生物炭與復合微生物組劑對煙草生長及青枯病的影響

張海樅，牛莉莉，邢雪霞，魯宇童，楊 飛，趙林江，劉 園*

（1.河南省煙草公司 南陽市公司，河南 南陽 473000；2.河南中煙工業有限責任公司，河南 鄭州 450000）

青枯病（bacterial wilt disease）是我國危害較為嚴重的細菌性土傳病害之一，其致病菌為茄科勞爾氏菌（Ralstonia solanacearum，簡稱青枯菌），該菌多樣性高、寄主范圍廣，嚴重威脅農作物生產［1］。煙草是我國重要的經濟作物，由于煙田土壤退化、耕種指數增加等因素的影響，使得土傳病原菌侵染而引起的青枯病害逐年加劇，已成為國內煙草可持續健康發展的重要限制因子［2］。河南省南陽煙區是煙草青枯病發生的典型區域，嚴重影響了烤煙產質量的提升。在實際生產過程中，往往采用化學藥劑進行煙草青枯病防治，但長期施用化學藥劑易導致土壤微生態系統的失衡，反而給土壤帶來巨大負擔而導致土壤問題增多和病蟲害加劇［3］。因此，如何有效生態防控煙草青枯病是煙草生產中重點關注的問題。

青枯菌主要從土壤中侵染作物根系，因此調控土壤微生態環境是有效防控煙草青枯病的主要途徑之一。生物炭是有機物質在缺氧或低氧條件下熱裂解形成的固體產物，由于其疏松多孔的性質、較大的比表面積和陽離子交換量［4］，能為土壤微生物生長繁衍提供良好的棲息環境及營養物質，是近年來研究土壤改良和微生態調控的熱點［5］。研究表明，施用生物炭對防控番茄青枯病［6］、辣椒疫霉病［7］和黃瓜猝倒病［8］等土傳病害有較好的效果，說明生物炭在生態防控土傳病害方面有巨大的應用前景。也有研究發現，使用生物炭能夠減少煙草黑脛病和青枯病等病害的發生，從而提高烤煙產質量［9］。研究表明，多黏類芽孢桿菌（Paenibacillus polymyxa）和哈茨木霉菌（Trichoderma harzianum）對青枯菌有較好的抑菌效果［10］，在煙草盆栽和田間試驗中也發現對青枯病較好的防控效果［11］。復合微生物組劑將多種目標微生物經工業化擴繁后加工制成活菌制劑，因此相對施用單一微生物菌劑而言，施用復合微生物組劑對改良土壤和預防土傳病害有更好的效果［12］。研究發現，施用復合微生物組劑能更好地達到減少化學藥劑施用量、改良土壤微生態環境和促進植物生長的效果［13］。

由于生物炭、多黏類芽孢桿菌和哈茨木霉菌組劑在土壤改良和微生態調控方面有重要的應用潛力，目前土壤中施用單一生物炭以及微生物菌劑防治土傳病害已有研究，但關于二者同時施用能否更好地協同抑制煙草青枯病害發生的研究鮮有報道。因此，本研究以煙草為試驗材料，研究生物炭及配施復合微生物組劑對烤煙生長、土壤理化性質、微生物數量及經濟性狀的影響，探索防治煙草青枯病難題的措施，以期為煙草青枯病防控提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020年在河南省南陽市內鄉縣灌漲鎮試驗田進行。煙田地勢平坦，灌溉排水方便。供試煙草品種為豫煙10號，試驗田土壤類型為黃棕壤土。按照當地生產技術方案，各處理煙田均施用復合肥（15∶15∶15）、餅肥、硫酸鉀、硝酸鉀，施純氮60 kg/hm2，氮磷鉀比均為1∶1.5∶3，施餅肥375 kg/hm2。其中，復合肥、餅肥于移栽前穴施，硫酸鉀、硝酸鉀用于追施。生物炭購自河南商丘三利新能源有限公司，為小麥秸稈在500 ℃低氧炭化30 min而成，其基本理化性質為：比表面積16.54 m2/g、容重0.21 g/cm3、pH值9.28、有 機 炭234.91 g/kg、全氮2.27 g/kg、全磷6.26 g/kg、全鉀41.78 g/kg。復合微生物組劑為多黏類芽孢桿菌和哈茨木霉菌劑復配而成，由河南省農業科學院植物保護研究所提供，每1 mL菌劑活菌數量約108個。

