不同栽培方式对2个水稻品种农艺性状、细菌性 条斑病抗性和经济效益的影响

许 星, 张 锋, 王林萍

(1. 福建农林大学植物保护学院, 福州 350002; 2. 福建农林大学经济学院, 福州 350002)

水稻是福建省种植面积最大的粮食作物,其产量构成因素主要由有效穗数、穗粒数和千粒重等性状组成。水稻细菌性条斑病Xanthomonascampestrispv.oryzicola是福建省水稻主要病害之一,属国内植物检疫对象,对水稻产量可造成重要影响。而水稻品种差别、施肥量等不但影响水稻产量,还可以影响其发病率,对水稻产量间接造成影响[1-2]。例如,施肥量越大,分蘖及每穗枝梗数往往也随之增加[3];但是施肥量过大,水稻的抗病性便会降低,同时会造成植株徒长,株高增加,倒伏概率升高,进而导致水稻减产[4-5]。过量的施肥通过硝化反硝化、挥发、径流、淋洗等一系列过程进入环境, 不仅会带来诸如富营养化等环境问题,而且降低了肥料的增产率与经济效益[6-10]。目前, 已有许多学者对不同施肥量对水稻产量、经济与生态环境效益以及施肥增产率的影响做了大量研究[11-13], 但关于品种间作条件下施肥量对水稻性状、细菌性条斑病抗性和经济效益的研究鲜见报道。近年来国内外学者在水稻品种间(混)作方面展开研究,发现水稻品种混合种植不仅能够控制病虫害发展[14-17],还能使水稻产量提高8.9%～14.9%[18]。本试验在水稻品种单作、间作条件下,利用不同施肥量对水稻性状、细菌性条斑病抗性以及经济效益的影响进行研究,为水稻增产、抗病,获得更高效益提供理论依据和农业技术实践措施[19]。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点设在福建福清水稻种植实验基地,位置约119°25′37″E,25°33′21″N,海拔约4.6 m。本区域年活动积温在6 000～6 600℃,年均降雨量1 050～1 500 mm,雨热同季,属于亚热带季风气候,春夏湿润多雨日照短, 7-9月多台风雷阵雨天气, 极有利于细菌性条斑病的发生流行[20-21]。试验地供试土壤为典型壤土,耕层土壤有机质18.875 g/kg,全氮1.155 g/kg,全磷0.672 g/kg,全钾9.225 g/kg,碱解氮107.15 mg/kg,有效磷58.425 mg/kg,速效钾167.5 mg/kg,pH 5.05,土壤容重为1.23 g/cm3。

1.2 试验材料

供试水稻品种:抗病品种‘甬优15’,感病品种‘D优151’。

供试肥料:基肥采用六国化工硫酸钾型复合肥(安徽六国化工股份有限公司生产; 氮、磷、钾比例为16∶16∶16);追肥采用芭田樵夫硫酸钾型复合肥(深圳市芭田生态工程股份有限公司生产;氮、磷、钾比例为20∶10∶20)。

1.3 试验设计

试验采用裂区处理,主处理区设3种栽培方式,分别为‘甬优15’单作、‘D优151’单作和品种间作(‘甬优15’与‘D优151’间作比例为5∶1)。副处理区设置3个施肥水平,基肥施用六国化工复合肥,用量225 kg/hm2。除基肥外,使用芭田樵夫复合肥在苗期、分蘖期、孕穗期追肥3次,追肥总施用量分别为375、450、675 kg/hm2,分别表示为施肥量1水平、2水平、3水平,各时期追肥量具体见表1。试验共12个处理,其中间作条件下,分别将两个品种单独作为处理,分别为间作‘甬优15’、间作‘D优151’。每个处理设置3次重复,处理区面积共1.8 hm2,每个小区面积66.7m2。排布如图1。

