生物炭配施微生物菌劑對白菜根腫病防控效果研究

解國玲，張智浩，吳流通，劉佳偉，徐權(quán)杰，付克劍，聶 強(qiáng)，張繼來，林 春，陳文華，蘇友波

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，昆明 650201；2.紅河恒林化工有限公司，云南 彌勒 652399；3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，昆明 650201；4.保山學(xué)院資源環(huán)境學(xué)院，云南 隆陽 678000)

【研究意義】白菜是人們生活中不可缺少的蔬菜之一。2019年國家農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心調(diào)查結(jié)果顯示，中國白菜種植面積達(dá)到2.64×106hm2，總產(chǎn)量達(dá)到1.14×108t，種植面積逐步擴(kuò)大的同時，消費(fèi)量也位居蔬菜之首[1]。近年來，隨著蔬菜大面積運(yùn)輸、氣候條件的變化和土壤酸化等因素的影響，白菜根腫病的發(fā)病面積和危害程度不斷增加，導(dǎo)致白菜的產(chǎn)量和品質(zhì)都大大降低，一定程度上影響了自身產(chǎn)業(yè)甚至蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，根腫病的防治引起了科研工作者的關(guān)注。蕓薹根腫菌(PlasmodiophorabrassicaeWoronin)是一種專性寄生于十字花科植物上的病原菌，形成的病害即為根腫病[3]。根腫病是十字花科蔬菜如油菜、甘藍(lán)、白菜等影響較為嚴(yán)重的土傳病害，其病原菌在土壤中存活時間久[4]，給病害防控造成一定困難，在國外最早發(fā)現(xiàn)于1736年的英格蘭和南歐的地中海西部，后來在前蘇聯(lián)(1872年)被發(fā)現(xiàn)。目前，在北美、歐洲和亞洲的日本等地根腫病已成為危害十字花科植物的重要病害，每年在世界范圍內(nèi)造成10%～15%的損失。中國最早報道根腫病是在1936年，現(xiàn)主要分布在長江中下游、西南等地，發(fā)病率為35%～100%，損失為20%～90%[6-7]，年危害面積為(3.2～4.0)×106hm2，占總數(shù)十字花科作物種植面積的30%以上。在病害發(fā)生嚴(yán)重的年份，根腫病發(fā)生面積達(dá)到9.0×106hm2，平均損失20%～30%，嚴(yán)重地塊受影響產(chǎn)量損失大于60%[9]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】十字花科植物根腫病防治包括輪作、石灰、抗性品種和農(nóng)藥(如喹酮、百菌清、氟磺胺和氟嗪南)防治[11]。化學(xué)方法最有效也最常用，但也存在一些缺陷，如長期施用殺菌劑會導(dǎo)致病原菌對殺菌劑產(chǎn)生抗性、化學(xué)污染和對食品質(zhì)量的影響，也對土壤、環(huán)境、人類及動物健康帶來潛在風(fēng)險。另外，作為控制根腫病的主要途徑，輪作和種植攜帶主要抗性基因的品種[3，12]已經(jīng)顯示出它們的局限性，針對目前的現(xiàn)狀，有必要探尋以生態(tài)為設(shè)計理念的防治方法，并基于微生物調(diào)控病害的機(jī)制為防治土傳病害的傳播探索新的技術(shù)和方法。