土壤理化性質(zhì)與青稞根腐病發(fā)生的關(guān)系

李雪萍，李建宏，姚 拓，漆永紅，劉 丹，郭 煒，李敏權(quán),2

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室/甘肅省草業(yè)工程實驗室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070； 2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

土壤理化性質(zhì)與青稞根腐病發(fā)生的關(guān)系

李雪萍1，李建宏1，姚 拓1，漆永紅1，劉 丹1，郭 煒1，李敏權(quán)1,2

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室/甘肅省草業(yè)工程實驗室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070； 2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

調(diào)查了甘肅省甘南州成株期青稞根腐病的發(fā)生危害，并采集青稞健康植株和根腐病植株根際土壤，測定了土壤理化性質(zhì)和土壤酶活性，以評價土壤理化性質(zhì)與青稞根腐病的關(guān)系。結(jié)果表明，甘肅甘南州青稞發(fā)病率在5%～20%，同一樣地青稞病健康植株根際土壤黏粒、粉粒、砂粒、有機質(zhì)、有效磷、速效鉀、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的含量及pH無差異，即與根腐病發(fā)病率相關(guān)性不顯著，但土壤酶活性均存在顯著差異，健康植株根際過氧化酶活性大于病株(H>D)的占64%，其中，50%差異顯著；健株根際土壤堿性磷酸酶活性大于病株(H>D)的占93%，其中，有79%差異顯著；健康植株根際土壤脲酶活性大于病株(H>D)的占71%，且均有顯著性差異；健康植株根際土壤纖維素酶活性小于病株(HD)的占93%，且均有顯著性差異。脲酶和蔗糖酶與成株期青稞根腐病發(fā)病率呈中度負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.64和0.62，其他3種酶則與成株期青稞發(fā)病率相關(guān)性不顯著。

青稞；根腐病；土壤酶；土壤理化性質(zhì)

我國現(xiàn)行的植物病害防治工作的方針是“預(yù)防為主，綜合防治”[1]，在此方針指引下，植物病害發(fā)生的預(yù)測和預(yù)防成為了研究的熱點。根腐病是我國青稞的主要病害，其一旦流行，很難治理，及時的預(yù)測和預(yù)防是防止該病害發(fā)生的有效手段。土壤酶在土壤物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化過程中起著重要作用[2]，其活性對外界因素的變化敏感[3]，極易受到環(huán)境條件的影響[4-5]。因此，研究青稞根際土壤酶活性與根腐病發(fā)生的關(guān)系具有重要的意義。青稞(Hordeumvulgare)是我國的青藏高原地區(qū)對多棱裸粒大麥的統(tǒng)稱，也叫元麥、淮麥或裸大麥，屬禾本科(Gramineae)小麥族(Triticeae)大麥屬(Hordeum)大麥變種[6]。其不僅是歐洲馬其頓、澳大利亞、加拿大西部和美國北部大平原等地區(qū)的飼用作物，也是我國藏區(qū)人民的主食。與其他谷物相比，青稞具有蛋白質(zhì)、纖維素、維生素和礦質(zhì)元素含量高，總糖和脂肪含量低的特點，符合現(xiàn)代人類“三高兩低”(高蛋白、高纖維、高維生素和低脂肪、低糖)的飲食結(jié)構(gòu)需要[7]，而根腐病造成了青稞嚴重減產(chǎn)[8]。根腐病是大麥屬作物的主要病害之一，可以造成作物產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降，在加拿大和美國北達科他，由于根腐病造成大麥類作物減產(chǎn)近10%[9]。Amira[10]研究表明，感染根腐病的大麥與健康大麥相比，根和芽的鮮重和干重、每棵植株谷粒數(shù)都下降嚴重，從而導(dǎo)致其總產(chǎn)量下降。有報道土壤理化性質(zhì)的改善對植物根腐病的發(fā)生有防治作用。也有學(xué)者研究指出，土壤酶可以作為某些農(nóng)作物土傳病害預(yù)測的一個重要指征[11-13]。游春梅等[14]研究顯示，土壤中的蔗糖酶、纖維素酶、脲酶、磷酸酶等與三七根腐病害的發(fā)生有關(guān)聯(lián)性。目前，對于大麥屬作物病害研究主要集中在大麥條紋病[15-16]、黑穗病[17]、銹病等[18-19]方面，對于根腐病的研究較少。研究青稞根腐病的發(fā)生規(guī)律，探索其預(yù)測和預(yù)防方法，是一項極為迫切的工作。因此，通過測定青稞根腐病植株和健康植株根際土壤理化性質(zhì)及酶活性，明確青稞根腐病發(fā)生與土壤酶活性的關(guān)系及規(guī)律，以期為青稞根腐病的預(yù)測和預(yù)防體系的建立提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 調(diào)查采樣

