持续控肥对水稻产量、病虫害发生和土壤肥力的影响

郑许松，田俊策，钟列权，王会福，吕仲贤*

(1.浙江省农业科学院 植物保护与微生物研究所，浙江 杭州 310021； 2.台州市植物保护检疫站，浙江 台州 318000；3.台州市农业科学研究院，浙江 临海 317000)

水稻是我国的主要粮食作物之一，水稻稳产对保障我国粮食安全至关重要。近年来，我国水稻单产和总产均有大幅提高，但过量施肥和不平衡施肥的现象日益严重[1-2]，稻田一季施肥量超过200 kg·hm-2的现象较为普遍[3]，长三角一些地区的施氮量甚至超过300 kg·hm-2[4]。目前，关于施肥对水稻产量和土壤肥力等的影响已有大量报道，适宜的氮、磷、钾肥用量可以促进水稻生长发育、提高产量，但当化肥用量超过一定限度后，水稻产量不再增加，甚至下降[5-6]。同时，氮肥的过量供应还会导致土壤无机氮损失量和残留量明显增加[7]。此外，磷、钾不平衡施肥也是影响水稻产量的重要因素[8-9]。在追求高产的过程中，不合理施肥不仅可能造成水稻减产，还会导致肥料利用率下降、养分流失，并引发一系列的环境问题[10]。

研究表明，水稻控肥技术在实施当年能有效减少氮肥施用量，提高氮肥利用率，还可以减轻水稻病虫害的发生，减少化学农药的使用[11-12]。但连续多年减肥对水稻病虫害、水稻产量和土壤肥力的影响还不明晰。为此，特开展连续3 a的减肥试验，探索持续控肥技术对水稻产量和土壤肥力的影响，旨在为水稻肥料的优化管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间与地点

于2014—2016年，在浙江省临海市汛桥镇进行连续3 a的单季稻控肥试验。试验田块肥力中等，均匀一致，土质为砂壤土，排灌方便。种植水平与当地平均生产水平相当。

1.2 试验材料

供试水稻品种为甬优538，常年667 m2产量550 kg，单季种植，播种时间为5月14日，用种量为15.0 kg·hm-2，移栽时间为6月11日(叶龄为3叶1心至4叶)，机插密度为18.8 cm×29.3 cm。

供试肥料:尿素(N 46%)，湖南宜化化工有限责任公司；加拿大红色氯化钾(K2O 60%)，中化化肥有限公司经销；复合肥(N 15%，P2O515%，K2O 15%)，山东金正大生态工程股份有限公司。

1.3 处理设计

试验田面积共1 340 m2。田块一分为二:一半为控肥处理区；一半为对照处理区，施肥方法按习惯(上年同一季节的)进行。在两区之间筑田基，田基用塑料薄膜包裹，以防串水串肥。2个处理单独排灌。具体地:控肥处理，移栽前1 d施基肥(每667 m2施用复合肥22.55 kg、尿素5 kg)，移栽后15 d施分蘖肥(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、氯化钾10 kg)，移栽后83 d施粒肥(每667 m2施用尿素2.5 kg)；对照处理，移栽前1 d施基肥(每667 m2施用复合肥32.5 kg)，移栽后8 d施分蘖肥(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)。和对照比较，控肥处理减施了氮肥和磷肥，增施了钾肥，且氮肥后移，降低了基蘖肥比重，增加了穗粒肥比重。

对照处理按常年的灌溉方法进行管理。控肥处理区，水稻移栽到分蘖期保持浅水层，当全田苗数达到目标有效穗数80%左右时开始露晒田，倒二叶抽出期(移栽后40 d左右)停止晒田，此后保持浅水层至抽穗，抽穗后田间保持干干湿湿，收割前7 d左右断水。2个处理的施药操作一致。

1.4 病虫发生调查

于水稻主要病虫害——稻纵卷叶螟、稻飞虱(主要为褐飞虱)、纹枯病和稻曲病的盛发期进行田间调查。稻飞虱调查田间种群密度，稻纵卷叶螟调查水稻卷叶率，纹枯病调查株发生率，稻曲病调查病穗率。稻飞虱和稻纵卷叶螟均采用5点取样法，点内用双行平行跳跃法。纹枯病和稻曲病病株率调查均按每小区5点取样，每点调查20丛。稻飞虱采用盘拍法，每次调查40稻丛；稻纵卷叶螟调查稻叶卷苞百分率，每次调查100丛。

1.5 考种和实割测产

水稻成熟后，进行考种和实割测产，以测定各产量构成因素和实际产量。考种取5个样点，每个点调查10穴有效穗数，每个点按平均有效穗数取样2穴(每块田共5×2=10穴)考种。实割测产获取不同小区产量，并折成每667 m2产量。

