氮高效利用水稻品种桂育11号病虫害发生效应研究

吴碧球，黄所生，覃丽莎，李 成，陈传华，刘广林，凌 炎，黄 芊，罗群昌，黄凤宽*，龙丽萍

(1.广西农业科学院植物保护研究所/广西农作物病虫害生物学重点实验室，广西 南宁 530007；2.马山县乔利乡农业和林业站，广西 马山 530600；3.广西农业科学院水稻研究所，广西 南宁 530007)

【研究意义】我国水稻生产所消耗的氮肥约占世界水稻氮肥总消耗量的37 %[1-2]，但氮肥利用率仅30 %～35 %，低于世界平均水平[3]。在水稻生产过程中过量施用氮肥不仅增加生产成本，还会造成环境污染，导致米质下降和病虫害发生。稻飞虱、稻纵卷叶螟、稻瘟病和纹枯病等是水稻的重要病虫害，过量施用氮肥常诱发其发生为害，且发生频率增加[4-7]，从而导致化学农药用量增加、种稻成本提高及环境污染等，严重威胁我国水稻生产和粮食安全。已有研究表明，选育氮高效利用水稻品种是提高氮素利用率的有效途径[8]。桂育11号是广西农业科学院水稻研究所采用常规育种方法与分子标记辅助育种手段相结合育成的早晚兼用型氮高效利用优质常规稻新品种[9-10]，但该品种在田间对水稻病虫害发生的效应尚不清楚。因此，分析桂育11号对水稻病虫害发生的效应，对水稻生产上氮肥减施及氮高效利用水稻品种病虫害防控意义重大。【前人研究进展】近年来，国内外专家相继开展了水稻氮高效利用研究，发现水稻品种对氮素利用率存在明显的基因型差异[11]，并筛选出一批氮高效利用水稻品种资源[12-13]。已有研究表明，氮高效利用水稻通常具有较高的根系活力和根系总吸收面积[14-15]、合理的根冠比及较高的氮素转运和分配能力[16]、较高的净光合速率[17-18]，使氮素得到合理高效利用，即使在低氮条件下也能获得较高产量[19]。部分学者进一步对氮高效利用水稻相关基因进行了鉴定和分类[20]。上述研究主要集中在水稻氮高效利用资源筛选评价利用、氮高效吸收利用生理机制、氮高效利用相关基因鉴定和分类等方面，均未涉及氮高效利用水稻品种对病虫为害发生效应方面的内容。据报道，过量施用氮肥除会导致水稻贪青徒长、无效分蘖和低效分蘖增多及影响其产量构成因素的协调发展外[21]，还会引起寄主植株发生形态学、生理学和生物化学上的变化[4]，为病虫害提供更多的营养和入侵条件[22-23]，从而诱导水稻植株更易受到病虫为害[24-25]，降低品种的抗性，增加病虫害发生频率和发生程度[26-27]，导致产量损失或防治成本增加。【本研究切入点】桂育11号是广西农业科学院水稻研究所育成的优质、高产常规稻品种[9]，于2019年4月在农业农村部举办的第二届优质稻品种食味品鉴鉴评会上获得籼稻组金奖第一名[10]。前期研究结果表明该品种在施氮量减少20 %(与广西田间稻农施氮量相比)的情况下，其氮肥农学利用率(AE)、生理利用率(PE)和偏生产力均较高，属于氮高效利用品种[28]，苗期和成株期抗褐飞虱。但至今关于氮高效利用水稻品种桂育11号在田间对水稻病虫害发生效应的研究未见报道。【拟解决的关键问题】调查高产、优质、氮高效利用及抗褐飞虱常规稻品种桂育11号和两个非氮高效利用、褐飞虱感虫水稻品种(柳沙油占202和杂交稻百香优9978)田间病虫的发生为害情况及稻谷产量状况，明确桂育11号对水稻病虫害发生的效应，为水稻生产上氮肥减施及氮高效利用水稻品种病虫害防控提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在广西马山县乔利乡乔利村长屯人工移栽水稻田进行。该田块平整、排灌方便，pH 6.0，土壤有机质含量31.5 g/kg，全氮含量1.59 g/kg，水解性氮含量136.2 mg/kg，有效磷含量88.4 mg/kg，速效钾含量110.5 mg/kg。