植物相關(guān)微生物群越來越被認(rèn)為是植物健康和病原菌抑制的重要決定因素，微生物制劑和生物農(nóng)藥的開發(fā)和利用是綠色防控的有效手段，也是提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。大量研究表明，微生物制劑中很多微生物可以抑制根腫大，但是目前僅有鏈霉菌、木霉菌、枯草芽胞菌等少數(shù)菌受到關(guān)注[13]。【本研究切入點(diǎn)】通過早期使用拮抗菌，在白菜生長初期使其在根際定植，占據(jù)生態(tài)位，同時使植物自身產(chǎn)生抵抗力，為植物提供有效保護(hù)?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究在前期研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合祥云縣白菜根腫病的發(fā)病狀況，開展微生物菌劑和生物炭對白菜根腫病防治效果的研究，分析生物炭配施微生物菌劑對土壤基本理化性質(zhì)的影響及土壤理化性質(zhì)與發(fā)病率的相關(guān)性分析，以期為根腫病的生物防治提供新的技術(shù)方法。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)大白菜品種為‘寒玉快菜’，為雜交種，結(jié)球和葉用兼用型，主要食用為幼苗部分及半成株。植株生長速度快，整齊，株高約30 cm，開展度約25 cm，單株重0.4 kg左右，內(nèi)心黃色，耐貯運(yùn)，播種后30～50 d收獲。高抗蕪菁花葉病毒病、霜霉病、軟腐病、黑斑病，不抗根腫病。耐熱、耐濕性較差，耐抽薹性中等。哈茨木霉菌劑、枯草芽孢桿菌劑購買于山東施美特農(nóng)業(yè)科技有限公司，哈茨木霉菌有效活菌數(shù)≧10億/g，枯草芽孢桿菌有效活菌數(shù)≧200億/g。生物炭購買于河南星源環(huán)保材料有限公司，玉米秸稈在600 ℃的高溫下采用炭化工藝制作，pH 8.46、全碳35.85%、全氮0.67%、全磷1.23%、有機(jī)質(zhì)40.18 g/kg、有效磷125.21 mg/kg。復(fù)合肥(N-P2O5-K2O=17-17-17)總養(yǎng)分≧51%購買于香港福康農(nóng)業(yè)科技有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2021年6—9月在大理祥云縣劉廠鎮(zhèn)進(jìn)行。該地多年連續(xù)種植大白菜，受根腫病的高度影響，試驗(yàn)前茬種植時該病發(fā)病率為60%以上。田間試驗(yàn)設(shè)置8個處理，3次重復(fù)，24個小區(qū)隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，各小區(qū)呈矩形，面積為24 m2，各處理材料不同，分別為處理CK(對照)，處理BC(生物炭30 t/hm2)，處理HZ(哈茨木霉 15 kg/hm2)，處理SE(枯草芽孢桿菌15 kg/hm2)，處理BH(生物炭30 t/hm2+ 哈茨木霉15 kg/hm2)，處理BS(哈茨木霉15 kg+枯草芽孢桿菌15 kg/hm2), 處理HS(哈茨木霉15 kg/hm2+ 枯草芽孢桿菌15 kg/hm2), 處理BHS(生物炭30 t/hm2+ 哈茨木霉15 kg/hm2+ 枯草芽孢桿菌15 kg/hm2)。出苗后每隔10 d用菌劑兌水灌根1次，之后各處理追肥和日常管理都相同，都采用水溶肥直接追施。生物炭只在第1茬種植前施用。

