不同杀菌剂对旱地连作马铃薯土壤水分效应、微生物和产量的影响

谢奎忠，胡新元，张彤彤， 邱慧珍

(1.甘肃农业大学资源与环境学院,甘肃省干旱生境作物学重点实验室, 甘肃 兰州 730070；2.甘肃省农业科学院马铃薯研究所，甘肃 兰州 730070； 3.甘肃省农业科学院， 甘肃 兰州 730070)

马铃薯(Solanumtuberosum)属于茄科，不耐连作，但是马铃薯效益高和集约化种植使得马铃薯主要产区甘肃等地的种植面积越来越大，连作年限越来越长，有些地方马铃薯连作年限长达8～10年[1]。主要因为当地马铃薯企业以订单经营销售模式为主，规模化种植，在满足旺盛订单的同时造成了马铃薯种植单一，连作加剧[2-3]。连作常导致植株生长发育不良，抗病能力降低，病害加重[4-6]。连作使旱地马铃薯土壤水分含量和水分利用效率降低[7-8]，农田土壤退化，土壤微生物区系发生变化，土壤微生物由“细菌型”向“真菌型”方向转化[9-11]，形成恶性循环，制约着马铃薯产业的健康发展。为了克服马铃薯连作引起上述问题，有学者从耕作措施[1]，施用微量元素肥料[1]，土壤生物消毒[12]，微生物肥料利用[13-14]等方面做了深入研究，研究主要集中甘肃灌区马铃薯土壤微生物多样性和土壤酶活性变化[13-15]。但是有关土壤化学消毒和菌剂利用在马铃薯连作障碍中的研究还鲜见报道，同时对于化学消毒和菌剂应用处理下旱地连作马铃薯土壤微生物变化和土壤水分响应特征仍然缺乏研究。为了寻找缓解马铃薯连作障碍的有效办法，将土壤化学消毒和菌剂利用的方法引入到干旱半干旱地区马铃薯主产区甘肃省定西市。本研究系统性地评估土壤化学消毒和菌剂应用的方法对旱地马铃薯连作障碍的防控效果，特别是对块茎产量、病害发生、微生物特征、旱地土壤水分变化和马铃薯的土壤水分利用等的研究，以期为干旱和半干旱地区马铃薯生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验设在甘肃省定西市安定区宁远镇红土村(N 35°26.346′，E 104°50.991′)，海拔2023 m，属于中温带偏旱区，日照时数2480 h，≥10 ℃积温2239 ℃。多年平均降水390 mm，年蒸发量1530 mm，为黄土高原半干旱雨养农业区，一年一熟。土壤为黄绵土，土质绵软、深厚，质地均匀，贮水性能良好[14]。0～20 cm耕层土壤有机质含量为15.50 g·kg-1，全氮含量1.04 g·kg-1，全磷含量为0.82 g·kg-1，全钾含量为24.00 g·kg-1，速效氮含量为57.00 mg·kg-1，有效磷含量为20.50 mg·kg-1，速效钾含量为351.00 mg·kg-1。试验地前茬连续4年种植马铃薯。

1.2 试验设计

试验共设5个处理分别为：1)对照(不施用杀菌剂)；2)施用杀菌剂恶霉灵；3)施用杀菌剂五氯硝基苯；4)施用哈茨木霉菌(Trichodermaharzianum)根部型；5)施用微生物土壤改良剂。在马铃薯播种时，每个处理用杀菌剂3000 g·hm-2兑水450 kg喷施马铃薯播种沟内。各处理3次重复，共15个小区，随机区组排列，小区长6 m，宽5.4 m，面积32.4 m2。

1.3 供试材料

恶霉灵：由四川国光农化股份有限公司生产。五氯硝基苯：由山西三立化工有限公司生产。哈茨木霉菌霉菌根部型：由美国拜沃股份有限公司生产。土壤改良剂：由东莞市宝德生物工程有限公司生产。

