生物有機(jī)肥對(duì)小麥根腐病的防效及其機(jī)理初探

劉 蘋，張 博，齊軍山，林海濤，沈玉文，宋效宗，李慶凱,趙海軍

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部黃淮海平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/山東省環(huán)保肥料工程技術(shù)研究中心，山東濟(jì)南 250100； 2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，山東濟(jì)南 250100；3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410128； 4.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東濟(jì)南 250100)

小麥根腐病是在小麥整個(gè)生育期都可發(fā)生的一種重要病害，由麥根腐離蠕孢菌(Bipolarissorokiniana)、禾頂囊殼菌(Gaeumannomycesgraminis)、鐮孢菌屬(Fusariumspp.)等多種土壤病原菌單獨(dú)或復(fù)合侵染引起，一般可導(dǎo)致小麥減產(chǎn)20%～30%，嚴(yán)重時(shí)達(dá)50%以上[1-2]。近年來(lái)，由于栽培模式單一化，如小麥-玉米一年兩作的常年種植、秸稈還田和免耕栽培大面積實(shí)施等，在很大程度上造成病原菌在耕層土壤中不斷累積，同時(shí)受重施化肥、輕施有機(jī)肥、大水漫灌等因素的影響，小麥根腐病的發(fā)生程度日趨嚴(yán)重，給國(guó)家糧食安全和農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)造成了巨大威脅[3]。

目前，小麥根腐病的防治仍以化學(xué)防治為主，雖然防治效果較為明顯，但由之帶來(lái)的負(fù)面影響不容忽視，如土壤中的有益微生物種群被破壞、重金屬污染等[4-7]。關(guān)于生防微生物防治小麥根腐病的研究較多，如生防菌Chaetomiumsp.、Idriellabolleyi和Gliocladiumroseum能明顯抑制土壤中B.sorokiniana的生長(zhǎng)[8]；生防菌Clonostachysrosea能有效降低田間Fusariumspp.的數(shù)量[9]；對(duì)土傳病害防效明顯的木霉菌株能明顯抑制B.sorokiniana的生長(zhǎng)[10]；從土壤中分離得到的s-930-6 拮抗放線菌發(fā)酵液提取物能明顯抑制小麥根腐病菌[11]；番茄早疫病菌拮抗放線菌10-4對(duì)小麥根腐病菌的抑制效果較好[12]等。但受生防微生物在自然條件下定殖能力差、防效不穩(wěn)定、成本高等因素的影響，大面積推廣應(yīng)用生防微生物防治小麥根腐病較為困難[13]。

土壤健康程度和土壤生態(tài)功能對(duì)植物土傳病害的發(fā)生有根本性的影響[14-15]。因此，通過(guò)恢復(fù)土壤健康進(jìn)行作物病害防治具有重要的實(shí)踐意義。通過(guò)施用生物有機(jī)肥、商品有機(jī)肥、農(nóng)家肥、堆肥等改善土壤微生態(tài)環(huán)境，豐富土壤微生物多樣性，提高土壤的健康質(zhì)量指標(biāo)，可以為防治作物土傳病害提供了借鑒[16]。有研究顯示，篩選針對(duì)特定致病病原菌的拮抗菌并制成生物有機(jī)肥產(chǎn)品能有效防治煙草、黃瓜、西瓜等作物的土傳病害[17-20]，但目前關(guān)于施用生物有機(jī)肥防治小麥根腐病害的研究尚不多見(jiàn)。因此，本研究通過(guò)盆栽試驗(yàn)，以不施有機(jī)肥為對(duì)照，初步探討了生物有機(jī)肥和普通有機(jī)肥對(duì)由禾谷鐮孢菌(Fusariumgraminearum)引起的小麥根腐病的防治效果及其作用機(jī)理，旨在為小麥根腐病的田間生物防治提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試小麥品種為濟(jì)麥22。供試禾谷鐮孢菌(F.graminearum)分離自田間小麥病株。供試肥料為復(fù)合生物有機(jī)肥(臨沂誠(chéng)舜生物科技有限公司，有效活菌數(shù)≥0.20億個(gè)·g-1，有機(jī)質(zhì)≥50%，N-P2O5-K2O≥6%)、微生物菌有機(jī)肥(青島海利寶生物科技有限公司，有效活菌數(shù)≥8 億個(gè)·g-1，有機(jī)質(zhì)≥72%，N-P2O5-K2O≥5%)、發(fā)酵干雞糞(江蘇恒源生物有機(jī)肥有限公司，N： 3%～7%，P2O5：2.2%，K2O：1.37%)、商品有機(jī)肥(史丹利農(nóng)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，有機(jī)質(zhì)≥45%，N-P2O5-K2O≥5%)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年3月16日至6月2日在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院飲馬泉試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行。采用盆栽試驗(yàn)法，設(shè)不施有機(jī)肥(CK)、1% 發(fā)酵干雞糞、 0.5%復(fù)合生物有機(jī)肥、0.5%微生物菌有機(jī)肥、 0.5%商品有機(jī)肥5個(gè)處理，每處理6次重復(fù)。各處理的百分?jǐn)?shù)均為添加的有機(jī)肥與盆栽用土壤的質(zhì)量比。試驗(yàn)用盆為直徑30 cm、高25 cm的陶土盆。

