一种预防颖壳畸形不闭合的水稻栽培方法与流程

本发明涉及水稻种植，具体涉及一种预防颖壳畸形不闭合的水稻栽培方法。背景技术：1、水稻“颖壳畸形不闭合”病，被命名为“青立病”或“旱青立病”，首例报道出现在1894年日本，我国相关报道最早出现在1960年，随后的30多年里也只是有零星报道。但是，近三十年来发生水稻“颖壳不闭合”病越来越普遍、对我国水稻单产的影响越来越大，轻病田一般减产10～30％，重病田则单产降至250kg/亩以下甚至绝收。据资料，安徽省2005-2008年发生水稻“颖壳畸形不闭合”病面积达180万亩，造成减收稻谷27.5万吨、经济损失4.05亿元；淮安市2017年、2020年发病面积分别达30万亩以上、55万亩以上，分别占该市当年水稻总面积的6.7%、11.9%，盱眙县黄花塘镇的一农户，曾经连续三年全因之近乎绝收。2、水稻“颖壳畸形不闭合”病的症状与表现：⑴病粒症状。有的颖壳短平、扭曲畸形，部分外颖顶端弯曲，偏向内颖顶部一侧不闭合；有的内颖变成针状甚至仅存外颖；有的护颖明显延长甚至与内外颖等长；有的内外颖扭曲使米粒变成黑细小；有的内外颖壳融为一体但正常结实；有的内外颖壳形状、大小都正常但不闭合；有的是仅存两个外颖的孪生颖花。⑵病穗症状。轻病穗上仅有1～5个“颖壳畸形不闭合”病粒，其余皆为颖壳正常、开花结实正常的健粒；有的重病穗上枝梗及颖花大量退化，仅有少量颖壳畸形的颖花；有的重病穗上一次枝梗量、二次枝梗量及其颖花量与健穗都无明显区别，但全是“颖壳畸形不闭合”病粒；有的重病穗的形态呈现严重扭曲状；有的重病穗的分支穗又是无一病粒的健穗。⑶病株表现。外观上病株在孕穗末期以前与健株并无明显区别，之后叶色渐深于健株，有时还伴随抽穗困难和分枝穗；同一稻株的十多个稻穗之间，毗邻田埂一侧的，可能全是无一病粒的健穗，而远离田埂一侧的，可能全是“颖壳畸形不闭合”重病穗。⑷病田表现。目前，已经不局限于晚稻或早稻、单季晚籼稻，也不局限于白土田、澄白土田、砂姜黑土和旱改水田；有的田块凸处发病凹处正常、有的田块凹处发病凸处正常；有的田块仅田边发病、有的田块除田边以外都发病、有的田块呈不成规则状发病；从不发病田块内50cm深坑，用坑四周熟土填平后就会发病；经常发病的田块，移去≥10cm厚的熟土层后肯定不再发病；重病田块以后并不一定再发病。3、关于水稻“颖壳畸形不闭合”病的病因，已经有很多假说：砷中毒假说、孕穗至抽穗期极端高温假说、土壤缺锌或缺硼假说、土壤障碍假说、颖花分化至抽穗开花期土壤水分供应急剧变化假说、多个种类除草剂的药害假说、重金属超标假说，┅┅，但尚无报道将其归因于土壤有机碳在兼氧条件下腐解所产生的化感物质的毒害作用。近三十年来，随着我国农民生活水平提高、炊火燃料改变和作物产量增长，我国各地直接还田的作物秸秆数量一直在不断增加，秸秆全量就地还田已经成为当前的新常态——越来越普及并且年年持续实施全量还田。即，当今时代，土壤有机碳的外部输入量增长迅猛，前所未有，打破了长期以来输入与腐解的原有平衡，例如在苏北地区小麦—水稻轮作田的耕层土壤中，水稻移栽时不仅有前茬小麦的根茬和秸秆500～750kg/亩，而且还有尚未腐解的前前茬水稻的秸秆残渣200～300kg/亩。