萬壽菊-煙草輪作對土壤線蟲群落的影響

吳文濤，董 瑩，王曉強(qiáng)，陳柱生,2，呂德芳，楊成鋼，謝 勇，王 揚*

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，云南 昆明 650201；2.沾益區(qū)經(jīng)營管理站，云南 沾益 655331；3.沾益區(qū)生物資源開發(fā)技術(shù)推廣站，云南 沾益 655331；4.沾益區(qū)菱角鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，云南 沾益 655337)

【研究意義】煙草是云南省的重要支柱產(chǎn)業(yè)，也是全國最大和最重要的煙葉生產(chǎn)基地，由于近些年來煙草連作或不合理種植，致使云南部分煙區(qū)煙草線蟲病害日益加重，同時土壤肥力嚴(yán)重下降，給煙草生產(chǎn)帶來了很大的損失。萬壽菊(TageteserectaL.) 又名臭芙蓉，為菊科萬壽菊屬一年生草本植物，原產(chǎn)于墨西哥，其花可以用于食用黃色素的提取，具有較高的經(jīng)濟(jì)價值，在云南省內(nèi)種植面積不斷增大。國內(nèi)外研究表明田間種植萬壽菊能使農(nóng)作物免受線蟲的侵襲[1-7]，提高其產(chǎn)量[8-9]。近年通過輪作方式研究作物土壤理化性質(zhì)的報道越來越多[10]。筆者在前期的研究中也發(fā)現(xiàn)萬壽菊與當(dāng)歸輪作或間作可以有效降低土壤中的根結(jié)線蟲數(shù)量，達(dá)到生態(tài)防控根結(jié)線蟲病的效果[11]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前普遍認(rèn)為萬壽菊的殺線蟲機(jī)制主要分為兩方面，一是土壤中的萬壽菊殘體對線蟲的生長產(chǎn)生抑制作用，已有研究證明萬壽菊葉中含有的水溶性皂苷類物質(zhì)具有較強(qiáng)的殺線蟲活性[12]。二是萬壽菊的根系分泌物對線蟲產(chǎn)生抑制作用。萬壽菊根系能分泌對線蟲具有引誘效果的物質(zhì)，能將線蟲誘集到其根系周圍，達(dá)到降低其他區(qū)域的蟲口密度[13]。萬壽菊還能分泌抑制線蟲的化合物質(zhì)，在其中，a-三聯(lián)噻吩被認(rèn)為是具有殺線蟲作用的主要化合物質(zhì)[14]。【本研究切入點】近年對萬壽菊的研究越來越多，有研究表明萬壽菊的多樣性種植可影響土壤真菌多樣性和土壤根際微生物群落，并有控制寄生線蟲的效果[15-16]。線蟲是土壤生態(tài)的重要組成部分，各種食性的線蟲類群之間存在著不同程度的相互制約或促進(jìn)的關(guān)系，土壤線蟲的種群結(jié)構(gòu)是反映土壤健康程度的一個重要指標(biāo)[17]。不同的農(nóng)業(yè)種植方式對土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)影響的研究目前已有大量的報道，然而萬壽菊多樣性種植模式對土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)的影響還缺乏相關(guān)報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以萬壽菊-煙草輪作及連作模式研究種植萬壽菊對土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)的影響，為闡明萬壽菊根際分泌物對線蟲病害的生態(tài)控制機(jī)制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與田間試驗設(shè)計

試驗材料：萬壽菊和煙草均為曲靖市沾益區(qū)推廣品種，煙草種子由沾益縣農(nóng)業(yè)局生物資源開發(fā)技術(shù)推廣站提供，萬壽菊種子由曲靖博浩生物科技股份有限公司提供。萬壽菊和煙草育苗按常規(guī)方法進(jìn)行，苗床期適時防治病蟲害。

試驗地點位于云南省曲靖市沾益區(qū)菱角鄉(xiāng)，海拔高度1952 m，土壤類型為黃壤。選取一塊土地平整且發(fā)生過根結(jié)線蟲病的田塊，平均劃分為2個小區(qū)于2013年分別種植煙草和萬壽菊，待采收結(jié)束后進(jìn)行土壤休閑，以防止各小區(qū)之間土壤混雜。2014年再將2個小區(qū)平均劃分為4個小區(qū)設(shè)計為煙草-萬壽菊輪作(A)、萬壽菊連作(B)、煙草連作(C)、萬壽菊-煙草輪作(D)，其中煙草-萬壽菊輪作小區(qū)2013年是種植煙草，2014年種植萬壽菊；萬壽菊-煙草輪小區(qū)2013年是種植萬壽菊，2014年種植煙草。小區(qū)設(shè)計如圖1。

