不同種植模式配施生物有機肥對香蕉枯萎病的防治效果研究

胡 偉，趙蘭鳳，張 亮，楊江舟，張 靜，李華興*

(1華南農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院，廣州510642;2湖南科技大學生命科學學院，湖南湘潭411201)

香蕉枯萎病是由尖孢鐮刀菌古巴專化型(Fusarium oxysopoyum f.sp.cubence)引起的一種致命性土傳真菌病害。系統(tǒng)發(fā)育學研究發(fā)現(xiàn)該專化型存在多種獨立的進化小種［1］，其中4號生理小種(Race 4)對中國南方地區(qū)和臺灣地區(qū)香蕉種植產(chǎn)業(yè)造成的危害最為嚴重［2］，約有90%的香蕉種植品種受到該生理小種的威脅［3］。風險評估結(jié)果表明，香蕉枯萎病在我國屬高度危險外來物種，廣東、廣西、云南、福建和臺灣等多省份均為其適生區(qū)，應采取有效措施防止香蕉枯萎病的傳播［4］。

有研究表明，香蕉枯萎病的發(fā)生與土壤中尖孢鐮刀菌數(shù)量有關，其發(fā)病程度高低則取決于根際土壤中尖孢鐮刀菌數(shù)量［5］。降低土壤中病原菌數(shù)量，抑制病原菌的增殖是防治香蕉枯萎病的關鍵。已有報道指出，韭菜［6－7］和大蒜［8］根葉提取物能抑制多種病原菌的生長，更有研究證實在大田條件下采用香蕉－韭菜輪作模式能一定程度上抑制病原菌數(shù)量，降低香蕉枯萎病的病情指數(shù)［9］。但目前尚未有報道香蕉/韭菜，香蕉/大蒜套作模式配合生物肥施用等綜合措施對土壤中尖孢鐮刀菌數(shù)量水平和增殖狀況以及香蕉枯萎病的病情指數(shù)的影響。因此，研究香蕉枯萎病病情指數(shù)和尖孢鐮刀菌數(shù)量在不同種植模式配合生物肥施用條件下的變化規(guī)律對明確各種耕作措施防治香蕉枯萎病的效果，推廣生物肥在生物防治香蕉枯萎病方面的應用，降低病原菌對香蕉產(chǎn)業(yè)的危害具有重要意義。本試驗通過二因素完全隨機區(qū)組試驗研究不同耕作模式配合生物肥施用對香蕉枯萎病病情指數(shù)的影響，同時測定根際土壤中細菌數(shù)量和病原菌數(shù)量變化情況，解析細菌、病原菌數(shù)量和病情指數(shù)間的相關關系，以期為香蕉枯萎病的大田綜合防治提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試植株 巴西香蕉(Musa AAA Cavendish subgroup)，購自廣東省果樹研究所，種植時6～7片葉;韭菜(Allium.tuberosum Rottler ex Spreng)、大蒜(Allium.sativum)，購自廣州市天河區(qū)種子公司。

1.1.2 供試土壤 供試水稻土采自華南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)場，pH值為6.16、有機質(zhì)含量為9.3 g/kg、速效氮(N)含量139 mg/kg、速效磷(P)含量49.2 mg/kg、速效鉀(K)含量63.5 mg/kg。

1.1.3 供試病原菌 尖孢鐮刀菌古巴專化型4號生理小種(Fusarium oxysopoyum f.sp.cubence Race 4)以下簡稱FOC4，由華南農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院姜子德教授提供，本試驗室保存。

1.1.4 供試肥料與生防菌株 化肥由尿素、磷酸一銨、氯化鉀按 N∶P2O5∶K2O=1∶0.5∶1.8 混合而成;生物有機肥由本試驗室自行研制，將有機肥和生防菌劑按一定比例混合而成，基本性質(zhì)為全氮(N)41.6 g/kg、全磷(P)7.5 g/kg、全鉀(K)16.5 g/kg、有機質(zhì)678.5 g/kg、pH 6.13 g/kg。

