设施番茄连作障碍土壤修复及其对青枯病害的防治效果.pdf

34(1)117-123 中国生物防治学报 Chinese Journal of Biological Control 2018 年 2 月 收稿日期： 2017-09-07 基金项目：国家重点研发项目（ 2017YFD201100） ；国家自然科学基金（ 31701835） ；福建省农业科学院科技创新团队（ STTT2017-1-11） ；福建省农业科学院青年英才基金（ YC2016-15） 作者简介：郑雪芳，博士，副研究员， E-mail： zhengxuefangfz163.com； *通信作者，博士，研究员， E-mail： fzliubo163.com。 DOI: 10.16409/j.cnki.2095-039x.2018.01.014 设施番茄连作障碍土壤修复及其对青枯病害的防治效果 郑雪芳1，刘 波1*，朱育菁1，陈德局1，陈小强1，魏余煌2（ 1. 福建省农业科学院农业生物资源研究所，福州 350003； 2. 浙江省瑞安市农业局，瑞安 325200） 摘要：连作障碍的土壤修复是世界性难题。本研究利用土壤微生态修复剂结合青枯病植物疫苗菌剂来改良土壤和预防青枯病发生。在连作7年的番茄地，设3种处理，处理1为添加量60 t/hm2的土壤微生态修复剂和植物疫苗100倍稀释液，处理2为添加量30 t/hm2的土壤微生态修复剂和植物疫苗100倍稀释液，CK为不添加土壤微生态修复剂和植物疫苗，研究不同处理对连作番茄土壤养分、土壤酶活性、植株生长特性及病害防效的影响。结果表明，土壤微生态修复剂2种不同添加量处理的番茄土壤有机质、全氮、全磷和交换性钙含量均显著高于对照，而全钾含量显著低于对照；两种不同添加量处理的番茄土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性均显著高于对照，添加量为30 t/hm2处理的土壤各酶活性（酸性磷酸酶除外）大于添加量为60 t/hm2处理的土壤；添加30 t/hm2处理的单果重量（113.82 g）显著高于添加量60 t/hm2处理（104.07 g）和对照处理（104.99 g）（P0.05），其对番茄青枯病防效达91.87%，大于添加量为60 t/hm2处理的防效（55.34%）。 关 键 词：连作障碍；土壤修复；番茄青枯病；综合治理技术 中图分类号： S476 文献标志码： A 文章编号： 1005-9261(2018)01-0117-07 Soil Restoration for Continuous Cropping Obstacles in Tomato Greenhouse Field and the Control Effect against Bacterial Wilt Disease ZHENG Xuefang1, LIU Bo1*, ZHU Yujing1, CHEN Deju1, CHEN Xiaoqiang1, WEI Yuhuang2(1. Agricultural Bio-Resources Institute, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou 350003, China; 2. Ruian Bureau of Agriculture Zhejiang Province, Ruian 325200, China) Abstract: Soil restoration for continuous cropping obstacles has become a serious problem in the world. In this study, micro ecological preparation and plant vaccine agent (avirulent Ralstonia solanacearum) were combined to restore soil and prevent bacterial wilt disease. At 7 years continuous cropping tomato greenhouses field, two doses of micro ecological preparation (60 t/hm2and 30 t/hm2) combining with plant vaccine agent were designed, and the control did not contain any micro ecological preparation or plant vaccine. The effects of different treatments on the contents of soil nutrients, soil enzymes, biological characteristics of tomato plant and the control efficiency against bacterial wilt disease were compared. The results showed that the contents of