深翻对小麦玉米连作区小麦生长及赤霉病发生的影响

摘要小麦玉米连作区的秸秆还田已经成为大多数小麦玉米连作区的重要生产模式，由于秸秆不断还田和全球气候条件的改变，由镰刀菌Fusarium spp.引起的小麦赤霉病（Fusarium head blight）已经成为小麦生产中的重要威胁之一。本研究通过在河北省小麦主产区石家庄北营、邢台塔底、廊坊北黄垡、邢台白木四地比较深翻（30 cm）与旋耕（15 cm） 2种耕作方式对小麦生长和赤霉病发生的影响，旨在寻找高产、绿色、安全的防治小麦赤霉病途径。通过研究发现，深翻处理可以有效减少地表秸秆量，深翻地块的地表秸秆量较旋耕的减少53.8%～89.0%;深翻促进了小麦的生长，提高小麦产量6.97%～11.96%;深翻处理田块中捕获的赤霉病菌的有性孢子数量少于旋耕处理，赤霉病的发病率降低。在测试的北营、塔底、北黄垡、白木试验地中深翻对赤霉病的控制效果分别达到40.56%、43.62%、60.00%和50.26%。深翻措施能有效提高小麦的生长势和产量，减轻小麦赤霉病的发生程度，是一种绿色、安全、利于小麦高产的方法。

关键词小麦赤霉病;秸秆还田;耕作方法;病害防控;禾谷镰孢

中图分类号：S 474.1文献标识码：ADOI：10.16688/j.zwbh.2023493Effect of deep tilling on the occurrence of wheat Fusarium head blight in

wheat-maize continuous cropping areaLIANG Maili1#，TIAN Jiaojiao1，2#，LI Na3，LI Meifang3，WANG Wei3，ZHANG Na1，YANG Wenxiang1*（1. College of Plant Protection， Hebei Agricultural University， Technological Innovation Center for Biological Control

of Crop Diseases and Insect Pests of Hebei Province， National Engineering and Technology Research Center for

Northern Mountain Agriculture， Baoding071001， China; 2. Qinghe County Vocational Education Center，

Xingtai054800， China; 3. Hebei Plant Protection and Quarantine Station， Shijiazhuang050035， China）AbstractStraw returning to the wheat-maize continuous cropping area has become one of the most important production models in most wheat production areas in China. Due to the continuous straw returning and global climate changes， wheat Fusarium head blight （FHB） is gradually aggravated and has become one of the most threats to wheat production. How to safely and efficiently reduce the losses and hazards is the main issue facing wheat production today. In this study， we compared the effects of two tillage methods， deep tillage and rotary tillage， in Shijiazhuang Beiying， Xingtai Tadi， Langfang Beihuangfa， and Xingtai Baimu on the occurrence of FHB， and clarified the effect of deep tillage on wheat growth and the disease control. The results showed that deep tillage （30 cm） could effectively reduce the amount of straw on the surface of field by 53.8%-89.0% compared with that of rotary tillage （15 cm）. The deep tillage treatment also promoted the wheat plant growth and increased the wheat yield by 6.97%-11.96%. The number of sexual spores of F.graminearum caught in deep tillage treatment was less than that in rotary tillage treatment， which reduced the incidence of FHB in wheat， and the control efficacy to wheat FHB was 40.56%， 43.62%， 60.00% and 50.26% in Beiying， Tadi， Beihuangfa and Baimu fields， respectively. Deep tillage could effectively improve the growth potential and yield of wheat， and reduce the occurrence of wheat FHB， indicating that it is a green， safe and beneficial method for wheat high yield.