3月16日，取小麥-花生輪作農(nóng)田的0～25 cm土壤，過(guò)孔徑2 mm篩后將甲醛按照甲醛︰ 土=1︰500(V/M)加入土壤中，翻勻后覆膜封閉，滅菌5 d后將裝盆，每盆裝土14 kg。3月22日，將生長(zhǎng)一致的返青期未染病小麥移栽至盆中，每盆3株。待小麥恢復(fù)生長(zhǎng)后，于4月1日將4種肥料施至小麥植株根部土壤。施肥方法：控制土壤含水量為60%～70%，將距小麥植株2～8 cm深0～10 cm土壤全部挖出與肥料混勻回填至盆中。4月15日，按照3%(M/M)的比例將通過(guò)小麥粒擴(kuò)繁獲得的小麥根腐病病原菌禾谷鐮孢菌(F.graminearum)接種至小麥根部土壤。拌菌方法：控制土壤含水量為60%～70%，將距小麥植株2～8 cm深0～10 cm土壤全部挖出，與長(zhǎng)滿禾谷鐮孢菌的小麥?；靹蚝蠡靥钪僚柚?。為避免陽(yáng)光直射影響病原菌生長(zhǎng)，需用黑色塑料袋遮蓋接菌土壤。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤養(yǎng)分和酶活性測(cè)定

于小麥成熟期用土鉆(鉆頭直徑2 cm)取距小麥植株4～6 cm、深0～10 cm的土壤，每盆取3鉆混勻，參照鮑士旦[21]的方法測(cè)定土壤堿解氮、有效磷和有效鉀含量養(yǎng)分，參照關(guān)松蔭[22]的方法測(cè)定土壤脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性。

1.3.2 病情指數(shù)和相對(duì)防效測(cè)定

于小麥成熟期，調(diào)查各處理小麥根腐病的發(fā)病情況，計(jì)算病情指數(shù)和相對(duì)防效[13]。

病情指數(shù) = Σ(各級(jí)發(fā)病數(shù)×各級(jí)代表值)/(調(diào)查總株數(shù)×最高級(jí)別代表值)×100；

相對(duì)防效 = (對(duì)照病情指數(shù)-處理病情指數(shù))/ 對(duì)照病情指數(shù)×100%。

病情分級(jí)參照張 博等[23]的標(biāo)準(zhǔn)。0 級(jí)：根部無(wú)病斑；1 級(jí)：根部有褐色斑點(diǎn)，占根部的1%～10%；3級(jí)：少數(shù)根部變褐色，暈斑占根部的11%～25%；5級(jí)：多數(shù)根部變灰黃色，暈斑占根部的26 %～50 %；7級(jí)：全部根變灰黃色且腐爛，暈斑占根部的50%以上。

