生物有机肥对小麦根腐病的防效及其机理初探

刘 苹，张 博，齐军山，林海涛，沈玉文，宋效宗，李庆凯,赵海军

(1.山东省农业科学院农业资源与环境研究所/农业部黄淮海平原农业环境重点实验室/山东省环保肥料工程技术研究中心，山东济南 250100； 2.山东省农业科学院植物保护研究所，山东济南 250100；3.湖南农业大学农学院，湖南长沙 410128； 4.山东省农业科学院，山东济南 250100)

小麦根腐病是在小麦整个生育期都可发生的一种重要病害，由麦根腐离蠕孢菌(Bipolarissorokiniana)、禾顶囊壳菌(Gaeumannomycesgraminis)、镰孢菌属(Fusariumspp.)等多种土壤病原菌单独或复合侵染引起，一般可导致小麦减产20%～30%，严重时达50%以上[1-2]。近年来，由于栽培模式单一化，如小麦-玉米一年两作的常年种植、秸秆还田和免耕栽培大面积实施等，在很大程度上造成病原菌在耕层土壤中不断累积，同时受重施化肥、轻施有机肥、大水漫灌等因素的影响，小麦根腐病的发生程度日趋严重，给国家粮食安全和农业安全生产造成了巨大威胁[3]。

目前，小麦根腐病的防治仍以化学防治为主，虽然防治效果较为明显，但由之带来的负面影响不容忽视，如土壤中的有益微生物种群被破坏、重金属污染等[4-7]。关于生防微生物防治小麦根腐病的研究较多，如生防菌Chaetomiumsp.、Idriellabolleyi和Gliocladiumroseum能明显抑制土壤中B.sorokiniana的生长[8]；生防菌Clonostachysrosea能有效降低田间Fusariumspp.的数量[9]；对土传病害防效明显的木霉菌株能明显抑制B.sorokiniana的生长[10]；从土壤中分离得到的s-930-6 拮抗放线菌发酵液提取物能明显抑制小麦根腐病菌[11]；番茄早疫病菌拮抗放线菌10-4对小麦根腐病菌的抑制效果较好[12]等。但受生防微生物在自然条件下定殖能力差、防效不稳定、成本高等因素的影响，大面积推广应用生防微生物防治小麦根腐病较为困难[13]。

土壤健康程度和土壤生态功能对植物土传病害的发生有根本性的影响[14-15]。因此，通过恢复土壤健康进行作物病害防治具有重要的实践意义。通过施用生物有机肥、商品有机肥、农家肥、堆肥等改善土壤微生态环境，丰富土壤微生物多样性，提高土壤的健康质量指标，可以为防治作物土传病害提供了借鉴[16]。有研究显示，筛选针对特定致病病原菌的拮抗菌并制成生物有机肥产品能有效防治烟草、黄瓜、西瓜等作物的土传病害[17-20]，但目前关于施用生物有机肥防治小麦根腐病害的研究尚不多见。因此，本研究通过盆栽试验，以不施有机肥为对照，初步探讨了生物有机肥和普通有机肥对由禾谷镰孢菌(Fusariumgraminearum)引起的小麦根腐病的防治效果及其作用机理，旨在为小麦根腐病的田间生物防治提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试小麦品种为济麦22。供试禾谷镰孢菌(F.graminearum)分离自田间小麦病株。供试肥料为复合生物有机肥(临沂诚舜生物科技有限公司，有效活菌数≥0.20亿个·g-1，有机质≥50%，N-P2O5-K2O≥6%)、微生物菌有机肥(青岛海利宝生物科技有限公司，有效活菌数≥8 亿个·g-1，有机质≥72%，N-P2O5-K2O≥5%)、发酵干鸡粪(江苏恒源生物有机肥有限公司，N： 3%～7%，P2O5：2.2%，K2O：1.37%)、商品有机肥(史丹利农业集团股份有限公司，有机质≥45%，N-P2O5-K2O≥5%)。

1.2 试验设计

试验于2017年3月16日至6月2日在山东省农业科学院饮马泉试验农场进行。采用盆栽试验法，设不施有机肥(CK)、1% 发酵干鸡粪、 0.5%复合生物有机肥、0.5%微生物菌有机肥、 0.5%商品有机肥5个处理，每处理6次重复。各处理的百分数均为添加的有机肥与盆栽用土壤的质量比。试验用盆为直径30 cm、高25 cm的陶土盆。