1.4 播种和田间管理

试验在2013年4月24日播种，行距60.00 cm,株距37.00 cm，密度为45000株·hm-2,施肥参照当地标准，施P2O5108 kg·hm-2、纯N 135 kg·hm-2、农家肥30000 kg·hm-2，其中1/4的氮肥在现蕾期结合培土追施，其余作为基肥施入。

田间管理同当地，6月10日开始用10%的啶虫脒开始防治蚜虫，每隔7 d防治1次，连喷施3次；7月10日开始用70%代森锰锌防治晚疫病，每7 d喷施1次，连喷施3次。

1.5 测定项目

1.5.1土壤含水量的测定 分别在马铃薯各生育期用烘干法测定0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm土层土壤含水量。所取土样在105 ℃干燥箱中烘干至恒重后称量。

土壤体积含水量=100%×(土壤湿重-土壤干重)÷土壤干重×容重(g·cm-3)
土壤贮水量(mm)=土壤体积含水量(%)×土层厚度(cm)×10
耗水量(mm)=播前贮水量-收后贮水量+生育期降水
水分利用效率(kg·hm-2·mm-1)=经济产量(kg·hm-2)÷耗水量(mm)

1.5.2晚疫病或早疫病 每小区随机取样20株，开花后期调查，计算早疫病和晚疫病发病率和病情指数[1]。

1.5.3土壤微生物测定 马铃薯成熟期用平板菌落计数法测定不同小区0～20 cm土壤中可培养细菌、真菌和放线菌的数量。

1.5.4考种项目 收获前分小区选择正常的植株20株，挖出薯块称重，求其平均值，并且记录腐烂薯块的数量和重量，记录≥75 g薯块的重量和数量和<75 g薯块的重量和数量，计算病薯率和商品薯率[16]。

个数病薯率=100%×病薯个数÷总个数
重量病薯率=100%×病薯重量÷总重量
个数商品薯率=100%×大于和等于75 g薯块个数÷总个数
重量商品薯率=100%×大于和等于75 g薯块重量÷总重量

1.5.5产量测定 按小区实收薯块的重量折算成hm2产量。

1.6 数据处理

用DPS (V13.01)软件对数据进行方差分析，LSD法多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理对连作马铃薯土壤微生物数量的影响

连作提高土壤中真菌数量，使耕层土壤微生物由“细菌型”向“真菌型”转化[9-11]。将土壤化学消毒和菌剂利用的方法引入到干旱半干旱地区马铃薯连作田时，土壤化学消毒和菌剂利用能显著降低土壤真菌数量，不同处理措施能显著降低耕作层土壤真菌的数量，同时能显著提高耕作层土壤细菌和放线菌的数量。从表1可以看出，恶霉灵、五氯硝基苯、哈茨木霉菌和改良剂处理耕作层土壤真菌的数量分别比对照显著降低49.49%、55.24%、48.85%和40.79%。恶霉灵和哈茨木霉菌处理耕作层土壤细菌的数量分别比对照显著提高77.55%和147.62%，五氯硝基苯和改良剂与对照差异不显著。恶霉灵、哈茨木霉菌和改良剂处理耕作层土壤放线菌的数量分别比对照显著提高37.81%、37.59%和81.55%。五氯硝基苯处理耕作层土壤放线菌数量与对照差异不显著。

土壤化学消毒和菌剂利用能显著提高耕作层土壤细菌与真菌比值，表明土壤微生物区系特征发生了改变，使长期连作土壤由“真菌型”向“细菌型”转化，使连作土壤逐渐恢复健康。与对照相比，哈茨木霉菌、恶霉灵、五氯硝基苯和改良剂处理耕作层土壤细菌与真菌比值分别比对照显著提高331.24%、183.50%、157.15%和108.17%。

