河西制種玉米病害發(fā)生及農(nóng)牧結(jié)合綠色防控技術(shù)

劉忠元，張文解，賀春貴，何 瑞，魏生龍，郭 瑩，白 斌

（1. 甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所, 甘肅 蘭州 730070；2. 甘肅省植保植檢站, 甘肅 蘭州 730030；3. 河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物工程學(xué)院, 甘肅 張掖 734000）

河西走廊是國家重要的商品糧基地。因其得天獨(dú)厚的自然氣候、水肥條件及高品質(zhì)種子生產(chǎn)優(yōu)勢，我國玉米(Zea mays)主產(chǎn)區(qū)、國內(nèi)外主要玉米種子企業(yè)大批集中于河西制種，年均制種面積10.6 萬hm2，產(chǎn)種量占全國60%以上，成為我國最大玉米制種基地和甘肅省特色農(nóng)業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)[1]。河西地區(qū)還是國內(nèi)瓜菜、花卉、牧草主要繁種基地，對我國種業(yè)發(fā)展舉足輕重。但目前制種玉米病害發(fā)生成為限制種業(yè)基地健康發(fā)展的突出問題。孟有儒等[2-3]報(bào)道河西制種玉米頂腐病(Fusarium subglutinans)并提出防治措施，雷玉明等[4-5]編寫了河西制種玉米病害名錄，并總結(jié)出病害發(fā)生演替規(guī)律。此外，河西制種玉米還常發(fā)生銹病(Puccinia sorghi)、黑粉病(Ustilago maydis)、矮花葉病(Sugarcane mosaic)[6]，玉米絲黑穗病(Sporisorium reilianum)[7]，玉米頂腐病、穗 腐 病(Fusarium moniliforme、F. graminearum和Penicillium oxalicum)、莖基腐病(Fusarium moniliforme和Pythium aphanidermatum)等[8-10]主要病害。目前病害研究停留在發(fā)生種類和危害程度調(diào)研上，也有較多關(guān)于綜合治理方面的研究[11]，但對病害發(fā)生因素系統(tǒng)總結(jié)及經(jīng)濟(jì)有效綠色防控方面少見報(bào)道。為此，在分析病害發(fā)生特點(diǎn)、原因及存在問題的基礎(chǔ)上，根據(jù)多年調(diào)研，參考相關(guān)研究報(bào)道和制種基地建設(shè)實(shí)際，提出河西制種玉米主要病害農(nóng)牧結(jié)合綠色防控途徑以供探討。

1 河西制種玉米病害發(fā)生危害現(xiàn)狀及特點(diǎn)

1.1 病害種類增多，以土傳和種傳病害為主

20 世紀(jì)80 年代河西玉米主要有絲黑穗病、瘤黑粉病、玉米矮花葉病三大病害[12]。制種基地形成20 多年，病害發(fā)生種類大量增加，根、莖、葉、穗病害往往混合發(fā)生危害成災(zāi)[2,4-5, 8-9,13]。玉米 瘤黑粉病發(fā)病期提前到苗期，為害加重，玉米莖基腐病、玉米銹病由過去零星發(fā)生到目前普遍多發(fā)[6,10,14]。一些新病害如玉米頂腐病、穗腐病、彎孢菌葉斑病(Curvularia lunata)成為主要病害，遇高溫多雨年份易暴發(fā)成災(zāi)[2-3,8]。根據(jù)多年系統(tǒng)調(diào)查[15-17]及有關(guān)報(bào)道，河西制種玉米田間常見多發(fā)、生產(chǎn)上需要防控的主要病害有玉米絲黑穗病、玉米瘤黑粉病、玉米頂腐病、玉米莖基腐病、玉米穗腐病、玉米普通銹病、玉米彎孢菌葉斑病、玉米苗期根腐病(Fusariumspp. 和Pythiumspp.)、玉米矮花葉病、玉米鞘腐病(Alternariaspp. 和Fusariumspp.) (表1)。土傳和種傳根、莖、穗部病害是河西制種玉米病害主要類型[4,6,8-9]，雨水和氣流傳播的葉部病害次之。

