月9日施用除草剂，2015年10月份收获，期间中耕除草4-5次。

 

 

图1 试验样地卫星地图

2.2试验设计

以除草剂使用和中耕除草为两个影响因素，形成四个处理，各两次重复，共八个小区。小区面积82m2，长14m，宽9m，65cm行距，株距26cm，各处理分别为：（1）中耕（1、3号地）；（2）对照（不耕且不用除草剂）（2、4号地）；（3）除草剂（5、7号地）；（4）中耕+除草剂（6、8号地）。如图1所示。

 

图2  试验设计示意图

2.3 试验方法

2.3.1中耕除草与除草剂施用对玉米生长和产量指标的影响

    玉米成熟期测量不同处理玉米植株株高和每株玉米穗着生位置距离地面高度，收货后测量单穗玉米粒重。

2.3.2中耕除草与除草剂施用对地上地下部分昆虫群落及杂草群落的影响

玉米苗期进行3次地下害虫的调查，每块田随机取样，每点0.5m×0.5m，挖土深度30cm。翻土进行详细调查，记录各种虫害数量，带回试验室拍照。挖土前鉴定记录所选样点的杂草的种类和每种杂草的数量。土壤昆虫群落的多样性指数用Shannon-wiener指数表示，计算公式：H=-∑(Pi)(lnPi)其中，Pi=样品中属于第i种的个体的比例。

玉米苗期进行地上部分昆虫群落的调查，每块田随机选取20株进行全株调查，记录主要害虫及天敌昆虫的种类及数量。玉米成熟期进行玉米螟为害的调查，每块地选取两行进行记录是否有玉米螟为害，计算玉米螟为害百分率。

3 结果与分析

3.1中耕除草与除草剂施用对玉米生长和产量指标的影响

中耕除草与除草剂对玉米生长和产量的影响如图3所示，玉米株高及穗位高与穗粒重在各处理的差异变化对应关系明显，说明两项指标都是很好的产量预测生长指标；此外，生长指标在处理1和2中数值较小，但变异幅度较大，说明不施用除草剂时，杂草对玉米生长指标影响较大。

以最终的玉米穗粒重为指标，处理4与处理1比较而言，可以看出除草剂的作用（有锄草），可大幅度增加穗粒重，达到（+74%）；处理3与处理2比较而言，可以看出除草剂作用（无锄草），更大幅度增加穗粒重（+270%）；另一方面，处理1与处理2比较而言，锄草作用非常显著，（无除草剂）可大幅增加穗粒重（+111%）；而处理4和处理3比较而言，可看出在使用了除草剂的情况下，锄草作用（有除草剂）几乎为零（0，-1%）。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图3中耕除草与除草剂对玉米玉米株高（a）、穗位高度（b）和玉米穗粒重（c）的影响（处理1——中耕，处理2——对照，处理3——除草剂，处理4——除草剂+中耕）

3.2中耕除草与除草剂施用对土壤昆虫群落的影响

3.2.1 土壤昆虫群落调查

根据田间调查，发现的种类如表1所示：主要的土壤地下害虫有地老虎的幼虫、金针虫、地蛆，还有一些土表活动的步甲、拟步甲，以及在土下化蛹的一些鳞翅目害虫的幼虫。昆虫种类较少，未见主要地下害虫蛴螬及蝼蛄。在播种前的背景调查中曾发现过蛴螬，玉米出苗后几次调查未见任何蛴螬，且地下害虫种类丰富度较低，种群数量也比预想中低很多，可能与玉米种子使用种衣剂有关。另外，有益土壤动物蚯蚓的数量较低，可能与试验样地常年使用化肥农药有关。

表1 土壤昆虫种类及数量

纲	目	科	主要种类及数量
昆虫纲 Insecta	鳞翅目 Lepidoptera	夜蛾科Noctuidae	地老虎（2）、粘虫（5）
		灯蛾科Arctiidae	灯蛾（11）
		叶蜂科Tenthredinidae	叶蜂（7）
	鞘翅目 Coleotera	叩头甲科Elateridae	金针虫（4）
		步甲科Carabidae	步甲（13）
		拟步甲科Staphylinidae	土甲（2）、拟步甲（2）
		隐翅甲科Staphylinidae	隐翅虫（9）
	双翅目Diptera	花蝇科Anthomyiidae	地蛆（4）
	膜翅目 Hymenoptera	蚁科 Formicidae	蚂蚁（2）
唇足纲Chilopoda	地蜈蚣目	地蜈蚣科 Geophilomorpha	地蜈蚣（3）
寡毛纲Oligochaeta			蚯蚓（5）

