生物炭肥對易感根結(jié)線蟲病烤煙根際菌群和理化性質(zhì)的影響

趙婭紅　胡騫予　夏融　王志江　謝永輝　葉賢文　余磊　齊穎　羊紹武　薛至勤　吳治興　黃飛燕　韓天華

摘要：為明確生物炭肥對煙草根結(jié)線蟲病及根際土壤的影響，通過田間試驗研究拌塘施用不同量生物炭肥對煙草根結(jié)線蟲病株根際土壤的影響。結(jié)果表明，常規(guī)施肥減量10%拌塘施用酵素生物炭肥能夠顯著降低煙草根結(jié)線蟲病的病情指數(shù)，其中酵素生物炭肥施用量為350 g·株?1時，根結(jié)線蟲病防治效果較好，防治效果達23.98%，且煙株農(nóng)藝性狀表現(xiàn)較好；根際土壤中過氧化氫酶、脲酶和磷酸酶活性較高，酚酸物質(zhì)含量降低，化感自毒作用減弱。各處理土壤真菌數(shù)量均隨生育期的推進呈先增高后降低趨勢，其中酵素生物炭肥施用量為350 g·株?1時，根際土壤中的細菌量隨生育期推進逐步降低。各生育期土壤中均表現(xiàn)為真菌數(shù)量較高，細菌數(shù)量較低，真菌/細菌值較高，說明在煙草種植中，減量施肥10%同時拌塘施用酵素生物炭肥350 g·株?1能提高土壤中真菌數(shù)量，降低土壤中細菌數(shù)量，顯著提高土壤肥力及土壤酶活性，為生物炭肥對易感根結(jié)線蟲病根際微生態(tài)調(diào)控提供了科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：生物炭肥；煙草；根結(jié)線蟲??；根際土壤

doi：10.13304/j.nykjdb.2022.0848

中圖分類號：S572 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：10080864（2024）04020609

煙草根結(jié)線蟲病是全球煙草生產(chǎn)上主要線蟲病害之一[1-3]。煙田因長期連作造成了較高的線蟲基數(shù)，使得根結(jié)線蟲病成為目前我國煙草產(chǎn)區(qū)普遍發(fā)生的病害[4-6]。由于根結(jié)線蟲寄生在煙草根系，會引起根結(jié)或形成結(jié)癭，導(dǎo)致根組織的生理活動受到抑制，進而使植株生長緩慢，葉尖和葉緣出現(xiàn)內(nèi)卷現(xiàn)象；由于根結(jié)線蟲在煙草根部寄生時間長，可引起多種真菌及細菌性病害發(fā)生，嚴重影響煙葉品質(zhì)。根結(jié)線蟲還可以在寄主體內(nèi)積累大量毒素，從而引起植物細胞病變，甚至使其死亡，降低煙葉產(chǎn)量。因此，開展煙草根結(jié)線蟲綜合防治具有重大意義。當(dāng)前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中防治煙草根結(jié)線蟲病所用的化學(xué)殺蟲劑不僅危害人畜健康，還污染生態(tài)環(huán)境[7]。隨著煙葉安全性越來越受到重視，綠色安全地控制煙草根結(jié)線蟲已變得越來越重要[89]。

生物炭是指生物材料經(jīng)高溫裂解后，在無氧和缺氧條件下生成的物質(zhì)[10]。研究證明，生物炭能夠增加煙田土壤有機質(zhì)，減少土壤養(yǎng)分損失，有效改善煙葉生長發(fā)育，提高煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)[11]。此外，生物炭肥能夠顯著增加土壤有機碳含量，提高土壤酶活性及土壤微生物數(shù)量，從而有效地維持土壤微生態(tài)平衡，恢復(fù)土壤生態(tài)功能，對煙草根結(jié)線蟲、黑脛病、小麥根腐病及其他典型土傳病害均有一定的防治效果[1213]。生物炭對土壤中氮、磷、鉀等元素的影響較小，但可以顯著增加土壤有機碳含量，促進土壤向好的方向轉(zhuǎn)化，從而提高土壤有機質(zhì)和腐殖質(zhì)含量[1415]，且在一定程度上提高土壤對氮、磷、鉀及鈣、鎂等元素的吸持量[1617]。Chan等[18]發(fā)現(xiàn)，生物炭可以顯著增加氮肥利用效率，將生物炭和其他有機或無機肥料混合施用可以增加作物產(chǎn)量。