Key wordsFusarium head blight;straw returning;tillage method;disease control;Fusarium graminearum

小麦赤霉病（Fusarium head blight，FHB）是小麦生产中的重要病害，一般可造成产量损失10%～40%，严重发生时病穗率可高达80%［12］。该病害是一种世界性的流行病害［3］，其流行周期一般持续在3～5年，给小麦生产造成严重的经济损失［46］。小麦赤霉病不仅造成产量损失，而且病原菌产生的多种毒素，如脱氧雪腐镰刀菌烯醇（deoxynivalenol，DON），严重威胁着人类的粮食和食品安全［7］。如何有效、绿色、安全防控该病害成为当今小麦生产中的重要任务之一。应用抗病品种是高效、绿色、经济的防病、控病方法［8］，已经在生化和分子水平上阐明了抗病机制［910］，但目前只有7个抗赤霉病基因被正式命名，抗病品种严重不足，抗病资源匮乏［11］。化学防治是一项应急性措施，但过度使用杀真菌剂往往造成杀真菌剂抗性和食品安全问题的不断发生，减少化学农药的使用成为发展趋势［12］。生物防治是一种具有发展潜力的防治方法，主要是利用活的微生物或次级代谢产物对镰刀菌的有效预防和控制，然而目前可使用的生防制剂非常有限［13］。农业防治措施，如清除镰刀菌寄主、调整作物耕作方式、种植非镰刀菌寄主作物，可以减少初侵染菌源，减少赤霉病的发生和流行［14］，探索农业防治的途径不失为有效控制该病害的方法。

秸秆还田是目前主要的耕作措施之一。研究发现该措施能改变土壤腐殖质组成及特性，影响作物生长发育，促进作物产量提高［15］。近年来小麦玉米连作区秸秆还田率不断攀升，造成土壤中病残体和镰刀菌含量不断增加，进而不断加重小麦赤霉病的发生。有研究发现秸秆还田的地块小麦赤霉病的病穗率为未还田对照区的2.78倍，给生产带来严重的威胁［16］。有研究发现，耕作方式对小麦赤霉病存在影响，当前茬作物为玉米并实施减耕或免耕时，小麦和大麦FHB感染和毒素污染的风险最高［1719］。Leplat等［20］研究表明，留在土壤表面的作物残体为镰刀菌Fusarium spp. 的存活提供场所。因此，掩埋病残体是控制FHB的常见做法［12］。Drakopoulos等［21］在小麦播种前，在田间小区施用人工接种禾谷镰孢Fusarium graminearum的玉米残茬，模拟了小麦玉米免耕轮作系统，通过覆盖白芥Sinapis alba、印度芥菜Brassica juncea和埃及车轴草Trifolium alexandrinum，测试对小麦、大麦赤霉病发生的影响，结果发现利用这些材料覆盖麦田能抑制镰刀菌的侵染，降低小麦籽粒中的真菌毒素含量，提高产量。此外，研究发现深耕处理还可以改善土壤结构，促进根系下扎，打破因常年旋耕形成的坚硬犁底层，保证小麦生长后期的水肥供给，增加小麦穗粒数和千粒重［22］。而长期采用保护性耕作还会导致犁底层的板结，使土壤垂直结构僵化，降低土壤生产力［23］。可见，合理的耕作方式是当今农业防治的有效途径。尽管前人对于不同耕作方式进行了研究，证明了深耕对于秸秆的利用、微生物区系、土壤养分的利用率以及植株的生长有利，但翻耕对于小麦生长及对小麦赤霉病发生的影响尚缺乏系统的研究。

本研究分析翻耕30 cm和旋耕15 cm 两种耕作方式对小麦的生长发育以及赤霉病发病的影响，揭示出深翻耕作的优点，为有效控制小麦赤霉病及制定小麦绿色生产模式提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料

试验用小麦品种‘藁优5766’由河北省农业科学院粮油作物研究所提供，‘石麦26’‘中麦175’‘马兰一号’由石家庄市农业科学院提供。耕地用HXP-440液压翻转犁为河南商丘柘城县鸿鑫设备机械厂生产，1G-200旋耕机购自河北农哈哈机械集团有限公司，TPBZ3便携式孢子捕捉仪购自郑州欧柯奇仪器制造有限公司。

