玉米//花生間作模式對作物病害發(fā)生的影響及分析

賈 曦，王 璐，劉振林，李長松，殷復(fù)偉，王瑩瑩，萬書波*

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院/山東省作物遺傳改良與生態(tài)生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250100；2.山東省泰安市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，山東 泰安 271000)

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玉米//花生間作模式對作物病害發(fā)生的影響及分析

賈 曦1，王 璐1，劉振林1，李長松1，殷復(fù)偉2，王瑩瑩1，萬書波1*

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院/山東省作物遺傳改良與生態(tài)生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250100；2.山東省泰安市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，山東 泰安 271000)

為探索玉米//花生間作種植模式對玉米和花生病害發(fā)生情況的影響，2015-2016年對玉米、花生單作田和間作田進(jìn)行了病害調(diào)查，并對其氣象因子和土壤酶活性進(jìn)行了測定與分析。結(jié)果表明：間作模式下玉米和花生病害的發(fā)生率都有所降低，玉米病害發(fā)病率降低程度尤為顯著，其中對玉米莖腐病影響最大，發(fā)病降低率可達(dá)42.53%。本文對間作田和單作田的多項(xiàng)氣象因子進(jìn)行了測定，結(jié)果表明：同單作相比，玉米間作田光照度平均提高了5784.67lx，環(huán)境和土壤相對濕度分別平均降低了9.15%和8.23%，花生間作田光照度平均降低了16053.77lx，環(huán)境和土壤溫度、相對濕度差別不顯著。通過土壤中酶活性測定，發(fā)現(xiàn)間作模式在一定程度上提高了與抗性正相關(guān)的堿性磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶的活性。

間作；病害；氣象因子；土壤酶活性

由于單一作物的長期大面積種植和化肥農(nóng)藥的過量超標(biāo)使用，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)變得日益脆弱，對自然災(zāi)害的抵御能力逐漸下降，這一現(xiàn)象給農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和糧食安全帶來了嚴(yán)重威脅，成為國內(nèi)外農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亟待解決的問題[1]。玉米//花生間作模式作為一種經(jīng)濟(jì)高效的種植方式，不僅可以實(shí)現(xiàn)糧油均衡增產(chǎn)，而且還能夠改變單一作物種植結(jié)構(gòu)，增加田間生物多樣性。研究表明，生物多樣性的增加可以預(yù)防和控制病害的發(fā)生和流行[2]。目前玉米//花生間作的研究大多集中在提高作物產(chǎn)量和改善土壤營養(yǎng)元素等方面，對田間病害發(fā)生規(guī)律的影響尚未報(bào)道。

作物病害發(fā)生和流行的三要素是寄主、病原和環(huán)境條件，而前兩者相對穩(wěn)定，故影響病害發(fā)生的主要因素是環(huán)境條件。在環(huán)境條件中，田間氣象因子決定著作物對光、水、氣、熱等有限資源的利用[3]，從而影響病害發(fā)生。土壤酶主要來源于植物根系分泌物和動(dòng)植物殘?bào)w腐解過程[4]以及土壤微生物代謝過程[5]。土壤酶活性的高低能反映出土壤生物活性和生化反應(yīng)強(qiáng)度，是評價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)之一[6]。有研究表明土壤酶活性提高后，作物的抗性隨之增強(qiáng)[7]。

本研究對玉米//花生間作田和單作田的病害發(fā)生情況進(jìn)行了調(diào)查，并通過對其田間氣象因子和土壤酶活性的測定和分析，揭示了玉米//花生間作對病害發(fā)生影響的規(guī)律及其內(nèi)在原因，為該間作模式的發(fā)展和利用提供理論支撐，并為其在大田生產(chǎn)中的指導(dǎo)提供實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

采用玉米品種魯單818和花生品種花育22號為供試品種。土壤酶測定試劑：蘇州科銘生物技術(shù)有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 田間種植和病害調(diào)查 2015-2016年在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院東營試驗(yàn)基地和泰安市馬莊鎮(zhèn)農(nóng)場兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行了連續(xù)2年的種植和病害調(diào)查。試驗(yàn)田前茬為小麥，每年麥?zhǔn)蘸蟛シN。設(shè)玉米單作、花生單作和玉米//花生間作3種種植模式，單作玉米密度60000株/hm2，行距66cm，株距25.2cm；單作花生密度為150000穴/hm2，壟寬85cm，壟上播2行花生，穴距15.6cm。間作田采取3∶4(3行玉米4行花生)間作模式：間作玉米密度60000株/hm2，行距55cm，株距14.3cm；花生密度為72793穴/hm2，每穴2粒，每壟寬85cm，壟上播2行花生，行距35cm，穴距15.2cm，玉米邊行距花生壟35cm，玉米/花生行間距60cm。玉米單作田0.2hm2，花生單作田0.2hm2，間作田0.67hm2。每公頃施N:P:K為15:15:15三元復(fù)合肥750kg作底肥，后期不追肥。為確保病害調(diào)查的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)過程中不施用任何殺菌劑和殺蟲劑。東營試驗(yàn)點(diǎn)：2015年6月12日播種，玉米10月10日收獲，花生10月20日收獲；2016年6月15日播種，玉米10月14日收獲，花生10月24日收獲。泰安馬莊鎮(zhèn)試驗(yàn)點(diǎn)：2015年6月15日播種，玉米10月7日收獲，花生10月17日收獲；2016年6月17日播種，玉米10月10日收獲，花生10月20日收獲。

