持續控肥對水稻產量、病蟲害發生和土壤肥力的影響

鄭許松，田俊策，鐘列權，王會福，呂仲賢*

(1.浙江省農業科學院 植物保護與微生物研究所，浙江 杭州 310021； 2.臺州市植物保護檢疫站，浙江 臺州 318000；3.臺州市農業科學研究院，浙江 臨海 317000)

水稻是我國的主要糧食作物之一，水稻穩產對保障我國糧食安全至關重要。近年來，我國水稻單產和總產均有大幅提高，但過量施肥和不平衡施肥的現象日益嚴重[1-2]，稻田一季施肥量超過200 kg·hm-2的現象較為普遍[3]，長三角一些地區的施氮量甚至超過300 kg·hm-2[4]。目前，關于施肥對水稻產量和土壤肥力等的影響已有大量報道，適宜的氮、磷、鉀肥用量可以促進水稻生長發育、提高產量，但當化肥用量超過一定限度后，水稻產量不再增加，甚至下降[5-6]。同時，氮肥的過量供應還會導致土壤無機氮損失量和殘留量明顯增加[7]。此外，磷、鉀不平衡施肥也是影響水稻產量的重要因素[8-9]。在追求高產的過程中，不合理施肥不僅可能造成水稻減產，還會導致肥料利用率下降、養分流失，并引發一系列的環境問題[10]。

研究表明，水稻控肥技術在實施當年能有效減少氮肥施用量，提高氮肥利用率，還可以減輕水稻病蟲害的發生，減少化學農藥的使用[11-12]。但連續多年減肥對水稻病蟲害、水稻產量和土壤肥力的影響還不明晰。為此，特開展連續3 a的減肥試驗，探索持續控肥技術對水稻產量和土壤肥力的影響，旨在為水稻肥料的優化管理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗時間與地點

于2014—2016年，在浙江省臨海市汛橋鎮進行連續3 a的單季稻控肥試驗。試驗田塊肥力中等，均勻一致，土質為砂壤土，排灌方便。種植水平與當地平均生產水平相當。

1.2 試驗材料

供試水稻品種為甬優538，常年667 m2產量550 kg，單季種植，播種時間為5月14日，用種量為15.0 kg·hm-2，移栽時間為6月11日(葉齡為3葉1心至4葉)，機插密度為18.8 cm×29.3 cm。

供試肥料:尿素(N 46%)，湖南宜化化工有限責任公司；加拿大紅色氯化鉀(K2O 60%)，中化化肥有限公司經銷；復合肥(N 15%，P2O515%，K2O 15%)，山東金正大生態工程股份有限公司。

1.3 處理設計

試驗田面積共1 340 m2。田塊一分為二:一半為控肥處理區；一半為對照處理區，施肥方法按習慣(上年同一季節的)進行。在兩區之間筑田基，田基用塑料薄膜包裹，以防串水串肥。2個處理單獨排灌。具體地:控肥處理，移栽前1 d施基肥(每667 m2施用復合肥22.55 kg、尿素5 kg)，移栽后15 d施分蘗肥(每667 m2施用尿素5 kg)，移栽后45 d施穗肥(每667 m2施用尿素5 kg、氯化鉀10 kg)，移栽后83 d施粒肥(每667 m2施用尿素2.5 kg)；對照處理，移栽前1 d施基肥(每667 m2施用復合肥32.5 kg)，移栽后8 d施分蘗肥(每667 m2施用尿素12.5 kg)，移栽后80 d施粒肥(每667 m2施用尿素5 kg)。和對照比較，控肥處理減施了氮肥和磷肥，增施了鉀肥，且氮肥后移，降低了基蘗肥比重，增加了穗粒肥比重。

對照處理按常年的灌溉方法進行管理。控肥處理區，水稻移栽到分蘗期保持淺水層，當全田苗數達到目標有效穗數80%左右時開始露曬田，倒二葉抽出期(移栽后40 d左右)停止曬田，此后保持淺水層至抽穗，抽穗后田間保持干干濕濕，收割前7 d左右斷水。2個處理的施藥操作一致。

1.4 病蟲發生調查

于水稻主要病蟲害——稻縱卷葉螟、稻飛虱(主要為褐飛虱)、紋枯病和稻曲病的盛發期進行田間調查。稻飛虱調查田間種群密度，稻縱卷葉螟調查水稻卷葉率，紋枯病調查株發生率，稻曲病調查病穗率。稻飛虱和稻縱卷葉螟均采用5點取樣法，點內用雙行平行跳躍法。紋枯病和稻曲病病株率調查均按每小區5點取樣，每點調查20叢。稻飛虱采用盤拍法，每次調查40稻叢；稻縱卷葉螟調查稻葉卷苞百分率，每次調查100叢。

1.5 考種和實割測產

水稻成熟后，進行考種和實割測產，以測定各產量構成因素和實際產量。考種取5個樣點，每個點調查10穴有效穗數，每個點按平均有效穗數取樣2穴(每塊田共5×2=10穴)考種。實割測產獲取不同小區產量，并折成每667 m2產量。

