甘南州臨潭縣青稞根際土壤養(yǎng)分含量、酶活性和微生物數(shù)量與根腐病的關(guān)系研究

漆永紅， 曹素芳， 李雪萍， 李敏權(quán)*

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所， 甘肅 蘭州 730070； 2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院林果花卉研究所， 甘肅 蘭州 730070；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070)

青稞(HordeumvulgareL.‘nudum Hook.f.’)即裸大麥，是栽培大麥(HordeumvulgareL.) 的變種。青稞不僅是我國(guó)藏區(qū)人民的主食，還具有卓越的藥用價(jià)值和食療保健價(jià)值?！毒е楸静荨分杏涊d，青稞是傳統(tǒng)的藏藥材，可祛風(fēng)寒、清熱化濕、寧肺定喘和治陽(yáng)虛腎虧等?，F(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)，青稞富含多種氨基酸[1]、膳食纖維、維生素、β-葡聚糖以及鈣、鎂、磷、鋅、錳、硒等礦質(zhì)元素，在降低血脂、增加胃動(dòng)力、防治高原病、糖尿病等方面有獨(dú)特的保健作用[2]。

在實(shí)際生產(chǎn)中，根腐病造成了大麥類(lèi)作物的嚴(yán)重減產(chǎn)[3]，一旦大麥感染根腐病，根和芽的鮮重、干重和每株谷粒數(shù)均減少，導(dǎo)致總產(chǎn)量下降[4]。青稞在我國(guó)西部藏區(qū)低溫高濕的地方種植，該環(huán)境條件下生長(zhǎng)緩慢，抵抗病原菌侵染的能力弱，導(dǎo)致病害大面積發(fā)生。我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)，近年來(lái)青稞根腐病發(fā)生很普遍，目前對(duì)青稞根腐病的研究和報(bào)道甚少，李雪萍等對(duì)卓尼縣青稞根際微生物進(jìn)行了報(bào)道[5]。

微生物在土壤生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著核心作用[6-10]，微生物可以敏感地反應(yīng)土壤生態(tài)系統(tǒng)的變化，表征土壤的健康水平。土壤酶活性是土壤中復(fù)雜化學(xué)過(guò)程的催化劑，對(duì)外界因素的變化十分敏感[11]，極易受到環(huán)境條件的影響[12]，在土壤有機(jī)質(zhì)降解、土壤營(yíng)養(yǎng)循環(huán)、能量傳遞、環(huán)境質(zhì)量和作物產(chǎn)量中起著重要的作用[13]。關(guān)于青藏高原高寒陰濕條件下，青稞根際土壤養(yǎng)分含量、酶活性和微生物對(duì)根腐病發(fā)生的影響報(bào)道甚少，因此，本試驗(yàn)以甘南州臨潭縣10個(gè)青稞主產(chǎn)區(qū)為研究對(duì)象，調(diào)查根腐病發(fā)生情況，同時(shí)采集健株和病株根際土壤，旨在探討其土壤養(yǎng)分、酶活性和微生物數(shù)量的變化特征以及他們與根腐病之間的相互關(guān)系，為青稞根腐病的防治提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

甘南州臨潭縣地處青藏高原東北邊緣，103°10′～103°52′ E，34°30′～35°05′ N，是藏區(qū)與漢區(qū)、牧區(qū)與農(nóng)區(qū)的結(jié)合部。屬高山丘陵地區(qū)，地形東低西高，西南向東北傾斜，海拔在2 200～3 926 m之間，平均海拔2 825 m。氣候寒冷、陰濕、四季不分明，降水東北多西南少。年平均氣溫3.2℃，年降水量383.2～668.2 mm，蒸發(fā)量93～356 mm，日照時(shí)數(shù)2 314 d，年平均無(wú)霜期僅65 d左右。青稞為該地區(qū)的主要糧食作物之一，種植面積約占境內(nèi)糧食作物種植總面積的30%。

1.2 樣品采集與預(yù)處理

2015年6月調(diào)查甘南州臨潭縣城關(guān)鎮(zhèn)上高崖村(T1)，古戰(zhàn)鄉(xiāng)古戰(zhàn)村(T2)和包家寺村(T3)，長(zhǎng)川鄉(xiāng)長(zhǎng)川村(T4)、沙巴村(T5)、敏家嘴村(T6)和千家寨村(T7)，羊永鄉(xiāng)羊永村(T8)，新城鎮(zhèn)紅崖村(T9)和羊房村(T10)10個(gè)地區(qū)的青稞根腐病，參考方中達(dá)的《植病研究法》[14]，同時(shí)采用5點(diǎn)取樣法采集根腐病發(fā)病特征典型的青稞病株和健康植株根際0～10 cm土壤，收集到無(wú)菌采樣袋中，每個(gè)樣品3個(gè)重復(fù)。將土壤樣品分成兩部分：一部分放入4℃冰箱保存，用來(lái)測(cè)定三大類(lèi)群微生物數(shù)量；另一部分在室內(nèi)風(fēng)干，將風(fēng)干土過(guò)1.00 mm篩，進(jìn)行土壤養(yǎng)分含量和酶活性測(cè)定[15]。

