微生態(tài)制劑對重茬甜菜根腐病防控及產(chǎn)質(zhì)量水平提升的影響

郭曉霞，田 露，樊福義，黃春燕，任霄云，宮前恒，李 智，菅彩媛，張麗霞，蘇文斌

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院 特色作物研究所，呼和浩特 010031; 2.中農(nóng)綠康生物技術(shù)有限公司,北京 102100)

內(nèi)蒙古是中國甜菜主要產(chǎn)區(qū)之一，其種植面積由2010年2萬多公頃增加至2018年12.67萬公頃左右，制糖企業(yè)由2017年7家增至2018年14家，甜菜產(chǎn)糖量由全國第三上升為第一。目前，由于制糖企業(yè)的集中分布，導(dǎo)致原料緊張，甜菜產(chǎn)量不能滿足生產(chǎn)需要，造成內(nèi)蒙古甜菜大面積重茬種植。隨著甜菜重茬種植年限的增加，造成土壤質(zhì)量退化，病蟲草危害加重，甜菜產(chǎn)量、含糖率降低，尤其是根腐病發(fā)生嚴(yán)重[1-3]。甜菜根腐病病原菌和有害菌隨著重茬年限逐年增加[4]，造成根腐病逐年加重，直接影響甜菜產(chǎn)質(zhì)量水平，成為內(nèi)蒙古重茬甜菜種植的最大障礙，威脅著內(nèi)蒙古甜菜產(chǎn)業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。國內(nèi)外關(guān)于根腐病發(fā)病因素已有許多研究，研究表明與發(fā)病關(guān)系最密切的是年份、地區(qū)、重茬年限及前茬，與發(fā)病有一定關(guān)系的是土質(zhì)、品種及雜草等[5]。因此，開展不同重茬年限甜菜根腐病發(fā)病情況和產(chǎn)質(zhì)量變化規(guī)律研究，為將來的大趨勢重茬甜菜種植提供有力的技術(shù)支持。目前，通過生物效應(yīng)克服重茬障礙已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)[6]，其原理是通過生物防治或施用有益微生物、拮抗微生物[7-9]等措施，在植物根際形成優(yōu)勢菌群抑制病原菌的生長和侵染，控制病害發(fā)生[10-11]，改善土壤理化性質(zhì)[12-13]。微生態(tài)制劑是指用于動(dòng)物和植物生理性細(xì)菌治療的活菌制劑[7]，現(xiàn)關(guān)于微生態(tài)制劑應(yīng)用于畜牧業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的研究取得了良好的進(jìn)展[14-16]，其在作物中，主要集中于小麥、玉米等作物，內(nèi)容多集中于作物光合、產(chǎn)量形成上[17-19]，在甜菜上應(yīng)用微生態(tài)制劑僅見于苗床噴施研究[20]，在大田生產(chǎn)中應(yīng)用研究鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)通過在不同重茬年限土壤中施用不同量微生態(tài)制劑，對甜菜產(chǎn)質(zhì)量及病害發(fā)生動(dòng)態(tài)規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)研究，旨在揭示不同重茬年限下微生態(tài)制劑對病害的防治效果及產(chǎn)質(zhì)量提升水平，明確適宜內(nèi)蒙古重茬田微生態(tài)制劑的最佳施用量，為本區(qū)甜菜重茬障礙問題提出有效的解決途徑，確保甜菜產(chǎn)業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

微生態(tài)制劑由中農(nóng)綠康生物技術(shù)有限公司提供，該制劑由芽胞桿菌與木霉菌復(fù)配而成，劑型為粉劑，有效活菌數(shù)5.0 億個(gè)/g。

