【研究意义】水稻青立病是一种水稻颖花退化、颖壳似鹰嘴状张开、穗部直立、灌浆不良、黄熟期叶片仍然嫩绿的水稻生理性病害［1］，青立病前期发病症状不明显，穗期发病导致不可逆的灌浆不良，对产量有极大负面影响［2-3］，青立病发病引起的减产无法采取措施补救，但可以采取相应的农艺手段进行预防，降低水稻青立病发病率。研究水稻青立病发病原因有利于探索其防治措施。【前人研究进展】水稻青立病自20世纪50年代在日本首次发现以来，在美国、澳大利亚、非洲、南美洲等国家和地区均有报道［4-5］；近年在我国湖南、湖北、江西、浙江、四川、东北等地均有报道，并呈多发趋势，一般田块减产20%～40%，严重田块减产90%以上［6-8］。近年来，水稻青立病在四川发病面积和发病频率呈上升趋势。2014年重庆南川区近20 hm2水稻发生青立病，大部分田块减产60%以上［8］；2016—2019年，绵阳梓潼县水稻青立病发病面积从0.4 hm2增加到53 hm2，轻的田块减产5.1%～10.3%，严重的田块减产50%以上；2017、2018年绵阳涪城区部分田块发病，但危害程度较轻。2019年，通过对绵阳水稻种植户走访调研，认为水稻青立病发病和除草剂施用造成药害有关［9］，而相关研究认为水稻青立病发病和土壤重金属相关［10-11］，尤其和土壤砷相关。彭孟军等［12-13］认为水稻季施用石灰对水稻青立病发病具有显著抑制效果，宋睿［14］研究指出，施用硫磺可以有效抑制水稻青立病发生。【本研究切入点】通过比较不同除草剂作用下的水稻青立病发病情况，验证除草剂造成水稻青立病发病的假设；比较发病与不发病的植株及土壤重金属成分和含量，明确重金属对青立病发病的影响；比较不同防治技术处理下的发病情况，探索可行的青立病防治策略。通过探究水稻青立病病因及发病规律，探索不同防治手段并评价其防治效果。【拟解决的关键问题】水稻青立病发病有一定规律性，但四川水稻青立病的发病原因和发生规律尚不明确，亟待展开相关研究，明确其发病原因和发病规律，探索防治水稻青立病的农艺措施，为水稻高产栽培和水稻病害防治提供指导思路。
1 材料与方法
1.1 试验材料
2018年底对绵阳市水稻青立病发病田块及农户走访调查，明确水稻青立病典型特征（图1）并调查发病原因，发现其发病原因可能与重金属、田间水肥管理或除草剂施用有关。试验于2019年在西南科技大学试验田、绵阳市梓潼县展开，其中梓潼县选取许州镇、云台乡、白云乡、豢龙乡4处易发病田块作为供试田块。供试除草剂为市场上常用的4种除草剂（可湿性粉剂22%苄乙、可湿性粉剂10%吡嘧磺隆、可湿性粉剂50%二氯喹啉酸和可分散油悬浮剂25 g/L五氟磺草胺），供试品种为籼稻代表性品种黄莉占。
所有试验的施肥水平为纯N180 kg/hm2、P2O5 75 kg/hm2，返青期田间保持2～3 cm浅水层，前茬为冬小麦，小麦秸秆经粉碎后全量翻埋还田，其他措施与当地高产田管理相同［15］。
图1 水稻青立病颖壳病症
Fig.1 Typical symptoms of rice straight head
1.2 试验方法
1.2.1 除草剂施用与水稻青立病发病试验 除草剂施用与水稻青立病发病试验在西南科技大学青义试验田展开。每种除草剂（苄乙、吡嘧磺隆、二氯喹啉酸和五氟磺草胺）设4个浓度水平：苄乙375、750、1 500、2 250 g/hm2，吡嘧磺隆150、300、600、900 g/hm2，二氯喹啉酸300、600、1 200、1 800 g/hm2，五氟磺草胺525、1 050、2 100、3 150 mL/hm2。
田间进行裂区设计，除草剂类型为主区，施用浓度为副区，3次重复，小区行距33.5 cm、株距16.67 cm，每区5行，每行插10穴。所有除草剂在水稻移栽后，按设计浓度施入稻田，分蘖盛期和孕穗期调查水稻分蘖情况，齐穗后调查水稻青立病发病情况，成熟后调查产量构成因素（穗着粒数、空粒数、实粒数、千粒重），计算结实率和产量。
