河西制种玉米病害发生及农牧结合绿色防控技术

刘忠元，张文解，贺春贵，何 瑞，魏生龙，郭 莹，白 斌

（1. 甘肃省农业科学院小麦研究所, 甘肃 兰州 730070；2. 甘肃省植保植检站, 甘肃 兰州 730030；3. 河西学院农业与生物工程学院, 甘肃 张掖 734000）

河西走廊是国家重要的商品粮基地。因其得天独厚的自然气候、水肥条件及高品质种子生产优势，我国玉米(Zea mays)主产区、国内外主要玉米种子企业大批集中于河西制种，年均制种面积10.6 万hm2，产种量占全国60%以上，成为我国最大玉米制种基地和甘肃省特色农业支柱产业[1]。河西地区还是国内瓜菜、花卉、牧草主要繁种基地，对我国种业发展举足轻重。但目前制种玉米病害发生成为限制种业基地健康发展的突出问题。孟有儒等[2-3]报道河西制种玉米顶腐病(Fusarium subglutinans)并提出防治措施，雷玉明等[4-5]编写了河西制种玉米病害名录，并总结出病害发生演替规律。此外，河西制种玉米还常发生锈病(Puccinia sorghi)、黑粉病(Ustilago maydis)、矮花叶病(Sugarcane mosaic)[6]，玉米丝黑穗病(Sporisorium reilianum)[7]，玉米顶腐病、穗 腐 病(Fusarium moniliforme、F. graminearum和Penicillium oxalicum)、茎基腐病(Fusarium moniliforme和Pythium aphanidermatum)等[8-10]主要病害。目前病害研究停留在发生种类和危害程度调研上，也有较多关于综合治理方面的研究[11]，但对病害发生因素系统总结及经济有效绿色防控方面少见报道。为此，在分析病害发生特点、原因及存在问题的基础上，根据多年调研，参考相关研究报道和制种基地建设实际，提出河西制种玉米主要病害农牧结合绿色防控途径以供探讨。

1 河西制种玉米病害发生危害现状及特点

1.1 病害种类增多，以土传和种传病害为主

20 世纪80 年代河西玉米主要有丝黑穗病、瘤黑粉病、玉米矮花叶病三大病害[12]。制种基地形成20 多年，病害发生种类大量增加，根、茎、叶、穗病害往往混合发生危害成灾[2,4-5, 8-9,13]。玉米 瘤黑粉病发病期提前到苗期，为害加重，玉米茎基腐病、玉米锈病由过去零星发生到目前普遍多发[6,10,14]。一些新病害如玉米顶腐病、穗腐病、弯孢菌叶斑病(Curvularia lunata)成为主要病害，遇高温多雨年份易暴发成灾[2-3,8]。根据多年系统调查[15-17]及有关报道，河西制种玉米田间常见多发、生产上需要防控的主要病害有玉米丝黑穗病、玉米瘤黑粉病、玉米顶腐病、玉米茎基腐病、玉米穗腐病、玉米普通锈病、玉米弯孢菌叶斑病、玉米苗期根腐病(Fusariumspp. 和Pythiumspp.)、玉米矮花叶病、玉米鞘腐病(Alternariaspp. 和Fusariumspp.) (表1)。土传和种传根、茎、穗部病害是河西制种玉米病害主要类型[4,6,8-9]，雨水和气流传播的叶部病害次之。

表1 河西制种玉米主要病害发生危害及防控途径Table 1 Types, hazards, and control of corn disease in seed production in the Hexi Corridor

1.2 病害发生危害严重，防控难度较大

河西制种玉米连茬种植，秸秆、根茬等病残体多年田间遗留，土壤中的玉米致病菌以腐霉菌和镰孢菌为主大量积累[8]。只要在玉米大喇叭口期、灌浆期遭遇连续降雨或大水漫灌，低洼积水，形成高温高湿发病条件，茎基腐病、顶腐病、穗腐病和部分叶部病害易暴发成灾，制种田种子及生物产量大幅度降低，玉米秸秆腐败失去饲料价值[19-20]，机收困难，病残体很容易在田间遗留形成次年发病初侵染来源[3,8]。玉米穗腐病的病粒难以清除，造成种子发芽率很难达标(发芽指标≥ 97%)，发病种子种质资源保存困难，所产生的伏马毒素威胁人畜健康和食品安全[14]。

河西第2 代棉铃虫(Helicoverpa armigera)幼虫对制种玉米果穗钻蛀为害加重穗腐病发生[21,24]。玉米茎基腐病常年发病率7%～10%，顶腐病发病以临泽县、甘州区、凉州区为代表，严重地块发病率在30%以上[2,11]，一般制种田穗腐病发病率在40%以上[10]，玉米苗期根腐病发病率在10%～30%[22]。以土传和种传病害为主的各类病害传播途径多，侵染来源广，农药防治等传统方法难以奏效，防控难度较大。

