设施黄瓜根结线虫病发生危害与土壤酶活相关性研究

王宏宝,毛 佳,2*,曹凯歌,周长勇,吴险平,赵桂东

1.江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所,江苏 淮安 223001

2.淮安市农业科技实业科技总公司,江苏 淮安 223001

根结线虫（Meloidogyne incognita）是危害最严重的植物病原线虫，在世界各地广泛分布，可寄生于3000 多种植物，尤以茄科、葫芦科和十字花科等植物受害严重[1]。据估计，在全世界农业生产每年因各类灾害造成的总损失中，根结线虫的危害约占到5%左右，多达500 亿美元[2]。黄瓜是我国重要蔬菜种类，近年来随着日光温室黄瓜栽培面积的逐步扩大和复种指数的提高，根结线虫危害日趋严重，并已成为黄瓜生产中的主要障碍，一般危害造成减产20%～30%，严重的达70%以上，甚至绝收[3,4]。

土壤酶和土壤微生物是土壤重要的组成部分，其活性和数量变化是土壤质量变化的重要指标。土壤酶参与土壤的物质和能力循环，与土壤有机质含量、土壤养分相关，其活性是土壤肥力的重要指标之一，甚至有人根据土壤酶活性将土壤分级，以此来评价农业土壤的生产力水平[5]。土壤微生物是土壤酶的重要来源，其群落多样性不仅与土壤酶变化相关，而且对农业可持续发展有重要意义，有文章称应用外源微生物提高土壤养分利用率和防治植物病虫害的发生是未来农业发展的方向[6,7]。本研究通过测定设施黄瓜田根结线虫群体变化、黄瓜病情指数与土壤蔗糖酶、土壤过氧化氢酶、土壤脲酶、土壤多酚氧化酶等变化关系。了解土壤酶活性与黄瓜发病指数及根结线虫发生数量的变化规律，为线虫综合防治提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地选择在淮安丁集镇设施大棚黄瓜田。黄瓜于2017 年10 月30 日定植在大棚里，试验地采用本地常规水肥管理，耕作方式为一年一季种植黄瓜（即每年10 月份到次年的7 月）。定植前施足基肥，结合耕地翻入土中。每亩施农家肥料8500～9500 kg、三元复合肥(N：P2O5：K2O=21：13：18)50 kg。次年7 月初拉秧。追肥时期采用膜下滴灌方式，定植至开花前，滴灌1 次，施高氮型大量元素水溶肥料5～10 kg。开花座果期追施磷肥1 次，结果期视植株长势进行灌溉，高氮型与高钾型水溶肥料交替使用，每次每亩肥料用量为5～10 kg。

1.2 试验作物与病害对象

试验作物为黄瓜，品种为津研35，砧木为黑籽南瓜。研究病害对象为黄瓜根结线虫病。全生育期未采用药剂灌根等形式对根结线虫进行防治；其他叶面病害、虫害（如灰霉病、霜霉病、黑星病、蚜虫等）采用常规药剂（如克露、凯泽、吡虫啉等药剂）兑水进行叶面喷雾防治。

1.3 土壤取样与理化指标测定

按照“Z”型随机选取五点采集0～30 cm 土层样本，在上中下3 个土层分别取样，带回实验室自然阴干后过筛，分装后送检给测试公司进行各个样本指标测定，测定试验重复3 次。取样时间在定植时(0 个月)和定植后的38 d、68 d、128 d、188 d、218 d 采样取土。所选测定方法为：土壤多酚氧化酶测定采用紫色没食子素比色法；土壤脲酶采用靛酚蓝比色法；蔗糖酶采用3,5-二硝基水杨酸比色法；酸性蛋白酶采用磷钼酸比色法；纤维素酶采用蒽酮比色法；土壤有机质采用重络酸钾容量法。

