生物農藥隨水滴施防治棉花黃萎病用量篩選研究

石 磊，呂 寧, 2，李全勝，張國麗，陳 云*

(1. 新疆農墾科學院農田水利與土壤肥料研究所，新疆 石河子 832000; 2. 新疆石河子大學經濟與管理學院，新疆 石河子 832003；3. 新疆農墾科學院生物技術研究所，新疆 石河子 832000)

【研究意義】新疆是我國棉花種植最大的優勢區域。棉花產業在新疆經濟中占有舉足輕重的地位[1-2]。由于連年種植、不合理的施用化肥，以及高密度覆膜栽培等，使得棉田生態環境發生了改變，土壤中病殘體的積累量越來越大，黃萎病等病原菌在土壤中長期存活、過量富集，導致棉田土壤微生物菌群結構失衡，棉花黃萎病等土傳病害日趨嚴重[3-5]。據統計，新疆棉花黃萎病發病田占比超過50 %[6]，嚴重降低了棉花的產量和品質，黃萎病害成為制約新疆棉花可持續生產的主要障礙因素。棉花黃萎病(Verticilliumwilt)是由大麗輪枝菌(VertilliumdahliaeKleb)引起的典型的土傳病害，病原菌在土壤中存活時間長，并可在棉花各個生育期入侵并發病，防治十分困難[7]。生產上用于防治棉花黃萎病的化學殺菌劑種類繁多，但尚未能有效控制黃萎病的危害，且長期以來黃萎病依賴于化學防治，帶來嚴重的環境污染，對生態平衡也造成了極大影響[8-9]。以生防菌為主的生物農藥逐漸替代化學農藥備受重視。【前人研究進展】有關棉花黃萎病的生物防治，目前主要集中在生防功能菌的篩選及其生防機理的研究[10-14]，施用方式主要是地下拌種和灌根。目前，生產上用于棉花黃萎病生防的藥劑較少[15]，適于隨水滴施的藥劑更是缺乏。一些植保學者陸續開展了生物藥劑滴施防治棉花黃萎病的藥效試驗[16-20]，但在施用量方面缺少梯度設計與系統研究，因此在生物藥劑滴施用量上尚未有一致性的結論。研究建立更加科學合理的施藥技術，對于提高生物農藥利用率及防病效果非常重要。【本研究切入點】本項目針對當前農業生產上已應用于棉花黃萎病害防治的生物農藥，設置盆栽對比試驗，通過藥劑的溶水性和滴頭流量觀察，篩選出5種適于隨水滴灌的生防藥劑(枯草芽孢桿菌可濕性粉劑、渝峰“99植保”、“施倍健”哈茨木霉菌劑、中農綠康和辣根素)。【擬解決的關鍵問題】2016-2017年通過小區試驗開展了5種藥劑不同滴施用量對棉花黃萎病的防病效果、促生作用及增產效益研究，明確不同生物藥劑隨水滴施合適的施用量，以期為新疆滴灌棉田黃萎病生物防治提供科學指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

2017年試驗點設在新疆農墾科學院3輪5號試驗地。該試驗地連續種植棉花5年，屬黃萎病發病中等偏重地塊。供試土壤類型為灰漠土，質地為中壤。土壤耕層(0～40 cm)有機質含量為13.15 g·kg-1，pH 8.89。

1.2 供試材料

1.2.1 供試棉花品種 新陸早60，由新疆農墾科學院棉花研究所選育。該品種具有早熟、豐產、抗逆性較好等特點。

1.2.2 供試生物藥劑和生物菌肥 ①枯草芽孢桿菌可濕性粉劑(功能菌為枯草芽孢桿菌、側孢芽孢桿菌，10億個活芽孢菌/g，河北農科院提供)；②“施倍健”哈茨木霉菌劑(功能菌為木霉菌，哈氏木霉厚垣孢子≥2.0億/g，海南金雨豐生物工程有限公司生產)；③渝峰“99植保”(主要成分：銅、鐵、鋅、錳、硼、鉬等微量元素，絡合有氨基酸和有機活性物質，重慶市聯普農業發展股份有限公司生產)；④中農綠康(功能菌為枯草芽孢桿菌、膠質芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌，10億個芽孢桿菌體/g，中國農業大學提供)；⑤辣根素(主要成分：十字花科植物中提取出來的一類次生代謝產物異硫氰酸酯類化合物，中農齊民科技發展有限公司生產)。