3.2.2 不同处理的各种土壤昆虫群落的多样性比较

除草剂和中耕不同处理的各个试验组几次调查的土壤昆虫群落的多样性指数如表2所示，中耕除草，不用除草剂的处理土壤昆虫群落多样性指数最高，而中耕且施用除草剂的处理土壤昆虫群落多样性指数最低。总体看来施用除草剂对土壤昆虫群落的多样性有负性影响。

表2 各个处理的土壤昆虫群落的多样性指数

不同处理	中耕	对照	除草剂	中耕+除草剂
Shannon-wiener指数	2.3110	2.2741	1.8627	1.8343

不同调查时间几个处理的土壤昆虫种类总数如表3所示，第一次调查和第三次调查数量类似，第二次调查数量较少，可能与第二次调查前几天连续阴雨对地下害虫造成一定的影响。

表3 不同调查时间几个处理土壤昆虫种类总数

本底调查	第一次	第二次	第三次
13	34	16	33

 

3.2.3 不同处理对地下害虫成虫幼虫的影响

不同调查时间地下害虫的数量动态如图4所示，第一次与第二次调查之间做喷除草剂和锄草处理。结果如下：处理前后地下害虫虫口数没有明显的变化（29，37，32，58）。成虫数量比例稳定上升（0.17，0.24，0.63，0.66）。

 

图4 不同调查时间地下害虫的数量动态（1-4分别为2015年四次调查时间： 6月9日，7月1日，7月8日，7月29日）

施用除草剂后的地下害虫数量动态（幼虫和成虫）如图5（a、b）所示：除草剂处理效果与对照组比较，刚经过除草剂处理的总虫口数显著下降（13：24），但反弹很快，甚至超过对照组1倍多（22：10）；直到第三次仍然稍多于未经除草剂处理的地块（32：26）；主要是幼虫所受影响较小，甚至不久就有虫口增加（13：10：16）。除草剂对成虫有明显驱避效应——刚用过除草剂未见成虫，对照中成虫在两次调查中丰度不变和骤升（8：8：22），但幼虫数量急剧下降（16：2：4）。成虫在处理后第一次调查中占33%；之后处理组的成虫比例也低于对照组——55%〈80%；50%〈85%。这可能说明除草剂虽然对成虫有趋避作用，对幼虫却没有毒杀作用。对照组的密集生活杂草虽然吸引成虫，却不能滋养更多的幼虫，甚至对地下害虫的幼虫有抑制作用。

 

 

图5除草剂对地下害虫数量动态（幼虫和成虫）的影响，a为对照组，即未施用除草剂处理，b为施用除草剂处理，（1-3分别为施用除草剂后三次调查时间：7月1日，7月8日，7月29日）。

中耕除草对地下害虫数量动态（幼虫和成虫）的影响见图6（a、b），结果显示，锄草作用明显，减少虫口数量（12：25），但成虫幼虫受到的影响均等（成虫数量在处理组和对照组中比例为0.25和0.24）；但锄草活动很快吸引了成虫回归（0.88和0.38），而幼虫受到的影响持续（2：10），虫口总量恢复相当；第四次调查表明幼虫受到的影响还有延续（6：14，或者25%：31%），成虫趋性相当（18：20），成虫数量比例偏高，说明成虫抗锄草干扰能力较强。

 

 

 

 

 

 

图6中耕除草对地下害虫数量动态（幼虫和成虫）的影响，a为对照组，即未中耕除草，b为中耕除草处理，（1-3分别为施用除草剂后三次调查时间：7月1日，7月8日，7月29日）。

3.3中耕除草与除草剂施用对地上部分害虫的影响

中耕除草与除草剂对玉米植株的玉米螟的影响如图7a所示，玉米螟选择取食长势较好的玉米植株（处理3和4）。中耕除草与除草剂对玉米植株的玉米蚜的影响如图7b所示，玉米蚜也趋向于长势好的玉米植株，此外，未经锄草但施用除草剂的处理3比施用除草剂又锄草的处理4蚜虫发生更为严重，说明在施用除草剂的前提下，锄草可以减轻玉米蚜的发生。两种处理对双斑萤叶甲的影响见图7c，双斑萤叶甲在未施用除草剂的处理1和2中发生严重，而锄草的影响，无论是有无除草剂的施用处理之中，对双斑萤叶甲都是略微增加其发生，即锄草的扰动对双斑萤叶甲的发生可能是促进作用。