2.2 不同处理对连作马铃薯病害的影响

连作常导致作物抗病能力降低，病害加重[4-6]，刘星等[13-15]研究表明利用生物消毒降低连作马铃薯植株发病率。本研究表明土壤化学消毒和菌剂利用能显著减轻连作马铃薯的病害。从表2可以看出，不同处理均能显著减轻马铃薯早疫病和晚疫病病害。恶霉灵、哈茨木霉菌、五氯硝基苯和改良剂处理早疫病发病率分别比对照显著降低76.92%、53.48%、58.97%和38.45%；恶霉灵、哈茨木霉菌、五氯硝基苯和改良剂处理早疫病病情指数分别比对照显著降低80.33%、58.93%、67.87%和46.47%。恶霉灵、哈茨木霉菌、五氯硝基苯和改良剂处理晚疫病发病率分别比对照显著降低60.00%、52.51%、37.50%和20.20%；恶霉灵、哈茨木霉菌、五氯硝基苯和改良剂处理晚疫病病情指数分别比对照极显著降低62.74%、56.88%、43.19%和21.59%。

表1 不同处理的连作马铃薯土壤微生物数量比较Table 1 Contrast of soil microbial biomass for different treatments

注：数据为平均值±标准差；同列不同小写字母表示差异达到显著水平(P<0.05)。下同。

Note: Data are expressed as mean±standard deviation; values in the same column followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level. The same below.

表2 不同处理对连作马铃薯病害比较Table 2 Contrast of continuous cropping potato disease for different treatments

2.3 不同处理对连作马铃薯土壤水分效应的影响

图1 各生育期不同处理0～100 cm土壤水分变化动态曲线图Fig.1 Dynamic curves of soil moisture changes in 0-100 cm soil layer for different treatments during growth period of potato A:播种 Sowing period;B:苗期 Seedling period;C:花期 Flowering period;D:膨大期 Expansion period;E:淀粉积累期 Amyloid accumulation period;F:成熟期 Mature period.

2.3.1不同处理对连作马铃薯土壤水分含量变化动态影响 从图1可以看出，马铃薯出苗进入苗期，马铃薯苗开始吸收土壤中的水分，气温开始上升，日照充足，农田里水分蒸腾量加大，土壤水分散失开始加快，不同处理因苗期发育状况不同，从土壤吸水量不同，以及苗壮弱对田间覆盖度不同进而影响田间土壤水分蒸散量不同，从而造成不同处理的土壤含水量存在差异。总体而言，进入苗期随着降水量的增加，土壤含水量总体呈上升趋势。马铃薯进入花期，甘肃定西进入雨水旺季，随着降水量大幅增加，土壤含水量迅速提高，在马铃薯的整个生育期中达到了最高水平。随后进入薯块膨大期和淀粉积累期，随着降水量的减少，马铃薯需水量的增大，土壤水分含量又急剧降低。马铃薯成熟期因降水量减少，土壤含水量最低。

在干旱半干旱雨养农业区，马铃薯发育状况取决于不同生育期土壤水分含量。张庆霞等[7-8]研究结果表明，连作 6和10 年土壤含水量明显低于连作 1和3 年，土壤干化程度随连作年限的增加而加重，土壤化学消毒和菌剂利用能提高连作马铃薯土壤含水量，减轻连作马铃薯土壤干化程度。从图1可以看出，各生育期对照的土壤含水量最低，恶霉灵处理的土壤含水量各生育期相对比较高，其次为哈茨木霉菌处理，五氯硝基苯和土壤改良剂处理基本趋于一致，只是在淀粉积累期和成熟期五氯硝基苯土壤含水量高于土壤改良剂。

2.3.2不同处理对连作马铃薯土壤水分垂直变化影响 在苗期0～20 cm土层中恶霉灵处理土壤含水量相对较高，其余处理各土层差异不明显，相互交织在一起(图2)。由于开花期降水量的增大，土壤水分含量总体增高，在20～60 cm土层中各处理土壤水分含量差异明显，恶霉灵处理的土壤水分含量最高，其次为哈茨木霉菌处理，再次为五氯硝基苯处理，之后为改良剂，对照最低，其他土层各处理的差异不明显，0～20 cm土层差异不明显与降水量大有关。在块茎膨大期由于降水量减少，马铃薯需水量增大，在0～60 cm土层中各处理土壤水分含量差异明显，恶霉灵在各土层的土壤含水量相对较高，对照在各土层的土壤含水量最低，在0～60 cm土层中哈茨木霉菌、改良剂和五氯硝基苯土壤水分含量差异开始明显。在马铃薯成熟期由于降水量减少，土壤含水量总体降低，不同处理间各土层土壤水分含量差异越明显。

