减少合成化学品投入对商业洋葱生产系统病虫害管理影响
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减少合成化学品投入对商业洋葱生产系统病虫害管理的影响
抽象 洋葱生产依赖于合成化学投入，如化肥和杀虫剂，以确保其盈利能力。在五大湖地区（美国），洋葱蓟马（Thrips tabaci）和导致球茎腐烂病的细菌病原体复合物威胁着洋葱生产的可持续性。通过减少种植时施用的肥料量和在季节期间在叶子上施用杀虫剂，有可能减少洋葱中的 烟粉虱 虫感染和球茎腐烂病的发病率。在一项为期三年的研究中，包括 20 个纽约商业洋葱田，研究了合成肥料（无肥料，半速和全速）和杀虫剂使用（基于动作阈值的应用计划和每周应用程序）对 塔巴昔虫 种群和球茎腐烂病发病率的影响。结果表明，种植时洋葱施肥量对烟 粉虱 种群水平、球茎腐烂病发病率、洋葱球茎大小和产量均无影响。相比之下，杀虫剂的使用对减少 烟粉虱 密度的影响最大。基于行动阈值的计划和每周喷雾计划都将 烟粉虱 的感染水平降低到经济伤害水平以下，但行动阈值计划平均每季减少 2.3 次应用。杀虫剂计划对球茎腐烂发生率，球茎大小或产量没有影响。我们得出结论，合成肥料和杀虫剂的投入可以在不影响洋葱球茎产量的情况下大幅减少，这应该会带来更大的利润和减少环境中的化学物质。
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洋葱蓟马; 蓟马烟粉虱 ; 细菌球茎腐烂; 肥料; 杀虫剂; 淤泥土 1. 引言 干球洋葱（ 葱 洋葱）是一种高价值的新鲜市场蔬菜作物，每年产生约 10 亿美元[1]。在五大湖地区（美国），洋葱通常在泥土中生产，其中含有高达 80%的有机质，并且肥沃性很高[2，3]。该地区的洋葱生产涉及集约化种植和严重依赖化肥和杀虫剂等合成投入[4]。鉴于这些投入的高成本和作物价值，有效和经济地管理洋葱病虫害至关重要。
洋葱蓟马（Thrips tabaci Lindeman）是全球对经济最具破坏性的洋葱害虫之一[5，6]。成虫和幼虫的吮吸食通过去除叶肉降低了光合潜力，从而导致鳞茎产量降低多达 60%[7，8，9]。此外， 烟粉虱 通过真菌孢子的移动、病毒的传播以及细菌通过伤口的产生，促成了许多具有重要经济意义的植物病原体的传播[9，10，11]。
杀虫剂的使用是管理洋葱中 烟粉虱 的主要策略。在五大湖地区， 烟粉虱 成虫在季中（6 月和 7 月初）进入洋葱田，并喂养6-8 周，直到植物接近成熟，每个季节需要多次施用杀虫剂[12]。因此，杀虫剂耐药性管理很重要。从历史上看， 烟粉虱 在季节内和跨季节反复施用时，对某些杀虫剂产生了耐药性[13，14，15]。已经制定了新型杀虫剂的作用阈值[12，16]，并推荐了应用序列以减轻耐药性发展[17，18，19]。根据这些建议，与每周一次的杀虫剂喷洒计划相比，纽约（美国）的洋葱种植者已将杀虫剂施用量减少了 13-50%[12]。尽管整个五大湖地区行动阈值计划的采用有所增加，但一些种植者继续遵循每周一次的杀虫剂计划[19]。因此，有必要通过确定与杀虫剂使用相容的新蓟马管理策略，并鼓励进一步采用基于行动阈值的杀虫剂计划，提高洋葱田中烟粉 虱 管理的稳健性。
细菌性疾病也是干球洋葱生产的主要制约因素[20]。侵扰鳞茎的细菌会导致鳞茎内部变色或腐烂，这使得鳞茎无法销售。在五大湖地区，多种致病菌是引起球茎腐烂病的原因，例如皮肤酸味（ 伯克霍尔德氏菌 属），球茎内部腐烂（ 肠杆菌 属， 假单胞菌 属， 乳球菌 属， 拉氏菌 属， 克雷伯氏菌 属， 科萨科尼亚牛犬 病和 粘质沙雷氏菌 ）和中心腐烂（Pantoea 属）。[9，21，22，23，24，25，26]。与其他洋葱病原体不同，细菌性球茎腐烂病缺乏高效的管理选择。
