煙田蚯蚓現(xiàn)狀及與連作障礙、煙草青枯病間的關(guān)系

尹虎成，王瑞，夏鵬亮，舒照鶴*，張煒，向炳清，向穩(wěn)，王謙

(1.鶴峰縣煙葉分公司，湖北 鶴峰 445800； 2.湖北省煙草公司恩施州公司，湖北 恩施 445000； 3.湖北博智科技服務(wù)有限公司，湖北 鶴峰 445800)

蚯蚓存在于大多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)中，被稱為“生態(tài)系統(tǒng)工程師”，其對(duì)土壤理化性狀、土壤微生態(tài)、緩解連作障礙、促進(jìn)作物生長(zhǎng)方面有著廣泛的正效應(yīng)[1-3]。隨著農(nóng)藥和化肥的大量使用，有機(jī)肥費(fèi)時(shí)費(fèi)力在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中越來(lái)越少。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，連作煙田的蚯蚓較十多年前的數(shù)量有著驚人的下降幅度，甚至絕跡的田塊也并不少見(jiàn)。隨著蚯蚓田間數(shù)量的減少，施用化肥的數(shù)量也逐年上升。而以青枯病為代表的病害則日漸流行，不早發(fā)的田塊日漸增多，上部葉開(kāi)片程度和可用性遭遇挑戰(zhàn)。為了解田間蚯蚓的現(xiàn)狀，弄清楚蚯蚓對(duì)煙草連作障礙的破除機(jī)理，以及與煙草青枯病流行之間的關(guān)聯(lián)性，通過(guò)實(shí)際調(diào)查，將煙草分泌的一些主要酚酸添加到煙田土壤中，測(cè)試蚯蚓的取食偏好，并用捕捉到的野生蚯蚓在田間釋放，觀察其對(duì)上部葉生長(zhǎng)情況的影響，從而尋找恢復(fù)蚯蚓田間數(shù)量的可行性措施。

1 材料與方法

1.1 蚯蚓現(xiàn)狀調(diào)查

調(diào)查菜園3年以上的樹(shù)苗田、青枯病重病區(qū)、青枯病輕病區(qū)的蚯蚓數(shù)量。挖取表層厚16 cm的1 m2耕層土壤，計(jì)錄蚯蚓的條數(shù)。

1.2 蚯蚓取食性偏好測(cè)試

采用半管法測(cè)試蚯蚓取食偏好。取40 cm有機(jī)玻璃管，沿管內(nèi)徑用隔板分為兩個(gè)半圓柱空間，分別裝入不同成份的土壤，抽取隔板將蚯蚓引入有機(jī)玻璃管，讓蚯蚓自管一側(cè)向另一側(cè)運(yùn)動(dòng)取食。蚯蚓取食完成后，用瓊脂灌入固定蚯蚓取食通道。將取食道截成2 cm的小段，記錄每段里蚯蚓從哪種食料中通過(guò)，比較蚯蚓在兩種食料中通過(guò)的百分比，從而測(cè)試出蚯蚓的取食偏好。

肉桂酸添加入土壤的方法。稱取肉桂酸，用95%的酒精加到無(wú)沉淀后，邊噴邊絞動(dòng)土壤，噴完后搖動(dòng)混合1 min。將配好的土壤裝入玻璃培養(yǎng)皿，置于80 ℃恒溫箱烘除酒精成份。對(duì)照處理為加入等量酒精，走完上述程序。

土壤揀除異物，過(guò)0.9 mm的篩備用。設(shè)4個(gè)處理，分別為細(xì)碎田坎小路土、細(xì)碎煙田土、細(xì)碎煙田土比背景值多加入15 mg·kg-1的肉桂酸、細(xì)碎煙田土加背景值肉桂酸。

1.3 蚯蚓田間釋放測(cè)試

在當(dāng)?shù)仳球揪奂囊巴庵苯硬蹲津球?，將?shí)際捕捉到的蚯蚓分成15等份，按每株10 g蚯蚓的用量均勻施放入煙壟。采用間比法設(shè)計(jì)，重復(fù)2次。每株在根莖部位撒施玉米粉20 g作為食料。對(duì)照撒等量玉米粉。

2 結(jié)果與分析

2.1 蚯蚓現(xiàn)狀調(diào)查

由表1可以看出，農(nóng)村菜園的蚯蚓量最多，樹(shù)苗園次之，煙田偏少。而有青枯病發(fā)生的煙田蚯蚓量較少，特別是青枯病發(fā)病中心的量最少。青枯病的發(fā)病程度和蚯蚓的密度之間有著潛在的關(guān)聯(lián)性，即青枯病發(fā)病越重的區(qū)域，蚯蚓的數(shù)量越少，其間的因果關(guān)系和產(chǎn)生的原因尚不明確。

