清江流域烟区烟草青枯病发生的土壤营养因素分析

黎妍妍 覃光炯 王林 余君 许汝冰 彭五星 饶雄飞

摘要：【目的】明確清江流域烟区中影响烟草青枯病发生的土壤营养因素，为更好地进行该烟区烟草青枯病的合理防控提供理论依据。【方法】2016年度在湖北省恩施州宣恩县选择两种类型烟田（病田和非病田），于烟草青枯病全面暴发期（移栽后97 d左右）采集土样，测定根际土壤营养元素含量，采用多种统计分析方法研究烟草青枯病发病率、病情指数与根际土壤营养元素含量的关系。【结果】t检验结果表明，16项土壤营养元素指标中，有10项指标在两种类型烟田中存在显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）差异。典型相关分析结果显示，在一定范围内，适当提高土壤pH、阳离子交换量及交换性钙含量，降低土壤有机质、有机氮、有机碳和有效铁含量等可减轻烟草青枯病的发病率和病情指数。分组分析结果表明，抑病的土壤营养条件为土壤pH 5.0～7.0，有机质含量1.5%～2.5%，阳离子交换量、交换性钙含量及钙镁比分别高于20.0 cmol/kg、1000 mg/kg和15，有机氮、有机碳及有效铁含量分别低于0.15%、1.0%和50 mg/kg。【结论】在清江流域烟区中，烟草青枯病发生程度与土壤营养元素含量间存在密切联系。

关键词： 烟草；青枯病；土壤营养

中图分类号： S572；S432 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2018）04-0656-06

Soil nutrient elements affecting the occurrence of tobacco bacterial wilt in Qingjiang River Basin

LI Yan-yan1，2， QIN Guang-jiong1， WANG Lin3， YU Jun1， XU Ru-bing1，

PENG Wu-xing4， RAO Xiong-fei1

（1Tobacco Research Institute of Hubei， Wuhan 430030， China； 2College of Plant Science & Technology， Huazhong Agricultural University/Key Laboratory of Plant Pathology of Hubei Province， Wuhan 430070， China； 3Hubei Tobacco Industrial Co.， Ltd.， Wuhan 430040， China； 4Xuanen Branch， Enshi Tobacco Company， Enshi， Hubei 445500， China）

Abstract：【Objective】The study was conducted to survey the soil nutrients that affected occurrence of tobacco bacterial wilt in Qingjiang River Basin， and provide theoretical basis for the rational prevention and control of tobacco bacterial wilt in the area. 【Method】The soil samples from two kinds of fields（bacterial wilt field and non-bacterial wilt field） were collected during full outbreak period of tobacco bacterial wilt（97 d after transplanting） in Xuanen， Enshi， Hubei Province in 2016. The contents of nutrition elements in rhizosphere soil were determined， then the relationship between incidence of tobacco bacterial wilt disease， disease index and nutrient elements in rhizosphere soil was researched using a variety of statistical analysis methods. 【Result】t test showed that， among the 16 soil nutrient elements indexes， 10 indexes presen-ted significant difference（P<0.05） or extremely significant difference（P<0.01） in two kinds of fields. The results of canonical correlation analysis indicated that increasing of pH and contents of cation exchange capacity， exchangeable calcium content， and reducing the contents of soil organic matter， organic nitrogen， organic carbon， effective iron could reduce the morbidity and disease index of tobacco bacterial wilt within certain extent. Group analysis revealed that the appropria-te soil nutrient condition for inhibiting the disease were pH at 5.0-7.0； the organic matter content 1.5%-2.5%， the contents of cation exchange capacity， exchangeable calcium and calcium/magnesium ratio were higher than 20.0 cmol/kg， 1000 mg/kg and 15 respectively， and contents of organic nitrogen， organic carbon and effective iron lower than 0.15%， 1.0% and 50 mg/kg respectively. 【Conclusion】The occurrence of tobacco bacterial wilt is closely bound up with soil nutrients in Qingjiang River Basin.