降低种植时合成肥料的施肥率是一种文化策略，可能有助于减少洋葱中的 烟粉虱 虫感染和细菌球茎腐烂病的发病率。对矿物土壤中生长的洋葱施用的氮量减少， 烟粉虱 的侵扰度降低了 30-70%[27，28]。相比之下，单独使用氮或仅含磷的量减少并没有减少纽约淤泥土中洋葱中的 烟粉虱 种群[9，24]。降低氮水平降低了矿物土壤中细菌球茎腐烂的发生率[25，29，30]。相比之下，单独使用氮或单独使用磷的量减少并不能持续降低纽约淤泥土中种植的洋葱中细菌球茎腐烂病的发病率[24]。虽然在纽约，通过单独减少氮或单纯磷，烟 粉 虱的侵扰和球茎腐烂病水平并没有降低，但所有三种营养素（即氮、磷和钾一起）的总体减少可能会降低 烟粉虱 虫的侵扰水平和球茎腐烂病的发病率。理想情况下，病虫害发病率的降低将发生在没有球茎产量降低的情况下。
我们的目标是为商业种植者提供所需的信息，以优化他们使用合成化学品生产洋葱。与以前的研究不同，我们旨在评估合成肥料（氮 - 磷 - 钾[N-P-K]，而不是像 N 或 P 这样的单一营养素）和杀虫剂在淤泥 土中生长 的商业生产的洋葱中虫害和细菌球茎腐烂病发病率的相应减少。我们的假设如下：（1）
烟粉虱 种群水平和细菌球茎腐烂病发病率将随着种植时施肥量的减少而下降;（2）在基于行动阈值的方案之后用杀虫剂管理的洋葱中， 烟粉虱 种群水平和球茎腐烂病发病率相当于每周喷雾方案之后的病媒，但按照行动阈值方案进行的申请将减少;（3）接受标准量肥料的洋葱的鳞茎大小和产量将与接受低得多的洋葱相似。与以前的研究不同，我们在纽约进行的为期三年的研究是在五个农场的两个生产区进行的，共有 20 个田地和七个品种。此外，洋葱种植者施用了所有肥料处理和大多数杀虫剂施用。
2. 材料和方法 2.1. 字段位置
该实验于 2019 年至 2021 年在纽约州奥尔良县（分别为 n = 4，5 和 5 田）和纽约州韦恩县的 2020 年和 2021 年（两年 n = 3 个田）的商业洋葱（Allium cepa L.）田地进行（表 表 S1）。奥尔良县田地的土壤被归类为“卡莱尔”淤泥或“棕榈树”淤泥，而韦恩县田地都是“卡莱尔”淤泥[31]。所有干球洋葱都是通常生长的黄色品种，并在 4 月或 5 月种植（表 表 S1）。洋葱种子用 FarMore FI500 与 Adward SC（spinosad [0.2 mg ai 种子]）处理 −1 ]，噻虫嗪[0.2 毫克 ai 种子] −1 ]，甲非诺泮[0.15 克 ai 公斤 −1 ]，氟二噁尼[0.025 克 ai 千克 −1 ]，和嘧菌酯[0.025 克 ai kg −1 ]）
加上 Pro-Gro （羧素 [7.5 g ai kg −1 ]和蒂拉姆[12.5 克 ai公斤 −1 ]）或 FarMore FI500 与 Trigard OMC（环丙嗪[0.225 毫克 ai 种子] −1 ]，噻虫嗪[0.2 毫克 ai 种子] −1 ]，甲非诺泮[0.15克 ai 公斤 −1 ]，氟二噁尼[0.025 克 ai 千克 −1 ]，和嘧菌酯[0.025 克 ai kg −1 ]）
加上 EverGol Prime （penflufen [2.5 g ai kg −1 ]）控制蛆虫害（Delia spp.）和幼苗病害。
蓟马烟粉虱 种群不受噻虫嗪或环丙嗪种子处理（BAN，pers. obs）的影响。韦恩县的所有田地和奥尔良县每年的一块田地在上一季都种植了马铃薯（Solanum tuberosum L.）。奥尔良县的所有其他田地都种植了许多季节的洋葱。
