生物炭肥对易感根结线虫病烤烟根际菌群和理化性质的影响

赵娅红　胡骞予　夏融　王志江　谢永辉　叶贤文　余磊　齐颖　羊绍武　薛至勤　吴治兴　黄飞燕　韩天华

摘要：为明确生物炭肥对烟草根结线虫病及根际土壤的影响，通过田间试验研究拌塘施用不同量生物炭肥对烟草根结线虫病株根际土壤的影响。结果表明，常规施肥减量10%拌塘施用酵素生物炭肥能够显著降低烟草根结线虫病的病情指数，其中酵素生物炭肥施用量为350 g·株?1时，根结线虫病防治效果较好，防治效果达23.98%，且烟株农艺性状表现较好；根际土壤中过氧化氢酶、脲酶和磷酸酶活性较高，酚酸物质含量降低，化感自毒作用减弱。各处理土壤真菌数量均随生育期的推进呈先增高后降低趋势，其中酵素生物炭肥施用量为350 g·株?1时，根际土壤中的细菌量随生育期推进逐步降低。各生育期土壤中均表现为真菌数量较高，细菌数量较低，真菌/细菌值较高，说明在烟草种植中，减量施肥10%同时拌塘施用酵素生物炭肥350 g·株?1能提高土壤中真菌数量，降低土壤中细菌数量，显著提高土壤肥力及土壤酶活性，为生物炭肥对易感根结线虫病根际微生态调控提供了科学依据。

关键词：生物炭肥；烟草；根结线虫病；根际土壤

doi：10.13304/j.nykjdb.2022.0848

中图分类号：S572 文献标志码：A 文章编号：10080864（2024）04020609

烟草根结线虫病是全球烟草生产上主要线虫病害之一[1-3]。烟田因长期连作造成了较高的线虫基数，使得根结线虫病成为目前我国烟草产区普遍发生的病害[4-6]。由于根结线虫寄生在烟草根系，会引起根结或形成结瘿，导致根组织的生理活动受到抑制，进而使植株生长缓慢，叶尖和叶缘出现内卷现象；由于根结线虫在烟草根部寄生时间长，可引起多种真菌及细菌性病害发生，严重影响烟叶品质。根结线虫还可以在寄主体内积累大量毒素，从而引起植物细胞病变，甚至使其死亡，降低烟叶产量。因此，开展烟草根结线虫综合防治具有重大意义。当前，农业生产中防治烟草根结线虫病所用的化学杀虫剂不仅危害人畜健康，还污染生态环境[7]。随着烟叶安全性越来越受到重视，绿色安全地控制烟草根结线虫已变得越来越重要[89]。

生物炭是指生物材料经高温裂解后，在无氧和缺氧条件下生成的物质[10]。研究证明，生物炭能够增加烟田土壤有机质，减少土壤养分损失，有效改善烟叶生长发育，提高烟叶产量和品质[11]。此外，生物炭肥能够显著增加土壤有机碳含量，提高土壤酶活性及土壤微生物数量，从而有效地维持土壤微生态平衡，恢复土壤生态功能，对烟草根结线虫、黑胫病、小麦根腐病及其他典型土传病害均有一定的防治效果[1213]。生物炭对土壤中氮、磷、钾等元素的影响较小，但可以显著增加土壤有机碳含量，促进土壤向好的方向转化，从而提高土壤有机质和腐殖质含量[1415]，且在一定程度上提高土壤对氮、磷、钾及钙、镁等元素的吸持量[1617]。Chan等[18]发现，生物炭可以显著增加氮肥利用效率，将生物炭和其他有机或无机肥料混合施用可以增加作物产量。

当前，生物炭在大豆、水稻、小麦等作物上的增产作用已有研究报道[19-24]，但在烟草上的研究较少。近年来，生物质炭在根结线虫危害方面的作用引起了人们的广泛重视。Huang等[25]发现，以麻梨木为原料在土壤中加入适量生物质炭，能够降低水稻根结线虫病害的发生。陈威等[26]研究显示，加入适量生物炭肥对番茄生物量的累积具有促进作用，且对番茄感染根结线虫病有一定抑制作用。生物炭肥对防治烟草根结线虫病的研究尚未见报道。因此，为了探讨施用生物炭对植烟土壤防治根结线虫的效果，本研究通过田间小区试验，设置不同的生物炭肥施用量，研究其对烟草根结线虫病的防控效果及对烤烟生长发育、土壤养分、土壤酶活性和酚酸类物质等的影响，以期为昆明烟区烟草安全生产工作提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验设计

