生物炭与复合微生物组剂对烟草生长及青枯病的影响

张海枞，牛莉莉，邢雪霞，鲁宇童，杨 飞，赵林江，刘 园*

（1.河南省烟草公司 南阳市公司，河南 南阳 473000；2.河南中烟工业有限责任公司，河南 郑州 450000）

青枯病（bacterial wilt disease）是我国危害较为严重的细菌性土传病害之一，其致病菌为茄科劳尔氏菌（Ralstonia solanacearum，简称青枯菌），该菌多样性高、寄主范围广，严重威胁农作物生产［1］。烟草是我国重要的经济作物，由于烟田土壤退化、耕种指数增加等因素的影响，使得土传病原菌侵染而引起的青枯病害逐年加剧，已成为国内烟草可持续健康发展的重要限制因子［2］。河南省南阳烟区是烟草青枯病发生的典型区域，严重影响了烤烟产质量的提升。在实际生产过程中，往往采用化学药剂进行烟草青枯病防治，但长期施用化学药剂易导致土壤微生态系统的失衡，反而给土壤带来巨大负担而导致土壤问题增多和病虫害加剧［3］。因此，如何有效生态防控烟草青枯病是烟草生产中重点关注的问题。

青枯菌主要从土壤中侵染作物根系，因此调控土壤微生态环境是有效防控烟草青枯病的主要途径之一。生物炭是有机物质在缺氧或低氧条件下热裂解形成的固体产物，由于其疏松多孔的性质、较大的比表面积和阳离子交换量［4］，能为土壤微生物生长繁衍提供良好的栖息环境及营养物质，是近年来研究土壤改良和微生态调控的热点［5］。研究表明，施用生物炭对防控番茄青枯病［6］、辣椒疫霉病［7］和黄瓜猝倒病［8］等土传病害有较好的效果，说明生物炭在生态防控土传病害方面有巨大的应用前景。也有研究发现，使用生物炭能够减少烟草黑胫病和青枯病等病害的发生，从而提高烤烟产质量［9］。研究表明，多黏类芽孢杆菌（Paenibacillus polymyxa）和哈茨木霉菌（Trichoderma harzianum）对青枯菌有较好的抑菌效果［10］，在烟草盆栽和田间试验中也发现对青枯病较好的防控效果［11］。复合微生物组剂将多种目标微生物经工业化扩繁后加工制成活菌制剂，因此相对施用单一微生物菌剂而言，施用复合微生物组剂对改良土壤和预防土传病害有更好的效果［12］。研究发现，施用复合微生物组剂能更好地达到减少化学药剂施用量、改良土壤微生态环境和促进植物生长的效果［13］。

由于生物炭、多黏类芽孢杆菌和哈茨木霉菌组剂在土壤改良和微生态调控方面有重要的应用潜力，目前土壤中施用单一生物炭以及微生物菌剂防治土传病害已有研究，但关于二者同时施用能否更好地协同抑制烟草青枯病害发生的研究鲜有报道。因此，本研究以烟草为试验材料，研究生物炭及配施复合微生物组剂对烤烟生长、土壤理化性质、微生物数量及经济性状的影响，探索防治烟草青枯病难题的措施，以期为烟草青枯病防控提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2020年在河南省南阳市内乡县灌涨镇试验田进行。烟田地势平坦，灌溉排水方便。供试烟草品种为豫烟10号，试验田土壤类型为黄棕壤土。按照当地生产技术方案，各处理烟田均施用复合肥（15∶15∶15）、饼肥、硫酸钾、硝酸钾，施纯氮60 kg/hm2，氮磷钾比均为1∶1.5∶3，施饼肥375 kg/hm2。其中，复合肥、饼肥于移栽前穴施，硫酸钾、硝酸钾用于追施。生物炭购自河南商丘三利新能源有限公司，为小麦秸秆在500 ℃低氧炭化30 min而成，其基本理化性质为：比表面积16.54 m2/g、容重0.21 g/cm3、pH值9.28、有 机 炭234.91 g/kg、全氮2.27 g/kg、全磷6.26 g/kg、全钾41.78 g/kg。复合微生物组剂为多黏类芽孢杆菌和哈茨木霉菌剂复配而成，由河南省农业科学院植物保护研究所提供，每1 mL菌剂活菌数量约108个。

