大棚土壤溫度與黃化曲葉病毒病相關性研究

李 映，崔 瑤，葛喜珍

(北京聯合大學生物化學工程學院，北京 100023)

番茄黃化曲葉病毒(tomato yellow leaf curl virus，TYLCV)引起的番茄黃化曲葉病毒病(tomato yellow leaf curl disease，TYLCD)是番茄毀滅性病害，被稱之為番茄的癌癥，造成的經濟損失高達100%，嚴重威脅番茄產業的可持續發展。番茄感染TYLCV，生長停滯，頂部葉片褪綠發黃、變小，葉片邊緣上卷，葉片增厚、變硬。早期染病植株嚴重矮縮，不能正常開花結果。生長發育后期染病植株結果減少，果實小，果實著色不均勻，出現“ 半邊臉”，失去經濟價值[1]。在大棚番茄種植過程中，5—10 月是TYLCV的高發時段。自然條件下，TYLCV主要通過煙粉虱以持久方式傳播[2]。煙粉虱繁殖能力強，傳毒效率高，早期預防煙粉虱是防治TYLCV的前提。

煙粉虱的防治主要采用化學農藥的方法，如使用撲虱靈、吡蟲啉等抗蟲藥物，然而該類藥物殘留多，對人和環境危害較大[3]。相比之下，生物農藥在抗蟲方面表現出良好的前景。目前已有多種抗蟲的生物農藥用于煙粉虱等害蟲的防治，如綠僵菌、桉油精等。相比之下，生物農藥環境友好，但有效作用時間較短，因此成本偏高[4]。然而對于因煙粉虱造成的TYLCD，化學農藥目前沒有任何辦法予以防控和治療，只有植物免疫蛋白可以進行一定程度的預防和治療，即通過蛋白質刺激植物產生類似的應激，促進植物對病害的抵抗力[5-6]。因此，建立煙粉虱和TYLCD的預警模型，且在高風險時段進行適當的生物農藥干預，是預防這2種病蟲害的關鍵。筆者采用大棚氣象條件檢測系統記錄了大棚番茄種植季節環境溫度的變化，統計了不同指標的關聯性，并針對番茄黃化曲葉病毒病的發病規律進行了相關性研究。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況試驗設在河北省隆堯縣千戶營鄉東毛爾寨村，114°92′E，37°40′N，日光溫室大棚，土質為壤土，有機種植用地，8年內未使用化肥和化學農藥，僅使用農家肥、沼液和生物農藥，土壤肥力中等，地勢平坦，排灌方便。

1.2 試驗藥劑6%寡糖·鏈蛋白可濕性粉劑(3%氨基寡糖素，3%極細鏈格孢激活蛋白質)由中國農業科學院植保所研制；醚菌酯250 g/L懸浮液，上虞穎泰精細化工有限公司；200 g/L 吡蟲啉可溶液劑，拜耳股份公司；10%小檗堿可濕性粉劑，楊凌馥稷生物科技有限公司；枯草芽孢桿菌1 000億孢子/g，山東魯抗生物農藥有限責任公司；綠僵菌80億孢子/g可濕性粉劑，重慶聚立信生物工程有限公司；5%桉油精可溶液劑，北京亞戈農生物藥業有限公司。

1.3 試驗設備與檢測溫室大棚環境監測系統由石家莊圣啟科技有限公司提供，空氣溫度測量范圍-20～70 ℃，精度±0.1 ℃；空氣濕度(RH)測量范圍0～100%，精度±2%；采集番茄種植地土壤和空氣資料，主要包括空氣溫度、濕度、光照和CO2濃度，土壤溫度、濕度和土壤電導率，檢驗環境因素與煙粉虱及番茄黃化曲葉病毒病的相關性。1 hm2掛450片黃板，色板底部高于植株上部葉片20 cm，誘捕煙粉虱成蟲，監測其發生動態。在前期檢測大棚資料的基礎上(2014—2018)，檢驗煙粉虱與番茄黃化曲葉病毒病的相關性，根據預警防治。

1.4 預警和回歸方法使用上述設備自主檢測獲得試驗原始數據，取樣時間為4月至次年4月，覆蓋番茄種植整個周期。數據獲取后使用python進行數據統計與回歸分析。將全天空氣溫度、土壤溫度、環境濕度、光照強度等計算平均值，得每天的數據點。使用t檢驗對試驗組和對照組的各項參數進行獨立性檢驗，檢測高發和低發病率環境各項指標的顯著性。

