氮、磷、鉀肥用量對水稻紋枯病病斑高度及產量的影響

王秀娜, 董明科, 汪世華

(福建農林大學生命科學學院福建省病原真菌與真菌毒素重點實驗室，福建 福州 350002)

水稻是我國主要的糧食作物之一，其穩定增產對保障國家糧食安全具有重要作用.目前，水稻產量主要通過大量施用化學肥料和農藥得以保障.其中，氮肥的用量最大，占全球氮肥使用總量的30%，比世界平均用量高約75%[1].但其平均利用率約為33%，僅為發達國家的50%，大部分氮肥通過硝化和反硝化作用以及氨揮發等途徑流失，因此造成了嚴重的環境污染[1].此外，水稻生產中大量化學肥料的使用會影響病蟲害的發生程度.研究表明，在未施用農藥的前提下，化肥的施用會造成包括紋枯病在內的病蟲害發生加重，從而導致水稻產量降低[2].

水稻紋枯病是水稻三大病害之一，近年來受耕作模式的影響，該病害發生日益嚴重，不僅給水稻的產量造成嚴重損失，也降低了水稻的品質.研究人員發現氮肥施用量、施肥方式、施用時間等會影響水稻紋枯病的發生和產量[3-7].和常規氮肥施用量相比，高氮條件下水稻的有效穗數增多，而穗長、結實率、千粒重以及產量均下降；同時，氮肥施用量的增加會導致紋枯病病情指數上升[8].洪素娣等[9]研究了肥料施用與病害發生之間的量化關系，發現氮肥的施用直接加重了紋枯病的發生，缺磷也會加重紋枯病發生，而缺鉀和缺鋅的影響則較小.Slaton et al[7]研究發現，增加氮肥用量可以提高稻田產量，但是會加重紋枯病的發生；和氮肥分兩次施用相比，一次性施用氮肥會加重紋枯病的發生.氮肥施用時間的后移、穗粒肥施用比例的提高以及磷肥和鉀肥的增施等調節措施可以減輕紋枯病的病情[10].減少肥料用量可顯著降低水稻紋枯病病情指數，但也會顯著影響水稻產量，當肥料用量減少30%時減產10.29%[11].鑒于氮肥用量對水稻紋枯病和產量的影響，廣東省農業科學院水稻研究所和國際水稻研究所合作研制了一種控肥、控苗和控病蟲害的施肥技術[12-13].該技術可以有效控制水稻生長過程中氮肥的施用量、提高氮肥利用率、降低前期病蟲害發生率、減少環境污染等[14].但是，目前仍缺乏針對水稻種植的化肥施用標準.因此，本研究在田間設置不同用量氮、磷、鉀肥的處理，并通過人工接種紋枯病菌研究氮、磷、鉀肥用量對水稻紋枯病病斑高度和產量的影響，為制定水稻種植時氮、磷、鉀施用量的標準提供理論依據.

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 水稻品種 供試水稻為福建省三明市農業科學研究所選育的感溫型三系雜交稻T78優2155，品種來源T78A/明恢2155.

1.1.2 供試肥料 所用肥料為尿素(氮質量分數≥46.4%，中化化肥有限公司)、過磷酸鈣[有效磷(五氧化二磷)質量分數≥12%，江西三清山化肥有限公司]和氯化鉀(鉀質量分數為52.35%，中化化肥有限公司).

1.1.3 菌種來源 本研究所用水稻紋枯病菌立枯絲核菌(Rhizoetoniasolani) AG1-IA強致病力菌株為GD-118，該菌株由華南農業大學周而勛教授惠贈.

1.2 試驗設計

試驗于2019年3—11月和2020年3—11月在福建省三明市福建農林大學洋中試驗基地完成，試驗田的前茬作物為水稻，每年分早稻和晚稻進行2次試驗.共設10個處理(表1)，每個處理重復3次，隨機區組排列.小區面積6 m×5 m，每小區種植水稻20行，行距20 cm，株距12 cm，每行30穴，每穴1株.在每個小區之間筑田埂，田埂用塑料薄膜包裹，防止竄水竄肥.