表1 不同田塊類別田間的蚯蚓密度

2.2 蚯蚓的取食偏好

由表2可以看出，蚯蚓對(duì)細(xì)碎田間小路土并未表現(xiàn)出明顯偏好，這否定了蚯蚓大規(guī)模向外遷徙的可能性。由此認(rèn)為，煙田蚯蚓數(shù)量的減少可能是煙田生態(tài)環(huán)境演變而造成。究其原因主要可能有5個(gè)方面：(1)滅生性除草劑形成的階段性食源短缺；(2)農(nóng)藥施用對(duì)蚯蚓產(chǎn)生的危害；(3)農(nóng)家肥用量的減少構(gòu)成的影響；(4)蚯蚓討厭含有煙堿的煙株殘留物；(5)機(jī)械化耕作的影響。由表3可以看出，蚯蚓對(duì)15 mg·kg-1肉桂酸有良好的趨性。

表2 蚯蚓的取食偏好

注：同列數(shù)據(jù)后無(wú)相同大小寫(xiě)字母分別表示組間差異極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05)。表3、5同。

表3 肉桂酸對(duì)蚯蚓取食偏好的影響

2.3 蚯蚓對(duì)肉桂酸的趨性

由表4可以看出，當(dāng)對(duì)照肉桂酸含量梯度達(dá)60 mg·kg-1時(shí)，趨性則不再明顯。而無(wú)論凈含量是多少，蚯蚓均能對(duì)15 mg·kg-1的肉桂酸含量梯度差異產(chǎn)生確定的選擇。由此推論，蚯蚓所能夠感知的是肉桂酸的含量梯度而不是凈含量，且對(duì)含量的梯度有著精細(xì)的分辨能力。由表5可以看出，蚯蚓的取食活動(dòng)有益于上部葉的生長(zhǎng)。

表4 蚯蚓對(duì)肉桂酸的趨性測(cè)試

表5 釋放蚯蚓對(duì)上部葉葉長(zhǎng)的影響

3 討論

3.1 蚯蚓的現(xiàn)狀

雖然土壤檢測(cè)數(shù)據(jù)中的大量元素等指標(biāo)一漲再漲，但土壤中蚯蚓數(shù)量越來(lái)越少。菜園子維持著相對(duì)較高的蚯蚓密度，這可能與離得較近且使用農(nóng)家肥較多有關(guān)。相對(duì)而言，樹(shù)苗地則有著和拋荒較相近的自然修復(fù)過(guò)程，因此，蚯蚓的密度回升也是比較正常的。試驗(yàn)表明，蚯蚓并非不喜歡煙田土而潛逃向周圍的小路碎土，其田間密度的減少與煙草栽培過(guò)程有著必然的關(guān)聯(lián)。

3.2 蚯蚓與連作障礙

肉桂酸是煙草根系分泌物的成份之一，也是煙草連作土壤中穩(wěn)定積累的物質(zhì)之一，同時(shí)也抑制根系的生長(zhǎng)[4]。張克勤等[5]研究表明，煙草連作土壤中的肉桂酸含量顯著高于輪作土。于會(huì)泳等[6]研究表明，肉桂酸含量在0～20 cm土壤中以連作2年最高，在0～40 cm土壤中的含量隨連作年限的增加而減少。顯然，土壤中的肉桂酸含量梯度是區(qū)分2年之內(nèi)的煙草根際土的標(biāo)志性化學(xué)成份。

蚯蚓對(duì)15 mg·kg-1的肉桂酸含量梯度表現(xiàn)出顯著的趨性。對(duì)于蚯蚓來(lái)說(shuō)，肉桂酸就是其判斷和取食根系分泌物的信號(hào)物質(zhì)。每株10 g的蚯蚓通過(guò)30 d左右的取食活動(dòng)，就能在上部葉的生長(zhǎng)指標(biāo)上產(chǎn)生差異，說(shuō)明在十多年連作的煙田，通過(guò)蚯蚓的取食活動(dòng)，煙草的連作障礙得到有效破除。而蚯蚓的活動(dòng)既能夠促進(jìn)植物殘?bào)w降解為酚酸，也能夠促進(jìn)酚酸的降解。畢艷孟等[7]推測(cè)蚯蚓的選擇性加速了某些化感物質(zhì)的降解，這種選擇性在本試驗(yàn)中得以確定。

而蚯蚓對(duì)高濃度的肉桂酸沒(méi)有興趣，可能是將其判斷為正在旺盛分泌化感物質(zhì)的鮮活根系。

綜上所述，蚯蚓并非只是簡(jiǎn)單的改變了土壤的某些物理性能，而是深度的參與和溶合入整個(gè)土壤生態(tài)系統(tǒng)，而蚯蚓和作物根系之間的信息傳遞和協(xié)同默契程度遠(yuǎn)超當(dāng)前的認(rèn)知。