當(dāng)前，生物炭在大豆、水稻、小麥等作物上的增產(chǎn)作用已有研究報道[19-24]，但在煙草上的研究較少。近年來，生物質(zhì)炭在根結(jié)線蟲危害方面的作用引起了人們的廣泛重視。Huang等[25]發(fā)現(xiàn)，以麻梨木為原料在土壤中加入適量生物質(zhì)炭，能夠降低水稻根結(jié)線蟲病害的發(fā)生。陳威等[26]研究顯示，加入適量生物炭肥對番茄生物量的累積具有促進作用，且對番茄感染根結(jié)線蟲病有一定抑制作用。生物炭肥對防治煙草根結(jié)線蟲病的研究尚未見報道。因此，為了探討施用生物炭對植煙土壤防治根結(jié)線蟲的效果，本研究通過田間小區(qū)試驗，設(shè)置不同的生物炭肥施用量，研究其對煙草根結(jié)線蟲病的防控效果及對烤煙生長發(fā)育、土壤養(yǎng)分、土壤酶活性和酚酸類物質(zhì)等的影響，以期為昆明煙區(qū)煙草安全生產(chǎn)工作提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

供試煙草品種為‘紅花大金元。于2019年4—10月，在安寧市八街鎮(zhèn)（24°91′ N，102°47′ E）開展田間試驗。該地為具有嚴重根結(jié)線蟲病發(fā)病史的植煙區(qū)（最近3年或3年以上均有根結(jié)線蟲病發(fā)生，且發(fā)病率大于25%）。以常規(guī)施肥為對照（CK），在常規(guī)施肥減量10% 情況下分別拌塘施用酵素生物炭肥250（T250）、300（T300）和350 g·株?1（T350），共計4個處理。處理間采用隨機區(qū)組排列，每處理100株，重復(fù)3次。供試酵素生物炭肥的基本理化性狀為：全碳70%～80%，水分10%，pH 8.7，總氮0.9%，總磷2.7%，總鉀1.2%。所有試驗小區(qū)煙草均按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)操作進行管理。

1.2 土壤樣品采集

采用“S”形五點取樣法采集土壤樣品，分別在團棵期（移栽后30 d）、旺長期（移栽后60 d）和成熟期（移栽后90 d）采集各處理近煙株根部10 cm處，直徑3 cm、深度15 cm 的根際土壤樣品約1 000 g，4 個處理3 個時期共計12 個樣品，重復(fù)200 g裝入無菌袋中迅速放入干冰盒中，帶回實驗室置于?80 ℃冰箱保存，用于高通量測序；剩余800 g用于測定土壤養(yǎng)分含量和土壤酶活性，并記錄土壤樣本基本信息。

1.3 試驗方法

1.3.1 不同施用量煙株根結(jié)線蟲病病害調(diào)查

取5 點取樣方法，每點不少于50 株，按照GB/T23222—2008[27]的方法于烤煙采烤末期調(diào)查各處理煙株根結(jié)線蟲病的發(fā)病情況，計算發(fā)病率、病情指數(shù)和相對防治效果，公式如下。

發(fā)病率=（發(fā)病株數(shù)/調(diào)查總株數(shù)）×100% （1）

相對防治效果=（對照病情指數(shù)-處理病情指數(shù)）/對照病情指數(shù)×100% （3）

1.3.2 煙株農(nóng)藝性狀測定

分別于移栽后30、60、90 d，每個小區(qū)隨機選取10株煙株，采用鋼卷尺和游標(biāo)卡尺調(diào)查株高、莖圍、節(jié)距、葉片數(shù)及最大葉片的長和寬。

1.3.3 土壤養(yǎng)分測定

參考鮑士旦[28]的方法測定土壤pH、有機質(zhì)（organic matter，OM）、水解氮（available nitrogen，AN） 、速效鉀（availablepotassium，AK）和有效磷（available phosphorus，AP）含量。

1.3.4 土壤酶活性測定

參照關(guān)松蔭[29]的方法測定土壤過氧化氫酶、脲酶、磷酸酶和蛋白酶活性。

1.3.5 土壤酚酸測定

參照榮思川等[30]的方法測定土壤對羥基苯甲酸、香草酸、丁香酸、4-香豆酸、阿魏酸、肉桂酸含量。

1.3.6 土壤微生物數(shù)量

采用實時熒光定量PCR（qRT-PCR）檢測土壤中真菌和細菌的數(shù)量。提取土壤樣品宏基因組DNA，采用真菌特異性引物ITS1F（5-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3）和ITS2R（5-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3）及細菌特異性引物338F（5-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3）和806R（5-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3）進行PCR，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線定量檢測不同處理樣品中的細菌和真菌數(shù)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，利用SPSS 26.0進行顯著性分析，使用Origin 2021繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對煙株根結(jié)線蟲病的防治效果

不同處理煙田中煙株的根結(jié)線蟲病發(fā)病率均為100%，但病情指數(shù)存在明顯差異（表1）。T250和對照（CK）處理田間煙株的病情指數(shù)較高，分別為83.65和87.12；T300和T350處理田間煙株的病情指數(shù)分別為69.43 和66.23，顯著低于T250 和CK處理。與CK相比，拌塘施用酵素生物炭肥對煙株根結(jié)線蟲病具有一定防治效果，其中T300和T350 處理的防治效果較好，分別為20.31% 和23.98%；T250的防治效果較差，僅4.08%。