根据前人研究成果：土壤有机碳腐解，包括作物秸秆还田后的腐解，是复杂的微生物学过程，腐解速度、腐解产物都受到温度、水分、土壤、栽培措施等众多因素制约，其中腐解速率随着温度的升高而呈指数级增长，相关极显著；土壤有机碳腐解产物的种类和数量，受到供氧状况、土壤肥力水平及酸碱度等因素影响，在富氧条件下最终的腐解产物是水、co2等无机分子，任何中间的腐解产物都不会积累，但在兼氧和厌氧条件下腐解时，则会有多种多样的小分子腐解产物并且会出现大量积累；作物秸秆的主要成分之一——木质素，最难腐解，在厌氧条件下完全不能腐解，在33℃以上高温和兼氧的条件下腐解时会出现酚类物质大量积累；酚类物质广泛存在于植物和土壤中，在单子叶植物根部的含量占根干重的2.1～4.4%，在耕层土壤中的含量最高可达2.6 g/kg；土壤中98%以上的酚类物质以被土壤胶体吸附的复合态存在，不溶于水，不能被植物吸收，能对植物产生毒害的是可被植物吸收的、可溶于水的自由态酚类物质，这是目前研究最多的、公认的、活性较强的一类化感物质，对植物生长有极显著的抑制作用，抑制种子萌发、影响膜系统功能、影响光合作用和呼吸作用、影响保护酶活性、影响内源激素功能、影响矿质离子吸收、影响根际土壤微生物区系与活性，还能导致根尖畸形；溶于土壤水中的自由态酚类物质与矿质离子形成暂时复合体，极不稳定，始终处于动态变化过程之中，会发生降解、聚合、矿化以及被土壤颗粒吸附；当土壤中自由态总酚浓度较高时，多数会被土壤微生物迅速降解，也有被土壤腐殖质和矿物胶体吸附，成为复合态酚，因此耕层土壤中自由态总酚含量一般仅18～60mg/kg土，达不到对作物构成生理毒害的水平（水稻，≥200mg/kg土），只有泡田耕整作业及随后的10天内，土壤中自由态总酚含量才可能超过200mg/kg土；进入植物体的酚类物质，正常情况下会迅速合成为对原生质无毒害的糖苷，然后经转运、被植物利用，如果在植株受到干旱胁迫或者根系生长不良时，则无法及时合成为糖苷，进而对原生质产生毒害作用。在土壤有机碳兼氧腐解或厌氧腐解的产物中，除了酚类物质，还有很多种类也是公认的化感物质，并且在植物中也广泛存在。但是，关于酚类物质或者土壤有机碳兼氧腐解或厌氧腐解的其它产物，对水稻颖花分化发育有无负面影响，至今尚未见相关研究报道。4、发明人团队2016-2022年在多个地点开展了水稻“颖壳畸形不闭合”病专题试验，试验结果如下：5、⑴2016年持续跟踪典型田块结果：盱眙县黄花塘镇杨庄村，麦茬杂交籼稻经常发生 “颖壳畸形不闭合”病，土质为黄棕壤，土壤有效的锌硼含量都正常，砷含量也远低于国家标准的限值。发明人从栽插当天（6月4日）持续跟踪观察到盛花期（8月10），在持续跟踪的17块稻田中，观察到有6块稻田发生了“颖壳畸形不闭合”病。⑴发病稻田的共同点是烤田过迟、复水过迟（幼穗2mm以上仍未复水），低洼田是除了田埂边以外的稻株都发病严重，高亢台田发病稻株则仅分布在紧临陡坡埂的50cm内；移栽后始终保持水层的稻田，颖花分化期时耕层土壤仍像黑色豆腐脑一样，却不发生“颖壳畸形不闭合”病；⑵出现清晰可辨的颖壳畸形颖花的最早日期（7月22日），在抽穗前15天、幼穗长度达1.3cm时；⑶水稻“颖壳畸形不闭合”病与前茬小麦秸秆还田与否、还秸量多少并不密切相关，前茬麦秸不还田的、休耕茬口田块也会发病。