新型植物源有機(jī)藥肥對(duì)水稻的肥效及防蟲效果

林挺銳，孫 鄭，盧日輝，劉可星，徐漢虹

(1華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣東廣州510642；2華南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，廣東廣州510642)

隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，化肥和化學(xué)農(nóng)藥作為必不可少的農(nóng)業(yè)投入品被過量施用、盲目施用，并且?guī)砹说亓ο陆?、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本增加、農(nóng)產(chǎn)品殘留超標(biāo)、作物藥害、環(huán)境污染等問題[1]。為此，我國農(nóng)業(yè)部制定了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥和農(nóng)藥零增長的行動(dòng)方案，以推進(jìn)化肥和農(nóng)藥施用量雙減計(jì)劃的實(shí)施。尋找合適的技術(shù)和產(chǎn)品，減少化肥與農(nóng)藥的用量，是解決該問題的方向。而化肥、農(nóng)藥使用技術(shù)的要求不盡相同，對(duì)化肥與農(nóng)藥減量施用的研究也有各自的技術(shù)方法[2]。將促進(jìn)植物生長的肥料和保護(hù)植物生長的農(nóng)藥結(jié)合在一起制成藥肥，既能實(shí)現(xiàn)肥效和藥效的提高，又具有相互增效、促進(jìn)生長、省時(shí)省工、節(jié)約成本等優(yōu)點(diǎn)[3]，是實(shí)現(xiàn)減施化肥與農(nóng)藥的重要技術(shù)途徑之一。目前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是將化學(xué)農(nóng)藥、化肥按一定工藝混合成具有農(nóng)藥、化肥雙重功能的制劑。許多研究報(bào)道指出，肥料與殺蟲劑、除草劑、殺菌劑等化學(xué)農(nóng)藥通過合理配施對(duì)害蟲的毒殺與防治、雜草的防治、病害的抑制有明顯的效果，還能促進(jìn)農(nóng)作物生長，增加產(chǎn)量[4-6]。由化肥與農(nóng)藥混配的藥肥具有兩者的特性，能互作增效，但是也必然會(huì)同時(shí)存在著兩者的一些缺點(diǎn)，比如施用此類藥肥對(duì)土壤的結(jié)構(gòu)、肥力改良作用不大，存在污染、殘留等問題[7]。

在降低環(huán)境污染，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展過程中，有機(jī)肥和植物源農(nóng)藥分別發(fā)揮著重要的作用。有機(jī)肥替代化肥的應(yīng)用研究均表明，有機(jī)肥的有機(jī)質(zhì)含量高、養(yǎng)分全面，施用后有利于土壤肥力的保持，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量[8-10]。在開發(fā)新型植物源農(nóng)藥的研究中發(fā)現(xiàn)，藥用植物中存在大量的具有殺蟲、抑菌等功效的生物活性化合物[11]。這些植物活性物質(zhì)制成的植物源農(nóng)藥具有高效、低毒、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)[12]。在此基礎(chǔ)上，以工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的廢棄物或植物殘?jiān)?jīng)無害化處理后，與具有生物活性的植物類物料組配成具有營養(yǎng)、防蟲抗病雙重功效的植物源有機(jī)藥肥[13]，不僅可以作為有機(jī)肥替代化肥，還因其含有植物源活性成分，而具有殺蟲功效，能減少害蟲的發(fā)生?；谥参镌从袡C(jī)藥肥在作物控害增產(chǎn)效果上的明顯優(yōu)點(diǎn)，其在辣椒、黃瓜、馬鈴薯、花生等瓜果蔬菜類經(jīng)濟(jì)作物種植上得到了較多的研究[14-17]。水稻作為我國重要的糧食作物，因其種植面積廣和對(duì)化肥和農(nóng)藥依賴度高而產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境和食品安全問題迫切需要解決[17]，植物源有機(jī)藥肥作為化肥與化學(xué)農(nóng)藥的綠色替代品在此能發(fā)揮巨大的作用并產(chǎn)生更大的生態(tài)效益。目前，僅有報(bào)道水稻種植過程中施用植物源有機(jī)藥肥提高了水稻經(jīng)濟(jì)性狀和水稻產(chǎn)量等肥效方面的研究[18]，對(duì)于水稻害蟲防治方面的藥效研究則鮮見報(bào)道。本研究通過水稻大田試驗(yàn)，用2種分別含生物活性成分煙堿和茶皂素的植物源有機(jī)藥肥(煙渣有機(jī)藥肥和茶皂素有機(jī)藥肥)替代部分化肥，分析其在水稻上的肥效與藥效，以期為在水稻生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)化肥、農(nóng)藥雙減目標(biāo)提供技術(shù)支持，推動(dòng)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 供試材料