1.2 試驗方法

1.2.1 土壤采集方法 分別在萬壽菊和煙草生長的前期、中期、后期共分5次采集根圍0～20 cm耕層土壤，以5點取樣法取土樣約500 g，混勻后裝入自封袋中，3次重復(fù)取樣，取樣完成后帶回實驗室內(nèi)放置于冰箱4 ℃冷藏保存，用于測定分析。取樣時間為煙草移栽前：2014年5月28日(時期1)，返苗期：2014年6月28日(時期2)，伸根期：2014年7月28日(時期3)，旺長期：2014年8月28日(時期4)，成熟期：2014年9月28日(時期5)。

1.2.2 土壤中線蟲的鑒定 土壤中線蟲的分離鑒定：稱取200 g新鮮土樣利用淺盤法對土壤線蟲進(jìn)行分離提取，計數(shù)皿中的線蟲總數(shù)利用解剖鏡直接計數(shù)，最終數(shù)量折算成100 g土樣含有的線蟲數(shù)。在光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行科屬鑒定。參照Bongers的分類圖鑒進(jìn)行土壤線蟲的分類鑒定。

1.2.3 土壤線蟲生態(tài)指數(shù)的計算

(1)多樣性指數(shù)。

H￠=-∑Pi(lnPi)

圖1 萬壽菊-煙草輪作種植小區(qū)試驗設(shè)置示意圖Fig.1 The plot test design of marigold-tobacco rotation

式中,Pi為第i個分類單元中個體所占的比例。

(2)瓦斯樂斯卡指數(shù)。

WI=(FF+BF)/PP

式中,FF、BF和PP分別為食真菌線蟲、食細(xì)菌線蟲和植物寄生性線蟲的數(shù)量。

1.2.4 病害調(diào)查 2014年種植煙草的小區(qū)(C、D)在煙草采收完畢后進(jìn)行根結(jié)線蟲病害調(diào)查，每小區(qū)隨機(jī)選取10株煙草作為調(diào)查對象，將根系盡量完整挖出，小心用清水洗凈，在較明亮的光下觀察根結(jié)情況，計算單棵煙草根結(jié)指數(shù)、小區(qū)發(fā)病率和病情指數(shù)。最后對10株煙草進(jìn)行測產(chǎn)。

根結(jié)指數(shù)依據(jù)K,R.Barker分類標(biāo)準(zhǔn)為：0級：無根結(jié)；1級：輕微感染，僅有少量根結(jié)，根結(jié)百分率小于5 %；2級：根結(jié)明顯，根結(jié)百分率小于25 %；3級：根結(jié)百分率26 %～50 %；4級：根結(jié)百分率51 %～75 %；5級：根結(jié)百分率76 %以上。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤線蟲群類鑒定結(jié)果

根據(jù)Bongers分析方法，參照線蟲分類檢索圖根據(jù)食道腺類型將土壤線蟲分成 4 個營養(yǎng)類群：植物寄生線蟲(Herbivore)、食細(xì)菌線蟲(Bacterivore)、食真菌線蟲(Fungivore)、雜食/捕食線蟲(Predator/Omnivore)。其中植物寄生線蟲的屬主要包括根結(jié)屬、螺旋屬、細(xì)紋墊刃屬、墊刃屬、頭墊刃屬、劍屬、毛刺屬、短體屬、絲尾墊刃屬等，食細(xì)菌線蟲主要包括小桿目線蟲，食真菌線蟲主要有真滑刃屬，捕食、雜食性線蟲主要有單齒屬、孔咽屬等。從表1中可以看出D區(qū)所包含的線蟲種類最多，覆蓋4個營養(yǎng)類群。C區(qū)的線蟲種類最少，只有植物寄生線蟲和食細(xì)菌線蟲兩個營養(yǎng)類群，并且單個營養(yǎng)類群中線蟲的種類也是最少(表1)。

2.2 4種種植模式對根圍土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)的影響

時期1顯示前一年所種植作物中線蟲的群落結(jié)構(gòu)，從煙草-煙草、煙草-萬壽菊種植模式前一年種植煙草的土壤中，線蟲的總量普遍較高，且植物寄生線蟲占比達(dá)到九成。而萬壽菊-萬壽菊、萬壽菊-煙草種植模式在前一年種植萬壽菊的土壤中，線蟲的總量較低，植物寄生線蟲占比也低于另兩種種植模式。說明萬壽菊對線蟲的增長起到了抑制作用。