 

 

图7中耕除草与除草剂对玉米螟为害百分率（a）、玉米蚜数量（b）和双斑萤叶甲数量（c）的影响（处理1——中耕，处理2——对照，处理3——除草剂，处理4——除草剂+中耕）

3.4中耕除草与除草剂施用对天敌的影响

玉米田中调查发现的捕食性天敌有蜘蛛，食蚜蝇，异色瓢虫，龟纹瓢虫，草蛉，小花蝽；寄生性天敌为蚜茧蜂。

不同处理累计天敌单位的影响如图8所示，可见处理1和2中玉米植株上天敌群落的控害功能远低于施用除草剂的处理3和4，说明玉米田（生长期未喷施任何杀虫剂）的天敌昆虫群落物种多样性高，玉米本身能够承载较多的天敌。锄草、除草剂及双项措施对累计天敌单位有明显增效作用，分别是空白对照的1.3倍、9.8倍和6倍。可以看出单独锄草处理增效不明显，单独施用除草剂增效非常显著，而双项措施并举增效作用有所下降，可以理解为除草会抵消部分除草剂的增效作用。

 

图8中耕除草与除草剂对累计天敌单位影响

3.5中耕除草与除草剂施用对杂草群落的影响

根据田间调查，玉米田杂草有卷茎蓼、稗、马唐、狗尾草、龙葵、藜、反枝苋、大蓟、苍耳等，其中卷茎蓼是试验样地的优势杂草种类。不同处理几种优势杂草的丰度如图5所示，使用除草剂对绝对优势种卷茎蓼影响较大，对禾本科杂草影响不大，中耕除草和除草剂共同作用对几类杂草抑制效果最好。龙葵不耐受除草剂和锄地；除草剂对蓼和龙葵作用明显，对禾草和稗草不大；锄草作用不大，除草剂作用明显。各个处理的杂草与土壤昆虫群落多样性存在一定的对应关系，可能是杂草给昆虫提供了食物和隐蔽场所。

 

图9 不同处理优势杂草的丰度（1、中耕；2、对照，不耕且不用除草剂；3、除草剂；4、中耕+除草剂）

4、讨论

我们在玉米试验田开展了中耕除草和除草剂对杂草和昆虫群落的影响，以及对玉米生长和最终产量影响的研究，结果表明：（1）中耕和除草剂的使用对玉米生长及产量指标都有明显影响，除草剂的相对正面效益非常明显。（2）对杂草的影响，除草剂效果远比中耕明显，尤其对优势杂草卷茎蓼作用较大，对禾本科杂草不明显；而中耕对多数杂草作用不明显，仅仅对龙葵作用明显。（3）对地下害虫的影响，除草剂和中耕都能短期影响成虫，（具体时间先后），但是除草剂对幼虫没有明显影响，而中耕能明显影响幼虫。说明在地下害虫防治问题上除草剂虽然减少了害虫的中间寄主，但不能直接影响到害虫的主要为害虫态（幼虫期），所以对于抑制地下害虫没有明显作用。传统的中耕除草却能够起到抑制地下害虫的作用。（4）对地上害虫的影响，除草剂虽然清除了多数杂草，但作物植株长势好，玉米上的食物充足，能吸引很多害虫，以及相应的天敌种类到玉米植株上，杂草的清除对这些昆虫种群一般没有太明显的抑制作用，而双斑萤叶甲是一个例外，猜测是该种甲虫食性广，一些杂草种类是其中间寄主。（5）对天敌功能的影响，与地上害虫的某些种类发生相对应（玉米螟和蚜虫）。（6）杂草与玉米指标：玉米的长势主要与杂草的发生情况相对应。（7）目前地下害虫发生程度轻，但从为害潜力来看，需要予以重视；地上害虫发生较重，但对产量影响亦不明显。（8）结论：两种除草手段影响不同，不能相互替代：中耕不能替代除草剂，后者省人工，除草效果好；一些对杂草依赖强的害虫得到很好的抑制。‚除草剂也不能完全替代中耕，前者对地下害虫种类的幼虫没有明显影响，不能替代杀虫剂的作用；施用除草剂时，地上害虫中玉米螟和蚜虫发生相对严重，这可能与使用除草剂处理的玉米植株长势好，而田间也没有杀虫剂干扰，因此作物植株的承载能力大，玉米螟、蚜虫等植食性昆虫数量大。这从天敌群落的发生量也可以得到印证。