耕作方式對小麥赤霉病和產(chǎn)量的影響

葛昌斌 秦素研 黃 杰 曹燕燕 廖平安

（1漯河市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，462300，河南漯河；2河南省抗赤霉優(yōu)質(zhì)小麥種質(zhì)創(chuàng)制及新品種培育工程技術(shù)研究中心，462300，河南漯河）

小麥的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)需要良好的土壤結(jié)構(gòu)、肥力狀況和適宜的耕作方式[1]。隨著農(nóng)作物產(chǎn)量的穩(wěn)步提升，農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量也逐漸增多。秸稈還田和適宜的土壤耕作方式是當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的增產(chǎn)技術(shù)措施[2]，秸稈還田和耕作方式合理應(yīng)用可以提高小麥產(chǎn)量和品質(zhì)，改善生態(tài)環(huán)境效益[3]，但秸稈還田和耕作方式組合不當(dāng)也會帶來不良影響，主要表現(xiàn)為缺苗斷壟、燒苗和病蟲害增加等現(xiàn)象，甚至造成嚴(yán)重減產(chǎn)[4-5]。小麥赤霉病（Fusariumhead blight，F(xiàn)HB）是由禾谷鐮刀菌引起的對小麥生產(chǎn)具有毀滅性的嚴(yán)重病害[6]。河南省小麥赤霉病年均發(fā)生面積高達(dá)110萬hm2，其中2012年333萬hm2，2018年141.9萬hm2[7-8]。栽培抗赤霉病品種和花期噴藥可減輕小麥赤霉病的發(fā)生癥狀和產(chǎn)量損失[9-10]。目前河南省主栽品種大部分高感赤霉病，中抗赤霉病品種極少，只有鄭麥9023、西農(nóng)979、濮麥8062和西農(nóng)511等[11]幾個(gè)品種，在國家提倡“藥肥雙減”政策下，河南省小麥-玉米連作，提倡秸稈還田和秸稈禁燒情況下，麥田土壤表層秸稈滯留量大，赤霉病菌源量充足，小麥赤霉病防控面臨著更大的挑戰(zhàn)。通過農(nóng)業(yè)防治措施，減少初侵染菌源，可以有效降低赤霉病的發(fā)生和流行風(fēng)險(xiǎn)[12]，是預(yù)防赤霉病的有效方式[13]。利用定位試驗(yàn)近似大田的耕作措施研究小麥赤霉病的病穗率、病小穗率、病情指數(shù)、病粒率和脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（deoxynivalenol，DON）含量的報(bào)道甚少。

本研究通過設(shè)置油菜隔離區(qū)和耕作深度控制秸稈滯留量壓低菌源基數(shù)措施來防控小麥赤霉病。采用秸稈還田、耕作方式和小麥孕穗期、抽穗期、揚(yáng)花期澆水相結(jié)合，研究秸稈還田、耕作方式及二者交互作用對冬小麥赤霉病的病穗率、病小穗率、病情指數(shù)、病粒率、DON含量和產(chǎn)量的影響，為小麥-玉米連作區(qū)的小麥赤霉病防控提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況與材料

供試材料為小麥品種漯麥906和油菜品種雙油123，由河南省漯河市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供，肥料為復(fù)合肥（N、P2O5、K2O質(zhì)量比為25:12:8），由江蘇南化永大實(shí)業(yè)公司生產(chǎn)。試驗(yàn)于2016-2017年、2017-2018年、2018-2019年、2019-2020年和2020-2021年5個(gè)小麥生長期（以下分別簡稱2017、2018、2019、2020和2021）在河南省漯河市臨潁縣杜曲鎮(zhèn)前韓村（33°47′19.29″N，113°50′9.38″E）進(jìn)行。氣象數(shù)據(jù)來自于漯河市氣象局。試驗(yàn)田土壤質(zhì)地為中壤土，前茬作物均為玉米，肥力均一，排灌方便。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為單因素大區(qū)組定位試驗(yàn)，小區(qū)長40m，寬20m，面積0.08hm2，播量為150kg/hm2，行距20cm，于2016年10月13日、2017年10月26日、2018年10月15日、2019年10月16日和2020年10月17播種，每個(gè)小區(qū)四周設(shè)2.0m保護(hù)行，保護(hù)行播種油菜，避免不同處理的赤霉病菌孢子污染。試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，分別為T1：對照，秸稈不還田，耕深25cm，旋耕，耙壓，極少部分種植戶采用；T2：秸稈全量還田，旋耕15cm，耙壓，大部分種植戶采用；T3：秸稈全量還田，耕深20cm，旋耕，耙壓，大部分種植戶采用；T4：秸稈全量還田，耕深25cm，旋耕，耙壓，少部分種植戶采用；T5：秸稈全量還田，耕深30cm，旋耕，耙壓，極少部分種植戶采用。5個(gè)處理均施復(fù)合肥975kg/hm2，全部底施。在小麥孕穗期、抽穗期和揚(yáng)花期利用懶漢管各澆水4h，保持田間濕度，以利于赤霉病病菌子囊殼形成與孢子釋放。