1.3.3 農(nóng)藝性狀調(diào)查

根腐病發(fā)病情況調(diào)查結(jié)束后，整盆收獲測(cè)定小麥植株地上部和根部干物質(zhì)積累量、株高、穗粒數(shù)、千粒重及產(chǎn)量等指標(biāo)[13,24]。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

采用Excel 2007 和SPSS 17.0處理數(shù)據(jù)，采用Duncans進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物有機(jī)肥對(duì)小麥根腐病的防效

從表1可知，與不施有機(jī)肥處理(CK)比較，4種有機(jī)肥處理均能有效降低小麥根腐病(F.graminearum)的發(fā)生程度。其中，復(fù)合生物有機(jī)肥對(duì)小麥根腐病的防治效果最好，防效為29.38%，其次為微生物菌有機(jī)肥，防效為27.91%，2種肥料間的病情指數(shù)無(wú)顯著差異，但均顯著低于對(duì)照。

2.2 生物有機(jī)肥對(duì)土壤酶活性和土壤養(yǎng)分的影響

由表2可知，施用有機(jī)肥均能明顯提高小麥根部土壤的脲酶、中性磷酸酶和蔗糖酶活性，其中，中性磷酸酶活性提高幅度最大，較對(duì)照增加28.43%～61.12%，脲酶和蔗糖酶活性較對(duì)照增加6.33%～18.87%和8.18%～9.04%。復(fù)合生物有機(jī)肥和微生物菌有機(jī)肥處理土壤中性磷酸酶活性明顯高于其他處理，與商品有機(jī)肥和不施有機(jī)肥處理間差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。同時(shí)，施用有機(jī)肥能顯著增加小麥根部土壤的速效養(yǎng)分含量(表2)，其中，有效磷含量增幅最大，較對(duì)照增加33.78%～56.76%，堿解氮和有效鉀含量分別較對(duì)照增加12.77%～20.01%和 8.41%～13.08%。復(fù)合生物有機(jī)肥和微生物菌有機(jī)肥處理土壤的有效磷含量均較高且顯著高于對(duì)照，分別較對(duì)照增加56.76%和49.74%。

2.3 生物有機(jī)肥對(duì)小麥生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響

由表3可知，4種有機(jī)肥均能促進(jìn)小麥地上部和根系的生長(zhǎng)，提高籽粒產(chǎn)量。其中復(fù)合生物有機(jī)肥的促進(jìn)效果最佳，其株高、地上部干物質(zhì)積累量、根部干物質(zhì)積累量、穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量分別較對(duì)照增加 8.08%、37.32%、37.50%、 14.27%、17.16%和 40.77%(P<0.05)；微生物菌有機(jī)肥對(duì)小麥地上部干物質(zhì)積累量，以及發(fā)酵干雞糞對(duì)小麥株高的促進(jìn)作用也達(dá)到顯著水平，分別較對(duì)照增加20.42%和5.24%。

表1 不同處理下小麥根腐病的發(fā)病情況Table 1 Status of Fusarium graminearum disease in wheat under different treatments

同列數(shù)據(jù)后小寫字母不同表示處理間在0.05水平上差異顯著。下同。

Different lower-case letters following data within the same column indicate significant difference at 0.05 level.The same as in tables 2 and 3.

表2 不同處理下小麥根部的土壤酶活性和土壤養(yǎng)分含量Table 2 Enzyme activities and available nutrients in rhizospheric soil of wheat inoculated with Fusarium graminearum under different treatments

表3 不同處理下小麥的農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量指標(biāo)Table 3 Growth and yield of wheat inoculated with Fusarium graminearum under different organic fertilizer treatments