2.2. 实验设计
对 3 种施肥进行了评价，包括洋葱种植者颗粒氮磷钾（N-P-K）施肥的全速（标准）、标准施肥量的一半和无施肥量（表 表S2）。评估了两种杀虫剂处理方法，包括每周申请计划和基于行动阈值的申请计划。试验设计为以肥料处理为主样地因子，以杀虫剂处理为子样地因子的分割样地。每个商业洋葱田分别被视为复制品（或块），分别在 2019 年，2020 年和 2021 年具有 n = 4，8 和 8 个田。
在每个商业领域内，一个 9.1 m 宽，138 m 长的区域被平均分成三个部分，每个部分被随机选择以接受三种肥料处理中的一种（图 图 1; 表 S2）。在每次肥料处理中，四个 4.5 米宽，9 米长的地块被指定为每周杀虫剂计划或基于行动阈值的计划（图 图 1）。因此，每个领域总共有 12 个地块。在洋葱生长季节的整个期间，无论蓟马密度如何，六个地块每周都收到杀虫剂应用，而六个地块仅根据作用阈值接受杀虫剂应用。所有地块都位于每种肥料处理的中心区域内，以降低养分可能在处理之间移动或从试验周围的土壤中移动的区域采样的风险。所有数据均沿着每个样地中心的横断面（1.5 m 宽×9 m 长）采集（图 图 1）。
图 图 1.纽约（美国）单个商业洋葱田内一个重复（或块）的插图（非比例），包括肥料主要地块的尺寸（水平：零肥料和半施肥和全施肥;9 米宽×46 米长）和杀虫剂程序子图（水平：行动阈值和每周施用;4.5 米宽×9 米长）。深灰色框和用虚线勾勒的白色框表示两种类型的杀虫剂子图。深灰色区域是由洋葱种植者使用地面钻机和我们用背包喷雾器喷洒的，而虚线勾勒的白色区域仅由洋葱种植者喷洒。黑色双箭头线表示每个 1.5 m 宽×9 m 长的横断面，在一个地块（实验单元）中，所有蓟马都被计数，鳞茎被收获，分级，称重和检查细菌球茎腐烂。
肥料的施用
所有肥料都配制成颗粒状预混料，并从纽约州斯塔福德的 Carolina Eastern-Crocker，LLC（奥尔良公司的两个种植者）或纽约州 Fancher 和纽约州 Sodus 的 Nutrien Ag Solutions（奥尔良公司的一个种植者，韦恩公司的两个）购买。洋葱的肥料混合物通常含有硫酸铵和尿素以提供氮，磷酸一铵提供磷，K-Mag（商业钾和镁混合物）和氯化钾提供钾，铜和锰氧硫酸盐提供额外的微量营养素（表 表 S3）。肥料公司根据种植者获得的土壤测试结果为每个种植者定制混合肥料混合物（表 表 S2）。在施肥之前，种植者在准备种子床之前使用刮土板犁将土壤翻转过来，然后使用圆盘耕作机将田地压平。所有肥料都在种植时施用，大多数种植者在至少 9.1 米宽的地带使用滴式撒布机施用，然后在种植洋葱种子之前将其轻轻耕种到土壤中。
杀虫剂程序和用途
基于作用阈值的杀虫剂计划遵循每片叶子 1 蓟马的阈值[16]。康奈尔大学合作推广（CCE）的工作人员每周都会对包含该实验的整个领域进行侦察，以评估 烟粉虱 的种群密度。大约 50 家工厂按照覆盖整个油田的 x 型采样模式对蓟马进行了检查。如果整个田地的平均蓟马密度达到或超过作用阈值，种植者将在整个田地上施用杀虫剂，包括我们的研究区域（图 图 1）。种植者与佐剂共同施用杀虫剂以提高疗效[32]。喷雾量范围为 281 至 374 L ha −1 ，压力范围为 276 至 345 kPa。如果当周没有超过行动阈值，种植者将不会在该田地上施用杀虫剂。在这种情况下，我们将杀虫剂应用于指定为接收每周杀虫剂计划的地块。这些应用是使用一氧化碳进行的 2 - 带四个双平风扇喷嘴的加压背包喷雾器（TJ-60-8003VS;TeeJet Technologies，哈里斯堡，宾夕法尼亚州，美国）经过校准，可提供 337 L ha −1 在 276 千帕。