organic matter, total nitrogen, total phosphatase and exchangeable calcium for two doses of micro ecological preparation treatments were significantly higher than control treatment, while the content of total potassium was significantly lower. Moreover, the activities of soil urease, catalase, sucrose and acid phosphatase for two doses of micro ecological preparation treatments were also significantly higher than control treatment, and they were higher for the dose of 30 t/hm2than for the dose of 60 t/hm2. The single fruit weight at the dose of 30 t/hm2was 113.82 g, significantly higher than that of 60 t/hm2dose (104.07 g) and control treatment (104.99 g) (P 0.05). Furthermore, the control efficiency of 30 t/hm2micro ecological preparation (reaching to 91.87%) was also higher than that of 60 t/hm2. 118 中 国 生 物 防 治 学 报 第 34 卷 Key words: continuous cropping obstacles; soil restoration; tomato bacterial wilt disease; comprehensive control measures 我国设施番茄面积达到 100 万 hm21。连作是目前我国设施番茄的主要栽培方式，长期连作导致土壤有害微生物的富集，土传病害发生严重，如番茄的连茬种植使得青枯病原菌在土壤中的数量不断积累，导致青枯病的大面积爆发2。已有研究表明，连作障碍的发生与土壤微生物群落变化密切相关，同一种作物长期连续种植导致土壤某些特定微生物富集，病原菌数量增加，而有益细菌种类和数量减少3,4。 Xiong 等5报道，长期连作的土壤微生物特性主要表现为多样性下降，细菌数量下降、真菌数量上升，病原微生物数量上升、有益微生物数量下降等。 番茄连茬种植使得土壤生态环境恶化，品质和产量下降，引发严重的连作障碍，影响农业的可持续发展和食品安全。连作障碍的防控技术主要包括轮作换茬、合理施肥、土壤改良等6-8。 Chen 等6研究表明，低浓度的大蒜分泌物质有利于番茄植株生长，可以减轻连作障碍。将有益微生物以一定方式施入土壤中，可以降低土壤中病原菌的密度，减轻病害发生，从而克服连作障碍9。李保会等10研究表明，复合微生物制剂对连作障碍有一定的防治作用。张艳杰等11利用生防菌玫瑰黄链霉菌对设施番茄连作土壤进行修复，表明其能增加土壤细菌和放线菌数量，促进植株生长和产量提高。添加一部分养分含量丰富的新土壤或深翻改进土壤理化性状等土壤改良方法，在克服连作障碍上是行之有效的方法之一12。 近年来，福建省农业科学院与厦门江平生物基质有限公司合作，将养猪微生物发酵床垫料形成健康微生物菌群作为整合微生物组，将其与栽培基质进行科学配伍堆制、发酵、加工形成土壤微生态修复剂，本研究利用土壤微生态修复剂对连作障碍土壤进行修复，重建健康的土壤微生态环境，同时通过在番茄苗期施用青枯病植物疫苗（无致病力青枯雷尔氏菌）来预防青枯病害。分析处理后土壤营养和酶活性变化、植株生物学性状及青枯病害发性情况的变化，探究土壤微生态修复剂和青枯病植物疫苗对设施番茄连茬种植的土壤修复效果，为番茄连作障碍治理和青枯病防控提供技术支撑。 1 材料与方法 1.1 试验地点 田间试验选址及番茄种植：田间试验选址在浙江省瑞安市马屿镇外三甲村（北纬 2777，东经 12045，海拔 111.2 m）属亚热带海洋型季风气侯，年平均温度 17.9 ，平均降雨量达 1110 2200 mm， 3 4 月春雨期，5 6 月梅雨期， 8 9 月为热带暴风雨期。 选择连作 7 年的番茄种植大棚为试验田， 试验面积 2 亩 （ 1 亩 =667 m2） 。 1.2 试验材料 青枯病植物疫苗和土壤修复剂均为福建省农业科学院农业生物资源研究所研制的中试产品，植物疫苗的有效成份为青枯雷尔氏菌无致病力菌株（ avirulent Ralstonia solanacearum） FJAT-1458 的发酵液，含活菌量 5.0 109CFU/mL，发酵条件参见文献 13。土壤微生态修复剂（经宏基组测序表明，其优势菌群为鞘脂杆菌 Sphingobacterium、食几丁质菌 Chitinophaga、根瘤菌 Rhizobiaceae 等；基质载体主要成分为泥碳和椰纤维）是福建省农业科学院与厦门江平生物基质有限公司合作研发的中试产品。