1.6 土壤基本性状测定

土壤理化性质的测定采用常规分析方法[13]。土壤有机质采用重铬酸钾-浓硫酸外加热法测定，水解氮采用碱解扩散法测定，有效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提—钼锑抗比色法测定，速效钾采用1 mol·L-1NH4OAC浸提—火焰光度计法测定。

1.7 数据整理分析

所有试验数据在SPSS 17.0平台上进行整理与分析。

2 结果与分析

2.1 对水稻产量和农艺性状的影响

如表1所示，控肥处理连续3 a的产量均比对照田有明显提高，增产幅度5.3%～12.6%。从产量构成因素来看，第1年的增产因素为提高了有效穗数，而第2、3年的增产因素为稻穗的实粒数、结实率和千粒重增加。

表1 不同处理的水稻产量及其构成因素

2.2 对水稻病虫害发生的影响

整体来看，控肥处理减轻了水稻主要水稻病虫害——稻飞虱、稻纵卷叶螟、纹枯病和稻曲病的发生和为害，且部分年限处理间差异显著。具体地:控肥处理的稻飞虱种群数量比对照处理减少26.1%～64.5%，稻纵卷叶螟卷叶率比对照处理降低16.0%～66.7%，纹枯病病株率比对照降低9.1%～46.1%，稻曲病病穗率比对照降低7.5%～93.5%(表2)。

表2 水稻减肥试验点病虫害发生情况

2.3 对土壤养分含量的影响

如图1所示，试验第1年，控肥处理的土壤有机质、水解氮含量较对照显著降低；试验第2、3年，控肥处理的土壤有机质、水解氮含量提升，且和对照没有显著差异。试验第1年，控肥处理的土壤有效磷含量显著高于对照，而第2、3年2个处理间没有显著差异。控肥处理连续3 a土壤中的速效钾含量均显著高于对照。综上，连续控肥情况下，前2年的土壤有机质、水解氮、有效磷含量有一个波动变化的过程，至第3年与对照接近，并趋于稳定，而土壤速效钾含量则一直高于对照。

相同年份无相同字母者表示控肥和对照间差异显著(P<0.05)。图1 不同处理对土壤养分含量的影响

3 讨论

水稻产量由单位面积水稻有效穗数、穗粒数和千粒重等决定[1]。安宁等[14]研究表明，提高水稻后期干物质的积累，可以促进水稻千粒重的增加，最终提高产量。侯云鹏等[1]研究表明，优化施肥模式下水稻有效穗数、穗粒数和千粒重均高于传统施肥模式。本研究结果也表明，虽然控肥区的水稻有效分蘖数比对照有所下降，但结实率、每穗实粒数和千粒重在部分年份却有所提高。出现这种现象的原因可能是:传统施肥模式下氮、磷、钾施用量不合理，导致水稻生育前期生长过旺，无效分蘖增加，而控肥处理通过提高穗粒肥比重，有效改善了水稻的生殖生长，有利于产量形成。

本研究中，控肥处理与对照(当地习惯施肥)对比，减少了氮肥和磷肥的用量，增加了钾肥用量。试验结果表明，控肥处理比对照明显减轻了主要虫害(稻飞虱和稻纵卷叶螟)和病害(纹枯病和稻曲病)的发生。前人研究表明，氮肥通过寄主选择和生态适应过程间接地作用于植食性昆虫的种群,这些作用通过改变寄主植物的形态学和生物化学特性改善昆虫的营养条件[15]，降低了寄主植物对害虫的抗性能力[16-17]，同时还可以通过寄主植物-昆虫-天敌之间的营养关系间接地影响植食性昆虫的种群[18].而降低氮肥水平则能减轻病虫的危害水平[19]，本研究的结果也验证了这一点。同时病虫害的减轻也可能与增施钾肥有关，增施钾肥有利于增强水稻植株活力，加强养分的合成与运转，提高植株的抗病虫害能力，有助于减轻水稻纹枯病、稻纵卷叶螟等病虫发生为害[20-21]。减施氮肥与增施钾肥是否有协同作用，有待进一步研究。

由于长期施肥过量，稻田往往肥力过高。稻田一季减肥并不能充分说明减肥技术的有效性，因此，需要进行系统观测。有研究表明，过量和不平衡施肥影响土壤肥力，当某元素施用过量或不足时，会使土壤中含量较高的营养元素进一步提高，而土壤中含量较低的养分因得不到及时补充，会逐渐耗竭[1,22]。本研究表明，连续控肥3 a，前2年的土壤有机质、水解氮、有效磷含量均有个波动的过程，第3年基本趋于稳定，与对照接近。由此可见，当地习惯施肥模式的氮、磷素大量盈余，而控肥技术可以维持土壤作物系统的养分收支平衡。