3.3 蚯蚓與煙草青枯病

龍建亮等[8]研究表明，在赤細(xì)壤中，通過(guò)蚯蚓的活動(dòng)，變形菌門(mén)變形菌綱的豐度由0.94%降至0.62%，但遺憾的是他們并未進(jìn)一步對(duì)變形菌門(mén)下的雷爾氏菌進(jìn)行豐度檢測(cè)。當(dāng)然，厭氧的消化道環(huán)境顯然不利于煙草青枯菌的繁殖，這在蚯蚓釋放試驗(yàn)中也錄得發(fā)病進(jìn)程上的差異，但由于釋放時(shí)煙草青枯病已處于發(fā)病階段，這種間接的影響未達(dá)到顯著水平。

楊章明等[9]研究表明，有機(jī)酸能顯著刺激青枯菌的定殖與生長(zhǎng)，而由強(qiáng)到弱依次為肉桂酸、肉豆蔻酸、延胡索酸。因此，蚯蚓和煙草青枯菌形成實(shí)質(zhì)上的營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)和消減是大概率事件。

3.4 蚯蚓的恢復(fù)性栽培制度

根據(jù)檀曉萌[10]的研究，60%蕎麥皮+40%玉米芯是對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)相對(duì)最優(yōu)的配方。因此，需將蕎麥、玉米、胡羅卜及適當(dāng)?shù)拟}源考慮到與煙草的輪、套、間作中來(lái)，用上述作物作為有機(jī)物的主要來(lái)源，用壓青、堆肥、秸稈還田等措施來(lái)優(yōu)化蚯蚓田間生長(zhǎng)的食物來(lái)源。

3.5 蚯蚓生長(zhǎng)的限制性因子的排除

蚯蚓并非跑掉，也并非憑空消失，因此對(duì)煙田土壤中存在的限制性因子需展開(kāi)全面排查工作。

3.5.1 振動(dòng)因子對(duì)蚯蚓的影響

在恩施州廣泛存在的鄰近交通主干道的煙田大量出現(xiàn)較多的不早發(fā)的田塊，這一現(xiàn)象與蚯蚓比較喜歡安靜的習(xí)性形成合理的解釋，也即蚯蚓總是在各種不同的影響因子的權(quán)衡中，選擇相對(duì)理想的生長(zhǎng)環(huán)境，這個(gè)問(wèn)題很可能需要用偏施農(nóng)家肥的辦法來(lái)解決。

3.5.2 農(nóng)藥對(duì)蚯蚓的影響

熊康等[11]對(duì)溴敵隆、氰戊菊酯和哌蟲(chóng)啶對(duì)蚯蚓的毒害和生物富集進(jìn)行了研究確認(rèn)。肖遠(yuǎn)卓[12]研究表明，板蚓對(duì)啶蟲(chóng)脒、呋蟲(chóng)胺、噻蟲(chóng)胺、噻蟲(chóng)啉、烯啶蟲(chóng)胺和吡蟲(chóng)啉六種新煙堿類殺蟲(chóng)劑具有回避行為。蚯蚓的產(chǎn)繭數(shù)量對(duì)新煙堿類殺蟲(chóng)劑較敏感，在較低濃度下與對(duì)照組有顯著性差異。繭重和繭的形態(tài)也與農(nóng)藥的濃度有關(guān)，高濃度農(nóng)藥使繭重減輕，使繭體積變小變畸，若煙株本身產(chǎn)生的天然煙堿成份也有類似的副作用，就必須用輪作、套種、間作等栽培手段進(jìn)行必要的調(diào)節(jié)，從而把田間的蚯蚓保持在一定的可持續(xù)水平。

在蚯蚓釋放中發(fā)現(xiàn)，2個(gè)月后，翻開(kāi)釋放蚯蚓的煙壟，蚯蚓的保有數(shù)量很少，幾乎80%的蚯蚓未被再次找到。

4 小結(jié)

在現(xiàn)有的煙草栽培制度下，蚯蚓正在快速的減少，接近絕跡。試驗(yàn)表明，蚯蚓對(duì)15 mg·kg-1梯度的肉桂酸有著良好的取食偏好。當(dāng)梯度達(dá)到60 mg·kg-1時(shí)蚯蚓則不表現(xiàn)取食偏好。顯然其是通過(guò)肉桂酸的含量梯度感知來(lái)判斷根際分泌物及新鮮根系的不同。肉桂酸就是蚯蚓判斷和取食根系分泌物的信號(hào)物質(zhì)。

同一田塊，煙草青枯病較重的區(qū)域，蚯蚓的數(shù)量較少，而肉桂酸是蚯蚓和煙草青枯病菌尋找新鮮的煙草根際分泌物的共同信號(hào)物質(zhì)。因此，蚯蚓對(duì)煙草青枯菌的影響不僅僅是腸道內(nèi)厭氧的環(huán)境，還有通過(guò)取食肉桂酸定向影響煙草青枯菌根際環(huán)境的作用，蚯蚓與煙草青枯病之間存在確定的關(guān)聯(lián)性。