表1 不同用量氮、磷、鉀肥組合的10個處理1)Table 1 Ten treatments for nitrogen, phosphorus and potassium with different application rates in this study

按表1中的施肥量分批施肥：氮肥作為基肥、分蘗肥、穗肥分3次施用，比例為2∶1∶2；磷肥作為基肥一次全部施用；鉀肥作為基肥和穗肥分2次施用，比例為1∶1.其中施用基肥和穗肥時需將不同種肥料混合均勻后，均勻撒在田間.整個生育期均不使用殺菌劑，使用殺蟲劑一次.

1.3 紋枯病的接種及田間病害調查

在水稻灌漿期人工接種立枯絲核菌，每個小區接種5點，每點接種5穴，每穴接種3株.將立枯絲核菌菌株GD-118在PDA培養基中培養2 d后，制備5 mm的菌碟，稍打開倒三葉，將菌碟送入扒開的葉鞘，然后復原葉鞘.收割前測量劍葉到根部的高度和病斑到根部的高度，計算每株水稻的相對病斑高度[15].

1.4 產量和千粒重的測定

分別收割各小區的接菌水稻和未接菌水稻，脫粒、曬干、篩凈后測定產量和千粒重.

1.5 數據處理與分析

應用Excel軟件計算相對病斑高度，同時對相對病斑高度、產量和千粒重進行方差分析；應用LSD法對各處理之間的差異性進行多重比較.

2 結果與分析

2.1 氮、磷、鉀肥用量對水稻紋枯病發生的影響

圖1顯示：2020年早稻紋枯病的相對病斑高度最低，在0.31～0.37之間；而2020年晚稻紋枯病的相對病斑高度最高，在0.45～0.74之間.2019年早稻和晚稻以及2020年晚稻的紋枯病相對病斑高度最低的是1號處理(未施肥)；2020年早稻紋枯病相對病斑高度最低的是10號處理(氮、磷、鉀肥均施常規用量的80%).

柱上不同字母表示在5%水平上差異顯著，相同字母或無字母表示差異不顯著.圖1 不同用量氮、磷、鉀肥處理后水稻紋枯病的相對病斑高度Fig.1 Relative lesion height of rice sheath blight under different fertilizer treatments

方差分析結果顯示，氮、磷、鉀肥用量對2019和2020年早稻的紋枯病相對病斑高度均無顯著影響(2019年P=0.09；2020年P=0.20)，而對2019和2020年晚稻的紋枯病相對病斑高度均具有顯著影響(P<0.05).多重比較結果顯示：2019年晚稻1號處理的紋枯病相對病斑高度顯著低于其他處理，且其他處理的紋枯病相對病斑高度之間無顯著差異；2020年晚稻1號處理的紋枯病相對病斑高度顯著低于其他處理，2號處理(氮、磷、鉀肥均施常規用量)的紋枯病相對病斑高度顯著高于9號(氮、磷、鉀肥均施常規用量的120%)和10號處理(圖1).可見，肥料用量會影響水稻紋枯病的發生，其中，不施用氮、磷、鉀肥時紋枯病發生更輕.

2.2 氮、磷、鉀肥用量對水稻產量的影響

圖2顯示，在未接菌條件下，2019年早稻和晚稻以及2020年早稻和晚稻產量最低的都是1號處理.方差分析結果顯示，肥料用量對2019年早稻和晚稻以及2020年早稻的產量沒有顯著影響(2019年早稻P=0.84；2019年晚稻P=0.33；2020年早稻P=0.12)，而對2020年晚稻的產量具有顯著影響(P<0.05).多重分析結果顯示，2020年晚稻的1號處理產量顯著低于其他處理，而其他處理的產量之間沒有顯著差異.可見，肥料的有無會影響產量，但是施肥量對產量沒有明顯的影響.

柱上不同字母表示在5%水平上差異顯著，相同字母或無字母表示差異不顯著.圖2 在未接菌條件下不同用量氮、磷、鉀肥處理后的水稻產量Fig.2 Rice yield under different fertilizer treatments without R.solani inoculation

圖3顯示，在接菌條件下，氮、磷、鉀肥用量對2019年早稻和晚稻以及2020年早稻和晚稻的產量均無顯著影響(2019年早稻P=0.97；2019年晚稻P=1.90；2020年早稻P=0.77；2020年晚稻P=0.68).相關分析表明，水稻產量與紋枯病嚴重度之間無相關性(R2=0.127 7).