1.2 试验设计

试验共设置4个处理。CK：对照处理；T1：施用生物炭处理；T2：施用复合微生物组剂处理；T3：施用生物炭+复合微生物组剂处理。每个处理重复3次，共12个小区，每小区面积约0.067 hm2，不同小区随机排列。

根据前期的试验结果，试验田生物炭施用量为1800 kg/hm2，烟苗移栽前将生物炭作基肥条施。复合微生物组剂采用穴施，每株烟施2 mL菌液，移栽时用水稀释后灌入烟株根部。烟苗于5月10日移栽，栽植密度16500株/hm2。其他生产管理措施参照《内乡县优质烟叶生产管理技术规程》进行。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 烟株农艺性状的测定 根据《烟草农艺性状调查测量方法》YC/T 142─2010标准［14］，于旺长期（移栽后60 d）选取各小区具有代表性的烟株，测定烤烟的株高、有效叶数、最大叶长和最大叶宽等农艺性状指标，并计算最大叶面积，其中最大叶面积=最大叶长×最大叶宽×0.6345。

1.3.2 植烟土壤指标的测定 移栽后60 d，每个试验小区内按照“S形线路”采集0～20 cm土层根际土壤，混合土样以“四分法”平均作为分析样品。部分土壤去除碎石、根系等杂物后立即放入4 ℃冰箱中保存，用于测定土壤微生物数量；剩余土壤于阴凉处风干后过2 mm网筛，用于土壤理化性质测定。

参照鲍士旦方法［15］，采用电位计法测定土壤pH；采用重络酸钾容量法测定土壤有机质含量；采用扩散吸收法测定土壤碱解氮含量；采用NaHCO3-钼锑抗比色法测定土壤速效磷含量；采用NH4OAc浸提—火焰光度法测定土壤速效钾含量。

采用稀释涂布平板法［16］测定土壤微生物数量，其中细菌培养采用牛肉膏蛋白胨培养基、真菌采用马丁氏培养基、放线菌采用改良高氏一号培养基进行培养。青枯病原菌采用RS选择性培养基。

1.3.3 烤烟青枯病害的调查 在旺长期（移栽后60 d）调查各小区青枯病发病株数，并进行病害严重度分级。分级标准参照GB/T 23222─2008《 烟草病虫害分级及调查方法》［17］。

发病率=（发病株数/调查总株数） ×100%；

病害指数=［∑（各级病株×该病级值）/（调查总株数×最高级值）］×100。

1.3.4 烤烟经济性状的测定 采烤结束后，对每小区烟叶进行分级，依据当地烟叶收购价格计算烤烟产量、均价、产值和中上等烟比例等经济性状指标。

1.4 数据处理

采 用Microsoft Excel 2010进 行 数 据 统 计，SPSS 21.0软件进行差异显著性分析，Origin 9.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对烟株农艺性状的影响

如表1所示，与CK相比，T1、T2和T3处理下烟株各项农艺性状指标均有不同程度的提高，且基本表现为T3＞T1＞T2＞CK。相比于对照处理，T1处理下烟株的株高、有效叶数、最大叶宽和最大叶面积分别显著提高了15.75%、39.62%、16.56%和29.86%；T2处理下烟株有效叶数较对照处理显著提高了21.73%；T3处理下烟株各项农艺性状指标相比对照处理提升幅度最大，株高、有效叶数、最大叶长、最大叶宽和最大叶面积增幅分别达43.59%、56.60%、22.55%、26.88%和51.86%，且均与对照处理差异显著。与T1和T2处理相比，T3处理下烟株株高和最大叶面积均显著提高，其中株高增幅分别达24.05%和37.59%，最大叶面积增幅分别达16.94%和33.01%。在有效叶数和最大叶宽上，T3处理与T1处理之间差异并不显著，而T3处理相比T2处理分别显著提高了28.65%和18.16%。T1、T2和T3处理间的最大叶长差异不显著。

