不同栽培方式對2個水稻品種農藝性狀、細菌性 條斑病抗性和經濟效益的影響

許 星, 張 鋒, 王林萍

(1. 福建農林大學植物保護學院, 福州 350002; 2. 福建農林大學經濟學院, 福州 350002)

水稻是福建省種植面積最大的糧食作物,其產量構成因素主要由有效穗數、穗粒數和千粒重等性狀組成。水稻細菌性條斑病Xanthomonascampestrispv.oryzicola是福建省水稻主要病害之一,屬國內植物檢疫對象,對水稻產量可造成重要影響。而水稻品種差別、施肥量等不但影響水稻產量,還可以影響其發病率,對水稻產量間接造成影響[1-2]。例如,施肥量越大,分蘗及每穗枝梗數往往也隨之增加[3];但是施肥量過大,水稻的抗病性便會降低,同時會造成植株徒長,株高增加,倒伏概率升高,進而導致水稻減產[4-5]。過量的施肥通過硝化反硝化、揮發、徑流、淋洗等一系列過程進入環境, 不僅會帶來諸如富營養化等環境問題,而且降低了肥料的增產率與經濟效益[6-10]。目前, 已有許多學者對不同施肥量對水稻產量、經濟與生態環境效益以及施肥增產率的影響做了大量研究[11-13], 但關于品種間作條件下施肥量對水稻性狀、細菌性條斑病抗性和經濟效益的研究鮮見報道。近年來國內外學者在水稻品種間(混)作方面展開研究,發現水稻品種混合種植不僅能夠控制病蟲害發展[14-17],還能使水稻產量提高8.9%～14.9%[18]。本試驗在水稻品種單作、間作條件下,利用不同施肥量對水稻性狀、細菌性條斑病抗性以及經濟效益的影響進行研究,為水稻增產、抗病,獲得更高效益提供理論依據和農業技術實踐措施[19]。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點設在福建福清水稻種植實驗基地,位置約119°25′37″E,25°33′21″N,海拔約4.6 m。本區域年活動積溫在6 000～6 600℃,年均降雨量1 050～1 500 mm,雨熱同季,屬于亞熱帶季風氣候,春夏濕潤多雨日照短, 7-9月多臺風雷陣雨天氣, 極有利于細菌性條斑病的發生流行[20-21]。試驗地供試土壤為典型壤土,耕層土壤有機質18.875 g/kg,全氮1.155 g/kg,全磷0.672 g/kg,全鉀9.225 g/kg,堿解氮107.15 mg/kg,有效磷58.425 mg/kg,速效鉀167.5 mg/kg,pH 5.05,土壤容重為1.23 g/cm3。

1.2 試驗材料

供試水稻品種:抗病品種‘甬優15’,感病品種‘D優151’。

供試肥料:基肥采用六國化工硫酸鉀型復合肥(安徽六國化工股份有限公司生產; 氮、磷、鉀比例為16∶16∶16);追肥采用芭田樵夫硫酸鉀型復合肥(深圳市芭田生態工程股份有限公司生產;氮、磷、鉀比例為20∶10∶20)。

1.3 試驗設計

試驗采用裂區處理,主處理區設3種栽培方式,分別為‘甬優15’單作、‘D優151’單作和品種間作(‘甬優15’與‘D優151’間作比例為5∶1)。副處理區設置3個施肥水平,基肥施用六國化工復合肥,用量225 kg/hm2。除基肥外,使用芭田樵夫復合肥在苗期、分蘗期、孕穗期追肥3次,追肥總施用量分別為375、450、675 kg/hm2,分別表示為施肥量1水平、2水平、3水平,各時期追肥量具體見表1。試驗共12個處理,其中間作條件下,分別將兩個品種單獨作為處理,分別為間作‘甬優15’、間作‘D優151’。每個處理設置3次重復,處理區面積共1.8 hm2,每個小區面積66.7m2。排布如圖1。

圖1 各處理區分布圖Fig.1 Distribution of different treatment areas

水平Level基肥Base fertilizer苗肥Seedling fertilizer分蘗肥Tillering fertilizer穗肥Panicle fertilizer總量Total amount122591.25192.591.256002225112.50225.0112.506753225168.75337.5168.75900