1.2 试验材料

供试品种为桂育11号(优质常规稻)、百香优9978(杂交稻)和柳沙油占(区试常规稻对照品种)。其中，桂育11号由广西农业科学院水稻研究所提供，百香优9978和柳沙油占购自当地市场。尿素(总氮含量≥46.4 %)由陕西陕化煤化工集团有限公司生产；钙镁磷肥(五氧化二磷≥18.0 %)由云南昆阳磷肥厂有限公司生产；氯化钾(氧化钾≥60.0 %)由中化化肥有限公司生产。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 施氮量设高氮(纯N 225 kg/hm2，施尿素489.15 kg/hm2)、中氮(纯N 150 kg/hm2，施尿素326.10 kg/hm2)和低氮(纯N 75 kg/hm2，施尿素162.90 kg/hm2)3个处理。每处理设3个重复，每重复28 m2。水稻秧苗于2019年4月1日移栽，整个生长期共施肥4次，施肥时间、肥料种类及数量见表1。其余管理按常规进行，期间不对水稻喷施任何农药。

表1 水稻施肥种类、时期及施用量

1.3.2 稻飞虱种群调查 在水稻分蘖期(稻飞虱发生时期，5月20日)采用盆拍法调查稻飞虱的种群数量，每周调查1次，从2019年5月7日开始调查，至6月3日结束，共调查6次。每个施氮处理区平行跳跃10点取样，每点取2丛，共调查20丛。

1.3.3 稻纵卷叶螟调查 分别在水稻分蘖期(5月20日)和灌浆期(6月3日)调查各水稻品种的卷叶数。每个施氮处理区平行跳跃10点取样，每点取2丛，共调查20丛，计算水稻卷叶率。卷叶率(%)=卷叶数/调查总叶片×100。

1.3.4 水稻纹枯病调查 于2019年7月1日水稻灌浆后期调查纹枯病发病情况，计算病情指数。每处理区随机取样10点，每点取2丛，共调查20丛，记录总株数、病株数和病级数。根据水稻叶鞘和叶片为害症状程度、参考李彪等[29]的分级标准进行分级，以株为单位，全株无病叶为0级；第4叶(顶叶为第1叶)及其以下叶鞘、叶片发病为1级；第3叶及其以下叶鞘、叶片发病为3级；第2叶及其以下叶鞘、叶片发病为5级；剑叶及其以下叶鞘、叶片发病为7级；全株发病、提早枯死为9级。

病情指数=∑(病级×发病株数)/调查总株数×9×100

1.4 统计分析

试验数据采用Excel 2019进行整理，以SPSS 22.0进行单因素方差分析，采用多元方差分析明确施氮量和水稻品种对病虫害发生及产量的影响，并分析施氮量与水稻品种间的交互作用。

2 结果与分析

2.1 不同施氮量对稻飞虱种群数量的影响

由表2可知，在低氮处理下，柳沙油占202和百香优9978的稻飞虱数量分别为3564和3069头/20丛，是桂育11号(2182头/20丛)的1.63和1.41倍，且均显著高于桂育11号(P<0.05，下同)；在中氮处理下，柳沙油占202和百香优9978的稻飞虱数量分别为3752和5177头/20丛，是桂育11号(2709头/20丛)的1.39和1.91倍，且均显著高于后者；在高氮处理下，柳沙油占202和百香优9978的稻飞虱数量分别为5677和4534头/20丛，是桂育11号(2953头/20丛)的1.92和1.54倍，且均显著高于后者。可见，氮高效利用水稻品种桂育11号在大田表现出对稻飞虱种群数量具有显著控制作用。