表1 不同处理下烟株农艺性状

2.2 不同处理对植烟土壤理化性质的影响

如表2所示，相较于对照处理，T1、T2和T3处理均不同程度地提高了植烟土壤理化性质指标。与CK相比，T3处理下土壤pH值显著提高了9.51%，T1和T2处理下土壤pH值较对照处理有一定程度的提升，但差异不显著。T1和T3处理下土壤碱解氮含量较对照处理分别显著提高了20.79%和43.42%。在土壤有机质、速效磷和速效钾指标上，T1、T2和T3处理相比于对照处理均有显著提高，其中有机质含量增幅分别达24.10%、12.71%和33.93%，速效磷含量增幅分别达26.27%、25.42%和75.14%，速效钾含量增幅分别达45.28%、31.69%和53.07%。

表2 不同处理下植烟土壤理化性质

由T1、T2和T3处理间的比较发现，植烟土壤理化性质指标基本呈现T3＞T1＞T2。在T1和T2处理间比较，土壤理化性质指标以T1处理下相对较高，但各指标均无显著差异。T3处理下土壤各项理化性质指标均高于T1和T2处理，其中T3处理下土壤有机质和速效钾含量较T2处理分别显著提高了18.83%和16.23%，T1和T3处理在土壤有机质和速效钾含量指标上无显著差异。相比于T1和T2处理，T3处理下土壤碱解氮和速效磷含量均有显著提高，其中碱解氮含量增幅分别达18.73%和29.87%，速效磷含量增幅分别达38.71%和39.64%。在土壤pH值指标上，虽表现为T3＞T1＞T2的趋势，但处理间无显著差异。

2.3 不同处理对植烟土壤微生物数量的影响

由图1可知，与对照处理相比，T1、T2和T3处理的植烟土壤细菌数量、放线菌数量和微生物总量均有不同程度的提高，而真菌数量（除T1处理外）、青枯病原菌数量和青枯病原菌/细菌均有所降低。不同处理下土壤细菌数量、放线菌数量和微生物总量表现为T3＞T2＞T1＞CK，土壤青枯病原菌数量和青枯病原菌/细菌表现为CK＞T1＞T2＞T3处理，土壤真菌数量表现为T1＞CK＞T2＞T3。

图1 不同处理对植烟土壤微生物数量的影响

相比于对照处理，T1、T2和T3处理的土壤细菌数量和微生物总量以及T2和T3处理下土壤放线菌数量均有显著提高，这3个处理的细菌数量增幅分别达33.84%、68.55%和144.69%，微生物总量增幅分别达33.98%、67.96%和142.15%，T2和T3处理的放线菌数量增幅分别达167.21%和255.19%。在T1、T2和T3处理间进行比较，它们在土壤细菌数量、真菌数量、放线菌数量、微生物总量、青枯病病菌数量、青枯病原菌/细菌等指标上均有显著差异。相比于T1和T2处理，T3处理下土壤细菌数量分别显提高了82.82%和45.17%，土壤放线菌数量分别显著提高了236.79%和32.92%，土壤微生物总量分别显著提高了80.74%和44.17%。在T1和T2处理间进行比较，T2处理的土壤细菌数量、放线菌数量和微生物总量均显著高于T1处理，增幅分别达25.93%、153.37%和25.36%。

