湖北恩施煙區長期連作煙田影響南方根結線蟲密度的土壤理化特性分析

施河麗，彭五星，左 梅，陳紅華，譚 軍，尹忠春，向必坤

湖北省煙草公司恩施州公司，湖北省恩施市施州大道119號445000

煙草根結線蟲病在全國各大煙草種植區均有發生，其中湖南、湖北、云南、貴州、四川、山東等地發生危害較為嚴重，已成為制約煙草生產的主要病害之一。該病害由根結線蟲（Meloidogynespp.）侵入煙草植株根部引起，煙草感病后，初期植株整體矮化，生長緩慢，葉片狹窄，葉尖、葉緣褪綠變黃，后期葉片干枯反卷，煙株根系形成大量根結，似“雞爪狀”，調制后的煙葉葉片薄，品質下降［1-2］。根結線蟲除了對煙草造成直接危害外，還與許多土傳根莖類病害如煙草青枯病、黑脛病、鐮刀菌根腐病、根黑腐病等引起復合侵染［3-4］。引起煙草根結線蟲病的病原線蟲主要有南方根結線蟲（Meloidogyne incognita）、花生根結線蟲（Meloidogyne arenaria）、爪哇根結線蟲（Meloidogyne javanica）和北方根結線蟲（Meloidogyne hapla），其中南方根結線蟲為湖北恩施煙區的主要病原線蟲。前人的研究表明，在一定范圍內，土壤中線蟲活動與土壤砂含量呈線性正相關［5］，線蟲繁殖率最高的是砂壤土，其次是壤土、粉黏土和黏土［6］。線蟲的發育和移動在很大程度上與水分有關，一定的土壤含水率有利于線蟲卵的孵化和二齡幼蟲活動，土壤水分過飽和或過于干燥時對線蟲發育不利。土壤的養分條件對線蟲生長發育影響也很大，如土壤鉀含量高可促進線蟲發育，缺鉀則抑制線蟲生長［7］；施用硝態氮（NO-3）肥有利于根結線蟲侵染番茄根系，施用銨態氮肥（NH+4）則增加根結線蟲雄蟲比例［8］。土壤pH對線蟲分布和活動也有不同程度的影響［9-10］，過酸或偏堿都不利于線蟲的存活。白春明等［11］研究表明，南方根結線蟲二齡幼蟲在pH（4.1～11.0）范圍內可正常存活。湖北恩施煙區由于長期連作、化學肥料施用量大等因素，導致土壤酸化、養分供應失衡、物理性狀變差、微生態環境惡化，引起煙草根結線蟲病發生嚴重。根結線蟲病是一種典型的土傳性病害，一旦土壤攜帶線蟲則很難徹底清除。可見，控制土壤中的線蟲侵染源數量是防治該病害的關鍵。因此通過田間土壤取樣，分析了湖北恩施煙區長期連作煙田影響南方根結線蟲密度的土壤理化特性指標，旨在明確線蟲密度與土壤理化指標的關系，為通過改善根際土壤生態環境、修復土壤進而防治煙草根結線蟲病提供依據。

1 材料與方法

1.1 樣本采集

2018年在湖北省恩施土家族苗族自治州宣恩縣的煙葉主產區曉關鄉和椒園鎮采集土樣，涉及2個鄉鎮，共取樣品23個。采樣煙田為連續植煙15年的田塊，煙田根結線蟲發病率50%～70%。在煙葉采收結束后，用五點取樣法采集深度為15～20 cm根區土壤，帶回實驗室立即進行南方根結線蟲密度分析，同時進行土壤理化特性指標的測定。曉關鄉和椒園鎮兩地相連，氣候條件基本一致。屬中亞熱帶季風濕潤型山地氣候，植煙區海拔800～1 100 m，濕潤多雨，年均氣溫13.7℃，無霜期263 d，年降水量1 635.3 mm，年日照時數1 212.4 h。兩地煙草種植模式相同，土壤類型為恩施煙區具有代表性的山地黃棕壤，質地為壤土。因此基本消除了氣候條件、栽培制度、土壤類型、土壤質地等因素造成的差異。

