炭基生物有機(jī)肥對(duì)辣椒疫病防控·植株生長(zhǎng)及土壤微生物的影響

徐傳銀，王光飛，陸其通，馬 艷，郭德杰，顏士敏

(1.東海縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，江蘇連云港 222300；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部鹽堿土改良與利用(濱海鹽堿地)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210014；3.江蘇省耕地質(zhì)量與農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)站，江蘇南京 210029)

土傳病害在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)較為常見，傳染性強(qiáng)，發(fā)病嚴(yán)重時(shí)對(duì)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)造成毀滅性傷害。施用生物有機(jī)肥是常見的一種綠色防控方法，通過調(diào)節(jié)土壤微生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境和提高土壤生物肥力來防控病害[1]。但在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)用生物有機(jī)肥防控土傳病害防效不穩(wěn)定，還需進(jìn)行多元強(qiáng)化防病效果。

生物炭比表面積大，孔隙性極好，適合外源有益微生物定殖和提高土壤微生物豐度[2-3]，也可誘導(dǎo)植株系統(tǒng)抗性[4]。研究表明，生物炭可通過富集木霉、黑曲霉、芽孢桿菌、鏈霉菌、假單孢菌等抑病性微生物以及提高土壤微生物活性和多樣性進(jìn)而有效防控土傳病害[5]。研究顯示生物炭和有機(jī)肥進(jìn)行復(fù)配與單施相比可明顯優(yōu)化土壤微生物多樣性和減少病原菌數(shù)量[6-7]。筆者所在團(tuán)隊(duì)近年研究初步顯示生物有機(jī)肥與生物炭在防病方面具有協(xié)同效果，推測(cè)多元化的炭基生物有機(jī)肥在防控土傳病害方面能獲得更好防效。

氨基酸和黃腐酸鉀是農(nóng)業(yè)市場(chǎng)上易獲得的肥料屬性有機(jī)物，研究顯示氨基酸和黃腐酸鉀可提高作物抗病性、果類蔬菜生長(zhǎng)和增加產(chǎn)量[8-11]。筆者所在實(shí)驗(yàn)室芽孢桿菌菌株BS211和木霉菌菌株TV41是對(duì)土傳病害防控效果較好的生防菌[12-13]，也有多項(xiàng)報(bào)道木霉和芽孢桿菌可抑制辣椒疫病[14-15]。筆者預(yù)估以生物炭和有機(jī)肥為主料，以氨基酸和黃腐酸鉀為輔料，以生防菌BS211和TV41為核心，復(fù)配為多元炭基生物有機(jī)肥可有效防控土傳病害。

蘇北設(shè)施辣椒產(chǎn)量高，辣椒疫病較為普遍。筆者以辣椒疫病為試驗(yàn)對(duì)象，研究炭基生物有機(jī)肥盆栽防病效果，再進(jìn)行田間試驗(yàn)驗(yàn)證其應(yīng)用效果。根據(jù)辣椒疫病發(fā)生率、病原菌數(shù)量來判定其病害防控效果，根據(jù)土壤微生物性狀和植株生長(zhǎng)參數(shù)來判定炭基生物有機(jī)肥改善土壤微生態(tài)和促進(jìn)植株生長(zhǎng)效果。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料供試土壤采自江蘇連云港市東海縣桃林鎮(zhèn)辣椒大棚耕層土，基本性狀：pH 7.04，電導(dǎo)率517 μS/cm，有機(jī)質(zhì)26.7 g/kg，速效氮182.4 mg/kg，有效磷154.3 mg/kg，速效鉀215.6 mg/kg。

芽孢桿菌菌劑為筆者所在團(tuán)隊(duì)具備防病功能的解淀粉芽孢桿菌BS211經(jīng)麩皮固體發(fā)酵后風(fēng)干粉碎后的菌劑。供試木霉菌劑為筆者所在團(tuán)隊(duì)具備防病促生功能的木霉菌TV41經(jīng)麩皮固體發(fā)酵后風(fēng)干粉碎后的菌劑。

供試肥料有15-15-15復(fù)合肥、稻殼生物炭、豬糞稻秸有機(jī)肥、未腐熟羊糞、黃腐酸鉀、氨基酸液。炭基有機(jī)肥由30%生物炭、15%氨基酸粉、10%黃腐酸鉀和45%豬糞稻草有機(jī)肥按質(zhì)量比混合，炭基生物有機(jī)肥為在炭基有機(jī)肥的基礎(chǔ)上添加芽孢桿菌菌劑和木霉菌劑至BS211和TV41終濃度均為2×107CFU/g。基本性狀見表1。氨基酸液含經(jīng)動(dòng)物源酶解制備并加堿中和的氨基酸和多肽，干物質(zhì)含量40%以上，干基游離氨基酸與多肽總量90%以上，干基全氮含量16%以上。黃腐酸鉀全鉀含量12%以上，全氮含量3%以上。