供试烟草品种为‘红花大金元。于2019年4—10月，在安宁市八街镇（24°91′ N，102°47′ E）开展田间试验。该地为具有严重根结线虫病发病史的植烟区（最近3年或3年以上均有根结线虫病发生，且发病率大于25%）。以常规施肥为对照（CK），在常规施肥减量10% 情况下分别拌塘施用酵素生物炭肥250（T250）、300（T300）和350 g·株?1（T350），共计4个处理。处理间采用随机区组排列，每处理100株，重复3次。供试酵素生物炭肥的基本理化性状为：全碳70%～80%，水分10%，pH 8.7，总氮0.9%，总磷2.7%，总钾1.2%。所有试验小区烟草均按当地常规操作进行管理。

1.2 土壤样品采集

采用“S”形五点取样法采集土壤样品，分别在团棵期（移栽后30 d）、旺长期（移栽后60 d）和成熟期（移栽后90 d）采集各处理近烟株根部10 cm处，直径3 cm、深度15 cm 的根际土壤样品约1 000 g，4 个处理3 个时期共计12 个样品，重复200 g装入无菌袋中迅速放入干冰盒中，带回实验室置于?80 ℃冰箱保存，用于高通量测序；剩余800 g用于测定土壤养分含量和土壤酶活性，并记录土壤样本基本信息。

1.3 试验方法

1.3.1 不同施用量烟株根结线虫病病害调查

取5 点取样方法，每点不少于50 株，按照GB/T23222—2008[27]的方法于烤烟采烤末期调查各处理烟株根结线虫病的发病情况，计算发病率、病情指数和相对防治效果，公式如下。

发病率=（发病株数/调查总株数）×100% （1）

相对防治效果=（对照病情指数-处理病情指数）/对照病情指数×100% （3）

1.3.2 烟株农艺性状测定

分别于移栽后30、60、90 d，每个小区随机选取10株烟株，采用钢卷尺和游标卡尺调查株高、茎围、节距、叶片数及最大叶片的长和宽。

1.3.3 土壤养分测定

参考鲍士旦[28]的方法测定土壤pH、有机质（organic matter，OM）、水解氮（available nitrogen，AN） 、速效钾（availablepotassium，AK）和有效磷（available phosphorus，AP）含量。

1.3.4 土壤酶活性测定

参照关松荫[29]的方法测定土壤过氧化氢酶、脲酶、磷酸酶和蛋白酶活性。

1.3.5 土壤酚酸测定

参照荣思川等[30]的方法测定土壤对羟基苯甲酸、香草酸、丁香酸、4-香豆酸、阿魏酸、肉桂酸含量。

1.3.6 土壤微生物数量

采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测土壤中真菌和细菌的数量。提取土壤样品宏基因组DNA，采用真菌特异性引物ITS1F（5-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3）和ITS2R（5-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3）及细菌特异性引物338F（5-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3）和806R（5-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3）进行PCR，根据标准曲线定量检测不同处理样品中的细菌和真菌数量。

1.4 数据处理

采用Excel 2019进行数据的统计分析，利用SPSS 26.0进行显著性分析，使用Origin 2021绘制图表。

2 结果与分析

2.1 不同处理对烟株根结线虫病的防治效果

不同处理烟田中烟株的根结线虫病发病率均为100%，但病情指数存在明显差异（表1）。T250和对照（CK）处理田间烟株的病情指数较高，分别为83.65和87.12；T300和T350处理田间烟株的病情指数分别为69.43 和66.23，显著低于T250 和CK处理。与CK相比，拌塘施用酵素生物炭肥对烟株根结线虫病具有一定防治效果，其中T300和T350 处理的防治效果较好，分别为20.31% 和23.98%；T250的防治效果较差，仅4.08%。

