柏連陽，張玉燭，方寶華 ，紀雄輝，劉 洋，謝運河，廖育林，王立峰，彭 迪

（1. 湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖南 長沙 410125；2. 湖南雜交水稻研究中心，雜交水稻國家重點實驗室，湖南 長沙 410125；3. 湖南省水稻研究所，湖南 長沙 410125；4. 湖南省農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境研究所，湖南 長沙 410125；5. 湖南省土壤肥料研究所，湖南 長沙 410125；6. 湖南省生物技術(shù)研究所，湖南 長沙 410125）

湖南是我國水稻種植大省之一，在我國水稻生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位，2012年湖南省糧食產(chǎn)量首次突破了300億kg，其中水稻播種面積449 320 hm2，單產(chǎn)421.9 kg，總產(chǎn)284.3億kg，占糧食總產(chǎn)的87%，實現(xiàn)了面積、單產(chǎn)、總產(chǎn)“三增長”。當(dāng)前，湖南稻米質(zhì)量安全應(yīng)注意以下兩個方面的問題。一方面，農(nóng)藥施用不合理。南方稻區(qū)稻螟蟲、稻縱卷葉螟、稻飛虱等主要害蟲、稻田惡性雜草嚴重影響著水稻產(chǎn)量安全，病蟲害化學(xué)防治對我國糧食總產(chǎn)逐年增加起了非常重要的作用，1991～2012年我國糧食總產(chǎn)增加了35.4%，但是農(nóng)藥用量增加了137%，大量化學(xué)農(nóng)藥的不合理施用，帶來了害蟲和雜草抗藥性增強、再猖獗、農(nóng)藥殘留污染，即“3R”問題與生態(tài)環(huán)境惡性循環(huán)。另一方面，稻米重金屬污染。長期化肥不合理施用導(dǎo)致土壤酸化，土壤重金屬鎘生物有效性提高，2013年湖南鎘大米事件發(fā)酵，對湖南大米市場產(chǎn)生了巨大的沖擊，導(dǎo)致大量稻谷滯銷積壓，2015年雖然外銷量有所恢復(fù)，但數(shù)量僅280萬t左右，與以往每年向省外輸出商品糧450萬t相距甚遠。項目團隊自2004年開始致力于稻米質(zhì)量安全控制技術(shù)研究，該研究對提高稻米衛(wèi)生品質(zhì)，確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境具有重大意義。

1 技術(shù)思路

圍繞水稻生產(chǎn)農(nóng)藥減量、化肥有機替代、綠色生產(chǎn)和品質(zhì)提升的戰(zhàn)略需求，從水稻產(chǎn)地生態(tài)環(huán)境優(yōu)化、種植生產(chǎn)過程污染物控制和質(zhì)量保障三大環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)開展攻關(guān)研究，根據(jù)實施區(qū)域生態(tài)特點，優(yōu)化傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)，分層次集成優(yōu)良生態(tài)區(qū)的有機豐產(chǎn)技術(shù)、常規(guī)產(chǎn)區(qū)的綠色高產(chǎn)技術(shù)和中輕度鎘污染區(qū)的安全生產(chǎn)技術(shù)，實現(xiàn)控藥、節(jié)肥和降鎘三大目標（圖1）。具體來說，即在產(chǎn)地環(huán)境優(yōu)化方面，開展農(nóng)田景觀生態(tài)優(yōu)化配置、土壤肥力提升與土壤重金屬鎘活性鈍化技術(shù)研究，優(yōu)化生態(tài)，凈化產(chǎn)地；在生產(chǎn)過程方面，重點突破稻米鎘控制技術(shù)、節(jié)肥栽培技術(shù)和稻瘟病、紋枯病、稻曲病三大病害生物防控技術(shù)；在質(zhì)量保障方面，攻克水稻主要蟲害、草害生物防控技術(shù)，實現(xiàn)主要有害生物非化學(xué)農(nóng)藥防控，確保稻米產(chǎn)品質(zhì)量。

圖1 總體技術(shù)路線

2 主要創(chuàng)新技術(shù)

2.1 土壤調(diào)理劑鈍技術(shù)

結(jié)合礦物學(xué)、材料學(xué)、納米科學(xué)原理，針對目標土壤研發(fā)出高效降鎘并可維持土壤肥力的綠色與環(huán)境友好的土壤修復(fù)產(chǎn)品，以滿足“邊修復(fù)、邊生產(chǎn)”的要求；同時結(jié)合高溫活化等技術(shù)進行生產(chǎn)工藝優(yōu)化，實現(xiàn)土壤調(diào)理劑產(chǎn)品的批量生產(chǎn)與大面積示范應(yīng)用，大力支撐湖南及周邊省份的鎘污染稻田修復(fù)治理，切實保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和稻田土壤持續(xù)安全利用。

2.1.1 篩選原材料 根據(jù)南方稻田鎘污染特征和稻米鎘超標的關(guān)鍵原因，利用石灰等堿性物質(zhì)能調(diào)理土壤酸性降低土壤鎘活性、施用高活性硅肥產(chǎn)品能與鎘生成沉淀、添加鋅鎂等元素能與鎘在水稻根系競爭吸收和在水稻體內(nèi)競爭轉(zhuǎn)運等作用機理，篩選出關(guān)鍵原材料。

（1）石灰。施用石灰是調(diào)理土壤酸性的最有效途徑之一，施用石灰主要依賴于由堿性作用降低土壤有效態(tài)鎘含量和提高水稻莖稈中的鈣含量抑制水稻體內(nèi)鎘的轉(zhuǎn)移兩個過程的疊加效應(yīng)[1]。項目組系統(tǒng)的研究了石灰在不同地點、不同鎘污染程度、不同土壤類型上的土壤調(diào)酸和稻米降鎘效果，以及其最佳施用量、施用時期和施用方法，確定了“宇豐”土壤調(diào)理劑的關(guān)鍵原材料——石灰。

選擇長株潭地區(qū)不同鎘污染特征稻田（土壤類型為第四紀紅土、花崗巖、河流沖積物、紫色砂頁巖；土壤pH值范圍5.0～8.0；土壤全鎘含量范圍為0.24～1.70 mg/kg；土壤有效態(tài)鎘含量范圍為0.11～0.55 mg/kg；土壤鎘有效率范圍為30.59%～52.38%），施用石灰1 500 kg/hm2，平均可提高土壤pH值0.35個單位，降低稻米鎘含量34.54%；而在水稻不同生育時期（插秧前、分蘗期、孕穗期、灌漿期）施用石灰的效果表明，均可顯著提高土壤pH值，降低土壤有效態(tài)鎘及糙米鎘含量，且在水稻分蘗期之前施用降低稻米鎘含量的效果較好，而考慮到人工施用的方便以及石灰對水稻生長的影響則以水稻插秧前施用更佳。

在干旱和淹水條件下施用石灰皆可顯著提升土壤pH值，有效降低土壤有效態(tài)鎘含量和稻米鎘含量。建立石灰施用量（x，單位：103kg/hm2）與土壤pH值（y1）和土壤有效態(tài)鎘含量（y2）的線性方程y1=0.238 x+5.925（R2=0.888），y2=-0.007 x+0.097（R2=0.779），計算可知，每施用石灰1 000 kg/hm2的土壤pH值提高0.24個單位、土壤有效態(tài)鎘含量降低0.007 5 mg/kg；建立石灰施用量（x，單位：103kg/hm2）與稻米鎘含量（y3）的二次曲線方程y3=0.007x2-0.072 x+0.310（R2=0.945），計算可知，干旱條件下，晚稻降低稻米鎘含量效果最佳的石灰施用量為5 120 kg/hm2，稻米鎘含量為0.12 mg/kg；淹水條件下，晚稻降低稻米鎘含量效果最佳的石灰施用量為4 636 kg/hm2，稻米鎘含量為0.10 mg/kg。

（2）硅。植株體內(nèi)的硅可顯著減少質(zhì)外體流動量和降低流動性，為有毒物質(zhì)提供結(jié)合位點，減少植株體內(nèi)鎘的遷移轉(zhuǎn)運。項目組在闡明硅—鎘交互作用的基礎(chǔ)上，探明水稻不同生育時期施用硅肥的效果，篩選出具有高活性硅含量的無機材料（赤泥、濾泥、鉀硅肥等）和有機材料（稻草生物炭）。

施硅可明顯降低根系和莖葉中共質(zhì)體、質(zhì)外體中鎘含量，同時添加硅和鎘，根系中共質(zhì)體與質(zhì)外體中鎘含量比值成增加趨勢，且質(zhì)外體中鎘含量遠低于共質(zhì)體；鎘促進了根系質(zhì)外體中硅含量的富集，而硅能使更多的鎘積累在根系中，阻止其向地上部轉(zhuǎn)運。水稻不同生育期（基肥、分蘗期、孕穗期）施用硅肥可增加土壤有效硅含量295.3%～399.2%，并降低土壤鎘生物有效性，阻止鎘的遷移轉(zhuǎn)運，減少稻米鎘積累。并以基施硅肥的降鎘效果最好，基施硅肥高可降低稻米鎘含量25.3%[2-3]。

富硅無機材料中，項目組篩選到具有高活性硅含量的赤泥、濾泥、鉀硅肥等優(yōu)質(zhì)原材料，其降低稻米鎘含量的大田試驗結(jié)果表明，施用赤泥3 000 kg/hm2可增加水稻產(chǎn)量12.4%，糙米鎘含量降低40.8%；施用赤泥9 000 kg/hm2的糙米鎘含量降低55.7%[4]；施用濾泥3 000 kg/hm2可降低稻米鎘含量50.8%[5]；不同地點施用鉀硅肥1 200 kg/hm2的糙米鎘含量比對照分別降低 25.0%～27.5%[6]。

（3）鋅、鎂、鈣。鋅、鎂、鈣等二價元素是植物生長必需的中微量元素，在體內(nèi)發(fā)揮重要的生理作用。鋅、鎂、鈣是土壤鎘吸附位點和植株吸收與轉(zhuǎn)運過程中的主要競爭者，適當(dāng)提高土壤和植株中的鋅、鎂、鈣含量可顯著降低水稻對鎘的吸收轉(zhuǎn)運。

①基施鋅肥可顯著提高土壤有效態(tài)鋅含量，增加水稻對鋅的吸收積累，并顯著抑制水稻對鎘的吸收，但對土壤有效態(tài)鎘含量無顯著影響[7]。早稻基施鋅肥15～60 kg/hm2的米鎘含量降低17.52%～37.13%、晚稻米鎘含量降低11.21%～66.00%，早稻米鎘含量隨鋅肥施用量的增加呈“報酬遞減”規(guī)律，而晚稻米鎘含量則隨鋅肥施用量的增加呈“直線下降”趨勢，其中，早稻較佳鋅肥施用量為45 kg/hm2。水稻米、莖、葉間鋅—鎘交互作用顯著，施鋅可顯著抑制水稻對土壤鎘的吸收轉(zhuǎn)運，且稻米鎘含量既受水稻吸收轉(zhuǎn)運鎘能力的影響，同時受水稻植株和土壤中鋅—鎘拮抗作用的調(diào)控。