1.2.2 重金属与水稻青立病发病试验 在绵阳市梓潼县选择近3年水稻青立病连续发病和不发病两种田块，在连续发病田块种植籼稻黄莉占和粳稻沈农9903两个水稻品种，取连续发病田块和不发病田块中0～10、10～30、30～50 cm土层土样，测定其重金属成分及含量；水稻齐穗后，取发病和不发病水稻植株各5株，测定水稻单株株重金属成分及含量。
1.2.3 水稻青立病防治试验 青立病防治试验结合调查结果从更换水稻品种、改良土壤性质、改变肥料种类角度提出3种措施：改种粳稻品种、硫磺或石灰处理、施用新型肥料颖壳灵（武汉盛大神农生物工程有限公司新型肥料产品）。在绵阳市梓潼县选取当地易发病田块4处（许州镇、石台乡、白云镇和豢龙乡）设计3组处理：（1）改种粳稻代表品种沈农9903，对照为籼稻品种黄莉占；（2）小麦季施用硫磺112.5 kg/hm2（SW）、水稻季施用石灰75.0 kg/hm2（LS）、小麦季施用硫磺112.5 kg/hm2且水稻季施用石灰75.0 kg/hm2（SWLS）、以不施用石灰和硫磺为对照（CK1）；（3）水稻季施用新型肥料颖壳灵（YKL），以施用常规肥料为对照（CK2）。3次重复。齐穗后调查水稻青立病发病率。
使用Excel2016和Originpro2016进行试验数据处理和作图。
2 结果与分析
2.1 施用稻田常用除草剂对水稻生长及产量的影响
除草剂试验期间未发现水稻青立病发病，表明正常施用除草剂不会导致水稻青立病大面积发生，但过量施用除草剂会导致水稻分蘖盛期和抽穗期分蘖数显著减少（图2）。与低浓度相比，苄乙1 500 g/hm2、吡嘧磺隆600 g/hm2、二氯喹啉酸1 200 g/hm2和五氟磺草胺2 100 mL/hm2处理的水稻分蘖数在分蘖盛期减少1.0～2.2 个，在抽穗期减少0.2～1.8个；苄乙2 250 g/hm2、吡嘧磺隆900 g/hm2、二氯喹啉酸1 800 g/hm2和五氟磺草胺3 150 mL/hm2处理的水稻分蘖数在分蘖盛期减少1.5～3.3个，在抽穗期减少0.5～2.5个。苄乙、吡嘧磺隆、二氯喹啉酸和五氟磺草胺的过量施用导致水稻分蘖数减少，不利于提高水稻产量。
图2 常用稻田除草剂对水稻分蘖的影响
Fig.2 Effects of common herbicides on rice tillering
4种除草剂不同施用浓度均达到稻田除草效果，除草剂施用浓度与水稻产量呈显著负相关（表1）。水稻产量构成因素中，水稻结实率和千粒质量随除草剂浓度增加呈降低趋势；水稻穗着粒数受二氯喹啉酸和苄乙的影响不显著，但高浓度吡嘧磺隆和五氟磺草胺处理受到显著抑制。二氯喹啉酸300 g/hm2和苄乙375 g/hm2浓度处理水稻产量最高，二氯喹啉酸600 g/hm2和苄乙750 g/hm2浓度处理无显著降低，二氯喹啉酸 1 800 g/hm2和苄乙2 250 g/hm2浓度处理分别降低17.18%、17.70%。吡嘧磺隆300 g/hm2和五氟磺草胺1 050 mL/hm2浓度处理水稻产量开始受到显著抑制，最高浓度处理分别降低26.33%、23.13%。高浓度吡嘧磺隆抑制了水稻有效穗形成，导致水稻单位面积穗容量不足，造成产量显著下降；高浓度五氟磺草胺降低了水稻结实率，造成产量显著下降。
2.2 重金属对水稻青立病发病的影响
通过对发病田块和不发病田块0～50 cm土层重金属的成分和含量进行检测和比较发现，发病田块土壤总砷、铅、镉、铬和铜含量均显著高于不发病田块（图3）。与不发病田块相比，发病田块0～50 cm土层总砷含量增加2.3～5.6 mg/kg，总铅含量增加3.5～4.7 mg/kg，总镉含量增加0.017～0.078 mg/kg，总铬含量增加6.0～13.1 mg/kg，总铜含量增加3.4～4.9 mg/kg。比较发病与不发病植株体内重金属成分和含量发现，不论籼稻品种黄莉占还是粳稻品种沈农9903，发病植株的总镉和总砷含量显著高于不发病植株（表2）。与不发病植株相比，发病植株总镉含量增加0.004～0.006 mg/kg，总砷含量增加0.03～0.20 mg/kg。据此推断水稻青立病可能与土壤中砷和镉含量较高有关。