表1 不同有機(jī)肥性狀

供試?yán)苯芬呙狗蛛x于設(shè)施辣椒產(chǎn)區(qū)疫病病株。供試青椒品種為蘇椒5號(hào)，紅椒品種為大富豪。

1.2 盆栽試驗(yàn)

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)。將供試土壤添加辣椒疫霉游動(dòng)孢子至1 g土500個(gè)游動(dòng)孢子，再設(shè)置3個(gè)處理，分別為①CK，添加0.039% 15-15-15復(fù)合肥；②BCOF，添加0.75%炭基有機(jī)肥；③BCBOF，添加0.75%炭基生物有機(jī)肥。肥料按質(zhì)量比加入土壤后混合均勻。3個(gè)處理全氮投入一致，其中炭基有機(jī)肥和炭基生物有機(jī)肥按氮釋放率40%計(jì)算。每個(gè)處理裝45盆600 g加病原菌土壤，每盆栽植1棵六葉期蘇椒5號(hào)苗后培養(yǎng)于25～32 ℃溫室中，每個(gè)處理3次重復(fù)。栽植35 d后統(tǒng)計(jì)各處理發(fā)病率和植株鮮重。

1.2.2測(cè)定項(xiàng)目與方法。取根際土測(cè)定土壤微生物數(shù)量和碳源利用狀況[5]。以鮮土采用梯度稀釋法測(cè)定木霉菌、芽孢桿菌和放線菌數(shù)量，分別采用馬丁氏培養(yǎng)基、V8培養(yǎng)基和高氏一號(hào)培養(yǎng)基。將鮮土提取土壤DNA后，利用定量PCR測(cè)定辣椒疫霉數(shù)量。

土壤微生物碳源利用能力采用Biolog-Eco生態(tài)測(cè)試板測(cè)定。孔平均顏色變化率(average well color development，AWCD)=∑(Ci-R)/31；Shannon物種多樣性指數(shù)(H)=-∑Pi×lnPi；Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D)=1-∑Pi2。

1.3 田間試驗(yàn)在連云港市東海縣設(shè)施辣椒大棚和淮安清江浦區(qū)設(shè)施紅椒大棚進(jìn)行田間試驗(yàn)，2個(gè)大棚近茬均有辣椒疫病發(fā)生。設(shè)置3個(gè)處理，分別為①SM，7 500 kg/hm2未腐熟羊糞施用于土壤；②OF，6 765 kg/hm2豬糞稻秸有機(jī)肥施用于土壤；③BCBOF，4 680 kg/hm2炭基生物有機(jī)肥施用于土壤。3個(gè)處理有機(jī)類肥全氮投入量一致。基肥化肥和追肥化肥投入一致，基肥化肥投入氮磷鉀均為112.5 kg/hm2，追肥化肥投入氮147.4 kg/hm2、磷101.9 kg/hm2和鉀157.8 kg/hm2。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)30 m2。紅椒種植密度為5.70萬(wàn)棵/hm2，青椒種植密度為5.25萬(wàn)棵/hm2。收貨時(shí)，統(tǒng)計(jì)各處理小區(qū)發(fā)病率和總產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 炭基生物有機(jī)肥盆栽應(yīng)用效果

2.1.1對(duì)辣椒植株的影響。由圖1可知，盆栽試驗(yàn)條件下BCOF和BCBOF均對(duì)辣椒疫病發(fā)生率和植株生長(zhǎng)有影響。CK、BCOF和BCBOF的發(fā)病率分別為85.2%、50.4%和37.0%，且BCOF和BCBOF發(fā)病率顯著低于CK。BCOF和BCBOF的防效分別為40.9%和56.5%，兩者防效無(wú)顯著差異。CK、BCOF和BCBOF的平均植株鮮重分別為16.5、18.5和18.3 g。BCOF和BCBOF植株鮮重比CK分別提高12.1%和10.9%，但均與CK無(wú)顯著差異。因此，炭基有機(jī)肥和炭基生物有機(jī)肥均能顯著抑制辣椒疫病，炭基生物有機(jī)肥效果更佳。但炭基生物有機(jī)肥并沒有在促生方面優(yōu)于炭基有機(jī)肥。