1.3 測(cè)定與分析方法

土壤養(yǎng)分含量測(cè)定：有效磷采用碳酸氫鈉浸提法，速效鉀采用火焰光度法，銨態(tài)氮采用靛酚藍(lán)比色法，硝態(tài)氮采用雙波長(zhǎng)紫外分光光度法[16]。

土壤酶活性測(cè)定：脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定[17]，其活性以24 h后每克風(fēng)干土壤中NH3-N的毫克數(shù)來(lái)表示；堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定[15]，其活性以24 h后1 g土壤中釋出的酚的毫克數(shù)表示；蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定[17]，其活性以培養(yǎng)24 h后1 g土壤葡萄糖的毫克數(shù)表示；纖維素酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法[15]，其活性以培養(yǎng)24 h后1 g土壤葡萄糖的毫克數(shù)表示；土壤過(guò)氧化氫酶采用容量法測(cè)定[18]，用于滴定土壤濾液所消耗的KMnO4量(毫克數(shù))為B，用于滴定25 mL原始的過(guò)氧化氫混合液所消耗的KMnO4量(毫克數(shù))為A，(A-B)×T即為過(guò)氧化氫酶活性。

土壤三大類(lèi)群微生物數(shù)量測(cè)定：采用平板涂布計(jì)數(shù)，細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基，接種稀釋度為10-4～10-6，30 ℃培養(yǎng)1 d；真菌采用馬丁-孟加拉紅培養(yǎng)基，接種稀釋度為10-1～10-3，25℃培養(yǎng)3 d后；放線菌采用改良高氏Ⅰ號(hào)培養(yǎng)基，接種稀釋度為10-3～10-5，28℃培養(yǎng)4 d。細(xì)菌和放線菌選取菌落數(shù)為20～200的培養(yǎng)皿進(jìn)行計(jì)數(shù)，而真菌選菌落數(shù)為10～100。平板菌落計(jì)數(shù)：每1 g干土的菌落數(shù)=同一稀釋度幾次重復(fù)的菌落平均數(shù)×10×稀釋倍數(shù)/(1-鮮土含水量)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用唐啟義等[19]的實(shí)用統(tǒng)計(jì)分析及其DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件，用Duncan氏新復(fù)極差法檢驗(yàn)差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 青稞根腐病田間發(fā)病率調(diào)查

甘南州臨潭縣10個(gè)青稞主產(chǎn)區(qū)均有根腐病發(fā)生(表1)，表明該地區(qū)青稞根腐病發(fā)生普遍。田間發(fā)病率5%～20%，不同的地區(qū)發(fā)病率不同。西部海拔較高、氣溫較低、物候期晚的T1、T2和T3三個(gè)地區(qū)發(fā)病率最低為5%，而東部海拔相對(duì)較低、氣溫較高、物候期早的T9和T10兩個(gè)地區(qū)發(fā)病率最高達(dá)到20%。結(jié)合調(diào)查區(qū)的地理位置和氣候狀況，青稞根腐病呈現(xiàn)西部低，東部高的特點(diǎn)，表明該病的發(fā)生與不同地域的海拔和氣候等環(huán)境因素有關(guān)。

表1 青稞根腐病田間發(fā)病率Table 1 Incidence rate of naked barley root rot disease in field

2.2 不同青稞根腐病發(fā)生區(qū)根際土壤養(yǎng)分含量分析

同一青稞種植區(qū)，健株和病株根際土壤養(yǎng)分含量差異不大，但不同青稞種植區(qū)間土壤養(yǎng)分含量有差異(表2)。健株與病株根際土壤有效磷含量36.8～114.4 mg·kg-1，T1和T2兩個(gè)地區(qū)土壤有效磷含量差異不顯著，其他各地區(qū)差異顯著；土壤速效鉀含量208.8～278.2 mg·kg-1，T1、T2和T3三個(gè)地區(qū)土壤速效鉀含量差異不顯著，其他各地區(qū)差異顯著；土壤銨態(tài)氮含量12.0～16.3 mg·kg-1，除T10外，其他9個(gè)地區(qū)土壤銨態(tài)氮含量差異不顯著；土壤硝態(tài)氮含量39.0～62.7 mg·kg-1，T1、T4和T6，T5和T9，T7和T8不同地區(qū)間土壤硝態(tài)氮含量差異不顯著，其他各地區(qū)差異顯著。

