《Frontiers in Agronomy》：Successful integration of overwintering annual flower strips into sugar beet cultivation for the control of virus yellows transmission by aphids
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摘要
引言：由蚜虫传播的病毒黄化病对欧洲甜菜生产构成重大威胁，亟需替代性害虫管理策略。本研究评估了将越冬一年生花卉条带整合入甜菜田作为保护性生物防治措施，在维持经济可行性的同时减少病毒黄化病传播的效果。
方法：研究于2021–2023年两个生长季在德国18
摘要
引言：由蚜虫传播的病毒黄化病对欧洲甜菜生产构成重大威胁，亟需替代性害虫管理策略。本研究评估了将越冬一年生花卉条带整合入甜菜田作为保护性生物防治措施，在维持经济可行性的同时减少病毒黄化病传播的效果。
方法：研究于2021–2023年两个生长季在德国18块商业甜菜田开展田间试验。在甜菜种植前一年的9月，于田间平行播种5种花卉物种混播带，带宽6米。比较三种处理：邻近花卉条带的甜菜区、未处理甜菜对照（INS?）以及杀虫剂处理常规区（标准）。在对比性害虫压力条件下评估病毒黄化症状、甜菜生长参数、产量及经济效益。
结果：多数花卉物种成功越冬，其中矢车菊（Centaurea cyanus）表现最为健壮。2022年高蚜虫压力下，与INS?相比，花卉条带显著将病毒黄化症状面积从12.5%降至6.7%（降幅46%，p < 0.0001）。然而，该病害降低并未转化为显著的产量提升，花卉条带处理平均产量为14.7 t ha?1，INS?为14.8 t ha?1，常规处理为15.6 t ha?1。低蚜虫压力（2023年）下，各处理间症状和产量均无显著差异。经济分析显示，与标准杀虫剂保护栽培相比，花卉条带使贡献毛利降低13%（366 � ha?1），主要归因于面积损失（占田间面积11.2%）和建植成本。
讨论：花卉条带提供宝贵的生态系统服务，可定位为综合害虫管理策略的潜在组成部分，尤其在杀虫剂选择日益受限的背景下。未来优化应聚焦于更窄的条带设计、提高越冬可靠性的物种选择，以及与互补性生物防治措施的整合，以增强经济可行性。
越冬一年生花卉条带整合入甜菜栽培：病毒黄化病蚜虫传播防治的实践与前景
一、研究背景与问题提出
甜菜（Beta vulgaris L.）作为欧洲农业的重要经济作物，其生产持续面临蚜虫传播的病毒黄化病的严重威胁。桃蚜（Myzus persicae）和豆蚜（Aphis fabae）作为主要传播媒介，可传播甜菜黄化病毒（BYV）、甜菜轻型黄化病毒（BMYV）和甜菜褪绿病毒（BChV）等多种病毒，统称病毒黄化病。该病害可导致甜菜产量损失10%至50%以上，具体损失程度取决于侵染时期、病毒株系和环境条件。早期侵染尤为有害，因其干扰关键生长阶段的光截获和光合效率，不仅造成直接产量降低，还影响含糖量、加工品质和农场盈利能力。
多年来，新烟碱类种子处理剂为蚜虫及其传播的病毒提供了有效防控。然而，出于对传粉媒介和水生生态系统等环境影响的担忧，欧洲多国限制或禁止了新烟碱类物质的使用。现有替代性叶面杀虫剂效果差异显著，且常需多次施用。欧盟"从农场到餐桌"战略设定了农药减量目标，加之蚜虫种群抗药性问题日益突出、可用活性物质有限，以及杀虫剂对非靶标生物和生态系统服务的负面影响，开发减少化学投入且维持有效害虫防治的综合害虫管理策略势在必行。
在此背景下，保护性生物防治通过栖息地调控增强自然天敌种群，为农业景观中蚜虫管理提供了有前景的途径。花卉条带作为栖息地管理工具，可在田间边缘或作物田内建立，为节肢动物天敌提供花蜜、花粉和替代猎物等关键资源。然而，花卉条带在甜菜生产系统中的实际应用潜力尚未得到充分研究。首先，花卉条带的功效高度依赖植物物种组成，不同花卉物种对天敌的吸引力、开花物候及与农业管理措施的兼容性各异。德国等温带地区甜菜栽培中，早季蚜虫防控至关重要，因为病毒传播主要发生在春季蚜虫迁飞定殖幼嫩甜菜植株期间，这要求花卉物种能在4–5月早季开花以支持天敌种群，同时能够成功越冬并无需过多管理投入即可建植。其次，天敌丰度增加能否转化为蚜虫种群和病毒发生率的可测量降低，各研究结果尚不一致。第三，花卉条带可能通过资源竞争、增加害虫栖息地或携带替代寄主对作物产量产生负面影响，在高价值作物如甜菜中尤需关注。第四，花卉条带在常规耕作制度中建立和维持的实际农艺考量，包括建植成功率、杂草管理、对后茬作物的影响及额外劳动力需求，对农民采用至关重要，但研究关注有限。
基于上述知识空白和甜菜生产中可持续蚜虫管理替代方案的迫切需求，本研究旨在商业生产条件下开展综合田间研究，将生态有效性与农艺实用性和经济可行性相结合，评估花卉条带在甜菜综合害虫管理中的实际贡献。