杀虫剂也与甲基化种子油共同施用，与专门的有机硅基非离子表面活性剂（Dyne-Amic;Helena， Collierville， TN， USA），v：v 的速率为 0.25%，以提高疗效[32]。因此，在基于行动阈值的程序之后，对指定接受杀虫剂申请的地块施用杀虫剂仅由种植者提出，而根据每周申请计划向指定接受杀虫剂的地块的施用则由种植者和我们共同提出。这两个杀虫剂计划都始于 6 月下旬至 7 月初，当时每个种植者都以 烟粉虱 为目标首次施用杀
虫剂，然后在 8 月作物成熟时完成（表 表 S4）。在季节选择的杀虫剂产品通常遵循一个逻辑序列，旨在在整个季节内最大限度地管理蓟马，并通过通常避免连续两次以上地应用任何活性成分来延缓杀虫剂耐药性的发展[33]。
土壤养分评估
在种植后不久和作物吸收前的 5 月初，对 3 种肥料处理的土壤养分含量进行了评估，并在大多数营养生长完成后，在 6月下旬或 7 月初再次评估，以捕获水平;2019 年发生了一个例外，当时仅在 7 月进行了抽样。在每次施肥处理中，随机选择 4个样地中的 2 个，从每个样地收集 8 个 30 cm 土芯并均质化（每田每施肥处理 n=2）。在收集的 24 小时内，将土壤样品递送到 Dairy One（美国纽约州兰辛市），进行改良摩根磷和钾分析以及硝酸盐 PSNT 分析。
在各田地和采样期内，对各施肥处理的土壤养分样品进行平均分析。在各田间，将全半施肥处理检测到的氮、磷、钾平均量除以零施肥处理中各养分的量，再乘以 100，确定半施肥与零、全施肥处理与零处理的百分差。2019 年，全速和半速的养分均未与零施肥处理中的养分有所不同，但有些在数值上更大（表 表 S5; 图 S1A）。相比之下，在 2020 年和 2021 年的两个采样日，接受半倍和全施肥的处理中氮（N）和钾（K）的平均水平显着高于未接受肥料的处理（表 表 S5; 图 S1B–E）。在 2020 年和 2021年的采样日期，接受肥料的土壤和未接受肥料的土壤之间磷（P）的平均水平从未显着差异（表 表 S5; 图 S1B–E）。2019 年 5 月的降水量是 2020 年 5 月或 2021 年 5 月降水量的 2-3 倍（表 表 S6），这可能影响了采样时土壤中养分的可用性。总体而言，土壤养分分析结果验证了在需要接受肥料的田地的指定区域施肥，但结果缺乏区分半数和全施肥量的能力。也许淤泥土的特征与环境因素相结合，也对难以区分两种速率起到了一定的作用。
蓟马密度评估
由于 蓟马烟粉虱 是纽约唯一对洋葱造成损害的害虫蓟马物种，因此所有采样和随后的管理决策都集中在该物种上。在每个地块中，每周从 25 种植物（实验单位）中计数蓟马成虫和幼虫。因此，从 50 株植物（两个实验单位）中对蓟马进行计数，每个肥料×杀虫剂程序处理每田共 300 株（50 株×3 种肥料×2 种杀虫剂程序处理）。此外，每周记录每块地五株植物的叶子数量，直到该季节最后一次施用杀虫剂后的一周。券蓟马标本保存在美国日内瓦康奈尔农业技术公司昆虫学系。
灯泡尺寸，产量，灯泡腐烂评估
洋葱成熟后，从每个地块中拉出 100 株植物并运输到康奈尔农业技术公司，在那里将它们放置在通风的建筑物中，并允许风干，直到洋葱叶完全干燥（拉动后 3-4 周）。去除干燥的叶子，并按直径对鳞茎进行分级，分配“锅炉”（2.5-4.8 厘米），“标准”（4.9-7.6 厘米）或“巨型”（≥7.7 厘米）的尺寸等级，然后称重。在我们的研究中，“标准”或“巨型”灯泡被认为是有市场的，而“锅炉”灯泡被认为是不可销售的[34]。在每个上市尺寸等级（标准和巨型）中，检查了一部分球茎的细菌腐烂症状。如果一个尺寸等级至...