1.4 栽培管理方式

水稻于2015年5月17日浸種,5月20日下種,6月10日插秧,10月10日-12日收獲,水分管理、用藥等田間管理均按當地常規栽培措施進行,2～3株/穴,株行距30 cm×20 cm?！畠?5’與‘D優151’間作比例為5∶1,其間作方式如圖2。

圖2 水稻品種間作示意圖Fig.2 Schematic diagram of intercropping manner of rice cultivars

1.5 采樣時間與測定方法

分蘗期連續選擇5穴調查記錄分蘗數,成熟期每小區采用五點取樣法,測定株高、穗長,每點選1 m2測定實際產量,取回后進行考種,并按葉、莖鞘、穗洗凈后置于烘箱中,在105℃下殺青30 min后,75℃烘干至恒重,利用電子天平過稱測定樣品干物重。

福建農林大學植物保護學院綠色水稻栽培研究課題組于2015年5月—10月調查水稻細菌性條斑病發病情況,水稻細菌性條斑病的發病率和病情指數均參考全國農業技術推廣服務中心編著的《農作物有害生物測報技術手冊》中的測報調查方法進行。病害嚴重度分級標準:0級,無病斑;1級,病斑面積占葉面積的1/5以下;2級,病斑面積占葉面積的1/5～1/3;3級,病斑面積占葉面積的1/3～1/2;4級,病斑面積占葉面積的1/2以上。

1.6 數據分析與處理

運用SPSS 20.0和EXCEL 2013進行數據處理。方差分析采用單因素方差分析(One-way ANOVA)(P=0.05),計算均值,均值差異顯著性分析采用LSD 法(P=0.05)進行多重比較。

施肥增產率為處理區與對照區(品種單作,1水平施肥量)作物產量之差與對照區作物產量之比; 邊際產量為增加單位施肥用量所增加的糧食產量;收益=產值-(勞動力成本+物質成本);新增純收益率 =[(處理區收益-對照區收益)/對照區收益]×100%; 邊際成本報酬率=(處理區產值-對照區產值)/(處理區成本-對照區成本)[22]。

2 結果與分析

2.1 不同栽培條件對水稻性狀的影響

2.1.1 不同栽培條件對‘甬優15’性狀的影響

施肥量對‘甬優15’的性狀有不同程度的影響。從表2中可以看出,無論是間作還是單作,隨施肥量增加,‘甬優15’的分蘗數、株高、穗長等性狀均有改善與增加,在施肥量達到3水平時達到最大值;有效穗數、每穗實粒數、千粒重、結實率等性狀先升高后降低,但在施肥量達到2水平后,數值變化較小。‘甬優15’在2水平施肥量時,有效穗數、每穗實粒數、千粒重及結實率等性狀最優,間作條件下比單作條件下性狀更優,有效穗數、每穗實粒數、千粒重及結實率分別高出0.48%、1.09%、0.28%、2.69%。

表2的數據表明,同樣的施肥量,‘甬優15’在間作條件下比單作條件下各項性狀更優,在3水平施肥量時,分蘗數、株高、穗長等性狀呈最大值;而在2水平施肥量時,有效穗數、每穗實粒數、千粒重及結實率等性狀最優。

2.1.2 不同栽培條件對‘D優151’性狀的影響

施肥量對‘D優151’的性狀有不同程度的影響。從表2中可以看出,無論是單作還是間作,隨施肥量增加,‘D優151’的分蘗數、株高、穗長等性狀均有改善與增加,在施肥量達到3水平時達到最大值;有效穗數、每穗實粒數、千粒重、結實率等性狀先增加后降低,但在施肥量達到2水平后,數值變化較小?！瓺優151’在2水平施肥量時,有效穗數、每穗實粒數、千粒重及結實率等性狀最優,間作條件下比單作條件下性狀更優,有效穗數、每穗實粒數、千粒重及結實率分別高出0.18%、0.03%、0.47%、0.44%。

表2的數據表明,同樣的施肥量,‘D優151’在間作條件下比單作條件下各項性狀更優,在3水平施肥量時,分蘗數、株高、穗長等性狀呈最大值;而在2水平施肥量時,有效穗數、每穗實粒數、千粒重及結實率等性狀最優。

表2不同栽培條件對‘甬優15’、‘D優151’性狀的影響1)