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)

2.1.2對(duì)土壤病原菌和有益微生物數(shù)量的影響。由表2可知，各處理對(duì)根際土壤病原菌數(shù)量和有益微生物數(shù)量影響較大。與CK相比，BCOF和BCBOF可分別減少41.4%和71.0%辣椒疫霉數(shù)量，且與CK辣椒疫霉數(shù)量達(dá)顯著差異。另外，BCBOF辣椒疫霉數(shù)量顯著低于BCOF，僅為BCOF的0.49倍。有益微生物數(shù)量方面，與CK相比，BCOF均可增加木霉菌、芽孢桿菌、放線菌數(shù)量，增加幅度分別為21.6%、19.8%和16.5%，但均未與CK達(dá)顯著差異。BCBOF則能顯著增加木霉菌和芽孢桿菌數(shù)量，增加幅度分別為111.2%和53.6%。因此，炭基有機(jī)肥和炭基生物有機(jī)肥均能減少病原菌數(shù)量和增加有益微生物數(shù)量，但炭基生物有機(jī)肥在削減病原菌和增殖木霉菌與芽孢桿菌方面效果更佳。

表2 炭基生物有機(jī)肥對(duì)土壤病原菌和有益微生物數(shù)量的影響

2.1.3對(duì)土壤微生物碳源利用能力的影響。由表3可知，AWCD為Biolog-ECO測(cè)試板孔平均顏色變化率，代表微生物碳源利用強(qiáng)度，即微生物活性；H為Shannon群落碳源利用多樣性指數(shù)，代表微生物多樣性；E為Shannon群落碳源利用均勻度指數(shù)，代表微生物均勻度。BCOF和BCBOF菌能顯著增加AWCD和H值，略增加E值，而BCBOF均較高于BCOF。因此，炭基有機(jī)肥和炭基生物有機(jī)肥均可提高微生物活性、多樣性和均勻度，但炭基生物有機(jī)肥效果略強(qiáng)于炭基有機(jī)肥。

表3 炭基生物有機(jī)肥對(duì)土壤微生物碳源利用能力的影響

2.2 炭基生物有機(jī)肥田間應(yīng)用效果

2.2.1對(duì)東海青椒疫病發(fā)病率和產(chǎn)量的影響。由圖2可知，SM、OF和BCBOF處理也對(duì)東海青椒發(fā)病率和產(chǎn)量有所影響。SM、OF和BCBOF處理的發(fā)病率分別為2.1%、1.4%和0.8%，OF和BCBOF均有防病效果，防效分別為33.2%和62.5%，BCBOF與CK達(dá)顯著差異。OF和BCBOF處理產(chǎn)量分別比SM增加0.60 和1.41 t/hm2，BCBOF的增產(chǎn)率為3.3%。

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)

2.2.2對(duì)淮安紅椒疫病發(fā)病率和產(chǎn)量的影響。由圖3可知，未腐熟養(yǎng)分SM、豬糞稻秸有機(jī)肥OF和炭基生物有機(jī)肥BCBOF對(duì)淮安紅椒發(fā)病率和產(chǎn)量有一定的影響。SM、OF和BCBOF處理的發(fā)病率分別為5.9%、6.3%和3.1%，有機(jī)肥輕微增加了病害發(fā)生率，而BCBOF處理有46.9%防效，但3個(gè)處理均未達(dá)顯著差異。OF和BCBOF處理產(chǎn)量分別比SM增加0.23和2.15 t/hm2。BCBOF的增產(chǎn)率為6.8%，但與CK差異不顯著。

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)

3 結(jié)論與討論

盆栽試驗(yàn)中炭基生物有機(jī)肥和炭基有機(jī)肥均能顯著降低辣椒疫霉和防控辣椒疫病，而生物炭基有機(jī)肥效果強(qiáng)于炭基有機(jī)肥，這說明炭基生物有機(jī)肥的有機(jī)物料組分(炭基有機(jī)肥)和有效菌均具有貢獻(xiàn)作用。就防控效果而言，炭基生物有機(jī)肥并不顯著高于炭基有機(jī)肥，這體現(xiàn)了有機(jī)物料組分對(duì)防病的貢獻(xiàn)較大。但就辣椒疫霉數(shù)量而言，炭基生物有機(jī)肥削減辣椒疫霉效果顯著高于炭基有機(jī)肥，這說明木霉菌和芽孢桿菌對(duì)抑制病原菌貢獻(xiàn)大。值得注意的是，炭基有機(jī)肥促植株生長(zhǎng)作用微強(qiáng)于炭基生物有機(jī)肥。研究顯示生物炭、氨基酸和黃腐酸鉀均可促進(jìn)茄果類蔬菜生長(zhǎng)和提高植株抗性[8，11，16]。因此推斷，炭基生物有機(jī)肥防病的重要機(jī)理之一是有機(jī)物料組分促進(jìn)生長(zhǎng)和提高抗性。