1.2 試驗設計

試驗共設置4個處理。CK：對照處理；T1：施用生物炭處理；T2：施用復合微生物組劑處理；T3：施用生物炭+復合微生物組劑處理。每個處理重復3次，共12個小區，每小區面積約0.067 hm2，不同小區隨機排列。

根據前期的試驗結果，試驗田生物炭施用量為1800 kg/hm2，煙苗移栽前將生物炭作基肥條施。復合微生物組劑采用穴施，每株煙施2 mL菌液，移栽時用水稀釋后灌入煙株根部。煙苗于5月10日移栽，栽植密度16500株/hm2。其他生產管理措施參照《內鄉縣優質煙葉生產管理技術規程》進行。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 煙株農藝性狀的測定 根據《煙草農藝性狀調查測量方法》YC/T 142─2010標準［14］，于旺長期（移栽后60 d）選取各小區具有代表性的煙株，測定烤煙的株高、有效葉數、最大葉長和最大葉寬等農藝性狀指標，并計算最大葉面積，其中最大葉面積=最大葉長×最大葉寬×0.6345。

1.3.2 植煙土壤指標的測定 移栽后60 d，每個試驗小區內按照“S形線路”采集0～20 cm土層根際土壤，混合土樣以“四分法”平均作為分析樣品。部分土壤去除碎石、根系等雜物后立即放入4 ℃冰箱中保存，用于測定土壤微生物數量；剩余土壤于陰涼處風干后過2 mm網篩，用于土壤理化性質測定。

參照鮑士旦方法［15］，采用電位計法測定土壤pH；采用重絡酸鉀容量法測定土壤有機質含量；采用擴散吸收法測定土壤堿解氮含量；采用NaHCO3-鉬銻抗比色法測定土壤速效磷含量；采用NH4OAc浸提—火焰光度法測定土壤速效鉀含量。

采用稀釋涂布平板法［16］測定土壤微生物數量，其中細菌培養采用牛肉膏蛋白胨培養基、真菌采用馬丁氏培養基、放線菌采用改良高氏一號培養基進行培養。青枯病原菌采用RS選擇性培養基。

1.3.3 烤煙青枯病害的調查 在旺長期（移栽后60 d）調查各小區青枯病發病株數，并進行病害嚴重度分級。分級標準參照GB/T 23222─2008《 煙草病蟲害分級及調查方法》［17］。

發病率=（發病株數/調查總株數） ×100%；

病害指數=［∑（各級病株×該病級值）/（調查總株數×最高級值）］×100。

1.3.4 烤煙經濟性狀的測定 采烤結束后，對每小區煙葉進行分級，依據當地煙葉收購價格計算烤煙產量、均價、產值和中上等煙比例等經濟性狀指標。

1.4 數據處理

采 用Microsoft Excel 2010進 行 數 據 統 計，SPSS 21.0軟件進行差異顯著性分析，Origin 9.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理對煙株農藝性狀的影響

如表1所示，與CK相比，T1、T2和T3處理下煙株各項農藝性狀指標均有不同程度的提高，且基本表現為T3＞T1＞T2＞CK。相比于對照處理，T1處理下煙株的株高、有效葉數、最大葉寬和最大葉面積分別顯著提高了15.75%、39.62%、16.56%和29.86%；T2處理下煙株有效葉數較對照處理顯著提高了21.73%；T3處理下煙株各項農藝性狀指標相比對照處理提升幅度最大，株高、有效葉數、最大葉長、最大葉寬和最大葉面積增幅分別達43.59%、56.60%、22.55%、26.88%和51.86%，且均與對照處理差異顯著。與T1和T2處理相比，T3處理下煙株株高和最大葉面積均顯著提高，其中株高增幅分別達24.05%和37.59%，最大葉面積增幅分別達16.94%和33.01%。在有效葉數和最大葉寬上，T3處理與T1處理之間差異并不顯著，而T3處理相比T2處理分別顯著提高了28.65%和18.16%。T1、T2和T3處理間的最大葉長差異不顯著。

