万寿菊-烟草轮作对土壤线虫群落的影响

吴文涛，董 莹，王晓强，陈柱生,2，吕德芳，杨成钢，谢 勇，王 扬*

(1.云南农业大学植物保护学院，云南 昆明 650201；2.沾益区经营管理站，云南 沾益 655331；3.沾益区生物资源开发技术推广站，云南 沾益 655331；4.沾益区菱角乡农业技术推广站，云南 沾益 655337)

【研究意义】烟草是云南省的重要支柱产业，也是全国最大和最重要的烟叶生产基地，由于近些年来烟草连作或不合理种植，致使云南部分烟区烟草线虫病害日益加重，同时土壤肥力严重下降，给烟草生产带来了很大的损失。万寿菊(TageteserectaL.) 又名臭芙蓉，为菊科万寿菊属一年生草本植物，原产于墨西哥，其花可以用于食用黄色素的提取，具有较高的经济价值，在云南省内种植面积不断增大。国内外研究表明田间种植万寿菊能使农作物免受线虫的侵袭[1-7]，提高其产量[8-9]。近年通过轮作方式研究作物土壤理化性质的报道越来越多[10]。笔者在前期的研究中也发现万寿菊与当归轮作或间作可以有效降低土壤中的根结线虫数量，达到生态防控根结线虫病的效果[11]。【前人研究进展】目前普遍认为万寿菊的杀线虫机制主要分为两方面，一是土壤中的万寿菊残体对线虫的生长产生抑制作用，已有研究证明万寿菊叶中含有的水溶性皂苷类物质具有较强的杀线虫活性[12]。二是万寿菊的根系分泌物对线虫产生抑制作用。万寿菊根系能分泌对线虫具有引诱效果的物质，能将线虫诱集到其根系周围，达到降低其他区域的虫口密度[13]。万寿菊还能分泌抑制线虫的化合物质，在其中，a-三联噻吩被认为是具有杀线虫作用的主要化合物质[14]。【本研究切入点】近年对万寿菊的研究越来越多，有研究表明万寿菊的多样性种植可影响土壤真菌多样性和土壤根际微生物群落，并有控制寄生线虫的效果[15-16]。线虫是土壤生态的重要组成部分，各种食性的线虫类群之间存在着不同程度的相互制约或促进的关系，土壤线虫的种群结构是反映土壤健康程度的一个重要指标[17]。不同的农业种植方式对土壤线虫群落结构影响的研究目前已有大量的报道，然而万寿菊多样性种植模式对土壤线虫群落结构的影响还缺乏相关报道。【拟解决的关键问题】以万寿菊-烟草轮作及连作模式研究种植万寿菊对土壤线虫群落结构的影响，为阐明万寿菊根际分泌物对线虫病害的生态控制机制提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与田间试验设计

试验材料：万寿菊和烟草均为曲靖市沾益区推广品种，烟草种子由沾益县农业局生物资源开发技术推广站提供，万寿菊种子由曲靖博浩生物科技股份有限公司提供。万寿菊和烟草育苗按常规方法进行，苗床期适时防治病虫害。

试验地点位于云南省曲靖市沾益区菱角乡，海拔高度1952 m，土壤类型为黄壤。选取一块土地平整且发生过根结线虫病的田块，平均划分为2个小区于2013年分别种植烟草和万寿菊，待采收结束后进行土壤休闲，以防止各小区之间土壤混杂。2014年再将2个小区平均划分为4个小区设计为烟草-万寿菊轮作(A)、万寿菊连作(B)、烟草连作(C)、万寿菊-烟草轮作(D)，其中烟草-万寿菊轮作小区2013年是种植烟草，2014年种植万寿菊；万寿菊-烟草轮小区2013年是种植万寿菊，2014年种植烟草。小区设计如图1。

1.2 试验方法

1.2.1 土壤采集方法 分别在万寿菊和烟草生长的前期、中期、后期共分5次采集根围0～20 cm耕层土壤，以5点取样法取土样约500 g，混匀后装入自封袋中，3次重复取样，取样完成后带回实验室内放置于冰箱4 ℃冷藏保存，用于测定分析。取样时间为烟草移栽前：2014年5月28日(时期1)，返苗期：2014年6月28日(时期2)，伸根期：2014年7月28日(时期3)，旺长期：2014年8月28日(时期4)，成熟期：2014年9月28日(时期5)。

1.2.2 土壤中线虫的鉴定 土壤中线虫的分离鉴定：称取200 g新鲜土样利用浅盘法对土壤线虫进行分离提取，计数皿中的线虫总数利用解剖镜直接计数，最终数量折算成100 g土样含有的线虫数。在光学显微镜下进行科属鉴定。参照Bongers的分类图鉴进行土壤线虫的分类鉴定。

1.2.3 土壤线虫生态指数的计算

(1)多样性指数。

H￠=-∑Pi(lnPi)

