不同土壤处理剂对甜瓜连作障碍的修复作用

<p>不同土壤处理剂对甜瓜连作障碍的修复作用马 慧，杨瑞秀，盖晓彤，刘 畅，张照然，唐爽爽，高增贵(沈阳农业大学植物免疫研究所，沈阳110866)摘要：目的采用不同土壤处理剂对甜瓜连作障碍土壤的修复效果进行研究。方法采用高效液相色谱技术，测定使用腐殖酸类肥料、生物肥、土壤连作障碍修复剂和杀菌剂处理连作土壤后甜瓜根际土壤酚酸物质含量变化。结果各个处理的酚酸总量均有所下降，而土壤连作障碍修复剂、杀菌剂处理后，土壤中的酚酸总量、香草酸、香兰素、香豆酸、阿魏酸和肉桂酸含量均有明显降低。结论田间试验结果表明：土壤连作障碍修复剂、杀菌剂、腐殖酸类肥料、生物肥均利于增强植株的生长和产量的提高，降低甜瓜枯萎病的发生，其中以杀菌剂土壤处理后的甜瓜产量最佳。关键词：甜瓜；连作障碍；高效液相色谱；酚酸物质中图分类号：S482 文献标志码：A 文章编号：1006-0413(2018)10-0764-04Alleviating of Muskmelon Soil of Continuous Cropping Obstaclesby Different Soil Treatment AgentMA Hui, YANG Rui-xiu, GAI Xiao-tong, LIU Chang,ZHANG Zhao-ran, TANG Shuang-shuang, GAO Zeng-gui(Institute of Plant Immunology, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China)Abstract: Aims This study aims to investigate soil remediation effectiveness on the continuous cropping obstacle onmuskmelon treated with different soil treatment agents. Methods The compounds and phenolic acid content inmuskmelon rhizosphere soil treated with humic acid fertilizer, biological fertilizer, soil barrier repair agent andfungicides were determined by high performance liquid chromatography (HPLC). Results The contents of vanillin,coumaric acid, ferulic acid and cinnamic acid were significantly decreased in treatments of soil barrier repair agent andfungicide. Conclusions The results of field trial showed that the yield of muskmelon increased and the occurrence ofmelon wilt reduced in the treatments of fertilizer, biological fertilizer, soil barrier repair agent and fungicides. The yieldof muskmelon treated with fungicide was the best.Key words: muskmelon; continuous cropping obstacle; HPLC; phenolic compounds马慧, 杨瑞秀, 盖晓彤, 等. 不同土壤处理剂对甜瓜连作障碍的修复作用J. 农药, 2018, 57(10): 764-767.收稿日期：2018- 05- 23，修返日期：2018- 07- 02基金项目：公益性行业(农业)科研专项经费资助项目(201503110- 04)作者简介：马慧(1992)，女，硕士。