②麻砂泥和紅黃泥兩種土壤pH值皆與鎂的施用量呈顯著線性相關(guān)，隨鎂施用量增加，土壤pH值呈上升趨勢，氧化鎂施用量1 g/kg時，麻砂泥土壤pH值提高1.6個單位，紅黃泥土壤pH值提高0.7個單位。施鎂能降低土壤有效態(tài)鎘含量，麻砂泥中，當(dāng)氧化鎂用量≥0.3 g/kg時，土壤有效態(tài)鎘含量顯著降低，降幅為21%～48%；而紅黃泥中氧化鎂用量達1 g/kg時，土壤有效態(tài)鎘降低達顯著水平，降幅為18%；隨著兩種土壤氧化鎂用量的增加，稻米鎘含量呈遞減趨勢。其中，麻砂泥氧化鎂施用量≥0.1 g/kg，稻米鎘含量顯著低于對照；紅黃泥氧化鎂施用量≥0.3 g/kg時，稻米鎘含量顯著低于對照；同時，施鎂能降低鎘富集系數(shù)（籽粒鎘含量/土壤鎘含量），從而降低了稻米鎘含量。施鎂提高了土壤交換性鎂含量，也有利于土壤鎂養(yǎng)分的補充。

③潮泥田和紅黃泥施用不同類型鈣化合物（CaO、CaCO3和CaSO4）對水稻吸收累積鎘的影響表明[8]，潮泥田和紅黃泥上施用CaO、CaCO3和CaSO4皆可顯著提高土壤pH值。潮泥田施用CaO（0.36 g Ca/kg土）、CaCO3（0.24 g Ca/kg 土）和 CaSO4（0.24 g Ca/kg土）后水稻糙米鎘含量降幅分別為26.3%、23.7%和18.4%。紅黃泥施用CaO、CaCO3和CaSO4后，土壤pH值變化趨勢與潮泥田相同。但當(dāng)CaO施用量達到0.24 g Ca/kg土?xí)r，土壤有效態(tài)鎘含量顯著降低，但水稻糙米鎘含量反而上升。利用鈣化合物控制污染土壤上水稻對鎘的吸收累積時，需要根據(jù)土壤鎘含量和pH值綜合考慮合理的鈣化合物類型和用量。

2.1.2 研制土壤調(diào)理劑 以提升調(diào)理劑產(chǎn)品活性硅含量為核心，采用高溫焙燒、適溫強堿破壞原礦的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，并通過水熱活化調(diào)控，對原礦材料進行硅激活，同時結(jié)合不同原材料組合下的物理化學(xué)反應(yīng)過程進行配方優(yōu)化和生產(chǎn)工藝升級，研制出高效降低稻米鎘含量的土壤調(diào)理劑并實現(xiàn)量產(chǎn)[9]。

原生硅酸鹽礦物中硅含量較高但活性低，采用高溫焙燒（800～900℃）破壞原礦的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，并通過水熱活化調(diào)控，得到高活性硅含量的礦物硅激活材料。

選用鈣、鈉復(fù)合鹽與精選后的硅酸鹽天然礦物在高溫條件下焙燒處理，通過復(fù)合鹽在高溫下的強結(jié)合作用，將原礦中層、架狀穩(wěn)定結(jié)構(gòu)破壞，釋放其中的SiO2、Al2O3、K2O等有效成分，得到前驅(qū)體。對前述制得的前驅(qū)體進行水熱活化處理，調(diào)控形態(tài)，形成柱狀、顆粒狀等多種形態(tài)，硅、鈣結(jié)合成具有納米尺度微孔結(jié)構(gòu)的活性材料，部分鉀離子、鈉離子殘留于孔洞。經(jīng)活化后處理后，材料層間布滿不規(guī)則納米尺度的孔洞，比表面積＞40 m2/g，具有重金屬離子吸附的潛質(zhì)；產(chǎn)品還具備一定的供堿釋鈣能力，pH值可控制在12以上；枸溶性有效硅含量＞20%，有效鈣含量＞40%，層間可交換鉀、鈉離子總量≥3 wt%。

利用石灰與水反應(yīng)生熱的原理，并以調(diào)控海泡石、石灰、水、炭基硅的配比，實現(xiàn)對活性硅含量相對較低的海泡石、炭基硅材料在適溫強堿（180～200℃，石灰）條件下的水熱活化，得到活性硅含量高的硅激活材料。有機結(jié)合上述兩種硅激活材料的制備過程，優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程，適當(dāng)補加鋅等中微量元素，獲得調(diào)理土壤酸性、鈍化或吸附土壤鎘、抑制土壤—水稻系統(tǒng)鎘遷移轉(zhuǎn)運的多靶向控制的高效土壤調(diào)理劑配方，并實現(xiàn)量產(chǎn)。

2.1.3 土壤調(diào)理劑效果檢測 通過不同鎘污染特征稻田的大田試驗，探明研發(fā)的土壤調(diào)理劑降鎘效果的穩(wěn)定性及用量等關(guān)鍵參數(shù)，積極進行成果轉(zhuǎn)化與示范推廣，該產(chǎn)品及配套降鎘技術(shù)的示范推廣，實現(xiàn)了企業(yè)增收，農(nóng)民增效，企業(yè)經(jīng)濟效益可觀，社會效益明顯，并確保了區(qū)域人們的身心健康。

選擇不同鎘污染特征稻田進行土壤調(diào)理劑在不同土壤類型、土壤pH值范圍、土壤鎘污染程度范圍下降低稻米鎘含量的穩(wěn)定性檢測試驗，確定適合其推廣的施用量等關(guān)鍵參數(shù)。

（1）不同鎘污染特征稻田土壤調(diào)理劑試驗。選擇長株潭地區(qū)不同鎘污染特征（土壤類型：第四紀紅土、花崗巖、河流沖積物、紫色砂頁巖；土壤pH值范圍：5.0～8.0；土壤全鎘含量范圍為0.24～1.70 mg/kg；土壤有效態(tài)鎘含量范圍為0.11～0.55 mg/kg；土壤鎘有效率范圍為30.59%～52.38%）稻田，探明土壤調(diào)理劑在不同鎘污染稻田中的修復(fù)效果。結(jié)果表明，施用土壤調(diào)理劑可顯著提高酸性土壤pH值，降低土壤有效態(tài)鎘含量，顯著降低水稻對鎘的吸收積累。施用土壤調(diào)理劑1 500 kg/hm2則可平均提高土壤pH值0.30個單位，降低稻米鎘含量46.20%，其效果優(yōu)于石灰。施用土壤調(diào)理劑降低稻米鎘含量是多途徑抑制水稻對鎘吸收和轉(zhuǎn)運的綜合效果，因而“宇豐”土壤調(diào)理劑降低稻米鎘含量的效果更穩(wěn)定，適應(yīng)范圍更廣。

（2）典型鎘污染稻田土壤調(diào)理劑試驗。選擇長株潭地區(qū)典型化工點源污染、污水灌溉面源污染和大氣沉降面源污染的鎘污染稻田，研究鈍化劑施用對稻田土壤鎘形態(tài)、水稻鎘吸收的影響。結(jié)果表明，施用鈍化劑不僅可顯著提高土壤pH值，降低土壤有效態(tài)鎘含量、水稻稻米與莖葉鎘含量，還可增加水稻產(chǎn)量。通過鈍化劑用量與產(chǎn)量的二次擬合曲線計算可知，北山、梅林橋、大同橋三試驗點的理論最高產(chǎn)量分別為7 879、9 274和9 064 kg/hm2，對應(yīng)的鈍化劑施用量分別為1 557、1 248和2 752 kg/hm2，平均用量為1 852 kg/hm2。而鈍化劑用量與稻米鎘含量的二次擬合曲線計算可知，北山、梅林橋、大同橋三試驗點稻米理論最低鎘含量分別為0.143 8、0.063 7和0.232 4 mg/kg，對應(yīng)的鈍化劑施用量分別為2 079、1 823和1 689 kg/hm2，平均用量為1 864 kg/hm2。

2.2 綠肥稻草碳氮協(xié)同培肥地力

稻草和綠肥是十分重要的有機肥源。利用稻草和綠肥還田既是解決目前有機肥源缺乏和培肥地力的重要途徑，又是促進有機物料就地轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)增產(chǎn)、增效、省工、節(jié)本的有效措施，潛力巨大[10]。原有早花型紫云英品種盛花期早，但產(chǎn)量低，達不到培肥土壤和為雙季稻提供養(yǎng)分的目的；中花和遲花型品種產(chǎn)量高，但盛花期遲，均與土壤耕層淺，翻壓困難，且與現(xiàn)代水稻生產(chǎn)農(nóng)事季節(jié)提前矛盾[11]。同時這些品種均要求在晚稻收獲前1個月左右播種，對播種勞動力要求高，對晚稻產(chǎn)量有負面影響?！霸缁?、適產(chǎn)、耐遲播”紫云英新品種選育成功與否將決定稻田綠肥作物的發(fā)展前景。創(chuàng)新了稻田綠肥作物育種目標，首次提出了“早花、適產(chǎn)、耐遲播”的紫云英新品種選育，并選育出適合湖南省不同生態(tài)區(qū)生產(chǎn)與利用要求的“早花型”紫云英新品種——“湘紫2號”[12]。突破了紫云英在晚稻收獲前1個月播種的壁壘，提出了紫云英盛花期產(chǎn)量與養(yǎng)分含量的協(xié)同理念，實現(xiàn)了紫云英播種期和盛花期與現(xiàn)代雙季稻生產(chǎn)無茬口障礙。提出了紫云英干耕方法，構(gòu)建了紫云英運用于一季稻的免耕技術(shù)。控制紫云英腐解過程中還原性物質(zhì)對早稻生長的負面作用，降低紫云英養(yǎng)分的流失。建立了紫云英翻壓技術(shù)，解決了紫云英翻壓后腐解過程中產(chǎn)生的還原性物質(zhì)導(dǎo)致早稻“僵苗”問題，控制了紫云英養(yǎng)分的流失，實現(xiàn)了紫云英養(yǎng)分最大效率的利用。在綠肥高效生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了雙季稻稻草—綠肥碳氮協(xié)同增效模式[10,13]，稻草是高碳氮比（約60～80）的有機資源，具有腐解時間長和提供水稻所需養(yǎng)分時間長等特點。而綠肥是低碳氮比（約10～15）的有機資源，具有腐解速度快和能快速提供水稻所需養(yǎng)分的特征。能有效激發(fā)土壤微生物活性的有機物料適宜的碳氮比為25～30。項目組在益陽市南縣和長沙市長沙縣建立66.67和20 hm2的示范基地試驗該技術(shù)模式。

2.3 景觀生態(tài)調(diào)控保護繁育天敵技術(shù)

長期施用化學(xué)農(nóng)藥導(dǎo)致水稻主要害蟲及天敵銳減，稻田生態(tài)平衡系統(tǒng)受到破壞。項目組以恢復(fù)水稻—害蟲—天敵三元結(jié)構(gòu)為目的，適量保護水稻次要害蟲，搭建天敵生物繁育島，發(fā)明高效益害蟲分離裝置調(diào)節(jié)益蟲與害蟲數(shù)量平衡，構(gòu)建以天敵大群體為核心的稻田主要害蟲自然防御體系，實現(xiàn)保益控蟲的良性循環(huán)，修復(fù)稻田生物環(huán)境。