2.2 烟株农艺性状分析

不同处理烟株的农艺性状如表2所示。移栽后30 d，各处理烟株的株高、节距、最大叶长和最大叶宽均显著高于CK。移栽后60 d，T350处理的株高较T250、T300 处理分别显著增加34.53% 和39.08%；T350、T300和T250处理的有效叶片数和节距差异不显著，但均显著高于CK；T350处理的茎围是T300处理的1.26倍；T250、T300、T350处理的最大叶长和最大叶宽差异不显著。移栽后90 d，T350、T300和T250处理的株高、节距、茎围和最大叶宽差异不显著，但均显著高于CK；4个处理的有效叶片数均差异不显著。总体来看，T350处理的烟株在不同生育期的农艺性状均表现较好。

2.3 土壤养分特征分析

不同处理下土壤养分含量如图1所示。随着生育进程的推进，CK处理土壤的pH呈显著下降趋势，酵素生物炭肥处理土壤的pH呈轻微下降趋势，其中T350处理土壤的pH变化最小；土壤有效磷含量呈先上升后下降趋势；除T300处理外，土壤有机质含量呈先升高后下降趋势，即移栽后60 d土壤有机质含量最高，显著高于移栽后30和90 d；T300和T350处理土壤的水解氮和速效钾含量呈持续下降趋势，而T250处理土壤的水解氮和速效钾含量呈先上升后下降趋势。移栽后30 d，T300处理的有效磷和速效钾含量显著低于其他处理；T350处理土壤的有机质和水解氮含量显著低于其他处理。移栽后60 d，T300处理土壤的有机质和有效磷含量显著低于其他处理；T350处理的水解氮含量显著低于其他处理；T250处理的速效钾含量显著低于其他处理。移栽后90 d，T250和T300 处理的有机质含量显著低于T350 和CK处理；T350 处理的水解氮含量显著低于其他处理；T300处理的有效磷和速效钾含量显著低于其他处理。由此说明，添加酵素生物炭肥能有效促进烟株对土壤养分的吸收。

2.4 土壤酶活性分析

不同处理下土壤酶的活性如图2所示。移栽后30 d，T350处理根际土壤的过氧化氢酶和脲酶活性显著高于其他处理，分别较CK提高92.06%和28.09%；T300、T350和CK处理间的磷酸酶活性无显著差异，但均显著高于T250处理；T350和CK处理的蛋白酶活性无显著差异，但显著高于T250和T300处理。移栽后60 d，T300和T350处理根际土壤的过氧化氢酶、脲酶和磷酸酶活性差异不显著，但均显著高于T250和CK处理，其中过氧化氢酶活性较CK 分别提高96.52% 和113.24%，脲酶活性较CK分别提高40.32%和37.90%，磷酸酶活性较CK 分别提高37.50% 和50%；T350 和CK处理的蛋白酶活性显著高于T250和T300处理。移栽后90 d，T300和T350处理根际土壤的过氧化氢酶、脲酶和磷酸酶活性均显著高于T250和CK处理，其中过氧化氢酶活性较CK 分别提高109.44% 和119.74%，脲酶活性较CK 分别提高13.48% 和10.44%，磷酸酶活性较CK 分别提高60.00%和60.00%；T350和CK处理的蛋白酶活性显著高于T250和T300处理。

总的来看，除移栽后30 d，T300处理根际土壤的脲酶活性与T250、CK 处理差异不显著外，其他时期T300和T350处理的过氧化氢酶、脲酶和磷酸酶活性均显著高于T250 和CK 处理，且T350 处理的蛋白酶活性显著高于T250 和T300处理。