试验选用的番茄品种为红宝石，购自广州南蔬农业科技发展有限公司。 1.3 处理方法 2016 年 9 月 20 日进行番茄播种，采用 32 孔穴盘育苗， 1 个月后移载大棚种植， 1800 株 /亩。 2016 年10 月 18 日，利用土壤微生态修复剂进行土壤修复，翻耕。处理 1：添加土壤微生态修复剂量为 60 t/hm2；处理 2：添加土壤微生态修复剂为 30 t/hm2；将土壤微生态修复剂混入土壤修整后，浇水至土壤充分湿润；第 2 d 进行番茄苗移栽和植物疫苗 100 倍稀释液灌根处理， 300 mL/株，之后每个月用植物疫苗 100 倍稀释液灌根 1 次； CK：以不施用土壤微生态修复剂和植物疫苗处理为对照，每处理 3 个重复，试验面积共约0.3 hm2，各处理的面积分别约 0.1 hm2，田间管理按常规方法进行。 1.4 土壤样本采集及养分含量和酶活性测定 采集采收期番茄土壤样本，每个处理采用五点取样法取 5 株番茄，采集植株根围土壤（ 10 20 cm， 第 1 期 郑雪芳等：设施番茄连作障碍土壤修复及其对青枯病害的防治效果 119 200 g）为小样，再将处理组小样混合、拌匀、去砂砾和植物残体，过 200 目筛后，于 4 冰箱保存。（ 1）土壤理化性状测定： 将样本送至福建省农业科学院土壤肥料研究所进行理化性状测定， 主要测定项目为 pH、有机质含量、氮、磷和钾的含量、交换性钙含量。（ 2）土壤酶活性测定参照关松荫14方法进行：过氧化氢酶采用 KMnO4滴定法测定，以 1 h 内 1 g 土消耗 0.1 mol/L KMnO4的毫升数表示；脲酶采用苯酚纳比色法，以 1 g 土在 37 培养 24 h 释放出 NH3-N 的毫克数表示；蔗糖酶用滴定法，以 1 g 土在 37 培养24 h 所消耗的 0.1 mol/L NaS2O3的毫升数表示；酸性磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法，以 1 g 土壤的酚毫克数表示磷酸酶活性。 1.5 番茄植株生物学特性测定及病害调查 分别在番茄苗期、开花期和结果期，每种处理各随机选取 15 株进行植株生物学性状测定，包括株高（苗期）、花数（开花期）、挂果数（结果期）。在番茄采收期，对不同处理进行测产，每处理随机选取10 株，每株各采集 5 个果实，采用天平称取果实重量，取平均值作为每株单果重，比较不同处理对番茄产量的影响。 调查番茄在苗期、花期、结果期和采收期的青枯病发病率，计算各种不同处理对番茄青枯病害的防治效果。发病率（ %）（发病株数 /调查总株数） 100；防治效果（ %）（对照发病率处理发病率） /对照发病率 100。 1.6 数据统计与分析 试验数据采用 Excel 2007、 DPS 7.05 软件进行系统处理和统计分析，采用 LSD 多重比较法进行差异显著性检验。 2 结果与分析 2.1 不同处理对土壤养分含量的影响 利用土壤微生态修复剂和植物疫苗可以调节土壤 pH，由酸性（ 4.9）上调为中性（处理 1 的 pH 7.27，处理 2 的 pH 7.07），处理 1 和处理 2 的番茄根系土壤，有机质、全氮、全磷和交换性钙含量均显著高于对照（ P 0.05），全钾含量显著低于对照（ P 0.05）（表 1）；处理 1 的有机质含量（ 55.60 g/kg）显著高于处理 2（ 51.30 g/kg）和对照（ 16.39 g/kg），处理 2 的交换性钙含量（ 16.18 cmol/kg）显著高于处理 1（ 14.70 cmol/kg）和对照（ 5.03 cmol/kg）（表 1）。 表 1 不同处理番茄根系土壤养分含量 Table 1 Content of tomato soil nutrients under different treatments 测定项目 Test items 处理 Treatments pH 有机质含量 Organic content (g/kg) 全氮 Total nitrogen (%)全磷 Total phosphorus (%)全钾 Total potassium (%) 交换性钙Exchangeable calcium (cmol/kg)1 7.27 0.15 a 55.60 1.43 a 0.25 0.03 a 0.17 0.01 a 2.19 0.04 b 14.70 0.18 b 2 7.07 0.06 a 51.30 1.16 b 0.24 0.01 a 0.18 0.02 a 2.09 0.05 b 16.18 0.36 a CK 4.50 0.20 b 16.39 0.56 c 0.12 0.01 b 0.15 0.01 b 2.84 0.01 a 5.03 0.12 c 注：同列数据后不同小写字母表示差异达显著水平（ P 0.05） ，下同。 Note: Data with different lowercase letters within a column indicated significant difference at 0.05 level. The same below. 