新型植物源有机药肥对水稻的肥效及防虫效果

林挺锐，孙 郑，卢日辉，刘可星，徐汉虹

(1华南农业大学资源环境学院，广东广州510642；2华南农业大学植物保护学院，广东广州510642)

随着农业的发展，化肥和化学农药作为必不可少的农业投入品被过量施用、盲目施用，并且带来了地力下降、农业生产成本增加、农产品残留超标、作物药害、环境污染等问题[1]。为此，我国农业部制定了农业生产中化肥和农药零增长的行动方案，以推进化肥和农药施用量双减计划的实施。寻找合适的技术和产品，减少化肥与农药的用量，是解决该问题的方向。而化肥、农药使用技术的要求不尽相同，对化肥与农药减量施用的研究也有各自的技术方法[2]。将促进植物生长的肥料和保护植物生长的农药结合在一起制成药肥，既能实现肥效和药效的提高，又具有相互增效、促进生长、省时省工、节约成本等优点[3]，是实现减施化肥与农药的重要技术途径之一。目前，农业生产中应用较多的是将化学农药、化肥按一定工艺混合成具有农药、化肥双重功能的制剂。许多研究报道指出，肥料与杀虫剂、除草剂、杀菌剂等化学农药通过合理配施对害虫的毒杀与防治、杂草的防治、病害的抑制有明显的效果，还能促进农作物生长，增加产量[4-6]。由化肥与农药混配的药肥具有两者的特性，能互作增效，但是也必然会同时存在着两者的一些缺点，比如施用此类药肥对土壤的结构、肥力改良作用不大，存在污染、残留等问题[7]。

在降低环境污染，促进农业可持续发展过程中，有机肥和植物源农药分别发挥着重要的作用。有机肥替代化肥的应用研究均表明，有机肥的有机质含量高、养分全面，施用后有利于土壤肥力的保持，提高农产品质量[8-10]。在开发新型植物源农药的研究中发现，药用植物中存在大量的具有杀虫、抑菌等功效的生物活性化合物[11]。这些植物活性物质制成的植物源农药具有高效、低毒、对环境友好等优点[12]。在此基础上，以工农业生产的废弃物或植物残渣经无害化处理后，与具有生物活性的植物类物料组配成具有营养、防虫抗病双重功效的植物源有机药肥[13]，不仅可以作为有机肥替代化肥，还因其含有植物源活性成分，而具有杀虫功效，能减少害虫的发生。基于植物源有机药肥在作物控害增产效果上的明显优点，其在辣椒、黄瓜、马铃薯、花生等瓜果蔬菜类经济作物种植上得到了较多的研究[14-17]。水稻作为我国重要的粮食作物，因其种植面积广和对化肥和农药依赖度高而产生的生态环境和食品安全问题迫切需要解决[17]，植物源有机药肥作为化肥与化学农药的绿色替代品在此能发挥巨大的作用并产生更大的生态效益。目前，仅有报道水稻种植过程中施用植物源有机药肥提高了水稻经济性状和水稻产量等肥效方面的研究[18]，对于水稻害虫防治方面的药效研究则鲜见报道。本研究通过水稻大田试验，用2种分别含生物活性成分烟碱和茶皂素的植物源有机药肥(烟渣有机药肥和茶皂素有机药肥)替代部分化肥，分析其在水稻上的肥效与药效，以期为在水稻生产中实现化肥、农药双减目标提供技术支持，推动农业的可持续发展。

1 材料与方法

1.1 供试材料

水稻品种为‘华航11’，由华南农业大学航天航空育种国家工程技术研究中心提供。

常规施肥所用的尿素(N 质量分数为46%)、氯化钾(K2O质量分数为60%)以及蓝芭田复合肥(N、K2O、P2O5质量配比为15∶6∶8)均为商品肥料。

供试的烟渣有机药肥是由烟叶废弃物和枯枝落叶按照体积比1∶1堆制而成，其含有的植物活性成分是烟碱等；茶皂素有机药肥是含0.5%(w)茶皂素的枯枝落叶腐熟堆肥。以上2种有机药肥均由华南农业大学自主研发，广州市绿风生物技术有限公司生产，2种肥料的基本性质如表1所示。

水稻田间试验在华南农业大学增城教学科研基地(北纬N23°14′22.02″东经E113°37′56.62″)进行，试验地的土壤养分状况为：碱解氮67.39 mg/kg、有效磷6.83 mg/kg、速效钾44.12 mg/kg。