表1 河西制種玉米主要病害發(fā)生危害及防控途徑Table 1 Types, hazards, and control of corn disease in seed production in the Hexi Corridor

1.2 病害發(fā)生危害嚴(yán)重，防控難度較大

河西制種玉米連茬種植，秸稈、根茬等病殘?bào)w多年田間遺留，土壤中的玉米致病菌以腐霉菌和鐮孢菌為主大量積累[8]。只要在玉米大喇叭口期、灌漿期遭遇連續(xù)降雨或大水漫灌，低洼積水，形成高溫高濕發(fā)病條件，莖基腐病、頂腐病、穗腐病和部分葉部病害易暴發(fā)成災(zāi)，制種田種子及生物產(chǎn)量大幅度降低，玉米秸稈腐敗失去飼料價(jià)值[19-20]，機(jī)收困難，病殘?bào)w很容易在田間遺留形成次年發(fā)病初侵染來源[3,8]。玉米穗腐病的病粒難以清除，造成種子發(fā)芽率很難達(dá)標(biāo)(發(fā)芽指標(biāo)≥ 97%)，發(fā)病種子種質(zhì)資源保存困難，所產(chǎn)生的伏馬毒素威脅人畜健康和食品安全[14]。

河西第2 代棉鈴蟲(Helicoverpa armigera)幼蟲對制種玉米果穗鉆蛀為害加重穗腐病發(fā)生[21,24]。玉米莖基腐病常年發(fā)病率7%～10%，頂腐病發(fā)病以臨澤縣、甘州區(qū)、涼州區(qū)為代表，嚴(yán)重地塊發(fā)病率在30%以上[2,11]，一般制種田穗腐病發(fā)病率在40%以上[10]，玉米苗期根腐病發(fā)病率在10%～30%[22]。以土傳和種傳病害為主的各類病害傳播途徑多，侵染來源廣，農(nóng)藥防治等傳統(tǒng)方法難以奏效，防控難度較大。

2 病害發(fā)生因素分析

2.1 制種玉米連茬種植，病原菌富集形成土壤連作障礙

制種玉米連作種植，形成病菌賴以生存的單一寄主和繁殖場所，玉米根際和土壤耕作層病原菌以連作土壤為基地逐年積累，基數(shù)加大，拮抗微生物減少，以鐮刀菌屬(Fusariumspp.)、腐霉屬(Pythiumspp.)等為主的土壤習(xí)居菌成為優(yōu)勢菌群[8-9]。病原菌以冬孢子、厚垣孢子、菌核等各種休眠體隨病殘?bào)w越冬，成為次年發(fā)病的初侵染源[23,25-26]。該類菌群帶菌途徑多，侵染來源廣，種類繁多，多數(shù)是非專性弱寄生菌，借助大水漫灌水流雨水及制種玉米人工頻繁去雄等農(nóng)事操作傳播。只要環(huán)境條件適宜，可通過植物根尖、側(cè)根、根莖交界處、嫩莖等分生組織和傷口侵入，或隨鉆蛀害蟲的蟲孔侵入，危害部位主要是植物維管束組織和果實(shí)。病害在任何生育期、任何器官均可發(fā)生，系統(tǒng)性發(fā)病。感病初期不易覺察，一旦發(fā)病，損失較大，防不勝防。藥劑防治等傳統(tǒng)方法，難以奏效[27]。目前河西制種玉米主要病害均由該類致病菌引起，構(gòu)成完整的侵染鏈，輾轉(zhuǎn)傳播復(fù)合侵染[28-29]。

河西制種玉米種植區(qū)域、地塊甚至品種(組合)往往多年穩(wěn)定連茬種植，農(nóng)戶在利益驅(qū)動(dòng)下不愿改種其他作物，難以置換或替代，無法輪作倒茬，部分區(qū)域制種田連作年限在20 年以上[30-31]。越是精耕細(xì)作、水肥條件好的地塊連茬時(shí)間越長，致使農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)日趨簡單脆弱，微生物多樣性銳減，病害發(fā)生流行風(fēng)險(xiǎn)不斷增大[18]。土壤是植物根際及耕作層各類物質(zhì)代謝和能量交換、營養(yǎng)轉(zhuǎn)化的樞紐。多年連茬種植，化肥農(nóng)藥施量不斷增多，土壤養(yǎng)分失衡，自毒物質(zhì)積累，使得制種玉米連作土壤根際微生物區(qū)系發(fā)生變化，拮抗微生物減少，玉米營養(yǎng)失調(diào)，形成土壤連作障礙[30,32]，降低了植株抗逆性和抵抗病菌侵入的能力，使得病害逐年加重發(fā)生[31,33-34]。