Key words： tobacco； bacterial wilt； soil nutrient

0 引言

【研究意义】由劳尔氏菌（Ralstonia solanacearum）引起的细菌性青枯病是烟草（Nicotiana tabacum）上最严重的土传病害（Liu et al.，2013）。作为一种土壤习居菌，青枯菌在无寄主植物的情况下能在土壤中长期存活，并具有高度可变性（冯洁，2017），通常通过伤口或自然孔口侵染烟株根部。尽管目前针对青枯病的生物防治已分离筛选获得一些高效拮抗微生物，但大量高效生防菌剂在田间应用时很难取得稳定防效，主要原因在于其面临的复杂土壤生态环境（张永春等，2007），致使许多拮抗微生物在土壤中定殖和扩繁困难，从而降低甚至丧失应有的生防功能。因此，探究青枯病发生区域根际土壤环境、土壤特性对于青枯病的有效防治具有重要意义。【前人研究进展】土壤营养状况不仅影响植物的正常生长发育，还直接或间接影响寄主植物的抗性和病原物的侵染、繁殖（幕康国等，2000）。魏国胜等（2011）指出土壤pH与烟株发生青枯病等根茎部病害存在显著相关。谭军等（2012）研究发现，随植烟土壤中速效钾、pH、重碳酸根、硫酸根离子和阳离子交换量的增大，烟草青枯病发病率降低。杨尚东等（2013）发现番茄罹患青枯病后，罹病植株根际土壤中有机质及速效养分含量（碱解氮、速效磷、速效钾等）均显著降低，土壤pH下降。与低钙（0.5 mmol/L）条件相比，高钙（25.0 mmol/L）条件可使番茄青枯病的发生程度明显降低（Jiang et al.，2013）。郑世燕等（2014a，2014b）研究表明，重庆烟区土壤中交换性钙和有效钼的含量可能是影响青枯病发生最关键的土壤营养因子；并指出在保证烟株正常生长营养的基础上增施鈣和钼可延缓烟草青枯病的发生，具有一定的控病效果。马海宾等（2016）指出，土壤有机质、全氮、全磷和有效磷含量可能是反映桉树不同青枯病发生程度的主要因子，而土壤pH与桉树青枯病发病状况无显著相关性。李集勤等（2017）通过相关性分析发现，南雄烟区土壤pH与青枯病发病率、病情指数均呈极显著负相关。综上所述，合理改善土壤理化条件是进行青枯病防治的有效措施。【本研究切入点】清江流域烟区位于湖北省恩施州，年产烟叶3.5×107 kg。近年来，由于长期连作、过量施用化肥等原因，导致青枯病成为该区域主要的烟草病害，在部分老烟区发生面积达30%以上。然而，目前关于该烟区土壤营养状况对烟草青枯病发生的影响尚缺乏系统研究和分析。【拟解决的关键问题】通过分析清江流域烟区青枯病病田和非病田土壤中营养元素的差异，以期寻找影响烟草青枯病发生的土壤营养因素，为病害的有效防治提供理论依据。

1 材料与方法

1. 1 土壤样品采集

根据历年烟草青枯病发生情况，2016年度在湖北省恩施州宣恩县选择发病烟田11块、不发病烟田9块进行土样采集。田块确定原则为同一区域或相邻田块同时出现的发病和不发病烟田（下称：病田和非病田）；病田于烟草青枯病全面暴发期（移栽后97 d左右）进行取样，非病田于相应时间取样。每个田块采用5点取样法取样，并制成一个混合样；采样深度为20 cm。

1. 2 测定项目与方法

土壤样品测定指标包括pH及有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾、阳离子交换量、有机碳、有机氮、交换性钙和镁、有效铁、有效锰、有效铜和有效锌含量。测定方法分别为：电位法测定pH，重铬酸钾容量法测定有机质含量，凯氏定氮法测定全氮含量，碱解扩散法测定碱解氮含量，碳酸氢钠法测定速效磷含量，火焰分光光度计法测定速效钾含量，乙酸铵交换法测定阳离子交换量，元素分析仪测定有机碳和有机氮含量，原子吸收分光光度法测定交换性钙、镁及有效铁、锰、铜和锌含量，并计算钙镁比。

1. 3 病情调查方法及分级标准

采集土壤样品的同时，采用双行平行跳跃法按照国家标准GB/T 23222—2008《烟草病虫害分级及调查方法》，以株为单位详细调查每块烟田中约200株烟株的青枯病发生情况。分级标准如下：0级，全株无病；1级，茎部偶有褪绿斑，或病侧1/2以下叶片凋萎；3级，茎部有黑色条斑，但不超过茎高1/2，或病侧1/2～2/3叶片调萎，5级，茎基部黑色条斑超过茎高1/2，但未到达茎顶部，或病侧2/3以上叶片调萎，7级，茎部黑色条斑到达茎顶部，或病株叶片全部调萎，9级，病株基本枯死。