2.3 不同青稞根腐病發(fā)生區(qū)土壤酶活性的變化

土壤脲酶是與土壤氮素代謝相關(guān)的酶，健株和病株根際土壤脲酶活性不同，健株為0.76～0.82 mL·g-1·24 h-1，而病株達(dá)到0.76～0.80 mL·g-1·24 h-1。除T4地區(qū)健株和病株根際土壤脲酶活性差異不顯著外，其他各地區(qū)差異顯著(圖1a)。土壤堿性磷酸酶是與土壤磷素代謝相關(guān)的酶，健株和病株根際土壤堿性磷酸酶活性也不同，健株為0.73 ～1.85 mg·g-1·24 h-1，而病株達(dá)到0.73～1.75 mg·g-1·24 h-1。T6、T7、T8和T10四個(gè)地區(qū)病株根際土壤堿性磷酸酶活性高于健株，表明根腐病的發(fā)生會(huì)影響土壤磷素的代謝。T5、T6、T8和T10四個(gè)地區(qū)健株與病株根際土壤堿性磷酸酶活性差異不顯著，其他各地區(qū)差異顯著(圖1b)。與健株相比，病株根際土壤蔗糖酶活性普遍降低，健株為1.18～1.22 mg·g-1·24 h-1，而病株達(dá)到1.13～1.17 mg·g-1·24 h-1，表明根腐病對(duì)土壤蔗糖酶活性影響很大。除T1、T4和T5三個(gè)地區(qū)健株與病株根際土壤蔗糖酶活性差異不顯著外，其他各地區(qū)差異顯著(圖1c)。各地區(qū)病株的纖維素酶活性均高于健株，健株為7.49～13.16 mg·g-1·24 h-1，而病株高達(dá)7.63～13.31 mg·g-1·24 h-1，表明青稞根腐病的發(fā)生使其根際土壤纖維素酶的活性有所上升。T5、T8、T9和T10四個(gè)地區(qū)健株與病株根際土壤纖維素酶活性差異不顯著，其他各地區(qū)差異顯著(圖1d)。健株和病株根際土壤過(guò)氧化氫酶活性不同，健株為0.76～0.82 mL·g-1·24 h-1，而病株達(dá)到0.76～0.83 mL·g-1·24 h-1。除T2、T3和T5三個(gè)地區(qū)健株和病株根際土壤過(guò)氧化氫酶活性差異顯著外，其他各地區(qū)差異不顯著(圖1e)。從以上看出，不同地區(qū)健株和病株根際土壤酶活性不同，這與根腐病發(fā)生有直接的關(guān)系。

表2 土壤養(yǎng)分含量Table 2 Soil nutrient content

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示經(jīng)Duncan氏新復(fù)極差法檢驗(yàn)在P<0.05水平上差異顯著。下同

Note:Different lowercase letters within the same column show significant differences at the 0.05 level by Duncan new multiple range test. The same as below

2.4 不同青稞根腐病發(fā)生區(qū)土壤三大微生物數(shù)量

不同的青稞種植區(qū)，土壤微生物數(shù)量呈現(xiàn)細(xì)菌>放線菌>真菌，細(xì)菌和放線菌的數(shù)量因根腐病發(fā)生而減少，而真菌的數(shù)量增加(圖2)。健株根際細(xì)菌數(shù)量為1.9×106～2.2×106cfu·g-1，而病株達(dá)到1.6×106～2.0×106cfu·g-1，表明青稞根腐病的發(fā)生使其根際土壤細(xì)菌數(shù)量減少。T1、T5、T7、T8和T10五個(gè)地區(qū)健株與病株根際細(xì)菌數(shù)量差異顯著，其他各地區(qū)差異不顯著(圖2a)。青稞病株根際真菌的數(shù)量均高于健株，健株為3.1×103～4.6×103cfu·g-1，而病株高達(dá)3.2×103～5.0×103cfu·g-1，表明根腐病對(duì)青稞根際真菌的數(shù)量影響很大。同時(shí)，各地區(qū)健株與病株根際真菌的數(shù)量差異均顯著(圖2b)。土壤放線菌數(shù)量的變化規(guī)律與細(xì)菌的類(lèi)似，病株青稞根際土壤放線菌數(shù)量少于健株，健株達(dá)到0.9×105～2.0×105cfu·g-1，而病株為0.8×105～1.8×105cfu·g-1。除T4和T6兩地區(qū)健株與病株根際放線菌數(shù)量差異不顯著外，其他各地區(qū)差異顯著(圖2c)。