表1 供试有机药肥基本成分Table1 Basic composition of tested organic fertilizers w/%

1.2 试验设计与方法

试验设3个处理，每处理3次重复，每个试验小区为1个重复，小区面积为90 m2。具体处理如下：1)常规施肥(对照)；2)烟渣有机药肥+80%(w)常规施肥(以下简称烟渣有机药肥)；3)茶皂素有机药肥+80%(w)常规施肥(以下简称茶皂素有机药肥)。

2018年8月9日犁耙田并同时施入有机药肥，施用量均为3 000 kg/hm2，充分犁耙均匀。8月12日移栽秧苗。常规施肥的情况如下：水稻移栽后7 d 第1次追肥(返青期)，尿素225 kg/hm2，氯化钾120 kg/hm2；移栽后21 d 第2次追肥(分蘖期)，尿素150 kg/hm2，氯化钾105 kg/hm2；第3次追肥(攻穗肥)在10月3日，蓝芭田复合肥60 kg/hm2。在每次追肥中，2个有机药肥处理的常规施肥量减少20%(w)。在水稻分蘖期进行药效调查，之后按农民经验进行病虫害管理。11月2日，各处理小区随机抽取3点采集1 m2的水稻(避免边际效应)，自然风干后，进行称质量测产，同时取秸秆样、土壤样，用于养分的分析。

稻谷、秸秆以及土壤样品的养分测定方法如下：全氮用凯氏定氮法测定，全磷用钼锑抗比色法测定，全钾用火焰光度计法测定，碱解氮用碱解扩散法测定，有效磷用碳酸氢钠浸提−钼锑抗比色法测定，速效钾用乙酸铵浸提−火焰光度法测定[19]。

1.3 药效调查

根据中华人民共和国国家标准《农药田间药效试验准则》[20-21]的方法，对稻纵卷叶螟Cnaphalocrocis medinalis和水稻白背飞虱Sogatella furcifera的发生情况进行田间调查。采用平行跳跃式取样，每小区五点取样，每点20穴，在水稻分蘖期调查记录各小区稻纵卷叶螟、白背飞虱虫量、卷叶数，计算防治效果。

1.3.1防治稻纵卷叶螟药效计算方法 防治稻纵卷叶螟药效按下式计算：

式中：Jck为空白对照区卷叶率，Jt为有机药肥处理区卷叶率。

1.3.2防治水稻白背飞虱药效计算方法 防治水稻白背飞虱药效按下式计算：

1.4 数据分析与处理

试验数据采用Microsoft Excel 2010软件进行处理并绘制图表，采用SPSS 22.0软件进行数据间多重比较(Duncan’s法)。

2 结果与分析

2.1 有机药肥对水稻产量的影响

田间条件下，不同施肥处理对水稻产量的影响如图1所示。与对照相比，烟渣有机药肥和茶皂素有机药肥处理分别提高水稻产量22.29%和18.58%，其中，烟渣有机药肥处理与对照的差异达到显著水平，有机药肥处理间的产量则差异不显著。由以上结果可知，施用烟渣有机药肥和茶皂素有机药肥对水稻均有增产的效果，而且施用烟渣有机药肥的增产效果更明显。

图1 不同处理的水稻产量Fig.1 Rice yieldsof different treatments

2.2 有机药肥对水稻养分吸收的影响

由表2可知，在田间条件下，烟渣有机药肥处理和茶皂素有机药肥处理的水稻稻谷N、P、K 吸收量均大于对照，且烟渣有机药肥大于茶皂素有机药肥处理，但差异不显著；与对照相比，2种有机药肥处理水稻稻谷的N、P吸收差异达到显著水平，且烟渣有机药肥处理的K 吸收也达显著水平。从不同处理的水稻秸秆养分吸收量来看，2种有机药肥处理的水稻秸秆K 吸收量与对照相比均有提高且差异显著，N、P吸收量虽有提高但无显著差异，同时烟渣有机药肥处理比茶皂素有机药肥处理的水稻秸秆N、P、K 吸收量高，但差异不显著。以上结果表明，施用烟渣有机药肥和茶皂素有机药肥后，能提高水稻稻谷和秸秆养分吸收量，施用烟渣有机药肥和茶皂素有机药肥对增加水稻稻谷N、P吸收量和秸秆K 吸收量有显著作用，且施用烟渣有机药肥对增加水稻稻谷的K 吸收量也有显著作用。