1.2试验方法

1.2.1耕地处理与地表秸秆分析

试验于2020年-2021年小麦生长季进行，试验地设在石家庄藁城北营村、廊坊固安北黄垡村、邢台宁晋塔底村和邢台白木村试验基地，试验设深翻（30 cm）和旋耕（15 cm）2种耕作方式处理，以旋耕为对照。耕地前撒施复合肥（N18-P22-K7施肥44 kg/667m2），用HXP-440液压翻转犁深翻30 cm，耙地2遍后，镇压1次后播种。旋耕则在前茬作物还田后撒施肥料（同上），用1G-200旋耕机旋耕至15 cm，整地后播种，北营试验基地于2020年10月13日播种‘藁优5766’;北黄垡试验基地于2020年10月12日播种‘中麦175’;塔底试验基地于2020年10月15日播种‘石麦26’;白木试验田在2020年10月15日播种‘马兰一号’;播种量为225 kg/hm2，采用15 cm等行播种，每个处理设3个重复，每个重复0.67 hm2。小麦出苗30 d后，采用5点随机取样法，每点测定1 m2范围内的秸秆重量，分析深翻和旋耕麦地的地表秸秆残留量。

1.2.2小麦生长与产量的测定

在小麦的不同生育时期随机选取5个取样点取样，每点取样30茎（穗）。冬前调查深翻对秸秆残留量的影响。出苗期调查小麦的株高、分蘖数等生长指标;拔节期调查各地区小麦的发根数、分蘖数和均鲜重等;成熟期每点随机取30穗小麦统计病害发生情况。

在小麦蜡熟末期，每地块随机调查9个有代表性1 m双行样点的穗数，计算667 m2穗数;然后在样点中随机取20穗，剔除无效小穗，计算穗粒数;最后，根据各处理所得的667 m2穗数、穗粒数和千粒重计算小麦产量。

计算公式如下：

667 m2穗数=1 m双行穗数/6×104;

理论产量=（单位面积有效穗数×穗粒数×千粒重）/106×0.85。

1.2.3深翻对菌源量的影响

对塔底村（114°50′E， 37°33′N）、北黄垡村（116°29′E，39°43′N）试验点利用便携式孢子捕捉仪（TPBZ3）进行孢子监测，将孢子捕捉仪的风口固定在离地表90 cm的位置，在小麦穗部的上方30 cm左右，运行时间为2021年4月18日至5月21日，共34 d。将孢子捕捉器放置到地块中央，放置之前将载玻片（7101型）一面涂抹凡士林，每天收集8 h，观察孢子种类及数量。观察载玻片时使用五点取样法，首先在10倍镜视野下观察，在40倍镜视野下统计孢子种类及数量。

1.2.4深翻对小麦赤霉病发生的影响

采用五点法在小麦乳熟期，调查塔底、白木，北营、北黄垡试验基地自然发病情况，每个处理每点随机取苗，依据大田试验小麦赤霉病级分级标准（表1）进行分级，计算病情指数。

病穗率=（发病穗数/调查总穗数）×100%;

病情指数=∑（各病级株数×病级代表值）/（调查总株数×最高病级代表值）×100;

防效=（对照区病情指数－处理区病情指数）/对照区病情指数×100%。

利用Excel 2019和SPSS 22.0对试验数据进行统计分析，采用Duncan氏新复极差法进行差异显著性检验。

2结果与分析

2.1深翻对秸秆残留量的影响

小麦出苗30 d后，采用5点随机取样法对深翻（30 cm）和旋耕（15 cm）试验田的地表秸秆残留量进行统计分析。结果表明，北营、塔底、北黄垡、白木试验基地深翻处理秸秆残留量较旋耕处理均显著下降，其中塔底试验基地深翻与旋耕处理的秸秆残留量差异最大，减少了86.5%（表2）。

返青期，北营、塔底、北黄垡和白木试验地各处理间的秸秆残留量差异显著，其中塔底深翻秸秆残留量较旋耕减少了89.0%。秸秆残留量的减少，使病原菌失去所生存的环境，对病原菌的数量产生一定的影响。