表2 不同施氮量水稻品种的稻飞虱虫口密度比较

2.2 不同施氮量对稻纵卷叶螟发生为害的影响

由表3可知，在低氮处理下，桂育11号分蘖期的卷叶率为14.33 %，分别是柳沙油占202(8.29 %)和百香优9978(13.17 %)的1.73和1.09倍，显著高于柳沙油占202，但与百香优9978差异不显著(P<0.05，下同)；桂育11号孕穗抽穗期的卷叶率为10.40 %，分别是柳沙油占202(10.11 %)和百香优9978(14.01 %)的1.03倍和74 %，与柳沙油占202差异不显著，但显著低于百香优9978。在中氮处理下，桂育11号分蘖期的卷叶率为5.97 %，分别是柳沙油占202(12.00 %)和百香优9978(14.20 %)的50 %和42 %，显著低于后两者；孕穗抽穗期的卷叶率为13.50 %，分别是柳沙油占202(16.62 %)和百香优9978(23.86 %)的81 %和57 %，且显著低于后两者。在高氮处理下，桂育11号分蘖期的卷叶率为12.01 %，分别是柳沙油占202(15.37 %)和百香优9978(14.00 %)的78 %和86 %，但与后两者均无显著差异；孕穗抽穗期的卷叶率为14.73 %，分别是柳沙油占202(16.50 %)和百香优9978(18.81 %)的89 %和78 %，与柳沙油占202差异不显著，但显著低于百香优9978(表3)。可见，桂育11号在大田低氮条件下生长后期(孕穗抽穗期之后)对稻纵卷叶螟的抑制作用与常规稻柳沙油占202相近，而显著大于杂交稻百香优9978；在大田中、高氮条件下对稻纵卷叶螟的抑制作用明显大于柳沙油占202和百香优9978。

表3 不同施氮量水稻品种的稻纵卷叶螟卷叶率比较

2.3 不同施氮量对稻纹枯病发生为害的影响

由表4可知，在低氮处理下，桂育11号的纹枯病病情指数为2.75，显著高于柳沙油占202(2.07)，但与百香优9978(2.40)差异不显著，而柳沙油占202的纹枯病病情指数与百香优9978差异也不显著；在中氮处理下，桂育11号的纹枯病病情指数为2.95，均显著高于柳沙油占202(2.20)和百香优9978(2.53)，而柳沙油占202的纹枯病病情指数与百香优9978差异不显著；在高氮处理下，桂育11号的纹枯病病情指数为2.97，显著高于柳沙油占202(2.19)，但与百香优9978(2.81)差异不显著。可见，桂育11号大田纹枯病的发生情况与杂交稻百香优9978相近，而二者在大田的纹枯病发生程度均重于柳沙油占202。

表4 不同施氮量水稻品种的纹枯病病情指数比较

2.4 不同施氮量对水稻产量的影响

由表5可知，随着施氮量的增加，桂育11号的稻谷产量呈下降趋势；柳沙油占202和百香优9978的稻谷产量在3个施氮量处理中排序为中氮>低氮>高氮，桂育11号在低氮、中氮和高氮处理的产量分别为6679.20、6669.75和6146.70 kg/hm2，均显著高于柳沙油占202，但与百香优9978差异不显著。可见，桂育11号在高、中和低氮条件下的稻谷产量与杂交稻百香优9978较一致，远高于常规稻柳沙油占202。

表5 不同施氮量的水稻产量比较

2.5 施氮量和水稻品种单作、互作对病虫害发生及产量的影响

由表6可知，施氮量和水稻品种单作及二者间的互作极显著影响稻飞虱和稻纵卷叶螟的发生(P<0.01，下同)；水稻品种单作极显著影响水稻纹枯病的发生，而施氮量单作及其与水稻品种互作对水稻纹枯病发生无显著影响；施氮量和水稻品种单作显著影响水稻产量，而二者的互作对产量影响不显著。可见，稻飞虱和稻纵卷叶螟发生为害及水稻产量与施氮量和水稻品种密切相关，纹枯病发生仅与水稻品种密切相关。