E- mail：mahui_1205163.com。通讯作者：高增贵(1966)，男，研究员，主要从事农业植物病理学研究。E- mail：gaozengguisina.com。甜瓜连作障碍是制约甜瓜产量的重要原因，产生连作障碍的原因是非常复杂的，是多种因素综合作用的结果1-2。研究表明：自毒作用和土壤微生物区系失衡是产生连作障碍的重要因素3-7。甜瓜根系分泌的自毒物质对甜瓜植株的生长具有抑制作用，微生物活性和多样性是衡量土壤健康状况的重要指标，土壤微生物对外界环境的变化极其敏感，在连作条件下，根系分泌物和残茬腐解物在土壤中不断积累，使微生物活性和多样性发生改变，有益菌减少，有害菌增多，从而产生连作障碍8-13。目前市场上防治连作障碍的药剂很多，本研究基于腐殖酸类肥料、生物肥、土壤连作障碍修复剂和恶霉灵设置不同的处理，测定在不同土壤处理剂处理下，甜瓜根际土壤酚酸类物质的含量变化以及对甜瓜产量的影响，研究其防治甜瓜连作障碍的效果，旨在为预防及缓解甜瓜连作障碍提供理论依据。1 材料与方法1.1 试验材料供试甜瓜(Cucumis sativus L.)品种：棚帅甜王(河北沧州纯丰种业有限公司)。土壤处理剂：1.2 g/L腐殖酸类肥料，细胞分裂素水剂(山东华诺联邦农化有限公司)；生物肥：生物酵素活性菌肥颗粒剂(辽宁国美农牧集团生物有机肥有限公司)；土壤连作障碍修复剂：威菌素重茬灵粉剂(唐山市元龙科技有限Vol.57, No.10Oct. 2018农药AGROCHEMICALS第57卷第10期2018年10月DOI:10.16820/j.cnki.1006-0413.2018.10.018第10期公司)；杀菌剂：99%恶霉灵原药(威海韩孚生化药业有限公司)。酚酸类物质标样：阿魏酸、苯甲酸、香草酸、香豆酸、香兰素、肉桂酸、苯甲酸、对羟基苯甲酸、丁香酸、没食子酸、介子酸、咖啡酸、邻苯二甲酸、苯甲酸-4-甲基苯酯、苯甲酸苄基酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、龙胆酸、绿原酸、水杨酸、原儿奈酸、2,4-二丁叔基苯酚(上海Sigma生物科技有限公司)。1.2 土壤修复剂田间试验方法试验分别于2017年5、8月在沈阳农业大学甜瓜试验基地(已连作甜瓜3年)进行。试验共设6个处理，每个处理5次重复，随机区组排列，每小区面积20 m2，在甜瓜伸蔓期调查枯萎病的发病情况。处理：未种植过甜瓜的生茬土；处理：将腐殖酸类肥料(细胞分裂素)稀释800倍，均匀灌于植株根部，每株200 mL，每20 d施用1次；处理：将生物肥(生物酵素活性菌肥)按50 g/苗的比例施于土壤中用作基肥，在甜瓜伸蔓期按每棵苗150 g的比例追施于植株根部；处理：将土壤连作障碍修复剂(威菌素重茬灵)称取20 g修复剂与土壤拌匀用作基肥，在甜瓜伸蔓期再追施1次；处理：杀菌剂(99%恶霉灵)稀释2000倍，均匀灌于植株根部，每株200 mL，每7 d施用1次；CK对照处理：连作3年甜瓜的土壤，未采用土壤处理剂处理。甜瓜正常水肥管理，结果期，利用五点法采样，去除耕作层表面5 cm处土样，取其根际土壤 (距离根系1 cm内)，采用抖土法将根系上的土壤收集至已灭菌的自封袋中，然后将各新鲜土壤样品充分混合，进行自然风干处理。1.3 标准溶液的配制准确称取各标准品10 mg于100 mL容量瓶中，并用甲醇溶解定溶，则每种酚酸标准溶液质量浓度为100 mg/L。1.4 不同处理土壤酚酸含量的测定1.4.1 HPLC分析样品的制备将新鲜土壤样品置于阴凉干燥通风处，待其自然风干后去除土壤中的杂质，然后进行研磨，过筛。参照Dalton等14的方法进行土壤酚酸物质的提取。称取25 g土壤样品置于50 mL的离心管中，加入1 mol/L的氢氧化钠溶液25 mL，用100 r/min翻转摇匀仪摇30 min，再用超声振荡器振荡30 min，充分混匀。静置24 h后，在200 r/min的摇床上振荡30min，然后于8000r/min离心力下离心10min，分离上清液，用12 mol/L盐酸调节土壤溶液pH值至2.5，沉淀胡敏酸，静置2 h后，取上清液在8000 r/min离心力下离心10 min，分离上清液于4 保存，待分析测定。