2.3.1 稻田景觀生態(tài)優(yōu)化配置 利用小菜蛾、稻螟蛉、豆莢螟等水稻的次要害蟲，對稻螟赤眼蜂進行田間自然繁殖，連續(xù)4 a對臨澧基地的觀察結(jié)果表明，稻螟蛉自5月上旬開始發(fā)生，一直持續(xù)到9月下旬，共出現(xiàn)3次發(fā)蛾高峰，每次小高峰均先于稻縱卷葉螟8～10 d，稻螟赤眼蜂對稻螟蛉的寄生率為88%～95%。營造適宜天敵生存、繁殖、避難為一體的多功能天敵保育中心，為蛙類、蜘蛛、黑肩綠盲蝽等捕食性天敵構(gòu)建安全棲息場所，結(jié)合綠色通道助遷技術(shù)，給蜘蛛等天敵留下適當(dāng)?shù)臉蛄海诖翰濉㈦p搶期間便于蜘蛛等天敵安全過渡。通過連續(xù)6 a的稻田生態(tài)建設(shè)，青蛙數(shù)量從5.8只/100叢增長到16.3只/100叢，蜘蛛數(shù)量從174.2只/100叢增長到512.0只/100叢，隱翅蟲達92頭/100叢。其中青蛙對飛虱的日捕食量可達13.7頭/只，3 000只/hm2青蛙可將稻飛虱控制在防控閾值以下，即使在晚稻飛虱大發(fā)生時期，稻飛虱發(fā)生量比空白對照區(qū)少51.48%[14]。

2.3.2 保護利用蛙類天敵控制害蟲 研究表明，青蛙、牛蛙和澤蛙對飛虱均有顯著的影響，其中青蛙對飛虱的控制效果最好，牛蛙次之，澤蛙最差；隨不同蛙類密度地增加，對飛虱的控制效果越明顯。試驗表明，青蛙可捕食飛虱13.17頭/d，最高可達19.00頭/d，牛蛙和澤蛙平均捕食飛虱8.17和5.33頭/d。研究結(jié)果還表明，變態(tài)后的幼小青蛙和牛蛙對螟蛾具有較強的捕食能力，可減少稻田螟蟲的危害，減少稻田卷葉率；隨牛蛙和青蛙密度增大，卷葉率減少；而澤蛙對螟蛾和卷葉率無明顯影響[15]。

2.3.3 扇吸式誘蟲燈益害蟲高效分離裝置控害保益效果 在提高誘蟲效率的基礎(chǔ)之上，為最大限度提高被捕益蟲的存活幾率，利用害蟲植食、益蟲肉食的習(xí)性，研創(chuàng)了連接在扇吸式誘蟲燈上的益害蟲高效分離裝置（專利號201020593569.0）。該裝置外體為一通風(fēng)、保濕良好的集蟲箱，創(chuàng)造適合天敵生存的良好環(huán)境，并利用黑肩綠盲蝽、隱翅蟲、瓢蟲等天敵比鱗翅目害蟲個體小的特點，設(shè)置逃生小孔，被捕的益蟲通過取食害蟲得以生存（圖2）。

對比研究了扇吸式誘蟲燈與頻振式殺蟲燈對晚稻稻田害蟲的誘捕效果的差異。扇吸式誘蟲燈的誘捕量顯著高于頻振式殺蟲燈，早稻分蘗至乳熟期連續(xù)觀測結(jié)果表明，扇吸式誘蟲燈對蛾類的日平均誘捕量為136.7只，比頻振式高97.0%；對稻縱卷葉螟的日均誘捕量為45只，比頻振式高168.0%；對稻飛虱的日均誘捕量為62.4只，比頻振式高182.5%。晚稻8月25至9月22日連續(xù)觀測結(jié)果表明，扇吸式誘蟲燈對蛾類日平均誘捕量為536.7只，比頻振式高110.5%，對稻縱卷葉螟的日均誘捕量比頻振式高99.5%[16]。

對益害蟲高效分離裝置的保益控害效果進行了大田調(diào)查，其中稻螟蟲、稻縱卷葉螟、稻螟蛉、稻飛虱4種害蟲種群死亡率100%；對益蟲的保護效果較好，隱翅蟲的存活率為81.8%～100%，黑肩綠盲蝽的存活率為83.3%～100%；中性昆蟲存活率70.4%～89.9%，表明益害蟲高效分離裝置對保益控害具有顯著效果。

圖2 益害蟲高效分離裝置

2.4 利用赤眼蜂控制水稻二化螟和稻縱卷葉螟

2.4.1 赤眼蜂高寄生率蜂種的篩選 稻螟赤眼蜂、臺灣螟赤眼蜂對水稻二化螟、稻縱卷葉螟由良好的控制效果[17-18]，但在實踐應(yīng)用中，蜂種采集主要分為本地掛卡采集和從外地引進。掛卡采集：將米蛾卵卡掛置在玉米地、茶林、菜園等地，通過赤眼蜂寄生方式收集不同蜂種。從外地引進蜂種主要有臺灣螟、長緣蜂、短緣蜂和長崗山蜂等蜂種。通過對不同種類赤眼蜂的繁殖系數(shù)調(diào)查表明，茶樹林中赤眼蜂繁殖系數(shù)最高，其次是扁豆地和空心菜地赤眼蜂，本地蜂的繁殖系數(shù)最低（圖3）。

圖3 不同蜂種繁殖系數(shù)情況調(diào)查

于湖南省水稻研究所試驗田進行了赤眼蜂田間飛行距離的測量，測量方法為：將赤眼蜂卵卡（2 000粒）貼在塑料杯內(nèi)，用2 m的竹竿吊置于稻田中心位置，然后以赤眼蜂卵卡為中心，在東、南、西、北、東南、東北、西南、西北8個方位的不同距離點放置米蛾卵卡，考察赤眼蜂不同方位和距離的寄生情況（表1）。試驗結(jié)果表明：不同種赤眼蜂在不同方向的寄生情況各不相同，說明赤眼蜂的飛行方向具有隨機性。根據(jù)各距離寄生粒數(shù)總和可知，臺灣螟在2 m處的寄生粒數(shù)最多，離赤眼蜂卵卡越遠，米蛾卵卡上寄生粒數(shù)越少；本地蜂在距赤眼蜂卵卡2、4、8和10 m的寄生粒數(shù)都超過100，其中以8 m處最多，8 m以外隨著距離增加寄生粒數(shù)越來越少。在以蜂卵為圓心，16 m為半徑的圓面積內(nèi)臺灣螟寄生總粒數(shù)僅為454粒，本地蜂達到761粒。

表1 赤眼蜂田間飛行不同方位和距離的寄生情況（粒）

對臺灣螟和本地蜂的寄生率的調(diào)查表明（表2），臺灣螟和本地蜂不同溫度冷藏后寄生率表現(xiàn)一致，米蛾卵冷藏溫度越高寄生率越高，0℃冷藏下寄生率僅為30%～35%，10℃冷藏下寄生率能達到80%～90%。0℃和5℃條件下，隨著冷藏的時間增加寄生率下降，而10℃條件下，冷藏時間越長其寄生率越高。從不同蜂種的比較來看，本地蜂平均寄生率為62.8%，高出臺灣螟4.5個百分點。

2.4.2 赤眼蜂節(jié)本繁殖技術(shù) 課題組發(fā)明了自動收集米蛾的新裝置，優(yōu)化了稻螟赤眼蜂的人工繁殖技術(shù)，降低了生產(chǎn)成本，提高了工作效率，為赤眼蜂產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和大面積推廣應(yīng)用提供了技術(shù)保障。米蛾繁殖是稻螟赤眼蜂繁殖的基礎(chǔ)，占整個赤眼蜂繁殖過程的70%工時，為了降本增效，課題組開展了稻螟赤眼蜂人工繁殖技術(shù)優(yōu)化研究，利用米蛾的趨光上飛特性，發(fā)明了自動收集米蛾的新裝置（專利號ZL2012 1 0358834），實現(xiàn)了米蛾的自動化收集。米蛾的采集率達90%以上，收蛾工效提高5～7倍，產(chǎn)100 mL米蛾卵用工成本僅為4.8元（表3），米蛾壽命平均延長1.3 d，單蛾產(chǎn)卵量提高10.6%，赤眼蜂繁殖工效提高1倍以上。同時充分利用地下培養(yǎng)室季節(jié)間溫度變化小和高濕度的特點進行米蛾繁殖，用電量節(jié)約75%，成蛾率提高20.1%，米蛾壽命延長1.9 d，單蛾產(chǎn)卵量提高17.8%。

表2 不同赤眼蜂種寄生率

表3 生產(chǎn)米蛾卵成本比較 （元/mL）

2.4.3 赤眼蜂“繁控?！碧镩g釋放技術(shù) （1）前期低量繁殖釋放（圖4）。觀察了2種赤眼蜂對次要害蟲稻螟蛉等、及小菜蛾、豆莢螟等稻田邊界生物的寄生情況，長沙稻螟赤眼蜂對稻螟蛉的寄生率88%～95%，可以作為稻螟赤眼蜂良好的田間自然繁殖寄主。根據(jù)長沙稻螟赤眼蜂適應(yīng)性強、田間自然繁殖系數(shù)高和寄生譜較廣的特點，在長期生態(tài)防控稻田、早稻前期葉面次要害蟲（稻螟蛉等）世代重疊的條件下，創(chuàng)新形成了水稻生長前期稻螟赤眼蜂低量繁殖釋放法，在水稻分蘗期觀測，當(dāng)?shù)久?、稻苞蟲和粘蟲等可寄生總蛾量達到100～200頭/667m2或者可寄生的產(chǎn)卵總量達到10 000～20 000粒/667m2時釋放長沙稻螟赤眼蜂，施放量 8 000～10 000頭 /667m2。2010～2011年在長沙果園和春華試驗基地研究發(fā)現(xiàn)，早稻5月中旬至6月下旬田間寄生卵赤眼蜂的孵化量達5 100～23 000頭/667m2，晚稻8月中旬至9月中旬達7 300～28 700頭/667m2，稻縱卷葉螟防控效果達81.3%，對二化螟防控效果達90.8%。

（2）中期動態(tài)控害釋放。在掌握稻縱卷葉螟和二化螟在湖南雙季稻田發(fā)生時期的基礎(chǔ)上，課題組利用臺灣螟赤眼蜂對兩種主要害蟲寄生力強、靶標性專一等特點，建立了根據(jù)稻縱卷葉螟、二化螟田間發(fā)生動態(tài)進行靶標控害的策略。根據(jù)稻縱卷葉螟和二化螟田間蛾、卵發(fā)生量大小，在發(fā)蛾始盛期釋放臺灣螟赤眼蜂最佳，釋放量計算公式為：C=E×30-D×70%，公式中C為單位面積寄生赤眼蜂釋放量，E為單位面積害蟲蛾量，D為田間已有赤眼蜂寄生卵量。一般在成蛾量150～200頭時，釋放寄生赤眼蜂10 000～20 000頭/667m2，如放蜂后4～7 d內(nèi)田間蛾量超過300～400頭/667m2，且田間自然蜂量不足時需補放一次。試驗示范結(jié)果表明，利用臺灣螟赤眼蜂在稻縱卷葉螟、二化螟發(fā)生關(guān)鍵時期進行動態(tài)靶標控害，能有效控制稻縱卷葉螟和二化螟種群發(fā)展，大面積防治效果為71.6%～80.5%。