1.2 南方根結線蟲密度的測定

提取土壤樣品DNA，利用設計的南方根結線蟲特異性引物和標記進行實時熒光定量PCR分析［12-14］，根據循環閾值（Ct值）計算土壤中南方根結線蟲密度。由中國科學院微生物研究所測定南方根結線蟲密度。

1.3 土壤理化特性指標測定

土壤樣品測定指標：有機質、土壤團聚體平均質量直徑（MWD）、含水率、容重、總孔隙度、毛管持水量、毛管孔隙度、通氣孔隙度、pH、堿解氮、有效磷、速效鉀、交換性鉀、交換性鈣、交換性鎂、交換性鈉、有效鐵、有效錳、有效銅、有效鋅、有效硼、陽離子交換量（CEC）等。測定方法：采用重鉻酸鉀容量法測定有機質含量（質量分數）［15］；采用濕篩法測定MWD［15］；采用烘干法測定含水率［15］；采用環刀法測定土壤容重［15］；采用環刀浸泡法測定毛管持水量和毛管孔隙度，用經驗公式Tp（%）=93.947-32.995Bd（Tp為總孔隙度，Bd為容重）計算總孔隙度，通氣孔隙度為總孔隙度與毛管孔隙度之差［16］；采用電位法測定土壤pH［15］；采用擴散法測定堿解氮含量［17］；采用碳酸氫鈉法測定有效磷含量［17］；采用醋酸銨浸提-火焰光度計（PFPT47，英國Jencons公司）法測定速效鉀、交換性鉀和交換性鈉含量［17］；采用醋酸銨浸提-原子吸收光譜儀（900T，美國PE公司）法測定交換性鈣和交換性鎂含量［17］；采用DTPA浸提-原子吸收分光譜儀（900T，美國PE公司）法測定有效態微量元素鐵、錳、銅、鋅含量［18］；采用水浴浸提-姜黃素比色法測定有效硼含量［15］；采用EDTA-乙酸銨鹽交換法測定陽離子交換量（CEC）含量［15］。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2016進行數據統計分析；用IBM Statistics SPSS 22.0進行描述性統計分析、逐步回歸分析、相關分析和通徑分析。

2 結果與分析

2.1 土壤理化特性與南方根結線蟲密度的描述性統計分析

對土壤理化特性指標Х1（有機質）、Х2（MWD）、Х3（含水率）、Х4（容重）、Х5（總孔隙度）、Х6（毛管持水量）、Х7（毛管孔隙度）、Х8（通氣孔隙度）、Х9（pH）、Х10（堿解氮）、Х11（有效磷）、Х12（速效鉀）、Х13（交換性鉀）、Х14（交換性鈣）、Х15（交換性鎂）、Х16（交換性鈉）、Х17（有效鐵）、Х18（有效錳）、Х19（有效銅）、Х20（有效鋅）、Х21（有效硼）、Х22（CEC）以及Y（南方根結線蟲密度）進行描述性統計分析，結果見表1。從表1可以看出，土壤理化特性各組分的特征參數存在一定差異。交換性鎂、有效鋅的變幅較大，變異程度也較大，這與其在各個取樣點土壤含量的差異較大有關；土壤pH變幅為4.27～6.27，均值為5.13，說明各取樣點土壤呈酸性，而酸性土壤適宜南方根結線蟲的生存、繁殖。南方根結線蟲密度的變幅和變異系數均較大（最大值與最小之比為42.20，變異系數為67.91%），說明各取樣點的南方根結線蟲密度差異較大。

表1土壤理化特性與南方根結線蟲密度的描述性統計分析Tab.1 Descriptive statistics of soil physical and chemical characteristics and density of Meloidogyne incognita