水稻品種為‘華航11’，由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)航天航空育種國家工程技術(shù)研究中心提供。

常規(guī)施肥所用的尿素(N 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46%)、氯化鉀(K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%)以及藍(lán)芭田復(fù)合肥(N、K2O、P2O5質(zhì)量配比為15∶6∶8)均為商品肥料。

供試的煙渣有機(jī)藥肥是由煙葉廢棄物和枯枝落葉按照體積比1∶1堆制而成，其含有的植物活性成分是煙堿等；茶皂素有機(jī)藥肥是含0.5%(w)茶皂素的枯枝落葉腐熟堆肥。以上2種有機(jī)藥肥均由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)自主研發(fā)，廣州市綠風(fēng)生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)，2種肥料的基本性質(zhì)如表1所示。

水稻田間試驗(yàn)在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)增城教學(xué)科研基地(北緯N23°14′22.02″東經(jīng)E113°37′56.62″)進(jìn)行，試驗(yàn)地的土壤養(yǎng)分狀況為：堿解氮67.39 mg/kg、有效磷6.83 mg/kg、速效鉀44.12 mg/kg。

表1 供試有機(jī)藥肥基本成分Table1 Basic composition of tested organic fertilizers w/%

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理，每處理3次重復(fù)，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)為1個(gè)重復(fù)，小區(qū)面積為90 m2。具體處理如下：1)常規(guī)施肥(對(duì)照)；2)煙渣有機(jī)藥肥+80%(w)常規(guī)施肥(以下簡稱煙渣有機(jī)藥肥)；3)茶皂素有機(jī)藥肥+80%(w)常規(guī)施肥(以下簡稱茶皂素有機(jī)藥肥)。

2018年8月9日犁耙田并同時(shí)施入有機(jī)藥肥，施用量均為3 000 kg/hm2，充分犁耙均勻。8月12日移栽秧苗。常規(guī)施肥的情況如下：水稻移栽后7 d 第1次追肥(返青期)，尿素225 kg/hm2，氯化鉀120 kg/hm2；移栽后21 d 第2次追肥(分蘗期)，尿素150 kg/hm2，氯化鉀105 kg/hm2；第3次追肥(攻穗肥)在10月3日，藍(lán)芭田復(fù)合肥60 kg/hm2。在每次追肥中，2個(gè)有機(jī)藥肥處理的常規(guī)施肥量減少20%(w)。在水稻分蘗期進(jìn)行藥效調(diào)查，之后按農(nóng)民經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行病蟲害管理。11月2日，各處理小區(qū)隨機(jī)抽取3點(diǎn)采集1 m2的水稻(避免邊際效應(yīng))，自然風(fēng)干后，進(jìn)行稱質(zhì)量測(cè)產(chǎn)，同時(shí)取秸稈樣、土壤樣，用于養(yǎng)分的分析。

稻谷、秸稈以及土壤樣品的養(yǎng)分測(cè)定方法如下：全氮用凱氏定氮法測(cè)定，全磷用鉬銻抗比色法測(cè)定，全鉀用火焰光度計(jì)法測(cè)定，堿解氮用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，有效磷用碳酸氫鈉浸提?鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀用乙酸銨浸提?火焰光度法測(cè)定[19]。