2.2 大水漫灌、高水肥栽培有利于病害發(fā)生、發(fā)展和蔓延

河西走廊制種玉米灌溉以大水漫灌為主，人工取雄等田間操作頻繁，土傳病害致病菌作為弱寄生菌易借助水流和農(nóng)事活動(dòng)傳播[19-20,32]?；适┯么蠖嚯S水沖施，化肥特別是氮肥及農(nóng)藥過量使用，導(dǎo)致土壤性狀變劣，養(yǎng)分利用率降低，農(nóng)田病、蟲、草害防效下降或產(chǎn)生抗藥性。趙建華等[35]報(bào)道河西玉米制種田氮肥過量施用，平均利用率只有25%。王春明等[11]報(bào)道河西制種基地農(nóng)藥的使用頻率和使用范圍普遍超標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，在高密度、高氮肥條件下，尤其當(dāng)種植密度超過8.5 萬株·hm?2時(shí)，病害明顯加重[22]。高水肥栽培，種植密度增大，使得通風(fēng)、光照不足，濕度過大，為制種玉米根、莖、葉部病害發(fā)生創(chuàng)造了有利條件，尤其是在夏秋季灌水或連續(xù)降雨高溫高濕的情況下，病勢發(fā)展更快。

2.3 種子帶菌預(yù)防處理措施不到位

玉米制種組合及親本大多來源于東北、黃淮海、西南地區(qū)、海南島等我國玉米主產(chǎn)區(qū)或南繁基地，帶病親本遠(yuǎn)距離頻繁調(diào)運(yùn)，缺少嚴(yán)格檢驗(yàn)和有效的種子處理措施，使得新病害不斷傳入[4-5]。

3 制種玉米病害農(nóng)牧結(jié)合綠色防控途徑探討

玉米是糧飼兼用作物，草食畜牧業(yè)是河西快速發(fā)展的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。河西地區(qū)干旱缺水，生態(tài)脆弱，為我國西部地區(qū)生態(tài)屏障前沿。針對河西制種玉米病害以土傳和種傳病害為主，侵染傳播形式復(fù)雜，輪作倒茬和抗病品種等措施無法落實(shí)，化學(xué)防治難以奏效，防控難度較大的實(shí)際，應(yīng)以“資源節(jié)約、環(huán)境友好”為宗旨，玉米種業(yè)與草牧業(yè)融合發(fā)展，病害防控以農(nóng)牧結(jié)合、生態(tài)優(yōu)先、節(jié)水節(jié)肥、綠色防控為基本策略，從培育健康土壤、降低病原基數(shù)、減少侵染途徑、杜絕病菌遠(yuǎn)距離傳播等系列綜合途徑，實(shí)現(xiàn)病害經(jīng)濟(jì)、有效、可持續(xù)防控(圖1)。

圖1 河西制種玉米病害綠色防控技術(shù)Figure 1 Environmentally-friendly control strategy for diseases in seed corn production in the Hexi Corridor

3.1 加強(qiáng)種子檢驗(yàn)，防止病害遠(yuǎn)距離傳播，采用高效、低毒、低殘留化學(xué)及生物質(zhì)農(nóng)藥，抓好種子包衣處理和病害早期預(yù)防治理