1.4.2 酚酸类物质HPLC分离和鉴定HPLC测定酚类物质的色谱条件：样品进样前须用0.22 m的微孔滤膜过滤，去除溶液中的杂质。测定土壤溶液中的酚酸类物质采用Agilent 1260高效液相色谱仪；色谱柱：SB-C18色谱分离柱(Agilent 4.6 mm×250 mm)；柱温：25 ；流速：1 mL/min；检测波长：280 nm；流动相A：甲醇(色谱级)；流动相B：pH值为2.8的乙酸水溶液(色谱级)，进样量：20 L，样品进行梯度洗脱，洗脱条件：0.015.0 min，30%A+70%B；15.016.0 min，50%A+50%B；16.030.0 min，70%A+30%B；30.050.0 min，100%A+0%。根据保留时间确定土壤中酚酸物质的种类，用外标法计算土壤酚酸含量。1.5 不同土壤处理剂对甜瓜生长性状和产量的影响株高的测定：在甜瓜结果期，每个处理随机选择15棵甜瓜植株，用直尺测定植株株高，从茎基部开始测量到植株的生长点。发病率的测定：在甜瓜伸蔓期和结果期分别调查甜瓜枯萎病的发生情况。待田间甜瓜坐果成熟后，对各个处理条件下的甜瓜果实进行称重并记录数据，计算不同处理条件下的甜瓜产量。2 结果与分析2.1 不同土壤处理剂对甜瓜根际土壤酚酸含量的影响甜瓜连作土壤使用不同土壤处理剂处理后，植株根际土壤中酚酸物质的种类见图1。图1 不同处理甜瓜土壤酚酸类物质和标准溶液液相色谱图400350300250200150100500mAU14567910 120 5 10 15 20 25时间/min350300250200150100500mAU14567910 120 5 10 15 20 25时间/min8 处理84003002001000mAU14 567 910 120 5 10 15 20 25时间/min350300250200150100500mAU14567 910 120 5 10 15 20 25时间/min88300250200150100500mAU14567910120 5 10 15 20 25时间/min400350300250200150100500mAU14567 910 120 5 10 15 20 25时间/min88对照80706050403020100mAU1 4567910120 5 10 15 20 25时间/min82311 13 14151617处理处理处理处理标准溶液马慧，等：不同土壤处理剂对甜瓜连作障碍的修复作用 765农药 AGROCHEMICALS 第 卷57根据酚酸保留时间可确定使用土壤处理剂处理甜瓜植株后，甜瓜根际土壤中含有9种酚酸物质，分别为没食子酸、对羟基苯甲酸、香草酸、丁香酸、香兰素、香豆酸、阿魏酸、苯甲酸和肉桂酸。土壤连作障碍修复剂、杀菌剂处理后连作土壤中的酚酸总量下降明显；而腐殖酸类肥料、生物肥处理后，与对照连作土壤相比酚酸总量下降不明显，但肉桂酸等对甜瓜具有自毒作用的酚酸含量有所降低，香草酸、香兰素、香豆酸、阿魏酸和肉桂酸含量均有所下降，见表1。表1 不同处理甜瓜根际土壤中酚酸类物质的含量 mg/kg干土(春茬)处理生茬土腐殖酸肥生物肥土壤修复剂杀菌剂连作土壤没食子酸0.71a1.32a1.31a1.04a0.85a1.65a对羟基苯甲酸1.89c4.30ab4.56a3.811b3.98ab4.18ab香草酸1.06b2.54a2.04b3.22ab1.97b2.46a丁香酸3.40b8.56a5.37ab8.05a6.37ab8.43a香兰素1.82abc2.04ab1.92abc1.77bc1.706c2.08a香豆酸126.03c148.67ab151.41a135.09bc136.43bc151.50a阿魏酸2.15c2.96b2.66bc2.26c2.23c3.60a苯甲酸1.17b3.22a2.65ab2.43ab2.52ab3.31a肉桂酸0.31b0.93b0.70b0.62b0.57b1.82a总量138.53174.54172.62157.29156.99179.03注：数据的结果用平均值±标准差表示，不同字母表示P&lt;0.05时的差异显著。