表1 不同處理下煙株農藝性狀

2.2 不同處理對植煙土壤理化性質的影響

如表2所示，相較于對照處理，T1、T2和T3處理均不同程度地提高了植煙土壤理化性質指標。與CK相比，T3處理下土壤pH值顯著提高了9.51%，T1和T2處理下土壤pH值較對照處理有一定程度的提升，但差異不顯著。T1和T3處理下土壤堿解氮含量較對照處理分別顯著提高了20.79%和43.42%。在土壤有機質、速效磷和速效鉀指標上，T1、T2和T3處理相比于對照處理均有顯著提高，其中有機質含量增幅分別達24.10%、12.71%和33.93%，速效磷含量增幅分別達26.27%、25.42%和75.14%，速效鉀含量增幅分別達45.28%、31.69%和53.07%。

表2 不同處理下植煙土壤理化性質

由T1、T2和T3處理間的比較發現，植煙土壤理化性質指標基本呈現T3＞T1＞T2。在T1和T2處理間比較，土壤理化性質指標以T1處理下相對較高，但各指標均無顯著差異。T3處理下土壤各項理化性質指標均高于T1和T2處理，其中T3處理下土壤有機質和速效鉀含量較T2處理分別顯著提高了18.83%和16.23%，T1和T3處理在土壤有機質和速效鉀含量指標上無顯著差異。相比于T1和T2處理，T3處理下土壤堿解氮和速效磷含量均有顯著提高，其中堿解氮含量增幅分別達18.73%和29.87%，速效磷含量增幅分別達38.71%和39.64%。在土壤pH值指標上，雖表現為T3＞T1＞T2的趨勢，但處理間無顯著差異。

2.3 不同處理對植煙土壤微生物數量的影響

由圖1可知，與對照處理相比，T1、T2和T3處理的植煙土壤細菌數量、放線菌數量和微生物總量均有不同程度的提高，而真菌數量（除T1處理外）、青枯病原菌數量和青枯病原菌/細菌均有所降低。不同處理下土壤細菌數量、放線菌數量和微生物總量表現為T3＞T2＞T1＞CK，土壤青枯病原菌數量和青枯病原菌/細菌表現為CK＞T1＞T2＞T3處理，土壤真菌數量表現為T1＞CK＞T2＞T3。

圖1 不同處理對植煙土壤微生物數量的影響

相比于對照處理，T1、T2和T3處理的土壤細菌數量和微生物總量以及T2和T3處理下土壤放線菌數量均有顯著提高，這3個處理的細菌數量增幅分別達33.84%、68.55%和144.69%，微生物總量增幅分別達33.98%、67.96%和142.15%，T2和T3處理的放線菌數量增幅分別達167.21%和255.19%。在T1、T2和T3處理間進行比較，它們在土壤細菌數量、真菌數量、放線菌數量、微生物總量、青枯病病菌數量、青枯病原菌/細菌等指標上均有顯著差異。相比于T1和T2處理，T3處理下土壤細菌數量分別顯提高了82.82%和45.17%，土壤放線菌數量分別顯著提高了236.79%和32.92%，土壤微生物總量分別顯著提高了80.74%和44.17%。在T1和T2處理間進行比較，T2處理的土壤細菌數量、放線菌數量和微生物總量均顯著高于T1處理，增幅分別達25.93%、153.37%和25.36%。