1.3 調(diào)查指標(biāo)與方法

分別于2017年5月13日、2018年5月15日、2019年5月13日、2020年5月14日和2021年5月14日采用五點(diǎn)取樣法調(diào)查每個(gè)處理的病穗率和病小穗率，計(jì)算病情指數(shù)，每個(gè)處理五點(diǎn)取樣，3次重復(fù)，每個(gè)點(diǎn)隨機(jī)取20穗集中掛牌標(biāo)記，待收獲后統(tǒng)計(jì)病籽率，測定DON含量；參照《NY/T 1443.4-2007：小麥赤霉病評價(jià)技術(shù)規(guī)范》[14]調(diào)查和記錄發(fā)病情況。

病級記載標(biāo)準(zhǔn)為無發(fā)病小穗（0級）；零星小穗發(fā)病，發(fā)病小穗數(shù)占總小穗數(shù)的25.0%以下（1級）；發(fā)病小穗占總小穗數(shù)的25.0%～50.0%（2級）；發(fā)病小穗占總小穗數(shù)的51.1%～75.0%（3級）；發(fā)病小穗占總小穗數(shù)的75.1%以上（4級）。

病穗率（%）=（發(fā)病穗數(shù)/調(diào)查總穗數(shù)）×100，病小穗率（%）=（發(fā)病小穗數(shù)/調(diào)查總小穗數(shù)）×100，病情指數(shù)=∑（各級別病穗數(shù)×相應(yīng)級值）/（調(diào)查總穗數(shù)×4）×100，病粒率（%）=（發(fā)病籽粒/調(diào)查總粒數(shù)）×100。

1.4 赤霉病病粒率和DON含量

每個(gè)處理選3個(gè)1m2面積人工收獲、脫粒、稱重，計(jì)算小區(qū)產(chǎn)量；每個(gè)處理3次重復(fù)，五點(diǎn)取樣掛牌標(biāo)記穗子，每個(gè)5點(diǎn)取樣穗20×5混合收獲，手工脫粒，脫粒后用數(shù)粒儀數(shù)1000粒，稱重，統(tǒng)計(jì)赤霉病病粒數(shù)，計(jì)算病粒率和千粒重；余下的籽粒在粉碎機(jī)中粉碎，用20目篩過篩后裝入自封袋中存入4℃冰箱中保存，用于測定DON含量。采用徐飛等[15-16]方法測定DON含量。使用R-Biopharm德國拜發(fā)應(yīng)用軟件RIDA?SOFT Win（Z9999）進(jìn)行結(jié)果評估，并按照單次檢測的Logit/log曲線進(jìn)行分析，然后計(jì)算3次檢測結(jié)果的平均值。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2010和DPS 15.10對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對赤霉病和產(chǎn)量的影響

5年的試驗(yàn)數(shù)據(jù)（表1）顯示，不同處理5年重復(fù)的病穗率、病小穗率、病粒率、病情指數(shù)和DON含量均為T2＞T3＞T4＞T5＞T1，千粒重和產(chǎn)量均為T5＞T1＞T4＞T3＞T2，同一年T1和T5處理的病穗率、病小穗率、病粒率、病情指數(shù)、千粒重、DON含量和產(chǎn)量整體上差異均不顯著。

表1 不同年份各處理對小麥赤霉病和產(chǎn)量的影響Table 1 Effects of different treatments on Fusarium head blight and yield of wheat in different years