2.3 石灰、硫磺、颖壳灵施用对水稻青立病的影响
从图4可以看出，小麦季施用硫磺且水稻季施用石灰（SWLS）对水稻青立病防治效果显著。与CK1相比，小麦季施用硫磺的田块（SW）水稻青立病发病率降低4.99%，水稻季施用石灰的田块（LS）水稻青立病发病率降低10.35%，小麦季施用硫磺且水稻季施用石灰的田块（SWLS）水稻青立病发病率降低20.74%，其中硫磺石灰并施对水稻青立病的防治具有显著效果。施用颖壳灵可在一定程度上降低水稻青立病发病率，但施用颖壳灵和CK2无显著差异。综上可知，采用小麦季施用硫磺且水稻季施用石灰的方法，可以有效减少水稻青立病发病，对连续发病田块有一定防治效果。
表1 常用稻田除草剂对水稻产量性状的影响
Table 1 Effects of common herbicides on rice yield traits
注：同列数据后小写英文字母不同者表示差异显著。
Note：Different lowercase letters after data in the same column represent significant differences.
除草剂 浓度Herbicide Concentration穗着粒数（粒）Spike lets per panicle（grain）结实率Seed setting rate（%）千粒重1000-grain weight（g）产量Yield（t/hm2）300g/hm2 134.55a 91.09a 29.50a 7.16a 600g/hm2 132.26a 91.09a 28.65b 6.96ab 1200g/hm2 133.04a 89.80a 27.23c 6.70b 1800g/hm2 132.13a 90.87a 27.64c 5.93c吡嘧磺隆Pyrazosulfuron二氯喹啉酸Quinclorac 150g/hm2 130.92ab 91.89a 30.20a 6.95a 300g/hm2 134.55a 86.65b 29.51ab 5.72b 600g/hm2 134.83a 86.36b 28.84b 5.29c 900g/hm2 123.64b 84.70b 28.19c 5.12d苄乙Bensulfuronmethyl and acetochlor 375g/hm2 136.02a 92.23a 29.68a 7.12a 750g/hm2 139.26a 88.38b 28.71ab 6.98ab 1500g/hm2 137.78a 87.50b 28.31b 6.23b 2250g/hm2 131.03a 87.61b 27.78c 5.86c五氟磺草胺Penoxsulam 525mL/hm2 130.87a 90.08a 30.80a 6.96a 1050mL/hm2 137.74a 87.52ab 29.88a 5.92b 2100mL/hm2 133.53a 84.03b 29.70ab 5.83bc 3150mL/hm2 112.95b 80.31c 28.94b 5.35c
图3 水稻青立病发病与不发病田块不同土层土壤重金属含量比较
Fig.3 Comparison of heavy metal contents in different soil layers between diseased and non-diseased fields
表2 水稻青立病发病与不发病植株重金属含量（mg/kg）
Table 2 Comparison of heavy metal contents （mg/kg） in rice plants with and without rice straight head
注：同列数据后小写英文字母不同者表示差异显著。
Note：Different lowercase letters after the data in the same column represent significant differences.