（3）后期保效釋放。根據(jù)稻縱卷葉螟在世代重疊陸續(xù)產(chǎn)卵危害的特性，在動態(tài)靶標控害的基礎(chǔ)上，為確保功能葉片不受危害，提出了后期保效釋放法，鞏固動態(tài)靶標控害效果。利用長沙稻螟赤眼蜂和臺灣螟赤眼蜂混合釋放，釋放量根據(jù)田間害蟲數(shù)量和赤眼蜂殘存量綜合確定，一般釋放10 000～15 000頭/667m2。多年試驗示范結(jié)果表明，后期保效釋放法對稻縱卷葉螟的防效可提高20%～30%。

圖4 赤眼蜂“繁控?！贬尫偶夹g(shù)示意圖

2.5 生物控草肥控草技術(shù)

2.5.1 化感植物活性成分與雜草控制效果 生物控草有機肥提取物經(jīng)過大孔樹脂D101吸附過柱分離出的12個組分對稗草、菵草生長抑制作用測定結(jié)果見表4。由表4可以看出，組分A1、A2對供試植物具有顯著的促進效果，B1、B2、B3、B4、C1組分對稗草和菵草相對于對照并不明顯，影響不大。D1～D8組分對供試植物均有一定的抑制作用，其中，D7、D8組分的對供試植物幼苗抑制效果最明顯，對稗草進行處理的RI值分別為-0.44、-0.50，抑制菵草的RI值分別為-0.65、-0.66。由此看來，龍葵化感活性作用較高的成分主要分布于D5、D6、D7、D8等幾個餾分中。2.5.2 生物控草有機肥化感活性組分薄層層析 以硅膠薄層板為固定相，分別以氯仿∶甲醇（9∶1）、氯仿∶甲醇（99∶1）、氯仿∶丙酮（7∶3）、氯仿∶丙酮（85∶15）、環(huán)己烷∶乙酸乙酯（1∶2）混和物為流動相，在紫外分析儀254 nm波長下觀察展開效果。結(jié)果表明，活性組分樣品D8在氯仿∶甲醇（9∶1）和氯仿∶丙酮（9∶3）混合液中的沒有分離現(xiàn)象，且Rf值均為1。在氯仿∶丙酮（95∶5）混合液的展開中，分離組分Rf值為0.32和0.85。選用環(huán)己烷∶乙酸乙酯（1∶1）為D8的展開劑時，薄層板明顯分離出4個點，Rf值分別為0.16、0.28、0.46、0.84。氯仿∶甲醇（95∶5）展開的Rf值為0.91。通過觀察顯色效果比較，選定環(huán)己烷∶乙酸乙酯（1∶1）為最佳展開劑，并確定采用環(huán)己烷∶乙酸乙酯（2∶1）、環(huán)己烷∶乙酸乙酯（1∶1）、環(huán)己烷∶乙酸乙酯（1∶2）進行梯度洗脫硅膠柱。

表4 大孔樹脂分離的不同組分對稗草、菵草生長的影響

2.5.3 硅膠柱分離組分對稗草和菵草幼苗生長的影響表5結(jié)果表明，生物控草有機肥提取物經(jīng)硅膠柱D8分離出的5個不同組分均能抑制稗草、菵草幼苗的生長，且不同組分對供試植物的化感抑制強弱程度各不同，各組分之間也存在顯著差異。其中，G3、G4組分的抑制效果最高（圖5），稗草處理組RI值分別為-0.43和-0.32，菵草處理組的RI值分別為-0.49和-0.44，相對于對照存在極顯著的抑制效果。說明在G3、G4組分含有的化感活性物質(zhì)含量比其他組分更多，這兩部分的化感抑草活性成分值得進一步的分離與鑒定。2.5.4 生物控草有機肥除草活性成分鑒定 經(jīng)氣質(zhì)聯(lián)用色譜分析，組分G3和G4中有除草活性的物質(zhì)是檸檬酸（n-Hexadecanoic acid），2甲基異戊酸（2-methyl-Butanoic acid），3甲基異戊酸（3-methyl-Butanoic acid）（圖6、圖7、圖8）。

表5 硅膠柱分離的不同組分對稗草、菵草生長的影響

圖5 生物控草有機肥化感物質(zhì)對稗草種子萌發(fā)的抑制效果

2.5.5 生物控草有機肥致病菌的分離與鑒定 從野外稗草上分離得到了一株雜草致病菌，經(jīng)分子鑒定后命名為新月彎孢菌（Curvularia lunata）NX-1，室內(nèi)致病性接種試驗結(jié)果表明NX-1對稗草的防控效果達到了80%（圖9），水稻安全性試驗表明NX-1對水稻幼苗生長沒有影響，是一株比較理想的水田雜草生防菌。

2.6 生物肥控病技術(shù)

圖6 檸檬酸(n-Hexadecanoic acid)離子流圖

圖7 3甲基異戊酸(3-methyl-Butanoic acid)離子流圖

2.6.1 抗稻瘟前胡制劑主要活性成分篩選及作用機理利用誘抗劑調(diào)節(jié)植物自身的免疫系統(tǒng)來防治病害，是植物病理學(xué)研究中一項新的研究技術(shù)，也是植物病害防治的新途徑。化學(xué)誘抗劑在農(nóng)作物病害防治中已有很多運用成功的例子[19-21]。在前期研究中課題組從60余種中草藥中篩選出2種植物源誘抗劑材料——前胡和白芷，其提取物可激活水稻的防御反應(yīng)，提高水稻抗稻瘟病抗性[22-23]。研究利用Sephadex LH-20和液相制備色譜分離前胡丙酮提取物，得到誘抗活性的主活性成分，并采用ESI-MS 質(zhì)譜和核磁共振波譜法對其進行了結(jié)構(gòu)解析與鑒定，發(fā)現(xiàn)前胡的丙酮提取物中的3個餾分對水稻稻瘟病有較強的誘導(dǎo)抗病性，質(zhì)量濃度為 1 0 mg/L 時，其誘抗效果分別為52.77%、60.76%、60.28%；波譜結(jié)構(gòu)解析表明，三者分別為北美芹素、前胡香豆素II、前胡香豆素III（圖10），其中前胡香豆素III為國內(nèi)首次從前胡中分離得到，表明香豆素是前胡誘導(dǎo)水稻抗稻瘟病的主要活性成分[24]。

圖8 2甲基異戊酸(2-methyl-Butanoic acid)離子流圖

圖9 雜草致病菌的除草效果

前胡制劑田間試驗結(jié)果亦表明前胡對稻瘟病有良好的防控效果，15%前胡水乳劑的防控效果優(yōu)于前胡原粉和前胡水煮液，使用WS-16衛(wèi)士型噴霧器施藥，藥后10、20、30 d防效分別為76.61%、78.05%和80.09%，藥后67 d增產(chǎn)率分別為4.69%、4.83%、5.93%，防效和增產(chǎn)率均稍低于對照藥N-環(huán)唑和稻瘟靈；使用工農(nóng)16型噴霧器施藥，藥后10、20、30 d防效分別為66.23%、69.94%和72.54%，藥后67 d增產(chǎn)率分別為3.03%、4.93%、3.61%，防效和增產(chǎn)率均稍低于對照藥劑三環(huán)唑和稻瘟靈，且使用WS-16衛(wèi)士型噴霧器的效果稍高于使用工農(nóng)16型噴霧器的效果。

圖10 前胡的3個活性組分

利用生物和化學(xué)誘抗劑誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗病性，激活植物的抗病防衛(wèi)反應(yīng)，是防治病害的有效途徑之一。過氧化物酶、超氧化物歧化酶、多酚氧化酶和苯丙氨酸裂解酶參與植物體內(nèi)多種生理代謝過程的，與植物的防衛(wèi)反應(yīng)及抗病性密切相關(guān)，因而通常作為衡量植物體內(nèi)防衛(wèi)反應(yīng)的重要指標。研究結(jié)果表明，所分離提取的前胡的3個活性組分北美芹素、前胡香豆素II、前胡香豆素III對水稻稻瘟病菌沒有直接的抑制作用，在供試的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)處理水稻幼苗可誘導(dǎo)幼苗產(chǎn)生稻瘟病菌抗性。而酶活性測定表明，植物源誘抗劑前胡的3個活性成分處理水稻幼苗可提高葉片中POD，SOD，PPO和PAL的活性。因此，前胡的3個活性成分誘導(dǎo)水稻幼苗對稻瘟病的抗性，其作用機理可能與通過誘導(dǎo)植物防衛(wèi)反應(yīng)體系有關(guān)[25]。

2.6.2 芽孢桿菌防治水稻紋枯病、稻曲病 目前生物防治被認為是一種很有前途的、能夠替代化學(xué)農(nóng)藥的防治方法。芽孢桿菌因其具有廣譜高效的抗菌活性，且芽孢穩(wěn)定性強，已被廣泛應(yīng)用于水稻病害的防治。課題組篩選出5種高活性抗病生防菌，其中解淀粉芽孢桿菌B-4對水稻紋枯病及稻曲病，枯草芽孢桿菌B-5對水稻紋枯病具有良好抗菌活性。田間試驗結(jié)果表明，B-4菌懸液對水稻紋枯病的防控效果達到了65.30%，對稻曲病的防控效果達到了60.20%；組合菌協(xié)同防控效果研究結(jié)果表明B-4與B-5協(xié)同防控紋枯病、稻曲病的防效達到了70.30%。

2.7 節(jié)肥豐產(chǎn)栽培技術(shù)

2.7.1 水稻增苗節(jié)氮均衡增產(chǎn)效果 針對水稻種植過程中氮肥流失嚴重、利用率低的問題，創(chuàng)新了一種通過人工調(diào)控群體的南方秈稻節(jié)肥種植方法，通過增加苗數(shù)優(yōu)化前期群體來彌補節(jié)氮引起的產(chǎn)量損失，明確了可節(jié)省氮肥用量與移栽苗數(shù)的關(guān)系；針對減少氮肥施用導(dǎo)致水稻后期群體營養(yǎng)不足的問題，創(chuàng)新了一種水稻大面積均衡增產(chǎn)的穗肥施用方法，根據(jù)品種產(chǎn)量潛力及后期營養(yǎng)狀況，精準計算穗肥的施用量和施用時期，形成了水稻增苗節(jié)氮均衡增產(chǎn)技術(shù)。該技術(shù)模式下穗粒數(shù)、千粒重等個體指標均有所下降，但群體有效穗數(shù)顯著增多（表6），可在減少10%氮肥施用的條件下實現(xiàn)大面積均衡增產(chǎn)[26-27]。同時，該技術(shù)模式下擬環(huán)紋豹蛛種群的增長量提高了12.54%，稻飛虱種群數(shù)量減少了33.8%～56.1%，稻曲病病穗率下降了18.5個百分點[28]。