圖1 土壤酶活性Fig.1 Soil enzyme activities注:同組數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示經(jīng)Duncan氏新復(fù)極差法檢驗(yàn)在P<0.05水平上差異顯著。下同Note:Different lowercase letters within the same group show significant differences at the 0.05 levels by Duncan new multiple range test. The same as below

圖2 土壤微生物數(shù)量Fig.2 Soil microbial biomass注：同組數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示經(jīng)Duncan氏新復(fù)極差法檢驗(yàn)在P<0.05水平上差異顯著。下同Note:Different lowercase letters within the same group show significant differences at the 0.05 levels by Duncan new multiple range test. The same as below

2.5 土壤養(yǎng)分含量、酶活性、微生物數(shù)量與發(fā)病的相互關(guān)系

2.5.1土壤養(yǎng)分含量與發(fā)病的相關(guān)性分析 有效磷、速效鉀、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮與青稞發(fā)病差異不顯著，表明青稞根際土壤養(yǎng)分對(duì)根腐病的影響較小。有效磷和速效鉀與發(fā)病率呈正相關(guān)，而銨態(tài)氮和硝態(tài)氮呈負(fù)相關(guān)(表3)。

表3 土壤養(yǎng)分含量與發(fā)病的相關(guān)性Table 3 Correlation analysis between soil nutrient content and disease

注 **表示在P<0.01極顯著相關(guān)。下同

Note:** indicates highly significant correlation at the 0.01 level by Duncan new multiple range test. The same as below

2.5.2土壤酶活性、土壤微生物數(shù)量與青稞根腐病的相關(guān)性分析 從表4看出，土壤細(xì)菌的數(shù)量與纖維素酶呈負(fù)相關(guān)，而與過(guò)氧化氫酶、堿性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶呈正相關(guān)；土壤真菌的數(shù)量與纖維素酶呈負(fù)相關(guān)，而與過(guò)氧化氫酶、堿性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶呈正相關(guān)，其中與堿性磷酸酶呈極顯著的正相關(guān)(P<0.01)；土壤放線菌的數(shù)量與過(guò)氧化氫酶呈負(fù)相關(guān)，而與堿性磷酸酶、脲酶、纖維素酶和蔗糖酶呈正相關(guān)，其中與脲酶呈顯著的正相關(guān)(P<0.05)。青稞根腐病的發(fā)生與土壤過(guò)氧化氫酶、堿性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶呈負(fù)相關(guān)，其中與堿性磷酸酶呈極顯著的負(fù)相關(guān)(P<0.01)，而與纖維素酶呈正相關(guān)，表明根腐病的發(fā)生與土壤磷素代謝有密切的關(guān)系。青稞根腐病的發(fā)生與土壤細(xì)菌和放線菌呈負(fù)相關(guān)，而與真菌呈顯著的正相關(guān)(P<0.05)，表明根腐病的發(fā)生與土壤真菌有關(guān)，真菌是引起根腐病的主要病原菌。

表4 土壤酶活性、微生物量與青稞根腐病的相關(guān)性Table 4 Correlation analysis among soil enzyme activities,microbial biomass and naked barley root rot disease

注:*表示經(jīng)Duncan新復(fù)極差法檢驗(yàn)在P<0.05顯著相關(guān)，**表示在P<0.01極顯著相關(guān)

Note:* indicates significant correlation at the 0.05 level by Duncan new multiple range test;** indicates highly significant correlation at the 0.01 level by Duncan new multiple range test,respectively

3 討論

根腐病是一種土傳病害，病原菌生活史的大部分階段都在土壤中，當(dāng)條件適宜時(shí)，病原物會(huì)侵染植物的根部導(dǎo)致根腐病發(fā)生[20]。本試驗(yàn)得出，青稞根腐病呈現(xiàn)西部發(fā)病率低，而東部高的特點(diǎn)，進(jìn)一步表明病害的發(fā)生不僅與植被、土壤類(lèi)型有關(guān)，還與地理位置和氣候狀況等因素有密切的關(guān)系。