2.2 煙株農(nóng)藝性狀分析

不同處理煙株的農(nóng)藝性狀如表2所示。移栽后30 d，各處理煙株的株高、節(jié)距、最大葉長和最大葉寬均顯著高于CK。移栽后60 d，T350處理的株高較T250、T300 處理分別顯著增加34.53% 和39.08%；T350、T300和T250處理的有效葉片數(shù)和節(jié)距差異不顯著，但均顯著高于CK；T350處理的莖圍是T300處理的1.26倍；T250、T300、T350處理的最大葉長和最大葉寬差異不顯著。移栽后90 d，T350、T300和T250處理的株高、節(jié)距、莖圍和最大葉寬差異不顯著，但均顯著高于CK；4個處理的有效葉片數(shù)均差異不顯著。總體來看，T350處理的煙株在不同生育期的農(nóng)藝性狀均表現(xiàn)較好。

2.3 土壤養(yǎng)分特征分析

不同處理下土壤養(yǎng)分含量如圖1所示。隨著生育進程的推進，CK處理土壤的pH呈顯著下降趨勢，酵素生物炭肥處理土壤的pH呈輕微下降趨勢，其中T350處理土壤的pH變化最??；土壤有效磷含量呈先上升后下降趨勢；除T300處理外，土壤有機質(zhì)含量呈先升高后下降趨勢，即移栽后60 d土壤有機質(zhì)含量最高，顯著高于移栽后30和90 d；T300和T350處理土壤的水解氮和速效鉀含量呈持續(xù)下降趨勢，而T250處理土壤的水解氮和速效鉀含量呈先上升后下降趨勢。移栽后30 d，T300處理的有效磷和速效鉀含量顯著低于其他處理；T350處理土壤的有機質(zhì)和水解氮含量顯著低于其他處理。移栽后60 d，T300處理土壤的有機質(zhì)和有效磷含量顯著低于其他處理；T350處理的水解氮含量顯著低于其他處理；T250處理的速效鉀含量顯著低于其他處理。移栽后90 d，T250和T300 處理的有機質(zhì)含量顯著低于T350 和CK處理；T350 處理的水解氮含量顯著低于其他處理；T300處理的有效磷和速效鉀含量顯著低于其他處理。由此說明，添加酵素生物炭肥能有效促進煙株對土壤養(yǎng)分的吸收。

2.4 土壤酶活性分析

不同處理下土壤酶的活性如圖2所示。移栽后30 d，T350處理根際土壤的過氧化氫酶和脲酶活性顯著高于其他處理，分別較CK提高92.06%和28.09%；T300、T350和CK處理間的磷酸酶活性無顯著差異，但均顯著高于T250處理；T350和CK處理的蛋白酶活性無顯著差異，但顯著高于T250和T300處理。移栽后60 d，T300和T350處理根際土壤的過氧化氫酶、脲酶和磷酸酶活性差異不顯著，但均顯著高于T250和CK處理，其中過氧化氫酶活性較CK 分別提高96.52% 和113.24%，脲酶活性較CK分別提高40.32%和37.90%，磷酸酶活性較CK 分別提高37.50% 和50%；T350 和CK處理的蛋白酶活性顯著高于T250和T300處理。移栽后90 d，T300和T350處理根際土壤的過氧化氫酶、脲酶和磷酸酶活性均顯著高于T250和CK處理，其中過氧化氫酶活性較CK 分別提高109.44% 和119.74%，脲酶活性較CK 分別提高13.48% 和10.44%，磷酸酶活性較CK 分別提高60.00%和60.00%；T350和CK處理的蛋白酶活性顯著高于T250和T300處理。

總的來看，除移栽后30 d，T300處理根際土壤的脲酶活性與T250、CK 處理差異不顯著外，其他時期T300和T350處理的過氧化氫酶、脲酶和磷酸酶活性均顯著高于T250 和CK 處理，且T350 處理的蛋白酶活性顯著高于T250 和T300處理。