图 2 不同处理连作马铃薯主要生育期0～100 cm 土层土壤含水率垂直变化Fig.2 Soil water moisture changes in 0-100 cm soil profile of different treatments during potato growth period

2.3.3不同处理对连作马铃薯土壤水分效应影响 与对照相比，恶霉灵和哈茨木霉菌处理的马铃薯耗水量分别比对照显著降低5.32%和3.80%；五氯硝基苯和土壤改良剂分别比对照降低2.67%和1.98%，且差异不显著(表3)。

同一块地连作不超过3年, 能够较充分利用有限的降水；否则，随连作年限的延长，马铃薯对水分利用效率降低[7-8]。土壤杀菌剂利用能提高连作马铃薯对土壤水分利用效率。与对照相比，恶霉灵、哈茨木霉菌和五氯硝基苯处理的马铃薯水分利用效率分别比对照显著提高31.80%、27.15%和19.26%；土壤改良剂比对照提高8.02%，且差异不显著(表3)。

2.4 不同处理对连作马铃薯产量构成因素和产量的影响

2.4.1不同处理对连作马铃薯产量构成因素的影响 前期研究表明随着连作年限的增加马铃薯收获块茎的病薯率显著增大[5]。刘星等[13-15]研究表明土壤生物消毒处理能够降低连作马铃薯薯块的发病率，前期研究表明随着连作年限的增加马铃薯收获块茎的病薯率显著增大，本研究表明土壤杀菌剂利用能显著降低连作马铃薯病薯率。不同处理都能显著降低连作马铃薯收获时的薯块病薯率。恶霉灵、哈茨木霉菌、五氯硝基苯和土壤改良剂处理马铃薯块茎个数腐病薯率分别比对照显著降低75.56%、73.03%、42.98%和64.15%；恶霉灵、哈茨木霉菌、五氯硝基苯和土壤改良剂处理马铃薯薯块重量病薯率分别比对照显著降低83.36%、80.65%、46.41%和51.97%(表4)。土壤化学消毒和菌剂利用都能显著提高马铃薯收获时的薯块商品薯率。恶霉灵、哈茨木霉菌、五氯硝基苯和土壤改良剂处理马铃薯薯块个数商品薯率分别比对照显著提高23.34%、12.75%、10.95%和10.93%；恶霉灵、哈茨木霉菌、五氯硝基苯和土壤改良剂处理马铃薯薯块重量商品薯率分别比对照显著提高20.87%、17.62%、9.18%和6.99%。

表3 不同处理对连作马铃薯水分利用效率比较Table 3 Contrast of continuous cropping potato water use efficiency for different treatments

表4 不同处理对连作马铃薯产量和构成因素比较Table 4 Contrast of continuous cropping potato yield and yield components for different treatments

2.4.2不同处理对连作马铃薯产量的影响 前期研究表明随着连作年限的增加马铃薯经济产量显著降低[5]。刘星等[13-15]研究表明采用生物消毒处理的方法增加连作马铃薯的块茎产量，本研究表明土壤化学消毒和菌剂利用能显著提高连作马铃薯经济产量。从表4可以看出，恶霉灵、哈茨木霉菌和五氯硝基苯处理的马铃薯产量分别比对照显著提高24.10%、22.25%和15.97%，改良剂处理的马铃薯产量与对照差异不显著。