2015年試驗(yàn)開始前，對4種微生態(tài)制劑進(jìn)行大田施用預(yù)試驗(yàn)，采用平板計(jì)數(shù)法測定施用后土壤中芽孢桿菌數(shù)量變化趨勢。由表1可知，微生態(tài)制劑1號、2號、3號和4號施用5 d后，土壤中芽孢桿菌數(shù)量分別比對照高66.67%、301.67%、200%和116.67%；施用后30 d，微生態(tài)制劑1號、2號、3號和4號芽孢桿菌數(shù)量分別比施用5 d后高520%、796.27%、322.22%和207.69%，說明在短時(shí)間內(nèi)，微生態(tài)制劑能迅速增殖，形成優(yōu)勢菌群，從而達(dá)到抑制有害菌和病原菌的生長或侵染，且以微生態(tài)制劑2號在研究區(qū)域效果最為明顯，因此選取微生態(tài)制劑2號進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2015-2017年在內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)地進(jìn)行，試驗(yàn)地基礎(chǔ)理化性質(zhì)見表2。2015年試驗(yàn)地為重茬第3年、2016年為重茬第4年、2017年為重茬第5年。

試驗(yàn)分別設(shè)微生態(tài)制劑施用量為0 kg/hm2、30 kg/hm2、60 kg/hm2、90 kg/hm2和120 kg/hm2，分別用B0、B2、B4、B6和B8表示，共 5個(gè)處理，采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)4次，小區(qū)面積6 m×10 m=60 m2。供試甜菜品種為‘IM1162’，采用滴灌模式，隨播種一次性施入甜菜專用肥50 kg/667m2，行距50 cm，株距25 cm，全生育期滴灌4次，滴灌量為每次30 m3/667m2。

表1 微生態(tài)制劑施用后芽孢桿菌數(shù)量Table 1 Amount of bacillus after using microbial ecological agents (×104)

表2 試驗(yàn)地土壤養(yǎng)分狀況Table 2 Soil nutrient status of experimental field

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 出苗率 待甜菜子葉完全展開時(shí)統(tǒng)計(jì)幼苗出苗情況，自出苗開始，每天在每個(gè)小區(qū)統(tǒng)計(jì)出苗情況，待出苗穩(wěn)定后，計(jì)算出苗率。

1.3.2 發(fā)病率 甜菜收獲時(shí)，按照小區(qū)統(tǒng)計(jì)發(fā)病株數(shù)，計(jì)算發(fā)病率。發(fā)病率=發(fā)病株數(shù)/供試植株總數(shù)×100%。

1.3.3 死株率 甜菜收獲時(shí)，按照小區(qū)統(tǒng)計(jì)存活株數(shù)，計(jì)算死株率。死株率=(出苗株數(shù)-存活株數(shù))/出苗株數(shù)×100%

1.3.4 含糖率 甜菜收獲時(shí)，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取15株甜菜塊根，采用日本產(chǎn)Atago Refractometer PAL-1數(shù)字手持折射儀測定塊根錘度，折算其含糖率。含糖率= PAL-1測定的錘度×80%。

1.3.5 產(chǎn)量 甜菜收獲時(shí)，每個(gè)小區(qū)選取 10 m2測定塊根產(chǎn)量。

1.3.6 產(chǎn)糖量 產(chǎn)糖量=產(chǎn)量×含糖率。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Ecxel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、處理和作圖，采用SAS 9.0軟件進(jìn)行顯著性及相關(guān)性 分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 微生態(tài)制劑對不同重茬年限甜菜出苗率的影響

由圖1可知，3 a內(nèi)隨微生態(tài)制劑施用量的增加，有利于提高甜菜出苗率， B2、B4、B6和B8分別較B0處理重茬3 a提高0.5%、2.43%、 2.18%和3.00%；重茬4 a提高1.36%、 2.31%、1.63%和3.07%；重茬5 a提高 1.09%、2.62%、3.01%和3.73%，不同處理間總體為B0、B2與B4、B6、B8間差異達(dá)到了顯著性水平(P<0.05)，B8與B0差異均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。不同年際間，隨著重茬年限的增加甜菜出苗率總體呈下降趨勢，為重茬3 a>重茬4 a>重茬5 a，但下降幅度不明顯，出苗率均在90%以上，可見微生態(tài)制劑施用對保證重茬甜菜出苗具有重要 作用。

圖中不同大(小)字母表示處理間差異達(dá)1%(5%)顯著水平，下同 Different capital(lower case) letters showed in pictures are significantly different among treatments at the 1% (5%) level,the same below.