2.2 不同处理对土壤酶活性的影响 研究表明，利用土壤微生态修复剂和植物疫苗处理，能够促进番茄根系土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性。添加量 30 t/hm2处理组过氧化氢酶（ 1.03 mL/g）、脲酶（ 5.34 mg/g）、蔗糖酶（ 70.55 mg/g）最高，分别比对照增加了 390.48%、 307.63%和 223.48%，差异均达显著水平（ P 0.05），添加量 60 t/hm2处理组的酸性磷酸酶含量最高，为 60.56 mg/g，显著高于对照组（ 29.07 mg/g），与添加量为 30 t/hm2处理组（ 53.89 mg/g）差异不显著（图 1）。 2.3 不同处理对番茄田间植株生长特性的影响 对不同处理和不同生育期的番茄植株进行生物学性状测定，结果如表 2 所示，土壤微生态修复剂（两 120 中 国 生 物 防 治 学 报 第 34 卷 过氧化氢酶活性Catalaseactivity(mg/g)脲酶活性Urase activiey (mg/g)蔗糖酶活性Sucrase activity (mg/g)酸性磷酸酶活性(mg/g)注：图中不同小写字母表示 0.05 水平上差异显著。 Note: Data with different lowercase letters indicated significant difference at 0.05 level. 图 1 不同处理对土壤酶活性的影响 （ 24 h） Fig. 1 Effect of different treatments on the soil enzymatic activity (24 h) 表 2 不同处理对番茄田间生长特性的影响 Table 2 Effect of different treatments on the growth of tomato plant in the field 处理 Treatment 株高 Height of plant (cm) 花数 Number of flowers 挂果数 Number of fruits 单果重 Weight of single fruit (g) 1 82.33 1.77 a 11.93 0.69 a 1.93 0.36 a 104.07 6.38 a 2 74.33 1.89 b 11.47 0.61 a 0.73 0.30 a 113.82 8.83 b CK 61.80 2.81 c 8.93 0.84 b 1.20 0.39 a 104.99 3.94 a 种剂量）结合植物疫苗处理植株的株高和花数均比对照组高且差异达显著水平（ P 0.05），挂果数在添加60 t/hm2土壤微生态修复剂处理组最高，为 1.93 个 /株，但与对照比差异不显著。添加 60 t/hm2土壤微生态修复剂处理的单果重量与对照相当，而添加 30 t/hm2的土壤微生态修复剂处理的单果重量为 113.82 g，显著高于添加 60 t/hm2土壤微生态修复剂和对照处理。 2.4 不同处理对番茄青枯病害防效的影响 调查不同处理的番茄在不同生育期的青枯病发病率， 在苗期、 开花期和结果期田间青枯病发病率较轻，采收期发病重，对照处理发病达 18.40%，添加 60 t/hm2土壤微生态修复剂的处理组发病率也达 6.14%，添加 30 t/hm2土壤微生态修复剂处理组发病率最低为 3.22%，防效可达 82.50%，显著高于土壤微生态修复剂添加量为 60 t/hm2处理组（ 66.63%）（表 3，图 2）。 表 3 不同处理对不同生育期番茄青枯病发病率及防效的影响 Table 3 Effects of different treatments on incidence and control efficiencyof tomato bacterial wilt disease 苗期 Seedling stage 开花期 Flower stage 结果期 Fruit stage 采收期 Harvest stage 处理 Treatment 发病率 Disease incidence (%) 防效 Control effect (%) 发病率 Disease incidence (%)防效 Control effect (%) 发病率 Disease incidence (%)防效 Control effect (%) 发病率 Disease incidence (%) 防效 Control effect (%) 1 0.34 0.0 b 80.46 2.4 b 0.60 0.02 b 74.14 1.42 b 2.78 0.08 b 33.33 3.37 b 6.14 1.38 b 66.63 3.12 b 2 0 100 a 0.35 0.01 b 84.91 3.84 a 1.39 0.03 c 66.67 4.32 a 3.22 0.08 c 82.50 2.73 a CK 1.74 0.01 a - 2.32 0.03 a - 4.17 0.02 a 18.40 1.86 a - 第 1 期 郑雪芳等：设施番茄连作障碍土壤修复及其对青枯病害的防治效果 121 图 2 采收期不同处理番茄青枯病发病情况 Fig. 2 The disease incidence of tomato plants under different treatments at harvesting period 3 讨论 随着番茄产业的发展和集约化经营，番茄连作已十分普遍，特别是设施番茄。