1.3 試驗設計

田間試驗采取裂區設計。設置6個主處理(5種藥劑+1個清水對照)。根據不同藥劑有效成分含量、使用標準及試驗地棉花黃萎病的發病表現，每種藥劑設置3個施藥量(表1)為副處理，重復3次，隨機排列。每個處理的3個施藥量小區放在一條膜上，小區面積約為6.9 m2(2.3 m×3 m)，施藥時按6.67 m2折算。不同處理小區間距20 m。不同藥劑之間隔3條膜。

試驗區棉花4月25日播種，種植模式采用20-47-10(窄行距-寬行距-株距，單位：cm)，1膜3管6行(每條膜寬2.3 m)。4月28日滴出苗水，6 月18日、6月30日分別進頭水、二水。滴灌施藥方式全部采用移動加壓滴灌模式，于滴水結束前約2 h內進行，將藥劑加入到滴灌系統的配藥箱中，隨水滴入完成施藥。結合新疆棉田黃萎病發病特點及微生物藥劑緩效性，試驗于棉花發病前期開始施藥，滴施時間及頻次為：出苗水50 %、一水、二水分別滴施25 %，整個生育期滴施3次。生產實際中，可根據當年氣候變化、種植地塊往年發病程度等具體因素，在棉花蕾鈴期按比例追加一定的藥劑。

表1 各藥劑滴施用量

1.4 調查指標與測定方法

1.4.1 棉花黃萎病調查及分級鑒定 從各處理出現病株起，開始調查記錄棉田發病情況。分別于7月5日、8月15日、9月20日對小區所有棉花黃萎病發病情況和病級進行跟蹤調查。棉花蕾鈴期通過觀察病葉、吐絮期通過觀察觀察棉稈木質部顏色變化，統計發病株數，計算發病率、病指和相對防病效果。調查記載中按照沈其益5級分級標準表述病情[21]。

發病率(%)=發病植株數/全部調查植株數×100，記作Ri。

病情指數=發病植株的總病級數/全部調查植株的理論最高總病級數，記作Di。

防治效果(%)=[(CK處理病情指數-施藥處理病情指數)×100]/CK處理病情指數

1.4.2 棉花生長性狀 從棉花現蕾開始，每小區定株10棵作為標記株，分別于蕾期、盛花期、盛鈴期、吐絮期4個時期對棉花形態指標(株高、主莖倒四葉寬)和產量指標(果枝數、有效結鈴數)進行調查。每15 d調查1次。以9月21日調查標記株吐絮率(吐絮鈴數占總鈴數的比例)，以表示棉花熟性。

1.4.3 棉花產量和纖維品質 于9月28日對標記株和小區所有棉株收獲吐絮棉鈴，根據每小區實際株數和標記植株的有效鈴數計算單位面積有效鈴數。根據小區收獲的有效鈴數，計算單位面積的實收籽棉產量。標記株收獲的籽棉軋花后，取標記株皮棉 15～20 g，采用HVI棉花纖維測試儀測定纖維上半部平均長度和斷裂比強度。

1.5 數據處理分析

采用Excel進行數據統計。使用SPSS 17一般線性模型進行方差分析，運用Duncan’s multiple range test進行顯著性檢驗。運用Sigmaplot 12.5制圖。結果分析的圖表中，數據均為3次重復的平均值。

2 結果與分析

2.1 不同處理對棉花黃萎病的防治效果

2.1.1 對棉花黃萎病發病率的影響 方差分析結果顯示(表2)，不同的藥劑處理及每個藥劑不同的施藥量對棉花黃萎病發病率均具有顯著的影響。5種藥劑處理枯草芽孢桿菌粉劑、木霉菌劑、99植保、中農綠康、辣根素的發病率調查數據顯示，較清水對照，2016年分別降低了44.69 %、43.97 %、61.57 %、44.99 %、29.93 %、42.61 %，2017年分別降低了28.91 %、19.14 %、58.65 %、51.47 %、10.00 %，綜合2年的調查數據，5種藥劑中發病率降低效果最顯著的是99植保和中農綠康，辣根素的降低效果最低，不同施藥處理之間差異顯著(P=0.032)。不同藥劑施藥量處理棉花黃萎病發病情況也顯著不同，枯草芽孢桿菌劑、99植保、中農綠康、生物菌肥隨著施肥量的增加發病率顯著降低，辣根素處理發病率也是隨著施藥量的增加呈降低趨勢，而木霉菌劑在A2施藥量下發病率要低于A1和A3，2016、2017年試驗數據顯示，A2處理發病率較A1、A3分別降低了16.40 %、14.09 %。