1.3 藥效調(diào)查

根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)藥田間藥效試驗(yàn)準(zhǔn)則》[20-21]的方法，對(duì)稻縱卷葉螟Cnaphalocrocis medinalis和水稻白背飛虱Sogatella furcifera的發(fā)生情況進(jìn)行田間調(diào)查。采用平行跳躍式取樣，每小區(qū)五點(diǎn)取樣，每點(diǎn)20穴，在水稻分蘗期調(diào)查記錄各小區(qū)稻縱卷葉螟、白背飛虱蟲量、卷葉數(shù)，計(jì)算防治效果。

1.3.1防治稻縱卷葉螟藥效計(jì)算方法 防治稻縱卷葉螟藥效按下式計(jì)算：

式中：Jck為空白對(duì)照區(qū)卷葉率，Jt為有機(jī)藥肥處理區(qū)卷葉率。

1.3.2防治水稻白背飛虱藥效計(jì)算方法 防治水稻白背飛虱藥效按下式計(jì)算：

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行處理并繪制圖表，采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)間多重比較(Duncan’s法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)藥肥對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

田間條件下，不同施肥處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響如圖1所示。與對(duì)照相比，煙渣有機(jī)藥肥和茶皂素有機(jī)藥肥處理分別提高水稻產(chǎn)量22.29%和18.58%，其中，煙渣有機(jī)藥肥處理與對(duì)照的差異達(dá)到顯著水平，有機(jī)藥肥處理間的產(chǎn)量則差異不顯著。由以上結(jié)果可知，施用煙渣有機(jī)藥肥和茶皂素有機(jī)藥肥對(duì)水稻均有增產(chǎn)的效果，而且施用煙渣有機(jī)藥肥的增產(chǎn)效果更明顯。

圖1 不同處理的水稻產(chǎn)量Fig.1 Rice yieldsof different treatments

2.2 有機(jī)藥肥對(duì)水稻養(yǎng)分吸收的影響

由表2可知，在田間條件下，煙渣有機(jī)藥肥處理和茶皂素有機(jī)藥肥處理的水稻稻谷N、P、K 吸收量均大于對(duì)照，且煙渣有機(jī)藥肥大于茶皂素有機(jī)藥肥處理，但差異不顯著；與對(duì)照相比，2種有機(jī)藥肥處理水稻稻谷的N、P吸收差異達(dá)到顯著水平，且煙渣有機(jī)藥肥處理的K 吸收也達(dá)顯著水平。從不同處理的水稻秸稈養(yǎng)分吸收量來看，2種有機(jī)藥肥處理的水稻秸稈K 吸收量與對(duì)照相比均有提高且差異顯著，N、P吸收量雖有提高但無顯著差異，同時(shí)煙渣有機(jī)藥肥處理比茶皂素有機(jī)藥肥處理的水稻秸稈N、P、K 吸收量高，但差異不顯著。以上結(jié)果表明，施用煙渣有機(jī)藥肥和茶皂素有機(jī)藥肥后，能提高水稻稻谷和秸稈養(yǎng)分吸收量，施用煙渣有機(jī)藥肥和茶皂素有機(jī)藥肥對(duì)增加水稻稻谷N、P吸收量和秸稈K 吸收量有顯著作用，且施用煙渣有機(jī)藥肥對(duì)增加水稻稻谷的K 吸收量也有顯著作用。

表 2不同處理的水稻養(yǎng)分吸收量1)Table 2 Nutrient uptakeof rice in different treatments kg?hm?2