表6 增苗節(jié)氮模式對不同水稻品種的產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

2.7.2 網(wǎng)捕多元長效控失肥的研發(fā)和示范效果 采用網(wǎng)捕控失技術(shù)，研制出多元長效控失肥，在復(fù)合肥中添加經(jīng)高壓等離子束照射后的凹凸棒土養(yǎng)分控失劑，從棒狀結(jié)構(gòu)改變成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進入土壤后，控失劑可以自行組裝，通過氫鍵和范德華力等作用形成一個巨大的微納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將氮肥的銨離子、磷肥的磷酸根離子和鉀肥的鉀離子固定在微納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中。許多養(yǎng)分離子通過這種微納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合在一起，它們的分子量大，不易流失，進而實現(xiàn)持久肥效。而水稻可通過根系活動主動吸收其中的氮磷鉀養(yǎng)分，達到隨需隨取的目的，顯著提高了氮磷鉀的養(yǎng)分利用率。利用以上技術(shù)生產(chǎn)出一種水稻多元長效控失肥，其氮磷鉀含量比為22︰8︰12，總養(yǎng)分含量達42%；另外，還含有3%的養(yǎng)分控失劑，10%的鈣、鎂、硫、硅等中量營養(yǎng)元素，以及2%的硼、鋅、錳、鉬等微量營養(yǎng)元素。研究表明，該控失肥具有肥效持久平穩(wěn)、利用率高，養(yǎng)分齊全等有點，既能彌補土壤缺素短板，又能增強作物抗性（如抗倒伏等）[29-31]。同時，該控失肥施用簡單，省工省力，一經(jīng)上市便深受廣大用戶的歡迎。

2012～2014年在湖南、湖北、安徽、河南、江西、廣東、貴州、四川、新疆等9個省共設(shè)置了60個試驗點的對比試驗，設(shè)置習(xí)慣施肥（對照）處理和多元長效控失肥處理，2個處理的氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）量相等；習(xí)慣施肥按當(dāng)?shù)亓?xí)慣施用要素、當(dāng)?shù)刂麂N復(fù)合肥和氯化鉀；多元長效控失肥處理施用專用肥40 kg/667m2、尿素7.5 kg/667m2，水稻耙田時一次性基施。從表7中可以看出，多元長效控失肥處理的平均產(chǎn)量達686.2 kg/667m2，比等養(yǎng)分的習(xí)慣施肥處理增產(chǎn)13.9%，增產(chǎn)幅度為7.8%～22.8%，其中新疆的增產(chǎn)幅度最大，貴州的增產(chǎn)幅度最?。欢嘣L效控失肥處理的平均吸氮量、吸磷量和吸鉀量分別為10.98、3.07和10.99 kg/667m2，分別比等養(yǎng)分的習(xí)慣施肥處理增加6.20%、2.0%和1.38%；與習(xí)慣施肥處理相比，多元長效控失肥處理的氮肥、磷肥和鉀肥利用率分別提高了5.22%、4.09%和3.88%

設(shè)置在湖南的31個對比試驗點的結(jié)果表明，多元長效控失肥處理的平均產(chǎn)量達654.7 kg/667m2，比等養(yǎng)分的習(xí)慣施肥處理增產(chǎn)10.3%；多元長效控失肥處理的平均吸氮量、吸磷量和吸鉀量分別為10.99、2.99和10.75 kg/667m2，分別比等養(yǎng)分的習(xí)慣施肥處理增加4.58%、0.67%和0.84%；與習(xí)慣施肥處理相比，多元長效控失肥處理的氮肥、磷肥和鉀肥利用率分別提高了3.92%、1.44%和2.26%。

表7 網(wǎng)捕多元長效控失肥在各?。▍^(qū)）的示范效應(yīng)（kg/667m2）

2.7.3 可降解膜控釋肥料的研發(fā)和示范效果

（1）可降解膜控釋肥料的研發(fā)

控釋技術(shù)是目前最有前途和潛在效率最高的提高肥料利用率的技術(shù)。攻克控釋肥料養(yǎng)分釋放速率與作物各生育階段對養(yǎng)分生理需求相同步的難題，尋求價格低廉且對土壤環(huán)境無污染的包膜等一直是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展必須解決的重要課題。

對583種天然、半天然高分子材料、成孔劑及表面活性劑進行細致研究，已篩選出天然和半天然高分子聚合物、成孔劑、成膜劑、表面活性劑共29種。根據(jù)控釋肥料養(yǎng)分釋放持續(xù)時間，確定控釋肥料的包膜組分為：天然、半天然高分子材料占包膜層重量的37%～68%，成膜劑占2.5%～10%，成孔劑占40%～60%，表面活性劑占0.2%～10%。

經(jīng)258次工藝試驗，通過調(diào)整天然、半天然高分子材料組分比例，調(diào)整天然、半天然高分子材料與成孔劑組分比例，調(diào)整表面活性劑與天然、半天然高分子材料和成膜劑組分比例，通過改變膜孔孔徑大小以及調(diào)節(jié)包膜層微孔通道水分滲透能等技術(shù)手段，攻克了在30～330 d內(nèi)可人為控制肥料養(yǎng)分釋放速率的核心技術(shù)難題。應(yīng)用該技術(shù)研制出了2種直線型、16種指數(shù)線型和4種S線型養(yǎng)分釋放曲線特征的控釋肥料，以及4種用于常規(guī)早、晚稻，雜交早、晚稻的專用控釋肥料。研制出在土壤中無殘留無毒的可降解膜控釋肥料。根據(jù)天然、半天然高分子材料復(fù)合膜的物理、化學(xué)特性，闡明了可降解膜控釋肥料養(yǎng)分釋放動力學(xué)特征及其養(yǎng)分釋放機理，構(gòu)建了可降解膜控釋肥料在自然田間條件下的養(yǎng)分釋放和數(shù)學(xué)模擬模型。

（2）控釋肥料對水稻的增產(chǎn)效果和提高肥料利用率的效應(yīng)

為了比較可降解膜控釋肥料在增加水稻產(chǎn)量和提高養(yǎng)分利用效率方面的效果，在我國南方4省（海南、廣東、江西和湖南）的淹水和間歇灌溉條件下共進行了87個田間試驗。當(dāng)控釋肥作基肥施用時，控釋肥處理的產(chǎn)量比普通尿素增產(chǎn)11.1%～17.3%?？蒯尫柿弦淮涡曰适┯锰幚肀绕胀蛩胤执问┯茫ɑ剩贩剩┨幚碓霎a(chǎn)10.3%～18.3%。

為了研究水稻控釋肥料對提高氮素利用率的效果，進行了35個田間試驗和大量的微區(qū)試驗。在這些試驗中，由差值法測得水稻控釋肥料處理的氮素利用率平均為75.3%（69.3%～81.4%），比尿素高出37.5個百分點。由15N示蹤法測得的水稻控釋肥料的15N利用率平均為65.6%（62.4%～67.3%）。由此看出，差值法測得的氮素利用率比15N示蹤法測得的高9.7個百分點[32-35]。

（3）控釋肥料削減稻田環(huán)境污染的作用

施用水稻控釋肥料能減少氨的揮發(fā)損失，降低稻田水層尿素N和NH4+-N的濃度，降低稻田水層的pH值和稻田氧化亞氮的排放，減少稻田中硝態(tài)氮的淋溶損失。施用水稻控釋肥料能有效地降低我國南方稻田中NH3的揮發(fā)損失，尿素（基肥+追肥）處理的表觀氨揮發(fā)量極顯著地高于水稻控釋肥料處理。尿素處理17 d內(nèi)的累積氨揮發(fā)量為4.23 kg/hm2，占施入氮量的4.7%；而水稻控釋肥料處理的累積氨揮發(fā)量為1.98 kg/hm2，只占施入氮量的2.2%[35]。尿素處理的田面水層中尿素N和NH4-N濃度在尿素水解的初始期顯著提高[32]。在早、晚稻種植季節(jié)，施用普通尿素的早稻田，當(dāng)天水層尿素N和NH4-N含量可達到166 mg/L，晚稻田水層達到44.4 mg/L；在第5～6 d（早稻）和第4～6 d（晚稻）內(nèi)迅速降到40 mg/L和5 mg/L以下；而施用水稻控釋肥料的水層尿素N和NH4-N含量很低，與無氮對照水層接近。在早稻和晚稻種植期間施用尿素的情況下，稻田水層pH值在施肥后第1天分別可達到7.6和7.8，直到第9天時仍保持不變，此后稍微下降到7.3和7.5；而施用控釋肥料處理的水層pH值始終低于尿素處理，尤其在施肥后的7 d內(nèi)[32]。這可能是水稻控釋肥料對氮的釋放速率進行了有效調(diào)控，因此降低了土壤－水層界面NH4+和HCO3-的積累。

在我國南方間歇灌溉水稻種植季，施用氮肥會使稻田的N2O排放量增加。在水稻生育期內(nèi)，上層土壤可能保持富氧環(huán)境，溶解氧通過灌溉水可以把氧加到表土。在這種情況下，經(jīng)硝化作用和反硝化作用可能產(chǎn)生大量的N2O，隨后從土壤中排放出來。施用控釋肥料的目的是使肥料中的氮釋放速率與作物各生育階段對氮素養(yǎng)分的需求速度同步，從而避免土壤中氮濃度過高，造成不必要的損失。據(jù)報道，控釋肥料能有效地降低稻田中N2O的直接排放[36]。與尿素處理相比，控釋肥料處理的N2O排放量減少了15%。尿素處理的NO3--N淋失量在施肥后10和20 d最高，分別為4.34和4.78 kg/hm2?？蒯尫柿咸幚淼腘O3--N淋失量同樣在施肥后10和20 d最高，但其淋失量顯著低于尿素處理，分別為3.16和2.65 kg/hm2。尿素處理和控釋肥料處理的NO3--N淋失總量分別為9.19和6.7 kg/hm2，分別占施入尿素和控釋肥料氮量的10.2%和7.4%[37]，控釋肥料處理的NO3--N淋失量比尿素處理降低了27.1%。

2.8 鎘低積累品種+水分管理+土壤調(diào)理劑組合降鎘技術(shù)

2.8.1 鎘低積累水稻品種篩選與應(yīng)用 2014～2016連續(xù)3 a多點多重復(fù)大田篩選試驗，結(jié)合盆栽控制環(huán)境因子進行水的鎘積累穩(wěn)定性鑒定，早中晚三季共篩選出49個鎘低積累水稻品種[38]。

2015年開始在長株潭設(shè)置了68個試點，其中雙季稻試點48個，輕、中、重度污染區(qū)分別有32、7、9個；一季稻試點20個，輕、重度污染區(qū)分別有16、4個。早稻鎘低積累水稻品種包括湘早秈32號、湘早秈45號、中嘉早17、株兩優(yōu)819和株兩優(yōu)189。與對照相比，輕度、中度、重度鎘污染區(qū)早稻米鎘含量分別平均降低18.6%、7.3%、13.0%，3個污染區(qū)種植低鎘積累品種稻米降鎘效果加權(quán)平均為15.9%。晚稻鎘低積累水稻品種包括湘晚秈12號、湘晚秈13號和金優(yōu)59。與對照相比，輕度、中度、重度鎘污染區(qū)晚稻稻米鎘含量分別降低22.4%、29.7%、32.4%，3個污染區(qū)種植低鎘積累品種稻米降鎘效果加權(quán)平均為25.3%。中稻鎘低積累水稻品種包括Y兩優(yōu)2108、Y兩優(yōu)488和Y兩優(yōu)9918。與對照相比，輕度、重度鎘污染區(qū)中稻米鎘含量分別平均降低26.7%、19.2%，2個污染區(qū)種植低鎘積累品種稻米降鎘效果加權(quán)平均為25.2%。