1. 4 数据处理与统计分析

1. 4. 1 烟草青枯病发生情况计算 依据调查数据计算发病率和病情指数。

发病率（%）=[发病株数调查总株数]×100

病情指数=[（各级病株数×各级代表值）调查总株数×最高级代表值]×100

1. 4. 2 病情动态与土壤营养关系分析 病田和非病田烟株根际土壤营养状况的 t 测验采用Excel 2007完成。烟草青枯病病情指数、发病率与土壤pH、有机质、全氮、碱解氮、速效钾、速效磷、阳离子交换量、有机碳、有机氮、有效铁、有效锰、有效铜、有效锌、交换性钙、交换性镁及钙镁比的典型相关分析采用DPS 9.50完成。分组分析中的多重比较采用SPSS 19.0完成。

2 结果与分析

2. 1 发生烟草青枯病的土壤营养元素含量及发病情况差异性分析

采用t检验对病田和非病田烟株根际土壤中营养元素含量及发病情况的差异进行比较分析。结果（表1）表明，在16项土壤营养元素指标中，有10项指标在两种类型烟田中存在显著（P<0.05，下同）或极显著（P<0.01，下同）差异；其中病田的pH、阳离子交换量、交换性钙和交换性镁含量及钙镁比显著或极显著低于非病田，分别较非病田低11.03%、21.54%、56.41%、15.14%和49.07%；有机质、速效磷、有机碳、有机氮和有效铁含量显著或极显著高于非病田，分别较非病田高18.75%、33.01%、22.95%、25.00%和101.55%；其余6项指标在二者间的差异未达显著水平（P>0.05，下同）。11块病田的平均发病率和病情指数分别为62.52%和20.86，均极显著高于非病田。

2. 2 烟草青枯病发生程度与土壤营养元素含量的典型相关分析

2. 2. 1 烟草青枯病发生程度与土壤pH及大量营养元素含量的典型相关分析 对根际土壤pH（x1）、大量营养元素[有机质（x2）、全氮（x3）、碱解氮（x4）、速效钾（x5）、速效磷（x6）、阳离子交换量（x7）]及有机碳（x8）、有机氮（x9）含量与烟草青枯病病情指数（y1）和发病率（y2）进行典型相关分析，结果（表2）表明，两个典型相关系数中，仅有λ1达极显著水平，因此，对第一对典型变量的系数进行分析即可反映这两组变量间相关的主要信息。

典型变量I的构成为：

u1=-0.311x1+0.034x2-0.336x3-0.120x4-0.032x5+

0.036x6-0.543x7+0.145x8+0.371x9

v1=1.006y1-0.007y2

通过计算典型变量u1与原始数据xi的相关系数γui，发现u1与x1和x7呈极显著负相关，与x2、x8和x9呈极显著正相关；同样，v1与y1和y2的原始数据间均呈极显著正相关，表明烟草青枯病发生程度与土壤pH、阳离子交换量、有机质、有机碳和有机氮的关系较密切。

2. 2. 2 烟草青枯病发生程度与土壤中微量营养元素含量的典型相关分析 烟草青枯病病情指数（y1）、发病率（y2）和土壤中微量营养元素[有效铁（x10）、有效锰（x11）、有效铜（x12）、有效锌（x13）、交换性钙（x14）、交换性镁（x15）及钙镁比（x16）]的典型相关分析结果见表3。由表3可看出，两个典型相关系数中，同样仅有λ1达极显著水平。

典型变量I的构成为：

u1=0.743x10-0.309x11-0.069x12+0.023x13+1.027x14-

0.587x15-1.397x16

v1=1.674y1-0.732y2

典型变量u1与原始数据xi的相关系数表明，u1与x10呈极显著正相关，与x14和x16呈极显著负相关；v1与y1和y2的原始数据间均呈极显著正相关，表明烟草青枯病发生程度与土壤有效铁、交换性钙、钙镁比的关系较密切。

2. 3 烟草青枯病发生程度与土壤营养元素含量的分组分析

依据典型相关分析结果，选取土壤pH、有机质、阳离子交换量、有机碳、有机氮、有效铁和交换性钙含量及钙镁比等指标进行分组分析，研究烟草青枯病发病率和病情指数的变化趋势，结果见表4。由表4可看出，在一定范围内，烟草青枯病发生程度随土壤pH、阳离子交换量、交换性钙含量和钙镁比的升高而减轻，随土壤有机质、有机碳、有机氮和有效铁含量的降低而减轻。在土壤pH≥5.0、阳离子交换量≥20.0 cmol/kg、交换性钙含量≥1000 mg/kg、钙镁比≥15的条件下，烟草青枯病发病率和病情指数均极显著低于土壤pH<5.0、阳离子交换量<20.0 cmol/kg、交换性钙<1000 mg/kg、钙镁比<10的条件；在土壤有机质含量1.5%～2.5%、有机碳含量<1.0%、有机氮含量<0.15%、有效铁含量<50 mg/kg的条件下，烟草青枯病发病率和病情指数均显著或极显著低于土壤有机质含量≥3.0%、有机碳含量≥1.5%、有机氮含量>0.15%、有效铁含量≥100 mg/kg的条件。