2.2 不同土壤处理剂对甜瓜株高和发病率的影响由表2可以看出：土壤连作障碍修复剂、腐殖酸类肥料、生物肥、杀菌剂处理对甜瓜的生长发育具有不同的影响，施用土壤处理剂的甜瓜植株株高明显高于空白对照，发病率明显低于空白对照，差异性显著。连续种植2茬后，田间试验结果表明：不同处理条件对甜瓜的生长发育影响不同，施加连作障碍修复剂、杀菌剂有利于甜瓜生产能力的提高，最终反应在产量的提高，显著高于连作土壤处理，略高于腐殖酸类肥料、生物肥。可见，通过土壤修复剂和杀菌剂处理土壤，可以提高甜瓜产量和控制土壤发病率。3 结论植物根系分泌的化感类酚酸物质和土壤中的枯萎菌是引起甜瓜连作障碍的重要原因15-19。利用HPLC技术分离鉴定不同土壤处理剂对甜瓜根际土壤酚酸含量的影响，检测结果发现，与对照连作土壤相比，土壤连作障碍修复剂、杀菌剂处理后、腐殖酸类肥料、生物肥处理的酚酸总量均有所下降，土壤连作障碍修复剂、杀菌剂处理后，土壤中的酚酸总量、香草酸、香兰素、香豆酸、阿魏酸和肉桂酸含量均有明显降低。微生物活性及多样性是衡量土壤健康状况的重要指标，微生物的区系组成和数量影响着土壤养分的转化和病虫害的产生20-21。微生物的群落结构易受外界环境、农药22-23、肥料24-26、种植作物27-28和种植方式29-30的影响，作物连作导致土壤微生物群落结构发生改变，有益菌减少，有害菌增多，群落结构失衡。土壤连作障碍修复剂、杀菌剂处理后、腐殖酸类肥料、生物肥均为土壤处理剂，有效的增加甜瓜根际土壤微生物的种群丰富度和多样性，提高了土壤肥力，其结果与张洋31研究发现生物肥可以降低土壤中真菌的丰富度和多样性，提高土壤肥力一致。田间试验研究结果表明：外源施加木霉菌土壤连作障碍修复剂、杀菌剂、腐殖酸类肥料、生物肥有利于增强植株的生长、提高产量，降低甜瓜枯萎病的发生。其中以杀菌剂处理后的甜瓜产量最佳，大于其他处理组，说明对于甜瓜连作障碍的修复，土壤杀菌剂仍然为重要的方法和手段。甜瓜连作障碍修复与土壤理化性质、土壤微生物等皆具有密切关系，本研究选取了4种不同的土壤处理剂，并检测其对甜瓜根际土壤酚酸含量种类及变化趋势的影响，以便筛选出克服甜瓜连作障碍最有效的防治方法，而对于其他修复方法，如轮作、嫁接等方法仍需要进一步研究。表2 土壤处理后对甜瓜株高、产量和发病率的测定处理生茬土腐殖酸肥生物肥土壤修复剂杀菌剂对照株高/cm170.00±2.08c169.33±1.00bc169.33±1.00bc170.67±1.53c172.43±1.00a157.19±1.53c产量/kg46.74±1.96b43.74±3.64c45.21±2.21d44.06±2.75c48.20±3.72a41.88±2.68d发病率/%01.251.2501.255.00株高/cm165.15±0.86a162.37±1.12bc162.37±1.12bc164.42±0.75ab163.22±1.24b152.72±0.94c产量/kg40.27±0.96ab39.85±1.22b39.85±1.22b41.83±1.08a42.57±0.87a35.33±1.54d发病率/%3.758.758.756.255.0018.75注：数据的结果用平均值±标准差来表示。春季 秋季766第10期参考文献：1 徐小军, 王瑞，张桂兰, 等. 连作对设施甜瓜生长和光合作用以及养分吸收和产量品质的影响J. 果树学报, 2018, 35(4): 449-457.2 侯慧, 董坤, 杨智仙, 等. 连作障碍发生机理研究进展J. 土壤,2016, 48(6): 1068-1076.3 张丹. 基于黄连化感物质与微生物群落结构变化的连作障碍机制研究(博士论文)D. 南昌: 江西中医药大学, 2015.4 马云华, 魏珉, 王秀峰. 日光温室连作黄瓜根区微生物区系及酶活性的变化J. 应用生态学报, 2004, 15(6): 1005-1008.5 郑雪芳，刘波，朱育菁, 等. 设施番茄连作障碍土壤修复及其对青枯病害的防治效果J. 中国生物防治学报, 2018, 34(1): 117-123.6 葛晓颖, 孙志刚, 李涛, 等. 设施番茄连作障碍与土壤芽孢杆菌和假单胞菌及微生物群落的关系分析J. 