图1 万寿菊-烟草轮作种植小区试验设置示意图Fig.1 The plot test design of marigold-tobacco rotation

式中,Pi为第i个分类单元中个体所占的比例。

(2)瓦斯乐斯卡指数。

WI=(FF+BF)/PP

式中,FF、BF和PP分别为食真菌线虫、食细菌线虫和植物寄生性线虫的数量。

1.2.4 病害调查 2014年种植烟草的小区(C、D)在烟草采收完毕后进行根结线虫病害调查，每小区随机选取10株烟草作为调查对象，将根系尽量完整挖出，小心用清水洗净，在较明亮的光下观察根结情况，计算单棵烟草根结指数、小区发病率和病情指数。最后对10株烟草进行测产。

根结指数依据K,R.Barker分类标准为：0级：无根结；1级：轻微感染，仅有少量根结，根结百分率小于5 %；2级：根结明显，根结百分率小于25 %；3级：根结百分率26 %～50 %；4级：根结百分率51 %～75 %；5级：根结百分率76 %以上。

2 结果与分析

2.1 土壤线虫群类鉴定结果

根据Bongers分析方法，参照线虫分类检索图根据食道腺类型将土壤线虫分成 4 个营养类群：植物寄生线虫(Herbivore)、食细菌线虫(Bacterivore)、食真菌线虫(Fungivore)、杂食/捕食线虫(Predator/Omnivore)。其中植物寄生线虫的属主要包括根结属、螺旋属、细纹垫刃属、垫刃属、头垫刃属、剑属、毛刺属、短体属、丝尾垫刃属等，食细菌线虫主要包括小杆目线虫，食真菌线虫主要有真滑刃属，捕食、杂食性线虫主要有单齿属、孔咽属等。从表1中可以看出D区所包含的线虫种类最多，覆盖4个营养类群。C区的线虫种类最少，只有植物寄生线虫和食细菌线虫两个营养类群，并且单个营养类群中线虫的种类也是最少(表1)。

2.2 4种种植模式对根围土壤线虫群落结构的影响

时期1显示前一年所种植作物中线虫的群落结构，从烟草-烟草、烟草-万寿菊种植模式前一年种植烟草的土壤中，线虫的总量普遍较高，且植物寄生线虫占比达到九成。而万寿菊-万寿菊、万寿菊-烟草种植模式在前一年种植万寿菊的土壤中，线虫的总量较低，植物寄生线虫占比也低于另两种种植模式。说明万寿菊对线虫的增长起到了抑制作用。

烟草-烟草和万寿菊-万寿菊2种连作模式的对比发现(表2～3)，烟草-烟草连作模式中根结属线虫升高趋势尤为明显；食真菌线虫数量先升高后降低，而食细菌线虫和捕食、杂食性线虫数量无明显变化。万寿菊-万寿菊连作模式中线虫的总量无明显变化，其中植物寄生线虫所占比重逐渐升高，但根结线虫所占植物寄生线虫百分比逐渐下降直至为零。食细菌线虫和食真菌线虫数量持续降低，而捕食、杂食性线虫数量无明显变化规律。

表1 4种种植模式下线虫种类鉴定

注：A：烟草-万寿菊轮作模式；B：万寿菊-万寿菊连作模式；C：烟草-烟草连作模式；D：万寿菊-烟草轮作模式；√表示该种植模式下有此线虫种属，×表示没有。

Note: A: Tobacco-marigold rotation pattern; B: Marigold-marigold continuous cropping pattern; C: Tobacco-tobacco continuous cropping pattern; D: Marigold-tobacco rotation pattern; √ indicates that there is this nematode species in this planting pattern, and × indicates there is no this nematode species in this planting pattern.

表2 烟草连作模式不同时期土壤中各类线虫数量变化

表3 万寿菊连作模式下不同时期土壤中各类线虫数量变化

从烟草-万寿菊和万寿菊-烟草2种轮作模式对比中发现(表4～5)烟草-万寿菊轮作模式中线虫的总量持续降低，其中植物寄生线虫所占比率逐渐降低，根结属线虫降低趋势最为明显；食细菌线虫和食真菌线虫所占比率无明显的变化规律，而捕食、杂食性线虫数量较少。万寿菊-烟草轮作模式中线虫的总量持续升高，其中植物寄生线虫所占比率先降后升，而根结属线虫所占比率呈现出升高的态势；食细菌线虫所占比率呈现持续升高的趋势，食真菌线虫和捕食、杂食性线虫数量均呈现先升后降的趋势(表4～5)。

2.3 线虫群落的多样性分析

H指数表示物种的多样性指数，H指数越高代表物种的多样性越高，比较4种种植模式发现，同一时期以万寿菊-烟草轮作模式的H指数最高，说明该种植模式能增加物种的多样性。WI指数表示瓦斯乐斯卡指数，WI指数越大说明食细菌和食真菌线虫数量越多，植物寄生线虫的数量越少，有利于有机质的分解和土壤环境的改善，通过对比发现同一时期轮作H和WI指数均高于连作，万寿菊-烟草轮作模式的WI指数高于其他3种种植模式，说明该模式种植下食细菌和食真菌的线虫数量较多，寄生线虫数量较少，更有利于线虫群落结构的平衡。

