加纳小农户水稻种植者基于阈值（threshold-based）的有害生物管理：一种症状驱动（symptom-driven）的方法

《Frontiers in Agronomy》：Threshold-based pest management for smallholder rice farmers in Ghana: a symptom-driven approach

　　

： 水稻生产系统正朝着集约化和大面积单作方向演变，导致昆虫害虫爆发频繁且严重，并伴随杀虫剂的过度使用。本研究评估了一种专为加纳森林带小农户水稻系统定制的基于阈值的综合有害生物管理（Integrated Pest Management, IPM）策略。田间试验在三个地点采用裂区设计进行，以两个水稻品种（CRI-Agra和CRI-Enapa）为主区，三种管理实践为子区：农户常规实践（Farmer Practice, FP）、良好农艺措施+基于阈值的有害生物管理（Threshold-Based Pest Management, TBPM）以及仅良好农艺措施（Good Agronomic Practices, GAP）。研究人员每周监测害虫种群和作物损害情况。干预措施使用简化的、基于症状的阈值触发：2–4%枯心苗（deadheart）、叶片撕裂和切叶。数据分析采用方差分析（Analysis of Variance, ANOVA）和回归分析。结果显示，与FP和GAP相比，TBPM显著降低了稻纵卷叶螟（stem borers）、水稻叶甲（rice leaf beetles）和稻苞虫（caseworm）密度，降幅分别达75%、64%和80%，相关损害降幅分别为85%、77%和73%（而FP为60%、64%、57%，GAP为38%、37%、33%）。叶蝉（leafhoppers）和水稻吸汁蝽（rice sucking bugs）密度也观察到类似趋势。IPM中使用的内吸-触杀复配杀虫剂（acetamiprid + abamectin）优于农户使用的触杀杀虫剂（chlorpyrifos），尤其对隐蔽性害虫（稻纵卷叶螟和稻苞虫）效果显著。TBPM实现了最高产量（7.33–10.11 t/ha）和效益成本比（Benefit-Cost Ratios, BCR: 11.42–16.13），而FP产量最低（1.045–1.835 t/ha，BCR: 0.40–1.45）。害虫密度与损害症状之间存在强相关性（R2= 0.36–0.92），验证了视觉阈值的可用性。稻纵卷叶螟-枯心苗的最低R2（0.36和0.48）表明可能存在较高发生率的蛾类稻纵卷叶螟，其难以被扫网捕获。总之，TBPM被证明是一种有效且在经济上可行的策略，能够在减少杀虫剂使用的同时提高产量和农场盈利能力。采样方法需要进一步改良以使其对农户友好，从而促进采用。

论文解读文章：

该研究发表于《Frontiers in Agronomy》。研究背景方面，水稻是加纳许多家庭的主要主食，但国内生产仍无法满足国家需求，需大量进口。尽管种植面积扩大且引进了高产品种，单位面积产量仍停滞不前，这主要归因于农艺限制，包括灌溉基础设施有限、改良品种采用率低、使用未认证种子、土地准备欠佳、肥料施用不足以及无效的有害生物管理。其中，昆虫害虫是对水稻生产力的主要且不断升级的威胁，单作系统的扩张为其增殖提供了有利条件。加纳各水稻种植区的农户报告害虫爆发日益频繁严重，许多农户诉诸于不分青红皂白且往往过量的广谱杀虫剂（主要是毒死蜱 chlorpyrifos）使用，基于视觉损害或固定时间表而非实际害虫压力进行施药。这种做法不仅增加生产成本，还导致环境污染、害虫抗药性和人类健康风险。目前针对加纳水稻系统定制的可持续有害生物管理策略研究有限，农户缺乏基于科学的替代方案。综合有害生物管理（Integrated Pest Management, IPM）提供了有前景的替代方案，其核心组件是基于阈值的有害生物管理（Threshold-Based Pest Management, TBPM），但小农户采用TBPM常受限于复杂的取样协议和害虫识别计数所需的技术技能。基于症状（symptom-based）的阈值被提出作为实用的、对农户友好的替代方案，其在水稻中的功效和经济可行性尚需探索。因此，研究人员开展了此项研究，旨在比较不同管理实践下的害虫压力和产量，验证症状阈值与实际害虫密度的关系，并评估症状阈值管理的经济可行性。