2.2 土壤理化特性與南方根結線蟲密度的逐步回歸分析

測驗中n=23，為小樣本項目，因此選擇Shapiro-Wilk測試結果對因變量Y（南方根結線蟲密度）進行正態性檢驗。由表2可知，Y（南方根結線蟲密度）統計量為0.941，顯著水平P為0.193且大于0.05，因變量Y（南方根結線蟲密度）的分布接近正態分布，可以對植煙土壤理化特性與南方根結線蟲密度的關系進行逐步回歸分析，找出與南方根結線蟲密度密切相關的土壤理化特性指標。

由表3可得回歸方程：

相關系數R=0.847，決定系數R2=0.717。

由回歸方程共篩選出了3個對Y（南方根結線蟲密度）有顯著效應的自變量，分別為Х13（交換性鉀）、Х15（交換性鎂）和Х11（有效磷），這3個自變量可以解釋71.7%的因變量變異，其中Х13（交換性鉀）對Y（南方根結線蟲密度）的作用為正效應，Х15（交換性鎂）和Х11（有效磷）對Y（南方根結線蟲密度）的作用為負效應。說明土壤交換性鉀含量越高，南方根結線蟲密度越大；土壤交換性鎂和有效磷含量越低，南方根結線蟲密度越大。

表2南方根結線蟲密度的正態性檢驗①Tab.2 Normality test on density of Meloidogyne incognita

表3南方根結線蟲密度與土壤理化特性回歸模型參數Tab.3 Regression model coefficients between density of Meloidogyne incognita and soil physical and chemical characteristics

2.3 土壤理化特性與南方根結線蟲密度的相關分析

對篩選出的3個土壤理化特性指標與南方根結線蟲密度進行相關性分析，結果見表4。Y（南方根結線蟲密度）與Х13（交換性鉀）呈顯著正相關關系（P＜0.05），相關系數r=0.488，說明土壤交換性鉀含量越高，南方根結線蟲密度越大。Х13（交換性鉀）與Х15（交換性鎂）呈顯著正相關關系（P＜0.05），相關系數r=0.437，這表明在一定程度上，土壤交換性鉀含量與土壤交換性鎂含量關系緊密。

表4土壤理化特性與南方根結線蟲密度的相關分析①Tab.4 Correlation analysis between soil physical and chemical characteristics and density of Meloidogyne incognita

2.4 土壤理化特性與南方根結線蟲密度的通徑分析

在逐步回歸分析和相關分析的基礎上進行通徑分析，Y（南方根結線蟲密度）與Х11（有效磷）、Х13（交換性鉀）和Х15（交換性鎂）的通徑分析結果見表5，由此合成土壤理化特性與南方根結線蟲密度的通徑分析圖，見圖1。由表5可見，按照直接通徑系數的大小排序依次為：Х13（交換性鉀）＞Х15（交換性鎂）＞Х11（有效磷），且Х13（交換性鉀）對南方根結線蟲密度的作用為正效應，Х11（有效磷）和Х15（交換性鎂）對南方根結線蟲密度的作用為負效應。說明土壤交換性鉀含量對南方根結線蟲密度的直接作用最大（直接通徑系數為0.803），即土壤交換性鉀含量每提高1個標準單位，南方根結線蟲密度就增加0.803個標準單位；土壤交換性鎂含量對南方根結線蟲密度的直接作用次之（直接通徑系數為-0.655），即土壤交換性鎂含量每提高1個標準單位，南方根結線蟲密度可降低0.655個標準單位；土壤有效磷含量對南方根結線蟲密度的直接作用最小（直接通徑系數為-0.328），即土壤有效磷含量每提高1個標準單位，南方根結線蟲密度可降低0.328個標準單位。

表5土壤理化特性與南方根結線蟲密度的通徑分析Tab.5 Path analysis of soil physical and chemical characteristics and density of Meloidogyne incognita

