不同生物制劑對烤煙提質防病效果及土壤特性的影響

鄧 濤, 夏賢仁, 李先才, 吳 凱, 吳姝俊, 王全貞, 郭啟超, 余森申*

(1.云南省煙草公司 曲靖市公司, 云南 曲靖 655000; 2.云南師范大學 能源與環境科學學院, 云南 昆明 650500; 3.云南五佳生物科技有限公司, 云南 昆明 650106)

0 引言

【研究意義】烤煙是重要的經濟作物,在國民經濟中占有重要地位。我國烤煙產量約占全球總產量的一半,同時也面臨著巨大的病蟲害防控壓力,常見的煙草病害如煙草黑脛病、根黑腐病、野火病、赤星病、青枯病和花葉病等在我國各大煙區均普遍存在,據統計,每年由于病害造成的損失在總產量的10%～15%[1-2]。目前,化學防治方法依然是最為普遍、有效、低成本、受限因素小的病害防治手段,但化學農藥的大量使用帶來了農殘問題,影響煙葉品質及安全性,威脅人體健康,此外,長期大量使用化學農藥促使病原菌、害蟲等的抗藥性增加,廣譜性化學農藥易對害蟲天敵造成誤殺,防效變得越來越差[3-4],同時伴隨著一系列的環境污染問題。近年來,生產觀念改變及科技投入提高,生物防治得到了前所未有的重視,其中,微生物源農藥是生物制劑中的重要類型之一,利用微生物自身或產生的活性成分對害蟲、病原菌等農業上有害的生物因素進行殺滅[5],具有安全、高效、對環境友好等作用?！厩叭搜芯窟M展】微生物菌劑兼具防病、促產、提質的優點。施河麗等[6]研究表明,微生物菌劑與黃腐酸協同處理的烤煙在移栽后120 d其青枯病發病率從81.11%降至41.11%,發病率和病情指數顯著降低;同時改變了土壤細菌群落結構。鄒朔飛等[7]通過平板對峙及田間防效試驗篩選出郝氏鏈霉菌(Streptomyceshalstedii)作為防治煙草黑脛病的拮抗菌,其在田間對黑脛病的相對防效達75.30%,高于化學藥劑甲霜·噁霉靈水劑。師超等[8]在利川煙區對比3種微生物菌劑對煙草黑脛病和青枯病的防治效果表明,認為熒光假單胞菌粉劑對煙草黑脛病防治效果顯著,并具有明顯的促產作用,產量、產值的增幅分別達到10.86%和10.06%。微生物菌劑也是改善由連作引起的土壤退化問題的重要途徑,劉紅杰等[9]研究表明,微生物菌劑(微生物復合肥、摩西球囊霉、幼套球囊霉及根內球囊霉)能顯著影響土壤酶活性,進而影響各種代謝活動?！狙芯壳腥朦c】宣威煙區是全國煙葉產量最大的縣級煙區,也面臨著使用化學農藥帶來的一系列問題。目前,生物制劑在宣威煙區的研究應用較少,僅徐洪宇等[10]在宣威煙區對比了普通有機肥及其與枯草芽孢桿菌配施對土壤條件及烤煙產質量的影響,對指導煙葉生產的作用有限?！緮M解決的關鍵問題】擬在宣威北部煙區現有化學藥劑防治主要土傳病害的現狀條件下,通過對比分析枯草芽孢桿菌、木霉菌和苦參硫磺3種生物制劑對土壤理化性質、微生物多樣性、烤煙農藝性狀及煙葉品質的影響,明確最佳的綠色生物源農藥及其使用方法,保障煙區的可持續發展。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021年在云南省宣威市寶山鎮(104.466°E, 26.298°N)進行,平均海拔2 050.92 m,土壤類型為紅壤,肥力中等。

1.2 試驗材料

1.2.1 烤煙品種 供試烤煙為云煙100,種子由玉溪中煙種子有限責任公司提供,由宣威市寶山煙葉站育苗。

1.2.2 菌劑 枯草芽孢桿菌(有效活菌100億個/g)及木霉菌(有效活菌2億個/g),均購自云南星耀生物制品有限公司;苦參硫磺(總有效成分含量13.7%),購自山東省成武縣有機化工廠。