表6 施氮量和水稻品种单作或互作对病虫害发生及产量的影响

3 讨 论

氮素是作物生长发育所需的最重要元素之一，其含量既是衡量作物品质的指标，也是植食性昆虫发生最重要的限制因素[30]。氮素也是诱发稻飞虱、稻纵卷叶螟和水稻纹枯病等病虫害发生为害的主要因子[4]，随着施氮量的增加，病虫对水稻的危害频率和程度增加[6，27]。本研究发现，随着施氮量的增加，常规稻桂育11号和柳沙油占202的稻飞虱、稻纵卷叶螟和水稻纹枯病发生呈上升趋势，与黄炳超等[4]的研究结果相似；而杂交稻百香优9978的稻飞虱和稻纵卷叶螟发生为害在中氮处理最严重，在低氮处理最轻，与黄炳超等[4]、陈侠桦等[6]的研究结果存在差异，可能与试验所用水稻品种不同有关。本研究中的方差分析结果表明，施氮量显著影响3个水稻品种稻飞虱和稻纵卷叶螟的发生为害程度和产量，但对水稻纹枯病的发生没有明显影响；而水稻品种极显著影响稻飞虱、稻纵卷叶螟和纹枯病的发生为害程度和产量，施氮量与水稻品种互作显著影响稻飞虱和稻纵卷叶螟的发生为害程度，但对纹枯病的发生为害程度和水稻产量影响不显著。

本研究发现，桂育11号田间表现出对稻飞虱种群数量具有显著控制作用；在低氮条件下的生长后期(孕穗抽穗期后)受稻纵卷叶螟的为害与柳沙油占202差异不显著，而显著轻于百香优9978，但在中、高氮条件下受稻纵卷叶螟的为害轻于柳沙油占202和百香优9978；桂育11号与百香优9978相似，均较柳沙油占202易感水稻纹枯病。说明桂育11号对稻飞虱和稻纵卷叶螟可能具有一定的抗虫性，但桂育11号对白背飞虱和稻纵卷叶螟的抗性有待进一步研究证实；桂育11号在高、中和低氮条件下的产量与百香优9978差异不显著，但显著高于柳沙油占202；在高氮条件下的产量低于中、低氮条件，可能是由于氮肥施用量过高造成水稻生育后期稻纵卷叶螟、褐飞虱和水稻纹枯病等病虫发生危害加重[26]，从而使产量损失增加[4]所致。

综上所述，优质常规稻品种桂育11号与杂交稻百香优9978同样表现高产，但比百香优9978更抗褐飞虱和稻纵卷叶螟，特别是在中低氮条件下更能突出氮高效利用水稻品种的抗虫和高产特性。因此，与目前广西水稻田间农户正常的施肥量(施氮量187.5 kg/hm2)相比，在保证不减产的前提下，若推广使用氮高效利用品种桂育11号，可降低氮肥使用量20 %以上，在种植过程中氮肥的施用量以每公顷施氮75～150 kg为宜，同时注意加强对水稻纹枯病等病害的防控。

2019年早造试验期间试验田未发生稻瘟病、水稻白叶枯病和细条病，稻曲病发生也很轻微，因此桂育11号对上述病害的为害效应有待进一步探究。

4 结 论

桂育11号对稻飞虱种群数量具有显著的控制作用，对稻纵卷叶螟具有一定的抑制作用，与杂交稻百香优9978相似均易感水稻纹枯病。生产上推广氮高效利用水稻品种桂育11号可减轻稻飞虱和稻纵卷叶螟危害，但要注意加强对水稻纹枯病的防控，在考虑病虫害发生及产量的前提下，建议每公顷施氮量为75～150 kg。