2020年壽縣水稻旱青立病大發生原因分析

陶偉 黃群 畢如江 唐桂林 余承良 胡璋伍

摘 要：水稻旱青立病的個體致病原因是有機砷中毒，群體發生面積與程度受栽培和自然2個因素影響較大。栽培因素包括水稻品種類型、種植方式、茬口安排、水肥管理、旱改水等;自然因素主要包括土壤質地及理化性質、土壤微生物群落、氣候等。其中，氣候因素特別是水稻敏感生育期的長期降雨，是引起壽縣2020年旱青立病大面積發生的主要原因。

關鍵詞：旱青立病;大發生原因;自然因素;栽培因素

中圖分類號 S435文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2021）13-0117-05

1 前言

水稻旱青立病（青立病）是水稻在抽穗后表現癥狀的一種生理性病害，主要表現為穗、穎殼畸形，穎殼不閉合，結實率低下，嚴重的不抽穗及包頸[1]。國內外有很多學者稱旱青立病為直穗病（Rice Straighthead）、直頭病[2]，國內有的學者直接稱其為水稻穎殼不閉合及穗部和穎殼畸形癥[3，4]。該病最早由美國于1912年報道，目前日本、大利亞、葡萄牙、泰國及阿根廷等國家均有報道和研究[5]。我國長江中下游稻區水稻旱青立病經常發生，壽縣最早報道發生旱青立病發生于1963年[6]。2006—2019年的14年間，2006—2009年連續4年大發生，2011年和2014年大發生，2010年中等發生;其他年份均輕發或者零星發生[7-9]。2020年壽縣旱青立病再次大發生，發病面積達1.39萬hm2，導致水稻減產5000萬kg以上[10]。目前，關于該病在不同年度間及不同地區間群體發生差異的原因還鮮有報道。為此，本文對導致壽縣2020年旱青立病大發生的原因進行了初步探討。

2 個體致病原因

據南京農業大學趙方杰團隊研究認為，旱青立病個體致病原因是水稻植株在敏感生育期內（分蘗期—揚花期），長期處于淹水狀態，土壤中的厭氧菌—硫酸鹽還原菌類群大量繁殖，將土壤中無機砷轉化為對水稻生殖系統危害極大的DMA（二甲基砷），導致水稻植株發生旱青立病[2，11]。目前，國內對于旱青立病的致病原因還爭論不休，有的說是高溫所致，有的說是除草劑原因，還有的說是土壤缺素造成[12-14]。本文列舉以下6個實例，支持趙方杰團隊關于旱青立病致病原因的觀點。

案例1：據洪劍鳴等報道，1977年江西上饒地區農科所的硼砂肥不同用量試驗田，在水稻生長前期，因加高小區的田埂從小區一側拿起田土，致使被拿起田土一側小區田面稍低3cm左右，在16個小區18個田埂中，取自東側土的14條，取自西側土的4條。當穎花分化田面干燥時，僅溝內留有水層，結果僅在取土一側的稻株出現畸形，第1行的畸形率為44.7%～69.8%，第2行和第3行分別為11.4%～20.3%、7.94%～18.9%，而第4行以后及另一側均沒有畸形穗[15]。2018年在壽縣陶店鄉進行的水稻“3414”試驗田也出現類似的情況：取田土堆制小區田埂，導致靠近田埂邊水田田面低3cm左右，在9月20日測產時發現，靠近田埂邊的一行水稻不但沒有邊際效應，而且發生了嚴重的旱青立病，產量絕收，而第2、3、4……行未發病。

案例2：楊家珍1963年在壽縣調查，嚴店公社旱改水田面積196.2hm2，其中發病面積57.6hm2（未烤田）。這種病多發生在以麥苗翻作綠肥的澄白土早改水田里，而烤田的田塊沒有發生[6]。

案例3：2019年壽縣水稻生長的分蘗期至抽穗揚花期，高溫干旱少雨，安豐塘鎮顧廣銀戶的20塊田（2010年由棉花地改為水田）共4hm2麥茬機插秧水稻（品種是萬象優111），抽水深灌后因為惜水，沒有烤田，結果19塊田發病，病株在各田塊均呈點條狀分布，條狀的是小麥茬的墑溝，片狀的是大田里地勢比較低洼的地方，而整體高出其他田塊3cm的另一塊田，全田未見病株[8]。