图1 各处理区分布图Fig.1 Distribution of different treatment areas

水平Level基肥Base fertilizer苗肥Seedling fertilizer分蘖肥Tillering fertilizer穗肥Panicle fertilizer总量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日浸种,5月20日下种,6月10日插秧,10月10日-12日收获,水分管理、用药等田间管理均按当地常规栽培措施进行,2～3株/穴,株行距30 cm×20 cm。‘甬优15’与‘D优151’间作比例为5∶1,其间作方式如图2。

图2 水稻品种间作示意图Fig.2 Schematic diagram of intercropping manner of rice cultivars

1.5 采样时间与测定方法

分蘖期连续选择5穴调查记录分蘖数,成熟期每小区采用五点取样法,测定株高、穗长,每点选1 m2测定实际产量,取回后进行考种,并按叶、茎鞘、穗洗净后置于烘箱中,在105℃下杀青30 min后,75℃烘干至恒重,利用电子天平过称测定样品干物重。

福建农林大学植物保护学院绿色水稻栽培研究课题组于2015年5月—10月调查水稻细菌性条斑病发病情况,水稻细菌性条斑病的发病率和病情指数均参考全国农业技术推广服务中心编著的《农作物有害生物测报技术手册》中的测报调查方法进行。病害严重度分级标准:0级,无病斑;1级,病斑面积占叶面积的1/5以下;2级,病斑面积占叶面积的1/5～1/3;3级,病斑面积占叶面积的1/3～1/2;4级,病斑面积占叶面积的1/2以上。

1.6 数据分析与处理

运用SPSS 20.0和EXCEL 2013进行数据处理。方差分析采用单因素方差分析(One-way ANOVA)(P=0.05),计算均值,均值差异显著性分析采用LSD 法(P=0.05)进行多重比较。

施肥增产率为处理区与对照区(品种单作,1水平施肥量)作物产量之差与对照区作物产量之比; 边际产量为增加单位施肥用量所增加的粮食产量;收益=产值-(劳动力成本+物质成本);新增纯收益率 =[(处理区收益-对照区收益)/对照区收益]×100%; 边际成本报酬率=(处理区产值-对照区产值)/(处理区成本-对照区成本)[22]。

2 结果与分析

2.1 不同栽培条件对水稻性状的影响

2.1.1 不同栽培条件对‘甬优15’性状的影响

施肥量对‘甬优15’的性状有不同程度的影响。从表2中可以看出,无论是间作还是单作,随施肥量增加,‘甬优15’的分蘖数、株高、穗长等性状均有改善与增加,在施肥量达到3水平时达到最大值;有效穗数、每穗实粒数、千粒重、结实率等性状先升高后降低,但在施肥量达到2水平后,数值变化较小。‘甬优15’在2水平施肥量时,有效穗数、每穗实粒数、千粒重及结实率等性状最优,间作条件下比单作条件下性状更优,有效穗数、每穗实粒数、千粒重及结实率分别高出0.48%、1.09%、0.28%、2.69%。

表2的数据表明,同样的施肥量,‘甬优15’在间作条件下比单作条件下各项性状更优,在3水平施肥量时,分蘖数、株高、穗长等性状呈最大值;而在2水平施肥量时,有效穗数、每穗实粒数、千粒重及结实率等性状最优。

2.1.2 不同栽培条件对‘D优151’性状的影响

施肥量对‘D优151’的性状有不同程度的影响。从表2中可以看出,无论是单作还是间作,随施肥量增加,‘D优151’的分蘖数、株高、穗长等性状均有改善与增加,在施肥量达到3水平时达到最大值;有效穗数、每穗实粒数、千粒重、结实率等性状先增加后降低,但在施肥量达到2水平后,数值变化较小。‘D优151’在2水平施肥量时,有效穗数、每穗实粒数、千粒重及结实率等性状最优,间作条件下比单作条件下性状更优,有效穗数、每穗实粒数、千粒重及结实率分别高出0.18%、0.03%、0.47%、0.44%。