3 讨论

恶霉灵作为化学农药在农业中的应用比较广泛，主要用在作物、水果等病害的防控上[17-19]。恶霉灵作为土壤消毒剂研究还是比较少见。本试验用恶霉灵进行土壤化学消毒能显著降低耕作层土壤中真菌的数量，这与刘星等[13]和黄新琦等[17]研究土壤生物消毒的结果一致，但是生物消毒过程中细菌和放线菌数量变化并不明显；本研究表明使用恶霉灵消毒不仅能降低耕作层土壤中真菌的数量，而且还能显著提高土壤中细菌和放线菌的数量，从而加快土壤微生物由“真菌型”向“细菌型”转化的速度，显著提高连作马铃薯土壤细菌与真菌比，恶霉灵处理耕作层土壤细菌与真菌比值比对照显著提高183.50%。

哈茨木霉菌是能在各种气候的土壤中存在的一种生防菌，广谱高效，安全无污染，能通过各种不同的机制抑制病原菌的生长[20-21]。本研究表明哈茨木霉菌能够有效抑制连作土壤中病原菌(真菌)数量，哈茨木霉菌处理耕作层土壤真菌的数量比对照显著降低48.85%，哈茨木霉菌还能显著提高土壤中细菌和放线菌数量，这可能与哈茨木霉菌的拮抗作用有关还需要做进一步研究。

哈茨木霉作为一种真菌杀菌剂，用于防治作物各种病害。美国用哈茨木霉麸皮制剂在大田条件下施用，来防治由立枯病菌(Rhizoctoniasolani)引起的棉立枯病，Datnoff等[22]研究了佛罗里达州哈茨木霉对镰刀菌(Fusariumspp.)引起的番茄(Lycopersiconspp.)根腐病的防治有效果。本研究中哈茨木霉能有效减轻连作马铃薯病害，提高植株抗病性，从而提高马铃薯对土壤水分的利用效率，改善旱地土壤水分状况和微生态环境，影响土壤微生物状况，使得土壤环境更加健康，从而提高旱地连作马铃薯的经济产量。哈茨木霉菌处理连作马铃薯经济产量比对照显著提高22.25%。

五氯硝基苯作为一种保护性杀菌剂，具有高效、广谱、价格低廉等优点在生产中应用十分广泛，特别是其对镰刀菌、立枯病菌等土传病害显著防效而广泛应用于多种作物的土壤处理中[23]。解林昊等[24]研究表明利用五氯硝基苯处理土壤对人参苗期病害的防效为50.11%～57.79%。本研究表明五氯硝基苯处理耕作层土壤的真菌数量比对照显著降低55.24%，土壤细菌与真菌比值比对照显著提高157.15%，显著降低了马铃薯早晚疫病发病率和病情指数，从而使马铃薯群体更健康，提高了旱地马铃薯对土壤水分利用效率，提高了连作马铃薯产量。然而刘晓漫等[23]提出我国应该重视五氯硝基苯的应用风险，逐步采取相应的监督管理措施。

改良剂对土壤微生物改良效果明显，改良剂使设施连作土壤细菌与放线菌数量显著增加，微生物总量增加，土壤真菌总数无显著变化[25-26]，这与在旱地上研究结果不同，改良剂施用后旱地马铃薯连作土壤细菌变化不大，真菌数量显著降低，放线菌数量显著增加。潘英华等[27]研究表明土壤改良剂有效保护土壤耕层，土壤饱和导水率有所提高，增加土壤保水性能, 本研究结果表明，尽管改良剂能提高甘肃定西旱地马铃薯各生育期土壤含水量，但是对连作马铃薯耗水量和水分利用效率影响差异不显著，对旱地连作马铃薯产量影响也不显著。

4 结论

采用恶霉灵进行土壤消毒和哈茨木霉菌利用方法都能够有效抑制土壤中病原菌(真菌)数量，有效减轻马铃薯病害，提高马铃薯抗病性，使马铃薯群体更加健康，进而提高马铃薯对土壤水分的利用效率，改善旱地土壤水分状况和微生态环境，进而影响旱地土壤微生物状况，使得土壤环境更健康，从而提高旱地连作马铃薯的经济产量。