生防菌株為利福平標記解淀粉芽孢桿菌(AF11b，B.amyloliquefaciens)，由本試驗室篩選、分離并鑒定，對病原菌FOC4有較強的拮抗能力。

1.2 試驗設計

試驗于2011年4月1日至8月1日于華南農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院實驗基地微型小區(qū)內(nèi)進行。試驗由2種肥料品種(A1化肥;A2生物有機肥)和3種種植模式(B1香蕉單作;B2香蕉/韭菜套作;B3香蕉/大蒜套作)構成二因子完全隨機區(qū)組試驗，共6個處理:1)化肥+香蕉單作(A1B1);2)化肥+香蕉/韭菜套作(A1B2);3)化肥 +香蕉/大蒜套作(A1B3);4)生物有機肥+香蕉單作(A2B1);5)生物有機肥+香蕉/韭菜套作(A2B2);6)生物有機肥+香蕉/大蒜套作(A2B3)。每處理4次重復。試驗區(qū)共有24個獨立小區(qū)，每小區(qū)面積為100 cm×100 cm;各小區(qū)由水泥抹墻分隔，相互間不透水、不透肥;每小區(qū)各有一獨立排水通道;小區(qū)內(nèi)填裝50 cm高水稻土層，同時接種病原菌FOC4，接種后土壤中病原菌數(shù)量約為103cfu/g干土。

各處理按圖1進行分布，香蕉苗、大蒜種子和韭菜種子同時種植，種植密度為，香蕉每小區(qū)5株，中間及四周各1株，間距40 cm，大蒜和韭菜每株上下間隔均為10 cm布滿整個小區(qū)，種植90 d后收割韭菜和大蒜，保留香蕉繼續(xù)生長。從種植前一個星期第1次施肥，之后每隔1個月施用肥料1次，每次施用量為生物有機肥處理每株施用500 g生物有機肥，化肥處理按等價格原則(每種肥料為近6個月內(nèi)市場價平均值)施用。

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 植株生長狀況測定 從香蕉苗移植第1 d開始每隔30 d測定每株香蕉的株高、莖圍和葉寬。測定方法:株高，從假莖基部到新葉根部的高度;莖圍，假莖的周長;葉寬，完全展開的第一片新葉最寬處。

圖1 二因素完全隨機區(qū)組試驗分布圖Fig.1 Layout of the complete stochastic region design of the two factors

1.3.2 根際土壤中細菌尖孢鐮刀菌數(shù)量測定 根際土壤取樣:香蕉移植后，于每月第一天采集根際土樣，將根系挖出，抖落大土塊，收集附著在根系上的土壤作為根際土壤，每個小區(qū)取5個點混合均勻待測，細菌數(shù)量測定采用稀釋平板法［10］。參考Komada的選擇性培養(yǎng)基［11］進行尖孢鐮刀菌(Fusarium oxysopoyum)篩選，采樣方法和測定方法同根際土壤中細菌數(shù)量測定。

1.3.3 病情指數(shù)的統(tǒng)計 香蕉移植后每天觀察香蕉植株發(fā)病情況，移植后第71 d時發(fā)現(xiàn)部分處理中植株老葉開始黃化枯萎，之后每隔10 d記錄各處理每株香蕉黃化枯萎葉片和正常葉片數(shù)并計算病情等級。香蕉植株病情等級劃分和病情指數(shù)和防治率計算方法參考相關文獻［12］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)用Excel2003和SPSS16.0軟件處理，差異顯著性采用Duncun’s新復極差法分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對香蕉植株生長的影響

從表1中可以看出，在發(fā)病前(香蕉移栽后60 d，各處理均未發(fā)現(xiàn)香蕉枯萎病發(fā)病癥狀)，不同處理條件下的香蕉植株株高、莖圍和葉寬之間無顯著差異，這表明等價格的化肥和生物有機肥在供肥能力上無明顯差異，不同種植模式對香蕉植株生長的影響也無顯著差異。發(fā)病中期(移栽后第90 d，全部處理均已發(fā)現(xiàn)病株)，施用生物肥的各處理植株株高、莖圍和葉寬等指標均高于化肥處理，其中株高和莖圍差異不顯著，葉寬差異顯著，主要是因為化肥處理受病原菌的侵染程度較高，病變植株新葉出現(xiàn)矮化癥狀，導致新展開的葉片寬度變窄。受香蕉枯萎病影響，各處理植株生長速度出現(xiàn)差異，主要體現(xiàn)在施用生物肥的3個處理株高、莖圍和葉寬等指標的增長率遠高于化肥處理，其中，A2B2處理表現(xiàn)尤為突出，其株高、莖圍和葉寬的增長率較A1B2處理分別高出12.42%、22.77%和32.26%。

表1 不同處理對香蕉植株株高、莖圍和葉寬的影響Table 1 Influences of different treatments on plant height，stem thickness and leaf width of plants of banana