回歸分析采用python中的numpy工具包。首先對數據進行清理，刪除數據超過前后14 d內2倍的中位數絕對偏差值，并進行數據對齊。處理完成后針對上述數據，使用兩兩對比的回歸分析。選用指數回歸、傅里葉回歸、高斯回歸、線性回歸、多項式回歸共5種方式進行試驗，根據數據點選取合適的回歸形式及回歸方程。選取發病率檢測指標后，使用scatterplot函數繪制預警散點圖，并將其中數據點使用熱圖，加入發病率數據，得最終預警曲線。

1.5 田間試驗設計溫室長60.0 m，寬7.5 m，金棚8號B型番茄，株距0.40 m，行距0.70 m。選擇病毒病發生嚴重的冬茬番茄(9月27日定植)，澆足定植水。根據預警，在煙粉虱發生前10 d，以醚菌酯+吡蟲啉為對照，設計不同的生物農藥防治。設11個處理，每個處理30株，3次重復，隨機區組排列。其中 CK(清水)；處理①化學農藥(醚菌酯懸浮液1 g/1 500 mL+吡蟲啉1 g/1 500 mL)；處理②小檗堿可濕性粉劑(1 g/1 500 mL)；③寡糖·鏈蛋白可濕性粉劑(1 g/1 500 mL)；④枯草芽孢桿菌(3.5 g/1 500 mL)；⑤綠僵菌可濕性粉劑(1 g/1 500 mL)；⑥桉油精可溶液劑(2 mL/1 500 mL)；⑦小檗堿1 g/1 500 mL+免疫蛋白1 g/1 500 mL；⑧小檗堿1 g/1 500 mL+免疫蛋白1 g/1 500 mL+綠僵菌1 g/1 500 mL；⑨小檗堿1 g/1 500 mL+免疫蛋白1 g/1 500 mL+綠僵菌1 g/1 500 mL+桉油精2 mL/1 500 mL；⑩枯草芽孢桿菌1 g/1 500 mL+免疫蛋白1 g/1 500 mL。根據2014—2018年回歸和預警規律，預防試驗在煙粉虱發生前10 d用藥，治療試驗在黃化曲葉病毒出現當天用藥。

1.6 預防和防治施藥時間根據2016—2018年土壤和空氣資料，預防試驗于2019年9月28日(煙粉虱出現前10 d)，10月8日、18日 、28日，11月8日、18日17：00后噴藥，共6次噴藥，12月1日計數觀察。治療試驗分別于2019年10月8日(首次觀察到粉虱)、18日、28日，11月8日、18日、28日17：00后噴藥，共6次噴藥，12月1日計數觀察。各處理嚴格按試驗設計用藥量折算，控制用藥量和時間，其他管理措施同大棚。

1.7 調查方法

1.7.1灰飛虱調查方法。最后一次噴藥24、72 h后，各處理小區5點法取樣，每采樣點選取10株番茄，每株選取上、中、下各1片葉，統計成蟲數量，計算蟲口減退率。

蟲口減退率=(清水對照組蟲口數-處理組蟲口數)/清水對照組蟲口數×100%

(1)

1.7.2黃化曲葉病毒調查方法。番茄感染病毒，葉片畸形、皺縮，植株輕度矮化，失去經濟價值，故計算病株率和防治效果，計算公式：

病株率=病株數/調查總株數×100%

(2)

防治效果=( 清水處理區病株數-處理區病株數)/清水處理區病株數×100%

(3)

2 結果與分析

2.1 主要指標的分析與篩選在大棚番茄的全年種植季中，將發病率高和發病率低2個季節的相關氣象數據進行整理和分析，比較2個不同季節的各項指標是否存在明顯差異，結果見表1。由表1可知，在2個不同的種植季中，除土壤平均含水量不存在明顯差異外，平均氣溫、平均濕度、平均土壤溫度和平均光照強度均存在較大差別(P<0.001)。其中，土壤平均溫度的差異最為明顯。與此同時，針對發病率較高的種植季，比較了各項參數之間的相對標準偏差(RSD)，結果表明，土壤溫度的波動最小，是較為穩定的大棚環境參數，受到外界的影響較小。

