設施黃瓜根結線蟲病發生危害與土壤酶活相關性研究

王宏寶,毛 佳,2*,曹凱歌,周長勇,吳險平,趙桂東

1.江蘇徐淮地區淮陰農業科學研究所,江蘇 淮安 223001

2.淮安市農業科技實業科技總公司,江蘇 淮安 223001

根結線蟲（Meloidogyne incognita）是危害最嚴重的植物病原線蟲，在世界各地廣泛分布，可寄生于3000 多種植物，尤以茄科、葫蘆科和十字花科等植物受害嚴重[1]。據估計，在全世界農業生產每年因各類災害造成的總損失中，根結線蟲的危害約占到5%左右，多達500 億美元[2]。黃瓜是我國重要蔬菜種類，近年來隨著日光溫室黃瓜栽培面積的逐步擴大和復種指數的提高，根結線蟲危害日趨嚴重，并已成為黃瓜生產中的主要障礙，一般危害造成減產20%～30%，嚴重的達70%以上，甚至絕收[3,4]。

土壤酶和土壤微生物是土壤重要的組成部分，其活性和數量變化是土壤質量變化的重要指標。土壤酶參與土壤的物質和能力循環，與土壤有機質含量、土壤養分相關，其活性是土壤肥力的重要指標之一，甚至有人根據土壤酶活性將土壤分級，以此來評價農業土壤的生產力水平[5]。土壤微生物是土壤酶的重要來源，其群落多樣性不僅與土壤酶變化相關，而且對農業可持續發展有重要意義，有文章稱應用外源微生物提高土壤養分利用率和防治植物病蟲害的發生是未來農業發展的方向[6,7]。本研究通過測定設施黃瓜田根結線蟲群體變化、黃瓜病情指數與土壤蔗糖酶、土壤過氧化氫酶、土壤脲酶、土壤多酚氧化酶等變化關系。了解土壤酶活性與黃瓜發病指數及根結線蟲發生數量的變化規律，為線蟲綜合防治提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地選擇在淮安丁集鎮設施大棚黃瓜田。黃瓜于2017 年10 月30 日定植在大棚里，試驗地采用本地常規水肥管理，耕作方式為一年一季種植黃瓜（即每年10 月份到次年的7 月）。定植前施足基肥，結合耕地翻入土中。每畝施農家肥料8500～9500 kg、三元復合肥(N：P2O5：K2O=21：13：18)50 kg。次年7 月初拉秧。追肥時期采用膜下滴灌方式，定植至開花前，滴灌1 次，施高氮型大量元素水溶肥料5～10 kg。開花座果期追施磷肥1 次，結果期視植株長勢進行灌溉，高氮型與高鉀型水溶肥料交替使用，每次每畝肥料用量為5～10 kg。

1.2 試驗作物與病害對象

試驗作物為黃瓜，品種為津研35，砧木為黑籽南瓜。研究病害對象為黃瓜根結線蟲病。全生育期未采用藥劑灌根等形式對根結線蟲進行防治；其他葉面病害、蟲害（如灰霉病、霜霉病、黑星病、蚜蟲等）采用常規藥劑（如克露、凱澤、吡蟲啉等藥劑）兌水進行葉面噴霧防治。

1.3 土壤取樣與理化指標測定

按照“Z”型隨機選取五點采集0～30 cm 土層樣本，在上中下3 個土層分別取樣，帶回實驗室自然陰干后過篩，分裝后送檢給測試公司進行各個樣本指標測定，測定試驗重復3 次。取樣時間在定植時(0 個月)和定植后的38 d、68 d、128 d、188 d、218 d 采樣取土。所選測定方法為：土壤多酚氧化酶測定采用紫色沒食子素比色法；土壤脲酶采用靛酚藍比色法；蔗糖酶采用3,5-二硝基水楊酸比色法；酸性蛋白酶采用磷鉬酸比色法；纖維素酶采用蒽酮比色法；土壤有機質采用重絡酸鉀容量法。