2 病害发生因素分析

2.1 制种玉米连茬种植，病原菌富集形成土壤连作障碍

制种玉米连作种植，形成病菌赖以生存的单一寄主和繁殖场所，玉米根际和土壤耕作层病原菌以连作土壤为基地逐年积累，基数加大，拮抗微生物减少，以镰刀菌属(Fusariumspp.)、腐霉属(Pythiumspp.)等为主的土壤习居菌成为优势菌群[8-9]。病原菌以冬孢子、厚垣孢子、菌核等各种休眠体随病残体越冬，成为次年发病的初侵染源[23,25-26]。该类菌群带菌途径多，侵染来源广，种类繁多，多数是非专性弱寄生菌，借助大水漫灌水流雨水及制种玉米人工频繁去雄等农事操作传播。只要环境条件适宜，可通过植物根尖、侧根、根茎交界处、嫩茎等分生组织和伤口侵入，或随钻蛀害虫的虫孔侵入，危害部位主要是植物维管束组织和果实。病害在任何生育期、任何器官均可发生，系统性发病。感病初期不易觉察，一旦发病，损失较大，防不胜防。药剂防治等传统方法，难以奏效[27]。目前河西制种玉米主要病害均由该类致病菌引起，构成完整的侵染链，辗转传播复合侵染[28-29]。

河西制种玉米种植区域、地块甚至品种(组合)往往多年稳定连茬种植，农户在利益驱动下不愿改种其他作物，难以置换或替代，无法轮作倒茬，部分区域制种田连作年限在20 年以上[30-31]。越是精耕细作、水肥条件好的地块连茬时间越长，致使农田生态系统日趋简单脆弱，微生物多样性锐减，病害发生流行风险不断增大[18]。土壤是植物根际及耕作层各类物质代谢和能量交换、营养转化的枢纽。多年连茬种植，化肥农药施量不断增多，土壤养分失衡，自毒物质积累，使得制种玉米连作土壤根际微生物区系发生变化，拮抗微生物减少，玉米营养失调，形成土壤连作障碍[30,32]，降低了植株抗逆性和抵抗病菌侵入的能力，使得病害逐年加重发生[31,33-34]。

2.2 大水漫灌、高水肥栽培有利于病害发生、发展和蔓延

河西走廊制种玉米灌溉以大水漫灌为主，人工取雄等田间操作频繁，土传病害致病菌作为弱寄生菌易借助水流和农事活动传播[19-20,32]。化肥施用大多随水冲施，化肥特别是氮肥及农药过量使用，导致土壤性状变劣，养分利用率降低，农田病、虫、草害防效下降或产生抗药性。赵建华等[35]报道河西玉米制种田氮肥过量施用，平均利用率只有25%。王春明等[11]报道河西制种基地农药的使用频率和使用范围普遍超标。研究发现，在高密度、高氮肥条件下，尤其当种植密度超过8.5 万株·hm−2时，病害明显加重[22]。高水肥栽培，种植密度增大，使得通风、光照不足，湿度过大，为制种玉米根、茎、叶部病害发生创造了有利条件，尤其是在夏秋季灌水或连续降雨高温高湿的情况下，病势发展更快。

2.3 种子带菌预防处理措施不到位

玉米制种组合及亲本大多来源于东北、黄淮海、西南地区、海南岛等我国玉米主产区或南繁基地，带病亲本远距离频繁调运，缺少严格检验和有效的种子处理措施，使得新病害不断传入[4-5]。

3 制种玉米病害农牧结合绿色防控途径探讨

玉米是粮饲兼用作物，草食畜牧业是河西快速发展的优势产业。河西地区干旱缺水，生态脆弱，为我国西部地区生态屏障前沿。针对河西制种玉米病害以土传和种传病害为主，侵染传播形式复杂，轮作倒茬和抗病品种等措施无法落实，化学防治难以奏效，防控难度较大的实际，应以“资源节约、环境友好”为宗旨，玉米种业与草牧业融合发展，病害防控以农牧结合、生态优先、节水节肥、绿色防控为基本策略，从培育健康土壤、降低病原基数、减少侵染途径、杜绝病菌远距离传播等系列综合途径，实现病害经济、有效、可持续防控(图1)。

图1 河西制种玉米病害绿色防控技术Figure 1 Environmentally-friendly control strategy for diseases in seed corn production in the Hexi Corridor