2.3 水稻收獲后土壤速效養(yǎng)分含量的變化

不同處理的水稻田土壤速效養(yǎng)分含量變化如表3所示。煙渣有機(jī)藥肥處理的土壤速效養(yǎng)分含量均高于茶皂素有機(jī)藥肥處理和對(duì)照，但差異不顯著，煙渣有機(jī)藥肥處理對(duì)提高土壤速效K 含量有顯著作用。茶皂素有機(jī)藥肥處理的土壤速效N 和K 含量高于對(duì)照，而土壤速效P含量低于對(duì)照，但是差異不顯著。整體而言，有機(jī)肥部分替代化肥，收獲后水稻土壤的速效養(yǎng)分與常規(guī)施肥差異不明顯?？梢姡┯脽熢袡C(jī)藥肥和茶皂素有機(jī)藥肥，在減少化肥施用量的同時(shí)水稻土的肥力沒有降低。

表3 水稻收獲后土壤速效養(yǎng)分含量1)Table 3 Content of soil available nutrients after rice harvest w/(mg?kg?1)

2.4 有機(jī)藥肥的藥效調(diào)查結(jié)果

在水稻分蘗期對(duì)稻縱卷葉螟的調(diào)查結(jié)果見表4。施用煙渣有機(jī)藥肥和茶皂素有機(jī)藥肥的水稻比對(duì)照水稻的卷葉率分別減少3.34%和2.10%，對(duì)稻縱卷葉螟的防治效果分別達(dá)到81.27%和51.09%。由此可知，施用煙渣有機(jī)藥肥和茶皂素有機(jī)藥肥對(duì)稻縱卷葉螟具有較好的防治效果，而且施用煙渣有機(jī)藥肥的防治效果更明顯。

田間條件下有機(jī)藥肥對(duì)白背飛虱的防治效果見表5，施用煙渣有機(jī)藥肥與茶皂素有機(jī)藥肥的小區(qū)平均蟲數(shù)均小于對(duì)照，其中，施用煙渣有機(jī)藥肥處理的小區(qū)平均蟲數(shù)與對(duì)照差異顯著，2種有機(jī)藥肥處理之間無明顯差異。施用煙渣有機(jī)藥肥和茶皂素有機(jī)藥肥水稻的蟲口減退率分別達(dá)到55.74%和37.70%。可見，施用煙渣有機(jī)藥肥和茶皂素有機(jī)藥肥均能提高對(duì)白背飛虱的防治效果，能明顯減少白背飛虱的蟲數(shù)，施用煙渣有機(jī)藥肥對(duì)白背飛虱的防治效果更好。

表4 有機(jī)藥肥對(duì)稻縱卷葉螟的防治效果Table 4 Control effect of organic fertilizer on rice leaf roller

表 5有機(jī)藥肥對(duì)白背飛虱的防治效果Table 5 Control effect of organic fertilizer on white-backed planthopper

3 討論與結(jié)論

3.1 植物源有機(jī)藥肥對(duì)水稻的產(chǎn)量與養(yǎng)分吸收量的影響

植物源有機(jī)藥肥的施用能提高稻谷、秸稈養(yǎng)分吸收量，對(duì)水稻品質(zhì)的提高有促進(jìn)作用，與常規(guī)施肥相比，植物源有機(jī)藥肥對(duì)水稻增產(chǎn)效果顯著，施用煙渣有機(jī)藥肥和茶皂素有機(jī)藥肥分別使水稻增產(chǎn)22.29%和18.58%。有研究顯示，對(duì)不同農(nóng)作物施用植物源有機(jī)藥肥，對(duì)產(chǎn)量、養(yǎng)分與品質(zhì)有提高和促進(jìn)作用，畢軍等[17]研制發(fā)明的植物源藥肥使花生品質(zhì)、花生莢果產(chǎn)量有顯著提高，增強(qiáng)植株抗逆性；吳傳萬等[15]將植物源藥肥施用于黃瓜，使黃瓜顯著增產(chǎn)增收，較常規(guī)施用化肥處理增產(chǎn)11.9%。在植物源有機(jī)藥肥對(duì)水稻增產(chǎn)效果研究方面，王亞維等[18]在水稻常規(guī)施肥的情況下，增施有機(jī)藥肥(以煙葉末和沼渣為配料)750 kg/hm2，提高了水稻經(jīng)濟(jì)性狀和水稻產(chǎn)量。這是由于植物源有機(jī)藥肥直接來源于植物材料，本身屬于有機(jī)質(zhì)，通常富含N、P、K 等大量及微量元素，因而在作物上施用后，能提高根系生理活性，改善葉片光合作用，促進(jìn)干物質(zhì)積累，增強(qiáng)對(duì)病蟲害的抗性，因此表現(xiàn)出促進(jìn)生長、改良品質(zhì)的效果[22]。