在玉米大喇叭口期、灌漿期和成熟期和花生苗期、盛花期和成熟期，分別對玉米和花生的主要病害進(jìn)行了三次田間調(diào)查。玉米主要調(diào)查了大斑病、小斑病、銹病、褐斑病、彎孢霉葉斑病和莖腐病，葉部病害調(diào)查最高穗位的上下各2片葉片，每株共4片葉。玉米葉部病害采用與其相應(yīng)的分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)查分級[8-10]，玉米莖腐病只調(diào)查發(fā)病率。間作田選取5個(gè)玉米種植條帶進(jìn)行調(diào)查，每個(gè)條帶隨機(jī)連續(xù)選取40株，共200株；單作玉米采用5點(diǎn)取樣，每個(gè)點(diǎn)連續(xù)取40株，共200株?；ㄉ饕{(diào)查了褐斑病、黑斑病、網(wǎng)斑病、黃花葉病和焦斑病，其中褐斑病、黑斑病、網(wǎng)斑病和焦斑病采用統(tǒng)一分級方法進(jìn)行調(diào)查分級[11]，黃花葉病只調(diào)查發(fā)病率。間作田選取5個(gè)花生條帶進(jìn)行調(diào)查，每個(gè)條帶隨機(jī)連續(xù)選取50片花生復(fù)葉，單作花生田采用5點(diǎn)取樣，每個(gè)點(diǎn)選取50片花生復(fù)葉進(jìn)行調(diào)查，共250片復(fù)葉(1000片葉片)，調(diào)查并統(tǒng)計(jì)發(fā)病情況。

1.2.2 田間氣象因子測定 從玉米拔節(jié)期到成熟期，利用全自動(dòng)氣象站對單作和間作模式下的部分氣象因子進(jìn)行測定。氣象站為四組探測單元，分別放于花生單作田、間作田花生行、間作田玉米行和玉米單作田中，每組探測單元包括5個(gè)檢測傳感器探頭，分別用于田間環(huán)境溫度和濕度、土壤溫度和濕度以及植物冠層光照強(qiáng)度的測定?；ㄉ镏泄庹諒?qiáng)度傳感器探頭置于花生冠層上方玉米田光照強(qiáng)度傳感器探頭置于玉米行間，高度與最高穗位平行。氣象數(shù)據(jù)連續(xù)記錄30d，選取每日12時(shí)的數(shù)據(jù)，計(jì)算其平均值。

1.2.3 土壤酶活性測定 在玉米的灌漿期從試驗(yàn)田中采集不同種植模式下的土壤樣品，在玉米、花生單作田和間作田每種模式取5點(diǎn)，采集10～15cm土層的等量土壤混合，封口袋保存。間作田采集土壤為花生種植條帶和玉米種植條帶之間的土壤。采集的土壤樣品在室溫?zé)o菌風(fēng)干24h后，采用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司試劑，并按照其說明方法對過氧化氫酶、蔗糖酶和土壤酸性磷酸酶進(jìn)行測定。

過氧化氫酶單位定義：每天每g風(fēng)干土樣催化 1μmol H2O2降解。

蔗糖酶單位定義：每天每g土樣中產(chǎn)生1mg還原糖定義為一個(gè)蔗糖酶活力單位。

土壤酸性磷酸酶單位定義：37℃中每天每g土壤釋放 1nmol 酚為1個(gè)酶活單位。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米//花生間作對玉米病害的影響

表1可見，玉米大斑病和銹病病害主要發(fā)生于灌漿期和成熟期，間作田的發(fā)病率和病情指數(shù)均低于單作田，其中大斑病間作田的病情指數(shù)分別降低了17.24%和25.00%，銹病間作田的病情指數(shù)比單作田分別降低36.52%和31.50%。