煙草-煙草和萬壽菊-萬壽菊2種連作模式的對比發(fā)現(xiàn)(表2～3)，煙草-煙草連作模式中根結(jié)屬線蟲升高趨勢尤為明顯；食真菌線蟲數(shù)量先升高后降低，而食細(xì)菌線蟲和捕食、雜食性線蟲數(shù)量無明顯變化。萬壽菊-萬壽菊連作模式中線蟲的總量無明顯變化，其中植物寄生線蟲所占比重逐漸升高，但根結(jié)線蟲所占植物寄生線蟲百分比逐漸下降直至為零。食細(xì)菌線蟲和食真菌線蟲數(shù)量持續(xù)降低，而捕食、雜食性線蟲數(shù)量無明顯變化規(guī)律。

表1 4種種植模式下線蟲種類鑒定

注：A：煙草-萬壽菊輪作模式；B：萬壽菊-萬壽菊連作模式；C：煙草-煙草連作模式；D：萬壽菊-煙草輪作模式；√表示該種植模式下有此線蟲種屬，×表示沒有。

Note: A: Tobacco-marigold rotation pattern; B: Marigold-marigold continuous cropping pattern; C: Tobacco-tobacco continuous cropping pattern; D: Marigold-tobacco rotation pattern; √ indicates that there is this nematode species in this planting pattern, and × indicates there is no this nematode species in this planting pattern.

表2 煙草連作模式不同時期土壤中各類線蟲數(shù)量變化

表3 萬壽菊連作模式下不同時期土壤中各類線蟲數(shù)量變化

從煙草-萬壽菊和萬壽菊-煙草2種輪作模式對比中發(fā)現(xiàn)(表4～5)煙草-萬壽菊輪作模式中線蟲的總量持續(xù)降低，其中植物寄生線蟲所占比率逐漸降低，根結(jié)屬線蟲降低趨勢最為明顯；食細(xì)菌線蟲和食真菌線蟲所占比率無明顯的變化規(guī)律，而捕食、雜食性線蟲數(shù)量較少。萬壽菊-煙草輪作模式中線蟲的總量持續(xù)升高，其中植物寄生線蟲所占比率先降后升，而根結(jié)屬線蟲所占比率呈現(xiàn)出升高的態(tài)勢；食細(xì)菌線蟲所占比率呈現(xiàn)持續(xù)升高的趨勢，食真菌線蟲和捕食、雜食性線蟲數(shù)量均呈現(xiàn)先升后降的趨勢(表4～5)。

2.3 線蟲群落的多樣性分析

H指數(shù)表示物種的多樣性指數(shù)，H指數(shù)越高代表物種的多樣性越高，比較4種種植模式發(fā)現(xiàn)，同一時期以萬壽菊-煙草輪作模式的H指數(shù)最高，說明該種植模式能增加物種的多樣性。WI指數(shù)表示瓦斯樂斯卡指數(shù)，WI指數(shù)越大說明食細(xì)菌和食真菌線蟲數(shù)量越多，植物寄生線蟲的數(shù)量越少，有利于有機(jī)質(zhì)的分解和土壤環(huán)境的改善，通過對比發(fā)現(xiàn)同一時期輪作H和WI指數(shù)均高于連作，萬壽菊-煙草輪作模式的WI指數(shù)高于其他3種種植模式，說明該模式種植下食細(xì)菌和食真菌的線蟲數(shù)量較多，寄生線蟲數(shù)量較少，更有利于線蟲群落結(jié)構(gòu)的平衡。

表4 煙草-萬壽菊輪作模式中萬壽菊地塊不同時期土壤中各類線蟲數(shù)量變化

表5 萬壽菊-煙草輪作模式中煙草地塊不同時期土壤中各類線蟲數(shù)量變化

表6 線蟲群落結(jié)構(gòu)的多樣性

表7 各試驗小區(qū)第2年移栽煙草根結(jié)線蟲病的發(fā)病狀況及產(chǎn)量

2.4 2種種植模式下的煙草根結(jié)發(fā)病情況

調(diào)查第2年種植的煙草發(fā)現(xiàn)，雖然發(fā)病率均為100 %，但萬壽菊-煙草輪作模式的煙草平均病級和病情指數(shù)均明顯低于煙草-煙草種植模式，表明萬壽菊與煙草輪作能有效控制煙草根結(jié)線蟲病的發(fā)生(表7)。

3 討 論

根結(jié)線蟲病是一種嚴(yán)重危害煙草生產(chǎn)的土傳性病害，防治極為困難，近年來隨著眾多的殺線蟲劑在世界范圍內(nèi)的禁用，病害的防控問題變得更加突出。采用農(nóng)業(yè)和生物防治措施來控制根結(jié)線蟲病害是大勢所趨。其中，使用拮抗植物萬壽菊與感病作物輪作或間作是防控根結(jié)線蟲一種較有前景的方法。