于2015年8月4日～8月6日赴甘肅青稞主產(chǎn)區(qū)甘南州合作市卡加曼鄉(xiāng)溝七峽村、當(dāng)周街道打沙村、多河鄉(xiāng)更治地村、那吾鄉(xiāng)多河村；臨潭縣術(shù)布鄉(xiāng)亦子多村、羊永鄉(xiāng)楊升村、長川鄉(xiāng)敏家嘴村、古戰(zhàn)鄉(xiāng)包家寺村；卓尼縣完冒鄉(xiāng)卡樣村、阿子灘鄉(xiāng)古戰(zhàn)川村和阿子瑭瑪納村對成株期青稞根腐病發(fā)生情況進行調(diào)查，參考《植病研究法》[20]。并采用多點采樣法采集根腐病發(fā)病特征典型的青稞植株和同一樣地健康植株及其根際土壤，共采得成株期青稞根腐病病株和健株樣品各14份，然后將各樣品低溫運輸至實驗室備用。

1.2 土壤樣品預(yù)處理

收集青稞樣品根際土壤，風(fēng)干后過2 mm篩，再將其置于25℃的生化培養(yǎng)箱中培養(yǎng)7 d。

1.3 土壤理化性質(zhì)測定

測定預(yù)處理后的樣品的理化性質(zhì)，包括黏粒、粉粒、沙粒3種物理性質(zhì)和有效磷、速效鉀、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有機質(zhì)和pH等6種化學(xué)性質(zhì)。粘粒、粉粒、砂粒采用馬爾文2000型激光粒度儀測定土壤粒度，再根據(jù)國標(biāo)(GBSBYT1995)計算黏粒、粉粒、砂粒的比例。有效磷采用碳酸氫鈉浸提法測定，速效鉀采用火焰光度測定法，銨態(tài)氮采用靛酚藍比色法，土壤硝態(tài)氮采用雙波長紫外分光光度法，有機質(zhì)的測定采用重鉻酸鉀硫酸外加熱法，pH用PHS-3C型pH測定計測定[21-22]。

1.4 土壤酶活性測定

對預(yù)處理后的樣品進行土壤酶活性測定，包括蔗糖酶活性、脲酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶和纖維素酶5種酶活性。蔗糖酶活性采用改良后的3,5-二硝基水楊酸比色法測定，脲酶采用靛酚比色法測定，堿性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法，過氧化氫酶采用改良后的滴定法來測定，纖維素酶采用濾紙崩潰法[23]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)整理與處理采用Excel 2007完成，統(tǒng)計分析采用DPS 7.65進行，并采用Duncan新復(fù)極差法進行差異顯著性分析，Pearson進行相關(guān)性分析并檢測其顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 青稞根腐病的發(fā)生

10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)11個村成株期青稞根腐病發(fā)病嚴重，發(fā)病率在5%～20%(表1)。

表1 采樣地概況及發(fā)病率

注：“-”表示此處空白

2.2 青稞病健植株根部土壤的理化性質(zhì)

2.2.1 各樣品根部土壤的物理性質(zhì) 同一樣地青稞樣品發(fā)病株根際土壤黏粒含量和健康株根際土壤黏粒含量基本相同，而不同樣地之間，無論是健康植株還是發(fā)病植株，土壤黏粒含量之間多有差異，N1、N2、N3、N9間差異顯著(P<0.05)；而樣品N3，N4和N5之間差異顯著(P<0.05)，N10，N13和N14之間差異不顯著(圖1)。同樣，同一樣地病株和健康植株根際土壤粉粒含量也基本相同，而不同樣地樣品之間也存在差異，樣品N1、N2、N3、N5、N6、N7、N8、N11、N12、N13之間差異顯著；但樣品N3與N4之間差異不顯著，N9和N10、N12和N14之間的差異均不顯著(P<0.05)(圖2)。

同一樣地采集的發(fā)病株和健康植株根際土壤砂粒含量基本相同，不存在差異；但不同樣地青稞根際土壤樣品之間砂粒含量有差異，樣品N1、N2、N3、N5、N6、N7、N8、N11之間存在顯著差異(P<0.05)，而N3、N4、N9、N10、N12、N13、N14之間不存在顯著差異(P>0.05)(圖3)。

