微生態制劑對重茬甜菜根腐病防控及產質量水平提升的影響

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.內蒙古農牧業科學院 特色作物研究所，呼和浩特 010031; 2.中農綠康生物技術有限公司,北京 102100)

內蒙古是中國甜菜主要產區之一，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，制糖企業由2017年7家增至2018年14家，甜菜產糖量由全國第三上升為第一。目前，由于制糖企業的集中分布，導致原料緊張，甜菜產量不能滿足生產需要，造成內蒙古甜菜大面積重茬種植。隨著甜菜重茬種植年限的增加，造成土壤質量退化，病蟲草危害加重，甜菜產量、含糖率降低，尤其是根腐病發生嚴重[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，直接影響甜菜產質量水平，成為內蒙古重茬甜菜種植的最大障礙，威脅著內蒙古甜菜產業持續穩定發展。國內外關于根腐病發病因素已有許多研究，研究表明與發病關系最密切的是年份、地區、重茬年限及前茬，與發病有一定關系的是土質、品種及雜草等[5]。因此，開展不同重茬年限甜菜根腐病發病情況和產質量變化規律研究，為將來的大趨勢重茬甜菜種植提供有力的技術支持。目前，通過生物效應克服重茬障礙已成為當前的研究熱點[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，在植物根際形成優勢菌群抑制病原菌的生長和侵染，控制病害發生[10-11]，改善土壤理化性質[12-13]。微生態制劑是指用于動物和植物生理性細菌治療的活菌制劑[7]，現關于微生態制劑應用于畜牧業、醫學等領域的研究取得了良好的進展[14-16]，其在作物中，主要集中于小麥、玉米等作物，內容多集中于作物光合、產量形成上[17-19]，在甜菜上應用微生態制劑僅見于苗床噴施研究[20]，在大田生產中應用研究鮮有報道。本試驗通過在不同重茬年限土壤中施用不同量微生態制劑，對甜菜產質量及病害發生動態規律進行系統研究，旨在揭示不同重茬年限下微生態制劑對病害的防治效果及產質量提升水平，明確適宜內蒙古重茬田微生態制劑的最佳施用量，為本區甜菜重茬障礙問題提出有效的解決途徑，確保甜菜產業持續穩定發展。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

微生態制劑由中農綠康生物技術有限公司提供，該制劑由芽胞桿菌與木霉菌復配而成，劑型為粉劑，有效活菌數5.0 億個/g。

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

1.2 試驗設計

試驗于2015-2017年在內蒙古農牧業科學院試驗地進行，試驗地基礎理化性質見表2。2015年試驗地為重茬第3年、2016年為重茬第4年、2017年為重茬第5年。

試驗分別設微生態制劑施用量為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個處理，采取隨機區組設計，重復4次，小區面積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 微生態制劑施用后芽孢桿菌數量Table 1 Amount of bacillus after using microbial ecological agents (×104)

表2 試驗地土壤養分狀況Table 2 Soil nutrient status of experimental field

1.3 測定指標及方法

1.3.1 出苗率 待甜菜子葉完全展開時統計幼苗出苗情況，自出苗開始，每天在每個小區統計出苗情況，待出苗穩定后，計算出苗率。

1.3.2 發病率 甜菜收獲時，按照小區統計發病株數，計算發病率。發病率=發病株數/供試植株總數×100%。

1.3.3 死株率 甜菜收獲時，按照小區統計存活株數，計算死株率。死株率=(出苗株數-存活株數)/出苗株數×100%

1.3.4 含糖率 甜菜收獲時，每個小區隨機取15株甜菜塊根，采用日本產Atago Refractometer PAL-1數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 產量 甜菜收獲時，每個小區選取 10 m2測定塊根產量。

1.3.6 產糖量 產糖量=產量×含糖率。

1.4 數據分析

采用Ecxel 2010 進行數據計算、處理和作圖，采用SAS 9.0軟件進行顯著性及相關性 分析。

2 結果與分析

2.1 微生態制劑對不同重茬年限甜菜出苗率的影響

由圖1可知，3 a內隨微生態制劑施用量的增加，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間差異達到了顯著性水平(P<0.05)，B8與B0差異均達到極顯著水平(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內隨微生態制劑施用量的增加，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果不同，重茬3 a B0與B4、B6、B8差異達到極顯著水平 (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，重茬年限是導致甜菜死株率逐漸加大的主導因素。

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

2.3 微生態制劑對不同重茬年限甜菜根腐病發病率的影響

由圖3可知，3 a內隨微生態制劑施用量的增加，可有效降低甜菜發病率， 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，微生態制劑對甜菜根腐病發病率的防效呈下降趨勢，重茬年限在根腐病發生中占主導因素。