2.1.2 對黃萎病病情指數的影響 基于各處理棉花黃萎病病級數據計算病情指數，結果顯示，2016年各施藥處理平均病情指數在6.80～13.90，而對照病指達到為23.90；2017年新疆棉田黃萎病發病顯著低于2016年，各處理平均病指平均在1.88～6.01，對照的病指為8.43。研究表明，5種藥劑施用均顯著降低了棉花黃萎病害程度，尤其是2016年降低效果極為顯著(P=0.004)。各藥劑不同施藥量處理對病指的影響規律與發病率變化趨勢相同，木霉菌劑施藥量A2病指顯著低于A1和A3，其余各藥劑病指與施藥量呈顯著負相關，不同的施藥量處理對病指的影響也是極顯著的。

2.1.3 對棉花黃萎病的防治效果 基于處理和對照病指數據計算防病效果，結果顯示，不同施藥處理在降低黃萎病病指的基礎上，對棉花黃萎病起到不同程度的防治作用，其中，2016年各處理的防病效果平均在36.28 %～72.45 %，2017年防效在28.71 %～77.43 %。其中，99植保藥劑的防病效果最顯著，中農綠康次之，枯草芽孢桿菌劑較低于中農綠康，其次是木霉菌劑，辣根素的防黃萎病效果顯著低于其它處理。6種藥劑不同滴施量防病效果差異很大，木霉菌劑施藥量A2防病效果明顯高于A1和A3，枯草芽孢桿菌可濕性粉劑、99植保、中農綠康是隨著施藥量的增加顯著增加，辣根素防病效果也是隨著施藥量的增加，但增加效果并不顯著(P=0.065)。

2.2 不同處理對棉花生長及吐絮率的影響

2.2.1 對棉花生長的影響 株高是判斷棉花生長整齊度、均勻度的一個重要的形態指標，合理的生長高度利于植株通風透光，改善棉花個體與群體的關系。如圖1(A)所示，相比對照處理，5種藥劑對棉花生長均具有一定的促進作用，棉花株高平均在66～68 cm，方差分析結果顯示，不同藥劑之間差異不顯著(P=0.152)。各處理株高的變化基本上都是隨著施藥量的增加而增加的，但差異不顯著(P=0.075)。棉花主莖倒四葉的生長狀況能反應棉株主莖生長快慢、葉面積大小、光能利用率好壞、營養生長和生殖生長強弱等生長發育情況[22]。如圖1(B)所示，各施藥處理棉花主莖倒四葉寬平均在13～15 cm，較對照處理有不同程度的增加。每個藥劑不同的施藥量倒四葉寬差異較大，枯草芽孢桿菌劑、99植保、辣根素隨著施藥量的增加倒四葉寬略有增加，木霉菌劑、中農綠康不同施藥量之間倒四葉寬無顯著變化。生產中，棉花生長形態指標的變化與水肥因子密切相關[22]，而生物農藥對棉花生長的作用機理，是通過對土壤中病菌的抑制以增強地上植株自身的抵抗力，從而起到一定的生防作用，這種促生效果可能會在后續棉花種植中顯著體現，因此具有緩效性。

表2 不同處理對棉花黃萎病發病率、病情指數和防病效果的影響

注：同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05), *P< 0.05, **P<0.01。

Note:Different letters in the same column indicated significant difference at 0.05 level. *P< 0.05, **P<0.01.

果枝數和結鈴數是棉花產量重要的構成因子。如圖1(C)和(D)所示，5種生物藥劑滴施對棉花果枝數和結鈴數具有顯著影響，其中，各施藥處理較對照單株果枝數增加了1～3個，各處理之間差異顯著(P=0.035)；不同藥劑處理單株結鈴數平均達到8～10個，枯草芽孢桿菌劑、99植保、中農綠康單株結鈴數較對照增加了2～3個，而木霉菌劑、辣根素結鈴數與對照相比無顯著差異。不同藥劑的施藥量處理對單株果枝數、結鈴數具有顯著影響(P=0.024、P=0.017)，木霉菌劑施藥量A2果枝數高于A3，辣根素施藥量A2與A3之間果枝數差異不明顯，其余3種藥劑果枝數均隨著施藥量的增加而增加；不同藥劑結鈴數均隨著施藥量的增加顯著增加。

圖中數據為2016、2017兩年試驗結果的平均值；不同大寫字母表示不同藥劑之間差異顯著，不同小寫字母表示各處理不同施藥量之間差異顯著(P<0.05)。下同The data in the figure were the average results of 2016 and 2017; Different capital letters indicated significant difference among different agents treatments, and different lowercase letters indicated significant difference among different application amounts of different treatments at 0.05 level. The same as below圖1 不同施藥處理對棉花生長性狀和產量因子的影響Fig.1 The effects of different biological agents applied on cotton growth traits and yield factors

表3 不同施藥處理對籽棉單產和纖維品質的影響

注：同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05);NS表示0.05水平差異不顯著。

Note:Different letters in the same column indicated significant difference at 0.05 level. *P< 0.05, **P<0.01, NS showed no significant difference at 0.05 level.