与对照处理相比，除T1处理下土壤真菌数量有显著升高外，其他处理下土壤真菌数量、青枯病原菌数量和青枯病原菌/细菌均有显著降低。在土壤真菌数量指标上，相比于对照处理，T1处理下土壤真菌数量显著提高了18.44%，而T2和T3处理下土壤真菌数量分别显著降低了25.76%和43.35%。在T1、T2和T3处理间进行比较，T3处理下土壤真菌数量较T1和T2处理分别显著降低了52.16%和23.68%，T2处理下土壤真菌数量较T1处理显著降低了37.32%。在土壤青枯病原菌数量和青枯病原菌/细菌指标上，相比于对照处理，T1、T2和T3处理下土壤青枯病原菌数量分别显著降低了33.36%、50.49%和55.53%，青枯病原菌/细菌分别显著降低了51.18%、71.30%和80.18%。在T1、T2和T3处理间进行比较，T3处理下土壤青枯病原菌数量和青枯病原菌/细菌均显著低于T1和T2处理，其中土壤青枯病原菌数量降幅分别达33.27%和10.17%，青枯病原菌/细菌降幅分别达59.39%和30.93%。相比于T1处理，T2处理下土壤青枯病原菌数量和青枯病原菌/细菌均显著降低，降幅分别达25.71%和41.21%。

2.4 不同处理对烤烟青枯病害发生的影响

由图2可知，与对照处理相比，T1、T2和T3处理下烤烟青枯病发病率和病情指数均有不同程度的降低，且均表现为CK＞T1＞T2＞T3。相比于对照处理，T1、T2和T3处理下烤烟青枯病发病率分别显著降低了46.67%、59.99%和66.67%，青枯病病情指数分别显著降低了54.21%、77.13%和83.09%。在T1、T2和T3处理间进行比较，以T3处理下烤烟青枯病发病率和病情指数显著较低，相比于T1和T2处理，T3处理下烤烟青枯病发病率分别显著降低了37.50%和16.67%，青枯病病情指数分别显著降低了63.08%和26.08%。相比于T1处理，T2处理下烤烟青枯病发病率和病情指数分别显著降低了25.01%和50.05%。

图2 不同处理下烤烟青枯病发生情况

2.5 不同处理对烤烟经济性状的影响

如表3所示，与对照处理相比，T1、T2和T3处理下烤烟产量、均价、产值和中上等烟比例等经济性状指标均有不同程度提高，基本表现为T3＞T1＞T2＞CK。相比于对照处理，T1和T2处理下烤烟产量和中上等烟比例虽有一定程度提高，但差异不显著。T3处理下烤烟产量和中上等烟比例较对照处理分别显著提高了4.57%和9.47%。在T1、T2和T3处理间进行比较，以T3处理下烤烟经济性状指标表现最好。与T1和T2处理相比，T3处理下烤烟产值和中上等烟比例均有显著提高，其中烤烟产值增幅分别达9.01%和12.06%，中上等烟比例增幅分别达6.14%和7.31%。在均价指标上，T3处理较T2处理显著提高了9.52%，而T3处理和T1处理间无显著差异。T1和T2处理间比较，烤烟产量、均价、产值和中上等烟比例等经济性状指标虽以T1处理下相对较高，但T1与T2处理相比无显著差异。

表3 不同处理下烤烟经济性状

3 讨论

生物炭和复合微生物组剂作为生态良好的土壤改良剂，单施或混合施用均能有效促进烟株生长，改善农艺性状指标。以生物炭和复合微生物组剂配施处理下烟株各项农艺性状指标提升幅度最大，而且相较于生物炭或复合微生物组剂单一施用处理，二者配施处理下烟株株高和最大叶面积均有显著提高。烤烟是以收获叶片为主的经济作物，最大叶面积指标的显著提升对提高烤烟产量和经济效益有重要意义。前人研究认为，由于生物炭富含孔隙且自身含有营养元素，有利于烟草的生长［18］。同时复合微生物组剂的施用对土壤青枯菌有抑制效应，生物炭的多孔隙结构为有益微生物提供了良好的繁衍环境，有利于减少青枯病的发生而促进烟株生长［19］，这也与本研究中生物炭和复合微生物组剂单施或混合施用处理下烟株农艺性状指标明显提升的结果一致。另外，施用生物炭和复合微生物组剂对烟草的促生作用，可能与二者改善了土壤理化性质和微生态环境有关［20］。