表1 不同種植季節各項環境指標的差異性檢驗和相對標準偏差

針對上述試驗結果，將不同季節的數據進行了整合，探究是否可以用較為穩定的土壤溫度作為大棚環境的表征，探究其與病蟲害之間的關系(置信區間95%)。擬合的試驗結果見圖1。由圖1可知，土壤溫度與其他4種環境因素之間均存在較強的相關性。在不同種植季節的土壤溫度變化范圍內，大棚內平均氣溫、平均濕度、土壤含水量和平均光照強度之間，均可使用多項式進行描述，證明上述指標存在較強的相關性。根據不同的回歸分析結果，土壤溫度與其他環境因素之間存在的關系方程式：

圖1 土壤溫度與平均氣溫(a)、土壤濕度(b)、土壤含水量(c)和日均光照強度(d)的回歸分析

土壤溫度t與平均氣溫T的回歸曲線:

T=0.04t2-0.48t+12.82

土壤溫度t與濕度H的回歸曲線：

H=-0.39t2+11.55t+5.19

土壤溫度t與土壤含水量W的回歸曲線：

W=-0.014t3+0.653t2-9.69t+64.8

土壤溫度t與光照強度L的回歸曲線：

L=11.32t3-533.5t2-8 295t

由于土壤溫度變化波動較小，因此土壤溫度是作為番茄病毒病較為理想的指標。

2.2 煙粉虱、TYLCD發病率與土壤溫度、時間的三維分析為進一步研究環境因素的變化與煙粉虱、TYLCD發病率之間的關系，針對該2種病害發生率較高的種植季，對其土壤溫度、種植時間和發病率之間的關系進行了統計和分析，結果見圖2。由圖2可知，煙粉虱和TYLCD的發病率均在土壤溫度較高的環境下發生，且TYLCD的發病速率要慢于煙粉虱的發病速率，因煙粉虱是傳播TYLCD的關鍵因素。由此可知，在土壤溫度逐漸上升的種植季，是大棚番茄受到煙粉虱和TYLCD影響較大的時期。與此同時，煙粉虱和TYLCD的發病高風險區域為土壤溫度穩定增長到20 ℃以上，此時環境溫度較高、濕度較低，且日均光照時間較長，適合煙粉虱的生長。在此溫度下，經過約10 d的時間，煙粉虱和TYLCD進入暴發式的增長階段。因此，根據該試驗結果推斷，在土壤溫度連續大于20 ℃的情況下，應盡早進行煙粉虱和TYLCD的生物防控和干預，且預防煙粉虱是預防TYLCD的關鍵。

圖2 土壤溫度、種植時間與發病率之間的相關性分析

2.3 不同生物農藥復合使用對煙粉虱的防治效果為研究生物農藥對煙粉虱的防治作用，進行了相關生物農藥的配比試驗。結果表明，預防組用藥24 h后，小檗堿+免疫蛋白+綠僵菌+桉油精(19.4%)、桉油精(17.0%)均有不同程度的退蟲作用，蟲口退減率在17%以上，其余各組蟲口退減率較低或出現殘留蟲數大于對照組(表2)。在防治組，小檗堿+免疫蛋白+綠僵菌+桉油精(22.0%)、桉油精(17.3%)蟲口退減率較高，其余各組蟲口退減率較低或出現殘留蟲數大于對照組。預防組用藥72 h后，小檗堿+免疫蛋白+綠僵菌+桉油精蟲口退減率最高(3.3%)，其他各組均非常低。防治組小檗堿+免疫蛋白+綠僵菌+桉油精蟲口退減率最高(4.4%)。上述結果說明，煙粉虱種群活躍，繁殖快，種群恢復迅速，番茄種植密度等原因決定煙粉虱種群恢復速度。同一處理各組預防與防治組間煙粉虱殘留蟲數和蟲口退減率均無顯著差異；同一處理各組72 h殘留蟲數和蟲口退減率無顯著差異，說明藥物處理能短期驅趕或抑制灰飛虱，72 h后灰飛虱種群迅速恢復。預防用藥未降低煙粉虱數量和蟲口退減率，藥劑防治煙粉虱短期有效，長期效果不顯著。