3月16日，取小麦-花生轮作农田的0～25 cm土壤，过孔径2 mm筛后将甲醛按照甲醛︰ 土=1︰500(V/M)加入土壤中，翻匀后覆膜封闭，灭菌5 d后将装盆，每盆装土14 kg。3月22日，将生长一致的返青期未染病小麦移栽至盆中，每盆3株。待小麦恢复生长后，于4月1日将4种肥料施至小麦植株根部土壤。施肥方法：控制土壤含水量为60%～70%，将距小麦植株2～8 cm深0～10 cm土壤全部挖出与肥料混匀回填至盆中。4月15日，按照3%(M/M)的比例将通过小麦粒扩繁获得的小麦根腐病病原菌禾谷镰孢菌(F.graminearum)接种至小麦根部土壤。拌菌方法：控制土壤含水量为60%～70%，将距小麦植株2～8 cm深0～10 cm土壤全部挖出，与长满禾谷镰孢菌的小麦粒混匀后回填至盆中。为避免阳光直射影响病原菌生长，需用黑色塑料袋遮盖接菌土壤。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤养分和酶活性测定

于小麦成熟期用土钻(钻头直径2 cm)取距小麦植株4～6 cm、深0～10 cm的土壤，每盆取3钻混匀，参照鲍士旦[21]的方法测定土壤碱解氮、有效磷和有效钾含量养分，参照关松荫[22]的方法测定土壤脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性。

1.3.2 病情指数和相对防效测定

于小麦成熟期，调查各处理小麦根腐病的发病情况，计算病情指数和相对防效[13]。

病情指数 = Σ(各级发病数×各级代表值)/(调查总株数×最高级别代表值)×100；

相对防效 = (对照病情指数-处理病情指数)/ 对照病情指数×100%。

病情分级参照张 博等[23]的标准。0 级：根部无病斑；1 级：根部有褐色斑点，占根部的1%～10%；3级：少数根部变褐色，晕斑占根部的11%～25%；5级：多数根部变灰黄色，晕斑占根部的26 %～50 %；7级：全部根变灰黄色且腐烂，晕斑占根部的50%以上。

1.3.3 农艺性状调查

根腐病发病情况调查结束后，整盆收获测定小麦植株地上部和根部干物质积累量、株高、穗粒数、千粒重及产量等指标[13,24]。

1.4 数据分析与处理

采用Excel 2007 和SPSS 17.0处理数据，采用Duncans进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 生物有机肥对小麦根腐病的防效

从表1可知，与不施有机肥处理(CK)比较，4种有机肥处理均能有效降低小麦根腐病(F.graminearum)的发生程度。其中，复合生物有机肥对小麦根腐病的防治效果最好，防效为29.38%，其次为微生物菌有机肥，防效为27.91%，2种肥料间的病情指数无显著差异，但均显著低于对照。

2.2 生物有机肥对土壤酶活性和土壤养分的影响

由表2可知，施用有机肥均能明显提高小麦根部土壤的脲酶、中性磷酸酶和蔗糖酶活性，其中，中性磷酸酶活性提高幅度最大，较对照增加28.43%～61.12%，脲酶和蔗糖酶活性较对照增加6.33%～18.87%和8.18%～9.04%。复合生物有机肥和微生物菌有机肥处理土壤中性磷酸酶活性明显高于其他处理，与商品有机肥和不施有机肥处理间差异达到显著水平(P<0.05)。同时，施用有机肥能显著增加小麦根部土壤的速效养分含量(表2)，其中，有效磷含量增幅最大，较对照增加33.78%～56.76%，碱解氮和有效钾含量分别较对照增加12.77%～20.01%和 8.41%～13.08%。复合生物有机肥和微生物菌有机肥处理土壤的有效磷含量均较高且显著高于对照，分别较对照增加56.76%和49.74%。