表2的数据表明,同样的施肥量,‘D优151’在间作条件下比单作条件下各项性状更优,在3水平施肥量时,分蘖数、株高、穗长等性状呈最大值;而在2水平施肥量时,有效穗数、每穗实粒数、千粒重及结实率等性状最优。

表2不同栽培条件对‘甬优15’、‘D优151’性状的影响1)

Table2Theeffectsofdifferentcultivationconditionsonthetraitsofthe‘Yongyou15’and‘D-you151’ricecultivars

品种Variety单间作Monoculture orintercropping施肥量水平Fertilizerlevel分蘖数/个Number oftillers株高/cmPlantheight穗长/cmSpikelength有效穗数/万穗·(hm2)-1Effective spike number每穗实粒数/粒The number ofgrains per panicle千粒重/gThousand-grainweight结实率/%Seed-settingrate 甬优15Yongyou 15单作 Monoculture117.54 c118.34 b25.34 a154.24 b310.50 c28.38 a78.04 b单作 Monoculture218.42 b119.60 a25.40 a156.82 a314.20 b28.88 a78.12 b单作 Monoculture319.32 b120.12 a25.98 a156.10 ab314.14 b28.76 a78.10 b间作 Intercropping117.80 bc118.74 ab25.35 a156.68 a317.10 a28.62 a79.72 a间作 Intercropping218.88 b119.62 a25.74 a157.58 a317.64 a28.96 a80.22 a间作 Intercropping323.08 a120.44 a26.04 a156.74 a317.50 a28.78 a79.98 aD优151D-you 151单作 Monoculture118.28 b110.06 b25.18 a252.98 c267.54 a29.64 a79.84 a单作 Monoculture219.94 ab110.50 ab25.34 a256.38 a268.88 a29.90 a79.89 a单作 Monoculture320.12 a112.28 a25.40 a254.52 b267.72 a29.80 a79.86 a间作 Intercropping118.98 b109.80 b25.24 a254.76 b267.66 a29.92 a80.18 a间作 Intercropping220.28 a111.08 ab25.54 a256.84 a268.96 a30.04 a80.24 a间作 Intercropping321.00 a112.40 a25.62 a254.94 b268.28 a29.98 a80.14 a

1) 不同处理中各变量平均值后面不同的字母表示该平均值之间有显著性差异(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 不同栽培条件对水稻产量和细菌性条斑病抗性的影响

本试验共12种处理,见表3。从表中可以看出,不同栽培条件下水稻产量和细菌性条斑病抗性间存在较为显著的差异(P<0.05)。

从表3可知,两个品种无论单作或间作,2水平施肥量处理时产量最高。‘甬优15’单作条件下对比1水平、3水平施肥量处理时分别提高2.43%、1.54%,‘D优151’提高3.52%、1.48%;‘甬优15’间作条件下对比1水平、3水平施肥量处理时分别提高5.25%、2.34%,‘D优151’提高1.96%、0.97%。且均达到显著性差异(P<0.05)。

随施肥量增加,发病率和病情指数也逐渐提高。试验表明,‘甬优15’和‘D优151’两个品种无论是间作还是单作,在3水平施肥量时发病率和病情指数均达到最高(表3)。就发病率而言,‘甬优15’各级施肥量间作与单作相比较,1水平降低0.8百分点,2水平降低0.8百分点,3水平降低0.6百分点;‘D优151’各级施肥量间作与单作相比较,1水平降低12.3百分点,2水平降低16.3百分点,3水平降低13百分点。且均达到显著性差异(P<0.05)。就病情指数而言,‘甬优15’各级施肥量间作与单作相比较,1水平降低0.5,2水平降低0.9,3水平降低0.8;‘D优151’各级施肥量间作与单作相比较,1水平降低2.3,2水平降低3.6,3水平降低3.0,且均达到显著性差异(P<0.05)。