因2015-2016年間玉米生長中后期銹病較重，尤其2015年銹病發(fā)病尤為嚴(yán)重，玉米成熟期銹病成為主要病害，一定程度上影響了其他病害的發(fā)生，或因前期存在的癥狀被銹孢子掩蓋而無法識別，所以小斑病、褐斑病和彎孢霉葉斑病主要調(diào)查時(shí)期在大喇叭口期和灌漿期。其中小斑病病情指數(shù)分別降低了20.00%和11.11%，褐斑病為15.38%和26.31%，彎孢霉葉斑病為22.43%和34.84% ，說明間作田對大喇叭口期和灌漿期主要病害都有一定的抑制作用，對彎孢霉葉斑病抑制效果較為顯著 。

表1 2015-2016年玉米//花生間作對玉米不同時(shí)期主要病害發(fā)生情況的影響Table 1 The effects of the maize//peanut intercropping system on the major disease occurrence of maize among different periods in fields during 2015-2016

注： “/” 表示此病害癥狀無表現(xiàn)。莖腐病調(diào)查未分級。
Note:"/" stands for no symptoms of the disease.There is no disease rating in the corn stalk rot investigation.

玉米莖腐病是發(fā)生于玉米莖基部的主要土傳病害，多發(fā)生于乳熟后期，成熟期癥狀明顯。調(diào)查結(jié)果顯示，間作田對玉米莖腐病發(fā)病的影響最為顯著，單作田的發(fā)病率高達(dá)87.00%，而間作田的發(fā)病率為50.00%，控制效果為42.53%。綜上所述，玉米//花生間作模式對不同時(shí)期的玉米病害發(fā)生都有一定的降低作用，對玉米銹病和莖腐病的控制效果較為顯著，均達(dá)到30%以上。

2.2 玉米//花生間作對花生病害的影響

由表2可見，間作模式對花生葉部病害具有一定的抑制作用，但抑制效果不如玉米病害顯著。間作田對網(wǎng)斑病影響最大，間作田花生網(wǎng)斑病發(fā)病率較單作田降低了10.99%。

2.3 不同種植模式間的氣象因子差異

玉米和花生不同種植模式下氣象因子的差異從表3可見，玉米間作田和單作田之間差異較大的氣象因子主要為光照度、環(huán)境濕度和土壤濕度，玉米間作田光照度平均提高了5784.67lx，環(huán)境和土壤相對濕度分別平均降低了9.15%和8.23%；花生間作田和單作田之間差異較大的氣象因子主要為光照度，間作田的光照度低于單作田。從氣象因子數(shù)據(jù)看來，玉米//花生間作模式下，玉米為優(yōu)勢作物，能更好地利用間作帶來的多層次“空間差”。

表2 2015-2016年玉米//花生間作對不同時(shí)期花生主要葉部病害發(fā)生情況的影響Table 2 The effects of the maize//peanut intercropping system on the major disease occurrence of peanut among different periods in fields during 2015-2016

注： “/”表示此病害癥狀無表現(xiàn)。黃花葉病調(diào)查未分級。
Note:"/" stands for no symptoms of the disease.There is no disease rating in the peanut yellow mosaic.

表3 玉米和花生不同種植模式間的氣象因子差異Table 3 The differences of meteorological factors under different maize and peanut cropping patterns

2.4 土壤酶活性測定

堿性磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶這三種土壤酶的高低均與土壤生物活性的高低成正相關(guān)，而土壤的生物活性又與作物的抗逆性和抗病害能力有著密切聯(lián)系。由表4可知，不同種植模式下的土壤酶活性中，玉米//花生間作的堿性磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶的活性均高于玉米單作和花生單作，分別比土壤酶活性較高的玉米單作提高了25.93%、9.44%和47.07% ，說明間作模式有利于土壤酶活性的增強(qiáng)。

表4 不同種植模式的土壤酶活性Table 4 The soil enzyme activity under different cropping patterns

注：表中同一列所示字母表示在 0.05 水平差異顯著 (DMRT 法)。
Note:The letter showed in the same column means significant differences at 0.05 (DMRT method).