1.3 田間調(diào)查

1.3.1 田間調(diào)查內(nèi)容 小區(qū)株行距為30 cm×40 cm，按每處理面積測算不同處理小區(qū)密度、發(fā)病率、單株生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量以及公頃產(chǎn)量等。

1.3.2 田間調(diào)查根腫病評價依據(jù) 參照相關(guān)資料公布的根腫病分級標(biāo)準(zhǔn)[16]，制定對祥云縣根腫病調(diào)查評價的標(biāo)準(zhǔn)如表1所示，計算發(fā)病率、病情指數(shù)、防治效果。

(1)

(2)

(3)

1.4 土壤樣本采集

白菜種植前先取樣，收獲時取樣1次，各處理不同的單元采用對角線5點(diǎn)取樣法，采集5棵白菜根部10～20 cm的土壤樣品，將5個土壤樣品混合后放入一個土壤樣品密封袋中。采集樣品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行自然干燥、過篩進(jìn)行指標(biāo)測定。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

使用軟件Microsoft Excel 2010處理所有數(shù)據(jù)，SPSS 26.0進(jìn)行統(tǒng)計分析和相關(guān)分析，使用軟件Origin 2018繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對白菜根腫病防效的影響

從表2可知，各處理對白菜根腫病均具有不同程度的防治效果，兩茬種植的結(jié)果第2茬效果比第1茬好，以處理BHS(生物炭 + 哈茨木霉 + 枯草芽孢桿菌)防治效果最佳，達(dá)到76%；其次為處理RH(生物炭+ 哈茨木霉)，而單獨(dú)施用生物炭和單獨(dú)施用微生物菌劑的效果都低于兩者混施，可見施用生物炭的處理利用生物炭較大的比表面積和多孔結(jié)構(gòu)能夠?yàn)槲⑸锒ㄖ蔡峁┝己玫奈h(huán)境，促進(jìn)土壤有益微生物的生長，為微生物創(chuàng)造適宜的生長條件，對抑制根腫病具有顯著效果。

表2 生物炭配施微生物菌劑對白菜根腫病的防治效果

2.2 不同處理白菜的增產(chǎn)效果分析

通過施用生物炭和微生物制劑防治大白菜根腫病，保證了大白菜的養(yǎng)分吸收和正常生長，顯著提高了大白菜的生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。不同處理的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量兩茬平均提高31.75%～102.18%(表3)。與對照相比，其兩茬種植經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量分別平均提高93.75%、82.94%、56.95%、63.41%、31.75%、75.4%、102.18%，相比之下增產(chǎn)效果最好的是處理BHS(生物炭 + 哈茨木霉 + 枯草芽孢桿菌)，效果可達(dá)102.18%，其次是處理BC(生物炭)，增產(chǎn)效果僅次于處理BHS。處理HZ、BH、BS效果不顯著。

表3 生物炭配施微生物菌劑對白菜產(chǎn)量的影響

2.3 不同處理對土壤理化性質(zhì)的影響

2.3.1 不同處理對土壤pH的影響 如圖1所示，pH 6.96～7.68。利用生物炭和微生物菌劑處理后的土壤pH均增加，與對照組相比，處理BC和BHS具有顯著差異，處理HZ、SE和HS則差異不顯著。處理BC(生物炭)和BHS(生物炭 + 哈茨木霉 + 枯草芽孢桿菌)pH均達(dá)到7.5以上，主要原因可能是生物炭本身呈堿性，從而提高了土壤pH，因?yàn)楦[菌孢子喜歡酸性環(huán)境，所以提高土壤 pH可以有效抑制根腫病的侵染。

圖1 不同處理對土壤pH的影響

2.3.2 不同處理對土壤有機(jī)質(zhì)的影響 在生物炭處理下，第1和第2茬土壤有機(jī)質(zhì)都達(dá)到60 g/kg以上，如圖2所示，整體來看，不同處理下土壤有機(jī)質(zhì)均有增加，高達(dá)73.33 g/kg，與處理CK相比，處理BC、BH、BS、BHS表現(xiàn)出顯著差異，相反，處理HZ、SE和HS沒有差異，兩茬結(jié)果一致。研究發(fā)現(xiàn)，隨著土壤有機(jī)質(zhì)含量減少發(fā)病程度會逐漸加重，嚴(yán)重發(fā)病的土壤與中輕度發(fā)病的土壤有機(jī)質(zhì)含量存在顯著性差異。由此推斷，增加有機(jī)質(zhì)含量可以有效抑制根腫病的發(fā)生和傳播。