Table2Theeffectsofdifferentcultivationconditionsonthetraitsofthe‘Yongyou15’and‘D-you151’ricecultivars

品種Variety單間作Monoculture orintercropping施肥量水平Fertilizerlevel分蘗數/個Number oftillers株高/cmPlantheight穗長/cmSpikelength有效穗數/萬穗·(hm2)-1Effective spike number每穗實粒數/粒The number ofgrains per panicle千粒重/gThousand-grainweight結實率/%Seed-settingrate 甬優15Yongyou 15單作 Monoculture117.54 c118.34 b25.34 a154.24 b310.50 c28.38 a78.04 b單作 Monoculture218.42 b119.60 a25.40 a156.82 a314.20 b28.88 a78.12 b單作 Monoculture319.32 b120.12 a25.98 a156.10 ab314.14 b28.76 a78.10 b間作 Intercropping117.80 bc118.74 ab25.35 a156.68 a317.10 a28.62 a79.72 a間作 Intercropping218.88 b119.62 a25.74 a157.58 a317.64 a28.96 a80.22 a間作 Intercropping323.08 a120.44 a26.04 a156.74 a317.50 a28.78 a79.98 aD優151D-you 151單作 Monoculture118.28 b110.06 b25.18 a252.98 c267.54 a29.64 a79.84 a單作 Monoculture219.94 ab110.50 ab25.34 a256.38 a268.88 a29.90 a79.89 a單作 Monoculture320.12 a112.28 a25.40 a254.52 b267.72 a29.80 a79.86 a間作 Intercropping118.98 b109.80 b25.24 a254.76 b267.66 a29.92 a80.18 a間作 Intercropping220.28 a111.08 ab25.54 a256.84 a268.96 a30.04 a80.24 a間作 Intercropping321.00 a112.40 a25.62 a254.94 b268.28 a29.98 a80.14 a

1) 不同處理中各變量平均值后面不同的字母表示該平均值之間有顯著性差異(P<0.05)。下同。

Statistically significant differences (P<0.05) in the average of the variables between different treatments are indicated by different letters. The same below.

2.2 不同栽培條件對水稻產量和細菌性條斑病抗性的影響

本試驗共12種處理,見表3。從表中可以看出,不同栽培條件下水稻產量和細菌性條斑病抗性間存在較為顯著的差異(P<0.05)。

從表3可知,兩個品種無論單作或間作,2水平施肥量處理時產量最高?！畠?5’單作條件下對比1水平、3水平施肥量處理時分別提高2.43%、1.54%,‘D優151’提高3.52%、1.48%;‘甬優15’間作條件下對比1水平、3水平施肥量處理時分別提高5.25%、2.34%,‘D優151’提高1.96%、0.97%。且均達到顯著性差異(P<0.05)。

隨施肥量增加,發病率和病情指數也逐漸提高。試驗表明,‘甬優15’和‘D優151’兩個品種無論是間作還是單作,在3水平施肥量時發病率和病情指數均達到最高(表3)。就發病率而言,‘甬優15’各級施肥量間作與單作相比較,1水平降低0.8百分點,2水平降低0.8百分點,3水平降低0.6百分點;‘D優151’各級施肥量間作與單作相比較,1水平降低12.3百分點,2水平降低16.3百分點,3水平降低13百分點。且均達到顯著性差異(P<0.05)。就病情指數而言,‘甬優15’各級施肥量間作與單作相比較,1水平降低0.5,2水平降低0.9,3水平降低0.8;‘D優151’各級施肥量間作與單作相比較,1水平降低2.3,2水平降低3.6,3水平降低3.0,且均達到顯著性差異(P<0.05)。

對于‘甬優15’的6種處理相比較,產量以間作條件下2水平施肥量時最高,為9.62 t/hm2。對細菌性條斑病的抗性,以間作條件下1水平施肥量時最強,發病率為4.0%,病情指數為1.1。對于‘D優151’的6種處理相比較,產量以間作條件下2水平施肥量時最高,為8.34 t/hm2。對細菌性條斑病的抗性,以間作條件下1水平施肥量時最強,發病率為15.3%,病情指數為4.9。