1.6 土壤基本性狀測定

土壤理化性質的測定采用常規分析方法[13]。土壤有機質采用重鉻酸鉀-濃硫酸外加熱法測定，水解氮采用堿解擴散法測定，有效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用1 mol·L-1NH4OAC浸提—火焰光度計法測定。

1.7 數據整理分析

所有試驗數據在SPSS 17.0平臺上進行整理與分析。

2 結果與分析

2.1 對水稻產量和農藝性狀的影響

如表1所示，控肥處理連續3 a的產量均比對照田有明顯提高，增產幅度5.3%～12.6%。從產量構成因素來看，第1年的增產因素為提高了有效穗數，而第2、3年的增產因素為稻穗的實粒數、結實率和千粒重增加。

表1 不同處理的水稻產量及其構成因素

2.2 對水稻病蟲害發生的影響

整體來看，控肥處理減輕了水稻主要水稻病蟲害——稻飛虱、稻縱卷葉螟、紋枯病和稻曲病的發生和為害，且部分年限處理間差異顯著。具體地:控肥處理的稻飛虱種群數量比對照處理減少26.1%～64.5%，稻縱卷葉螟卷葉率比對照處理降低16.0%～66.7%，紋枯病病株率比對照降低9.1%～46.1%，稻曲病病穗率比對照降低7.5%～93.5%(表2)。

表2 水稻減肥試驗點病蟲害發生情況

2.3 對土壤養分含量的影響

如圖1所示，試驗第1年，控肥處理的土壤有機質、水解氮含量較對照顯著降低；試驗第2、3年，控肥處理的土壤有機質、水解氮含量提升，且和對照沒有顯著差異。試驗第1年，控肥處理的土壤有效磷含量顯著高于對照，而第2、3年2個處理間沒有顯著差異。控肥處理連續3 a土壤中的速效鉀含量均顯著高于對照。綜上，連續控肥情況下，前2年的土壤有機質、水解氮、有效磷含量有一個波動變化的過程，至第3年與對照接近，并趨于穩定，而土壤速效鉀含量則一直高于對照。

相同年份無相同字母者表示控肥和對照間差異顯著(P<0.05)。圖1 不同處理對土壤養分含量的影響

3 討論

水稻產量由單位面積水稻有效穗數、穗粒數和千粒重等決定[1]。安寧等[14]研究表明，提高水稻后期干物質的積累，可以促進水稻千粒重的增加，最終提高產量。侯云鵬等[1]研究表明，優化施肥模式下水稻有效穗數、穗粒數和千粒重均高于傳統施肥模式。本研究結果也表明，雖然控肥區的水稻有效分蘗數比對照有所下降，但結實率、每穗實粒數和千粒重在部分年份卻有所提高。出現這種現象的原因可能是:傳統施肥模式下氮、磷、鉀施用量不合理，導致水稻生育前期生長過旺，無效分蘗增加，而控肥處理通過提高穗粒肥比重，有效改善了水稻的生殖生長，有利于產量形成。

本研究中，控肥處理與對照(當地習慣施肥)對比，減少了氮肥和磷肥的用量，增加了鉀肥用量。試驗結果表明，控肥處理比對照明顯減輕了主要蟲害(稻飛虱和稻縱卷葉螟)和病害(紋枯病和稻曲病)的發生。前人研究表明，氮肥通過寄主選擇和生態適應過程間接地作用于植食性昆蟲的種群,這些作用通過改變寄主植物的形態學和生物化學特性改善昆蟲的營養條件[15]，降低了寄主植物對害蟲的抗性能力[16-17]，同時還可以通過寄主植物-昆蟲-天敵之間的營養關系間接地影響植食性昆蟲的種群[18].而降低氮肥水平則能減輕病蟲的危害水平[19]，本研究的結果也驗證了這一點。同時病蟲害的減輕也可能與增施鉀肥有關，增施鉀肥有利于增強水稻植株活力，加強養分的合成與運轉，提高植株的抗病蟲害能力，有助于減輕水稻紋枯病、稻縱卷葉螟等病蟲發生為害[20-21]。減施氮肥與增施鉀肥是否有協同作用，有待進一步研究。

由于長期施肥過量，稻田往往肥力過高。稻田一季減肥并不能充分說明減肥技術的有效性，因此，需要進行系統觀測。有研究表明，過量和不平衡施肥影響土壤肥力，當某元素施用過量或不足時，會使土壤中含量較高的營養元素進一步提高，而土壤中含量較低的養分因得不到及時補充，會逐漸耗竭[1,22]。本研究表明，連續控肥3 a，前2年的土壤有機質、水解氮、有效磷含量均有個波動的過程，第3年基本趨于穩定，與對照接近。由此可見，當地習慣施肥模式的氮、磷素大量盈余，而控肥技術可以維持土壤作物系統的養分收支平衡。