圖1 甜菜出苗率的變化
Fig.1 Variation of sugar beet emergence rate

2.2 微生態(tài)制劑對不同重茬年限甜菜死株率的影響

由圖2可知，3 a內(nèi)隨微生態(tài)制劑施用量的增加，可明顯降低甜菜死株率， B2、B4、B6和B8分別較B0處理在重茬3 a下降低7.76%、 17.15%、23.18%和32.38%；重茬4 a降低 21.43%、34.67%、34.44%和37.61%；重茬5 a降低4.46%、4.55%、6.20%和9.43%。不同年際間，隨著重茬年限的增加甜菜死株率呈顯著上升趨勢，為重茬5 a>重茬4 a>重茬3 a，且隨重茬年限的增加，各處理的顯著性分析結(jié)果不同，重茬3 a B0與B4、B6、B8差異達(dá)到極顯著水平 (P<0.01)，重茬4 a和重茬5 a處理間的顯著性水平基本不顯著。說明微生態(tài)制劑對甜菜死株率的防效隨著重茬年限的增加呈下降趨勢，在重茬年限逐漸增加的情況下，重茬年限是導(dǎo)致甜菜死株率逐漸加大的主導(dǎo)因素。

圖2 甜菜死株率的變化Fig.2 Variation of sugar beet death rate

2.3 微生態(tài)制劑對不同重茬年限甜菜根腐病發(fā)病率的影響

由圖3可知，3 a內(nèi)隨微生態(tài)制劑施用量的增加，可有效降低甜菜發(fā)病率， B2、B4、B6和B8分別較B0處理在重茬3 a下降低16.97%、 41.84%、45.75%和56.09%；重茬4 a降低 22.26%、35.02%、30.39%和37.96%；重茬5 a降低5.32%、8.32%、11.24%和12.33%，不同處理間B0與B2、B4、B6、B8間基本為差異極顯著水平(P<0.01)。不同年際間，隨著重茬年限的增加，甜菜根腐病發(fā)病率呈極顯著上升趨勢，為重茬5 a>重茬4 a>重茬3 a，且隨重茬年限的增加，微生態(tài)制劑對甜菜根腐病發(fā)病率的防效呈下降趨勢，重茬年限在根腐病發(fā)生中占主導(dǎo)因素。

圖3 甜菜根腐病發(fā)病率的變化Fig.3 Variation of the incidence of root rot disease

2.4 微生態(tài)制劑與重茬年限雙因素對甜菜出苗率、死株率、發(fā)病率的影響

由表3可知，通過微生態(tài)制劑與重茬年限雙因素對甜菜出苗率、死株率和發(fā)病率的顯著性分析，明確了雙因素對甜菜的出苗率、死株率和發(fā)病率均存在極顯著影響(P<0.01)，雙因素互作對其不顯著是由于一個(gè)因素是正效應(yīng)，另一個(gè)因素為負(fù)效應(yīng)，同時(shí)也說明微生態(tài)制劑可有效的改善重茬年限所帶來的甜菜發(fā)病率高等系列問題，為解決重茬障礙問題提出了有效的解決方案。

表3 微生態(tài)制劑與重茬年限雙因素效應(yīng)分析Table 3 Two-factor effect analysis between microbial ecological agents and continuous cropping years