3.1 加强种子检验，防止病害远距离传播，采用高效、低毒、低残留化学及生物质农药，抓好种子包衣处理和病害早期预防治理

河西近年新发生病害几乎与我国内地玉米主产区病害发生危害同步，其与亲本种子频繁调运有很大关系[8]。作为国家级玉米种业基地，要严格执行国家植物检疫有关法规政策，重新审视细化工作流程和方案，做好重要病害跟踪监测预警预防。对于带菌种子，做好种子处理，严防病菌通过种子和病残体、交通工具在河西制种基地和内地玉米主产区之间进行远距离扩散传播[36]。

对以种子带菌、苗期侵入、系统性发病为主，侵入越早，危害越重的病害，种子包衣和化学农药拌种作为病害重要防控措施在河西地区效果明显，还可有效防控细胸金针虫(Agriotes fuscicollis)、蚜虫等地下害虫和传毒媒介昆虫[37]。应继续在药剂种类、配比、药肥(微量元素肥料)混配以及内吸性强、杀菌谱广、残效期长、对人畜安全的化学药剂及木霉(Trichodermaspp.)等微生物农药方面进行研发推广。以土传病害为主的制种玉米病害多数为植物维管束系统发病的弱寄生菌，药剂防治很难奏效，只能作为辅助措施[2,8,38]。制种玉米生育中后期茎叶繁茂，各类农药往往难以喷施到发病部位，效果非常有限，且易造成环境污染，应以病害早期预防控制为主。将制种玉米1～2 代棉铃虫与玉米穗腐病联防联治。

3.2 玉米种业与草食畜牧业融合发展，制种田增施腐熟有机肥，培育健康土壤

在玉米制种连茬难以解决的地块，大量施用腐熟有机肥，大幅度降低化肥农药用量，增加拮抗微生物，改善土壤健康状况，是逆转病害发展势头、克服连作障碍的当务之急[39-41]。一是有机肥可丰富土壤微生物区系，增加土壤中各种有益微生物包括绿霉(Trichoderma viride)、青霉(Penicillium)、放线菌、腐生性细菌等，增加拮抗微生物类群，与病原菌竞争生态位，不断降低病原基数，减少病害发生[42-43]。二是增加土壤有机质，增强土壤肥力和养分有效性，减少有毒有害物质的沉积，培育健康土壤[18]。三是改善土壤性状和团粒结构，增强土壤胶体活性和通透性，用地养地结合，防止地力衰退[44]，削减连作障碍，提高制种产量、品质及秸秆生物产量。

玉米为粮饲兼用高光效C4植物，河西地区光热资源丰富，在收获优质高产玉米种子的同时，茎叶等生物产量也很高。制种玉米收获后秸秆鲜草产量在30.0～37.5 t·hm−2(不含果穗)，干草产量7 t·hm−2，可用作青饲、青贮或调制干草。牛羊均为节粮型家畜，可高效利用粗饲料，对玉米茎叶消化率50%～90%[45-46]，其中玉米秸秆占肉羊养殖日粮的67.5%～87.5%[46]。1 头肉牛一个育肥季饲用玉米秸秆量为1 170 kg，1 头成年牛每天粪尿的排泄量为31～36 kg[46]。河西制种玉米每年种植面积为10.6 万hm2，年草产量为318～397.5 万t[47]。将制种玉米产业链延长，融入草食畜牧业生态循环农业，利用玉米秸秆发展牛羊养殖“过腹还田”潜力巨大[47-48]。可解决制种田大量使用有机肥来源问题，大力促进玉米种业与草牧业绿色、协调、可持续发展。

3.3 果穗适期早收，秸秆青贮高效利用，减少病残体田间遗留，实施制种关键环节机械化，减少人工操作传病

目前河西制种玉米秸秆多数为果穗收获后风吹日晒形成枯黄秸秆或制成打捆干草，饲料营养价值低。一些流转大户土地秸秆还田，农户秸秆则在村庄和田间地头露天堆放，甚至焚烧，造成环境污染。河西地区大气干燥、降水稀少，秸秆还田不易腐烂分解，病菌多在病残体上越冬，成为次年病害发生的初侵染来源，因此不提倡玉米秸秆还田，而主张“过腹还田”。与大田商品玉米不同的是制种玉米果穗可适期早收，此时玉米成熟，茎叶青绿，最适合秸秆青贮饲料化高效利用。青贮玉米能有效保持秸秆青绿状态，气味芳香，柔软多汁，适口性好，还增加了多种维生素、氨基酸、胡萝卜素等多种营养成分，提高饲料消化率和家畜采食量，特别适宜饲喂牛羊。青贮后玉米营养价值更高且长时间保持不变，制作成本低廉，方法简单，饲用不受气候和季节限制，可以满足牛羊冬春季对青绿饲料的需要[49-50]。要在河西玉米制种基地大力提倡早收绿色秸秆，优质优价，可增加玉米制种收入5 250 元·hm−2。樊廷录等[51]报道，河西制种玉米果穗适采期，宜在种子乳线到籽粒中部位置，能保证种子最大活力，可比目前9 月下旬果穗收获时间提前10～15 d。既避免早霜冻对晾晒种子的冻害，更利于秸秆单收青贮高效饲料化利用[52]。秸秆及早收获，还可安排制种田于9 月下旬提前翻耕、晒垡、灭菌，清除根茬，最大程度减少病残体田间遗留，降低病原菌越冬基数，阻断侵染循环链条[53]。