河西近年新發(fā)生病害幾乎與我國內(nèi)地玉米主產(chǎn)區(qū)病害發(fā)生危害同步，其與親本種子頻繁調(diào)運(yùn)有很大關(guān)系[8]。作為國家級(jí)玉米種業(yè)基地，要嚴(yán)格執(zhí)行國家植物檢疫有關(guān)法規(guī)政策，重新審視細(xì)化工作流程和方案，做好重要病害跟蹤監(jiān)測預(yù)警預(yù)防。對于帶菌種子，做好種子處理，嚴(yán)防病菌通過種子和病殘?bào)w、交通工具在河西制種基地和內(nèi)地玉米主產(chǎn)區(qū)之間進(jìn)行遠(yuǎn)距離擴(kuò)散傳播[36]。

對以種子帶菌、苗期侵入、系統(tǒng)性發(fā)病為主，侵入越早，危害越重的病害，種子包衣和化學(xué)農(nóng)藥拌種作為病害重要防控措施在河西地區(qū)效果明顯，還可有效防控細(xì)胸金針蟲(Agriotes fuscicollis)、蚜蟲等地下害蟲和傳毒媒介昆蟲[37]。應(yīng)繼續(xù)在藥劑種類、配比、藥肥(微量元素肥料)混配以及內(nèi)吸性強(qiáng)、殺菌譜廣、殘效期長、對人畜安全的化學(xué)藥劑及木霉(Trichodermaspp.)等微生物農(nóng)藥方面進(jìn)行研發(fā)推廣。以土傳病害為主的制種玉米病害多數(shù)為植物維管束系統(tǒng)發(fā)病的弱寄生菌，藥劑防治很難奏效，只能作為輔助措施[2,8,38]。制種玉米生育中后期莖葉繁茂，各類農(nóng)藥往往難以噴施到發(fā)病部位，效果非常有限，且易造成環(huán)境污染，應(yīng)以病害早期預(yù)防控制為主。將制種玉米1～2 代棉鈴蟲與玉米穗腐病聯(lián)防聯(lián)治。

3.2 玉米種業(yè)與草食畜牧業(yè)融合發(fā)展，制種田增施腐熟有機(jī)肥，培育健康土壤

在玉米制種連茬難以解決的地塊，大量施用腐熟有機(jī)肥，大幅度降低化肥農(nóng)藥用量，增加拮抗微生物，改善土壤健康狀況，是逆轉(zhuǎn)病害發(fā)展勢頭、克服連作障礙的當(dāng)務(wù)之急[39-41]。一是有機(jī)肥可豐富土壤微生物區(qū)系，增加土壤中各種有益微生物包括綠霉(Trichoderma viride)、青霉(Penicillium)、放線菌、腐生性細(xì)菌等，增加拮抗微生物類群，與病原菌競爭生態(tài)位，不斷降低病原基數(shù)，減少病害發(fā)生[42-43]。二是增加土壤有機(jī)質(zhì)，增強(qiáng)土壤肥力和養(yǎng)分有效性，減少有毒有害物質(zhì)的沉積，培育健康土壤[18]。三是改善土壤性狀和團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤膠體活性和通透性，用地養(yǎng)地結(jié)合，防止地力衰退[44]，削減連作障礙，提高制種產(chǎn)量、品質(zhì)及秸稈生物產(chǎn)量。

玉米為糧飼兼用高光效C4植物，河西地區(qū)光熱資源豐富，在收獲優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)玉米種子的同時(shí)，莖葉等生物產(chǎn)量也很高。制種玉米收獲后秸稈鮮草產(chǎn)量在30.0～37.5 t·hm?2(不含果穗)，干草產(chǎn)量7 t·hm?2，可用作青飼、青貯或調(diào)制干草。牛羊均為節(jié)糧型家畜，可高效利用粗飼料，對玉米莖葉消化率50%～90%[45-46]，其中玉米秸稈占肉羊養(yǎng)殖日糧的67.5%～87.5%[46]。1 頭肉牛一個(gè)育肥季飼用玉米秸稈量為1 170 kg，1 頭成年牛每天糞尿的排泄量為31～36 kg[46]。河西制種玉米每年種植面積為10.6 萬hm2，年草產(chǎn)量為318～397.5 萬t[47]。將制種玉米產(chǎn)業(yè)鏈延長，融入草食畜牧業(yè)生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)，利用玉米秸稈發(fā)展牛羊養(yǎng)殖“過腹還田”潛力巨大[47-48]?？山鉀Q制種田大量使用有機(jī)肥來源問題，大力促進(jìn)玉米種業(yè)與草牧業(yè)綠色、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。