2.5 微生態(tài)制劑對不同重茬年限甜菜產(chǎn)質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表4可知，重茬3 a、重茬4 a和重茬5 a條件下，隨微生態(tài)制劑施用量的增加，可明顯提高甜菜的產(chǎn)量、含糖率和產(chǎn)糖量，處理間以B6和B8較好。甜菜產(chǎn)量B2、B4、B6和B8分別較B0處理重茬3 a下提高10.12%、12.51%、18.12%和19.19%；重茬4 a提高6.87%、9.95%、 10.65%和12.35%；重茬5 a提高1.42%、6.48%、 8.76%和8.09%；甜菜含糖率B2、B4、B6和B8分別較B0處理重茬3 a提高0.94%、2.61%、 4.75%和5.70%；重茬4 a提高6.47%、 14.12%、17.22%和18.61%；重茬5 a提高 8.64%、8.84%、16.37%和19.83%；產(chǎn)糖量B2、B4、B6和B8分別較B0處理重茬3 a提高 11.14%、 15.45%、23.74%和25.98%；重茬4 a提高 13.78%、25.45%、29.68%和33.24%；重茬5 a提高10.18%、15.46%、26.56%和 29.51%。不同處理間B0與B2、B4、B6、B8甜菜產(chǎn)質(zhì)量基本達(dá)到顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)差異。不同年際間，隨著重茬年限的增加，甜菜產(chǎn)量、含糖率和產(chǎn)糖量均顯著降低，重茬3 a>重茬4 a>重茬5 a，且隨重茬年限的增加，各處理較對照產(chǎn)量提高幅度明顯降低，說明微生態(tài)制劑對重茬甜菜產(chǎn)量的提升水平呈下降趨勢，重茬年限在影響因素中占主導(dǎo)作用。甜菜的凈收益呈逐年下降趨勢，在重茬5 a的條件下，已經(jīng)失去效益。

表4 微生態(tài)制劑對重茬甜菜產(chǎn)質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響Table 4 Effects of microbial ecological agents on yield,sugar yield and economic benefits of sugar beet

注:同列數(shù)據(jù)后不同大(小)字母表示處理間差異達(dá)1%(5%)顯著水平。

Note:Values followed by different capital(lower case) letters in a column are significantly different among treatments at the 1% (5%) level.

2.6 甜菜根腐病及出苗率與甜菜產(chǎn)質(zhì)量的相關(guān)性分析

由圖4可知，通過對重茬3 a、重茬4 a和重茬5 a的甜菜根腐病和出苗率與產(chǎn)質(zhì)量的相關(guān)分析，結(jié)果表明甜菜的出苗率與產(chǎn)量、產(chǎn)糖量相關(guān)性不大，這是由于現(xiàn)在甜菜種子發(fā)芽率均較高，出苗水平已經(jīng)不是影響甜菜產(chǎn)量的一個(gè)因素。甜菜的死株率和根腐病的發(fā)病率與甜菜的產(chǎn)量和產(chǎn)糖量均達(dá)到了極顯著的相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，特別是發(fā)病率與其相關(guān)性非常高。出苗率與甜菜產(chǎn)量和產(chǎn)糖量的關(guān)系式分別為：y= 6 196.9x- 545 839，R2= 0.314 9、y= 1 189.6x- 106 542，R2= 0.326 5；死株率與甜菜產(chǎn)量和產(chǎn)糖量的關(guān)系式分別為：y=-1 315.6x+83 025，R2= 0.872 7、y= -248.41x+14 034，R2= 0.875 5；發(fā)病率與甜菜產(chǎn)量和產(chǎn)糖量的關(guān)系式分別為：y= -583.21x+655 60，R2= 0.967 6、y=-109.72x+10 717，R2= 0.963 6。說明甜菜根腐病發(fā)病率直接影響重茬甜菜產(chǎn)質(zhì)量水平的高低，已成為重茬甜菜的主要障礙問題。

圖4 甜菜出苗率、死株率以及根腐病發(fā)病率與甜菜產(chǎn)質(zhì)量的相關(guān)性Fig.4 Correlation ship between sugar beet emergence rate,death rate and incidence of root rot disease with yield,sugar yield