表2 不同處理對煙粉虱的預防和治療效果

2.4 不同處理對TYLCD的防治效果針對出現的TYLCD進行治療試驗，番茄出現病毒癥狀時使用殺菌劑，防效低(表3)，枯草芽孢桿菌防效最高(14.90%)，未達15%，依次為小檗堿(13.13%)、小檗堿+免疫蛋白+綠僵菌(11.95%)、小檗堿+免疫蛋白(11.90%)、枯草芽孢桿菌+免疫蛋白(11.80%)、綠僵菌(9.23%)、寡糖·鏈蛋白(9.23%)、醚菌酯+吡蟲啉(9.18%)、小檗堿+免疫蛋白+綠僵菌+桉油精(7.85%)和桉油精(5.23%)。預防效果由高到低表現為小檗堿+免疫蛋白+綠僵菌(70.59%)>小檗堿+免疫蛋白(57.36%)>寡糖·鏈蛋白(50.00%)>小檗堿+免疫蛋白+綠僵菌+桉油精(47.06%)>小檗堿(44.12%)>枯草芽孢桿菌+免疫蛋白(38.24%)>綠僵菌(22.06%)>桉油精(19.12%)>枯草芽孢桿菌(17.65%)>醚菌酯+吡蟲啉(16.18%)。單獨用藥的免疫蛋白和小檗堿防效高于44%，二者均能提高植物免疫力，通過提高免疫達到防治作用。預防試驗組，使用殺菌劑對番茄TYLCD防效明顯高于防治組。

表3 不同處理對TYLCD的防治效果

3 討論

外部氣候因素變化直接影響TYLCD的發生、發展[7-9]。該研究根據2014—2018年采集的設施番茄環境因素，檢驗空氣溫度、濕度、光照和土壤濕度，并與土壤溫度進行相關性分析。結果表明，上述指標均與TYLCD存在較強的相關性，其中隨溫度升高TYLCD發生率明顯增加。2013年，吐魯番地區溫室晚茬番茄全部感染TYLCD，導致絕收，認為氣溫高病毒傳播蔓延快，加上秋冬茬番茄播種早、株間距密、氮肥施用多、管理粗放等，有利煙粉虱危害傳毒[10-11]。由于土壤溫度變化波動小，作為番茄病毒病發生的預警指標，比較穩定。根據回歸，當土壤平均溫度高于20 ℃，TYLCD發生概率增加，需預防用藥。

傳統關于煙粉虱田間預測預報，主要用黃板誘集、性信息素誘集和田間調查統計等方法，根據田間蟲態的發生發育進度、蟲量及天敵數量，結合田間作物生長情況，分析預測煙粉虱的發生趨勢[12]。利用大數據預警，能及時、有效地防止病蟲害暴發[13]。該研究結果表明，2014—2018年，番茄黃化曲葉病毒病嚴重發生期和輕發生期空氣溫度、空氣濕度、光照、土壤溫度、土壤濕度等與煙粉虱發生率的相關性。若土壤平均溫度高于20 ℃維持10 d以上，即使土壤溫度因天氣原因再次降低，病毒病的發 病率也無明顯改善。由圖2顏色變化看出，煙粉虱發病率的增長，相對于病毒病感染率慢[14]。因此，病毒病的防治，主要以煙粉虱的防治為主。當煙粉虱發病率超過20%，若不能有效控制，則10 d之內病毒病的感染率會快速達60%以上，造成大棚大面積減產甚至絕收。

該研究結果表明，對于煙粉虱防控，預防用藥比治療用藥防效高，且持續時間長。鑒于煙粉虱極強的傳毒和繁殖力，在番茄整個生命周期，依靠化學藥劑防效低，不能實現對番茄黃化曲葉病毒病的有效防控。番茄大棚煙粉虱防治困難，故設施番茄生產過程，應密切監控煙粉虱的發生發展。該研究使用各種生物農藥組合，小檗堿+免疫蛋白+綠僵菌+桉油精組，預防和治療24 h內蟲口退減率可達19%～22%。隨時間推移至72 h，蟲口退減率僅為3.3%～4.4%，退蟲效果不明顯。在不同處理對TYLCD的防治效果中，根據預警，提前15 d用藥預防，TYLCD發病率明顯降低，小檗堿+免疫蛋白+綠僵菌組防效可達70.59%。國內外關于TYLCD的防控方案，多推薦葉面噴施殺蟲劑殺滅傳毒昆蟲煙粉虱為主，在生產實踐中，菜農在防治番茄TYLCD時多噴藥防治，但實際防治效果差，甚至無效果[15]。因此，在預警基礎上如提前施藥免疫蛋白+小檗堿，可提高植株免疫力，從而提高植物對TYLCD的抵抗力。