劉 倩，王學(xué)春，羅華友，宋 祥，賴 鵬，王小松，胡運(yùn)高

（1.西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川 綿陽 621010；2.綿陽市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，四川 綿陽 621010；3.梓潼縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，四川 梓潼 622150）

【研究意義】水稻青立病是一種水稻穎花退化、穎殼似鷹嘴狀張開、穗部直立、灌漿不良、黃熟期葉片仍然嫩綠的水稻生理性病害［1］，青立病前期發(fā)病癥狀不明顯，穗期發(fā)病導(dǎo)致不可逆的灌漿不良，對產(chǎn)量有極大負(fù)面影響［2-3］，青立病發(fā)病引起的減產(chǎn)無法采取措施補(bǔ)救，但可以采取相應(yīng)的農(nóng)藝手段進(jìn)行預(yù)防，降低水稻青立病發(fā)病率。研究水稻青立病發(fā)病原因有利于探索其防治措施。【前人研究進(jìn)展】水稻青立病自20世紀(jì)50年代在日本首次發(fā)現(xiàn)以來，在美國、澳大利亞、非洲、南美洲等國家和地區(qū)均有報(bào)道［4-5］；近年在我國湖南、湖北、江西、浙江、四川、東北等地均有報(bào)道，并呈多發(fā)趨勢，一般田塊減產(chǎn)20%～40%，嚴(yán)重田塊減產(chǎn)90%以上［6-8］。近年來，水稻青立病在四川發(fā)病面積和發(fā)病頻率呈上升趨勢。2014年重慶南川區(qū)近20 hm2水稻發(fā)生青立病，大部分田塊減產(chǎn)60%以上［8］；2016—2019年，綿陽梓潼縣水稻青立病發(fā)病面積從0.4 hm2增加到53 hm2，輕的田塊減產(chǎn)5.1%～10.3%，嚴(yán)重的田塊減產(chǎn)50%以上；2017、2018年綿陽涪城區(qū)部分田塊發(fā)病，但危害程度較輕。2019年，通過對綿陽水稻種植戶走訪調(diào)研，認(rèn)為水稻青立病發(fā)病和除草劑施用造成藥害有關(guān)［9］，而相關(guān)研究認(rèn)為水稻青立病發(fā)病和土壤重金屬相關(guān)［10-11］，尤其和土壤砷相關(guān)。彭孟軍等［12-13］認(rèn)為水稻季施用石灰對水稻青立病發(fā)病具有顯著抑制效果，宋睿［14］研究指出，施用硫磺可以有效抑制水稻青立病發(fā)生?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】通過比較不同除草劑作用下的水稻青立病發(fā)病情況，驗(yàn)證除草劑造成水稻青立病發(fā)病的假設(shè)；比較發(fā)病與不發(fā)病的植株及土壤重金屬成分和含量，明確重金屬對青立病發(fā)病的影響；比較不同防治技術(shù)處理下的發(fā)病情況，探索可行的青立病防治策略。通過探究水稻青立病病因及發(fā)病規(guī)律，探索不同防治手段并評價(jià)其防治效果。【擬解決的關(guān)鍵問題】水稻青立病發(fā)病有一定規(guī)律性，但四川水稻青立病的發(fā)病原因和發(fā)生規(guī)律尚不明確，亟待展開相關(guān)研究，明確其發(fā)病原因和發(fā)病規(guī)律，探索防治水稻青立病的農(nóng)藝措施，為水稻高產(chǎn)栽培和水稻病害防治提供指導(dǎo)思路。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2018年底對綿陽市水稻青立病發(fā)病田塊及農(nóng)戶走訪調(diào)查，明確水稻青立病典型特征（圖1）并調(diào)查發(fā)病原因，發(fā)現(xiàn)其發(fā)病原因可能與重金屬、田間水肥管理或除草劑施用有關(guān)。試驗(yàn)于2019年在西南科技大學(xué)試驗(yàn)田、綿陽市梓潼縣展開，其中梓潼縣選取許州鎮(zhèn)、云臺鄉(xiāng)、白云鄉(xiāng)、豢龍鄉(xiāng)4處易發(fā)病田塊作為供試田塊。供試除草劑為市場上常用的4種除草劑（可濕性粉劑22%芐乙、可濕性粉劑10%吡嘧磺隆、可濕性粉劑50%二氯喹啉酸和可分散油懸浮劑25 g/L五氟磺草胺），供試品種為秈稻代表性品種黃莉占。