圖1 樣品土壤黏粒含量Fig.1 Clay content注：圖中不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

圖2 樣品土壤粉粒含量Fig.2 Silt content

圖3 樣品的土壤砂粒含量Fig.3 Sand content

2.2.2 各樣品根部土壤的化學(xué)性質(zhì) 各樣品有效磷含量較高，最高達到99.4 mg/kg。同一樣地樣品發(fā)病株和健康株根際土壤有效磷含量相同；而不同樣地之間有效磷含量大多存在顯著差異，樣品N1、N2、N5、N7、N8、N9、N10、N11、N14之間存在顯著差異(P<0.05)，但樣品N2，N3和N4，N11和N14之間土壤樣品有效磷含量差異不存在顯著性(P>0.05)(圖4)。所有樣品的速效鉀含量均在120～320 mg/kg，且同一樣地樣品，發(fā)病株和健康株根際土壤速效鉀含量大多相同，而樣品N10，N11和N13等發(fā)病株和健康株根際土壤速效鉀含量有所差異，但差異不顯著。不同樣地健康植株N2、N3、N4、N5、N6樣品發(fā)病株之間速效鉀含量無顯著差異，而發(fā)病樣品N1，N6和N7，樣品N9、N10、N11、N12、N14之間也差異不顯著；而樣品N1、N2、N7之間，樣品N3與N8之間等健株根部土壤樣品速效鉀存在顯著差異(P<0.05)(圖5)。

同一樣地采集的發(fā)病株和健康植株根際土壤銨態(tài)氮的含量大多相同，只有樣品N10和N11健康植株根際土壤銨態(tài)氮含量高于發(fā)病株，但不存在顯著差異，樣品N13和N14則是發(fā)病株根際土壤銨態(tài)氮的含量明顯大于健康株，且差異顯著(P<0.05)；不同樣地各樣本根際土壤銨態(tài)氮的含量多數(shù)差異不顯著，而 N2，N9和N13存在顯著差異(圖6)。

圖4 各樣品土壤有效磷含量Fig.4 Soil available phosphorus content

圖5 各樣品土壤速效鉀含量Fig.5 Soil available potassium content

圖6 各樣品土壤氨態(tài)氮含量Fig.6 Soil ammonium nitrogen content

根際土壤硝態(tài)氮含量，同一樣地采集的樣品除N10和N14發(fā)病株含量略高于健康株外，其他各病株和健株根部土壤硝態(tài)氮的含量基本相同；不同樣地土壤硝態(tài)氮含量各不相同，如N1、N5、N6、N14之間存在顯著差異(P<0.05)，但N2，N4和N5則無顯著差異(P>0.05)(圖7)。同一樣地采集的各發(fā)病株和健康株根際土壤有機質(zhì)的含量相同，但不同樣地健康株根際土壤有機質(zhì)含量各不相同，而 N1、N3、N7、N8、N9、N10、N14之間存在顯著差異，N2和N3、N5和N6、N7和N8等差異則均不顯著；各發(fā)病株根部土壤有機質(zhì)含量亦如此(圖8)。各樣地青稞根際土壤pH在8.08～8.14，且發(fā)病株和健康株pH不存在差異；各健株根部土壤樣品pH之間多數(shù)均不存在顯著差異，只有N9、N12和N4、N5、N6、N7、N8存在顯著差異；各病株根部土壤pH之間也呈現(xiàn)同一規(guī)律(圖9)。

試驗結(jié)果表明，同一樣地中，青稞病株和健康植株根際土壤理化性質(zhì)均不存在顯著差異(P>0.05)。

2.3 青稞根腐病發(fā)生對土壤酶活性影響

圖7 各樣品土壤硝態(tài)氮含量Fig.7 Soil nitrate nitrogen content

圖8 各樣品土壤有機質(zhì)含量Fig.8 Soil organic matter content

圖9 各樣品土壤pHFig.9 Soil pH value

不同樣地青稞健康植株根際土壤過氧化氫酶活性各不相同，且存在顯著差異，病株根部土壤過氧化氫酶活性也是如此；除此之外，同一樣地病株和健康植株根部土壤過氧化氫酶活性也有差異(圖10)。與過氧化氫酶類似，不同樣地青稞健康植株根際土壤堿性磷酸酶活性各不相同，且存在顯著差異，發(fā)病株根際土壤堿性磷酸酶活性亦如此；同一樣地病株和健株根際土壤堿性磷酸酶活性有差異(圖11)。試驗發(fā)現(xiàn)，健康植株和發(fā)病株根際土壤脲酶活性都因樣地的不同而各不相同，且存在顯著差異，且病株和健株根際土壤脲酶活性有差異(圖12)。