案例4：堰口鎮棉花原種場一旱改水10年的田塊，2019年在該田進行水稻新品種小區試驗，結果該田塊中西部地勢低洼的地方，23個參試品種均發病;而東部地勢高燥，23個品種均未發病[8]。

案例5：2019年9月19日，在堰口鎮高王村前壩村民組汪家江農戶調查，一塊靠近退水渠的田塊（0.12hm2，品種N兩優1998），離水渠近的1～2m水稻生長抽穗正常，未見病穗;而離水渠在2m以外，靠近對向田埂的9～10m內，均發生病害。調查中發現，離水渠近的1～2m地方，由于田塊漏水，田面干燥不陷腳;而離水渠埂2m以外的田里爛澇陷腳。

案例6：歷年調查中發現，有的病株出現高節位分枝并發育成正常稻穗，穗軸、枝梗及穎殼未出現畸形現象;壽縣堰口鎮有戶農民在發病早的年份割去病穗，同時撒施速效肥料，其再生稻生長發育正常。這些現象均能為“土壤中的有機砷是動態的”提供佐證。

3 群體發生原因

3.1 自然因素 影響旱青立病發生的自然因素有2個，即氣候和土壤。

3.1.1 氣候

3.1.1.1 降雨 據Zhong Tang等研究表明，在水稻分蘗期、孕穗期、抽穗揚花期使用一定劑量DMA進行水培試驗和土培試驗，均能造成旱青立病，且不同時期受害癥狀不同[11]。而長期淹水的土壤中，由于硫酸鹽還原菌的作用，會產生一定量的DMA，DMA的含量在淹水后14～21d內處于峰值，然后下降并消失[2]。因此，在水稻分蘗末期至揚花期內的降雨天數及降雨量是影響旱青立病發生輕重的主要因素，多年的田間調查也證明了這一點。據張業寶等多年調查研究，在水稻分蘗末期至拔節初期，如果長期陰雨（如2006年、2020年），不能及時烤田，旱青立病會大面積發生。同樣，在水稻抽穗揚花期長期陰雨，如2014年7月30日至8月17日的19d時間內，降雨天數達15d，日均降雨量4.6mm，手插秧的水稻雖然完成了前期的穗分化和穎花分化，穗及穎花正常，但結實率嚴重下降，穎殼畸形，類似如有機砷的殺雄作用。反之，干旱的年份（如2013年、2019年）只會在水源較好又長期淹水的田塊零星發生[8，9]。壽縣農村有句諺語，“干年收好稻”。從表1可以看出，2020年7月份長期陰雨，8月1日后轉晴。7月份的31d內降雨天數達21d，日均降雨量13.5mm。壽縣手插秧育秧時間一般在5月5日左右，6月10日左右栽插，7月上旬進入分蘗末期，7月中下旬進入孕穗期，8月中旬抽穗揚花。機插秧整個生育期比手插秧推遲15d左右，水稻在7月中旬進入分蘗末期，7月下旬至8月初進入孕穗期，8月下旬至9月初抽穗揚花。直播稻生育期進程和機插秧類似。2020年，壽縣3種方式種植的水稻，在分蘗末期至孕穗期均長期處于淹水狀態，無法烤田，從而導致旱青立病大發生。8月14日，壽縣保義鎮一手插秧田最早出現癥狀;大多數田塊顯癥時間為8月下旬至9月上旬。

3.1.1.2 溫度 硫酸鹽還原菌是嗜熱性細菌[16]，長江一季中稻區水稻敏感生育期內的溫度一般都適合其生存繁殖。但2020年7月13—27日的15d內，有14d氣溫偏低，對該病的發生產生了一定的抑制作用。

3.1.1.3 光照 水稻分蘗末期如果有良好的光照，能及時有效烤田，改善土壤通氣狀況，提高Eh值，抑制有機砷的產生，則明顯減輕該病的發生[9]。但2020年7月份，光照異常偏少，無法及時有效烤田。另外，在水稻整個生育期內，良好的光照條件能提高植株抗逆性。但2020年7月份總日照只有89.1h，此時水稻處在分蘗期至孕穗初期，長期陰雨寡照，導致大面積的水稻群體抗逆性嚴重下降，為旱青立病發生提供了有利條件。