农业环境科学学报, 2016,35(2): 514-523.7 陈玲, 董坤, 杨智仙, 等. 连作障碍中化感自毒效应及间作缓解机理J. 中国农学通报, 2017, 33(8): 91-98.8 ACOSTAMARTíNEZ V, BUROW G, ZOBECK T M, et al.Soil Microbial Communities and Function in AlternativeSystems to Continuous CottonJ. Soil Science Society ofAmerica Journal, 2010, 74(4): 1181-1192.9 GARBEVA P, VAN VEEN J A, VAN ELSAS J D. MicrobialDiversity in Soil: Selection of Microbial Populations by Plantand Soil Type and Implications for Disease SuppressivenessJ.Annu Rev Phytopathol, 2004, 42: 243-270.10 JANVIER C, VILLENEUVE F, ALABOUVETTE C, et al. SoilHealth Through Soil Disease Suppression: Which Strategy fromDescriptors to IndicatorsJ. Soil Biology and Biochemistry,2007, 39(1): 1-23.11 邹莉, 袁晓莹, 李玲, 等. 连作对大豆根部土壤微生物的影响研究J. 微生物学杂志, 2005, 25(2): 27-30.12 李鑫, 张秀丽, 孙冰玉, 等. 烤烟连作对耕层土壤酶活性及微生物区系的影响J. 土壤, 2012, 44(3): 456-460.13 高雪莲. 不同生物有机肥对甜瓜土传枯萎病防控效果及对根际土壤微生物区系的影响(硕士论文)D. 南京: 南京农业大学, 2012.14 DALTON B R, WEED S B, BLUM U. Plant Phenolic Acidsin Soils: a Comparison of Extraction ProceduresJ. Soil ScienceSociety of America Journal, 1987, 51(6): 1515-1521.15 杨瑞秀. 甜瓜根系自毒物质在连作障碍中的化感作用及缓解机制研究(博士论文)D. 沈阳: 沈阳农业大学, 2014.16 程莹, 白寿发, 庄敬华, 等. 甜瓜残茬腐解物对镰孢枯萎病的助长作用J. 中国农学通报, 2011, 27(8): 217-221.17 高强. 甜瓜化感作用生理生化机制及主要化感物质的鉴定(硕士论文)D. 福州: 福建农林大学, 2014.18 张璐, 杨瑞秀, 王莹, 等. 甜瓜连作土壤中酚酸类物质测定及降解研究J. 北方园艺, 2017(9): 18-23.19 薛成玉, 吴凤芝, 王洪成, 等. 浅论酚酸与土壤微生物之间的相互作用J. 龙江农业科学, 2005(3): 45-47.20 周艳丽, 乔宏宇, 高红春, 等. 甜瓜连作对其根际土壤微生物和酶活性的影响J. 北方园艺, 2015(19): 158-161.21 王建花, 陈婷, 林文雄, 等. 植物化感作用类型及其在农业中的应用J. 中国生态农业学报，2013, 21(10): 1173-1183.22 李红娜. 有机氯农药对土壤环境的影响J. 资源节约与环保,2018(1): 118-120.23 李霞, 张小平, 喻晓, 等. 代森锰锌类农药对生姜种植地土壤酶活性及微生物群落结构的影响J. 生态环境学报, 2016, 25(9):1569-1574.24 杨宇虹, 陈冬梅, 晋艳, 等. 不同肥料种类对连作烟草根际土壤微生物功能多样性的影响J. 作物学报, 2011, 37(1): 105-111.25 王华, 胡锦珍, 胡冬南, 等. 不同肥料对油茶林土壤微生物及酶活性的影响J. 