柱上不同字母表示在5%水平上差異顯著，相同字母或無字母表示差異不顯著.圖3 接菌條件下不同用量氮、磷、鉀肥處理后的水稻產量Fig.3 Rice yield under different fertilizer treatments after the inoculation of R.solani

2.3 氮、磷、鉀肥用量對水稻千粒重的影響

方差分析結果表明，氮、磷、鉀肥用量對2019年晚稻以及2020年早稻和晚稻的千粒重均無顯著影響(2019年晚稻P=0.76；2020年早稻P=0.83；2020年晚稻P=1.47)，而對2019年早稻千粒重有顯著影響(P=0.02<0.05).多重分析結果顯示，2019年早稻的1號處理千粒重顯著低于3～10號處理，2號處理的千粒重與4號(氮肥施常規用量的80%，磷、鉀肥均施常規用量)和5號(氮、鉀肥均施常規用量，磷肥施常規用量的120%)處理差異顯著，而其他處理的千粒重之間沒有顯著差異(圖4).由此可見，氮、磷、鉀肥用量對水稻產量的影響不一定是通過千粒重實現的.

柱上不同字母表示在5%水平上差異顯著，相同字母或無字母表示差異不顯著.圖4 在未接菌條件下不同用量氮、磷、鉀肥處理后的水稻千粒重Fig.4 Thousand kernel weight of rice under different fertilizer treatments without R.solani inoculation

3 討論

本研究在人工栽培模式下，比較了不同用量氮、磷、鉀肥處理后的水稻紋枯病相對病斑高度，結果顯示氮、磷、鉀肥用量對2019和2020年早稻的紋枯病相對病斑高度的影響不顯著，而對2019和2020年晚稻的紋枯病相對病斑高度影響顯著.這可能是由于晚稻生長季的氣候更有利于紋枯病的發生，病害嚴重時肥料用量對紋枯病的影響更明顯.在磷肥和鉀肥用量相同時，氮肥常規用量、減量20%和增量20%的處理之間的水稻紋枯病相對病斑高度的差異不顯著；而王玲等[8]研究表明，增加氮肥施用量會加重紋枯病的發生，而減氮處理和常規氮用量處理時紋枯病發生較輕.洪素娣等[9]研究發現，在氮肥用量相同的前提下，缺磷會導致紋枯病明顯加重，而缺鉀和鋅時影響相對較小；本研究結果表明，在氮肥用量相同的前提下，磷肥和鉀肥用量增加20%和減少20%時紋枯病相對病斑高度與常規磷、鉀肥用量的處理相比無明顯差異.造成這些結果存在差異的原因可能是本研究人工接種了紋枯病菌，而其他研究是自然發病；同時，研究方法不同對試驗結果產生了不同的影響.

本研究的目的之一是探索保障水稻最大經濟效益的氮、磷、鉀肥組合的用量，從而為水稻化肥減施提供技術支持.研究表明，未接菌條件下，氮、磷、鉀肥用量僅對2020年晚稻的產量有顯著影響，未施用肥料的處理與其他處理之間有顯著差異，而其他處理之間均無顯著差異.但張滿利等[16]研究發現，水稻產量隨著施氮量的增加而增加.造成這種差異的原因可能是本研究肥料增減量僅控制在20%，未達到影響產量的閾值.據此推測在一定閾值內減少肥料用量不會降低水稻產量.張舒等[11]研究也表明，化肥用量減少30%時水稻產量顯著降低，而化肥減少量控制在10%和20%時產量與理論值無顯著差異.本研究中氮、磷、鉀肥用量對水稻產量影響不顯著的另外一個原因可能是每個處理的重復性較差，導致處理間的差異無法被檢測到.

相關資料表明，水稻紋枯病會影響水稻的產量和品質[17]；利用紋枯病病斑高率可以估計水稻產量的損失[18].本研究對紋枯病相對病斑高度和產量之間的關系進行了相關性分析，結果發現二者之間無直接相關性.陶明鑒等[18]研究發現，紋枯病相對病斑高度上升到0.6～0.7時對產量的影響明顯.而本研究中水稻紋枯病相對病斑高度較低，因此其對產量影響不明顯.

本研究探索了氮、磷、鉀肥用量對水稻紋枯病相對病斑高度和產量的影響，僅確定了未施肥處理的紋枯病發生最輕，水稻產量也最低，未找到既不影響產量又可控制紋枯病的氮、磷、鉀肥的用量組合，這有待進一步研究.