3.1.2 土壤

3.1.2.1 土壤砷含量 Chen，C.等研究認為，土壤中砷的含量多少與發病關系不顯著，一般土壤中的砷均可以滿足發病的基礎砷含量，土壤總砷含量在3.4mg/kg時就可以發病，但含量在86mg/kg和101mg/kg時不一定發病，發病情況主要取決于土壤有機砷的含量[2]。據Zhong Tang等研究，土壤中有機砷（DMA）含量在0.45mg/kg時，足以引起發病，且DMA含量越高發病越嚴重[11]。但也有報道，土壤中砷的基礎含量不可忽視，土壤總砷含量高，水稻旱青立病（直頭病）發生重，且水稻籽粒中砷含量高[17]。土壤中的砷有2個來源，一是土壤形成過程中本身的。一些含砷的硫化物或氧化物巖石經風化或雨水沖蝕等過程將砷釋放到土壤中。世界土壤中砷含量值0.1～58.06mg/kg，中位值為6.0mg/kg。另外一個是外源的。外源的有機砷農藥、稻蝦田飼料中的有機砷、畜禽糞便中的有機砷（部分飼料和獸藥中含有機砷）等導致污染;水污染、工業污染等及其他污染[18]。我國在20世紀70年代曾經多次出現水稻田過量使用稻腳清（甲基胂酸鋅）、稻寧（甲基胂酸鈣）產生藥害，其癥狀和旱青立病類似[15]。江淮地區土壤總砷含量在4～10mg/kg（國家1級標準小于等于15mg/kg），可以滿足旱青立病發生的基礎砷含量，不同年份間無明顯差異。除了稻蝦（魚）田有可能飼料中含有有機砷及少數稻田因為使用畜禽糞便導致砷污染外，一般稻田無外源砷污染。

3.1.2.2 土壤類型 目前，國內關于旱青立病的文獻報道很多，一般認為旱改水田和白土田發生重[1，14]。但這只是一般年份，在大發生的2006年、2007年、2014年、2020年等，沒有發現旱改水田會加重發生現象，嚴重發病的田塊大多不是旱改水田[10]。過去旱改水田易發病的主要原因不是旱，而是水造成的。由于旱改水田保水性差，灌水也困難，農民比較惜水，不愿意烤田，整個田塊長期保留深水層，或者田溝里及田中的低洼處保留有水層，形成厭氣狀態，從而發生旱青立病。這點可以從以下3個案例得到證明。

案例1：壽西湖農場400hm2兩合土旱地，過去一直種植大豆和小麥，2010年改種水稻后至2020年，從未發現旱青立病。其主要原因是土壤通透性好，農場工人種植水平高，烤田及時到位。

案例2：壽縣全縣過去種植棉花、玉米、花生等旱作物的0.67萬hm2旱地，自2010年來，改種旱稻（無法灌溉）后，在水稻敏感生育期（分蘗期至抽穗揚花期）內，無論是高溫干旱年份還是長期降雨年份，均未發現旱青立病。

案例3：同上述個體致病原因的中的案例2[6]。

當然，旱改水的田塊，Eh值低、微生物系統有利于硫酸鹽還原菌生存繁殖、土壤理化性狀及營養元素等和一般水田有差異，也可能是易發病的部分原因，但不是主要原因。

2020年壽縣旱改水田發病面積幾乎為零，但如上所述，不會影響旱青立病的發生。

多年調查發現，白土田旱青立病發生概率大，發生程度重[7，10]。主要原因是白土田土壤表層粘粒流失，團粒性差，通透性差，水耕后土壤中大量粉砂粒迅速下沉，形成淀漿板結，容易引起地表積水，形成嫌氣性的還原環境。另外，白土田土壤酸性偏大，耕作層pH值在5.0左右[19]。厭氧和偏酸性環境均有利于有機砷的產生。