江苏农业科学, 2016, 44(6): 461-465.26 蒋宇航, 林生, 林伟伟, 等. 不同肥料对退化茶园根际土壤微生物代谢活性和群落结构的影响J. 生态学杂志, 2017, 36(10):2894-2902.27 王灿, 李志刚, 杨建峰, 等. 胡椒连作对土壤微生物群落功能多样性与群落结构的影响J. 热带作物学报, 2017, 38(7): 1235-1242.28 谭勇, 崔尹赡, 季秀玲, 等. 三七种植前后土壤细菌群落结构与多样性分析J. 昆明理工大学学报(自然科学版), 2016, 41(6):92-99.29 田福发, 张黎杰, 周玲玲, 等. 菇-菜轮作对连作根际土壤养分、微生物含量及辣椒死苗率的影响J. 江西农业学报, 2016, 28(6):46-49.30 霍庆迪, 赵庆芳, 马艳, 等. 不同耕作方式对当归根际土壤细菌群落多样性的影响J. 2018, 38(2): 241-249.31 张洋. 不同施肥条件下黄瓜连作土壤微生物多样性分析(硕士论文)D. 扬州: 扬州大学, 2016.责任编辑：赵平14 马炳田, 王玲霞, 李仕贵, 等. 四川省杂交水稻种子寄藏真菌研究J. 种子, 2008, 27(1): 1-5.15 袁自清, 程良. 新疆水稻种子真菌区系的初步调查J. 八一农学院学报, 1993, 16(2): 51-57.16 台莲梅, 盖世武, 辛惠普. 黑龙江省垦区水稻种子病原真菌鉴定J. 黑龙江农业科学, 2002(2): 5-7.17 梁力哲, KAARE Moller. 中国水稻种子上常见寄生性真菌的检验识别J. 植物保护, 1989, 15(2): 42-44.18 DOMSCH K H, GAMS W, ANDERSON T H. Compendiumof Soil FungiJ. Taxon, 1980, 31(3): 859.19 HAWKSWORTH D L, KIRK P M, SUTTON B C, et al.Ainsworth &amp; Bisby&#39;s Dictionary of the Fungi C/1997:646-647.20 KHODKE S W, SANDHYA K. A New Leaf Spot of Ficusreligiosa by Nigrospora oryzaeJ. Indian Phytopathology, 2012,62(2): 1132-1138.21 ZHENG Lu, SHI F, KELLY D, et al. First Report of LeafSpot of Kentucky Bluegrass (Poa pratensis) Caused byNigrospora oryzae in OntarioJ. Plant Disease, 2012, 96(6): 909.22 ZHANG Li-xin, LI Sha-sha, TAN Gen-jia, et al. First Reportof Nigrospora oryzae Causing Leaf Spot of Cotton in ChinaJ.Plant Disease, 2012, 96(9): 1379.23 费丹, 檀根甲, 罗道宏. 安徽省水稻穗腐病病原鉴定及生物学特性研究J. 安徽农业大学学报, 2014, 41(5): 777-782.24 SEMPERE F, SANTAMARINA M P. Suppression ofNigrospora oryzae (Berk.&amp; Broome) Petch by an AggressiveMycoparasite Andcompetitor, Penicillium oxalicum Currie &amp;ThomJ. Int J Food Microbiol, 2008,122(1/2): 35-43.25 冯爱卿, 陈深, 朱小源, 等. 10种杀菌剂对水稻稻叶褐条斑病菌的室内毒力J. 植物保护, 2014, 40(4): 193-197.责任编辑：赵平(上接第761页)马慧，等：不同土壤处理剂对甜瓜连作障碍的修复作用 767</p>