與對照處理相比，除T1處理下土壤真菌數量有顯著升高外，其他處理下土壤真菌數量、青枯病原菌數量和青枯病原菌/細菌均有顯著降低。在土壤真菌數量指標上，相比于對照處理，T1處理下土壤真菌數量顯著提高了18.44%，而T2和T3處理下土壤真菌數量分別顯著降低了25.76%和43.35%。在T1、T2和T3處理間進行比較，T3處理下土壤真菌數量較T1和T2處理分別顯著降低了52.16%和23.68%，T2處理下土壤真菌數量較T1處理顯著降低了37.32%。在土壤青枯病原菌數量和青枯病原菌/細菌指標上，相比于對照處理，T1、T2和T3處理下土壤青枯病原菌數量分別顯著降低了33.36%、50.49%和55.53%，青枯病原菌/細菌分別顯著降低了51.18%、71.30%和80.18%。在T1、T2和T3處理間進行比較，T3處理下土壤青枯病原菌數量和青枯病原菌/細菌均顯著低于T1和T2處理，其中土壤青枯病原菌數量降幅分別達33.27%和10.17%，青枯病原菌/細菌降幅分別達59.39%和30.93%。相比于T1處理，T2處理下土壤青枯病原菌數量和青枯病原菌/細菌均顯著降低，降幅分別達25.71%和41.21%。

2.4 不同處理對烤煙青枯病害發生的影響

由圖2可知，與對照處理相比，T1、T2和T3處理下烤煙青枯病發病率和病情指數均有不同程度的降低，且均表現為CK＞T1＞T2＞T3。相比于對照處理，T1、T2和T3處理下烤煙青枯病發病率分別顯著降低了46.67%、59.99%和66.67%，青枯病病情指數分別顯著降低了54.21%、77.13%和83.09%。在T1、T2和T3處理間進行比較，以T3處理下烤煙青枯病發病率和病情指數顯著較低，相比于T1和T2處理，T3處理下烤煙青枯病發病率分別顯著降低了37.50%和16.67%，青枯病病情指數分別顯著降低了63.08%和26.08%。相比于T1處理，T2處理下烤煙青枯病發病率和病情指數分別顯著降低了25.01%和50.05%。

圖2 不同處理下烤煙青枯病發生情況

2.5 不同處理對烤煙經濟性狀的影響

如表3所示，與對照處理相比，T1、T2和T3處理下烤煙產量、均價、產值和中上等煙比例等經濟性狀指標均有不同程度提高，基本表現為T3＞T1＞T2＞CK。相比于對照處理，T1和T2處理下烤煙產量和中上等煙比例雖有一定程度提高，但差異不顯著。T3處理下烤煙產量和中上等煙比例較對照處理分別顯著提高了4.57%和9.47%。在T1、T2和T3處理間進行比較，以T3處理下烤煙經濟性狀指標表現最好。與T1和T2處理相比，T3處理下烤煙產值和中上等煙比例均有顯著提高，其中烤煙產值增幅分別達9.01%和12.06%，中上等煙比例增幅分別達6.14%和7.31%。在均價指標上，T3處理較T2處理顯著提高了9.52%，而T3處理和T1處理間無顯著差異。T1和T2處理間比較，烤煙產量、均價、產值和中上等煙比例等經濟性狀指標雖以T1處理下相對較高，但T1與T2處理相比無顯著差異。

表3 不同處理下烤煙經濟性狀

3 討論

生物炭和復合微生物組劑作為生態良好的土壤改良劑，單施或混合施用均能有效促進煙株生長，改善農藝性狀指標。以生物炭和復合微生物組劑配施處理下煙株各項農藝性狀指標提升幅度最大，而且相較于生物炭或復合微生物組劑單一施用處理，二者配施處理下煙株株高和最大葉面積均有顯著提高。烤煙是以收獲葉片為主的經濟作物，最大葉面積指標的顯著提升對提高烤煙產量和經濟效益有重要意義。前人研究認為，由于生物炭富含孔隙且自身含有營養元素，有利于煙草的生長［18］。同時復合微生物組劑的施用對土壤青枯菌有抑制效應，生物炭的多孔隙結構為有益微生物提供了良好的繁衍環境，有利于減少青枯病的發生而促進煙株生長［19］，這也與本研究中生物炭和復合微生物組劑單施或混合施用處理下煙株農藝性狀指標明顯提升的結果一致。另外，施用生物炭和復合微生物組劑對煙草的促生作用，可能與二者改善了土壤理化性質和微生態環境有關［20］。