1.2.3 肥料 煙草專用復合肥(N∶P2O5∶K2O=14∶10∶24);商品有機肥(總養分≥5.0%,有機質≥60%),均購自云南云葉化肥股份有限公司;硝酸鉀(N∶P2O5∶K2O=13.5∶0∶44.5),購自四川米高化肥有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 采用隨機區組試驗設計,共設6個處理:CK,不施藥(均用等量清水淋根);A,還苗期用枯草芽孢桿菌1 500 g/hm2稀釋600倍噴施+淋根,14 d后施用第2次(藥劑和用量與第1次相同,下同);B,還苗期用木霉菌1 500 g/hm2用量稀釋600倍噴施+淋根,14 d后施用第2次;C,還苗期用13.7%苦參硫磺1 500 g/hm2稀釋600倍噴施+淋根,14 d后施用第2次;AC,還苗期用13.7%苦參硫磺1 500 g/hm2稀釋600倍噴施+淋根,14 d后用枯草芽孢桿菌1 500 g/hm2稀釋600倍噴施+淋根;BC,還苗期用13.7%苦參硫磺1 500 g/hm2稀釋600倍噴施+淋根,14 d后用木霉菌1 500 g/hm2稀釋600倍噴施+淋根。每個處理3次重復,共計18個小區,小區面積67 m2,株行距為120 cm×55 cm。各處理烤煙統一于4月14日移栽。煙草專用復合肥和商品有機肥作為基肥,用量均為600 kg/hm2,烤煙移栽15 d后,用硝酸鉀150 kg/hm2進行追肥。田間栽培管理措施按當地優質煙栽培技術要點進行,煙葉采收后分類裝爐、統一烘烤。

1.3.2 指標測定

1) 植煙土壤理化性質。于烤煙生長成熟期采集土壤樣品測定pH及有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量,分別參照《土壤檢測 第2部分:土壤pH的測定》(NY/T 1121.2—2006)、《土壤檢測 第6部分:土壤有機質的測定》(NY/T 1121.6—2006)、《土壤檢測 第24部分:土壤全氮的測定自動定氮儀法》(NY/T 1121.24—2012)、《土壤全磷測定法》(GB 9837—1988)、《土壤全鉀測定法》(GB 9836—1988)、《森林土壤水解性氮的測定》(LY/T 1229—1999)、《土壤檢測 第7部分:土壤有效磷的測定》(NY/T 1121.7—2014)、《土壤速效鉀和緩效鉀含量的測定》《NY/T889—2004》進行檢測;通過環刀法測定土壤容重、比重和總孔隙度,胡敏酸、富里酸及富敏素的提取和分離參考《森林土壤腐殖質組成的測定》(LY/T 1238—1999)及文獻[11]的方法進行。

2) 微生物多樣性。參照盧慧等[12]的方法采用高通量測序技術對成熟期土壤微生物群落進行測序。

3) 煙草主要病害調查。參照《煙草病蟲害分級及調查方法》(GB/T 23222—2008)分別調查并計算各試驗區煙草黑脛病和根黑腐病的發病率及相對防效。

煙株發病率=病株數/調查總株數×100%

相對防效=(對照發病率-處理發病率)/對照發病率×100%

4) 田間農藝性狀調查。參照《煙草農藝性狀調查測量方法》(YC/T 142—2010),在成熟期測定各處理煙株的株高、葉長、葉寬、節距、莖圍和有效葉數。

5) 煙葉的物理特性。參照《煙草及煙草制品 試樣的制備和水分測定 烘箱法》(YC/T 31—1996)測定煙葉平衡含水率,煙葉抗張力、葉面密度和含梗率均參照文獻[13]的方法進行測定。

6) 煙葉的常規化學成分。參照《煙草及煙草制品 水溶性糖的測定 連續流動法》(YC/T 159—2002)、《煙草及煙草制品 總植物堿的測定 連續流動法》(YC/T 160—2002)、《煙草及煙草制品 總氮的測定 連續流動法》(YC/T 161—2002)、《煙草及煙草制品 氯的測定 連續流動法》(YC/T 162—2011)、《煙草及煙草制品 鉀的測定 火焰光度法》(YC/T 173—2003)對煙葉常規化學成分進行檢測。參照文獻[14]的方法進行優質煙葉評價。