2.3 生物有机肥对小麦生长和产量的影响

由表3可知，4种有机肥均能促进小麦地上部和根系的生长，提高籽粒产量。其中复合生物有机肥的促进效果最佳，其株高、地上部干物质积累量、根部干物质积累量、穗粒数、千粒重、产量分别较对照增加 8.08%、37.32%、37.50%、 14.27%、17.16%和 40.77%(P<0.05)；微生物菌有机肥对小麦地上部干物质积累量，以及发酵干鸡粪对小麦株高的促进作用也达到显著水平，分别较对照增加20.42%和5.24%。

表1 不同处理下小麦根腐病的发病情况Table 1 Status of Fusarium graminearum disease in wheat under different treatments

同列数据后小写字母不同表示处理间在0.05水平上差异显著。下同。

Different lower-case letters following data within the same column indicate significant difference at 0.05 level.The same as in tables 2 and 3.

表2 不同处理下小麦根部的土壤酶活性和土壤养分含量Table 2 Enzyme activities and available nutrients in rhizospheric soil of wheat inoculated with Fusarium graminearum under different treatments

表3 不同处理下小麦的农艺性状与产量指标Table 3 Growth and yield of wheat inoculated with Fusarium graminearum under different organic fertilizer treatments

3 讨 论

土壤健康是指在生态系统界限内维持生物生产力和环境质量，并促进植物、动物健康的土壤功能的运行能力[25]。土壤酶主要源自土壤中动物、植物根系和微生物的细胞分泌物以及残体的分解物，土壤酶活性是反映土壤健康的重要指标之一[26]。本研究发现，与普通有机肥(发酵干鸡粪和商品有机肥)相比，生物有机肥(复合生物有机肥和微生物菌有机肥)能有效防治小麦根腐病，促进小麦生长并提高其产量。这可能是因为：一是生物有机肥中的高效拮抗菌群能保护小麦根系免受病原菌侵害，减轻小麦根腐病的发生程度[27]；二是生物有机肥中的有益拮抗菌在根际大量定殖后能够直接或间接地促进植物生长[24,28]；三是生物有机肥中的有机物质能有效改良土壤结构，提高土壤的保水保肥及供肥能力[29]。本研究中，增施生物有机肥能明显提高小麦根部土壤的脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性，促进速效养分含量增加，说明生物有机肥能有效活化土壤酶活性、加快土壤养分循环、改善土壤理化性质，从而提高土壤健康状况。

普通有机肥虽然能在一定程度上提高土壤酶活性，增加土壤速效养分含量，但对小麦根腐病的防治效果和对小麦的促生作用均低于2种生物有机肥，说明，生物有机肥中的拮抗菌群和有益微生物在作物的抗病促生过程中有重要作用，同时生物有机肥中的有机物质能给生防菌提供足够的营养和能源物质，帮助生防菌在土壤中定殖和繁殖，从而促进生防菌拮抗土传病原微生物和促进作物生长等作用的发挥[30]。另外，复合生物有机肥和微生物菌有机肥对土壤中性磷酸酶活性和有效磷含量的促进作用大于商品有机肥和发酵干鸡粪，表明生物有机肥较普通有机肥能更有效地活化土壤磷酸酶活性，加快磷素循环，从而提高其抗病促生效果。这与宋 松等[17]、袁玉娟等[18]、王丽丽等[27]研究得出的生物有机肥对烟草青枯病和黄瓜枯萎病的防效高于普通有机肥的结果一致。

通过恢复土壤健康进行作物病害防治是一个较为漫长的过程[31]。本研究选用的2种生物有机肥产品虽然能够有效防治由禾谷镰孢菌引起的小麦根腐病，但防效并不是很理想，这是由于小麦根腐病的致病病原物种类多样，常混合侵染，导致针对单一致病病原物的有机肥产品应用效果不佳。由此提示，筛选出对小麦根腐病病原物拮抗性强的高效微生物菌株并制成生物有机肥产品的研究亟需开展。建议在小麦根腐病的田间防治中除增施生物有机肥外，还应采取深翻土壤、延期播种、采用无毒无污染的生物制剂拌种及后期生物防治等多种农业生态措施相结合的方法，以进一步达到减少农药用量，从根本上改良土壤生态环境、恢复土壤健康的目的，从而最终降低小麦病害发生、减少产量损失，促进国家粮食产业的可持续健康发展。