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)科學院，462300，河南漯河；2河南省抗赤霉優(yōu)質小麥種質創(chuàng)制及新品種培育工程技術研究中心，462300，河南漯河）

小麥的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)需要良好的土壤結構、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前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的增產(chǎn)技術措施[2]，秸稈還田和耕作方式合理應用可以提高小麥產(chǎn)量和品質，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)具有毀滅性的嚴重病害[6]。河南省小麥赤霉病年均發(fā)生面積高達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)生和流行風險[12]，是預防赤霉病的有效方式[13]。利用定位試驗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）含量的報道甚少。

本研究通過設置油菜隔離區(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、揚花期澆水相結合，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)科學院提供，肥料為復合肥（N、P2O5、K2O質量比為25:12:8），由江蘇南化永大實業(yè)公司生產(chǎn)。試驗于2016-2017年、2017-2018年、2018-2019年、2019-2020年和2020-2021年5個小麥生長期（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）進行。氣象數(shù)據(jù)來自于漯河市氣象局。試驗田土壤質地為中壤土，前茬作物均為玉米，肥力均一，排灌方便。

1.2 試驗設計

試驗為單因素大區(qū)組定位試驗，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，每個小區(qū)四周設2.0m保護行，保護行播種油菜，避免不同處理的赤霉病菌孢子污染。試驗設5個處理，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個處理均施復合肥975kg/hm2，全部底施。在小麥孕穗期、抽穗期和揚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 調查指標與方法

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日采用五點取樣法調查每個處理的病穗率和病小穗率，計算病情指數(shù)，每個處理五點取樣，3次重復，每個點隨機取20穗集中掛牌標記，待收獲后統(tǒng)計病籽率，測定DON含量；參照《NY/T 1443.4-2007：小麥赤霉病評價技術規(guī)范》[14]調查和記錄發(fā)病情況。

病級記載標準為無發(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)/調查總穗數(shù)）×100，病小穗率（%）=（發(fā)病小穗數(shù)/調查總小穗數(shù)）×100，病情指數(shù)=∑（各級別病穗數(shù)×相應級值）/（調查總穗數(shù)×4）×100，病粒率（%）=（發(fā)病籽粒/調查總粒數(shù)）×100。

1.4 赤霉病病粒率和DON含量

每個處理選3個1m2面積人工收獲、脫粒、稱重，計算小區(qū)產(chǎn)量；每個處理3次重復，五點取樣掛牌標記穗子，每個5點取樣穗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)計赤霉病病粒數(shù)，計算病粒率和千粒重；余下的籽粒在粉碎機中粉碎，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)應用軟件RIDA?SOFT Win（Z9999）進行結果評估，并按照單次檢測的Logit/log曲線進行分析，然后計算3次檢測結果的平均值。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2010和DPS 15.10對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對赤霉病和產(chǎn)量的影響

5年的試驗數(shù)據(jù)（表1）顯示，不同處理5年重復的病穗率、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的食品安全國家標準[17]，T4和T5處理的籽粒中DON含量符合食品安全國家標準。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，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，相關系數(shù)分別為0.990、0.994、0.997和0.989，與徐飛等[18]的研究結果一致。籽粒DON含量與千粒重和產(chǎn)量呈極顯著負相關，相關系數(shù)分別為-0.997、-0.986。在生產(chǎn)上可以通過調查病穗率、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含量呈極顯著負相關，相關系數(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，相關系數(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，但未達到顯著水平。

表4 小麥抽穗揚花期及其前后月份的降雨量與病情指數(shù)的相關性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，且與4月平均氣溫的相關性達到了極顯著水平，相關系數(shù)為0.971。

表5 小麥抽穗揚花期及其前后月份的平均氣溫與病情指數(shù)的相關性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的推廣應用，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；很多學者[19-23]對小麥赤霉病防控時均建議采用農(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處理為相對高質量秸稈還田，保持試驗田間無滯留土表秸稈，從5年定位的試驗數(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量有關，這需要進一步研究。

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]，這與本試驗中T2和T3處理的情況類似；陳云等[25]建議高質量粉碎秸稈，土壤深翻，掩埋秸稈于20cm以下，并鎮(zhèn)壓處理，本試驗結果是將秸稈掩埋于30cm以下最佳，與穆長安等[26]的研究結果一致。

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，和鄧云等[27]的研究結果一致，均未達到顯著水平，這可能與本研究小麥孕穗期、抽穗期和揚花期澆水有關；4和5月平均氣溫與小麥赤霉病病情指數(shù)呈正相關，且4月平均氣溫相關性達到了極顯著水平。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 結論

秸稈全量還田、耕深30cm、旋耕、耙壓可以實現(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；秸稈還田可以提高小麥產(chǎn)量，但效果不明顯。高質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)生嚴重。