T1和T5處理5年的病穗率、病小穗率、病粒率、病情指數(shù)、千粒重、DON含量和產(chǎn)量匯總數(shù)據(jù)（表2）差異也不顯著，這表明T1和T5處理的耕作模式均有利于防控小麥赤霉病。T1和T5處理的病穗率、病小穗率、病粒率、病情指數(shù)、千粒重、DON含量和產(chǎn)量與T2、T3和T4處理的差異均達(dá)到顯著或極顯著水平；T2、T3和T4處理的病穗率、病小穗率、病粒率、病情指數(shù)、千粒重、DON含量和產(chǎn)量的差異水平均達(dá)到顯著或極顯著水平（2020年的T2和T3處理除外）。由上面分析可知，在秸稈還田的耕作模式下對于小麥赤霉病的病穗率、病小穗率、病粒率、病情指數(shù)和DON含量的防控效果為T5＞T4＞T3＞T2，T5與T1處理的各項(xiàng)數(shù)據(jù)差異均不顯著，T5處理防控效果最佳，T1處理次之，T2處理的防控效果最差。T2和T3處理是農(nóng)戶小麥生產(chǎn)中普遍應(yīng)用的耕作方式，這為小麥赤霉病的連年流行提供了充足的菌源基數(shù)。根據(jù)當(dāng)前河南省小麥-玉米連作的栽培制度，T5處理是更加適合的耕作方式，有利于當(dāng)前的小麥赤霉病防控和小麥增產(chǎn)。

小麥赤霉病的發(fā)生與危害主要是產(chǎn)生DON毒素。表2顯示，T2和T3處理籽粒中DON含量超出了1000μg/kg的食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)[17]，T4和T5處理的籽粒中DON含量符合食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)。由差異顯著性分析可以看出，T2、T3、T4處理與T1、T5處理DON含量差異顯著，T5與T1處理差異不顯著，籽粒DON含量水平相當(dāng)，T5處理的耕作方式更有利于控制籽粒中DON含量。T1和T5處理產(chǎn)量差異不顯著，T5處理增產(chǎn)表現(xiàn)不明顯。

表2 不同處理對小麥赤霉病和產(chǎn)量的影響Table 2 Effects of different treatments on Fusarium head blight and yield

2.2 病穗率、病粒率、病情指數(shù)與DON含量和產(chǎn)量的相關(guān)性分析

由表3分析可知，籽粒中的DON含量與病穗率、病小穗率、病粒率和病情指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.990、0.994、0.997和0.989，與徐飛等[18]的研究結(jié)果一致。籽粒DON含量與千粒重和產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.997、-0.986。在生產(chǎn)上可以通過調(diào)查病穗率、病小穗率、病情指數(shù)和千粒重估算籽粒DON含量。小麥產(chǎn)量與病穗率、病小穗率、病粒率病情指數(shù)和DON含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.991、-0.986、-0.987、-0.991、-0.986；產(chǎn)量與千粒重呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.992，小麥赤霉病的流行直接造成減產(chǎn)。

表3 小麥赤霉病病穗率、病粒率、病情指數(shù)、千粒重與DON含量和產(chǎn)量的相關(guān)性Table 3 Correlation of wheat scab ear rate,diseased grain rate,disease index,1000-grain weight and DON content and yield

2.3 降水和氣溫對小麥赤霉病的影響

在小麥孕穗期、抽穗期和揚(yáng)花期利用懶漢管各澆水4h，保持相對田間濕度，根據(jù)降水量與病情指數(shù)數(shù)據(jù)（表4），4月和5月的降水量與赤霉病病情指數(shù)呈正相關(guān)，但未達(dá)到顯著水平。

表4 小麥抽穗揚(yáng)花期及其前后月份的降雨量與病情指數(shù)的相關(guān)性Table 4 Correlation between rainfall at heading stage and before and after month and disease index in wheat

表5顯示，赤霉病病情指數(shù)與4月和5月的平均氣溫呈正相關(guān)，且與4月平均氣溫的相關(guān)性達(dá)到了極顯著水平，相關(guān)系數(shù)為0.971。

表5 小麥抽穗揚(yáng)花期及其前后月份的平均氣溫與病情指數(shù)的相關(guān)性Table 5 Correlation between average temperature and disease index at heading and flowering stage and before and after months of wheat