不同樣地青稞健康植株根際土壤纖維素酶活性各不相同，且存在顯著差異，病株根際土壤纖維素酶活性與此相似，且病株和健株根際纖維素酶活性有差異。而不同樣地各健康植株根際土壤樣品蔗糖酶活性各不相同，但除樣品N5和其他各樣品的蔗糖酶活性存在顯著差異外，其他各樣品之間均不存在顯著性差異；病株根際土壤樣品蔗糖酶活性也各不相同，但部分樣品之間存在顯著差異；且絕大多數(shù)樣品病株和健株根際土壤蔗糖酶活性有差異。

2.4 病、健康植株根際土壤酶活性差異顯著性

青稞根腐病植株和健康植株根際土壤酶活性的比較及差異顯著性分析結(jié)果如表2所示。

圖10 各樣品土壤過氧化氫酶活性Fig.10 Soil catalase activities

圖11 各樣品土壤堿性磷酸酶活性Fig.11 Soil alkaline phosphatase activities

圖12 各樣品土壤脲酶活性Fig.12 Soil urease activities

同一樣地健康植株根際土壤過氧化氫酶、堿性磷酸酶、脲酶及蔗糖酶活性多數(shù)均大于病株(H>D)，且全部或多數(shù)存在顯著差異，說明根腐病的發(fā)生會導(dǎo)致青稞根際土壤過氧化氫酶、堿性磷酸酶、脲酶、及蔗糖酶活性降低。而健康植株根際土壤纖維素酶活性小于病株根際土壤纖維素酶活性(H

表2 病健植株根際土壤酶活性比較及差異顯著性

注：“-”表示此處空白；“H”表示健康植株；“D”表示根腐病植株

2.5 土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性與發(fā)病率的關(guān)系

2.5.1 土壤理化性質(zhì)與發(fā)病率的相關(guān)性 試驗發(fā)現(xiàn)，黏粒、粉粒、砂粒、有機質(zhì)、有效磷、速效鉀、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和pH與成株期青稞根腐病發(fā)病率的相關(guān)系數(shù)很小，且不顯著(表3)，所以在所調(diào)查的區(qū)域內(nèi)，青稞根部土壤理化性質(zhì)與成株期青稞發(fā)病率無關(guān)，或不是引起青稞根腐病發(fā)生的直接或重要因素。

表3 青稞根腐病植株土壤理化性質(zhì)與發(fā)病率的相關(guān)性

注：*表示P<0.05，**表示P<0.01，下同

2.5.2 土壤酶活性與青稞根腐病發(fā)病率 脲酶與成株期青稞根腐病發(fā)病率呈極顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)是0.64，蔗糖酶與成株期青稞根腐病發(fā)病率呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)是0.62，其他3種酶則與成株期青稞發(fā)病率沒有相關(guān)性(表4)。