3 討 論

土壤健康是指在生態(tài)系統(tǒng)界限內(nèi)維持生物生產(chǎn)力和環(huán)境質(zhì)量，并促進(jìn)植物、動(dòng)物健康的土壤功能的運(yùn)行能力[25]。土壤酶主要源自土壤中動(dòng)物、植物根系和微生物的細(xì)胞分泌物以及殘?bào)w的分解物，土壤酶活性是反映土壤健康的重要指標(biāo)之一[26]。本研究發(fā)現(xiàn)，與普通有機(jī)肥(發(fā)酵干雞糞和商品有機(jī)肥)相比，生物有機(jī)肥(復(fù)合生物有機(jī)肥和微生物菌有機(jī)肥)能有效防治小麥根腐病，促進(jìn)小麥生長(zhǎng)并提高其產(chǎn)量。這可能是因?yàn)椋阂皇巧镉袡C(jī)肥中的高效拮抗菌群能保護(hù)小麥根系免受病原菌侵害，減輕小麥根腐病的發(fā)生程度[27]；二是生物有機(jī)肥中的有益拮抗菌在根際大量定殖后能夠直接或間接地促進(jìn)植物生長(zhǎng)[24,28]；三是生物有機(jī)肥中的有機(jī)物質(zhì)能有效改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤的保水保肥及供肥能力[29]。本研究中，增施生物有機(jī)肥能明顯提高小麥根部土壤的脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性，促進(jìn)速效養(yǎng)分含量增加，說(shuō)明生物有機(jī)肥能有效活化土壤酶活性、加快土壤養(yǎng)分循環(huán)、改善土壤理化性質(zhì)，從而提高土壤健康狀況。

普通有機(jī)肥雖然能在一定程度上提高土壤酶活性，增加土壤速效養(yǎng)分含量，但對(duì)小麥根腐病的防治效果和對(duì)小麥的促生作用均低于2種生物有機(jī)肥，說(shuō)明，生物有機(jī)肥中的拮抗菌群和有益微生物在作物的抗病促生過(guò)程中有重要作用，同時(shí)生物有機(jī)肥中的有機(jī)物質(zhì)能給生防菌提供足夠的營(yíng)養(yǎng)和能源物質(zhì)，幫助生防菌在土壤中定殖和繁殖，從而促進(jìn)生防菌拮抗土傳病原微生物和促進(jìn)作物生長(zhǎng)等作用的發(fā)揮[30]。另外，復(fù)合生物有機(jī)肥和微生物菌有機(jī)肥對(duì)土壤中性磷酸酶活性和有效磷含量的促進(jìn)作用大于商品有機(jī)肥和發(fā)酵干雞糞，表明生物有機(jī)肥較普通有機(jī)肥能更有效地活化土壤磷酸酶活性，加快磷素循環(huán)，從而提高其抗病促生效果。這與宋 松等[17]、袁玉娟等[18]、王麗麗等[27]研究得出的生物有機(jī)肥對(duì)煙草青枯病和黃瓜枯萎病的防效高于普通有機(jī)肥的結(jié)果一致。

通過(guò)恢復(fù)土壤健康進(jìn)行作物病害防治是一個(gè)較為漫長(zhǎng)的過(guò)程[31]。本研究選用的2種生物有機(jī)肥產(chǎn)品雖然能夠有效防治由禾谷鐮孢菌引起的小麥根腐病，但防效并不是很理想，這是由于小麥根腐病的致病病原物種類多樣，常混合侵染，導(dǎo)致針對(duì)單一致病病原物的有機(jī)肥產(chǎn)品應(yīng)用效果不佳。由此提示，篩選出對(duì)小麥根腐病病原物拮抗性強(qiáng)的高效微生物菌株并制成生物有機(jī)肥產(chǎn)品的研究亟需開(kāi)展。建議在小麥根腐病的田間防治中除增施生物有機(jī)肥外，還應(yīng)采取深翻土壤、延期播種、采用無(wú)毒無(wú)污染的生物制劑拌種及后期生物防治等多種農(nóng)業(yè)生態(tài)措施相結(jié)合的方法，以進(jìn)一步達(dá)到減少農(nóng)藥用量，從根本上改良土壤生態(tài)環(huán)境、恢復(fù)土壤健康的目的，從而最終降低小麥病害發(fā)生、減少產(chǎn)量損失，促進(jìn)國(guó)家糧食產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。