所有試驗(yàn)的施肥水平為純N180 kg/hm2、P2O575 kg/hm2，返青期田間保持2～3 cm淺水層，前茬為冬小麥，小麥秸稈經(jīng)粉碎后全量翻埋還田，其他措施與當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田管理相同［15］。

圖1 水稻青立病穎殼病癥Fig.1 Typical symptoms of rice straight head

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 除草劑施用與水稻青立病發(fā)病試驗(yàn) 除草劑施用與水稻青立病發(fā)病試驗(yàn)在西南科技大學(xué)青義試驗(yàn)田展開。每種除草劑（芐乙、吡嘧磺隆、二氯喹啉酸和五氟磺草胺）設(shè)4個(gè)濃度水平：芐乙375、750、1 500、2 250 g/hm2，吡嘧磺隆150、300、600、900 g/hm2，二氯喹啉酸300、600、1 200、1 800 g/hm2，五氟磺草胺525、1 050、2 100、3 150 mL/hm2。

田間進(jìn)行裂區(qū)設(shè)計(jì)，除草劑類型為主區(qū)，施用濃度為副區(qū)，3次重復(fù)，小區(qū)行距33.5 cm、株距16.67 cm，每區(qū)5行，每行插10穴。所有除草劑在水稻移栽后，按設(shè)計(jì)濃度施入稻田，分蘗盛期和孕穗期調(diào)查水稻分蘗情況，齊穗后調(diào)查水稻青立病發(fā)病情況，成熟后調(diào)查產(chǎn)量構(gòu)成因素（穗著粒數(shù)、空粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)、千粒重），計(jì)算結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量。

1.2.2 重金屬與水稻青立病發(fā)病試驗(yàn) 在綿陽市梓潼縣選擇近3年水稻青立病連續(xù)發(fā)病和不發(fā)病兩種田塊，在連續(xù)發(fā)病田塊種植秈稻黃莉占和粳稻沈農(nóng)9903兩個(gè)水稻品種，取連續(xù)發(fā)病田塊和不發(fā)病田塊中0～10、10～30、30～50 cm土層土樣，測定其重金屬成分及含量；水稻齊穗后，取發(fā)病和不發(fā)病水稻植株各5株，測定水稻單株株重金屬成分及含量。

1.2.3 水稻青立病防治試驗(yàn) 青立病防治試驗(yàn)結(jié)合調(diào)查結(jié)果從更換水稻品種、改良土壤性質(zhì)、改變肥料種類角度提出3種措施：改種粳稻品種、硫磺或石灰處理、施用新型肥料穎殼靈（武漢盛大神農(nóng)生物工程有限公司新型肥料產(chǎn)品）。在綿陽市梓潼縣選取當(dāng)?shù)匾装l(fā)病田塊4處（許州鎮(zhèn)、石臺鄉(xiāng)、白云鎮(zhèn)和豢龍鄉(xiāng)）設(shè)計(jì)3組處理：（1）改種粳稻代表品種沈農(nóng)9903，對照為秈稻品種黃莉占；（2）小麥季施用硫磺112.5 kg/hm2（SW）、水稻季施用石灰75.0 kg/hm2（LS）、小麥季施用硫磺112.5 kg/hm2且水稻季施用石灰75.0 kg/hm2（SWLS）、以不施用石灰和硫磺為對照（CK1）；（3）水稻季施用新型肥料穎殼靈（YKL），以施用常規(guī)肥料為對照（CK2）。3次重復(fù)。齊穗后調(diào)查水稻青立病發(fā)病率。