圖2 不同處理對土壤有機(jī)質(zhì)的影響

2.3.3 不同處理對土壤速效氮、磷、鉀的影響 本試驗(yàn)地的堿解氮、速效磷和速效鉀含量均較高。如圖3所示，種植第1茬時，處理BC、BH、BS、BHS的土壤堿解氮含量均在150 mg/kg以上，較比處理CK分別顯著提高33.4%、21.1%、24%、37.5%。在種植第2茬時，與處理CK相比，除處理BC堿解氮含量具有顯著差異外(P<0.05)，其余處理均無顯著差異。

圖3 不同處理對土壤堿解氮的影響

如圖4所示，土壤速效磷總體含量較高，其含量為159.69～23.79 mg/kg，在第1茬中，與處理CK相比較，除處理HZ和SE外，其他處理速效磷含量都顯著高于處理CK(P<0.05)，含量最高是處理BHS，其次是處理BC，分別比處理CK提高37.7%和28.9%。第2茬各處理土壤速效磷含量與經(jīng)1茬趨勢相同。

圖4 不同處理對土壤速效磷的影響

如圖5所示，土壤速效鉀含量均在400 mg/kg以上，最高達(dá)到527.34 mg/kg，兩茬土壤速效鉀含量趨勢一致。處理BC和BHS的速效鉀含量顯著高于處理CK，分別提高25.3%、26.4%(P<0.05)，其余處理間均沒有差異。

圖5 不同處理對土壤速效鉀的影響

2.4 白菜根腫病發(fā)病率和病情指數(shù)與土壤養(yǎng)分相關(guān)性

由表4所知，發(fā)病率與病情指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與速效鉀呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與pH、有機(jī)質(zhì)、速效磷呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，表明pH越低，發(fā)病越嚴(yán)重，有機(jī)質(zhì)和速效磷含量越低，發(fā)病越嚴(yán)重。病情指數(shù)與pH、速效磷呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。

表4 白菜根腫病發(fā)病率和病情指數(shù)與土壤養(yǎng)分相關(guān)性分析

3 討 論

白菜根腫病的發(fā)生與土壤中微生物的關(guān)系非常密切，通過添加微生物菌劑，可顯著降低白菜根腫病的發(fā)生，明顯改善土壤微生物區(qū)系結(jié)構(gòu)，有效提高根際土壤微生物功能多樣性，促進(jìn)有益菌群生長，抑制致病菌生長[17]。生物菌劑還能為作物根系提供適合的微生態(tài)生長環(huán)境, 促進(jìn)根系的生長和增強(qiáng)根系的吸水吸肥能力，為作物植株的生長提供充足的水分和養(yǎng)料, 從而促進(jìn)作物生長[18]。本研究是根據(jù)前一階段篩選出對根腫塊具有強(qiáng)拮抗作用的生防菌株，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，哈茨木霉和枯草芽孢桿菌聯(lián)合施用能更好地促進(jìn)白菜根部土壤菌群結(jié)構(gòu)向拮抗菌群發(fā)展，從而提高白菜抗病性。生物炭的多孔結(jié)構(gòu)和豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，為微生物生長提供更好的生存環(huán)境，與微生物菌劑共同作用，提高微生物的豐富度[19-20]。

土壤環(huán)境是影響土壤傳染性病害產(chǎn)生的重要因素，在枯萎病等其他多種土壤傳染性病害都有關(guān)于土壤環(huán)境因素對病害抑制的報道[21]。十字花科根腫菌作為生活在土壤中的細(xì)菌，其浸染潛力、生存和侵入能力受到土壤的理化性質(zhì)和生物因素的影響[22]。生物炭和微生物菌的添加可以提高白菜根部土壤pH、有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀。這些指標(biāo)都與發(fā)病率有顯著關(guān)系負(fù)相關(guān)，對根腫病的發(fā)生和抑制起到一定作用。