表 2不同处理的水稻养分吸收量1)Table 2 Nutrient uptakeof rice in different treatments kg·hm−2

2.3 水稻收获后土壤速效养分含量的变化

不同处理的水稻田土壤速效养分含量变化如表3所示。烟渣有机药肥处理的土壤速效养分含量均高于茶皂素有机药肥处理和对照，但差异不显著，烟渣有机药肥处理对提高土壤速效K 含量有显著作用。茶皂素有机药肥处理的土壤速效N 和K 含量高于对照，而土壤速效P含量低于对照，但是差异不显著。整体而言，有机肥部分替代化肥，收获后水稻土壤的速效养分与常规施肥差异不明显。可见，施用烟渣有机药肥和茶皂素有机药肥，在减少化肥施用量的同时水稻土的肥力没有降低。

表3 水稻收获后土壤速效养分含量1)Table 3 Content of soil available nutrients after rice harvest w/(mg·kg−1)

2.4 有机药肥的药效调查结果

在水稻分蘖期对稻纵卷叶螟的调查结果见表4。施用烟渣有机药肥和茶皂素有机药肥的水稻比对照水稻的卷叶率分别减少3.34%和2.10%，对稻纵卷叶螟的防治效果分别达到81.27%和51.09%。由此可知，施用烟渣有机药肥和茶皂素有机药肥对稻纵卷叶螟具有较好的防治效果，而且施用烟渣有机药肥的防治效果更明显。

田间条件下有机药肥对白背飞虱的防治效果见表5，施用烟渣有机药肥与茶皂素有机药肥的小区平均虫数均小于对照，其中，施用烟渣有机药肥处理的小区平均虫数与对照差异显著，2种有机药肥处理之间无明显差异。施用烟渣有机药肥和茶皂素有机药肥水稻的虫口减退率分别达到55.74%和37.70%。可见，施用烟渣有机药肥和茶皂素有机药肥均能提高对白背飞虱的防治效果，能明显减少白背飞虱的虫数，施用烟渣有机药肥对白背飞虱的防治效果更好。

表4 有机药肥对稻纵卷叶螟的防治效果Table 4 Control effect of organic fertilizer on rice leaf roller

表 5有机药肥对白背飞虱的防治效果Table 5 Control effect of organic fertilizer on white-backed planthopper

3 讨论与结论

3.1 植物源有机药肥对水稻的产量与养分吸收量的影响

植物源有机药肥的施用能提高稻谷、秸秆养分吸收量，对水稻品质的提高有促进作用，与常规施肥相比，植物源有机药肥对水稻增产效果显著，施用烟渣有机药肥和茶皂素有机药肥分别使水稻增产22.29%和18.58%。有研究显示，对不同农作物施用植物源有机药肥，对产量、养分与品质有提高和促进作用，毕军等[17]研制发明的植物源药肥使花生品质、花生荚果产量有显著提高，增强植株抗逆性；吴传万等[15]将植物源药肥施用于黄瓜，使黄瓜显著增产增收，较常规施用化肥处理增产11.9%。在植物源有机药肥对水稻增产效果研究方面，王亚维等[18]在水稻常规施肥的情况下，增施有机药肥(以烟叶末和沼渣为配料)750 kg/hm2，提高了水稻经济性状和水稻产量。这是由于植物源有机药肥直接来源于植物材料，本身属于有机质，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，改善叶片光合作用，促进干物质积累，增强对病虫害的抗性，因此表现出促进生长、改良品质的效果[22]。

本研究还发现，不同有机药肥在水稻上施用的效果也有差异，这是由于水稻生长受到养分供应状况的制约，植物源有机药肥自身的养分含量不同，导致对水稻的养分供给量不同。烟渣有机药肥的养分含量比茶皂素有机药肥高，在相同施用量下，烟渣有机药肥的有机质、N、P2O5和K2O含量比茶皂素有机药肥分别高15.41%、28.26%、30.20%和92.23%，养分含量更高对农作物的生长与养分吸收具有更好的促进效果，因此增产效果更加显著。通过不同有机药肥的施用，了解其原料、养分的差异性，能帮助我们制定更加科学、合理的施肥方案。