使用Excel2016和Originpro2016進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用稻田常用除草劑對水稻生長及產(chǎn)量的影響

除草劑試驗(yàn)期間未發(fā)現(xiàn)水稻青立病發(fā)病，表明正常施用除草劑不會導(dǎo)致水稻青立病大面積發(fā)生，但過量施用除草劑會導(dǎo)致水稻分蘗盛期和抽穗期分蘗數(shù)顯著減少（圖2）。與低濃度相比，芐乙1 500 g/hm2、吡嘧磺隆600 g/hm2、二氯喹啉酸1 200 g/hm2和五氟磺草胺2 100 mL/hm2處理的水稻分蘗數(shù)在分蘗盛期減少1.0～2.2 個(gè)，在抽穗期減少0.2～1.8個(gè)；芐乙2 250 g/hm2、吡嘧磺隆900 g/hm2、二氯喹啉酸1 800 g/hm2和五氟磺草胺3 150 mL/hm2處理的水稻分蘗數(shù)在分蘗盛期減少1.5～3.3個(gè)，在抽穗期減少0.5～2.5個(gè)。芐乙、吡嘧磺隆、二氯喹啉酸和五氟磺草胺的過量施用導(dǎo)致水稻分蘗數(shù)減少，不利于提高水稻產(chǎn)量。

圖2 常用稻田除草劑對水稻分蘗的影響Fig.2 Effects of common herbicides on rice tillering

4種除草劑不同施用濃度均達(dá)到稻田除草效果，除草劑施用濃度與水稻產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)（表1）。水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素中，水稻結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量隨除草劑濃度增加呈降低趨勢；水稻穗著粒數(shù)受二氯喹啉酸和芐乙的影響不顯著，但高濃度吡嘧磺隆和五氟磺草胺處理受到顯著抑制。二氯喹啉酸300 g/hm2和芐乙375 g/hm2濃度處理水稻產(chǎn)量最高，二氯喹啉酸600 g/hm2和芐乙750 g/hm2濃度處理無顯著降低，二氯喹啉酸 1 800 g/hm2和芐乙2 250 g/hm2濃度處理分別降低17.18%、17.70%。吡嘧磺隆300 g/hm2和五氟磺草胺1 050 mL/hm2濃度處理水稻產(chǎn)量開始受到顯著抑制，最高濃度處理分別降低26.33%、23.13%。高濃度吡嘧磺隆抑制了水稻有效穗形成，導(dǎo)致水稻單位面積穗容量不足，造成產(chǎn)量顯著下降；高濃度五氟磺草胺降低了水稻結(jié)實(shí)率，造成產(chǎn)量顯著下降。

2.2 重金屬對水稻青立病發(fā)病的影響

通過對發(fā)病田塊和不發(fā)病田塊0～50 cm土層重金屬的成分和含量進(jìn)行檢測和比較發(fā)現(xiàn)，發(fā)病田塊土壤總砷、鉛、鎘、鉻和銅含量均顯著高于不發(fā)病田塊（圖3）。與不發(fā)病田塊相比，發(fā)病田塊0～50 cm土層總砷含量增加2.3～5.6 mg/kg，總鉛含量增加3.5～4.7 mg/kg，總鎘含量增加0.017～0.078 mg/kg，總鉻含量增加6.0～13.1 mg/kg，總銅含量增加3.4～4.9 mg/kg。比較發(fā)病與不發(fā)病植株體內(nèi)重金屬成分和含量發(fā)現(xiàn)，不論秈稻品種黃莉占還是粳稻品種沈農(nóng)9903，發(fā)病植株的總鎘和總砷含量顯著高于不發(fā)病植株（表2）。與不發(fā)病植株相比，發(fā)病植株總鎘含量增加0.004～0.006 mg/kg，總砷含量增加0.03～0.20 mg/kg。據(jù)此推斷水稻青立病可能與土壤中砷和鎘含量較高有關(guān)。