1.4 數據統計與分析

采用SPSS 23.0和Excel 2010進行數據處理,采用Duncan法進行多重比較;煙葉常規化學成分采用模糊數學隸屬函數的數據模型進行評價[15]。

2 結果與分析

2.1 各處理烤煙主要病害的發病率與防效

從表1看出,不同施藥處理成熟期烤煙田間主要病害的發生情況存在差異。根黑腐病:各處理的發病率為1.76%～3.59%,相對防效為28.77%～65.08%,發病率和相對防效分別依次為A>B>C>AC>BC和BC>AC>C>B>A,各處理的發病率均較CK(5.04%)低,除A外其余處理均顯著低于CK。黑脛病:各處理的發病率為2.25%～3.00%,相對防效為31.82%～48.86%,發病率和相對防效分別依次為A>C>B>BC>AC和AC>BC>B>C>A,各處理的發病率均較CK(4.40%)低,除A外其余處理均顯著低于CK?？傮w看,單施枯草芽孢桿菌(A)時,煙草根黑腐病和黑脛病發病率均不同程度降低,但與CK均未達顯著水平,其相對防效分別為28.77%和31.82%;單施木霉菌(B)和苦參硫磺(C)使得根黑腐病和黑脛病發病率均較CK顯著降低,且其對根黑腐病的相對防效分別為53.57%和54.96%,對黑脛病的相對防效分別為46.82%和35.68%;苦參硫磺與木霉菌(BC)及苦參硫磺與枯草芽孢桿菌(AC)配施的防治效果最好,其根黑腐病和黑脛病發病率均顯著降低,AC和BC對根黑腐病的相對防效分別為55.56%和65.08%,對黑脛病的相對防效分別為48.86%和47.05%,二者又以BC防效更佳。此外,各處理對根黑腐病的防效優于對黑脛病的防效。

表1 不同處理烤煙根黑腐病和黑脛病的發病率及相對防效

2.2 土壤特性

2.2.1 土壤養分 從表2看出,不同處理成熟期植煙土壤養分含量存在差異。試驗地塊土壤肥力整體較高,有機質含量為56.20～61.35 g/kg,B最高,AC最低;全氮含量為2.42～2.85 g/kg,CK最高,AC最低;全磷含量為1.82～2.46 g/kg,B最高,C最低;全鉀含量為6.89～7.85 g/kg,CK最高,AC最低;水解性氮含量為177.74～219.58 mg/kg,A最高,AC最低;有效磷含量為49.29～65.90 mg/kg,B最高,BC最低;速效鉀含量為412.27～790.73 mg/kg,B最高,AC最低。AC土壤速效鉀含量顯著低于A和B,其余土壤養分各成分不同處理間無顯著差異。

表2 不同處理植煙土壤的養分含量

2.2.2 土壤理化特性 從表3看出,施用不同生物菌劑對土壤物理特性影響較小,各處理間的物理特性均無顯著差異。各處理的土壤容重為0.95～0.97 g/cm3,A、B與CK最大,其余處理較CK(0.97 g/cm3)低;比重為2.26～2.43 g/cm3,除B外其余處理均高于CK(2.30 g/cm3);孔隙度為56.80%～60.83%,除B外其余處理均高于CK(57.44%);胡敏酸碳含量為2.73～3.07 g/kg,除AC外其余處理均高于CK(2.75 g/kg);富里酸碳含量為4.97～5.55 g/kg,各處理均低于CK(5.98 g/kg);富敏素碳含量為24.90～27.12 g/kg,各處理均高于CK(24.87 g/kg)。綜上看,單施苦參硫磺(C)及苦參硫磺分別配施枯草芽孢桿菌(AC)和木霉菌(BC)可使土壤容重呈降低趨勢,孔隙度呈上升趨勢。

表3 不同處理植煙土壤的理化特性

2.2.3 土壤微生物多樣性 Shannon指數可用于表征群落的多樣性,值越大表明群落的多樣性越高。由圖1看出,不同處理土壤細菌和真菌的多樣性存在差異。細菌:土壤細菌多樣性指數為8.06～8.60,依次為AC>C>BC>B>CK>A,各處理間無顯著差異,除A稍低于CK外,其余處理均高于CK。真菌:土壤真菌多樣性指數為6.80～7.59,依次為BC>C>B>AC>CK>A,其中,BC(7.59)顯著高于CK(6.86);C(7.54)與CK差異不顯著,B(7.34)顯著高于CK;其余處理間無顯著差異。

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.3 不同處理烤煙的產質量

2.3.1 農藝性狀 由表4可知,不同處理烤煙成熟期的農藝性狀存在差異。株高:各處理為105.6～128.0 cm,依次為AC>C>BC>B>A>CK,C、AC和BC顯著高于CK,與其余處理無顯著差異。葉面積:各處理為0.153～0.185 m2,依次為B>C>BC>AC>A>CK,B、C、AC和BC顯著高于CK,與A無顯著差異,其余處理間差異不顯著。各處理有效葉片數為17.6～19.4片,莖圍為9.488～10.179 cm,2個指標各處理間及其與CK均無顯著差異。節距:各處理為6.780～7.212 cm,依次為AC>B>BC>A>C>CK,B和AC顯著高于CK,與其余處理間無顯著差異。整體看,AC、BC和B煙株田間長勢表現較好,CK較差。