炭基生物有機(jī)肥的有機(jī)物料與有效菌能協(xié)同提高抑制辣椒疫霉和防控病害能力，這與汪坤等[17]研究結(jié)果較為一致，生物炭基肥和哈茨木霉菌劑配施與單獨(dú)施用炭基有機(jī)肥相比，更能減少煙草黑脛病和青枯病。有機(jī)物料組分間也可能存在較好的協(xié)同增效作用，呂娜娜等[18]研究表明氨基酸和有機(jī)肥復(fù)配比單施有機(jī)肥增加土壤酶活性和黃瓜產(chǎn)量。另外，也有報(bào)道顯示復(fù)合芽孢菌劑和氨基酸組合可減少香蕉病害發(fā)生[19]。

炭基有機(jī)肥能在一定程度上增殖木霉、芽孢桿菌和放線菌3種抑病性微生物，并顯著提高了微生物活性和多樣性，這可能是生物炭、有機(jī)肥、黃腐酸鉀和氨基酸共同作用的結(jié)果，研究表明這些有機(jī)物料可增加土壤生物活性、微生物數(shù)量及部分有益微生物[5-7，18，20]。炭基生物有機(jī)肥土壤微生物活性和多樣性僅略高于炭基有機(jī)肥，土壤微生物活性和多樣性強(qiáng)有利于提高土壤抑制病害發(fā)生[21-22]，這說明有機(jī)物料組分能通過改善土壤微生物生態(tài)來抑制辣椒疫霉，而有效菌組分也能適當(dāng)提高土壤微生物活性和多樣性。炭基生物有機(jī)肥顯著增加了木霉和芽孢桿菌數(shù)量，說明BS211和TV41能在土壤中穩(wěn)定定殖，這有助于抑制病原菌繁殖。炭基生物有機(jī)肥中的組合也可能存在協(xié)同增效，柳曉磊等[19]和齊釗等[23]研究表明復(fù)合芽孢菌劑與氨基酸組合可減少病原真菌和根結(jié)線蟲，增加有益真菌，減少作物病害。

為了解炭基生物有機(jī)肥田間應(yīng)用效果，該研究在淮安清江浦區(qū)設(shè)施紅椒和連云港東海縣設(shè)施青椒上進(jìn)行辣椒疫病防效試驗(yàn)，防效可達(dá)46.9%和62.5%，對(duì)青椒疫病的田間防效高于盆栽防效。這可能是因?yàn)榕柙栽囼?yàn)是加病土壤，辣椒疫霉?jié)舛雀撸镩g試驗(yàn)土壤本底病原菌數(shù)量低。炭基生物有機(jī)肥對(duì)于重病土壤防效有限。大田試驗(yàn)可控性差，但炭基生物有機(jī)肥在2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)和2種辣椒品種防控疫病效果較好，這說明炭基生物有機(jī)肥潛力巨大。另外，炭基生物有機(jī)肥也顯示出一定的增產(chǎn)效果，這可能不僅與病害減少有關(guān)，也可能與炭基生物有機(jī)肥中的氨基酸、黃腐酸鉀和生物炭促生作用有關(guān)。

綜上，炭基生物有機(jī)肥能有效削減土壤辣椒疫霉數(shù)量和防控辣椒疫病，也能促進(jìn)辣椒植株生長(zhǎng)和提高辣椒產(chǎn)量。防病作用可能與其直接抑制辣椒疫霉、顯著增殖抑病微生物以及改善土壤微生物活性和多樣性相關(guān)，也可能與其促進(jìn)植株生長(zhǎng)和提高抗性有關(guān)。炭基生物有機(jī)肥的有機(jī)物料組分(生物炭、有機(jī)肥、氨基酸和黃腐酸鉀)對(duì)其改善土壤微生態(tài)和植株生長(zhǎng)有很大的貢獻(xiàn)作用，而TV41木霉菌和BS211芽孢桿菌抑制病原菌效果較好，對(duì)改善土壤微生態(tài)也有貢獻(xiàn)作用。