⑷拔节期叶面喷施过含锌硼钾叶面肥的，稻穗 “颖壳畸形不闭合”病发生程度明显减轻，结实率和产量明显提高。6、⑵2017年稻株拔起重栽试验：①在淮安市淮阴区丁集镇一块沙潮土杂交籼稻田，于颖花分化初期（7月23日）拔起两穴在高矮、叶色、茎蘖大小与数量等方面都相似的稻株，每穴稻株根系带黄泥2.0 kg左右，第一穴稻株拔起后先让根泥混合体的底部粘上5g麦秸细粉后再重新放入原位置的坑中，第二穴稻株拔起后直接重新放入原位置的坑中，随后20天内保持田间有水层，这两穴稻株上的所有稻穗都是健康的，无一“颖壳畸形不闭合”病粒。②在江苏省稻麦科技综合示范基地（淮安市），土质淤潮土，于颖花分化初期（7月24日）拔起两穴在高矮、叶色、茎蘖大小与数量等方面都相似的杂交籼稻植株，每穴稻株根系带黑泥2.5kg左右，第一穴稻株拔起后先让根泥混合体的底部粘上5g麦秸细粉并且包裹上一个不透水的塑料袋之后再栽入稻田，第二穴稻拔起后用相同的塑料袋包裹根泥混合体之后栽入稻田，随后20天内保持田间有水层，7月27日14：00室外气温37.0℃，两穴水稻在高矮、叶色、茎蘖大小与数量等方面仍然没出现任何可见的差异，但此时用红外测温枪测到第一穴稻株的体温是35.6℃、第二穴稻株以及周边稻株的体温都是29.2℃。8月18日，第一穴稻株完全抽出5个稻穗，每个稻穗的顶端5～20粒都是“颖壳畸形不闭合”病粒，第二穴稻株完全抽出8个稻穗，每个稻穗都是健康的，无一病粒，无一病穗。至8月25日两穴稻株上已抽出的稻穗总数都是11个，其中病穗数分别是5个、0个。即，在处理后的第4天，开始患上“颖壳畸形不闭合”病的稻株，在体温上就比正常稻株高出6.4℃。③在盱眙县马坝镇一块机插稻田，土质黄棕壤，日渗漏量3～5mm，于倒3叶期（7月25日）拔起4穴在高矮、叶色、茎蘖大小与数量等方面都相似的杂交籼稻植株，每穴稻株根系带黑泥2.0kg左右，把50g麦秸细粉撒在靠近田头的30cm×40cm田面上再反复踩踏，使麦秸细粉混入黝黑泥浆中，然后把4穴稻株栽入此处黝黑泥浆中，2天后灌水并长期保持水层。9月20日观察到，这4穴稻株中有3穴稻株内出现了“颖壳畸形不闭合”轻病穗，主茎穗全是病穗，病穗上有5～15个病粒。7、⑶2017年稻田复水过迟试验：江苏省稻麦科技综合示范基地（淮安市），土壤中重金属元素、砷元素的含量，皆在国家标准的限值范围之内，持续实施稻麦秸秆全量还田，水稻移栽时土壤中前茬麦根和麦秸以及前前茬稻秸残留物的总量≥850 kg/亩，在9号田的西10亩展示了南粳2728、连粳12、隆粳968、淮稻20、金粳818、扬粳239、沪早软粳、苏秀867、圣稻18、润农4号等生育期长短不同的常规粳稻58个，7月下旬未能进入实质烤田状态、8月10日至12日烤田至田面发白、脚踩无痕，抽穗日期范围在8月20日至9月1日，10月25日取样考种，58个粳稻品种全部出现了轻度的“颖壳畸形不闭合”病穗。