鎘低積累水稻品種的篩選與應(yīng)用取得了顯著的降鎘效果，當(dāng)前篩選的早、中、晚稻低鎘積累品種稻米鎘含量分別降低18.3%、39.3%、40.1%，中、晚稻低積累品種效果顯著優(yōu)于早稻。因受水稻品種鎘積累特性、不同生態(tài)區(qū)域氣候條件等因素的影響，鎘低積累水稻品種在大面積推廣應(yīng)用中普遍存在效果縮減的現(xiàn)象，中稻品種尤為明顯。鎘低積累品種的推廣效果在pH值為5～7的土壤中效果顯著。研究還發(fā)現(xiàn)在岳陽、邵陽和常德等地鎘低積累品種的推廣效果較低，在湘潭、長沙和益陽等地鎘低積累品種的推廣效果較高。

2.8.2 石灰修復(fù)技術(shù)的研究與應(yīng)用 石灰施用量研究試驗設(shè)置8個石灰用量，早晚稻各開展了24個小區(qū)試驗，以不施用石灰為對照。從表8中可以看出，石灰用量為30 kg/667m2時，早、晚稻稻米Cd含量降幅分別為28.1%和29.0%；當(dāng)石灰用量為200 kg/667m2時，早稻稻米Cd含量降幅為88.21%；當(dāng)石灰用量為150 kg/667m2時，晚稻稻米Cd含量降幅為86.85%。通過建立pH值和稻米降鎘率關(guān)系的邏輯斯蒂回歸方程，早稻為y=96.028 1/[1+e(21.9019-3.9456x)]，晚稻為y=94.141 1/[1+e(11.0479-1.8356x)]。由此可知，土壤pH值隨石灰用量的增加而顯著增加，但增加趨勢減緩。

表8 不同用量石灰處理對稻米鎘含量的降低效果

2014～2016年在長株潭地區(qū)總計開展了53個施用石灰處理（施用量100 kg/667m2）降低稻米鎘含量的小區(qū)試驗。其中，早稻開展了32個小區(qū)試驗，石灰處理的稻米最高降鎘幅度達72.55%，平均降幅41.78%；晚稻開展了21個小區(qū)試驗，石灰處理的稻米最高降鎘幅度達85.00%，平均降幅32.03%。

2.8.3 鎘污染稻田水分管理技術(shù)研究與效果分析

2010年晚稻盆栽試驗設(shè)置了常規(guī)灌溉和淹灌2個處理，供試土壤為潮泥田和紅黃泥。結(jié)果表明，在潮泥田和紅黃泥土壤中，淹灌處理的稻米鎘含量分別比常規(guī)灌溉處理降低57.5%和43.6%[39]。紅壤盆栽試驗結(jié)果表明，淹灌處理的早、晚稻稻米鎘含量分別比常規(guī)灌溉處理降低71.9%、76.5%[40]。在岷江灰色沖積物發(fā)育而來的3種水稻土壤中進行早稻大田試驗，結(jié)果表明，淹灌處理的稻米鎘含量比常規(guī)灌溉處理降低了34.1%～48.1%[41]，而Hu等[42]在杭州開展的早稻大田水分管理試驗結(jié)果表明，淹灌處理的稻米鎘含量比常規(guī)灌溉處理降低了33.3%。從全國近5 a來的鎘污染稻田土壤水分管理技術(shù)研究結(jié)果來看，淹灌處理的早稻稻米鎘含量比常規(guī)灌溉處理平均降低54.5%，淹灌處理的晚稻稻米鎘含量比常規(guī)灌溉處理平均降低59.2%。

項目組通過對不同土壤類型上的淹水灌溉模式、淹水時間和淹水深度等研究，全面分析了灌溉管理對水稻鎘吸收積累的影響。結(jié)果表明，全生育期淹水的降鎘效果最明顯，而在水稻分蘗期和孕穗期2個水稻需水的關(guān)鍵時期，稻米鎘含量隨淹水時間的增加皆表現(xiàn)出下降趨勢，且分蘗期對淹水的敏感度高于孕穗期。與常規(guī)灌溉處理相比，全生育期淹水、分蘗盛期開始淹水1、2、3、4周的處理稻米鎘含量分別下降了22.7%、16.0%、15.5%、20.2%、18.6%，而在相同淹水時間條件下，分蘗盛期開始淹水1、2、3和4周處理的糙米Cd含量分別比灌漿開始淹水1、2、3和4周處理降低了27.1%、46.6%、56.0%和35.2%，且莖葉鎘含量的下降趨勢與稻米相同[43]。這表明淹水能有效抑制水稻對Cd的吸收累積，這種抑制效果與淹水時間呈正相關(guān)，且分蘗盛期淹水對水稻莖葉和糙米Cd累積的抑制效果優(yōu)于灌漿期淹水。

同時，通過在不同土壤類型上的試驗初步探明了淹水降低水稻鎘吸收的作用機理。采用紅黃泥和潮泥田水稻土研究淹水對水稻鎘吸收積累的效果，結(jié)果表明，2種土壤的有效態(tài)Cd含量與有效S含量表現(xiàn)出極顯著線性正相關(guān)，土壤有效態(tài)Cd含量是影響水稻吸收累積Cd的一個重要的直接因子，而土壤Fe2+和有效S中還原性S2-含量是影響水稻吸收累積Cd的2個重要的間接因子，其中有效S的影響程度顯著大于Fe2+[44]。而研究不同淹水深度對水稻鎘吸收積累的影響結(jié)果表明，稻米鎘含量主要受淹水狀態(tài)的影響，而不同淹水深度對其影響較小。

2.8.4 土壤鈍化技術(shù)（土壤調(diào)理劑）研究與應(yīng)用

（1）土壤調(diào)理劑技術(shù)研究與效果分析

2013～2016年，課題組各單位分別對土壤鎘鈍化劑開展了大量的田間試驗，總體信息如表9所示。

2013年，在網(wǎng)嶺和大同橋施用不同用量的硅鉀肥，晚稻稻米鎘含量分別降低10.98%～27.90%和14.21%～27.14%；同年施用森博牌生物有機肥和土壤調(diào)理劑，晚稻稻米鎘含量分別降低18.3%和25.8%。

表9 近年來施用的土壤調(diào)理劑品種及效果

2014年，在醴陵市、株洲縣、茶陵縣及天元區(qū)以宇豐土壤調(diào)理劑為材料進行大田試驗，結(jié)果顯示，晚稻稻米鎘含量分別降低28.6%、61.4%、33.3%和24.1%（平均降低36.9%）；在北山、湘潭和攸縣以堿性緩釋復(fù)混肥料為材料進行大田試驗，結(jié)果顯示，晚稻稻米鎘分別降低7.0%、42.9%和31.4%（平均降低37.1%）；在北山和湘潭兩地分別施用生石灰、田師傅牌土壤調(diào)理劑、田師傅牌土壤調(diào)理菌劑、北京“阿姆斯”生物改良劑、泰谷土壤調(diào)理劑、有機水溶肥、腐植酸水溶肥料、改性有機肥、宇豐調(diào)理劑、堿性降鎘復(fù)合肥和芭田土壤調(diào)理劑，北山晚稻稻米鎘含量分別降低37.00%、37.63%、27.95%、26.02%、41.43%、47.01%、37.77%、45.71%、51.35%、38.85%、12.50%，平均降低36.66%；湘潭分別降低65.72%、54.36%、45.22%、55.68%、65.03%、31.99%、54.47%、42.40%、65.38%、45.49%、56.09%，平均降低52.89%；在春華、大同橋鎘污染稻田施用“926”土壤調(diào)理劑，稻米鎘含量比對照分別降低37.0%、38.7%。

2015年，施用固體硅肥，稻米鎘含量比對照降低35.53%；施用鈣鎂磷肥，中稻稻米鎘含量降低34.00%；施用高效硅肥，晚稻稻米鎘含量比常規(guī)施肥處理降低35.53%；施用“沃特壯”土壤調(diào)理劑，晚稻稻米鎘含量降低40.79%。施用“戴樂稼富”中量元素肥，晚稻稻米鎘含量降低16.65%。

2016年，分別施用50、70和100 kg/667m2硅酸鉀肥，晚稻稻米鎘含量分別下降30.6%、39.9%和49.5%；在長沙、湘潭兩地施用“天象牌”土壤調(diào)理劑，早稻稻米鎘含量分別比常規(guī)處理降低15.72%、24.56%（平均降低20.14%），晚稻稻米鎘含量分別降低17.16%、24.38%（平均降低20.77%）；施用“天脊”土壤調(diào)理劑，晚稻稻米鎘含量比對照降低34.48%～63.55%，平均下降49.02%；在北山和春華兩地施用“田師傅”生物有機肥，晚稻稻米鎘含量分別下降42.86%和32.50%，平均下降37.68%；施用“戴樂稼富”中量元素肥，晚稻稻米鎘含量降低49.5%。

（2）土壤調(diào)理劑試驗研究與示范推廣效果的差異

從表10中可以看出，2015～2016年土壤調(diào)理劑的篩選效果和示范效果都比較穩(wěn)定，均為39.0%左右和30.0%左右?？傮w來說，土壤調(diào)理劑施用技術(shù)的試驗研究效果要優(yōu)于技術(shù)示范效果，2015和2016年推廣應(yīng)用土壤調(diào)理劑的技術(shù)效果分別比篩選效果低8.35和9.36個百分點。

表10 鎘污染稻田施用土壤調(diào)理劑對降低稻米鎘含量的效果

3 水稻綠色生產(chǎn)技術(shù)示范及應(yīng)用效果

根據(jù)不同的需求，水稻綠色生產(chǎn)技術(shù)可以組合成3套技術(shù)模式，分別是有機豐產(chǎn)技術(shù)模式、綠色高產(chǎn)技術(shù)模式和安全生產(chǎn)技術(shù)模式。在生態(tài)優(yōu)良區(qū)集成高檔優(yōu)質(zhì)稻品種、化肥全量有機替代以及全程免化學(xué)農(nóng)藥的有機豐產(chǎn)技術(shù)體系；在常規(guī)生產(chǎn)區(qū)集成高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種、紫云英—稻草培肥與減肥控藥相結(jié)合的綠色高產(chǎn)技術(shù)模式；在中輕度鎘污染稻田集成鎘低積累品種、鈍化劑調(diào)理配套水分管理以及節(jié)肥高產(chǎn)栽培的安全生產(chǎn)技術(shù)模式（表11）。

有機豐產(chǎn)技術(shù)模式于2010年開始大面積示范推廣，近3 a累計推廣面積2.47萬hm2，示范區(qū)綜合效益約是常規(guī)生產(chǎn)的5.96倍。安全生產(chǎn)區(qū)綠色高產(chǎn)模式于2008年開始大面積示范推廣，近3 a累計推廣面積130.47萬hm2，示范區(qū)綜合效益約是常規(guī)生產(chǎn)的1.81倍。中輕度鎘污染區(qū)組合降鎘模式于2014年開始大面積示范推廣，至2017年在長株潭和擴面區(qū)累計推廣面積57.07萬hm2，抽樣檢測表明，示范區(qū)早晚稻稻米達標率分別為91.2%與73.1%。