壽縣白土田和黃白土田面積達6.67萬hm2以上，占水稻種植面積的40%以上，給旱青立病的發生提供了良好的土壤條件。

3.1.2.3 土壤理化性質及土壤微生物 土壤pH值、Eh值、有機質含量、硅、鐵、鋅、銅等微量元素含量及有效性，影響到土壤中砷的形態、有效性、微生物群落以及水稻對砷的吸收，對旱青立病發生有一定的影響，但不是影響旱青立病發生的主導因素。可以從以下幾點得到證明：同一塊田在有的年份發生有的年份不發生;同一塊田在同一年份，低洼處發生，高燥處不發生;壽縣有的年份大發生有的年份零星發生，但土壤并無大的變化;目前沒有任何一種肥料配方及增施其他元素能完全防治旱青立病[20，21]，但烤田能保證不發病[1]。使用穎殼不閉合專用肥，能減輕發病，其主要原因可能是使用了微量元素鋅、鐵、硫、硅等以后，增加了水稻的抗性，同時對土壤中砷形態和生物有效性產生了一定的影響，影響水稻對砷的吸收。當然，同一區域及同一塊田，臨近的年份間土壤理化性狀、中微量元素的有效性及土壤微生物群落會產生一定差異，究其原因是由于氣候不同及人為管理措施不同造成的。2020年壽縣旱青立病大發生的原因與土壤理化性質、中微量元素本身無直接關系。

3.2 栽培因素

3.2.1 耕作制度 據報道，雙季稻中的早稻會發生旱立病，晚稻一般發生少[14，22]。晚稻發生少的原因主要有以下2個：一是雙季晚稻品種一般為粳稻，而粳稻抗性好;二是氣候造成的，雙季晚稻在分蘗期至揚花期，降雨天數和降雨量明顯少，且氣溫偏低，不利于厭氧且嗜熱的硫酸鹽還原菌的生存繁殖。壽縣屬長江流域一季中稻區，品種（大多是秈稻）感病，溫濕度適宜，適合旱青立病大發生。

3.2.2 水稻栽培方式 機插秧和手插秧發病明顯重于直播稻。2010年前，壽縣江淮分水嶺地區是旱青立病重發區，2011年改種直播稻后，極少發生[9]。

3.2.2.1 機插秧和手插秧的精耕細耙加重病害發生 機插秧和手插秧稻田，都要耙平耙細，一般要多次耙耕，細泥漿多，土壤淀漿后透氣透水性差，易發病。特別是原種植小麥時的墑溝和田中低洼地方，泥漿沉淀更多，最易發病且病狀嚴重。調查中發現，越是精耕細耙的田塊和農戶，發病越重，這和日本有關學者研究相同[1，9]。

3.2.2.2 直播稻的旱整地及免耕土壤理化性狀不利于發病 旱直播的旱整田，有效地提高了土壤氧化還原電位，降低了土壤含水量，改變了土壤的通透性[23]。免耕稻田通透性明顯高于翻耕土壤，氧化還原電位提高、土壤中含氧量高[24 ]。這些均能減少土壤中有機砷的形成。

3.2.2.3 手插秧和機插秧田間無溝系，不能及時排水，加重病害發生 沿淮地區直播稻田，無論是旱整還是水整，田間都留有溝系，遇到長期降雨能及時排水，水稻整個生育期都可以保持干濕交替，能進行及時有效的烤田，包括前茬的墑溝和地勢低洼地方。而手插秧和機插秧田間沒有溝系，很難將全田的水排干而進行有效的烤田，在降雨多的時候，稻田更長期處于淹水狀態[9]。

3.2.2.4 直播稻生育期推遲，不利于發病 直播稻水稻生育期推遲，其敏感生育期內降雨和溫度不利于旱青立病的發生[9]。一個區域機插秧和手插秧面積大小是旱青立病發生的一個重要參數。壽縣機插秧和手插秧面積占水稻種植面積的65%，達10.83萬hm2，為旱青立病大發生提供了有利條件。

3.2.3 茬口 根據作者調查和有關報道，小麥茬口面積越大的區域發病越嚴重。如2006年，壽縣發病面積1.33萬hm2，但其中只有一塊田是油菜茬，其他均是小麥茬，但那時小麥秸稈很少還田，均焚燒處理[7]。2020年，壽縣發生嚴重的區域也是小麥種植面積大的鄉鎮村，且小麥秸稈全量還田加重發病，空閑田和油菜茬很少發病，即使發病，程度很輕[10]。有關試驗也證明了這點，顧國平等研究表明，秸稈全量還田，無論是常規水分管理、薄水灌溉、干濕交替還是深水灌溉，在苗期至孕穗期，pH值下降，Eh值顯著下降，而這些會增加土壤中的有機砷含量[25]。田騰等研究表明，秸稈還田有利于土壤中砷的甲基化[26];B.W.Dunn等研究表明，增加秸稈使用，會加重旱青立病的發生[27]。不同茬口面積對旱青立病發生面積及程度影響很大。2020年午季，壽縣小麥收獲面積5.73萬hm2，且秸稈大多全量還田，有利于旱青立病的大面積發生。