研究人员开展研究用到的主要关键技术方法包括：在加纳阿散蒂地区的三个地点（Bayerebon、Sakam、Nobwam）建立田间试验，采用裂区设计（split-plot design），主区为两个水稻品种CRI-Agra和CRI-Enapa，子区为三种管理实践（农户常规实践 FP、良好农艺措施加阈值管理 TBPM、仅良好农艺措施 GAP）。每周使用扫网（sweep net）取样昆虫害虫，检查稻丛损害症状（萎蔫、枯心苗、白穗 whitehead），计算发生率。数据经平方根转换后使用方差分析（ANOVA）和Tukey检验，并进行回归分析考察害虫类群与损害症状的关系，计算效益成本比（Benefit-Cost Ratio, BCR）评估经济表现。

研究结果部分：

3.1 Pest populations and crop damage

研究人员发现，在IPM框架内实施TBPM显著降低了所有三个研究地点的害虫种群和相关损害。稻纵卷叶螟（stem borers）密度在TBPM样地显著低于FP和GAP，枯心苗和白穗发生率也是TBPM最低。水稻叶甲（rice leaf beetles）和稻苞虫（rice caseworm）在TBPM下密度和叶片损害也最低。叶蝉（leafhoppers）和吸汁蝽（grain-sucking bugs）密度在TBPM下持续最低，GAP下最高。

3.2 Varietal and location influence on pest damage

研究人员通过方差分析发现，两个品种CRI-Agra和CRI-Enapa之间的所有评估损害症状相似，无显著差异。而地点对害虫损害症状类型有强烈影响，死心苗、白穗、食叶、食叶严重程度和切叶在各地点间差异显著。害虫管理实践与品种之间无交互作用，但在不同地点间观察到显著交互作用。品种与地点的交互作用取决于害虫类群损害类型。

3.3 Relationship between pest density and damage

回归分析显示所有地点害虫密度与相关损害症状呈强正相关。最强关系见于稻苞虫与叶片撕裂（R²= 0.88–0.92）以及水稻叶甲与叶片撕裂（R²= 0.87–0.91）。稻纵卷叶螟密度与枯心苗发生率呈中等相关（R²= 0.36–0.48）。

3.4 Yield and economic performance

各地点处理间水稻产量差异显著（p < 0.05）。TBPM产量最高（7.33–10.11 t/ha），其次为仅GAP（2.61–5.17 t/ha）和FP（1.05–1.84 t/ha）。效益成本比（BCR）TBPM最高（11.42–16.13），其次为仅GAP（4.98–10.85）和FP（0.40–1.45）。

讨论与结论总结：

讨论部分指出，水稻昆虫害虫类群产生独特损害症状，可用于估计害虫压力而无需直接计数，结果证实了害虫密度与可见损害间的强相关性，支持使用症状阈值进行管理决策，但稻纵卷叶螟相关性较低（R²= 0.36–0.48）可能由于其幼虫隐秘性及扫网对成虫捕获限制，需改进农户友好的侦察辅助工具。TBPM使用的内吸-触杀复配杀虫剂（acetamiprid + abamectin）结合了内吸和系统作用模式，改善了对内部取食者和稻苞虫的控制，解释了枯心苗和白穗降低的原因。品种对主要害虫类群敏感性相似，地点对环境因子塑造害虫压力有重要作用。TBPM的经济优越性体现在高BCR（> 11），与全球证据一致，即在维持或增加产量的同时减少30–50%农药使用。尽管有效，但推广面临挑战如药剂可得性、监测技能需求及思维转变，需通过推广和移动服务支持。研究局限在于仅一季试验及未监测天敌。

结论部分翻译：本研究表明，基于阈值的有害生物管理（TBPM）是加纳小农户水稻系统有效、经济可行且可扩展的策略。采用内吸-触杀复配杀虫剂（acetamiprid + abamectin）并用及时的需求型干预替代反应性的日历施药，显著减少了农药使用，同时改善了对关键害虫的控制。害虫密度与可见作物损害间的强关系支持开发对农户友好的、症状驱动的阈值以指导决策而无须复杂计数。TBPM大幅降低生产成本，同时实现显著高于农户常规的产量和效益成本比（BCR > 11）。TBPM下的高产量和BCR带来的经济收益凸显了其增强家庭粮食安全和农场收入的潜力，为采用提供了明确的财务激励。症状驱动方法消除了对专业昆虫学知识的需求，使不同文化水平的农户均可使用。然而，TBPM的成功推广需要通过推广、农户培训模块和基于手机的咨询服务来识别症状和阈值的支持系统。

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