3 讨论

本研究根据清江流域烟区烟草青枯病流行时间动态（黎妍妍等，2017），确定移栽后97 d病害全面暴发时为土样采集时期，分析土壤营养元素中影响烟草青枯病发生的主要因素。在青枯病防治中，多种防治手段与方法并用才能最大程度减轻青枯病的危害。该研究与以往报道（刘海龙等，2014，2015；黎妍妍等，2015）的清江流域烟区烟草青枯菌菌系分化特性和烟草青枯病流行时间动态、关键气象因素等相结合，为实现烟草青枯病的合理有效防控提供了理论基础。

本研究結果表明，在大量营养元素中，清江流域烟区烟草青枯病发生程度与土壤pH和阳离子交换量呈极显著负相关。土壤偏酸性状态（pH<5.0）下烟草青枯病严重发生，应该与土壤酸化加速土壤中含铝的原生矿物和次生矿物风化而释放大量铝离子有关（徐仁扣和季国亮，1998），这些铝离子形成植物可吸收的铝化合物形态，烟株长期和过量吸收铝的过程中，根系遭到破坏，病菌易于入侵。土壤阳离子交换量的提升有利于抑制青枯病的发生，与以往研究的结果（谭军等，2012）一致，蔡燕飞等（2003）也认为施用沸石可降低番茄青枯病发生率的原因是沸石提高了土壤的阳离子交换量。该烟区烟草青枯病发生程度与有机质、有机氮和有机碳含量呈极显著正相关，即土壤有机质、有机氮含量偏高导致烟草青枯病发生严重，与重庆烟区（郑世燕等，2014a）得出的土壤有机质含量偏低（1.7%）导致青枯病严重发生的结果不一致，可能与各区域所处的光温水条件、植烟土壤中其他理化性状与生物性状及施用肥料不同等因素有关。周莉等（2005）研究表明，土壤pH过低（<5.5）会抑制大部分微生物的活动，造成土壤有机碳分解下降从而含量升高。因此土壤有机碳含量偏高造成烟草青枯病严重发生可能是通过pH的影响来实现。

土壤中微量元素的有效性与酸碱度密切相关。在清江流域烟区，烟草青枯病发生程度与土壤中的有效铁含量呈极显著正相关。在酸性土壤中，三价铁易被还原成溶解度较高的二价铁，导致有效铁含量极大增加，甚至可达到使植物中毒的程度，造成烟株根系受损、病菌入侵。钙离子的流入是植物产生抗病反应的早期信号之一，该烟区烟草青枯病发生程度与土壤交换性钙含量及钙镁比呈极显著负相关，病田根际土壤的钙镁比（9.00）极显著低于非病田根际土壤钙镁比（17.67），与郑世燕等（2014a）在重庆烟区得出的相关结论基本一致。李集勤等（2017）研究发现，土壤pH由酸性（4.78）渐变为中性（7.06），交换性钙含量增加了3～4倍，土壤中青枯菌数量减少，青枯病发生程度减轻。因此，土壤有效铁和交换性钙等中微量元素指标可通过提高土壤pH来优化，进而减轻青枯病为害。

综合分析认为，清江流域烟区土壤pH 5.0～7.0，有机质含量1.5%～2.5%，阳离子交换量、交换性钙含量及钙镁比分别高于20.0 cmol/kg、1000 mg/kg和15，有机氮、有机碳和有效铁含量分别低于0.15%、1.0%和50 mg/kg为抑制青枯病发生的土壤营养条件。

4 结论

在清江流域烟区中，烟草青枯病发生程度与土壤pH及土壤有机质、阳离子交换量、有机氮、有机碳、交换性钙和有效铁含量等土壤营养元素间存在密切联系。在目前植烟土壤营养条件下，适当提高土壤pH、阳离子交换量及交换性钙含量，降低土壤有机质、有机氮、有机碳和有效铁含量可为烟株创造抑病的土壤环境，减轻烟草青枯病危害程度。烟叶生产中可通过调节土壤营养并结合其他措施进行青枯病病害防治。

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（责任编辑 王 晖）