由表3的數據可以看出,無論是單作還是間作,‘甬優15’和‘D優151’均在2水平施肥量時產量最高,但隨施肥量增加,其發病率和病情指數也逐漸提高。相同施肥量下,2個品種間作條件下的產量均高于單作條件,而且間作條件下能顯著降低2個品種細菌性條斑病的發病率(P<0.05)。

表3不同栽培條件對‘甬優15’、‘D優151’產量和細菌性條斑病抗性的影響

Table3Theeffectsofdifferentcultivationconditionsontheyieldandbacterialleafstreakresistanceofthe‘Yongyou15’and‘D-you151’ricecultivars

品種Variety單間作Monoculture or intercropping施肥量水平Fertilizer level產量/t·(hm2)-1Yield發病率/%Incidence病情指數Disease index甬優15單作 Monoculture19.04 e4.8 c1.6 dYongyou 15單作 Monoculture29.26 c7.9 b2.8 b單作 Monoculture39.12 d10.2 a3.0 a間作 Intercropping19.14 d4.0 d1.1 e間作 Intercropping29.62 a7.1 c1.9 d間作 Intercropping39.40 b9.6 b2.2 cD優151單作 Monoculture17.96 d27.6 c7.2 cD-you 151單作 Monoculture28.24 b35.9 b8.7 b單作 Monoculture38.12 c40.3 a9.8 a間作 Intercropping18.18 c15.3 e4.9 e間作 Intercropping28.34 a19.6 d5.1 d間作 Intercropping38.26 b28.3 bc6.8 c

2.3 不同栽培條件對‘甬優15’、‘D優151’經濟效益的影響

水稻的經濟效益是指水稻收獲銷售后除去生產成本之后獲得的收益。根據當地實際市場情況,其中對照區(品種單作,施肥量水平1區)生產成本為14 175元/hm2,物料費共計7 575元/hm2;人工費共計6 600元/hm2。由于施肥量不同,施肥量水平2區生產成本為14 325元/hm2,施肥量水平3區生產成本為14 775元/hm2。水稻價格按照福建省福清市水稻收購價格2.5元/kg計算(2個品種收購價格一致)。

通過計算得到不同栽培條件對‘甬優15’、‘D優151’的施肥增產率、邊際產量、產值、凈收益、新增純收益率和邊際成本報酬率(表4)。

表4不同栽培條件對‘甬優15’、‘D優151’經濟效益的影響

Table4Theeffectsofdifferentcultivationconditionsontheeconomicbenefitsof‘Yongyou15’and‘D-you151’ricecultivars

品種Variety單間作Monoculture orintercropping施肥量水平Fertilizerlevel施肥增產率/%Yield increase byfertilization邊際產量/kg·kg-1Marginal yield產值/元·(hm2)-1Output value凈收益/元·(hm2)-1Net income新增純收益率/%Increased netbenefit rate邊際成本報酬率/元·元-1Marginal cost rate of return甬優15單作 Monoculture1--22 6008 425--Yongyou 15單作 Monoculture22.432.93 b23 1508 8254.75 b3.67 b單作 Monoculture30.880.36 d22 8008 025-4.75 e0.33 d間作 Intercropping11.11-22 8508 6752.97 d-間作 Intercropping26.427.73 a24 0509 72515.43 a9.67 a間作 Intercropping33.981.60 c23 5008 7253.56 c1.5 cD優151單作 Monoculture1--19 9005 725--D-you 151單作 Monoculture23.523.73 b20 6006 2759.61 b4.67 b單作 Monoculture32.010.71 d20 3005 525-3.49 d0.67 d間作 Intercropping12.76-20 4506 2759.61 b-間作 Intercropping24.775.07 a20 8506 52513.97 a6.33 a間作 Intercropping33.771.33 c20 6505 8752.62 c1.25 c

兩個品種施肥增產率隨著施肥用量的增加呈先升高后降低的趨勢, 以2水平施肥量為界限, 表明過量施肥會降低施肥的增產效應,‘甬優15’的施肥增產率以間作條件下2水平施肥量最高,為6.42%,比單作條件下相同施肥量高出3.99百分點;‘D優151’的施肥增產率以間作條件下2水平施肥量最高,為4.77%,比單作條件下相同施肥量高出1.25百分點,‘甬優15’單作和間作情況下最高邊際產量分別為2.93、7.73 kg/kg,‘D優151’單作和間作情況下最高邊際產量分別為3.73、5.07 kg/kg。其對應施肥量均為2水平,均具有顯著性差異(P<0.05)。