3 討 論

內(nèi)蒙古甜菜生產(chǎn)和加工能力大幅度提高，為滿足當(dāng)前生產(chǎn)需求，原料區(qū)呈現(xiàn)大面積重茬種植，造成甜菜病害逐年加重，產(chǎn)質(zhì)量水平大幅度下降，針對該問題，開展了微生態(tài)制劑對重茬甜菜根腐病的防控及甜菜產(chǎn)質(zhì)量水平提升的研究。Lang等[21]研究證明連作條件下微生物群落結(jié)構(gòu)變化與土傳病害發(fā)生存在直接關(guān)系，土傳病害發(fā)生的根本原因是土壤微生物區(qū)系和多樣性失調(diào)，導(dǎo)致土壤中病原菌激增[22]。調(diào)控土壤微生物環(huán)境是有效防控土壤病害的重要途徑之一[23]。王光飛等[24]認(rèn)為土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量的增加有利于營造健康的土壤微生物區(qū)系，形成利于植物生長而不利于病原菌生長的健康土壤環(huán)境。微生態(tài)制劑施用后能夠在短時(shí)間內(nèi)形成優(yōu)勢菌群，抑制有害菌的滋生，從而有效降低重茬甜菜的病蟲害問題。本研究表明，施用微生態(tài)制劑和重茬年限對甜菜出苗、死株率和發(fā)病率均存在單因素極顯著影響，隨微生態(tài)制劑施用量的增加，有利于提高甜菜出苗率，不同年際間，甜菜出苗率總體為重茬3 a>重茬4 a>重茬5 a，但下降幅度不明顯，出苗率均在90%以上，說明各處理甜菜的出苗率均較高，后期甜菜的死株與前期出苗無關(guān)。甜菜的死株率主要是由根腐病造成，3 a內(nèi)隨微生態(tài)制劑施用量的增加，甜菜死株率和根腐病發(fā)病率明顯降低，說明微生態(tài)制劑有一定防效，但微生態(tài)制劑對重茬3 a地塊甜菜的根腐病有很好的防治效果，重茬5 a甜菜根腐病發(fā)病非常嚴(yán)重，到收獲期甜菜的健康株數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于發(fā)病株數(shù)，可見隨著重茬年限的增加，微生態(tài)制劑防效逐漸降低，是由于甜菜根腐病為土傳病害，土壤中病原菌數(shù)量會隨著重茬年限增加而增加的幅度加大，造成病害占主導(dǎo)因素，這說明微生態(tài)制劑改善甜菜根腐病發(fā)生情況需在一定重茬年限內(nèi)。

隨著重茬年限的增加，微生態(tài)制劑同一施用量下甜菜產(chǎn)量、含糖率和產(chǎn)糖量均顯著降低，且各處理較對照產(chǎn)量提高幅度明顯降低，重茬3 a產(chǎn)量提高10.12%～19.19%，重茬4 a提高6.87%～12.35%，重茬5 a提高1.42%～8.09%，說明微生態(tài)制劑對重茬甜菜產(chǎn)量的提升水平呈下降趨勢，重茬年限在影響因素中占主導(dǎo)作用。通過對重茬3 a、重茬4 a和重茬5 a甜菜出苗率和根腐病發(fā)病率與其產(chǎn)質(zhì)量的相關(guān)分析，明確甜菜的出苗率與其產(chǎn)量、產(chǎn)糖量的相關(guān)性不大，甜菜的死株率和根腐病的發(fā)病率與其達(dá)到了極顯著的相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，說明甜菜根腐病發(fā)病率直接影響重茬甜菜產(chǎn)質(zhì)量水平的高低，甜菜死株率也主要是由于重茬多年后根腐病導(dǎo)致的，可見甜菜根腐病為重茬甜菜的主要障礙因子。

4 結(jié) 論

隨重茬年限的增加，甜菜的發(fā)病率、死株率呈大幅度增加，造成產(chǎn)質(zhì)量水平顯著降低。不同年限內(nèi)，隨微生態(tài)制劑施用量的增加，可明顯提高甜菜的出苗率，顯著降低甜菜的死苗率和根腐病發(fā)病率，提高甜菜的產(chǎn)質(zhì)量水平，但微生態(tài)制劑施用效果隨著重茬年限的增加呈降低趨勢，重茬的負(fù)效應(yīng)逐年上升，致使根腐病發(fā)生嚴(yán)重，甜菜產(chǎn)質(zhì)量水平下降明顯，因此在重茬3 a時(shí)施用微生態(tài)制劑可以達(dá)到較好的種植效益，重茬5 a施用微生態(tài)制劑，雖可起到一定效果，但由于甜菜產(chǎn)質(zhì)量水平均較低，種植效益較差。