2.2 不同處理對香蕉枯萎病病情指數(shù)的影響

不同肥料品種和種植方式對香蕉枯萎病病情指數(shù)的影響存在差異。從圖2中可以看出，當香蕉苗移栽71 d時，配施化肥的3個處理(A1B1、A1B2和A1B3)均發(fā)現(xiàn)發(fā)病植株，而配施生物肥的處理植株生長正常，無發(fā)病癥狀;隨后4次病情指數(shù)調(diào)查數(shù)據(jù)表明配施化肥處理的發(fā)病程度全部高于同時期相同種植方式配施生物肥處理;到香蕉移植后第121 d時，因施肥差異而造成的防病率最高達到34.1%(A1B2和A2B2)，在單作模式下，防病率也能達到30.5%(A1B1和A2B1)。和香蕉單作相比，配施化肥時，套作模式可以較好地降低香蕉病情指數(shù)，配施生物肥時，香蕉/韭菜套作也表現(xiàn)出較好的防病效果。到香蕉移植后第121 d時，因種植方式差異而造成的防病率最高達到34.1%(A2B1和A2B2)。套作模式配施生物肥能進一步降低病情指數(shù)，到香蕉移栽后第121 d時，香蕉/大蒜套作配施生物肥處理(A2B3)的病情指數(shù)為46.25，和香蕉單作配施化肥相比防病率分別達到了54.2%和37.3%。

圖2 不同處理對香蕉枯萎病病情指數(shù)的影響Fig.2 Influences of different treatments on the disease severity index of banana

2.3 不同處理對香蕉根際土壤中細菌數(shù)量的影響

香蕉植株移栽121 d時，采用稀釋平板計數(shù)法分析各小區(qū)根際土壤中可培養(yǎng)細菌數(shù)量。由圖3可知，肥料品種對根際土壤中可培養(yǎng)細菌的數(shù)量影響極為顯著，采用相同種植模式的處理，在施用化肥的根際土壤中，其可培養(yǎng)細菌數(shù)量遠低于施用生物肥，差異均達到1個數(shù)量級。施用生物肥時，不同種植模式的3個處理間(A2B1，A2B2和A2B3)根際土壤中可培養(yǎng)細菌數(shù)量存在顯著差異，其中以A2B2處理最高，達到9.65×108cfu/g干土，分別較A2B3和A2B1高出28.8%和54.9%;施用化肥時，不同種植模式的3個處理間(A1B1，A1B2和A1B3)根際土壤可培養(yǎng)細菌數(shù)量無顯著差異。

方差分析結(jié)果(表2)表明，不同肥料品種(F=867.44＞F0.01)、不同種植模式(F=45.63＞F0.01)以及肥料品種和不同種植模式互作效應(F=49.64＞F0.01)差異均達到極顯著水平，其中A2(生物有機肥)配合B2(香蕉/韭菜套作)能取得最高可培養(yǎng)細菌數(shù)量。

圖3 不同處理對香蕉根際土壤細菌數(shù)量的影響Fig.3 Influences of different treatments on number of culturable bacteria in rhizosphere soil

2.4 不同處理根際土壤中尖孢鐮刀菌數(shù)量的動態(tài)變化

在整個試驗期間，各處理根際土壤中尖孢鐮刀菌數(shù)量均呈現(xiàn)出逐步上升趨勢，但隨不同種植模式和施肥種類而異。從圖4可以看出，肥料品種對尖孢鐮刀菌數(shù)量的變化影響較大，施用生物有機肥的3個處理根際土壤中尖孢鐮刀菌數(shù)量從最初的每克干土103cfu上升到104cfu，而同時間段的化肥處理則超過了105cfu，這表明與施用化肥相比，施用生物肥能降低土壤中尖孢鐮刀菌數(shù)量和增殖速度。種植模式對根際中尖孢鐮刀菌也有顯著的影響，套作模式下根際土壤中尖孢鐮刀菌數(shù)量要低于單作模式，其中又以香蕉/韭菜套作模式下尖孢鐮刀菌數(shù)量最低。在本試驗各處理中，香蕉/韭菜套作配施生物肥處理(A2B2)對根際土壤中尖孢鐮刀菌的抑制作用最為明顯，尖孢鐮刀菌數(shù)量除了在5月1日至6月1日期間有緩慢增殖外，后期基本上穩(wěn)定在每克干土2.5×104cfu左右，再無明顯增殖。

表2 肥料品種與種植模式二因素試驗的方差分析Table 2 Variance analysis of the planting model and type of fertilizer