3.3 果穗適期早收，秸稈青貯高效利用，減少病殘?bào)w田間遺留，實(shí)施制種關(guān)鍵環(huán)節(jié)機(jī)械化，減少人工操作傳病

目前河西制種玉米秸稈多數(shù)為果穗收獲后風(fēng)吹日曬形成枯黃秸稈或制成打捆干草，飼料營養(yǎng)價(jià)值低。一些流轉(zhuǎn)大戶土地秸稈還田，農(nóng)戶秸稈則在村莊和田間地頭露天堆放，甚至焚燒，造成環(huán)境污染。河西地區(qū)大氣干燥、降水稀少，秸稈還田不易腐爛分解，病菌多在病殘?bào)w上越冬，成為次年病害發(fā)生的初侵染來源，因此不提倡玉米秸稈還田，而主張“過腹還田”。與大田商品玉米不同的是制種玉米果穗可適期早收，此時(shí)玉米成熟，莖葉青綠，最適合秸稈青貯飼料化高效利用。青貯玉米能有效保持秸稈青綠狀態(tài)，氣味芳香，柔軟多汁，適口性好，還增加了多種維生素、氨基酸、胡蘿卜素等多種營養(yǎng)成分，提高飼料消化率和家畜采食量，特別適宜飼喂牛羊。青貯后玉米營養(yǎng)價(jià)值更高且長時(shí)間保持不變，制作成本低廉，方法簡單，飼用不受氣候和季節(jié)限制，可以滿足牛羊冬春季對青綠飼料的需要[49-50]。要在河西玉米制種基地大力提倡早收綠色秸稈，優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)，可增加玉米制種收入5 250 元·hm?2。樊廷錄等[51]報(bào)道，河西制種玉米果穗適采期，宜在種子乳線到籽粒中部位置，能保證種子最大活力，可比目前9 月下旬果穗收獲時(shí)間提前10～15 d。既避免早霜凍對晾曬種子的凍害，更利于秸稈單收青貯高效飼料化利用[52]。秸稈及早收獲，還可安排制種田于9 月下旬提前翻耕、曬垡、滅菌，清除根茬，最大程度減少病殘?bào)w田間遺留，降低病原菌越冬基數(shù)，阻斷侵染循環(huán)鏈條[53]。

實(shí)施玉米制種去雄收獲等關(guān)鍵環(huán)節(jié)機(jī)械化，降低人工成本和勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人工去雄等大量農(nóng)事操作造成的病菌傳播幾率[54-56]。為河西制種玉米量身研發(fā)機(jī)械化去雄、果穗低損耗收獲，以及秸稈收割柔絲裹包青貯、打捆收獲設(shè)備，解決機(jī)械選型不符和玉米秸稈拋撒地面不易回收的問題，提高效率與精度，消除制種農(nóng)戶疑慮。

3.4 大面積示范推廣膜下滴灌與水肥一體化配套技術(shù)，節(jié)水節(jié)肥，減少病害傳播蔓延

河西地區(qū)生態(tài)脆弱，水資源極度缺乏。但長期以來制種玉米灌水以大水漫灌為主，化肥隨水沖施，不僅造成水肥資源的浪費(fèi)，還降低了水肥利用效率，同時(shí)加大生產(chǎn)成本[35,57-59]。膜下滴灌水肥一體化節(jié)水節(jié)肥，防止土壤板結(jié)，提高土壤養(yǎng)分有效性，減少病害借助大水漫灌時(shí)的流水傳播和蔓延侵染，降低田間濕度，減輕根、莖、葉、穗部病害特別是根病的發(fā)生危害[60]。研究表明實(shí)施膜下滴灌水肥一體化技術(shù)，較目前漫灌節(jié)水40.6%，節(jié)肥30.7%，病害發(fā)生降低38%[61-62]。河西地區(qū)是與新疆生態(tài)地理相似的近鄰，應(yīng)積極借鑒新疆棉花(Gossypiumspp.)等大田中耕作物膜下滴灌水肥一體化技術(shù)成功經(jīng)驗(yàn)[63-65]，逐步解決河西地區(qū)嚴(yán)重缺水而制種玉米高耗水大水漫灌及化肥農(nóng)藥超標(biāo)使用痼疾。目前應(yīng)加快攻克技術(shù)瓶頸，大面積示范推廣，節(jié)水節(jié)肥，降低田間濕度，改善田間小氣候，造成不利病害發(fā)生的條件，有效降低病菌傳播，遏制病害發(fā)生，減少農(nóng)藥使用。