表4 烟草-万寿菊轮作模式中万寿菊地块不同时期土壤中各类线虫数量变化

表5 万寿菊-烟草轮作模式中烟草地块不同时期土壤中各类线虫数量变化

表6 线虫群落结构的多样性

表7 各试验小区第2年移栽烟草根结线虫病的发病状况及产量

2.4 2种种植模式下的烟草根结发病情况

调查第2年种植的烟草发现，虽然发病率均为100 %，但万寿菊-烟草轮作模式的烟草平均病级和病情指数均明显低于烟草-烟草种植模式，表明万寿菊与烟草轮作能有效控制烟草根结线虫病的发生(表7)。

3 讨 论

根结线虫病是一种严重危害烟草生产的土传性病害，防治极为困难，近年来随着众多的杀线虫剂在世界范围内的禁用，病害的防控问题变得更加突出。采用农业和生物防治措施来控制根结线虫病害是大势所趋。其中，使用拮抗植物万寿菊与感病作物轮作或间作是防控根结线虫一种较有前景的方法。

利用万寿菊控制植物寄生线虫的种群[18]的途径有：万寿菊作为非宿主或不良宿主减少寄生线虫的数量、万寿菊产生有毒或抑制植物寄生线虫生存的化感化合物、创造有利于线虫对抗性植物或动物生存的环境、万寿菊表现为线虫“陷阱”植物。这些途径可以单独或加以组合发挥其抑制植物寄生线虫数量增长的作用。

万寿菊除了直接作用于植物寄生线虫外，能否通过对土壤线虫群落结构施加影响来间接制约植物寄生线虫的危害也是一个值得探讨的问题。土壤线虫种类繁多，是土壤生态环境的一个重要组成部分，土壤线虫已成为评价土壤健康程度的重要指示生物，不同耕作制度能对土壤线虫种群数量及空间分布产生影响[19-20]。土壤中的线虫种类丰富、生活史和取食类型多样，其多样性的变化可以揭示土壤食物网对地上生态系统的响应；同时线虫群落结构的改变还可以反映出土壤食物网中其他消费者的变化[21]。因此，植物寄生线虫-食微线虫-捕食/杂食线虫所构成的简化的土壤分解食物网可用来揭示地上植物多样性对地下土壤食物网的影响[22]。海棠等[23]研究表明轮作玉米使原本以植物寄生线虫为极优势属的土壤线虫群落变为以细菌和真菌为食的线虫群落，并导致土壤食物网中微生物捕食者数量增加，从而有利于土壤微生态环境的改善；而连作甘薯导致植物寄生线虫及茎线虫属类群增加而食细菌和食真菌的线虫种类减少，据此得出在连作甘薯多年茎线虫病严重发生地区采用轮作的耕作制度，是改变连作甘薯地土壤线虫群落结构，有效减轻或控制茎线虫病发生的一种有效办法。研究中显示采用万寿菊-烟草轮作模式的线虫群落结构发生了很大的变化，植物寄生线虫的数量和种类减少，真菌和细菌线虫群落显著增加，大大提高了线虫群落结构的多样性。

通过万寿菊与烟草的多样性种植田间试验，分析4种种植模式下的线虫数量及种类，线虫群落的多样性以及次年植烟草根结线虫病的发病状况及烟叶产量显示万寿菊-烟草轮作种植模式能显著降低根结线虫的数量，丰富线虫的群落结构，改善土壤环境，减轻烟草根结线虫病害，提高烟叶产量。但如何轮作及年限界定既有利于根结线虫的防治，又能提高经济效益，有待深入的研究。

4 结 论

从烟草-万寿菊和万寿菊-烟草轮作模式下所收集的数据可以看出，烟草-万寿菊轮作模式下，第2年种植万寿菊很好地降低了地块中线虫的数量，万寿菊-烟草模式下，第1年种植的万寿菊很好的降低了第2年种植烟草时根结线虫的基数。而烟草-烟草的连作会使根结线虫的数量大幅度增长，即使再轮作一年万寿菊，对根结线虫的防控效果也会大大降低。在轮作制度的设计上，如果采用万寿菊种植的时期较长，虽然会降低根结线虫的数量，但是也会由于万寿菊存在对土壤线虫的广谱抑制活性严重破坏线虫群落结构的多样性，进而破坏土壤环境的生态平衡，所以综合考虑，万寿菊与烟草进行隔年轮作种植模式更利于根结线虫病害的控制，同时又能兼顾土壤环境的生态平衡。但是种植万寿菊目前经济效益低于烟草，如何平衡烟草病害控制与经济效益之间的矛盾仍然值得进一步深入的研究。