8、⑷2017年严重超龄秧苗移栽试验：江苏省稻麦科技综合示范基地（淮安市），①在9号田的东4亩，为休耕茬口，前前茬秸秆也全部离田，把杂交籼稻科两优502、y两900的第二段秧苗的移栽日期延迟到7月7日、总秧龄天数达到63天，每个品种各栽了110穴，不仅都出现了抽穗不整齐现象，每穴稻株主茎穗的抽穗日期在8月8～10日、分蘖穗在8月18～24日，而且每穴稻株主茎穗都是“颖壳畸形不闭合”病穗。②在7号田的东5亩，把早熟粳稻机插秧苗的秧龄延长到45天、移栽日期延迟到6月28日，不仅主茎穗的抽穗日期在8月5日、分蘖穗在8月25日，而且每穴稻株主茎穗也都是“颖壳畸形不闭合”病穗。9、⑸人工气候箱高温试验：2018年至2021年的7月下旬至8月上旬（淮安市淮阴区常规粳稻进入颖花分化期前后的日期），总计23次利用人工气候箱进行高温对水稻颖花分化发育的影响试验。箱内温度设定30℃、35℃、40℃、42℃等4个档次，箱内光照恒定为100%，箱内相对湿度恒定为90%。从田间拔起处于颖花分化期的水稻植株，先放入人工气候箱内有浅水的方槽中3～4天，仍然存活的就再重新栽入稻田中。扬花期调查处理结果：无论水稻植株带根土还是不带根土，35℃以上处理2～4天都会使水稻幼穗生长停滞，42℃处理2天都会使60%以上稻株死亡，但处理温度从30℃到42℃，始终没有出现水稻“颖壳畸形不闭合”病穗；如果在稻株的根土混合体外粘裹5g麦秸细粉再用不透水的方便袋包好，30℃处理4天的稻株，以后就会出现“颖壳畸形不闭合”病穗，35℃处理2天以上的稻株则全部死亡。10、⑹盆栽稻株处理试验：2018年至2021年，每年在7月20日以后（倒5叶期至倒3叶初期）从机插常规粳稻金粳818大田拔起10～30穴稻株，有的保留根土，有的不保留根土，分别装入1.2 l透明塑杯中，移置于办公楼前的空地上，每天检查并补浇水。处理剂有：麦秸细粉、麦秸蒸煮液、麦秸腐解液、2～5mmol/l阿魏酸、2mmol/l肉桂酸、2mmol/l芥子酸、2～10mmol/l对羟基苯甲酸、2mmol/l丁香酸、2mmol/l对香豆酸、2mmol/l香草酸、1mmol/l苯醌、1mmol/l愈创木酚、1mmol/l对苯二酚、1mmol/l临苯二酚、1mmol/l间苯三酚。处理结束后稻株重新栽入大田，灌浆期调查处理结果：①麦秸细粉。用大量麦秸细粉处理保留根土的稻株，从倒4叶期开始处理会使剑叶未露尖已经枯亡或局部枯黄，从倒3叶期开始处理会出现“颖壳畸形不闭合”病穗，但病粒仅1～5个；②麦秸的蒸煮液和腐解液。对稻株生长有明显的抑制作用，但从未见有“颖壳畸形不闭合”病穗；③酚类物质。用以上各个酚类物质的不同剂量处理稻株，即使超高剂量处理导致稻株叶色迅速褪淡甚至接近死亡，也未出现“颖壳畸形不闭合”病穗；不同的酚类物质致使稻株叶色迅速褪淡所需的剂量也不同，其中芥子酸、肉桂酸、阿魏酸等所需的剂量较小，对羟基苯甲酸所需的剂量则很大。需要强调的是，盆栽试验有致命的缺陷，无论装入土量多少，盆栽环境都明显更有利于稻株的根系生长，都极难模拟出稻田土壤环境，特别是稻田土壤的氧化还原电位及其动态变化，而大多数存在于土壤中的化合物种类与形态、数量，会随着土壤氧化还原电位的变化而变化，土壤中自由态酚类物质也不例外。