土壤pH作為土壤的一種重要化學(xué)性質(zhì)，被廣泛認(rèn)為是影響根腫菌休眠孢子萌發(fā)、根毛感染、根腫脹病發(fā)生和根腫脹形成的因素之一[21]。Myers等[23]報道了根腫病菌的初侵染和腫根的形成在pH大于7.2時受到抑制；黃蓉等[25]對田間根腫病情進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)土壤pH在4.5～6.5時病情較重。在酸性條件下白菜根腫病發(fā)病率會顯著高于堿性條件。生物炭為堿性材料，其作用與石灰拌土的作用機(jī)理相似，當(dāng)添加到土壤后會顯著提高土壤pH，有降低根腫發(fā)病率和病情指數(shù)的效果。在實(shí)際生產(chǎn)過程中添加石灰，對根腫病有預(yù)防作用，但是容易引起土壤板結(jié)和破壞土壤耕層結(jié)構(gòu)，而使土壤的肥力降低，對作物的長期栽培不利。在實(shí)際生產(chǎn)中利用生物炭代替石灰使用，不但能防治根腫病，還可以改良土壤理化性質(zhì)，提升土壤肥力，促進(jìn)植物生長。

王婧等[26]研究表明，木霉菌、放線菌等微生物可利用營養(yǎng)物質(zhì)，在適宜的條件下繁殖，提高活性。另外，通過微生物之間的拮抗和競爭，可以直接作用于根部的病原菌，提高植物自身的抗性，以預(yù)防根腫病發(fā)生。馬賽等[27]研究發(fā)現(xiàn)，哈茨木霉菌對大白菜具有防病和促生作用，且較高濃度的哈茨木霉菌對大白菜根腫病有較好的防治效果，通過調(diào)節(jié)土壤和根際土壤微生物群落來發(fā)揮作用。本試驗(yàn)的研究結(jié)果與上述學(xué)者的研究一致，利用生物炭配合施用微生物菌劑，其添加生物炭的預(yù)防和治療效果與微生物作用有關(guān)。生物炭添加對微生物和養(yǎng)分調(diào)節(jié)作用的影響，有助于促進(jìn)哈茨木霉菌和枯草芽胞桿菌的繁殖和延長其生存期，抑制病原菌的浸染可以降低根腫病的發(fā)病。因此，生物炭對微生物的作用也是研究其預(yù)防和治療機(jī)制的研究方向。

土壤酸堿度、礦質(zhì)營養(yǎng)和微生物間的相互作用對根腫病的防控，都是通過給植株提供一個合適的生長環(huán)境，促進(jìn)植物生長和提升抗病性來降低根腫病的發(fā)病率。試驗(yàn)結(jié)果表明，添加生物炭有利于白菜的生長，對根腫病有良好的預(yù)防效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，生物炭和微生物的共同作用效果明顯，可以提升土壤pH、土壤有機(jī)質(zhì)和土壤速效氮、磷、鉀，有效抑制病原菌的生長，預(yù)防白菜根腫病。下一步可將生物炭作為微生物吸附菌劑，開發(fā)含哈茨木霉菌、枯草芽孢桿菌的吸附菌劑的復(fù)合功能型微生物菌肥，進(jìn)而更有效地抑制根腫病病原菌的生長。

4 結(jié) 論

田間試驗(yàn)結(jié)果表明，將生物炭和微生物菌配合使用，可以降低白菜根腫病的發(fā)病率，提高白菜的產(chǎn)量。此外，還能提高土壤理化性質(zhì)，其配合施用效果顯著高于單施。生物炭30 t/hm2+ 哈茨木霉15 kg/hm2+ 枯草芽孢桿菌15 kg/hm2兩茬種植平均防治效果達(dá)到73.84%，生物炭30 t/hm2+哈茨木霉15 kg/hm2處理的防治效果達(dá)到51.34%，生物炭30 t/hm2+哈茨木霉15 kg/hm2處理的防治效果達(dá)到45.84%；生物炭、不同微生物菌劑處理的白菜生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量顯著提高，增產(chǎn)31.75%～102.18%，二者配合施用對白菜病害防治具有協(xié)同增效的作用。