2.2深翻对小麦生长指标的影响

通过对大田小麦出苗期、返青期的生长指标测定发现（表3），不同试验基地小麦在不同生育期的生长指标存在一定差异。

出苗期调查发现，白木试验基地深翻处理的株高和均鲜重较旋耕依次增加了8.71%、27.62%，其他各个试验基地深翻处理对均鲜重的促进作用不显著。

返青期调查发现，北营、塔底、北黄垡、白木试验基地深翻处理的发根数显著高于旋耕处理，分别增加了18.51%、7.17%、20.00%和32.59%。北营、白木试验基地深翻处理的株高较旋耕增加了20.10%和4.53%。北营、北黄垡、白木试验基地深翻处理的分蘖数显著高于旋耕，分别增加了22.59%、50.38%和37.24%。北营、塔底、白木试验基地深翻处理的均鲜重较旋耕处理高，依次增加了38.77%、29.74%和17.35%。

2.3深翻对小麦产量的影响

深翻（30 cm）处理在一定程度上影响了小麦的成穗数，在北营、塔底、北黄垈、白木深翻处理小麦的成穗数均显著高于旋耕处理，其中白木试验基地的‘马兰一号’深翻处理成穗数的提高幅度最大，为3.19%（表4）。深翻处理对小麦的穗粒数具有一定的影响，在北营、塔底、北黄垡、白木试验区，深翻处理的穗粒数均显著高于旋耕处理。4个试验基地经深翻处理的小麦产量均显著高于旋耕处理，北营、塔底、北黄垡、白木分别增产11.96%、10.05%、6.97%、11.38%。

2.4深翻对赤霉病菌菌量及小麦赤霉病发生的影响在2021年4月21日至5月21日期间对塔底、北黄垡试验基地开展孢子捕捉试验，测定不同耕作条件下，对病害发生、菌源数量的影响。通过对赤霉病菌子囊孢子的数量统计和动态分析，2个设置点的赤霉病菌子囊孢子的数量在4月17日-5月21日观测期间，均呈现上升趋势。

北黄垡试验基地小麦于4月底5月初抽穗，从捕捉孢子量可见，在4月26日-5月8日期间捕捉孢子数量极低（图1），但期间在旋耕地块出现一个高峰，出现在5月4日，虽然深翻地块的孢子释放量也有上升，但均低于旋耕区域。在5月12日捕获孢子的数量出现上升，同样旋耕区的孢子量高于深翻区（图1a），尽管孢子数量有所增加，但已错过小麦易受感染的时期，所以赤霉病未严重发生，旋耕和深翻处理的小麦赤霉病发生率为1.95%、0.78%。塔底位于河北省的南部，抽穗早于北黄垡试验地，在4月中旬至4月底，且小麦品种‘石麦26’属于早播品种，在4月17日-4月25日捕捉的孢子数量尽管呈上升趋势（图1b），但总体数量较低，最多为5个，5月14日-16日连续阴雨天气，孢子沉降，捕捉孢子数量较少。在整个监测期间，降雨量少，不适合赤霉病的发生。

2.5深翻对赤霉病发生率的影响

通过对不同耕翻处理条件下小麦赤霉病的发生情况进行调查，结果列于表5。北营、塔底、北黄垡和白木试验基地，深翻处理对小麦赤霉病表现出较好的防效，分别为40.56%、43.62%、60.00%和50.26%。