11、⑺田间注射酚类物质试验：2018年至2022年，每年在7月底8月初水稻进入倒2叶期时，选择田边1～2行的稻株，有杂交籼稻也有常规粳稻，①先剥开倒3叶叶枕、拔掉叶心（含有倒2叶的叶片、叶鞘和剑叶的叶片），再用1ml注射器向空腔注射200～500 ul酚类物质（酚类物质种类与制剂浓度同上，以下相同）；②用1ml注射器向第一伸长节间的空腔注射200～500 ul酚类物质；③拔掉叶心，用1ml注射器向幼穗部位的空腔、第一伸长节间的空腔分别注射200～500 ul酚类物质。4年间共处理了2500多个有效穗。稻穗全部抽出之后调查处理结果：仅2019年肉桂酸处理中出现一个颖壳形态正常但不闭合的病穗；其余2500多个处理穗，在处理当天田间有水层的条件下抽出来仍然全是正常的健穗，但经常出现分枝穗，在处理当天田间还处于田面发白有大裂的重烤田状态下全部不抽穗，死亡幼穗长度与处理当天的长度相近，同时期也处于田面发白有大裂的重烤田状态下对照稻株，则全部抽出了健穗，尽管有的稻穗上出现了大量颖花退化。12、发明人以上专题试验的结果表明，水稻“颖壳畸形不闭合”病发生的必要条件只有2个，一是土壤中有足够数量的有机碳，二是水稻颖花分花期要么还处于烤田状态，要么处于刚活棵不久或者刚从严重僵苗转为正常，即，处于颖花分花期的稻株大量吸收了土壤有机碳兼氧腐解所产生的化感物质，同时又超过了稻株自身无害化利用的能力，进而受到毒害。发明人因此认为：水稻“颖壳畸形不闭合”病，是水稻植株颖花分化期前后受到土壤有机碳兼氧腐解所产生的化感物质毒害所致，完全可以排除孕穗至抽穗期极端高温假说、颖花分化至抽穗开花期土壤水分供应急剧变化假说、土壤缺锌或缺硼假说、土壤障碍假说，重金属超标、砷中毒与多个种类除草剂的药害只是个别田块的致病因素。另外，在外部有机碳源源不断大量输入土壤的当今时代，无需持续不间断地实施作物秸秆还田，土壤中有机碳量也足以导致水稻“颖壳畸形不闭合”病严重发生；土壤有机碳兼氧腐解产物对水稻的毒害作用，并不局限于水稻颖花，剑叶受到毒害的症状是露尖时已经枯亡或某个部位出现自然损伤；开始患病稻株上可用于大田早期检出的症状是病株体温异常升高。13、根据发明人研究结论，创新地提出针对性栽培方案，用之于指导我国水稻生产采取行之有效的综合性防控措施，改掉以往不合理的一些做法，控减了稻田土壤有机碳兼氧腐解化感物的积累量以及稻株的吸收量、增强稻株自身无害化利用化感物质的能力，进而控减化感物质对水稻生长发育、高产形成的众多负面影响，把我国水稻“颖壳畸形不闭合”病发生概率及发生程度降至最低，促进我国水稻单产进一步提高，同时实现用地与养地良性相结合，对于保障我国口粮安全、全社会稳定具有重要的现实意义。技术实现思路1、本发明要解决的技术问题是：基于发明人研究结论----水稻“颖壳畸形不闭合”病是颖花分化期前后受到土壤有机碳兼氧腐解所产生的化感物质毒害所致，本发明通过控减土壤有机碳兼氧腐解所产生化感物质的积累量以及稻株的吸收量、增强稻株自身无害化利用化感物质的能力，进而控减化感物质对水稻生长发育、高产形成的众多负面影响，包括预防“颖壳畸形不闭合”病发生，进而进一步提高水稻产量。