本研究還發(fā)現(xiàn)，不同有機(jī)藥肥在水稻上施用的效果也有差異，這是由于水稻生長受到養(yǎng)分供應(yīng)狀況的制約，植物源有機(jī)藥肥自身的養(yǎng)分含量不同，導(dǎo)致對(duì)水稻的養(yǎng)分供給量不同。煙渣有機(jī)藥肥的養(yǎng)分含量比茶皂素有機(jī)藥肥高，在相同施用量下，煙渣有機(jī)藥肥的有機(jī)質(zhì)、N、P2O5和K2O含量比茶皂素有機(jī)藥肥分別高15.41%、28.26%、30.20%和92.23%，養(yǎng)分含量更高對(duì)農(nóng)作物的生長與養(yǎng)分吸收具有更好的促進(jìn)效果，因此增產(chǎn)效果更加顯著。通過不同有機(jī)藥肥的施用，了解其原料、養(yǎng)分的差異性，能幫助我們制定更加科學(xué)、合理的施肥方案。

有機(jī)肥與無機(jī)肥配施是科學(xué)增產(chǎn)的方法，維持作物產(chǎn)量需要適當(dāng)?shù)奶娲壤?，若有機(jī)肥施用超過一定比例可能會(huì)降低水稻產(chǎn)量。目前，有研究發(fā)現(xiàn)，用有機(jī)肥完全替代化肥會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物少量的減產(chǎn)，而有機(jī)肥部分替代則會(huì)起增產(chǎn)效果[23]。也有研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥最佳替代比例是15%～30%或20%～40%[24-25]。本研究的有機(jī)肥替代比例是20%，屬于最佳替代范圍內(nèi)，既保證了養(yǎng)分的速效性，又減輕了施肥的環(huán)境負(fù)荷[26]。因此，通過對(duì)施用植物源有機(jī)藥肥與化肥的比較，能為植物源有機(jī)藥肥的施用量與施用方式提供一個(gè)既能促進(jìn)農(nóng)作物增產(chǎn)又能減少有機(jī)肥和化肥的投入量、降低成本的方案。

3.2 植物源有機(jī)藥肥對(duì)大田土壤速效養(yǎng)分的影響

本研究施用植物源有機(jī)藥肥對(duì)土壤的速效養(yǎng)分的損耗較少，這對(duì)土壤肥力的保持，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。這是由于植物源有機(jī)藥肥能改良、培肥土壤，平衡土壤養(yǎng)分，例如將印楝素提取后的印楝渣制成有機(jī)肥料應(yīng)用于秋葵Abelmoschus esculentus種植上，能夠改良土壤、平衡土壤養(yǎng)分、調(diào)節(jié)土壤有益微生物菌群[27]；苦豆子Sophora alopecuroides和牛心樸子Cynanchum komarovii殘?jiān)炫涠傻乃幏室簿哂邢嗨乒δ躘13]。現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)肥短期內(nèi)對(duì)土壤N、P、K 速效養(yǎng)分提升作用不明顯[28]，長期施用則會(huì)促使N、P、K 速效態(tài)養(yǎng)分得到明顯增加[29]。本研究施用植物源有機(jī)藥肥在土壤的改良上與有機(jī)肥表現(xiàn)出相同的效果，今后需要在土壤結(jié)構(gòu)、微生物活性、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化等方面進(jìn)行長期深入的研究,希望植物源有機(jī)藥肥在土壤保護(hù)與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展方面能發(fā)揮重要作用。