水稻品种Rice variety 发病情况Incidence Cd Cr Hg As黄莉占Huanglizhan 发病 0.028a 0.150a ＜0.01a 2.40a不发病 0.024b 0.140a ＜0.01a 2.20b沈农9903Shennong 9903 发病 0.016a 0.150a ＜0.01a 0.66a不发病 0.010b 0.099b ＜0.01a 0.63b
图4 施用石灰、硫磺和颖壳灵对水稻青立病发病率的影响
Fig.4 Effects of application of lime, sulfur and Yingkeling on the incidence of rice straight head
柱上小写英文字母不同者表示差异显著
Different lowercase lettersin the column represent significant differences
2.4 不同类型品种水稻对水稻青立病的响应
从图5可以看出，在易发病田块，种植粳稻品种黄莉占比种植籼稻品种沈农9903更容易发生水稻青立病，种植沈农9903可显著降低水稻青立病发病率。在发病田块种植沈农9903，水稻青立病发病率比种植黄莉占降低37%～45%。在许州镇、石台乡、白云镇和豢龙乡易发病田块种植沈农9903，水稻青立病发病率分别为61.7%、54.3%、60.8%和58.3%，种植黄莉占水稻青立病发病率分别为17.9%、18.1%、23.6%和13.1%，与黄莉占相比显著降低。表明种植沈农9903可以有效降低水稻青立病的发病程度。
图5 易发病田块种植黄莉占和沈农9903青立病发病率比较
Fig.5 Comparison of incidence of rice straight head between Huanglizhan and Shennong 9903 in susceptible field
同一地点柱上小写英文字母不同者表示差异显著
Different lowercase letters in the column at the same place represent sighificant differences
3 讨论
3.1 水稻青立病发病原因
水稻青立病发病原因复杂，但水稻青立病发病具有一定特点和规律。从耕作历史来看，旱改水之前的旱作时间越长青立病发病越严重［13,16］；从土壤特性来看，土壤pH值、Eh值和CEC值越低，铜和砷等重金属含量越高，活性越强，青立病越容易发生［5,10,17-18］；从田间管理角度分析，水稻中后期干旱较严重、秧苗素质差且大兜密植田块容易发病［9］。
本研究结果表明，绵阳市青立病发病田块土壤总砷、总镉和总铜含量偏高，同时发病植株体内总砷和总镉含量偏高，这与美国阿肯色州［4-5］和我国江汉平原［19］青立病发病原因调查结果相似，均认为水稻青立病发病与土壤砷含量偏高有关。Chuan等［20］研究结果表明，淹水条件下，土壤中硫酸盐还原菌产生的二甲基砷（DMAs），被产甲烷古菌脱甲基形成甲烷和无机砷。砷进入土壤后48 h内就会被土壤胶体固定，当土壤Eh值降低时，土壤对砷的吸附能力降低，土壤溶液中总砷含量提高，进而促进水稻对砷元素的吸收。在淹水条件下，土壤Eh值降低，五价砷被还原为三价砷，使土壤中被固定的砷向土壤溶液释放和迁移，进而被作物根系吸收［21］。植物对砷酸盐转运吸收是通过磷酸盐转运体系完成的［22］，砷被根系吸收后进入水稻体内，当砷含量达到一定浓度时会使水稻产生砷毒害效应，主要表现为抑制水稻种子萌发和根系活力，严重时不能开花结实，穗数减少、结实率降低，且砷浓度越高毒害越大。
3.2 防治水稻青立病的方法与措施
针对水稻青立病不同发病原因，国内外学者提出了不同防治措施［12］。常见措施包括改变耕作制度、适当减少机耕次数；加强栽培管理，注意适当增施钙、硅和锌等微肥；科学灌水，前期浅水勤灌；改变种植制度、严重发病田块建议籼稻改粳稻，或者水田改旱地种植蔬菜、玉米和甘薯等［23-24］。
本研究结果表明，在冬小麦和水稻轮作和秸秆全量还田条件下，小麦季节施用硫磺水稻季节施用石灰可以显著降低水稻青立病发病概率，这与彭孟军研究结果相似［12］。小麦季节施用硫磺调节了土壤硫、砷比例失调问题，在秸秆全量还田条件下，水稻季节适当施用石灰可以调节土壤pH值和Eh值，进而降低土壤重金属活性，减少水稻对重金属的吸收。在连年发病田块，种植粳稻品种可以显著降低水稻青立病发病程度，这与刘广友等［25］研究结果一致。与籼稻品种黄莉占相比，沈农9903作为粳稻品种，其根系吸收能力较弱，重金属的吸收转运效率显著降低［26］，有利于减少青立病发病。
4 结论
苄乙、吡嘧磺隆、二氯喹啉酸和五氟磺草胺4种供试除草剂的施用不会引起青立病发病，但高浓度的除草剂施用会对产量产生抑制效应，建议防治杂草时按照正常浓度施用除草剂。绵阳市水稻青立病发病与土壤重金属砷、镉和铜的含量偏高有关，在小麦水稻轮作和秸秆全量还田的条件下，小麦季随整地适当施用硫磺，水稻季随整地适当施用石灰对水稻青立病有显著防治效果。
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