在本试验中，相比于对照处理，生物炭和复合微生物组剂单施或混合施用均不同程度提高了植烟土壤理化性质指标，尤其是二者配施处理下较对照处理显著提高了植烟土壤pH值，这可能是由于生物炭具有极强的吸附能力和较大的离子交换量，可改善土壤阳离子或阴离子交换量，加之复合微生物组剂的配施提高了土壤的保水保肥能力［21］。相比于生物炭或复合微生物菌剂单一施用，二者配施处理下土壤碱解氮和速效磷含量均有显著提高，施用生物炭在一定程度上能促进土壤碱解氮释放量增加，加之微生物对土壤中氮素具有固定作用，进一步改善了植烟土壤中碱解氮含量［22］。土壤中速效磷含量的增加可能与生物炭本身为植物秸秆碳化而来有关，配施复合微生物组剂后进一步提高了土壤速效磷含量，这可能与有益微生物的活动有关［23］，需要进一步的研究。综合来看，生物炭和复合微生物组剂配施能够发挥互作效应，有利于提高植烟土壤养分和改善土壤酸化状况。

以往研究表明，土壤中青枯菌的数量与作物青枯病发病率呈显著正相关［24］，因此降低烟株根际土壤中病原菌数量对青枯病防控至关重要。生物炭的多孔性和巨大的比表面积为土壤中细菌、真菌和放线菌等微生物的生存繁衍提供了良好的栖息地，同时本身富含的碳源也能促进微生物的生长［25］。多黏类芽孢杆菌和哈茨木霉菌对青枯菌有较好的抑制作用，通过与生物炭的配合施用更有利于抑制土壤中的病原菌。值得关注的是，单一施用生物炭处理下土壤中真菌数量显著提高，这可能是由于生物炭为微生物活动提供了充足的碳源，从而提高了真菌的活性［26］。生物炭配合施用复合微生物组剂处理下，土壤中真菌数量有显著降低的趋势，这可能与多黏类芽孢杆菌和哈茨木霉菌的活动有关，土壤微生物群落结构逐渐从“真菌型”向适宜作物生长的“细菌型”转化，土壤中的病原菌失去了寄主或改变了其生活环境，进而影响土壤微生物的生长、发育和代谢，由此改变了原有的微生物体系结构［27］；另外，细菌的快速繁殖在一定程度上抑制了有害真菌的生存。本试验中，生物炭和复合微生物组剂单施或混合施用处理下土壤青枯病原菌数量和青枯病原菌/细菌均有所降低，且以配施处理下降幅最大。研究表明，生物炭和有益微生物菌剂能有效降低植烟土壤中青枯病原菌数量［28］，这与本试验的结果一致，说明生物炭和复合微生物组剂配施能更有效地调控植烟土壤微生物区系，改善植烟土壤微生物群落结构和多样性，使土壤微环境向健康土壤转变，从而实现有效防控青枯病的目的［29］。这也是生物炭和复合微生物组剂配施处理下，烤烟青枯病发病率和病情指数显著较低的重要原因。

在本试验中，生物炭和复合微生物组剂配施处理下烤烟经济性状表现最好，相对于二者单一施用，烤烟产值和中上等烟比例均有显著提高。结合本试验结果可以看出，生物炭和复合微生物组剂配施处理有效改善了植烟土壤环境并促进了烤烟生长发育，烟草青枯病发病率和病情指数显著降低，保证了烤烟产质量的形成，提升和优化烤烟经济性状指标。

4 结论

总之，生物炭和复合微生物组剂配施处理能发挥互作效应、有效改善植烟土壤理化性质、改善根际土壤微生物群落结构、减少青枯病原菌数量，以维持土壤微生态平衡，在促进烟株生长发育的同时，减少青枯病发生，从而提高烤烟种植经济效益。