3讨论

3.1深翻对秸秆还田后赤霉病菌源的影响

在中国传统农业耕作中，精耕细作一直是主要的农田管理方式。由于人口的极速膨胀，对粮食的需求也日益增加，从而导致对农田的过度开垦愈加严重。农田耕地质量的退化、农田生态环境的破坏等问题都亟待解决［24］。小麦玉米连作是我国北方小麦种植区的主要种植模式，目前秸秆还田已成为当前北方麦区普遍的耕作方式，但这种措施会造成田间病原菌菌源量不断加大，加重了作物各类病害的发生率和严重度。王芳芳［25］的研究表明，深翻会改变土壤微生物群落，从而创造利于小麦生长而不利病原菌生存的环境。孙秀娟［26］研究发现，稻秆还田深度显著影响赤霉菌存活时间和存活率，将稻秆深翻掩埋还田可有效地减少田间菌源量；稻秆覆盖、旋耕还田及浅埋还田会引起土壤带菌，而20、35、50 cm深埋还田不会引起菌源聚集，主要原因是病原菌的子囊壳在土壤表面，遇到合适的条件即萌发从而引起大面积侵染，深翻掩埋能有效地消灭病残体，减少田间菌源量。本研究发现，在苗期及返青期4块试验基地的深翻30 cm处理与旋耕处理相比较，秸秆残留量均有所下降，其中塔底试验基地深翻与旋耕处理的秸秆残留量差异最大，苗期减少86.5%，返青期减少89.0%。秸秆残留量的减少，使病原菌失去生存的环境，对病原菌的数量产生影响，减少了一定的菌源量。

3.2深翻对小麦产量的影响

很多研究表明，深松或深耕能降低土壤机械阻力，利于作物根系向土壤深层下移，并提高作物根系后期的活力以及抗逆性［12， 27］。雷友等［28］的研究发现，深耕处理（深度20 cm）较旋耕（深度10～12 cm）明显增加小麦根系数量，且耕层以下（15～100 cm）土壤中的根量比旋耕处理的增长了1.22倍。同时，深松或深耕能打破犁底层，改善土壤结构［29］，为作物生长发育提供良好的土壤环境，进而促进作物生长、提高作物产量［30］。本研究针对北方小麦玉米连作区的玉米秸秆还田问题开展研究，通过分析比较不同地区深翻（30 cm）和常规旋耕（15 cm）对地表秸秆残留量发现，深翻减少了麦田土表秸秆残留量、菌源量，促进小麦的生长。不同地区的深翻处理对小麦赤霉病都有一定的防治效果，产量均有所增加，其中白木深翻处理的返青期发根数与旋耕相比增加了32.59%，小麦产量增加了11.38%，对赤霉病的防效达到50.26%。深翻对于病残体的掩埋，有效减少了病原物的初侵染来源，而深翻灭茬是减少病菌来源的主要方法。进行秸秆深翻掩埋还田也可阻止赤霉菌的滋长［14］，为植物病原生物的防治提供了基础。

3.3深翻对赤霉病发生的影响

F.graminearum具有很强的腐生能力，可以感染125种野生植物和49个科的作物的根或茎，包括小麦、水稻、玉米和大麦，它以子囊壳、菌丝体和分生孢子在各种宿主植物的病残体上越冬成为初侵染源［31］。本研究结果表明，不同地区深耕与旋耕相比，秸秆残留量均有所降低，通过对处理地块赤霉病菌子囊孢子数量的统计和动态分析，在北黄垡试验基地深翻处理地块4月底到5月初小麦初抽穗时期的孢子捕捉量一直低于旋耕处理地块，到5月12日孢子量均有所升高，但是深翻处理依旧低于旋耕处理，而此时已不再是小麦易感染时期，旋耕和深翻处理的小麦赤霉病发生率为1.95%和0.78%，并未发生严重的赤霉病。塔底播种的‘石麦26’属于早播品种，在4月中旬至4月底抽穗，在此期间，捕捉的孢子数量呈上升趋势，但总体数量较低。研究表明，深翻可以降低孢子量的释放，从而减轻赤霉病的发生。

4结论

与旋耕相比，深翻能促进小麦发根和分蘖，提高小麦的产量;试验田秸秆残留量均下降，整体的孢子数量呈下降趋势，对病原菌的数量产生一定的影响，对小麦赤霉病也表现出较好的防治效果，是小麦高产、绿色、安全生产的一种有效方法。

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（责任编辑：田喆）