2.5 土壤酚酸類物質(zhì)含量分析

不同處理根際土壤中共檢測出6種酚酸類物質(zhì)，含量如表3所示。移栽后30 d，T350處理根際土壤的丁香酸含量顯著低于T250和CK處理，與T300處理無顯著差異，且肉桂酸含量顯著低于其他處理；T250處理的4-香豆酸含量顯著高于其他處理。移栽后60 d，T350處理的香草酸、丁香酸、阿魏酸和肉桂酸含量顯著低于T250和CK處理，較CK 分別降低90.24%、57.44%、61.36% 和80.72%；T300 和T350 處理的丁香酸和4-香豆酸含量顯著低于T250 和CK 處理。移栽后90 d，T350處理的對羥基苯甲酸、香草酸、丁香酸、4-香豆酸、阿魏酸含量顯著低于T250 和CK 處理，較CK 分別降低35.79%、82.52%、46.18%、60.77% 和57.12%，總的來看，所有處理根際土壤酚酸類物質(zhì)含量隨生育期推進逐步增加，表現(xiàn)出富集效應(yīng)，CK處理最顯著；而T350處理能降低烤煙根際土壤的酚酸類物質(zhì)含量，減弱化感自毒作用。

2.6 土壤微生物數(shù)量分析

不同處理根際土壤微生物數(shù)量如表4所示。移栽后30 d，T300 和T350 處理根際土壤的真菌數(shù)量顯著高于T250和CK處理；T250和T300處理的細菌數(shù)量顯著高于T350和CK；T250和T350處理根際土壤的真菌/細菌值高于T300和CK處理。移栽后60 d，T300 和T350 處理根際土壤的真菌數(shù)量顯著高于T250 和CK 處理；T350 和CK 處理的細菌數(shù)量顯著低于T250和T300處理；T350處理的真菌/細菌值高于其他處理。移栽后90 d，T350處理根際土壤的真菌數(shù)量顯著高于其他處理；T250和T350處理的細菌數(shù)量顯著高于T300處理；T300和T350處理的真菌/細菌值高于T250和CK處理。

總的來看，根際土壤真菌的數(shù)量隨生育期推進呈先增加后降低趨勢；細菌數(shù)量隨生育期推進在不同處理下的變化趨勢存在差異，其中T250和T300處理的細菌數(shù)量隨生育期推進呈先增高后降低趨勢，而T350和CK處理的細菌數(shù)量隨生育期的推進逐步減少。T350處理根際土壤的真菌數(shù)量在各生育期均較高，而細菌數(shù)較低，真菌/細菌值較高，說明常規(guī)施肥減量10%情況同時拌塘施用酵素生物炭肥350 g·株?1能夠提高根際土壤的真菌數(shù)量，降低細菌數(shù)量，有利于提高土壤肥力及土壤酶活性。

3 討論

本研究表明，常規(guī)施肥減量10% 情況下，拌塘施用酵素生物碳肥350 g·株?1對煙株根結(jié)線蟲病具有較好的防治效果。土壤酶活性反映了土壤內(nèi)各生物化學(xué)過程的強弱與走向[31]，其在土壤肥力、自凈能力等方面都是一項重要的指標(biāo)[29]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中，人們可通過測定土壤酶活性來了解作物生長發(fā)育情況及其對養(yǎng)分的吸收利用狀況，從而指導(dǎo)合理施肥。土壤中的各種酶類在調(diào)控土壤養(yǎng)分平衡方面起著至關(guān)重要的作用。過氧化氫酶是土壤氧化過程強度的標(biāo)志，其活性高低與土壤有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化速度密切相關(guān)；脲酶能促使土壤中的有機化合物——尿素水解成氨態(tài)氮，提高氮素利用率，促進土壤氮素循環(huán)[32]。本研究表明，T300和T350處理煙株根際土壤中的過氧化氫酶、脲酶和磷酸酶活性顯著高于T250和CK處理，且T350處理的蛋白酶活性顯著高于T250和T300處理。土壤酚酸類化合物可直接影響作物根系的細胞膜特性，進而對作物生長產(chǎn)生抑制作用，是產(chǎn)生連作障礙的主要因素之一[33]。本研究表明，CK處理根際土壤中的酚酸物質(zhì)含量較高；T350處理能顯著降低烤煙根際土壤中的酚酸類物質(zhì)含量，減弱化感自毒作用。

綜上所述，T350處理不僅對根結(jié)線蟲病具有較好的防治效果，其煙株還表現(xiàn)較好的農(nóng)藝性狀，根際土壤中的過氧化氫酶、脲酶和磷酸酶活性較高，且能降低根際土壤中酚酸類物質(zhì)含量，減弱化感自毒作用；在各生育期土壤中的真菌數(shù)量均較高，而細菌數(shù)量較低，真菌/細菌值較高，由此表明，常規(guī)施肥減量10%情況下，拌塘施用酵素生物碳肥350 g·株-1能提高土壤中真菌數(shù)量，降低土壤中細菌數(shù)量，顯著提高土壤肥力及土壤活性，有利于煙株的生長發(fā)育，同時對根結(jié)線蟲病具有較好的防控效果。

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（責(zé)任編輯：張冬玲）

基金項目：云南省教育廳科學(xué)研究基金項目（2022Y708，2022Y711，2022Y692）；上海煙草集團有限責(zé)任公司科技計劃項目（2022310000140544）。