1.4 线虫计数与病害诊断分级方法

土壤线虫记数测定中取样土为0～30 cm 混合土（取样方法同1.3），取混合土样100 g，采用浅盘法分离线虫24 h，在体视解剖镜下计数。同时取50 g 测定土壤含水量，计算100 g 干土中线虫的数量[8]，线虫记数试验重复3 次。病害级别诊断方法采用“根畸变百分率法”划分砧木嫁接黄瓜根结线虫病害严重度等级[9]；具体分级方法如下所示。0 级：所有根系均无根结和肿胀部位；1 级：0%＜受根结线虫危害根肿胀部位或根结＜10%；2 级：10%≤受根结线虫危害根肿胀部位或根结＜25%；3 级：25%≤受根结线虫危害根肿胀部位或根结＜50%；4 级：50%≤受根结线虫危害根肿胀部位或根结＜75%；5 级：75%≤受根结线虫危害根肿胀部位或根结≤100%。病情指数=［∑(各病级植株数×病级数值)/(调查总植株数×最高病级数)］×100[9,10]；不同时期分别选取15 株黄瓜（每5 株为一个重复）观察根结发生情况并统计病情指数。

1.5 数据处理

试验数据和图表通过Excel 和SPSS19.0 进行分析处理。

2 研究结果

2.1 设施黄瓜病情指数与土壤中根结线虫二龄幼虫J2 数量变化情况

研究发现，随着种植时期的延长，试验田内土壤J2种群数量和设施黄瓜病情指数均呈现整体上升趋势，这与前人的试验结果相似[11,12]，分析认为这与试验前期土壤中存有线虫有直接关系；另外随着后期气温逐渐变暖，适宜的土壤温、湿度更利于根结线虫存活、孵化和增殖。有研究指出，当田间温度处于22～28 ℃时，南方根结线虫侵染能力明显增强，且侵染3 d 后即可表现明显症状[13]。试验在定植后68 d 内，线虫数量无显著增加，观察根部无根结发生，病情指数为0；128 d 后线虫成显著增长态势，根结产生，病情指数为20，之后在188 d 和218 d 调查时，线虫繁殖量加大，对黄瓜危害加重，病情指数在218 d 达到最高。

图1 不同时期线虫群体变化曲线Fig.1 Curve of the number of nematodes in different periods

图2 不同时期黄瓜病情指数变化曲线Fig.2 Curve of cucumber disease index in different periods

2.2 设施黄瓜大棚不同时期土壤酶活性与有机质含量的测定

不同采样时间土壤多酚氧化酶活性测定如图3 所示，趋势线为y=-4.7539x+64.953。整个生育期内，数值呈现逐渐下降的趋势；不同时间土壤酸性蛋白酶活性测定如图4 所示，趋势线为y=-0.0698x+0.6686。表现为，最高峰出现在定植后38 d，指标值为1.16，其他5 个时间段测定的数据变化平稳，差异不大。土壤纤维素酶变化如图5 所示，在定植期和收获末期指标值在45 左右，趋势线为y=0.3419x+46.234。最高值仅为56.22，最高峰值出现在定植后128 d，种植初期和末期土壤纤维素酶变化无显著差异。不同时间土壤脲酶活性测定如图6 所示，趋势线为y=88.712x+312.37。整个生育期内，数值呈现逐渐上升的趋势，从定植时的366.09 上升到收获期的781.24。不同时间土壤蔗糖酶变化规律测定如图7 所示，趋势线y=4.966x+69.942。整个生育期内，数值呈现逐渐上升的趋势，从定植时为97.21，之后的68 d 内指标值逐渐降低，随后在定植128 d 和218 d 出现两个高峰，指标值分别为101.96 和124.32。不同时间土壤有机质测定如图8，趋势线为y=0.1804x+5.2826。最高值出现在定植后的68 d，指标值为7.63，其他5 个时间段测定的数据变化平稳，差异无显著变化。

图3 不同时期土壤多酚氧化酶变化曲线Fig.3 Curve of soil polyphenol oxidase in different periods

图4 不同时期土壤酸性蛋白酶变化曲线Fig.4 Curve of soil acid protease in different periods

图5 不同时期土壤纤维素酶变化曲线Fig.5 Curve of soil cellulase in different periods

图6 不同时期土壤脲酶变化曲线Fig.6 Curve of soil urease in different periods

图7 不同时期土壤蔗糖酶变化曲线Fig.7 Curve of soil invertase in different periods

图8 不同时期土壤有机质变化曲线Fig.8 Curve of soil organic matter in different periods

2.3 线虫发生动态及黄瓜病情指数与土壤酶活性指标相关性分析

对田间采集的各项指标进行相关性分析显示，土壤中线虫数量与黄瓜病情指数呈现显著正相关，相关系数为0.991；黄瓜病情指数与土壤蔗糖酶、土壤脲酶活力呈现正相关，相关系数分别为0.661、0.503；与土壤多酚氧化酶、土壤酸性蛋白酶、土壤纤维素酶呈现负相关，相关系数为-0.807、-0.343、-0.130；土壤酶指标间的相关性分析显示：土壤脲酶与土壤纤维素酶和有机质为正相关，相关系数较大为0.748、0.792，与土壤酸性蛋白酶和土壤多酚氧化酶存在负相关，系数为-0.544 和-0.354。