1.4 線蟲計數與病害診斷分級方法

土壤線蟲記數測定中取樣土為0～30 cm 混合土（取樣方法同1.3），取混合土樣100 g，采用淺盤法分離線蟲24 h，在體視解剖鏡下計數。同時取50 g 測定土壤含水量，計算100 g 干土中線蟲的數量[8]，線蟲記數試驗重復3 次。病害級別診斷方法采用“根畸變百分率法”劃分砧木嫁接黃瓜根結線蟲病害嚴重度等級[9]；具體分級方法如下所示。0 級：所有根系均無根結和腫脹部位；1 級：0%＜受根結線蟲危害根腫脹部位或根結＜10%；2 級：10%≤受根結線蟲危害根腫脹部位或根結＜25%；3 級：25%≤受根結線蟲危害根腫脹部位或根結＜50%；4 級：50%≤受根結線蟲危害根腫脹部位或根結＜75%；5 級：75%≤受根結線蟲危害根腫脹部位或根結≤100%。病情指數=［∑(各病級植株數×病級數值)/(調查總植株數×最高病級數)］×100[9,10]；不同時期分別選取15 株黃瓜（每5 株為一個重復）觀察根結發生情況并統計病情指數。

1.5 數據處理

試驗數據和圖表通過Excel 和SPSS19.0 進行分析處理。

2 研究結果

2.1 設施黃瓜病情指數與土壤中根結線蟲二齡幼蟲J2 數量變化情況

研究發現，隨著種植時期的延長，試驗田內土壤J2種群數量和設施黃瓜病情指數均呈現整體上升趨勢，這與前人的試驗結果相似[11,12]，分析認為這與試驗前期土壤中存有線蟲有直接關系；另外隨著后期氣溫逐漸變暖，適宜的土壤溫、濕度更利于根結線蟲存活、孵化和增殖。有研究指出，當田間溫度處于22～28 ℃時，南方根結線蟲侵染能力明顯增強，且侵染3 d 后即可表現明顯癥狀[13]。試驗在定植后68 d 內，線蟲數量無顯著增加，觀察根部無根結發生，病情指數為0；128 d 后線蟲成顯著增長態勢，根結產生，病情指數為20，之后在188 d 和218 d 調查時，線蟲繁殖量加大，對黃瓜危害加重，病情指數在218 d 達到最高。

圖1 不同時期線蟲群體變化曲線Fig.1 Curve of the number of nematodes in different periods

圖2 不同時期黃瓜病情指數變化曲線Fig.2 Curve of cucumber disease index in different periods

2.2 設施黃瓜大棚不同時期土壤酶活性與有機質含量的測定

不同采樣時間土壤多酚氧化酶活性測定如圖3 所示，趨勢線為y=-4.7539x+64.953。整個生育期內，數值呈現逐漸下降的趨勢；不同時間土壤酸性蛋白酶活性測定如圖4 所示，趨勢線為y=-0.0698x+0.6686。表現為，最高峰出現在定植后38 d，指標值為1.16，其他5 個時間段測定的數據變化平穩，差異不大。土壤纖維素酶變化如圖5 所示，在定植期和收獲末期指標值在45 左右，趨勢線為y=0.3419x+46.234。最高值僅為56.22，最高峰值出現在定植后128 d，種植初期和末期土壤纖維素酶變化無顯著差異。不同時間土壤脲酶活性測定如圖6 所示，趨勢線為y=88.712x+312.37。整個生育期內，數值呈現逐漸上升的趨勢，從定植時的366.09 上升到收獲期的781.24。不同時間土壤蔗糖酶變化規律測定如圖7 所示，趨勢線y=4.966x+69.942。整個生育期內，數值呈現逐漸上升的趨勢，從定植時為97.21，之后的68 d 內指標值逐漸降低，隨后在定植128 d 和218 d 出現兩個高峰，指標值分別為101.96 和124.32。不同時間土壤有機質測定如圖8，趨勢線為y=0.1804x+5.2826。最高值出現在定植后的68 d，指標值為7.63，其他5 個時間段測定的數據變化平穩，差異無顯著變化。