兩個品種水稻的產值和凈收益均隨著施肥量的增加呈先增加后減少的趨勢,均以2水平施肥量最高,表明過量施肥,不僅不能獲得理想的收益, 且帶來了巨大的資源浪費。

從新增純收益率和邊際成本報酬率可以看出,2水平施肥量處理顯著高于1水平和3水平施肥量處理,表明‘甬優15’和‘D優151’在間作條件下2水平施肥量處理的新增純收益率均最高,分別為15.43%、13.97%;顯著高于單作同水平施肥量處理,均具有顯著性差異(P<0.05)?！畠?5’的邊際成本報酬率以間作條件下2水平施肥量處理最高, 為9.67元/元,比單作條件下相同處理高6元/元;‘D優151’的邊際成本報酬率以間作條件下2水平施肥量處理最高, 為6.33元/元,比單作條件下相同處理高1.66元/元,均具有顯著性差異(P<0.05)。

本研究表明,2個品種均以間作條件下2水平施肥量(675 kg/hm2)經濟效益最佳,其中‘甬優15’施肥增產率、邊際產量、產值、凈收益、新增純收益率和邊際成本報酬率分別為6.42%、7.73 kg/kg、24 050元/hm2、9 725元/hm2、15.43%、9.67元/元;‘D優151’為4.77%、5.07 kg/kg、20 850元/hm2、6 525元/hm2、13.97%、6.33元/元。

3 結論與討論

水稻的產量及其性狀構成因子大多都通過基因型和環境共同作用表現出來[23]。就單一品種而言,需要根據產量特性建立合理的栽培技術體系,協調作物性狀、產量與抗病性之間的關系,達到高產穩產[24-25]。Mew等[26]研究表明,水稻品種間作或混作不需要進行額外育種,其性狀、產量及其構成因子已經具有超過多系品種的優勢。同時,施肥量也是影響水稻性狀、產量及其構成因子重要的因素[27]。探索有效的水稻栽培及生態防控技術,是植保工作者任務的重中之重。已有研究表明,大面積種植遺傳單一的水稻品種,在降低了稻田生態系統多樣性的同時,還導致水稻品種抗性的降低而造成病害流行[28]。理論和實際觀察均表明,作物遺傳上的異質性或多樣性布局可以在大面積上抑制病害的發生[29]。

本試驗表明,施肥量與品種間作對水稻性狀、產量和細菌性條斑病抗性均具有不同程度的影響。兩個水稻品種的分蘗數、株高、穗長等性狀均隨施肥量增加逐漸增加,產量隨施肥量的增加呈先增加后減少的趨勢,發病率與病情指數隨施肥量的增加而增加。試驗數據表明,兩個水稻品種在間作條件下產量比單作條件下顯著增高,但產量增幅不同,這與品種的遺傳性狀及植株高度差等因素[30]關系密切。在水稻品種間作條件下,‘甬優15’ 、‘D優151’的產量與細菌性條斑病抗性皆有不同程度的提高,這與品種的遺傳性狀、間作比例、間作品種等因素有關。

從經濟效益方面考慮, 隨施肥用量的增加其經濟效益呈先增加后降低的趨勢,品種間作比單作經濟效益顯著提高。當間作條件施肥量達2水平(追肥施用量450 kg/hm2)時, 兩個水稻品種新增純收益率顯著高于其余各處理, 獲得最大的經濟效益。該肥料用量既可以保持較高的水稻產量和較低的發病率,同時也減輕了農田肥料過量投入對環境帶來的潛在威脅?！畠?5’與‘D優151’的間作處理能有效地提高性狀、細菌性條斑病抗性和經濟效益,不過應通過進一步探討間作比例、間作品種、密度、施肥量等栽培特性制定優化栽培方案。水稻品種多樣性混合間栽理論和技術備受國內外專家的高度關注,它不僅有著重要的社會效益和經濟效益,而且有很高的學術價值。但多樣性混合間栽與細菌性條斑病控制的機理,最佳品種多樣性搭配以及該技術的生態學效應都有待進一步的研究和闡明。