表4 不同處理烤煙成熟期的農藝性狀

2.3.2 煙葉物理特性 從表5看出,不同處理烤后煙葉物理特性存在差異。

表5 不同處理各部位煙葉的物理特性

1) 中部葉(C3F)。各處理葉面密度為45.23～67.65 g/cm2,依次為C>BC>B>AC>CK>A,除A外其余處理均高于CK;抗張力為1.53～2.40 N,依次為BC>A>AC>C>B>CK,各處理均高于CK;平衡含水率為16.35%～17.50%,依次為AC>B>CK>A>BC>C,除AC和B外其余處理均低于CK;含梗率為28.38%～35.81%,依次為A>B>AC>CK>C>BC,除C和BC外其余處理均高于CK;物理特性總分為0.74～0.88分,依次為C>BC>B>AC>CK>A,除A外其余處理均高于CK,C最高,BC其次,原因在于2個處理的葉面密度相對較高,含梗率較低,而A較低則原因在于其葉面密度最低,含梗率最高。

2) 上部葉(B2F)。各處理葉面密度為65.71～101.06 g/cm2,依次為BC>A>C>CK>AC>B,除AC和B外其余處理均高于CK;抗張力為2.11～3.44 N,依次為B>A>BC>C=AC>CK,各處理均高于CK;平衡含水率為14.87%～16.47%,依次為B>AC>A>C>BC>CK,各處理均高于CK;含梗率為22.22%～29.39%,依次為B>CK>C>A>AC>BC,除B外其余處理均低于CK;物理特性總分為0.78～0.95分,依次為AC>CK=C=BC>A>B,除AC高于CK,C和BC與CK相等外其余處理均低于CK,AC最高,原因在于葉面密度和含梗率均較優,符合優質煙葉標準,CK、C及BC次之,3個處理葉面密度相對偏高,但其含梗率較低,B總分最低,原因在于其含梗率偏高,葉面密度較低。綜合中部葉和上部葉來看,AC、BC烤煙物理特性表現較好。

2.3.3 煙葉的化學成分 從表6看出,不同處理烤后煙葉化學成分存在差異。

表6 不同處理各部位煙葉的化學成分

1) 中部葉(C3F)。各處理總糖含量為25.16%～39.08%,CK最高;還原糖含量為19.78%～28.03%,除AC外其余處理均低于CK(28.02%);總氮含量為1.82%～2.06%,CK最低;總植物堿含量為1.31%～1.64%,除B外其余處理均高于CK(1.59%);鉀含量為1.02%～1.86%,CK最高;氯含量為0.44%～1.35%,除AC外其余處理均高于CK(0.77%);糖堿比為17.46～26.65,除AC外其余處理均低于CK(24.61);氮堿比為1.14～1.49,CK最低;鉀氯比為1.33～2.31,CK最高;綜合總分為0.34～0.49分,依次為CK>A>B>C>BC>AC;除A的總糖和還原糖含量接近優質煙葉標準[14]外,其余處理均偏高,導致糖堿比偏高,且各處理總植物堿含量略低,氮堿比偏高,氯離子含量整體偏高,鉀氯比偏低,AC鉀離子含量偏低且其綜合得分最低,其次為BC。

2) 上部葉(B2F)。各處理總糖含量為19.43%～31.46%,除B和BC外其余處理均高于CK(29.53%);還原糖含量為11.42%～20.35%,除A和C外其余處理均低于CK(19.00%);總氮含量為2.04%～3.65%, CK最低;總植物堿含量為2.92%～3.79%,除BC外其余處理均低于CK(3.58%);鉀含量為1.55%～2.08%,除BC和C外其余處理均低于CK(1.96%);氯含量為0.31%～0.79%,除C外其余處理均高于CK(0.44%);糖堿比為6.59～10.36,除B和BC外其余處理均高于CK(8.26);氮堿比為0.57～1.25,CK最低;鉀氯比為1.95～6.69,除C外其余處理均低于CK(4.50);綜合總分為0.54～0.72分,依次為A=C>AC>CK>BC>B,除A、C和AC外其余處理均低于CK;B綜合總分最低,原因在于其還原糖含量偏低,總植物堿含量偏高,A和C除總糖含量偏高,其余指標均較好,總分最高,其次為AC,CK略低于AC。綜合平均各處理中部葉和上部葉的總分看出,A(0.60分)綜合總分較高,CK和C(0.59分)次之,AC(0.52分)、BC(0.51分)和B(0.50分)較低。

