生物有機肥對小麥根腐病的防效及其機理初探

劉 蘋，張 博，齊軍山，林海濤，沈玉文，宋效宗，李慶凱,趙海軍

(1.山東省農業科學院農業資源與環境研究所/農業部黃淮海平原農業環境重點實驗室/山東省環保肥料工程技術研究中心，山東濟南 250100； 2.山東省農業科學院植物保護研究所，山東濟南 250100；3.湖南農業大學農學院，湖南長沙 410128； 4.山東省農業科學院，山東濟南 250100)

小麥根腐病是在小麥整個生育期都可發生的一種重要病害，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或復合侵染引起，一般可導致小麥減產20%～30%，嚴重時達50%以上[1-2]。近年來，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，同時受重施化肥、輕施有機肥、大水漫灌等因素的影響，小麥根腐病的發生程度日趨嚴重，給國家糧食安全和農業安全生產造成了巨大威脅[3]。

目前，小麥根腐病的防治仍以化學防治為主，雖然防治效果較為明顯，但由之帶來的負面影響不容忽視，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[8]；生防菌Clonostachysrosea能有效降低田間Fusariumspp.的數量[9]；對土傳病害防效明顯的木霉菌株能明顯抑制B.sorokiniana的生長[10]；從土壤中分離得到的s-930-6 拮抗放線菌發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、防效不穩定、成本高等因素的影響，大面積推廣應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功能對植物土傳病害的發生有根本性的影響[14-15]。因此，通過恢復土壤健康進行作物病害防治具有重要的實踐意義。通過施用生物有機肥、商品有機肥、農家肥、堆肥等改善土壤微生態環境，豐富土壤微生物多樣性，提高土壤的健康質量指標，可以為防治作物土傳病害提供了借鑒[16]。有研究顯示，篩選針對特定致病病原菌的拮抗菌并制成生物有機肥產品能有效防治煙草、黃瓜、西瓜等作物的土傳病害[17-20]，但目前關于施用生物有機肥防治小麥根腐病害的研究尚不多見。因此，本研究通過盆栽試驗，以不施有機肥為對照，初步探討了生物有機肥和普通有機肥對由禾谷鐮孢菌(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。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試小麥品種為濟麥22。供試禾谷鐮孢菌(F.graminearum)分離自田間小麥病株。供試肥料為復合生物有機肥(臨沂誠舜生物科技有限公司，有效活菌數≥0.20億個·g-1，有機質≥50%，N-P2O5-K2O≥6%)、微生物菌有機肥(青島海利寶生物科技有限公司，有效活菌數≥8 億個·g-1，有機質≥72%，N-P2O5-K2O≥5%)、發酵干雞糞(江蘇恒源生物有機肥有限公司，N： 3%～7%，P2O5：2.2%，K2O：1.37%)、商品有機肥(史丹利農業集團股份有限公司，有機質≥45%，N-P2O5-K2O≥5%)。

1.2 試驗設計

試驗于2017年3月16日至6月2日在山東省農業科學院飲馬泉試驗農場進行。采用盆栽試驗法，設不施有機肥(CK)、1% 發酵干雞糞、 0.5%復合生物有機肥、0.5%微生物菌有機肥、 0.5%商品有機肥5個處理，每處理6次重復。各處理的百分數均為添加的有機肥與盆栽用土壤的質量比。試驗用盆為直徑30 cm、高25 cm的陶土盆。

3月16日，取小麥-花生輪作農田的0～25 cm土壤，過孔徑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。待小麥恢復生長后，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)的比例將通過小麥粒擴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，與長滿禾谷鐮孢菌的小麥粒混勻后回填至盆中。為避免陽光直射影響病原菌生長，需用黑色塑料袋遮蓋接菌土壤。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤養分和酶活性測定

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]的方法測定土壤堿解氮、有效磷和有效鉀含量養分，參照關松蔭[22]的方法測定土壤脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性。