由于土壤理化特性之間的相互影響、相互作用，土壤理化特性指標對南方根結線蟲密度還有不同程度的間接影響。3個土壤理化特性指標與南方根結線蟲密度的間接通徑系數之和排序為：Х15（交換性鎂）＞Х13（交換性鉀）＞Х11（有效磷），說明土壤交換性鎂含量對南方根結線蟲密度的間接影響最大（間接通徑系數之和為0.319），這與土壤交換性鎂含量和交換性鉀含量的相關系數較大有關，交換性鎂在很大程度上通過交換性鉀路徑間接影響南方根結線蟲密度。3個土壤理化特性指標的直接通徑系數均大于各自的間接通徑系數之和，說明土壤有效磷、交換性鉀和交換性鎂含量對南方根結線蟲密度的影響主要體現為直接作用。

圖1土壤理化特性與南方根結線蟲密度的通徑分析Fig.1 Path analysis map between soil physical and chemical characteristics and density of Meloidogyne incognita

3個土壤理化特性指標對南方根結線蟲密度的綜合效應依次為：Х13（交換性鉀）＞Х15（交換性鎂）＞Х11（有效磷），說明土壤交換性鉀含量對南方根結線蟲密度的影響最大。

3 討論

本研究中湖北恩施煙區長期連作煙田南方根結線蟲密度與土壤養分狀況密切相關，特別是土壤有效磷、交換性鉀和交換性鎂含量指標。土壤交換性鉀含量對南方根結線蟲密度的影響為正效應，說明土壤鉀含量越高，根結線蟲密度越大，這與Balaji A等［19］、焦加國等［20］、王詩雯［21］的研究結果一致。其原因可能與恩施煙區植煙土壤鉀利用率下降導致大量殘留［22］，直接影響到土壤供肥平衡體系有關，因此在實際生產中合理施鉀、穩定鉀肥用量對防控煙草根結線蟲病具有重要意義。本研究中還發現，土壤交換性鉀含量對南方根結線蟲密度的直接作用和綜合效應均最大，說明在篩選出來的3個土壤特性指標中，土壤交換性鉀含量對南方根結線蟲密度的影響最大，而土壤鉀、植物和根結線蟲的互作關系及其相互作用機制有待進一步研究。

本研究中土壤有效磷和交換性鎂含量對南方根結線蟲密度的影響為負效應，說明南方根結線蟲密度因土壤有效磷和交換性鎂含量的增加而降低。因此，在煙葉生產中適量增施磷肥能降低南方根結線蟲密度，這與郭衍銀等［23］的研究結果一致。土壤鎂含量的增加不利于南方根結線蟲的生長和繁殖，可能與施用適量鎂可增加植株莖葉中含碳化合物含量，降低可溶性氮含量，在一定程度上提高抗病性有關［24］，因此適量補充鎂肥也有利于對煙草根結線蟲病的控制。

本研究中還發現，土壤理化特性指標間存在相互影響和交互作用。土壤交換性鎂含量對南方根結線蟲密度的間接影響最大，這與土壤交換性鎂含量和土壤交換性鉀含量顯著正相關有關，說明交換性鎂在很大程度上通過交換性鉀而間接影響南方根結線蟲密度。鉀和鎂作為植物生長發育的必須元素，在植物—土壤系統中鉀和鎂間既存在協同作用又存在拮抗作用，鉀、鎂二者間的交互作用對植物生長發育、養分吸收及轉運、生理生化以及土壤中K+、Mg2+都有影響［25］。因此，鉀、鎂二者間的交互作用對南方根結線蟲密度的影響機理和生理作用還有待進一步深入研究。

4 結論

基于湖北恩施煙區長期連作煙田中影響南方根結線蟲密度的土壤理化特性指標分析結果表明，土壤有效磷、交換性鉀和交換性鎂含量對南方根結線蟲密度有顯著影響，綜合效應排序依次為交換性鉀＞交換性鎂＞有效磷，且土壤交換性鉀含量對南方根結線蟲密度的影響為正效應，土壤有效磷和交換性鎂含量對南方根結線蟲密度的影響為負效應。因此，對于湖北恩施煙區長期連作煙田中南方根結線蟲的防控，建議實施穩鉀、增磷、補鎂的技術措施。