綜合表1和表6數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，2017至2021年病情指數(shù)呈降低趨勢，而2017至2021年4月和5月的平均氣溫也呈降低趨勢，這正是表5病情指數(shù)與4月和5月的平均氣溫呈正相關(guān)相一致，說明4月的氣溫是小麥赤霉病發(fā)生的重要條件之一。

表6 2017-2021年各年度3、4和5月的旬平均氣溫Table 6 Ten day average temperature in March,April and May of each year from 2017 to 2021 ℃

3 討論

近十幾年來，隨著旋耕耙和秸稈還田技術(shù)的推廣應(yīng)用，田間秸稈的滯留量較多，對下茬作物的影響連年發(fā)生。對于小麥赤霉病的防控措施首選是抗病品種，但河南乃至黃淮麥區(qū)抗赤霉病的小麥品種極少[11]，難以滿足市場需求；很多學(xué)者[19-23]對小麥赤霉病防控時(shí)均建議采用農(nóng)業(yè)防控措施，但考慮到生產(chǎn)成本，不少種植戶采用T2和T3處理的耕作方式，這就增大了麥田中赤霉病菌的菌源基數(shù)，走訪調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有農(nóng)戶把小麥赤霉病的防控措施歸于殺菌劑上，這與生態(tài)防控相悖。

本研究中T2和T3處理的秸稈還田近似于普通大田，T4和T5處理為相對高質(zhì)量秸稈還田，保持試驗(yàn)田間無滯留土表秸稈，從5年定位的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，T5處理對小麥赤霉病的病穗率、病小穗率、病粒率、病情指數(shù)和籽粒DON含量均與T1處理差異不顯著，趨于同一水平，這與秸稈還田有利于病菌的積累[24]有出入，秸稈還田利于病菌的積累與秸稈還田的質(zhì)量有關(guān)，這需要進(jìn)一步研究。

秸稈還田不到位、田間管理粗放，大量秸稈殘留在土壤表面，有利于赤霉病病菌的生長繁殖[25]，這與本試驗(yàn)中T2和T3處理的情況類似；陳云等[25]建議高質(zhì)量粉碎秸稈，土壤深翻，掩埋秸稈于20cm以下，并鎮(zhèn)壓處理，本試驗(yàn)結(jié)果是將秸稈掩埋于30cm以下最佳，與穆長安等[26]的研究結(jié)果一致。

本文分析了2017-2021年每年3、4和5月份的降水量、平均氣溫對小麥赤霉病病情指數(shù)的影響，4和5月的降水量與小麥赤霉病病情指數(shù)呈正相關(guān)，和鄧云等[27]的研究結(jié)果一致，均未達(dá)到顯著水平，這可能與本研究小麥孕穗期、抽穗期和揚(yáng)花期澆水有關(guān)；4和5月平均氣溫與小麥赤霉病病情指數(shù)呈正相關(guān)，且4月平均氣溫相關(guān)性達(dá)到了極顯著水平。4和5月平均氣溫在15℃以上，滿足了小麥赤霉病流行的溫度條件[28]。

從5年數(shù)據(jù)分析可以看出，T4和T5處理的赤霉病病穗率和病情指數(shù)顯著低于T2和T3處理，與喬玉強(qiáng)等[3]的秸稈還田提高了赤霉病病穗率和病情指數(shù)不一致，而與秸稈還田對提高小麥產(chǎn)量影響不顯著一致。本研究未開展針對每個(gè)處理的小麥赤霉病病菌孢子田間釋放量的研究，下一步將在赤霉病病菌孢子釋放期開展田間孢子捕捉研究。

4 結(jié)論

秸稈全量還田、耕深30cm、旋耕、耙壓可以實(shí)現(xiàn)與秸稈不還田、耕深25cm、旋耕、耙壓對小麥赤霉病相同的控制效果。4月的平均氣溫與小麥赤霉病病情指數(shù)呈極顯著正相關(guān)；秸稈還田可以提高小麥產(chǎn)量，但效果不明顯。高質(zhì)量連年秸稈還田不會造成赤霉病流行。秸稈全量還田、旋耕15cm、耙壓和秸稈全量還田、耕深20cm、旋耕、耙壓處理下，赤霉病發(fā)生嚴(yán)重。