3.2.4 水稻品種類型 根據筆者調查及很多國內文獻報道，常規粳稻及粳糯稻（如皖稻68）的抗病性好，極少發生旱青立病;常規秈糯稻（如特糯2072）的抗性比粳糯稻差。據不完全統計，大發生的2006年，壽縣有60多品種發生旱青立病[7];大發生的2020年，70多個品種發生，沒有發現明顯的抗病雜交組合[10]。目前，已有不少關于水稻品種對旱青立的抗性鑒定和品種選育的報道，如對很多抗性基因已進行了精細定位[5，28]。Bihu Huang等研究表明，雜交組合更抗病[29]。Wengui Yan等研究表明，浙733等19個品種抗病，水稻不同品種間抗性差異很大[30]。壽縣粳稻和粳糯稻面積僅為0.33萬hm2左右，其他主要是雜交稻及部分秈糯稻，對旱青立的抗性較差或不清楚，為旱青立病的大發生提供了很好的寄主條件。

3.2.5 田間管理措施

3.2.5.1 水分管理 水稻分蘗末期至孕穗初期，及時烤田，明顯減輕發病。整個生育期干干濕濕，不長期灌深水的，不發生或者發病輕。田塊高低不平的，低洼處烤田不到位，導致低洼處發病[8-10]。日本學者報道，水稻抽穗前35d烤田5～10d，不會發生旱青立病[1]。旱改水田發生旱青立病與淹水密切關聯，只要烤田到位就不會發病[6]。干干濕濕、排水烤田，是目前國際上防治旱青立病的最常用也是最有效的方法。

3.2.5.2 施肥 調查中，未發現偏施N肥的地方和田塊發病加重。據國外學者研究表明，增施N肥可以減輕旱青立病的發生。在土壤理化性狀較差的白土田，增施有機肥及秸稈全量還田，可能對當季水稻預防旱青立病不利，但能改善土壤通透性，能減輕以后旱青立病的發生。農民的施肥習慣一般比較固定，年度間差異不大，因此，2020年壽縣旱青立病大發生與施肥無關。

3.2.5.3 病蟲草害防治 有機砷農藥使用過量會發生嚴重藥害，其癥狀與旱青立病類似[15]。但現在，我國已禁用了有機砷類農藥。有文獻報道，除草劑可能導致旱青立病[13]。但在多年的調查中，除草劑藥害發生多起，但其癥狀與旱青立病差異很大，在壽縣未發現有除草劑導致旱青立病的案例。據劉倩等研究，除草劑不是旱青立病的致病原因[31]。因此認為，2020壽縣旱青立病的大發生與農藥使用無關。

4 討論與建議

4.1 討論 2020年壽縣水稻旱青立病大發生的主要原因是7月份長期陰雨寡照，水稻在分蘗末期至孕穗初期無法及時有效烤田，致使水稻長期淹水，造成有機砷中毒。7月中旬的低溫對該病的發生起到了一定的抑制作用。一個地區及年度，大發生面積及程度與機插秧和手插秧面積成正相關，與直播稻面積呈負相關，與小麥種植面積及秸稈全量還田面積成正相關，與白土及黃白土田面積成正相關，與土壤中微量元素含量及理化性質本身無關，與施肥和病蟲草害防治無關，與粳稻及粳糯稻種植面積呈負相關。

4.2 建議 建議農業部門對每年旱青立病的發生情況進行調查統計，以利于探尋發病規律;對抗病育種工作加快進行;致病原因及大發生原因不宜爭論不休，農業科研部門應盡快明確，且及時培訓和宣傳到位;調查統計技術規程抓緊出臺;對該病的大田有關試驗如秸稈還田的影響、品種間的抗性、機插秧手插秧和直播稻的發生差異、不同水分管理方式的影響、白土田改良、硅酸等有關化學品防治效果試驗等，及時安排有關項目實施;盡快建立旱青立病的中長期及短期預測預報系統;研制和配備有機砷檢測儀，建立旱青立病的定點觀察點。另外，農業科研和技術部門目前還沒有專門的機構負責旱青立病的研究、調查、統計和培訓工作，應盡快明確。

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（責編：張宏民）