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

2.4 微生態制劑與重茬年限雙因素對甜菜出苗率、死株率、發病率的影響

由表3可知，通過微生態制劑與重茬年限雙因素對甜菜出苗率、死株率和發病率的顯著性分析，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因素是正效應，另一個因素為負效應，同時也說明微生態制劑可有效的改善重茬年限所帶來的甜菜發病率高等系列問題，為解決重茬障礙問題提出了有效的解決方案。

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

2.5 微生態制劑對不同重茬年限甜菜產質量及經濟效益的影響

由表4可知，重茬3 a、重茬4 a和重茬5 a條件下，隨微生態制劑施用量的增加，可明顯提高甜菜的產量、含糖率和產糖量，處理間以B6和B8較好。甜菜產量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甜菜產質量基本達到顯著(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，甜菜產量、含糖率和產糖量均顯著降低，重茬3 a>重茬4 a>重茬5 a，且隨重茬年限的增加，各處理較對照產量提高幅度明顯降低，說明微生態制劑對重茬甜菜產量的提升水平呈下降趨勢，重茬年限在影響因素中占主導作用。甜菜的凈收益呈逐年下降趨勢，在重茬5 a的條件下，已經失去效益。

表4 微生態制劑對重茬甜菜產質量及經濟效益的影響Table 4 Effects of microbial ecological agents on yield,sugar yield and economic benefits of sugar beet

注:同列數據后不同大(小)字母表示處理間差異達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質量的相關性分析

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質量的相關分析，結果表明甜菜的出苗率與產量、產糖量相關性不大，這是由于現在甜菜種子發芽率均較高，出苗水平已經不是影響甜菜產量的一個因素。甜菜的死株率和根腐病的發病率與甜菜的產量和產糖量均達到了極顯著的相關關系(P<0.01)，特別是發病率與其相關性非常高。出苗率與甜菜產量和產糖量的關系式分別為：y= 6 196.9x- 545 839，R2= 0.314 9、y= 1 189.6x- 106 542，R2= 0.326 5；死株率與甜菜產量和產糖量的關系式分別為：y=-1 315.6x+83 025，R2= 0.872 7、y= -248.41x+14 034，R2= 0.875 5；發病率與甜菜產量和產糖量的關系式分別為：y= -583.21x+655 60，R2= 0.967 6、y=-109.72x+10 717，R2= 0.963 6。說明甜菜根腐病發病率直接影響重茬甜菜產質量水平的高低，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病率與甜菜產質量的相關性Fig.4 Correlation ship between sugar beet emergence rate,death rate and incidence of root rot disease with yield,sugar yield

3 討 論

內蒙古甜菜生產和加工能力大幅度提高，為滿足當前生產需求，原料區呈現大面積重茬種植，造成甜菜病害逐年加重，產質量水平大幅度下降，針對該問題，開展了微生態制劑對重茬甜菜根腐病的防控及甜菜產質量水平提升的研究。Lang等[21]研究證明連作條件下微生物群落結構變化與土傳病害發生存在直接關系，土傳病害發生的根本原因是土壤微生物區系和多樣性失調，導致土壤中病原菌激增[22]。調控土壤微生物環境是有效防控土壤病害的重要途徑之一[23]。王光飛等[24]認為土壤中細菌、真菌和放線菌數量的增加有利于營造健康的土壤微生物區系，形成利于植物生長而不利于病原菌生長的健康土壤環境。微生態制劑施用后能夠在短時間內形成優勢菌群，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，施用微生態制劑和重茬年限對甜菜出苗、死株率和發病率均存在單因素極顯著影響，隨微生態制劑施用量的增加，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。甜菜的死株率主要是由根腐病造成，3 a內隨微生態制劑施用量的增加，甜菜死株率和根腐病發病率明顯降低，說明微生態制劑有一定防效，但微生態制劑對重茬3 a地塊甜菜的根腐病有很好的防治效果，重茬5 a甜菜根腐病發病非常嚴重，到收獲期甜菜的健康株數遠遠小于發病株數，可見隨著重茬年限的增加，微生態制劑防效逐漸降低，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，造成病害占主導因素，這說明微生態制劑改善甜菜根腐病發生情況需在一定重茬年限內。

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

4 結 論

隨重茬年限的增加，甜菜的發病率、死株率呈大幅度增加，造成產質量水平顯著降低。不同年限內，隨微生態制劑施用量的增加，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病率，提高甜菜的產質量水平，但微生態制劑施用效果隨著重茬年限的增加呈降低趨勢，重茬的負效應逐年上升，致使根腐病發生嚴重，甜菜產質量水平下降明顯，因此在重茬3 a時施用微生態制劑可以達到較好的種植效益，重茬5 a施用微生態制劑，雖可起到一定效果，但由于甜菜產質量水平均較低，種植效益較差。