通過對棉花株高、倒四葉寬、果枝數和結鈴數幾個與棉花生長發育密切相關指標進行對比分析，研究發現，本試驗中的枯草芽孢桿菌劑、99植保、中農綠康3種藥劑對棉花生長具有顯著促進作用，且這種促進作用與施藥量正相關。

2.2.2 對棉花吐絮率的影響 9月21日調查各處理棉花吐絮情況，結果(圖2)顯示，5種生物藥劑均顯著提高了棉花吐絮率，各處理棉花平均吐絮率達到62 %～80 %，較對照增加了8 %～21 %，其中，吐絮率最高的是99植保，其次是中農綠康，枯草芽孢桿菌劑與木霉菌劑次之，辣根素相對較低。方差分析顯示，各藥劑不同施藥量對棉花吐絮率具有極顯著影響(P=0.004)，99植保隨著施藥量的增加吐絮率顯著提高；中農綠康和枯草芽孢桿菌劑吐絮率隨施藥量增加也在增加，但增加效果并不明顯；木霉菌劑和辣根素不同的施藥量之間吐絮率無顯著差異。

試驗同時調查記錄了各處理棉花成熟期的變化，研究發現99植保、中農綠康兩種藥劑處理棉花的吐絮期較對照可提前3～5 d，其余處理可提前1～3 d，說明這生物農藥具有促進棉花成熟的作用。吐絮期提前及吐絮率提高，這對新疆棉區機械化集中采收十分重要。

2.3 不同處理對棉花產量和纖維品質的影響

測產數據(表3)顯示，除辣根素外，其余藥劑施用后籽棉產量均有不同程度的提高，2016年提高了3 %～10 %，2017年提高幅度在10 %～20 %。增產效益最顯著的是99植保，2017年平均籽棉公頃單產達到6555 kg，中農綠康較次之，枯草芽孢桿菌劑和木霉菌劑有一定增產效果但并不明顯，每公頃產量提高了約200 kg。不同藥劑施藥量對籽棉產量的影響，辣根素3個施藥量之間籽棉產量變化無顯著差異(P=0.155)，其它處理均隨著施藥量的增加籽棉單產顯著增加，并且達到極顯著水平。

圖2 不同施藥處理對棉花吐絮率的影響Fig.2 The effects of different biological agents applied on the rate of cotton boll opening

方差分析結果顯示，幾種藥劑及其施藥量處理對棉花纖維長度和斷裂比強度的影響均不顯著。各施藥處理2016、2017年棉花平均纖維長度分別為28.17～31.39和28.89～30.23 mm，棉花平均斷裂比強度分別為28.56～32.08和28.83～30.69 cN·tex-1，只有99植保處理達到“雙30”以上。相比對照，棉花纖維長度和斷裂比輕度略有增加。不同藥劑施藥量處理對棉花纖維長度和斷裂比強度的影響，枯草芽孢桿菌劑不同施藥量之間無明顯規律性，木霉菌劑施藥量A2顯著A1和A3，99植保和中農綠康隨著施藥量略有增加，辣根素3個施藥量之間無顯著變化。

3 討 論

生物農藥，主要是利用生物活體或其代謝產物對有害生物進行防治的一類農藥制劑，部分藥劑中還結合有植物生長所需的有機物質和微量元素，其作用機理一方面是通過微生物之間的拮抗關系改善土壤微生物區系結構，使得病原微生物在微生物群落中居于從屬地位，從而達到防治病害的目的；二是通過促進作物生長，提高植株自身的免疫力和抗病性，從而達到防治植物病害的效果[24-25]。將生物藥劑通過滴灌管網隨水直接施入到棉花根際，必然會引起土壤微生物菌群結構的變化[19, 26-27]。因此，采用生物農藥隨水滴施成為棉花土傳病害防治的新思路。