二、研究方法与技术
研究于2021年9月至2023年10月两个生长季开展，在德国共选择18块商业甜菜田，其中14块位于北莱茵-威斯特法伦州的莱茵兰地区，4块位于下萨克森州哥廷根周边。田间面积范围为3.4至26.0公顷。每块试验田设三种主要处理：邻近花卉条带的甜菜区（花卉条带处理）、无邻近花卉条带且不施用叶面杀虫剂的甜菜区（INS?对照）、无邻近花卉条带但按阈值施用叶面杀虫剂的常规区（标准处理）。花卉条带于前茬收获后的9月播种，宽6米，长度158至428米，相邻条带边缘间距27–36米。五种花卉物种/混播组合包括蚕豆（Vicia faba）单播及四种混播组合，基础混播（BASE）包含金盏花、矢车菊、红三叶草和虞美人，并分别添加豆科、伞形科或菊科物种形成不同混播处理。条带播种密度为300株/m2。
主要技术方法包括：利用无人机搭载RGB相机于8月底至9月初采集图像，通过ImageJ软件分析黄化症状面积；采用LAI-2200冠层分析仪测定叶面积指数（LAI）；测定土壤矿质氮（Nmin）含量评估养分竞争；手工收获测定甜菜产量和品质；基于情景分析进行成本-效益经济评估。统计分析采用R软件线性混合模型，基于Akaike信息准则（AIC）进行模型选择。
三、研究结果
（一）越冬花卉物种的适宜性评价
多数播种花卉物种于12月成功出苗，但越冬存活率存在年际差异。2022年所有物种至少在部分田块存活；2023年经历更寒冷多雪的冬季后，红三叶草和茴香几乎完全消失，监测后的霜冻事件进一步减少了部分物种。矢车菊在两个年份所有混播中均表现出强烈优势，地面覆盖率超过50%。金盏花和蚕豆最早开花（4月底至5月初），随后为矢车菊、绛三叶草和粗糙还阳参，最后为毛叶苕子和芫荽。2022年非播种物种地面覆盖率平均仅1%–3%，2023年升至14%，主要来自前茬作物和杂草。
（二）花卉条带对甜菜生长和产量的影响
两个年份中，距条带3米和10米处甜菜的Nmin含量无显著差异，表明花卉条带未对邻近甜菜产生养分竞争。条带内未施肥区域的Nmin显著低于施肥区域。6月LAI在距条带不同距离、不同处理及不同花卉混播间均无显著差异。甜菜产量在3、5、10米收获距离间无显著差异，2022年平均分别为14.4、14.7和14.6 t ha?1，2023年为15.5、15.9和15.6 t ha?1。
（三）甜菜黄化症状与糖产量
2022年高蚜虫压力条件下，INS?处理甜菜面积中12.5%呈现黄化症状，花卉条带邻近区域显著降至6.7%（降幅46%，p < 0.0001）。感染巢穴数量对症状面积有显著贡献，与黄化面积呈显著正相关（r = 0.72）。所有花卉混播邻近的甜菜黄化面积均显著低于INS?对照。然而，病害降低未转化为产量提升：标准处理糖产量显著高于INS?和花卉条带处理，但两个无杀虫剂处理间无显著差异。2023年低蚜虫压力下，各处理间黄化症状和产量均无显著差异。
（四）经济效益评估
情景分析显示，不同情景下贡献毛利介于1,877至2,918 � ha?1之间。最高贡献毛利为低蚜虫压力下的标准处理（情景3），最低为花卉条带无效情景（情景7）。与标准杀虫剂保护栽培相比，花卉条带使贡献毛利降低366 � ha?1（13%），主要源于面积损失（占田间11.2%）和建植管理成本。花卉条带仅在能完全避免产量损失的高害虫压力情景下，经济表现才优于无杀虫剂处理。
四、讨论与结论
研究表明，将越冬花卉条带整合入甜菜田在技术上是可行的，且未造成重大直接问题。花卉条带在近距离内减少了病毒黄化病的传播，支持了植物保护服务功能。物种选择是成功整合的关键，越冬能力是决定性因素。矢车菊、毛叶苕子、蚕豆和绛三叶草是推荐的适宜物种，而红三叶草、茴香和金盏花在寒冷冬季地区不宜推荐。条带内杂草抑制总体良好，未施肥条带较低的Nmin值可能减少越冬期养分淋溶。条带整合需要GPS导航机械进行正确定位，并需秋季播种和夏季刈割等额外田间作业，但总体可管理。
花卉条带将黄化症状面积从12.5%显著降至6.7%（46%降幅），但该病害降低未转化为邻近花卉条带处理的产量提升。这可能与病毒发生时间、田间变异、水分胁迫掩盖效应及收获窗口位置等因素有关。经济分析揭示了花卉条带采用的根本挑战：即使乐观情景下其盈利能力仍低于标准杀虫剂保护栽培。然而，花卉条带可作为高风险害虫压力下的风险缓解策略，而非当前条件下的经济最优常规做法。
花卉条带增强田间植物多样性，提供5–7月的花蜜资源，有益于节肢动物多样性。参与农民的积极反馈和公众正面认知表明其具有超越直接害虫防治的社会效益。未来优化应聚焦于更窄的条带设计以减少面积损失、提高物种选择的越冬可靠性、与互补性生物防治措施整合，以及政策框架对生态系统服务的经济激励。随着农业可持续发展要求的提高，花卉条带有望从试验实践发展为综合作物管理体系的重要组成部分。