表4 成株期青稞根腐病植株根部土壤酶活性與發(fā)病率的相關(guān)性

3 討論

植物病害的預(yù)測和預(yù)防是植物保護學(xué)的重要內(nèi)容之一，早在20世紀(jì)70年代就確立了“預(yù)防為主，綜合防治”的植保工作方針，因為植物病害一旦發(fā)生和蔓延，就很難治療，輕則減產(chǎn)，重則絕收，因此，植物病害要做到早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)防，但如何預(yù)測病害的發(fā)生，一直是植保工作的難點之一，研究者們?yōu)榇诉M行了各種研究。土壤理化性質(zhì)與植物病害的發(fā)生之間有一定的關(guān)系，如氮、磷、鉀等元素含量直接或間接影響植物的抗病性，氮、磷、鉀的缺乏或比例失調(diào)會顯著增加病害發(fā)生幾率[24-25]。研究結(jié)果卻顯示青稞根腐病的發(fā)生與土壤理化性質(zhì)相關(guān)不顯著，分析其原因，可能是導(dǎo)致植物病害發(fā)生的因素有很多，如氣候、降水、連作、蟲害等等，如蔡柏巖等[26]研究了連作與大豆根腐病發(fā)生的關(guān)系，在同一地塊試驗，理化性質(zhì)相差不大，但因為連作，土壤中病原菌數(shù)量增加，從而使發(fā)病率上升。因此，根腐病的發(fā)生是多因子綜合作用的過程，實際生產(chǎn)中應(yīng)具體而論，研究結(jié)果也說明，導(dǎo)致試驗區(qū)根腐病發(fā)生的主要因素不是青稞根際土壤理化性質(zhì)失調(diào)所致。而根腐病是一種土傳病害，土傳病害的病原菌生活史的大部分階段都在土壤中，當(dāng)條件適宜時，病原物則會侵染植物的根部導(dǎo)致根腐病發(fā)生[27]。由此可見，好的土壤環(huán)境是防止根腐病發(fā)生的重要條件。包括病原物在內(nèi)的土壤微生物均會產(chǎn)生土壤酶[28]，如果植物根際土壤中病原菌含量增加，則會導(dǎo)致土壤酶活性的變化[29]。因此，土壤酶活性是能反應(yīng)土壤環(huán)境質(zhì)量的靈敏指標(biāo)[3]?？梢酝ㄟ^測定植株根際土壤酶活性的變化來預(yù)測或檢測根腐病等土傳病害的發(fā)生。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，根際土壤中過氧化氫酶、堿性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶的活性會因青稞根腐病的發(fā)生而降低，尋路路等[30]、姜飛等[31]、游春梅等[14]、廖梓良等[13]及何川等[32]報道了相似的結(jié)論。但纖維素酶活性隨根腐病的發(fā)生而升高，這與前面4種酶活性的變化趨勢相反，也與諸多報道的結(jié)果不一致。其原因是不同試驗區(qū)的土壤狀況不同，且不同作物對土壤酶活性的影響也不同所致，具體原因還需要做進一步研究。土壤酶活性與發(fā)病率相關(guān)性分析表明，蔗糖酶活性和成株期青稞發(fā)病率呈顯著負相關(guān)，脲酶和青稞發(fā)病率呈顯極著負相關(guān)，所以，蔗糖酶和脲酶作為預(yù)測和判斷成株期青稞根腐病發(fā)生指標(biāo)的潛力，其作用機理也有進一步研究的必要。

4 結(jié)論

青稞根腐病的發(fā)生會導(dǎo)致青稞根際土壤過氧化氫酶、堿性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶活性降低，纖維素酶活性升高；且發(fā)病率與蔗糖酶及脲酶活性呈中度負相關(guān)，相關(guān)性顯著。

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Relationships between naked barley root rot and soil physicochemical properties

LI Xue-ping1,LI Jian-hong1,YAO Tuo1,QI Yong-hong1,LIU Dan1,GUO Wei1,LI Min-quan1,2

(1.CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem，MinistryofEducation/PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince/Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China； 2.GansuAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou730070,China)

In order to evaluate the relationship between naked barley root rot and soil physicochemical properties,the naked barley root rot in Gannan of Gansu Province was investigated.The rhizosphere soil of healthy and root rot infected plants were collected,and the soil physicochemical properties and soil enzyme activities were measured.The results showed that the naked barley root rot had serious morbidity,incidence rate ranged from 5% to 20%.The difference of physicochemical properties of rhizosphere soil was not significant among diseased and healthy plants.But the soil enzyme activity was significantly different,the catalase activity of healthy plants was greater than diseased plants (H>D) accounted for 64%,in which,50% were significant;healthy plants alkaline phosphatase activity were greater than root rot plants (H>D) accounted for 93%,in which,79% of were significant;healthy plants urease activity were greater than root rot plants (H>D) accounted for 71% and the difference was significant;healthy plants cellulase activity were greater than root rot plants (H>D) accounted for 93%,in which,79% were significant;healthy plants invertase activity were greater than root rot plants (H>D) accounted for 93% and the differenc was significant.Urease and invertase related naked barley root rot incidence showed a moderate negative correlation,and the correlation coefficient was 0.64 and 0.62 respectively.

naked barley;root rot;soil enzyme;soil physicochemical properties

2016-04-05；

2016-05-12

國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))計劃項目(201503112)資助

李雪萍 (1989-)，女，甘肅慶陽人，在讀博士研究生。 E-mail：lixueping0322@126.com 李敏權(quán)為通訊作者。

S 154.4

A

1009-5500(2017)01-0084-08