对于‘甬优15’的6种处理相比较,产量以间作条件下2水平施肥量时最高,为9.62 t/hm2。对细菌性条斑病的抗性,以间作条件下1水平施肥量时最强,发病率为4.0%,病情指数为1.1。对于‘D优151’的6种处理相比较,产量以间作条件下2水平施肥量时最高,为8.34 t/hm2。对细菌性条斑病的抗性,以间作条件下1水平施肥量时最强,发病率为15.3%,病情指数为4.9。

由表3的数据可以看出,无论是单作还是间作,‘甬优15’和‘D优151’均在2水平施肥量时产量最高,但随施肥量增加,其发病率和病情指数也逐渐提高。相同施肥量下,2个品种间作条件下的产量均高于单作条件,而且间作条件下能显著降低2个品种细菌性条斑病的发病率(P<0.05)。

表3不同栽培条件对‘甬优15’、‘D优151’产量和细菌性条斑病抗性的影响

Table3Theeffectsofdifferentcultivationconditionsontheyieldandbacterialleafstreakresistanceofthe‘Yongyou15’and‘D-you151’ricecultivars

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

2.3 不同栽培条件对‘甬优15’、‘D优151’经济效益的影响

水稻的经济效益是指水稻收获销售后除去生产成本之后获得的收益。根据当地实际市场情况,其中对照区(品种单作,施肥量水平1区)生产成本为14 175元/hm2,物料费共计7 575元/hm2;人工费共计6 600元/hm2。由于施肥量不同,施肥量水平2区生产成本为14 325元/hm2,施肥量水平3区生产成本为14 775元/hm2。水稻价格按照福建省福清市水稻收购价格2.5元/kg计算(2个品种收购价格一致)。

通过计算得到不同栽培条件对‘甬优15’、‘D优151’的施肥增产率、边际产量、产值、净收益、新增纯收益率和边际成本报酬率(表4)。

表4不同栽培条件对‘甬优15’、‘D优151’经济效益的影响

Table4Theeffectsofdifferentcultivationconditionsontheeconomicbenefitsof‘Yongyou15’and‘D-you151’ricecultivars

品种Variety单间作Monoculture orintercropping施肥量水平Fertilizerlevel施肥增产率/%Yield increase byfertilization边际产量/kg·kg-1Marginal yield产值/元·(hm2)-1Output value净收益/元·(hm2)-1Net income新增纯收益率/%Increased netbenefit rate边际成本报酬率/元·元-1Marginal cost rate of return甬优15单作 Monoculture1--22 6008 425--Yongyou 15单作 Monoculture22.432.93 b23 1508 8254.75 b3.67 b单作 Monoculture30.880.36 d22 8008 025-4.75 e0.33 d间作 Intercropping11.11-22 8508 6752.97 d-间作 Intercropping26.427.73 a24 0509 72515.43 a9.67 a间作 Intercropping33.981.60 c23 5008 7253.56 c1.5 cD优151单作 Monoculture1--19 9005 725--D-you 151单作 Monoculture23.523.73 b20 6006 2759.61 b4.67 b单作 Monoculture32.010.71 d20 3005 525-3.49 d0.67 d间作 Intercropping12.76-20 4506 2759.61 b-间作 Intercropping24.775.07 a20 8506 52513.97 a6.33 a间作 Intercropping33.771.33 c20 6505 8752.62 c1.25 c

两个品种施肥增产率随着施肥用量的增加呈先升高后降低的趋势, 以2水平施肥量为界限, 表明过量施肥会降低施肥的增产效应,‘甬优15’的施肥增产率以间作条件下2水平施肥量最高,为6.42%,比单作条件下相同施肥量高出3.99百分点;‘D优151’的施肥增产率以间作条件下2水平施肥量最高,为4.77%,比单作条件下相同施肥量高出1.25百分点,‘甬优15’单作和间作情况下最高边际产量分别为2.93、7.73 kg/kg,‘D优151’单作和间作情况下最高边际产量分别为3.73、5.07 kg/kg。其对应施肥量均为2水平,均具有显著性差异(P<0.05)。