利用萬壽菊控制植物寄生線蟲的種群[18]的途徑有：萬壽菊作為非宿主或不良宿主減少寄生線蟲的數(shù)量、萬壽菊產(chǎn)生有毒或抑制植物寄生線蟲生存的化感化合物、創(chuàng)造有利于線蟲對抗性植物或動物生存的環(huán)境、萬壽菊表現(xiàn)為線蟲“陷阱”植物。這些途徑可以單獨或加以組合發(fā)揮其抑制植物寄生線蟲數(shù)量增長的作用。

萬壽菊除了直接作用于植物寄生線蟲外，能否通過對土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)施加影響來間接制約植物寄生線蟲的危害也是一個值得探討的問題。土壤線蟲種類繁多，是土壤生態(tài)環(huán)境的一個重要組成部分，土壤線蟲已成為評價土壤健康程度的重要指示生物，不同耕作制度能對土壤線蟲種群數(shù)量及空間分布產(chǎn)生影響[19-20]。土壤中的線蟲種類豐富、生活史和取食類型多樣，其多樣性的變化可以揭示土壤食物網(wǎng)對地上生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)；同時線蟲群落結(jié)構(gòu)的改變還可以反映出土壤食物網(wǎng)中其他消費者的變化[21]。因此，植物寄生線蟲-食微線蟲-捕食/雜食線蟲所構(gòu)成的簡化的土壤分解食物網(wǎng)可用來揭示地上植物多樣性對地下土壤食物網(wǎng)的影響[22]。海棠等[23]研究表明輪作玉米使原本以植物寄生線蟲為極優(yōu)勢屬的土壤線蟲群落變?yōu)橐约?xì)菌和真菌為食的線蟲群落，并導(dǎo)致土壤食物網(wǎng)中微生物捕食者數(shù)量增加，從而有利于土壤微生態(tài)環(huán)境的改善；而連作甘薯導(dǎo)致植物寄生線蟲及莖線蟲屬類群增加而食細(xì)菌和食真菌的線蟲種類減少，據(jù)此得出在連作甘薯多年莖線蟲病嚴(yán)重發(fā)生地區(qū)采用輪作的耕作制度，是改變連作甘薯地土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)，有效減輕或控制莖線蟲病發(fā)生的一種有效辦法。研究中顯示采用萬壽菊-煙草輪作模式的線蟲群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，植物寄生線蟲的數(shù)量和種類減少，真菌和細(xì)菌線蟲群落顯著增加，大大提高了線蟲群落結(jié)構(gòu)的多樣性。

通過萬壽菊與煙草的多樣性種植田間試驗，分析4種種植模式下的線蟲數(shù)量及種類，線蟲群落的多樣性以及次年植煙草根結(jié)線蟲病的發(fā)病狀況及煙葉產(chǎn)量顯示萬壽菊-煙草輪作種植模式能顯著降低根結(jié)線蟲的數(shù)量，豐富線蟲的群落結(jié)構(gòu)，改善土壤環(huán)境，減輕煙草根結(jié)線蟲病害，提高煙葉產(chǎn)量。但如何輪作及年限界定既有利于根結(jié)線蟲的防治，又能提高經(jīng)濟(jì)效益，有待深入的研究。

4 結(jié) 論

從煙草-萬壽菊和萬壽菊-煙草輪作模式下所收集的數(shù)據(jù)可以看出，煙草-萬壽菊輪作模式下，第2年種植萬壽菊很好地降低了地塊中線蟲的數(shù)量，萬壽菊-煙草模式下，第1年種植的萬壽菊很好的降低了第2年種植煙草時根結(jié)線蟲的基數(shù)。而煙草-煙草的連作會使根結(jié)線蟲的數(shù)量大幅度增長，即使再輪作一年萬壽菊，對根結(jié)線蟲的防控效果也會大大降低。在輪作制度的設(shè)計上，如果采用萬壽菊種植的時期較長，雖然會降低根結(jié)線蟲的數(shù)量，但是也會由于萬壽菊存在對土壤線蟲的廣譜抑制活性嚴(yán)重破壞線蟲群落結(jié)構(gòu)的多樣性，進(jìn)而破壞土壤環(huán)境的生態(tài)平衡，所以綜合考慮，萬壽菊與煙草進(jìn)行隔年輪作種植模式更利于根結(jié)線蟲病害的控制，同時又能兼顧土壤環(huán)境的生態(tài)平衡。但是種植萬壽菊目前經(jīng)濟(jì)效益低于煙草，如何平衡煙草病害控制與經(jīng)濟(jì)效益之間的矛盾仍然值得進(jìn)一步深入的研究。