番茄连作一定年限后可造成土壤养分、土壤酶活性和土壤微生物群落失调等一系列问题，致使土壤生物和非生物环境显著恶化，并在很大程度上减弱了番茄的防御反应及抗逆能力，影响番茄植株的生长发育，从而造成番茄的连作障碍15,16。Gou 等17指出长期连作设施蔬菜生产中，由于大量施用氮肥及氮肥利用率低导致土壤酸化。本研究中连作7 年的设施番茄土壤 pH 为 4.5，严重酸化，利用土壤微生态修复剂改良后，土壤 pH 明显提高（土壤微生态修复剂的 2 种不同添加量处理 pH 分别为 7.27 和 7.07），由酸性转为中性。葛晓颖等1研究表明番茄最适宜生长 pH 7.0，本研究结果与其相吻合，与对照（酸性土壤）相比，利用土壤微生态修复剂改良后的中性土壤明显促进番茄植株生长。此外，对不同处理番茄土壤营养成分测定结果显示，对照组土壤有机质、氮、磷、交换性钙等营养成分含量低下，土壤贫瘠，利用生物基质改良土壤后，有机质、氮、磷、交换性钙等营养成分含量显著提高，这与前人研究结果一致18,19，李鹏18利用园林废弃物加工处理后形成的植物基质对土壤进行生态改良，表明其对增强地表土壤的含水量，土壤微生物含量， N、 P、 K 含量都有显著提高。朱虹等19利用改良基质（树皮土基质）对盐碱土进行改良，能够增加有机质含量，促进植株生长，使植物受盐碱胁迫程度降低，取得良好效果。 土壤酶活性反应了土壤的生物活性和土壤养分转化能力20,21。土壤酶活性的下降在一定程度上表明土壤状况的恶化22。脲酶是土壤中主要的水解酶类之一，对尿素在土壤中的水解及作物对尿素氮的利用有重大的影响23,24。过氧化氢酶催化过氧化氢分解，减轻过氧化氢过量累积对植物的危害25。蔗糖酶对增加土壤中易溶性营养物质起着重要的作用，一般情况下土壤肥力越高，蔗糖酶活性越强26,27。酸性磷酸酶活性是评价土壤磷素生物转化方向的强度和指标，研究证明磷酸酶与土壤碳、氮含量成正相关，与有效磷含量和土壤 pH 也有关28。张晓鹏等29研究表明，土壤处理剂能提高黄瓜连作土壤中脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性。万年鑫等30研究发现，玉米和马铃薯轮作能增加土壤脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性。本研究中联合土壤微生态修复剂和青枯病植物疫苗修复的番茄连作土壤，测定的过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶均得到显著提高，原因可能是生物基质含有大量的有机质等营养成分，提高土壤的肥力，从而增加土壤酶活性。 Anna 和 Przemyslaw31研究结果同样表明，肥力高的土壤其酶活性也较强。 设施番茄连作会引发严重的土传病害如青枯病32,33。目前对番茄青枯病的防治方法主要是化学农药防治、抗病育种、轮作等，但由于各种条件限制未能达到预期效果。研究表明，一些有益微生物可作为植物疫苗，通过改善土壤生态环境，增强作物免疫力，有效抑制土传病虫害和重茬障碍的发生34。 Raza 等35报道荧光假单胞菌菌株 WR-1 通过产挥发性有机化合物来有效控制番茄青枯病。 Zhou 等36研究表明油菜假单胞菌 J12 能够抑制番茄根系土壤中青枯雷尔氏菌的生长，对番茄青枯病具有良好的防治效果。本研究发现，利用土壤微生态修复剂，配合施用无致病力青枯雷尔氏菌研发青枯病植物疫苗“鄂鲁冷特”对番茄具有很好的抗病和促长作用。其中土壤微生态修复剂用量 30 t/hm2比 60 t/hm2的效果更好，以采收期防效和单果重为例，土壤微生态修复剂用量 30 t/hm2的处理组对番茄青枯病防效为 82.5%，比土壤微生态修复剂用122 中 国 生 物 防 治 学 报 第 34 卷 量 60 t/hm2处理组的防效（ 66.63%）提升 24.04%，单果重提升 9.37%，这可能是因为土壤微生态修复剂用量过高，营养过剩，反而令植株生长过旺，抗病性减弱，如土壤微生态修复剂添加量 60 t/hm2番茄植株株高（ 82.33 cm）显著高于添加量为 30 t/hm2处理的番茄（ 74.33 cm）。 发展设施农业，需要打破地域和季节的自然限制才能提供速生、高产、优质的农产品。在提高设施农业发展水平的同时，要探索经济有效的轻简化病虫害防治技术，降低蔬菜中的化学农药残留量，才能保障农业生态环境安全。本研究探索了土壤微生态修复剂与生防菌剂相结合来改良土壤、降低土传病害的新途径，对于减少化肥农药用量，提高作物产量和品质，促进有机农业的发展等具有重要意义。 参 考 文 献 1 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. 2 Yadessa G B, Bruggen A, Ocho F L. 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