实施玉米制种去雄收获等关键环节机械化，降低人工成本和劳动强度，减少人工去雄等大量农事操作造成的病菌传播几率[54-56]。为河西制种玉米量身研发机械化去雄、果穗低损耗收获，以及秸秆收割柔丝裹包青贮、打捆收获设备，解决机械选型不符和玉米秸秆抛撒地面不易回收的问题，提高效率与精度，消除制种农户疑虑。

3.4 大面积示范推广膜下滴灌与水肥一体化配套技术，节水节肥，减少病害传播蔓延

河西地区生态脆弱，水资源极度缺乏。但长期以来制种玉米灌水以大水漫灌为主，化肥随水冲施，不仅造成水肥资源的浪费，还降低了水肥利用效率，同时加大生产成本[35,57-59]。膜下滴灌水肥一体化节水节肥，防止土壤板结，提高土壤养分有效性，减少病害借助大水漫灌时的流水传播和蔓延侵染，降低田间湿度，减轻根、茎、叶、穗部病害特别是根病的发生危害[60]。研究表明实施膜下滴灌水肥一体化技术，较目前漫灌节水40.6%，节肥30.7%，病害发生降低38%[61-62]。河西地区是与新疆生态地理相似的近邻，应积极借鉴新疆棉花(Gossypiumspp.)等大田中耕作物膜下滴灌水肥一体化技术成功经验[63-65]，逐步解决河西地区严重缺水而制种玉米高耗水大水漫灌及化肥农药超标使用痼疾。目前应加快攻克技术瓶颈，大面积示范推广，节水节肥，降低田间湿度，改善田间小气候，造成不利病害发生的条件，有效降低病菌传播，遏制病害发生，减少农药使用。

3.5 加快高标准制种农田建设，改善土壤性状和耕作条件，加强耕作栽培，削减连作障碍

河西地区地势平坦，适宜机械化耕种，但制种田地块小，农户分散种植，与现代产业难以结合。借助国家种业振兴的重大机遇，加快实施土地整理高标准制种农田建设[66]。一是在制种集中连片区域进行大面积土地整理，逐步建成水电渠路田林合理配套的高标准农田，为机械化、标准化乃至智能化作业和水肥一体化技术实施创造条件。二是适度深翻灭菌，立土晒垡，特别是铲除历年留存的地埂、沟渠等病菌和虫蛹孽生地，清除宿根性杂草和积存的枯枝败叶等病残体，恶化病菌生存环境。三是农田基建与提高耕地质量结合，通过发展草食畜牧业和增施有机肥开展土壤保育、盐渍化土壤修复及有机质提升，改善土壤性状，培育健康土壤，减轻制种基地连作障碍，降低病害发生[32]。

同时应该加强耕作栽培病害防控措施：1)积极进行轮作倒茬。病害严重的制种田应结合目前正在进行的土地整理高标准农田建设尽可能进行3～5年轮作倒茬，也可利用品种抗病性的不同，进行制种品种(组合)轮换种植[67-69]。2)适时播种。4 月中旬日均气温在10 ℃以上，种子出苗快、根系健壮，病菌侵染机率大幅度降低，是玉米播种的最佳时期[70]。3)及时翻耕晒垡。9 月底前深翻耕地25 cm 以上，晒垡灭菌，同时捡尽根茬和残留地膜，彻底清除田间病残体促使镰刀菌等病原菌腐解。通过冬季灌冬水后土壤冻融交替，降低表土层10 cm以内的病菌越冬基数。4)延长蹲苗时间。适当延长制种玉米蹲苗时间至9～11 叶出现，促进玉米根系发育强健，降低苗期田间湿度，防止病菌早期侵入，减轻根病发生。

4 小结

植物土传病害防控是世界性难题[32]。根据河西玉米制种基地生产实际，土传病害的防控主要以农业、生物和生态防控为主，以抗病品种和化学防治为辅。借助国家种业振兴重大机遇和地方种业振兴实施计划的逐步落实，为河西国家级玉米种业基地土传病害防控和连作障碍缓解创造了条件，也为实施本研究提出的技术措施提供了可行性和可靠保障。农牧结合绿色防控，发展特色生态循环农业，必然会大力促进河西国家级玉米制种基地健康、绿色和可持续发展。