2.3 石灰、硫磺、穎殼靈施用對水稻青立病的影響

從圖4可以看出，小麥季施用硫磺且水稻季施用石灰（SWLS）對水稻青立病防治效果顯著。與CK1相比，小麥季施用硫磺的田塊（SW）水稻青立病發(fā)病率降低4.99%，水稻季施用石灰的田塊（LS）水稻青立病發(fā)病率降低10.35%，小麥季施用硫磺且水稻季施用石灰的田塊（SWLS）水稻青立病發(fā)病率降低20.74%，其中硫磺石灰并施對水稻青立病的防治具有顯著效果。施用穎殼靈可在一定程度上降低水稻青立病發(fā)病率，但施用穎殼靈和CK2無顯著差異。綜上可知，采用小麥季施用硫磺且水稻季施用石灰的方法，可以有效減少水稻青立病發(fā)病，對連續(xù)發(fā)病田塊有一定防治效果。

表1 常用稻田除草劑對水稻產(chǎn)量性狀的影響Table 1 Effects of common herbicides on rice yield traits

圖3 水稻青立病發(fā)病與不發(fā)病田塊不同土層土壤重金屬含量比較Fig.3 Comparison of heavy metal contents in different soil layers between diseased and non-diseased fields

表2 水稻青立病發(fā)病與不發(fā)病植株重金屬含量（mg/kg）Table 2 Comparison of heavy metal contents （mg/kg） in rice plants with and without rice straight head

圖4 施用石灰、硫磺和穎殼靈對水稻青立病發(fā)病率的影響Fig.4 Effects of application of lime, sulfur and Yingkeling on the incidence of rice straight head

2.4 不同類型品種水稻對水稻青立病的響應(yīng)

從圖5可以看出，在易發(fā)病田塊，種植粳稻品種黃莉占比種植秈稻品種沈農(nóng)9903更容易發(fā)生水稻青立病，種植沈農(nóng)9903可顯著降低水稻青立病發(fā)病率。在發(fā)病田塊種植沈農(nóng)9903，水稻青立病發(fā)病率比種植黃莉占降低37%～45%。在許州鎮(zhèn)、石臺鄉(xiāng)、白云鎮(zhèn)和豢龍鄉(xiāng)易發(fā)病田塊種植沈農(nóng)9903，水稻青立病發(fā)病率分別為61.7%、54.3%、60.8%和58.3%，種植黃莉占水稻青立病發(fā)病率分別為17.9%、18.1%、23.6%和13.1%，與黃莉占相比顯著降低。表明種植沈農(nóng)9903可以有效降低水稻青立病的發(fā)病程度。

圖5 易發(fā)病田塊種植黃莉占和沈農(nóng)9903青立病發(fā)病率比較Fig.5 Comparison of incidence of rice straight head between Huanglizhan and Shennong 9903 in susceptible field

3 討論

3.1 水稻青立病發(fā)病原因

水稻青立病發(fā)病原因復(fù)雜，但水稻青立病發(fā)病具有一定特點(diǎn)和規(guī)律。從耕作歷史來看，旱改水之前的旱作時(shí)間越長青立病發(fā)病越嚴(yán)重［13,16］；從土壤特性來看，土壤pH值、Eh值和CEC值越低，銅和砷等重金屬含量越高，活性越強(qiáng)，青立病越容易發(fā)生［5,10,17-18］；從田間管理角度分析，水稻中后期干旱較嚴(yán)重、秧苗素質(zhì)差且大兜密植田塊容易發(fā)?。?］。