表2 土壤酶活等指标变化与线虫发生动态及黄瓜病情指数相关性分析Table 2 Correlation between soil enzyme activity and nematode hazard indicators

3 讨论

土壤酶是土壤新陈代谢的重要因素[14]。酶活性包括已积累于土壤中的酶活性，也包括正在增殖的微生物向土壤中释放的酶活性，它主要来自微生物以及其它有机组织（植物活体及其残体、动物活体及其遗骸）[15]。在植物生长发育过程中，根系作为植物和土壤的重要界面，不仅是吸收和代谢器官,同时也是强大的分泌器官。根系一方面从生长介质中摄取养分和水分，另一方面也向生长介质(土壤、营养液等)中溢泌或分泌质子、离子和大量的有机物质[16]。不同植物分泌物的种类差异较大，在分泌的有机物中有可溶性物质如糖、氨基酸、有机酸等，还有极少量的脂肪酸和甾类化合物，以及微量的生长物质和酶类等[17-19]。植物除了向根际分泌氨基酸、有机酸等有机物为微生物提供营养和能源外,还可分泌大量的酶类，对有机污染物起直接降解作用。Knudson L.[20]发现了根分泌物中存在转化酶，Heinrich D,et al.[21]也在小麦的根分泌物中找到了转化酶。此后人们又在植物根部分泌物中陆续发现了磷酸酶、蛋白酶、淀粉酶、过氧化氢酶等[22]。

土壤蔗糖酶能够水解蔗糖变成相应的单糖而被机体吸收，其酶促作用产物与土壤中有机质、氮、磷含量，微生物数量及土壤呼吸强度密切关，是评价土壤肥力的重要指标。试验中，土壤蔗糖酶指标在全生育期呈现“W”字型变化，与线虫发生消长和病情指数呈正相关，初步表明土壤肥力水平高低对蔗糖酶和线虫消长影响较大。土壤有机质是土壤固相部分的重要组成成分，其含量水平是衡量土壤肥力的重要指标之一，土壤有机质对土壤形成、土壤肥力、环境保护及农林业可持续发展等方面都有着极其重要的作用。试验发现，土壤有机质变化对线虫消长和植株病情发展影响不大，相关系数仅为0.064 和0.040。土壤纤维素酶和土壤酸性蛋白酶全生育期变化平缓，相关性分析，根结线虫的危害程度（黄瓜病指）对土壤纤维素酶和土壤酸性蛋白酶变化影响较小，相关系数为-0.130 和-0.343。脲酶是土壤中的主要酶类之一，是唯一对尿素在土壤中的转化及作用有重大影响的酶。脲酶活性过低，会影响尿素的利用率。本试验中，土壤脲酶在全生育期表现为总体上升趋势，与线虫消长成正相关。有报道称，土壤多酚氧化酶主要来源于土壤微生物、植物根系分泌物及动植物残体分解释放，用于土壤环境修复。研究发现，土壤多酚氧化酶和线虫消长、病情指数呈负相关-0.829、-0.807，分析认为，可能由于黄瓜受到线虫侵染危害后，植株体内释放该类酶下降所致有关。那么对于是否是因黄瓜根部受线虫侵染影响而导致植株分泌该酶能力下降的原因，还需要进一步研究论证。另外，试验采用全生育期进行取样测试与观察，在不同的生长时期，土壤中各类酶活和有机质指标也会受到当时肥水、用药管理措施等影响会出现某种波动，例如，土壤酸性蛋白酶在38 d 与土壤有机质在68 d 所表现的非特异性峰值很可能和当时的肥水变化等农事操作有关。关于设施大棚中肥水变化、农事操作等措施对土壤酶等指标的影响关系也值得进一步研究。