只有明確防病效果和促生增產效果的一致性，才能真正指導生物藥劑在棉花病害防治上的推廣應用。一些植保學者開展了生物藥劑滴施防治棉花黃萎病的藥效試驗，婁善偉等[18]提出枯草芽胞桿菌隨水滴施9 kg·hm-2，黃萎病病指降低6 %以上，產量增加12 %；張棟海等[28]提出枯草芽孢桿菌可濕性粉劑滴施45 kg·hm-2，黃萎病防效達到46.58 %、增產13.08 %；劉政等[16]研究發現，木霉菌厚垣孢子制劑滴施60 kg·hm-2，防效提高57.81 %；呂新芝等[29]發現，滴施渝峰“99植保”9 kg·hm-2，棉花黃萎病的發病率較對照減少16.30 %，防病效果提高10 %左右。不同的植棉區，因氣候、土壤理化條件等不同，黃萎病流行特點存在顯著差異，故相同的生物藥劑在施用量上大不相同。生物藥劑合適的滴施用量，對于微生物菌劑作用的發揮很關鍵。生物藥劑用量過少，藥劑本身的抗病菌如果不能穩定繁殖并在根際微生物群落中占據優勢地位，就無法與土壤病原菌形成有效競爭力；如果施用量過多，勢必會對土壤其它有益菌群數量及酶活性等微生物多樣性產生影響，必然影響藥劑生防功能[30-31]。本試驗條件下，5種生物藥劑不同的施藥量處理對棉花黃萎病起到顯著的防治作用，枯草芽孢桿菌可濕粉劑、木霉菌劑、99植保、中農綠康、辣根素平均防效分別達到55.31 %、50.15 %、74.94 %、60.41 %、33.50 %。其中，枯草芽孢桿菌可濕粉劑、99植保和中農綠康防病效果隨著施藥量的增加顯著增加，木霉菌劑施藥量18 kg·hm-2防效要顯著高于15和24 kg·hm-2，辣根素3個施藥量之間防效差異不明顯。另外，本試驗結果還發現，2017年各處理小區棉花黃萎病發病率、病指均顯著低于2016年，這可能與生物藥劑的緩效性密切相關。

生物藥劑施入棉田，可提高植株根際土壤微生物種群的多樣性，從而增進土壤碳循環和養分分解，這對地上棉花生長及產量具有一定的促進作用[32]。與前人研究相一致，本試驗中的5種藥劑處理棉花平均株高增加了約4～8 cm，倒四葉寬增加了3～4 cm，單株果枝數增加了1～3個，枯草芽孢桿菌劑、99植保、中農綠康單株結鈴數較對照增加了2～3個。木霉菌劑施藥量18 kg·hm-2果枝數高于15和24 kg·hm-2，辣根素不同的施藥量之間無顯著差異，其余處理果枝數、結鈴數均與施藥量顯著正相關。

此外，各生物藥劑可不同程度促進棉花的熟性，5種藥劑處理吐絮期較對照提前1～5 d，9月21日調查的棉花平均吐絮率達到62 %～80 %。吐絮期提前及吐絮率提高，這對新疆棉區機械化集中采收十分重要。

本試驗中，除辣根素外，其余藥劑處理籽棉產量均有不同程度的提高，增幅在3 %～20 %。增產效果由高到低依次是99植保、中農綠康、枯草芽孢桿菌劑、木霉菌劑，均隨著施藥量的增加籽棉單產顯著增加。幾種藥劑處理棉花纖維長度和斷裂比強度略有增加，但對棉花品質的改善效果并不顯著，只有99植保處理達到“雙30”以上。99植保病效果、促生增產效果均顯著高于其它處理，這與該藥劑含有多種微量元素、氨基酸及有機活性成分密切相關，同時兼具“肥藥”的效應。由此得到啟示，將有機肥與功能菌復配發酵制成生物有機菌肥，應用于棉花植病防治一方面可降低生物藥劑使用成本，同時具有防病促生綜合效用。隨著農業“減肥減藥”計劃的推進，研制開發有機生物菌肥對具有十分重要的意義，這也是本課題組下一步的研究計劃。

4 結 論

生物藥劑滴施不僅對棉花黃萎病起到顯著的防治作用，同時對棉花生產和產量具有積極的促生增產效果。綜合各施藥處理棉花的防病效果、生長表現及產量和纖維品質的變化，本試驗中不同生物藥劑合適的滴施用量建議渝峰“99植保”30 kg·hm-2、中農綠康60 kg·hm-2、枯草芽孢桿菌可濕粉劑45.0 kg·hm-2、“施倍健”哈茨木霉菌劑18.0 kg·hm-2，辣根素滴施用量還需進一步通過梯度試驗研究明確。未來將進一步加強拮抗菌劑與有機肥的復配研究，開發出低成本的促生防病效果好的生物菌劑產品并實現產業化。