表11 3套水稻綠色生產(chǎn)技術(shù)模式關(guān)鍵技術(shù)組合

應(yīng)用集成的有機豐產(chǎn)技術(shù)模式，通過有機產(chǎn)品認證5個，有機轉(zhuǎn)換期6個，應(yīng)用綠色高產(chǎn)技術(shù)模式，10個綠色稻米產(chǎn)品通過認證。

3.1 水稻綠色生產(chǎn)技術(shù)操作細則

3.1.1 基地選擇 選擇自然環(huán)境好、環(huán)境生物多樣性豐富，土壤無重金屬污染的稻田。有清潔水庫或山塘確保水源充足，且相對獨立的灌溉系統(tǒng)的農(nóng)田為生產(chǎn)基地?；胤秶鷥?nèi)最好穿插有小水塘、水溝，及可供紅薯、玉米、大豆、芝麻等作物種植的零星小塊旱地，有利于稻田天敵遷移保護。

3.1.2 品種選擇 以選擇優(yōu)質(zhì)多抗的水稻品種為原則，早稻可選擇湘早秈42號、湘早秈45號等米質(zhì)較好、生育期適中的品種，晚稻選用玉針香、湘早秈17號等國標一等優(yōu)質(zhì)香稻品種，一季晚稻選用農(nóng)香32等豐產(chǎn)性好的高檔優(yōu)質(zhì)香稻品種。保證高端消費的需求。

3.1.3 播 種 播種期同常規(guī)栽培，采用人工移栽方式的播種量在常規(guī)栽培基礎(chǔ)上早稻增加30%、晚稻增加40%，一季晚稻增加30%；如果采用拋秧或機插秧方式，單盤用種量與常規(guī)生產(chǎn)相當(dāng)，確保壯苗，育苗盤數(shù)增加30%～40%，即用種總量增加30%～40%。

3.1.4 移 栽 移栽期同常規(guī)栽培，在移栽密度方面早稻基本苗2.5萬～2.8萬株/667m2，晚稻2.2萬～2.5萬株/667m2，一季晚稻2.2萬株/667m2。移栽后根據(jù)田塊大小開好十字溝，溝深5～10 cm。

3.1.5 施 肥 前茬種植綠肥的稻田一般在盛花期即生物量最大期適時翻埋漚熟?；室话氵x用來源清潔的雞糞，通過生物菌腐熟加工后含N 1.5%以上，均勻撒施300 kg/667m2，菜枯70 kg/667m2。也可使用有機認證的專用肥料，按含量及說明施用。追肥在返青立苗后選擇晴好天氣施用，撒施生物控草有機肥100 kg/667m2，根據(jù)苗高保持4～6 cm水層5 d以上。

3.1.6 水分管理 移栽至分蘗期根據(jù)生物控草、有機肥控草的需要保持約4 cm淺水層，分蘗末期根據(jù)苗情進行中露輕曬，以稻田松軟開細坼為宜，保持溝中約有1 cm薄水，以保護天敵。孕穗期至齊穗期保持淺水層，灌漿期以后采取干濕交替的管理方式。收割前第7天左右開始斷水曬田，以利機械收割。

3.1.7 病蟲害生態(tài)調(diào)控

（1）早 稻

① 4月下旬至5月上旬，二化螟發(fā)蛾初期。應(yīng)用二化螟性引誘劑，2粒/667m2，裝于盛有洗衣粉溶液的盆上，高出水稻冠層20 cm為宜。若上年二化螟發(fā)生量大，需配合人工釋放稻螟赤眼蜂防治，方法如下：于發(fā)蛾初期釋放，1萬蜂/667m2，分10個點，間距8 m，每點約1 000粒，在1.5～1.8 m的竹竿上系一防水紙杯，杯口朝下倒掛，將赤眼蜂卵卡貼于杯子內(nèi)壁，杯口離水稻50 cm為宜。

②5月下旬，幼穗分化初期，用井岡霉素防治紋枯病1次。方法同常規(guī)防治。幼穗分化2～3期、倒三葉始出期，釋放稻螟赤眼蜂1次，防治稻縱卷葉螟。方法和用量同上，并配合放人工卵每點800～1 000粒，貼于杯內(nèi)，以繁殖一代赤眼蜂。

③6月上旬，孕穗期。用井岡霉素和春雷霉素防治1次，主要防治紋枯病和稻瘟病。方法同常規(guī)防治。

④6月中旬，始穗期。釋放稻螟赤眼蜂1次，方法和用量同上。

（2）晚 稻

秧苗期如發(fā)現(xiàn)稻薊馬為害，選擇晴好天氣，撒施生石灰粉30 kg/667m2，并緩灌水至秧苗淹沒保持12 h后迅速排干。

①8月上旬，二化螟發(fā)蛾初期。用二化螟性引誘劑， 2顆/667m2，裝于盛有洗衣粉溶液的盆上，高出水稻20 cm為宜。如早稻第二代二化螟發(fā)生輕，可不防治。幼穗分化2～3期、倒三葉始出期，稻縱卷葉螟發(fā)蛾期，釋放稻螟赤眼蜂1次，并配合放人工卵，方法和用量同上。

②8月中旬，幼穗分化初期，用井岡霉素防治紋枯病1次。方法同常規(guī)防治。

③8月下旬，幼穗分化3～4期、倒二葉始出期，釋放稻螟赤眼蜂1次，并配合放人工卵，方法和用量同上。孕穗期，用井岡霉素和春雷霉素防治1次，主要防治紋枯病和稻瘟病。方法同常規(guī)防治。

④9月上旬，始穗期。釋放稻螟赤眼蜂1次，方法和用量同上。

⑤9月上中旬，如田間虱蛛比達到5以上，放鴨1～2次，逐丘趕放。

⑥9月下旬，如飛虱大遷入，再放鴨1～2次，注意防止鴨損壞水稻。

3.2 水稻綠色生產(chǎn)示范基地建設(shè)實例

3.2.1 示范基地概況 示范基地選址于湖南農(nóng)科院長沙縣高橋示范基地；品種為高檔優(yōu)質(zhì)香稻品種農(nóng)香32和玉針香；建設(shè)面積14 hm2；播種期：2017年5月29日至6月5日；移栽期：2017年6月25日至6月29日。

3.2.2 肥料施用情況 基肥：綠肥鮮重約1 000 kg/667m2（氮0.38%，磷0.09%，鉀0.37%）；商品有機肥400 kg/667m2（氮1.70%，磷1.54%，鉀2.85%）。追肥：移栽后施生物除草有機肥100 kg/667m2（氮、磷、鉀含量分別為1.80%、0.78%和3.21%）?？偟?2.4 kg/667m2，磷 7.8 kg/667m2，鉀 18.3 kg/667m2。

3.2.3 病蟲害綠色防控

（1）稻螟赤眼蜂防治二化螟、稻縱卷葉螟等鱗翅目害蟲

操作方法同上文水稻綠色生產(chǎn)技術(shù)操作細則之人工釋放稻螟赤眼蜂防治方法。釋放兩次。 第一次，盛蛾期，總蛾量約150只/667m2，釋放稻螟赤眼蜂，繁殖赤眼蜂。時間7月10日。第二次，抽穗期，保護功能葉片。

（2）生物誘導(dǎo)及拮抗菌防治主要病害

防治對象是紋枯病、稻瘟病和稻曲??；方法是利用前胡等抗性誘導(dǎo)物質(zhì)提高水稻對真菌病害的抗性，放線菌新種群抑制主要病害病原體；防治時期：分蘗期1次，孕穗期1次。

（3）稻田天敵保育技術(shù)防治稻飛虱

利用稻田道路、田埂、溝渠等地域種植香根草等誘蟲植物誘殺二化螟等害蟲，種植豆類等植物并保護雜草，保護稻田害蟲的天敵。

保育中心：約每6 667m2設(shè)置20～30 m2水池，深40～50 cm，種植豆類和棚架蔬菜，供蛙類產(chǎn)卵孵化、蜘蛛越冬和春耕、雙搶避難。為害蟲天敵提供優(yōu)良棲息環(huán)境和充足的食物。

綠色通道：道路、田埂豆類蔬菜雜草等。利用雜草和其他植物繁殖天敵。如雜草繁殖纓小蜂、蜘蛛等。

蛙類放養(yǎng)：移栽后10～15 d，約投放青蛙幼苗300 只 /667m2，澤蛙 500～600 只 /667m2。

（4）益害昆蟲分離誘蟲燈

該誘蟲燈采用扇吸原理，捕蟲效率高，使害蟲基數(shù)降低70%以上，同時由于誘蟲燈對所誘昆蟲無傷害，利用害蟲植食、益蟲肉食的原理通過害蟲天敵分離裝置將天敵回歸稻田。每2.33～2.67 hm2安裝1盞。

（5）“生物控草肥”控制田間雜草

利用分泌除草物質(zhì)的微生物，通過有機肥發(fā)酵，移栽后2～3 d返青后施入稻田，芽前控制雜草發(fā)生。施用量為 100 kg/667m2。

3.2.4 2015～2016年示范效果

（1）產(chǎn) 量

2015年，農(nóng)香32產(chǎn)量為417 kg/667m2，玉針香為366 kg/667m2；2016年，農(nóng)香32產(chǎn)量為435 kg/667m2，玉針香為 381 kg/667m2。

（2）病蟲草害發(fā)生危害情況

蟲害發(fā)生情況：二化螟，發(fā)生率小于0.1%（防治指標1.5%）；稻縱卷葉螟，小于1%（防治指標10頭/100叢）；稻螟蛉、三化螟，幾乎為0；稻飛虱，每100叢100頭以下（防治指標1500頭/100叢）；所有指標都在防治指標以下，產(chǎn)量損失率1%以下。

病害發(fā)生情況：稻瘟病病株率0.48%；紋枯病病株率為38.8%，紋枯病病情指數(shù)為14.5；稻曲病病粒率小于萬分之一，幾乎沒有；產(chǎn)量損失約1%。

（3）草害發(fā)生情況

經(jīng)田間調(diào)查，2015年有機生產(chǎn)技術(shù)體系模式下種植農(nóng)香32、玉針香2個品種田塊平均發(fā)生稗草3.9株/667m2、千金子 0.9株 /667m2、鴨舌草 0.2株 /667m2、其他雜草1.0株/667m2，雜草導(dǎo)致的平均產(chǎn)量損失為0.7%。2016年2個品種田塊平均發(fā)生稗草0.6株/667m2、千金子0.6株/667m2、鴨舌草0.4株/667m2、其他雜草0.8株/667m2，雜草導(dǎo)致的平均產(chǎn)量損失約0.1%。連續(xù)2 a雜草得到有效控制，對稻谷產(chǎn)量影響微小，除鴨舌草外，其他雜草均呈明顯下降的趨勢。

（4）稻米鎘含量情況

經(jīng)過專業(yè)檢測機構(gòu)檢測：抽樣10丘田，稻米鎘含量分別為：0.058、0.043、0.038、0.048、0.066、0.052、0.023、0.011、0.080、0.061 mg/kg，均遠低于國家安全標準0.2 mg/kg，農(nóng)殘未檢出。

3.3 生產(chǎn)成本與效益分析

以分別位于湖南省永州市祁陽縣白果市鄉(xiāng)、湖南省常德市臨澧縣四新崗鎮(zhèn)和湖南省長沙市果園鎮(zhèn)3個“千畝片”水稻生產(chǎn)基地2015～2017年的平均生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基準，對比分析有機水稻、綠色水稻和普通水稻的生產(chǎn)成本和收入效益。