有机肥与无机肥配施是科学增产的方法，维持作物产量需要适当的替代比例，若有机肥施用超过一定比例可能会降低水稻产量。目前，有研究发现，用有机肥完全替代化肥会导致农作物少量的减产，而有机肥部分替代则会起增产效果[23]。也有研究发现，有机肥最佳替代比例是15%～30%或20%～40%[24-25]。本研究的有机肥替代比例是20%，属于最佳替代范围内，既保证了养分的速效性，又减轻了施肥的环境负荷[26]。因此，通过对施用植物源有机药肥与化肥的比较，能为植物源有机药肥的施用量与施用方式提供一个既能促进农作物增产又能减少有机肥和化肥的投入量、降低成本的方案。

3.2 植物源有机药肥对大田土壤速效养分的影响

本研究施用植物源有机药肥对土壤的速效养分的损耗较少，这对土壤肥力的保持，促进农业生产的可持续发展具有重要意义。这是由于植物源有机药肥能改良、培肥土壤，平衡土壤养分，例如将印楝素提取后的印楝渣制成有机肥料应用于秋葵Abelmoschus esculentus种植上，能够改良土壤、平衡土壤养分、调节土壤有益微生物菌群[27]；苦豆子Sophora alopecuroides和牛心朴子Cynanchum komarovii残渣混配而成的药肥也具有相似功能[13]。现有研究发现，施用有机肥短期内对土壤N、P、K 速效养分提升作用不明显[28]，长期施用则会促使N、P、K 速效态养分得到明显增加[29]。本研究施用植物源有机药肥在土壤的改良上与有机肥表现出相同的效果，今后需要在土壤结构、微生物活性、养分转化等方面进行长期深入的研究,希望植物源有机药肥在土壤保护与农业可持续发展方面能发挥重要作用。

3.3 植物源有机药肥的药效研究

以水稻种植过程中常见的2种害虫稻纵卷叶螟和白背飞虱作为药肥的防治对象，在水稻生产上主要是喷施不同化学杀虫剂来防治这2种水稻害虫。参考不同化学杀虫剂在稻纵卷叶螟和白背飞虱的药效试验结果[30-32]，化学杀虫剂施用后对稻纵卷叶螟的防治效果在25%～90%之间，平均在80%以上，对白背飞虱防治效果均在90%以上。其他植物源农药在水稻应用上，叶龚灵等[33]在田间试验中喷施不同浓度的藜芦碱和印楝素，对水稻纵卷叶螟的防治效果在56.20%～68.66%。在对白背飞虱的防治研究上，喷施φ为1%～5%的印楝素后，对白背飞虱的防治效果在62.1%～93.2%[34]。本研究中的2种植物源有机药肥分别含有生物活性成分烟碱和茶皂素，施用后对稻纵卷叶螟的防治效果分别为81.27%和51.09%，对白背飞虱的防治效果(虫口减退率)分别为55.74%和37.70%，施用烟渣有机药肥对水稻害虫的防治效果优于茶皂素药肥。从化学农药对稻纵卷叶螟和白背飞虱的防治效果可看出其高效性，且由于其易于制造与配制而被广泛使用[35]，但是植物源农药和植物源有机药肥具有以下优点是化学农药不具备的：环境相容性好、生物活性多样、对高等动物及害虫天敌安全、药效较为缓和、持效期较长[12]。与喷施其他植物源农药相比，施用烟渣有机药肥和茶皂素有机药肥对稻纵卷叶螟的防治效果相似，对白背飞虱的防治效果则稍微偏低。这是由于烟渣有机药肥和茶皂素有机药肥中活性成分浓度低于其他植物源农药，且与其他植物源农药的施用方式不同也会造成结果的差异，但它们对水稻害虫均有明显的防治效果。因此，在施用植物源有机药肥后，可以减少普通化学农药的施用量，起到保护环境的作用。

3.4 结论

在本试验条件下，新型植物源有机药肥的部分替代常规肥施用均明显提高了水稻的产量，提高了稻谷养分吸收量，且能保持土壤肥力。对水稻害虫稻纵卷叶螟和白背飞虱的防治有明显效果，能减少化学农药施用量，减少环境污染。其中，烟渣有机药肥替代施用后的肥效与药效均优于茶皂素有机药肥，这可能与植物源有机药肥自身养分含量和生物活性成分(烟碱和茶皂素)含量有关。用植物源有机药肥部分替代化肥施用于水稻，为水稻栽培过程实现化肥农药的双减提供了新的技术途径，有利于农业可持续发展。