本研究結(jié)果表明，綿陽市青立病發(fā)病田塊土壤總砷、總鎘和總銅含量偏高，同時(shí)發(fā)病植株體內(nèi)總砷和總鎘含量偏高，這與美國阿肯色州［4-5］和我國江漢平原［19］青立病發(fā)病原因調(diào)查結(jié)果相似，均認(rèn)為水稻青立病發(fā)病與土壤砷含量偏高有關(guān)。Chuan等［20］研究結(jié)果表明，淹水條件下，土壤中硫酸鹽還原菌產(chǎn)生的二甲基砷（DMAs），被產(chǎn)甲烷古菌脫甲基形成甲烷和無機(jī)砷。砷進(jìn)入土壤后48 h內(nèi)就會被土壤膠體固定，當(dāng)土壤Eh值降低時(shí)，土壤對砷的吸附能力降低，土壤溶液中總砷含量提高，進(jìn)而促進(jìn)水稻對砷元素的吸收。在淹水條件下，土壤Eh值降低，五價(jià)砷被還原為三價(jià)砷，使土壤中被固定的砷向土壤溶液釋放和遷移，進(jìn)而被作物根系吸收［21］。植物對砷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)吸收是通過磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)體系完成的［22］，砷被根系吸收后進(jìn)入水稻體內(nèi)，當(dāng)砷含量達(dá)到一定濃度時(shí)會使水稻產(chǎn)生砷毒害效應(yīng)，主要表現(xiàn)為抑制水稻種子萌發(fā)和根系活力，嚴(yán)重時(shí)不能開花結(jié)實(shí)，穗數(shù)減少、結(jié)實(shí)率降低，且砷濃度越高毒害越大。

3.2 防治水稻青立病的方法與措施

針對水稻青立病不同發(fā)病原因，國內(nèi)外學(xué)者提出了不同防治措施［12］。常見措施包括改變耕作制度、適當(dāng)減少機(jī)耕次數(shù)；加強(qiáng)栽培管理，注意適當(dāng)增施鈣、硅和鋅等微肥；科學(xué)灌水，前期淺水勤灌；改變種植制度、嚴(yán)重發(fā)病田塊建議秈稻改粳稻，或者水田改旱地種植蔬菜、玉米和甘薯等［23-24］。

本研究結(jié)果表明，在冬小麥和水稻輪作和秸稈全量還田條件下，小麥季節(jié)施用硫磺水稻季節(jié)施用石灰可以顯著降低水稻青立病發(fā)病概率，這與彭孟軍研究結(jié)果相似［12］。小麥季節(jié)施用硫磺調(diào)節(jié)了土壤硫、砷比例失調(diào)問題，在秸稈全量還田條件下，水稻季節(jié)適當(dāng)施用石灰可以調(diào)節(jié)土壤pH值和Eh值，進(jìn)而降低土壤重金屬活性，減少水稻對重金屬的吸收。在連年發(fā)病田塊，種植粳稻品種可以顯著降低水稻青立病發(fā)病程度，這與劉廣友等［25］研究結(jié)果一致。與秈稻品種黃莉占相比，沈農(nóng)9903作為粳稻品種，其根系吸收能力較弱，重金屬的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)效率顯著降低［26］，有利于減少青立病發(fā)病。

4 結(jié)論

芐乙、吡嘧磺隆、二氯喹啉酸和五氟磺草胺4種供試除草劑的施用不會引起青立病發(fā)病，但高濃度的除草劑施用會對產(chǎn)量產(chǎn)生抑制效應(yīng)，建議防治雜草時(shí)按照正常濃度施用除草劑。綿陽市水稻青立病發(fā)病與土壤重金屬砷、鎘和銅的含量偏高有關(guān)，在小麥水稻輪作和秸稈全量還田的條件下，小麥季隨整地適當(dāng)施用硫磺，水稻季隨整地適當(dāng)施用石灰對水稻青立病有顯著防治效果。