2.5 土壤酚酸类物质含量分析

不同处理根际土壤中共检测出6种酚酸类物质，含量如表3所示。移栽后30 d，T350处理根际土壤的丁香酸含量显著低于T250和CK处理，与T300处理无显著差异，且肉桂酸含量显著低于其他处理；T250处理的4-香豆酸含量显著高于其他处理。移栽后60 d，T350处理的香草酸、丁香酸、阿魏酸和肉桂酸含量显著低于T250和CK处理，较CK 分别降低90.24%、57.44%、61.36% 和80.72%；T300 和T350 处理的丁香酸和4-香豆酸含量显著低于T250 和CK 处理。移栽后90 d，T350处理的对羟基苯甲酸、香草酸、丁香酸、4-香豆酸、阿魏酸含量显著低于T250 和CK 处理，较CK 分别降低35.79%、82.52%、46.18%、60.77% 和57.12%，总的来看，所有处理根际土壤酚酸类物质含量随生育期推进逐步增加，表现出富集效应，CK处理最显著；而T350处理能降低烤烟根际土壤的酚酸类物质含量，减弱化感自毒作用。

2.6 土壤微生物数量分析

不同处理根际土壤微生物数量如表4所示。移栽后30 d，T300 和T350 处理根际土壤的真菌数量显著高于T250和CK处理；T250和T300处理的细菌数量显著高于T350和CK；T250和T350处理根际土壤的真菌/细菌值高于T300和CK处理。移栽后60 d，T300 和T350 处理根际土壤的真菌数量显著高于T250 和CK 处理；T350 和CK 处理的细菌数量显著低于T250和T300处理；T350处理的真菌/细菌值高于其他处理。移栽后90 d，T350处理根际土壤的真菌数量显著高于其他处理；T250和T350处理的细菌数量显著高于T300处理；T300和T350处理的真菌/细菌值高于T250和CK处理。

总的来看，根际土壤真菌的数量随生育期推进呈先增加后降低趋势；细菌数量随生育期推进在不同处理下的变化趋势存在差异，其中T250和T300处理的细菌数量随生育期推进呈先增高后降低趋势，而T350和CK处理的细菌数量随生育期的推进逐步减少。T350处理根际土壤的真菌数量在各生育期均较高，而细菌数较低，真菌/细菌值较高，说明常规施肥减量10%情况同时拌塘施用酵素生物炭肥350 g·株?1能够提高根际土壤的真菌数量，降低细菌数量，有利于提高土壤肥力及土壤酶活性。

3 讨论

本研究表明，常规施肥减量10% 情况下，拌塘施用酵素生物碳肥350 g·株?1对烟株根结线虫病具有较好的防治效果。土壤酶活性反映了土壤内各生物化学过程的强弱与走向[31]，其在土壤肥力、自净能力等方面都是一项重要的指标[29]。在农业生产活动中，人们可通过测定土壤酶活性来了解作物生长发育情况及其对养分的吸收利用状况，从而指导合理施肥。土壤中的各种酶类在调控土壤养分平衡方面起着至关重要的作用。过氧化氢酶是土壤氧化过程强度的标志，其活性高低与土壤有机质的转化速度密切相关；脲酶能促使土壤中的有机化合物——尿素水解成氨态氮，提高氮素利用率，促进土壤氮素循环[32]。本研究表明，T300和T350处理烟株根际土壤中的过氧化氢酶、脲酶和磷酸酶活性显著高于T250和CK处理，且T350处理的蛋白酶活性显著高于T250和T300处理。土壤酚酸类化合物可直接影响作物根系的细胞膜特性，进而对作物生长产生抑制作用，是产生连作障碍的主要因素之一[33]。本研究表明，CK处理根际土壤中的酚酸物质含量较高；T350处理能显著降低烤烟根际土壤中的酚酸类物质含量，减弱化感自毒作用。

综上所述，T350处理不仅对根结线虫病具有较好的防治效果，其烟株还表现较好的农艺性状，根际土壤中的过氧化氢酶、脲酶和磷酸酶活性较高，且能降低根际土壤中酚酸类物质含量，减弱化感自毒作用；在各生育期土壤中的真菌数量均较高，而细菌数量较低，真菌/细菌值较高，由此表明，常规施肥减量10%情况下，拌塘施用酵素生物碳肥350 g·株-1能提高土壤中真菌数量，降低土壤中细菌数量，显著提高土壤肥力及土壤活性，有利于烟株的生长发育，同时对根结线虫病具有较好的防控效果。

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（责任编辑：张冬玲）

基金项目：云南省教育厅科学研究基金项目（2022Y708，2022Y711，2022Y692）；上海烟草集团有限责任公司科技计划项目（2022310000140544）。