生產(chǎn)成本主要包括種植成本和植保成本。種植成本有水稻種子費、肥料費、綠肥種子費及人工費等；植保成本主要是購買化學(xué)農(nóng)藥、誘蟲燈、刺眼蜂、性誘劑、井岡霉素/春雷霉素、植物誘抗劑、功能控草肥的費用及人工費等。有機早、晚稻生產(chǎn)的種植成本分別為1 099、1 111元/667m2，植保成本均為288元/667m2，小計成本分別為1 387、1 399元/667m2，累計2786元/667m2；綠色早、晚稻生產(chǎn)的種植成本分別為797、809元/667m2，植保成本均為193元/667m2，小計成本分別為990、1 002元/667m2，累計19 92元/667m2；普通早、晚稻的種植成本分別為766、778元/667m2，植保成本均為148元/667m2，小計成本分別為914、926元/667m2，累計1 840元/667m2。在有機水稻中，有機肥的成本所占比重最高，人工費次之；在綠色水稻和普通水稻中，人工費所占比重最大，肥料費次之。表明我國水稻產(chǎn)業(yè)仍是一個勞動力密集型產(chǎn)業(yè)，機械化水平較低，農(nóng)業(yè)主要以家庭農(nóng)場式的小農(nóng)經(jīng)濟為主，導(dǎo)致大型機械的使用效率低下。而隨著農(nóng)村勞動力向城市的轉(zhuǎn)移，勞動力資源變得日漸短缺，勞動力成本不斷增加，因此，提高機械化率，降低勞動力成本，對于降低水稻生產(chǎn)成本具有重要作用。

由于早稻的品質(zhì)、口味均不及晚稻，因此對于早稻，無論是有機、綠色還是普通稻區(qū)，其市場價格均遠低于晚稻。有機稻區(qū)早、晚稻稻米收益分別為1 940、5130元/667m2，綠色稻區(qū)早、晚稻稻米收益分別為1 434、1 860元/667m2，普通稻區(qū)早、晚稻稻米收益分別為1 053、1 505元/667m2。有機稻區(qū)凈收益分別為553、3 731元/667m2，累計4 284元/667m2，綠色稻區(qū)凈收益分別為444、858元/667m2，累計1 302元/667m2，普通稻區(qū)凈收益分別為139、579元/667m2，累計718元/667m2。有機稻區(qū)凈收益是普通稻區(qū)的5.96倍；綠色稻區(qū)凈收益是普通稻區(qū)的1.81倍。有機晚稻和綠色晚稻凈收益遠高于普通水稻，具有巨大的經(jīng)濟價值。

4 討論與展望

水稻有機豐產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)在較大面積上實現(xiàn)了在確保產(chǎn)量的前提下免化學(xué)品投入，但是在種植綠肥之外還需施用較多有機肥，增加了勞動量，故影響了技術(shù)的快速推廣。水稻綠色有機生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)階段的研究重點集中在生產(chǎn)過程中的水稻產(chǎn)量和品質(zhì)及病蟲草害控制，但對稻田土壤的理化性狀、生物及微生物演變規(guī)律尚需開展深入研究，現(xiàn)有技術(shù)成果的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)還有待進一步完善?，F(xiàn)有稻米鎘污染生態(tài)控制技術(shù)在中輕度污染程度下基本能夠?qū)崿F(xiàn)稻米達標生產(chǎn)，但仍存在土壤鎘活性持續(xù)鈍化難、效果穩(wěn)定性受自然氣候和環(huán)境因素影響等技術(shù)局限。

4.1 稻田培肥與提高肥料利用率技術(shù)

目前水稻生產(chǎn)過程中重量不重質(zhì)、資源高強度利用、化肥農(nóng)藥大量施用，秸稈不合理處置、綠肥種植面積減少、有機肥用量銳減，導(dǎo)致土壤酸化、板結(jié)、耕層變淺、庫容量降低、肥水利用率降低、農(nóng)田生態(tài)環(huán)境變劣，土壤質(zhì)量變差，水稻生產(chǎn)過程不環(huán)保、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)變差等系列問題。綠肥種植和綠肥稻草協(xié)同利用技術(shù)無疑是解決這一問題的方法之一，但是傳統(tǒng)稻田綠肥種植用工多，勞動強度大，農(nóng)民不愿意接受，現(xiàn)代綠肥“輕簡、高效”生產(chǎn)與利用的大面積推廣還需要幫助農(nóng)民提高對綠肥種植的新認識。

緩控釋肥料是減少環(huán)境污染和提高肥料養(yǎng)分利用率的重要措施，但是真正在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的控釋肥料數(shù)量還很少。近年來，我國對控釋肥料的應(yīng)用潛在效益的認識在增強，產(chǎn)品的進一步開發(fā)將會對我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展和環(huán)境的有效保護做出重要貢獻,但如何制備成本低的控釋肥料，需要改進和利用先進的技術(shù)，發(fā)展新思路，研究控制肥料養(yǎng)分釋放速率和模式的機理，以及主要環(huán)境因素對它們的影響，養(yǎng)分釋放速率與作物養(yǎng)分需求之間同步性的研究，科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)民根據(jù)種植的作物和土壤類型正確選擇適宜的緩控釋肥料品種。

4.2 生物控草技術(shù)

植物化感作用在植物保護領(lǐng)域的應(yīng)用已取得了一定成果，但同時也還存在著許多的問題。例如目前研發(fā)出除草劑和殺菌劑能實際推廣應(yīng)用的還比較少；化感物質(zhì)大都存在含量少，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分離、提取和鑒定難度高等缺點。另一方面，人工合成的活性化合物，對作物、環(huán)境和人類健康是否有負面影響，是否會改變土壤中微生物及生理生化的特性等也還需進一步驗證。

隨著植物化感作用在植保領(lǐng)域研究的不斷深入，化感作用對象的范圍將會逐漸擴大到微生物與微生物，昆蟲與動物之間的化學(xué)關(guān)系，而不僅局限于植物與植物之間。同時，應(yīng)用范圍也會逐步涉及到林業(yè)、畜牧業(yè)等領(lǐng)域。在研究方法上，可充分結(jié)合基因工程等生物技術(shù)，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)篩選化感植物物種資源，采用放射性同位素標記法追蹤化感物質(zhì)的產(chǎn)生以及作用于受體植物的整個過程，從而通過基因手段調(diào)控和誘導(dǎo)植物化感物質(zhì)的產(chǎn)生。總之，植物化感作用的研究深度還遠遠不夠，還有許多問題等待人們?nèi)ヌ骄?，它在植保領(lǐng)域的研究和應(yīng)用具有廣闊的發(fā)展前景。

4.3 生物控制病蟲害技術(shù)

化學(xué)農(nóng)藥在有害生物防治中有著突出的優(yōu)勢，國內(nèi)外市場還有較大的需求。然而，綠色稻米生產(chǎn)要求嚴格控制化學(xué)合成物的應(yīng)用。目前我國水稻高產(chǎn)大都依賴于化學(xué)肥料的使用和化學(xué)農(nóng)藥對病蟲害控制獲得的，要確保綠色稻米生產(chǎn)的產(chǎn)量和病蟲害損失與現(xiàn)有高產(chǎn)栽培相當(dāng)或減產(chǎn)不明顯，必須有全新的栽培理念和病蟲害控制策略。南方稻區(qū)病蟲害發(fā)生世代多，特別近年來的世代重疊嚴重，現(xiàn)有的稻螟赤眼蜂田間繁殖能力差，且沒有配套的田間繁殖技術(shù)，必須多次釋放才能有效防治，應(yīng)用成本高，生產(chǎn)中難以推廣。燈光誘殺技術(shù)在誘殺害蟲的同時，也大量殺傷天敵，對生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)有副作用。

隨著現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)和基因工程的發(fā)展以及它們在農(nóng)藥中的應(yīng)用，生物農(nóng)藥的興起已成為發(fā)展的趨勢，優(yōu)勢在于對非靶標生物、人畜、環(huán)境相對安全，多數(shù)只對某種特定病蟲害起作用；能自然代謝，殘留低、降解快；開發(fā)利用途徑多，如天敵昆蟲可人工繁育或引種，也可利用生物工程、基因重組、基因轉(zhuǎn)化等多種途徑開發(fā)生物控害產(chǎn)品，自然界中動物、植物、微生物但凡對病蟲害有控制作用的活體或有效成分都可以作為研發(fā)的對象。

4.4 鎘污染耕地修復(fù)與安全利用技術(shù)

目前，鎘污染耕地修復(fù)治理的技術(shù)主要以下4種類型：一是以農(nóng)藝調(diào)控為主的應(yīng)急性鈍化修復(fù)技術(shù)；二是作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整的農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)技術(shù)；三是以淋洗、電磁吸附為主的重金屬減量技術(shù)；四是以富集植物萃取為主的土壤重金屬減量技術(shù)。但這4類技術(shù)均多數(shù)停留在小區(qū)試驗或室內(nèi)試驗效果，實際應(yīng)用效果和可操作性不理想。相對而言，國外的耕地污染修復(fù)技術(shù)可借鑒之處并不多，我國在這方面總體處于世界領(lǐng)先水平。

2014～2017年，農(nóng)業(yè)部財政部在湖南開展重金屬污染耕地修復(fù)及農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整試點，采取的以農(nóng)藝調(diào)控為主的應(yīng)急性鈍化修復(fù)技術(shù)較為成熟（VIP+n降鎘技術(shù)），以種植低吸收水稻品種（V）、淹水灌溉（I）和施用石灰調(diào)酸（P）為主體的農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)體系，也是目前鎘污染土壤最經(jīng)濟有效的應(yīng)急技術(shù)措施，在中輕度鎘污染土壤上的修復(fù)效果明顯，成本較低、技術(shù)適應(yīng)性較廣、易復(fù)制。但是各種技術(shù)因品種特性、土壤特性、地形、小氣候、水源、以及種植習(xí)慣等因素存在較大的差異。因此，該技術(shù)是經(jīng)濟有效的，但不是全能的。

在當(dāng)前的國情下，未來的重金屬污染稻田修復(fù)技術(shù)發(fā)展趨勢將會體現(xiàn)在以下幾個方面：一是從單項向組合、集成的重金屬污染耕地土壤綜合修復(fù)技術(shù)發(fā)展，提出一體化系統(tǒng)解決方案；二是研發(fā)可維持土壤肥力的綠色與環(huán)境友好的土壤修復(fù)技術(shù)以滿足“邊修復(fù)、邊生產(chǎn)”的要求；三是結(jié)合礦物學(xué)、材料學(xué)、納米科學(xué)，針對目標土壤研發(fā)環(huán)境功能修復(fù)材料，并明確修復(fù)材料的應(yīng)用條件、長期效果、生態(tài)影響和環(huán)境風(fēng)險；四是結(jié)合國家休耕政策，針對中重度重金屬污染稻田開展植物修復(fù)技術(shù)及可持續(xù)的配套工程技術(shù)研發(fā)，建立生態(tài)循環(huán)的農(nóng)田重金屬消減工程技術(shù)體系，同步完成農(nóng)田重金屬減量與土壤提質(zhì)擴容，實現(xiàn)土壤的可持續(xù)安全利用。

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