两个品种水稻的产值和净收益均随着施肥量的增加呈先增加后减少的趋势,均以2水平施肥量最高,表明过量施肥,不仅不能获得理想的收益, 且带来了巨大的资源浪费。

从新增纯收益率和边际成本报酬率可以看出,2水平施肥量处理显著高于1水平和3水平施肥量处理,表明‘甬优15’和‘D优151’在间作条件下2水平施肥量处理的新增纯收益率均最高,分别为15.43%、13.97%;显著高于单作同水平施肥量处理,均具有显著性差异(P<0.05)。‘甬优15’的边际成本报酬率以间作条件下2水平施肥量处理最高, 为9.67元/元,比单作条件下相同处理高6元/元;‘D优151’的边际成本报酬率以间作条件下2水平施肥量处理最高, 为6.33元/元,比单作条件下相同处理高1.66元/元,均具有显著性差异(P<0.05)。

本研究表明,2个品种均以间作条件下2水平施肥量(675 kg/hm2)经济效益最佳,其中‘甬优15’施肥增产率、边际产量、产值、净收益、新增纯收益率和边际成本报酬率分别为6.42%、7.73 kg/kg、24 050元/hm2、9 725元/hm2、15.43%、9.67元/元;‘D优151’为4.77%、5.07 kg/kg、20 850元/hm2、6 525元/hm2、13.97%、6.33元/元。

3 结论与讨论

水稻的产量及其性状构成因子大多都通过基因型和环境共同作用表现出来[23]。就单一品种而言,需要根据产量特性建立合理的栽培技术体系,协调作物性状、产量与抗病性之间的关系,达到高产稳产[24-25]。Mew等[26]研究表明,水稻品种间作或混作不需要进行额外育种,其性状、产量及其构成因子已经具有超过多系品种的优势。同时,施肥量也是影响水稻性状、产量及其构成因子重要的因素[27]。探索有效的水稻栽培及生态防控技术,是植保工作者任务的重中之重。已有研究表明,大面积种植遗传单一的水稻品种,在降低了稻田生态系统多样性的同时,还导致水稻品种抗性的降低而造成病害流行[28]。理论和实际观察均表明,作物遗传上的异质性或多样性布局可以在大面积上抑制病害的发生[29]。

本试验表明,施肥量与品种间作对水稻性状、产量和细菌性条斑病抗性均具有不同程度的影响。两个水稻品种的分蘖数、株高、穗长等性状均随施肥量增加逐渐增加,产量随施肥量的增加呈先增加后减少的趋势,发病率与病情指数随施肥量的增加而增加。试验数据表明,两个水稻品种在间作条件下产量比单作条件下显著增高,但产量增幅不同,这与品种的遗传性状及植株高度差等因素[30]关系密切。在水稻品种间作条件下,‘甬优15’ 、‘D优151’的产量与细菌性条斑病抗性皆有不同程度的提高,这与品种的遗传性状、间作比例、间作品种等因素有关。

从经济效益方面考虑, 随施肥用量的增加其经济效益呈先增加后降低的趋势,品种间作比单作经济效益显著提高。当间作条件施肥量达2水平(追肥施用量450 kg/hm2)时, 两个水稻品种新增纯收益率显著高于其余各处理, 获得最大的经济效益。该肥料用量既可以保持较高的水稻产量和较低的发病率,同时也减轻了农田肥料过量投入对环境带来的潜在威胁。‘甬优15’与‘D优151’的间作处理能有效地提高性状、细菌性条斑病抗性和经济效益,不过应通过进一步探讨间作比例、间作品种、密度、施肥量等栽培特性制定优化栽培方案。水稻品种多样性混合间栽理论和技术备受国内外专家的高度关注,它不仅有着重要的社会效益和经济效益,而且有很高的学术价值。但多样性混合间栽与细菌性条斑病控制的机理,最佳品种多样性搭配以及该技术的生态学效应都有待进一步的研究和阐明。