土壤酶是土壤的有機(jī)成分之一，在土壤養(yǎng)分循環(huán)以及植物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分的供給過(guò)程中起重要的作用，其活性是反應(yīng)土壤環(huán)境質(zhì)量的靈敏指標(biāo)[13]。通過(guò)測(cè)定植株根際土壤酶活性的變化來(lái)預(yù)測(cè)或檢測(cè)根腐病等土傳病害的發(fā)生。廖梓良等[21]對(duì)設(shè)施栽培香石竹根際土壤酶活與土傳病害的相關(guān)性研究表明，酶活性在健康與發(fā)病植株之間存在顯著差異，脫氫酶和磷酸酶的影響因子最大，可作為土傳病害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的指征。本試驗(yàn)得出，青稞根際土壤過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶的活性因根腐病的發(fā)生而降低，青稞根腐病的發(fā)生與土壤過(guò)氧化氫酶、堿性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶呈負(fù)相關(guān)，其中與堿性磷酸酶呈極顯著的負(fù)相關(guān)，這些結(jié)論與國(guó)內(nèi)一些學(xué)者的研究結(jié)果一致[21-26]，進(jìn)一步表明這四種酶對(duì)植物土傳病害的發(fā)生具有普遍性，不同植物上表現(xiàn)出相同的規(guī)律。本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，纖維素酶活性與前面四種酶的變化趨勢(shì)相反[22,24]，因根腐病的發(fā)生而升高，呈正相關(guān)，這個(gè)結(jié)論與一些學(xué)者的研究結(jié)果不同，這可能與試驗(yàn)區(qū)不同作物對(duì)土壤酶活性的影響不同有關(guān)。

甄文超等[27]發(fā)現(xiàn)，草莓根際病害發(fā)生后，真菌數(shù)量增加，而細(xì)菌和放線菌數(shù)量減少。Benizri等[28]對(duì)桃樹(shù)根部病害的研究也發(fā)現(xiàn)，發(fā)病根際土壤中拮抗細(xì)菌的種類(lèi)和數(shù)量減少，而病原真菌的種類(lèi)和數(shù)量增加。Arancon等[29]研究表明，土壤微生物的數(shù)量和活性與植物發(fā)病率之間有密切的關(guān)系。本試驗(yàn)得出，青稞健株和病株根際土壤微生物數(shù)量呈現(xiàn)細(xì)菌>放線菌>真菌，這與國(guó)內(nèi)一些學(xué)者的研究結(jié)果一致[26]，同時(shí)，細(xì)菌和放線菌的數(shù)量因根腐病發(fā)生而減少，而真菌的數(shù)量增加，表明根腐病的發(fā)生與土壤真菌有關(guān)，真菌是引起根腐病的主要病原菌，它的發(fā)生大多由鐮孢菌等絲狀真菌引起，具體原因還需進(jìn)一步驗(yàn)證。植物根際土壤病原菌會(huì)產(chǎn)生酶，病原菌數(shù)量的變化會(huì)導(dǎo)致土壤酶活性的變化[30]。本試驗(yàn)得出，土壤細(xì)菌和真菌的數(shù)量與纖維素酶呈負(fù)相關(guān)，而與過(guò)氧化氫酶、堿性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶呈正相關(guān)；土壤放線菌的數(shù)量與過(guò)氧化氫酶呈負(fù)相關(guān)，而與堿性磷酸酶、脲酶、纖維素酶和蔗糖酶呈正相關(guān)。

土壤是生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)環(huán)境，土壤的穩(wěn)定性是支持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能穩(wěn)定性和生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的重要因素。土壤系統(tǒng)是一個(gè)統(tǒng)一的整體，其內(nèi)部的養(yǎng)分含量、酶活性和微生物數(shù)量等因子之間相互影響、相互作用來(lái)維持整個(gè)土壤生態(tài)系統(tǒng)。一些研究表明，連作作物的發(fā)病與其根際微生物群落結(jié)構(gòu)失衡有關(guān)[31]，尤其與根際有益微生物和有害微生物的比例失衡有直接的關(guān)系[32]。植物根部病害的發(fā)生和土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的失衡過(guò)程密切相關(guān)，這一過(guò)程涉及環(huán)境、土壤、植物及其根際微生物等多個(gè)因子之間復(fù)雜的相互作用，根際土壤微生物在這一系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，這也證實(shí)了微生物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定對(duì)預(yù)防土壤病害的重要性。綜合所述，在研究植物根腐病害時(shí)，應(yīng)考慮從植物根際土壤微生態(tài)系統(tǒng)的角度來(lái)闡明病害的發(fā)生機(jī)制，并采取相應(yīng)的調(diào)控措施進(jìn)行防治。

4 結(jié)論

甘南州臨潭縣青稞根際土壤養(yǎng)分含量對(duì)根腐病的影響較小，土壤酶活性和微生物數(shù)量對(duì)其影響較大。土壤過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶的活性因根腐病的發(fā)生而降低，纖維素酶的活性則升高。細(xì)菌和放線菌的數(shù)量因根腐病發(fā)生而減少，真菌的數(shù)量則增加。