1.3.2 病情指數和相對防效測定

于小麥成熟期，調查各處理小麥根腐病的發病情況，計算病情指數和相對防效[13]。

病情指數 = Σ(各級發病數×各級代表值)/(調查總株數×最高級別代表值)×100；

相對防效 = (對照病情指數-處理病情指數)/ 對照病情指數×100%。

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

1.3.3 農藝性狀調查

根腐病發病情況調查結束后，整盆收獲測定小麥植株地上部和根部干物質積累量、株高、穗粒數、千粒重及產量等指標[13,24]。

1.4 數據分析與處理

采用Excel 2007 和SPSS 17.0處理數據，采用Duncans進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 生物有機肥對小麥根腐病的防效

從表1可知，與不施有機肥處理(CK)比較，4種有機肥處理均能有效降低小麥根腐病(F.graminearum)的發生程度。其中，復合生物有機肥對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肥，防效為27.91%，2種肥料間的病情指數無顯著差異，但均顯著低于對照。

2.2 生物有機肥對土壤酶活性和土壤養分的影響

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

2.3 生物有機肥對小麥生長和產量的影響

由表3可知，4種有機肥均能促進小麥地上部和根系的生長，提高籽粒產量。其中復合生物有機肥的促進效果最佳，其株高、地上部干物質積累量、根部干物質積累量、穗粒數、千粒重、產量分別較對照增加 8.08%、37.32%、37.50%、 14.27%、17.16%和 40.77%(P<0.05)；微生物菌有機肥對小麥地上部干物質積累量，以及發酵干雞糞對小麥株高的促進作用也達到顯著水平，分別較對照增加20.42%和5.24%。

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

同列數據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藝性狀與產量指標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系統界限內維持生物生產力和環境質量，并促進植物、動物健康的土壤功能的運行能力[25]。土壤酶主要源自土壤中動物、植物根系和微生物的細胞分泌物以及殘體的分解物，土壤酶活性是反映土壤健康的重要指標之一[26]。本研究發現，與普通有機肥(發酵干雞糞和商品有機肥)相比，生物有機肥(復合生物有機肥和微生物菌有機肥)能有效防治小麥根腐病，促進小麥生長并提高其產量。這可能是因為：一是生物有機肥中的高效拮抗菌群能保護小麥根系免受病原菌侵害，減輕小麥根腐病的發生程度[27]；二是生物有機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植物生長[24,28]；三是生物有機肥中的有機物質能有效改良土壤結構，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，促進速效養分含量增加，說明生物有機肥能有效活化土壤酶活性、加快土壤養分循環、改善土壤理化性質，從而提高土壤健康狀況。

普通有機肥雖然能在一定程度上提高土壤酶活性，增加土壤速效養分含量，但對小麥根腐病的防治效果和對小麥的促生作用均低于2種生物有機肥，說明，生物有機肥中的拮抗菌群和有益微生物在作物的抗病促生過程中有重要作用，同時生物有機肥中的有機物質能給生防菌提供足夠的營養和能源物質，幫助生防菌在土壤中定殖和繁殖，從而促進生防菌拮抗土傳病原微生物和促進作物生長等作用的發揮[30]。另外，復合生物有機肥和微生物菌有機肥對土壤中性磷酸酶活性和有效磷含量的促進作用大于商品有機肥和發酵干雞糞，表明生物有機肥較普通有機肥能更有效地活化土壤磷酸酶活性，加快磷素循環，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肥對煙草青枯病和黃瓜枯萎病的防效高于普通有機肥的結果一致。

通過恢復土壤健康進行作物病害防治是一個較為漫長的過程[31]。本研究選用的2種生物有機肥產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，導致針對單一致病病原物的有機肥產品應用效果不佳。由此提示，篩選出對小麥根腐病病原物拮抗性強的高效微生物菌株并制成生物有機肥產品的研究亟需開展。建議在小麥根腐病的田間防治中除增施生物有機肥外，還應采取深翻土壤、延期播種、采用無毒無污染的生物制劑拌種及后期生物防治等多種農業生態措施相結合的方法，以進一步達到減少農藥用量，從根本上改良土壤生態環境、恢復土壤健康的目的，從而最終降低小麥病害發生、減少產量損失，促進國家糧食產業的可持續健康發展。