圖4 不同處理根際土中尖孢鐮刀菌數(shù)量動態(tài)變化Fig.4 Effects of different treatments on number of Fusarium oxysporum in rhizosphere soil

2.5 香蕉枯萎病病情指數(shù)與根際細菌數(shù)量及尖孢鐮刀菌數(shù)量相關關系分析

以各處理6月1日、7月1日和8月1日3次測定的根際土壤中尖孢鐮刀菌數(shù)量、細菌數(shù)量和相應病情指數(shù)為依據(jù)進行相關分析(表4)，結(jié)果表明，根際土壤中可培養(yǎng)細菌數(shù)量和香蕉枯萎病病情指數(shù)間無顯著相關關系，但與尖孢鐮刀菌數(shù)量極顯著負相關關系;根際土壤中尖孢鐮刀菌數(shù)量與病情指數(shù)呈極顯著正相關關系。這表明，通過合理的套作配施生物肥處理提高根際土壤中的可培養(yǎng)細菌數(shù)量，可有效控制根際中尖孢鐮刀菌的數(shù)量，并通過降低尖孢鐮刀菌的數(shù)量來控制香蕉枯萎病的發(fā)生。

表4 細菌、尖孢鐮刀菌數(shù)量和病情指數(shù)等指標之間的相關關系Table 4 Correlation coefficients between number of culturable bacteria，number of Fusarium oxysporum and disease severity index

3 討論

生物有機肥富含有機質(zhì)，速效氮、磷、鉀等無機養(yǎng)分及各種有機營養(yǎng)物質(zhì)，添加了病原拮抗菌株的生物有機肥除對植物病害表現(xiàn)出較好的防效外，還能為作物的生長提供必需養(yǎng)分，保證植株的正常生長。在本試驗中，在香蕉發(fā)病前期，施用生物有機肥的各處理株高、莖圍和葉寬等指標與施用化肥處理相比，無顯著差異，而在發(fā)病中期，各指標則均高于化肥處理，其中葉寬表現(xiàn)出顯著差異，這與何欣等人［13］的研究結(jié)果相似。另外，香蕉植株病前和病中株高、莖圍和葉寬等指標的增長率數(shù)據(jù)也表明，施用生物有機肥能減輕病害程度，降低病害對植株正常生長的影響，尤其是在結(jié)合香蕉/韭菜套作模式時效果更為顯著。

同一作物或同一科作物長期連作極易形成連作障礙，造成生物多樣性匱乏，生物群落結(jié)構改變，加快土傳病害病原菌的繁殖，增加病害發(fā)生的風險［14］。以廣東省香蕉主產(chǎn)區(qū)為例，因長年大面積種植巴西蕉等單一品種，從1998年起，香蕉枯萎病每年約以20%的速度擴展，嚴重威脅到香蕉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展［15］。通過與病原菌非寄主植物的輪作或間作，可有效改善土壤微生物環(huán)境，抑制病原菌數(shù)量［16］，降低因連作障礙引發(fā)土傳病害的風險。本試驗結(jié)果表明，采用香蕉/韭菜套作時，香蕉枯萎病病情指數(shù)遠低于香蕉單作模式，通過對比兩者根際土壤中可培養(yǎng)細菌數(shù)量和病原菌數(shù)量，可以認為香蕉在與韭菜套作時增加了土壤中可培養(yǎng)細菌數(shù)量，降低尖孢鐮刀菌的數(shù)量。這一結(jié)果可能與韭菜能促進土壤中細菌的生長，抑制真菌和放線菌的生長［17］有關。大蒜對根際微生物的生長有著較為明顯的促進作用，細菌、真菌和放線菌數(shù)量均能較快地增長［18］。在本試驗中，采用香蕉大蒜套作模式配施生物肥可促進根際土壤中可培養(yǎng)細菌數(shù)量顯著上升，但對根際中的尖孢鐮刀菌數(shù)量抑制作用稍弱于香蕉/韭菜套作模式。

田間條件下，施用生物有機肥對防治植物土傳病害有著較為顯著的效果。陳芳［19］等人的研究表明，施用生物有機肥能有效防治田間條件下根結(jié)線蟲對甜瓜的危害;Kupper等［20］采用生物有機肥防治柑橘黑斑病也取得了較好的效果;本研究的小區(qū)試驗結(jié)果表明，在單作條件下施用生物有機肥對香蕉枯萎病的防治率可達30.5%，在配合香蕉/韭菜套作模式時防治率增加至54.2%，表明香蕉/韭菜套作配施生物有機肥防治香蕉枯萎病的效果顯著。

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