3 結(jié)論與討論

大量研究表明，生物多樣性的合理布局在遺傳上增加了種植在同一地塊中農(nóng)作物的異質(zhì)性，特別是抗病異質(zhì)性，對于流行病害的發(fā)生起到了很好的控制作用[12]。我們的病害調(diào)查結(jié)果同樣顯示，玉米//花生間作的種植模式同樣具有抑制田間病害發(fā)生的效果，主要因?yàn)橛衩缀突ㄉ莾蓚€(gè)不同種類的作物，遺傳背景相差甚遠(yuǎn)，它們之間沒有共同的病原，可以對彼此的病原起到稀釋作用[13]。而且玉米和花生的高度差異產(chǎn)生了層次性的“空間差”，也可以對病原的傳播起到阻隔作用。該空間格局的變化不僅提高了作物對光照和溫度的利用效率，還能明顯降低田間濕度，從而達(dá)到控制病害發(fā)生和傳播的效果。

間作種植能增加田間通風(fēng)透光、降低作物葉片表面濕度、稀釋病原菌等[14]，上述現(xiàn)象對間作中的優(yōu)勢作物玉米的作用尤為明顯。間作不僅改變了單作玉米田中郁閉的環(huán)境，增強(qiáng)了田間的通透性，降低了環(huán)境的濕度，而且還打破了玉米葉片采光的局限性，充分發(fā)揮了邊行效應(yīng)。而單作玉米對陽光的利用局限于上部的平面采光，下部處于弱光條件，不利于采光，本研究中的田間氣象因子測定也證實(shí)了這一結(jié)論。作物光合作用的提高，有利于養(yǎng)分的運(yùn)輸和積累，提升了作物的抗逆、抗病能力。

某些土壤酶活性顯著增加，意味著土壤生物活性的提高，能增強(qiáng)植物的抗性[15]，其活性與土壤中的腐殖質(zhì)、水溶性有機(jī)質(zhì)以及微生物的數(shù)量及其活動(dòng)呈正相關(guān)[16]。目前有關(guān)根際土壤酶活性與作物抗病性的報(bào)道還較少，有關(guān)玉米//花生間作的報(bào)道中也多側(cè)重于與營養(yǎng)相關(guān)的土壤酶的探討。在本文的研究中，土壤酶活性的測定結(jié)果，也是與病害的調(diào)查結(jié)果呈負(fù)相關(guān)的。玉米//花生間作模式下三種土壤酶活性的升高，也代表著植物抗病性的增強(qiáng)。由此分析玉米//花生間作模式不僅可以通過改變田間小氣候，而且還可以通過改變作物根際土壤活性，來實(shí)現(xiàn)對病害發(fā)生的預(yù)防和控制。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，玉米//花生間作不但可以作為一種經(jīng)濟(jì)高效的種植模式來實(shí)現(xiàn)糧油的均衡增產(chǎn)，還可以作為一種切實(shí)可行的農(nóng)藥減施措施。

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Effects and Analyses of Intercropping Pattern for Maize and Peanut on Crops Disease Occurrence

JIA Xi1,WANG Lu1,LIU Zhen-lin1,LI Chang-song1,YIN Fu-wei2,WANG Ying-ying1,WAN Shu-bo1*

(1.ShandongAcademyofAgriculturalSciences/ShandongKeyLab.ofCropGeneticImprovement,EcologyandPhysiology,Jinan250100,China; 2.Tai'anAgr.TechnologyExtensionStation,Tai'an271000,China)

In order to reveal the effects of the intercropping system on the diseases of peanut and maize,we have measured and analyzed the meteorological factors and soil enzyme with the disease investigation of single maize,single peanut and intercropping system during 2015～2016.The results showed that intercropping system could decrease the disease incidence and disease severity index of maize and peanut.Especially for maize,the disease incidence of the corn stalk rot could be reduced by 42.53%.In the experiment of the meteorological factors and soil enzyme,the light illuminance in maize field had been raised 5784.67lx in the intercropping system.The relative humidity of environment and soil had been respectively reduced by 9.15% and 8.23%.But the light illuminance of maize field in the intercropping system had been reduced 16053.77lx.In addition,the relative humidity of environment and soil in peanut field had little difference between single peanut and intercropping system.And the enzyme activities in the rhizosphere soil which exist positive correlation with the disease resistance of crops,such as alkaline phosphatase,sucrase and catalase,had been increased.

intercropping; disease; meteorological factors; soil enzyme

10.14001/j.issn.1002-4093.2016.04.010

2016-12-06

山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2015GNC111023)；山東省2013年度農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新課題“玉米//花生間作均衡增產(chǎn)增效技術(shù)體系研究”；山東省2015年度農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新課題“糧-經(jīng)-飼高效生態(tài)種養(yǎng)模式研究建立與示范”；山東省2015年度農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目“山東省玉米病蟲害綠色防控技術(shù)研究與應(yīng)用”

賈曦(1974-)，男，山東鄄城人，山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究員，碩士，主要從事植物病理研究。E-mail:jiaxi1022@sina.com

*通訊作者： 萬書波(1962-)，男，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事花生栽培生理研究。E-mail:wansb@saas.ac.cn

S344.2；S314

A