2、本发明通过以下技术方案实现：3、一种预防颖壳畸形不闭合的水稻栽培方法，包括：4、⑴合理还田：前茬收割时秸秆机械粉碎化还田，要求粉碎后的秸秆长度≤5cm。根据土壤的渗漏性能大小决定前茬秸秆的还田量、还田深度、有水耕整耙的总次数，即当稻田日渗漏量≥ 20mm、6～19mm、≤5mm时，前茬秸秆的还田量分别要求≤750kg/亩、≤700 kg/亩、≤500 kg/亩，秸秆还田深度分别要求≤18cm、≤15cm、≤10cm、有水耕整耙的总次数分别要求≤4次、≤3次、1次。水稻分蘖期开挖田内沟系，围沟距四周田埂≤65cm，畦沟每隔4～5m开挖一条，腰沟每隔20m开挖一条，沟深≥12 cm，确保沟沟相通、灌排通畅。5、⑵适期移栽：抢早浅栽适龄期秧苗；严禁栽插已经进入预估抽穗日期前45天之内的秧苗。6、⑶优化水管：带土的中小苗，薄水插秧，活棵返青前保持田面湿润，洼塘内断水后灌跑马水1次；不带土的大苗，薄水插秧，活棵返青前保持浅水层，活棵后排水露田1～3天。分蘖期每次灌3～5cm厚的水层，自然落干后隔1～2天再灌新水。烤田强调“时到不等苗”，到了预估抽穗日期前45天立即排水，烤田期间若遇大雨要及时排干积水，烤田程度以田不陷脚、土不粘脚为宜，切忌烤田至泥面发白、出现大裂缝的程度。到了预估抽穗日期前30天时立即复水，切忌一次性灌上深水，先灌跑马水1次，落干后隔1天再建立水层。拔节至扬花期浅水勤灌，灌浆结实期保持田间干干湿湿，前水与后水间隔时间不断加大。遭遇≥33℃高温或≤22℃低温的天气，灌≥7cm厚的水层。根据土壤特性酌情在成熟前15～7天断水。7、⑷综合防控。8、进一步地，步骤（1）合理还田，具体地，进一步改进方案是，当稻田日渗漏量≤5mm时，要求灌水耙平之前先旱耕旱整，作业质量达到“土壤细碎、田面平整”；空白茬稻田、茬口衔接宽松的稻田，提倡耕翻晒垡一段时间。9、更进一步地，步骤（4）综合防控，具体地，发生过“颖壳畸形不闭合”病田块，避免偏施氮肥和基蘖肥中化学氮肥过重，基面肥增施促进秸秆无害化腐解的菌肥，分蘖肥增施钾肥，拔节以后要求喷施含锌、硼、硅等成份的叶面肥。喷施除草剂的前后7天内，严禁喷施有机磷类杀虫剂；严禁超量使用茎叶处理型除草剂，拔节以后禁止化除。分蘖期出现僵苗的田块，立即脱水露田、喷施含磷、锌的叶面肥和生物刺激素。遭遇33℃以上高温天气，化学防治要求“药剂不超量、兑水充足、田内有水层、两次喷药间隔5天以上”。10、本发明与现有防止颖壳畸形不闭合技术相比，具有以下2个明显优点：11、1、本发明针对性强。本发明基于发明人自已的研究结论——水稻“颖壳畸形不闭合”病是颖花分化期前后受到土壤有机碳兼氧腐解所产生的化感物质毒害所致，创新地提出针对性栽培方案，用之于指导我国水稻生产，通过控减土壤有机碳兼氧腐解化感物的积累量以及稻株的吸收量、增强稻株自身无害化利用化感物质的能力，有效降低水稻“颖壳畸形不闭合”病的发生概率及发生程度，进而促进我国水稻进一步提高单产。12、2、本发明丰产性好。本发明根据渗漏能力不同类型的稻田特点，实施合理还田、适龄壮秧移栽、优化水分管理、增施磷钾锌硼等肥、增施促进秸秆无害化腐解的菌肥、综合防控等措施，实现大田稻株健壮、群体健康，有利于促进水稻单产进一步提高。