3.3 植物源有機(jī)藥肥的藥效研究

以水稻種植過程中常見的2種害蟲稻縱卷葉螟和白背飛虱作為藥肥的防治對(duì)象，在水稻生產(chǎn)上主要是噴施不同化學(xué)殺蟲劑來防治這2種水稻害蟲。參考不同化學(xué)殺蟲劑在稻縱卷葉螟和白背飛虱的藥效試驗(yàn)結(jié)果[30-32]，化學(xué)殺蟲劑施用后對(duì)稻縱卷葉螟的防治效果在25%～90%之間，平均在80%以上，對(duì)白背飛虱防治效果均在90%以上。其他植物源農(nóng)藥在水稻應(yīng)用上，葉龔靈等[33]在田間試驗(yàn)中噴施不同濃度的藜蘆堿和印楝素，對(duì)水稻縱卷葉螟的防治效果在56.20%～68.66%。在對(duì)白背飛虱的防治研究上，噴施φ為1%～5%的印楝素后，對(duì)白背飛虱的防治效果在62.1%～93.2%[34]。本研究中的2種植物源有機(jī)藥肥分別含有生物活性成分煙堿和茶皂素，施用后對(duì)稻縱卷葉螟的防治效果分別為81.27%和51.09%，對(duì)白背飛虱的防治效果(蟲口減退率)分別為55.74%和37.70%，施用煙渣有機(jī)藥肥對(duì)水稻害蟲的防治效果優(yōu)于茶皂素藥肥。從化學(xué)農(nóng)藥對(duì)稻縱卷葉螟和白背飛虱的防治效果可看出其高效性，且由于其易于制造與配制而被廣泛使用[35]，但是植物源農(nóng)藥和植物源有機(jī)藥肥具有以下優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)農(nóng)藥不具備的：環(huán)境相容性好、生物活性多樣、對(duì)高等動(dòng)物及害蟲天敵安全、藥效較為緩和、持效期較長[12]。與噴施其他植物源農(nóng)藥相比，施用煙渣有機(jī)藥肥和茶皂素有機(jī)藥肥對(duì)稻縱卷葉螟的防治效果相似，對(duì)白背飛虱的防治效果則稍微偏低。這是由于煙渣有機(jī)藥肥和茶皂素有機(jī)藥肥中活性成分濃度低于其他植物源農(nóng)藥，且與其他植物源農(nóng)藥的施用方式不同也會(huì)造成結(jié)果的差異，但它們對(duì)水稻害蟲均有明顯的防治效果。因此，在施用植物源有機(jī)藥肥后，可以減少普通化學(xué)農(nóng)藥的施用量，起到保護(hù)環(huán)境的作用。

3.4 結(jié)論

在本試驗(yàn)條件下，新型植物源有機(jī)藥肥的部分替代常規(guī)肥施用均明顯提高了水稻的產(chǎn)量，提高了稻谷養(yǎng)分吸收量，且能保持土壤肥力。對(duì)水稻害蟲稻縱卷葉螟和白背飛虱的防治有明顯效果，能減少化學(xué)農(nóng)藥施用量，減少環(huán)境污染。其中，煙渣有機(jī)藥肥替代施用后的肥效與藥效均優(yōu)于茶皂素有機(jī)藥肥，這可能與植物源有機(jī)藥肥自身養(yǎng)分含量和生物活性成分(煙堿和茶皂素)含量有關(guān)。用植物源有機(jī)藥肥部分替代化肥施用于水稻，為水稻栽培過程實(shí)現(xiàn)化肥農(nóng)藥的雙減提供了新的技術(shù)途徑，有利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。