3 討論

大田病害調查結果顯示,枯草芽孢桿菌、木霉菌和苦參硫磺3種生物菌劑對煙草黑脛病和根黑腐均有一定的防治效果。木霉菌是一種高效廣譜生防因子,廣泛存在于土壤、空氣和植物表面等生態環境,其防病機制包括競爭作用、重寄生作用、抗生作用和誘導植物抗性作用等多種[16-17]。大量研究表明,木霉菌對煙草黑脛病和根黑腐病等土傳病害具有明顯抑制效果。李小杰等[18]從煙株根際土壤中篩選出3株對煙草疫霉菌具有較強抑制作用的木霉屬生防菌,其產生的代謝產物對疫霉菌有一定程度的滅殺作用。劉利佳等[19]研究表明,接種木霉菌前后,存在大量差異代謝產物,對煙草疫霉菌的抗病響應在代謝水平發生變化,導致煙株對煙草疫霉菌的抗性增強。陳小均等[20]研究植煙土壤中的優勢微生物種群與木霉菌之間的相互作用發現,木霉菌對多種優勢真菌均表現出較好的抑制作用,表明木霉菌是多種煙草真菌病害的潛在拮抗菌。優勢放線菌群落對木霉菌具有抑制作用,但對抑制土壤病原茄病鐮刀菌又具有協同作用,優勢細菌能夠促進木霉菌產孢,利于其在土壤中定植,可見木霉菌與土壤微生物的關系是復雜多樣。在本研究中,無論是單施還是與苦參硫磺配合施用,木霉菌均表現出良好的生防效果,并使得土壤真菌多樣性顯著提高,與李小杰等[18-20]的研究結論一致?？鄥⒘蚧鞘怯煽鄥A改進而來,主要用于病毒病的防治,目前并無此類生物菌劑的相關研究報道。本研究發現,苦參硫磺與木霉菌或枯草芽孢桿菌配合使用對煙草黑脛病和根黑腐的防治效果最佳。

枯草芽孢桿菌菌劑是當前市面上應用最為廣泛的生物菌劑之一,其有效菌是一種廣泛分布于各種不同生活環境中的嗜溫性好氧革蘭氏陽性桿狀細菌,通過定殖至植物根際、體表或體內,同病原菌形成競爭關系,其分泌的代謝產物對一些病原菌具有抑制作用,還可誘導植物防御系統抵御病原菌入侵,從而達到生防的目的[21]。韓騰等[22]研究表明,枯草芽孢桿菌粉劑灌根后,烤煙根際微生物群落發生變化,細菌多樣性和豐富度顯著提高。張成省等[23]從煙草葉面生境分離鑒定了一株枯草芽孢桿菌,其發酵產物具有較廣的抗菌譜,對煙草常見病害如赤星病、炭疽病、根黑腐病、黑脛病及青枯病等病原菌均具有不同程度的抑制作用,且具有較強的熱穩定性,對煙草普通花葉病毒(TMV)具有較強的鈍化作用,同時可促進煙葉內多種酶活性的提高[24]。任鵬舉等[25]研究認為,枯草芽孢桿菌產生的脂肽化合物表面活性素誘導了煙草防衛相關基因的表達以抵御TMV侵染。在本研究中,單施枯草芽孢桿菌對根黑腐病和黑脛病的防治效果未達預期,這也反映了生物菌劑在病害防治方面的一大問題,即菌劑在根際的定植受環境因素的影響較大,當與苦參硫磺配合使用后,防效顯著提高,根黑腐病和黑脛病發病率顯著降低,微生物多樣性也有一定程度的提高,側面反映了苦參硫磺改善土壤微環境的潛力。當前,由于生產成本、土壤微環境的復雜性等多種原因,各大煙區病害防治仍以化學農藥為主,然后輔以生物農藥。隨著現代生物技術的廣泛應用,基因組學和蛋白組學的蓬勃發展,綠色、安全的生物源農藥具有廣闊的應用前景。

4 結論

苦參硫磺與木霉菌或枯草芽孢桿菌配合施用均對煙草黑脛病和根黑腐病具有良好的防治效果,煙草農藝性狀表現較優,并改善了煙葉物理特性。單施木霉菌或苦參硫磺與木霉菌配施使土壤真菌群落多樣性顯著提高,但對煙葉化學成分的改善不理想。推薦用藥方案:還苗期施用苦參硫磺(按1 500 g/hm2用量稀釋600倍噴施+淋根),14 d后,施用木霉菌或枯草芽孢桿菌(按1 500 g/hm2用量稀釋600倍噴施+淋根)。