圖3 不同時期土壤多酚氧化酶變化曲線Fig.3 Curve of soil polyphenol oxidase in different periods

圖4 不同時期土壤酸性蛋白酶變化曲線Fig.4 Curve of soil acid protease in different periods

圖5 不同時期土壤纖維素酶變化曲線Fig.5 Curve of soil cellulase in different periods

圖6 不同時期土壤脲酶變化曲線Fig.6 Curve of soil urease in different periods

圖7 不同時期土壤蔗糖酶變化曲線Fig.7 Curve of soil invertase in different periods

圖8 不同時期土壤有機質變化曲線Fig.8 Curve of soil organic matter in different periods

2.3 線蟲發生動態及黃瓜病情指數與土壤酶活性指標相關性分析

對田間采集的各項指標進行相關性分析顯示，土壤中線蟲數量與黃瓜病情指數呈現顯著正相關，相關系數為0.991；黃瓜病情指數與土壤蔗糖酶、土壤脲酶活力呈現正相關，相關系數分別為0.661、0.503；與土壤多酚氧化酶、土壤酸性蛋白酶、土壤纖維素酶呈現負相關，相關系數為-0.807、-0.343、-0.130；土壤酶指標間的相關性分析顯示：土壤脲酶與土壤纖維素酶和有機質為正相關，相關系數較大為0.748、0.792，與土壤酸性蛋白酶和土壤多酚氧化酶存在負相關，系數為-0.544 和-0.354。

表2 土壤酶活等指標變化與線蟲發生動態及黃瓜病情指數相關性分析Table 2 Correlation between soil enzyme activity and nematode hazard indicators

3 討論

土壤酶是土壤新陳代謝的重要因素[14]。酶活性包括已積累于土壤中的酶活性，也包括正在增殖的微生物向土壤中釋放的酶活性，它主要來自微生物以及其它有機組織（植物活體及其殘體、動物活體及其遺骸）[15]。在植物生長發育過程中，根系作為植物和土壤的重要界面，不僅是吸收和代謝器官,同時也是強大的分泌器官。根系一方面從生長介質中攝取養分和水分，另一方面也向生長介質(土壤、營養液等)中溢泌或分泌質子、離子和大量的有機物質[16]。不同植物分泌物的種類差異較大，在分泌的有機物中有可溶性物質如糖、氨基酸、有機酸等，還有極少量的脂肪酸和甾類化合物，以及微量的生長物質和酶類等[17-19]。植物除了向根際分泌氨基酸、有機酸等有機物為微生物提供營養和能源外,還可分泌大量的酶類，對有機污染物起直接降解作用。Knudson L.[20]發現了根分泌物中存在轉化酶，Heinrich D,et al.[21]也在小麥的根分泌物中找到了轉化酶。此后人們又在植物根部分泌物中陸續發現了磷酸酶、蛋白酶、淀粉酶、過氧化氫酶等[22]。

土壤蔗糖酶能夠水解蔗糖變成相應的單糖而被機體吸收，其酶促作用產物與土壤中有機質、氮、磷含量，微生物數量及土壤呼吸強度密切關，是評價土壤肥力的重要指標。試驗中，土壤蔗糖酶指標在全生育期呈現“W”字型變化，與線蟲發生消長和病情指數呈正相關，初步表明土壤肥力水平高低對蔗糖酶和線蟲消長影響較大。土壤有機質是土壤固相部分的重要組成成分，其含量水平是衡量土壤肥力的重要指標之一，土壤有機質對土壤形成、土壤肥力、環境保護及農林業可持續發展等方面都有著極其重要的作用。試驗發現，土壤有機質變化對線蟲消長和植株病情發展影響不大，相關系數僅為0.064 和0.040。土壤纖維素酶和土壤酸性蛋白酶全生育期變化平緩，相關性分析，根結線蟲的危害程度（黃瓜病指）對土壤纖維素酶和土壤酸性蛋白酶變化影響較小，相關系數為-0.130 和-0.343。脲酶是土壤中的主要酶類之一，是唯一對尿素在土壤中的轉化及作用有重大影響的酶。脲酶活性過低，會影響尿素的利用率。本試驗中，土壤脲酶在全生育期表現為總體上升趨勢，與線蟲消長成正相關。有報道稱，土壤多酚氧化酶主要來源于土壤微生物、植物根系分泌物及動植物殘體分解釋放，用于土壤環境修復。研究發現，土壤多酚氧化酶和線蟲消長、病情指數呈負相關-0.829、-0.807，分析認為，可能由于黃瓜受到線蟲侵染危害后，植株體內釋放該類酶下降所致有關。那么對于是否是因黃瓜根部受線蟲侵染影響而導致植株分泌該酶能力下降的原因，還需要進一步研究論證。另外，試驗采用全生育期進行取樣測試與觀察，在不同的生長時期，土壤中各類酶活和有機質指標也會受到當時肥水、用藥管理措施等影響會出現某種波動，例如，土壤酸性蛋白酶在38 d 與土壤有機質在68 d 所表現的非特異性峰值很可能和當時的肥水變化等農事操作有關。關于設施大棚中肥水變化、農事操作等措施對土壤酶等指標的影響關系也值得進一步研究。