3.5 加快高標(biāo)準(zhǔn)制種農(nóng)田建設(shè)，改善土壤性狀和耕作條件，加強(qiáng)耕作栽培，削減連作障礙

河西地區(qū)地勢平坦，適宜機(jī)械化耕種，但制種田地塊小，農(nóng)戶分散種植，與現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)難以結(jié)合。借助國家種業(yè)振興的重大機(jī)遇，加快實(shí)施土地整理高標(biāo)準(zhǔn)制種農(nóng)田建設(shè)[66]。一是在制種集中連片區(qū)域進(jìn)行大面積土地整理，逐步建成水電渠路田林合理配套的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田，為機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化乃至智能化作業(yè)和水肥一體化技術(shù)實(shí)施創(chuàng)造條件。二是適度深翻滅菌，立土?xí)褊?，特別是鏟除歷年留存的地埂、溝渠等病菌和蟲蛹孽生地，清除宿根性雜草和積存的枯枝敗葉等病殘?bào)w，惡化病菌生存環(huán)境。三是農(nóng)田基建與提高耕地質(zhì)量結(jié)合，通過發(fā)展草食畜牧業(yè)和增施有機(jī)肥開展土壤保育、鹽漬化土壤修復(fù)及有機(jī)質(zhì)提升，改善土壤性狀，培育健康土壤，減輕制種基地連作障礙，降低病害發(fā)生[32]。

同時(shí)應(yīng)該加強(qiáng)耕作栽培病害防控措施：1)積極進(jìn)行輪作倒茬。病害嚴(yán)重的制種田應(yīng)結(jié)合目前正在進(jìn)行的土地整理高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)盡可能進(jìn)行3～5年輪作倒茬，也可利用品種抗病性的不同，進(jìn)行制種品種(組合)輪換種植[67-69]。2)適時(shí)播種。4 月中旬日均氣溫在10 ℃以上，種子出苗快、根系健壯，病菌侵染機(jī)率大幅度降低，是玉米播種的最佳時(shí)期[70]。3)及時(shí)翻耕曬垡。9 月底前深翻耕地25 cm 以上，曬垡滅菌，同時(shí)撿盡根茬和殘留地膜，徹底清除田間病殘?bào)w促使鐮刀菌等病原菌腐解。通過冬季灌冬水后土壤凍融交替，降低表土層10 cm以內(nèi)的病菌越冬基數(shù)。4)延長蹲苗時(shí)間。適當(dāng)延長制種玉米蹲苗時(shí)間至9～11 葉出現(xiàn)，促進(jìn)玉米根系發(fā)育強(qiáng)健，降低苗期田間濕度，防止病菌早期侵入，減輕根病發(fā)生。

4 小結(jié)

植物土傳病害防控是世界性難題[32]。根據(jù)河西玉米制種基地生產(chǎn)實(shí)際，土傳病害的防控主要以農(nóng)業(yè)、生物和生態(tài)防控為主，以抗病品種和化學(xué)防治為輔。借助國家種業(yè)振興重大機(jī)遇和地方種業(yè)振興實(shí)施計(jì)劃的逐步落實(shí)，為河西國家級(jí)玉米種業(yè)基地土傳病害防控和連作障礙緩解創(chuàng)造了條件，也為實(shí)施本研究提出的技術(shù)措施提供了可行性和可靠保障。農(nóng)牧結(jié)合綠色防控，發(fā)展特色生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)，必然會(huì)大力促進(jìn)河西國家級(jí)玉米制種基地健康、綠色和可持續(xù)發(fā)展。