在本試驗中，相比于對照處理，生物炭和復合微生物組劑單施或混合施用均不同程度提高了植煙土壤理化性質指標，尤其是二者配施處理下較對照處理顯著提高了植煙土壤pH值，這可能是由于生物炭具有極強的吸附能力和較大的離子交換量，可改善土壤陽離子或陰離子交換量，加之復合微生物組劑的配施提高了土壤的保水保肥能力［21］。相比于生物炭或復合微生物菌劑單一施用，二者配施處理下土壤堿解氮和速效磷含量均有顯著提高，施用生物炭在一定程度上能促進土壤堿解氮釋放量增加，加之微生物對土壤中氮素具有固定作用，進一步改善了植煙土壤中堿解氮含量［22］。土壤中速效磷含量的增加可能與生物炭本身為植物秸稈碳化而來有關，配施復合微生物組劑后進一步提高了土壤速效磷含量，這可能與有益微生物的活動有關［23］，需要進一步的研究。綜合來看，生物炭和復合微生物組劑配施能夠發揮互作效應，有利于提高植煙土壤養分和改善土壤酸化狀況。

以往研究表明，土壤中青枯菌的數量與作物青枯病發病率呈顯著正相關［24］，因此降低煙株根際土壤中病原菌數量對青枯病防控至關重要。生物炭的多孔性和巨大的比表面積為土壤中細菌、真菌和放線菌等微生物的生存繁衍提供了良好的棲息地，同時本身富含的碳源也能促進微生物的生長［25］。多黏類芽孢桿菌和哈茨木霉菌對青枯菌有較好的抑制作用，通過與生物炭的配合施用更有利于抑制土壤中的病原菌。值得關注的是，單一施用生物炭處理下土壤中真菌數量顯著提高，這可能是由于生物炭為微生物活動提供了充足的碳源，從而提高了真菌的活性［26］。生物炭配合施用復合微生物組劑處理下，土壤中真菌數量有顯著降低的趨勢，這可能與多黏類芽孢桿菌和哈茨木霉菌的活動有關，土壤微生物群落結構逐漸從“真菌型”向適宜作物生長的“細菌型”轉化，土壤中的病原菌失去了寄主或改變了其生活環境，進而影響土壤微生物的生長、發育和代謝，由此改變了原有的微生物體系結構［27］；另外，細菌的快速繁殖在一定程度上抑制了有害真菌的生存。本試驗中，生物炭和復合微生物組劑單施或混合施用處理下土壤青枯病原菌數量和青枯病原菌/細菌均有所降低，且以配施處理下降幅最大。研究表明，生物炭和有益微生物菌劑能有效降低植煙土壤中青枯病原菌數量［28］，這與本試驗的結果一致，說明生物炭和復合微生物組劑配施能更有效地調控植煙土壤微生物區系，改善植煙土壤微生物群落結構和多樣性，使土壤微環境向健康土壤轉變，從而實現有效防控青枯病的目的［29］。這也是生物炭和復合微生物組劑配施處理下，烤煙青枯病發病率和病情指數顯著較低的重要原因。

在本試驗中，生物炭和復合微生物組劑配施處理下烤煙經濟性狀表現最好，相對于二者單一施用，烤煙產值和中上等煙比例均有顯著提高。結合本試驗結果可以看出，生物炭和復合微生物組劑配施處理有效改善了植煙土壤環境并促進了烤煙生長發育，煙草青枯病發病率和病情指數顯著降低，保證了烤煙產質量的形成，提升和優化烤煙經濟性狀指標。

4 結論

總之，生物炭和復合微生物組劑配施處理能發揮互作效應、有效改善植煙土壤理化性質、改善根際土壤微生物群落結構、減少青枯病原菌數量，以維持土壤微生態平衡，在促進煙株生長發育的同時，減少青枯病發生，從而提高烤煙種植經濟效益。