生物炭配施微生物菌剂对白菜根肿病防控效果研究

解国玲，张智浩，吴流通，刘佳伟，徐权杰，付克剑，聂 强，张继来，林 春，陈文华，苏友波

(1.云南农业大学资源与环境学院，昆明 650201；2.红河恒林化工有限公司，云南 弥勒 652399；3.云南农业大学农学与生物技术学院，昆明 650201；4.保山学院资源环境学院，云南 隆阳 678000)

【研究意义】白菜是人们生活中不可缺少的蔬菜之一。2019年国家农业技术推广服务中心调查结果显示，中国白菜种植面积达到2.64×106hm2，总产量达到1.14×108t，种植面积逐步扩大的同时，消费量也位居蔬菜之首[1]。近年来，随着蔬菜大面积运输、气候条件的变化和土壤酸化等因素的影响，白菜根肿病的发病面积和危害程度不断增加，导致白菜的产量和品质都大大降低，一定程度上影响了自身产业甚至蔬菜产业的发展。因此，根肿病的防治引起了科研工作者的关注。芸薹根肿菌(PlasmodiophorabrassicaeWoronin)是一种专性寄生于十字花科植物上的病原菌，形成的病害即为根肿病[3]。根肿病是十字花科蔬菜如油菜、甘蓝、白菜等影响较为严重的土传病害，其病原菌在土壤中存活时间久[4]，给病害防控造成一定困难，在国外最早发现于1736年的英格兰和南欧的地中海西部，后来在前苏联(1872年)被发现。目前，在北美、欧洲和亚洲的日本等地根肿病已成为危害十字花科植物的重要病害，每年在世界范围内造成10%～15%的损失。中国最早报道根肿病是在1936年，现主要分布在长江中下游、西南等地，发病率为35%～100%，损失为20%～90%[6-7]，年危害面积为(3.2～4.0)×106hm2，占总数十字花科作物种植面积的30%以上。在病害发生严重的年份，根肿病发生面积达到9.0×106hm2，平均损失20%～30%，严重地块受影响产量损失大于60%[9]。【前人研究进展】十字花科植物根肿病防治包括轮作、石灰、抗性品种和农药(如喹酮、百菌清、氟磺胺和氟嗪南)防治[11]。化学方法最有效也最常用，但也存在一些缺陷，如长期施用杀菌剂会导致病原菌对杀菌剂产生抗性、化学污染和对食品质量的影响，也对土壤、环境、人类及动物健康带来潜在风险。另外，作为控制根肿病的主要途径，轮作和种植携带主要抗性基因的品种[3，12]已经显示出它们的局限性，针对目前的现状，有必要探寻以生态为设计理念的防治方法，并基于微生物调控病害的机制为防治土传病害的传播探索新的技术和方法。植物相关微生物群越来越被认为是植物健康和病原菌抑制的重要决定因素，微生物制剂和生物农药的开发和利用是绿色防控的有效手段，也是提高农产品质量的重要手段。大量研究表明，微生物制剂中很多微生物可以抑制根肿大，但是目前仅有链霉菌、木霉菌、枯草芽胞菌等少数菌受到关注[13]。【本研究切入点】通过早期使用拮抗菌，在白菜生长初期使其在根际定植，占据生态位，同时使植物自身产生抵抗力，为植物提供有效保护。【拟解决的关键问题】本研究在前期研究的基础上，结合祥云县白菜根肿病的发病状况，开展微生物菌剂和生物炭对白菜根肿病防治效果的研究，分析生物炭配施微生物菌剂对土壤基本理化性质的影响及土壤理化性质与发病率的相关性分析，以期为根肿病的生物防治提供新的技术方法。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验大白菜品种为‘寒玉快菜’，为杂交种，结球和叶用兼用型，主要食用为幼苗部分及半成株。植株生长速度快，整齐，株高约30 cm，开展度约25 cm，单株重0.4 kg左右，内心黄色，耐贮运，播种后30～50 d收获。高抗芜菁花叶病毒病、霜霉病、软腐病、黑斑病，不抗根肿病。耐热、耐湿性较差，耐抽薹性中等。哈茨木霉菌剂、枯草芽孢杆菌剂购买于山东施美特农业科技有限公司，哈茨木霉菌有效活菌数≧10亿/g，枯草芽孢杆菌有效活菌数≧200亿/g。生物炭购买于河南星源环保材料有限公司，玉米秸秆在600 ℃的高温下采用炭化工艺制作，pH 8.46、全碳35.85%、全氮0.67%、全磷1.23%、有机质40.18 g/kg、有效磷125.21 mg/kg。复合肥(N-P2O5-K2O=17-17-17)总养分≧51%购买于香港福康农业科技有限公司。

1.2 试验方法

试验于2021年6—9月在大理祥云县刘厂镇进行。该地多年连续种植大白菜，受根肿病的高度影响，试验前茬种植时该病发病率为60%以上。田间试验设置8个处理，3次重复，24个小区随机区组设计，各小区呈矩形，面积为24 m2，各处理材料不同，分别为处理CK(对照)，处理BC(生物炭30 t/hm2)，处理HZ(哈茨木霉 15 kg/hm2)，处理SE(枯草芽孢杆菌15 kg/hm2)，处理BH(生物炭30 t/hm2+ 哈茨木霉15 kg/hm2)，处理BS(哈茨木霉15 kg+枯草芽孢杆菌15 kg/hm2), 处理HS(哈茨木霉15 kg/hm2+ 枯草芽孢杆菌15 kg/hm2), 处理BHS(生物炭30 t/hm2+ 哈茨木霉15 kg/hm2+ 枯草芽孢杆菌15 kg/hm2)。出苗后每隔10 d用菌剂兑水灌根1次，之后各处理追肥和日常管理都相同，都采用水溶肥直接追施。生物炭只在第1茬种植前施用。

1.3 田间调查

1.3.1 田间调查内容 小区株行距为30 cm×40 cm，按每处理面积测算不同处理小区密度、发病率、单株生物产量和经济产量以及公顷产量等。

1.3.2 田间调查根肿病评价依据 参照相关资料公布的根肿病分级标准[16]，制定对祥云县根肿病调查评价的标准如表1所示，计算发病率、病情指数、防治效果。

(1)

(2)

(3)

1.4 土壤样本采集

白菜种植前先取样，收获时取样1次，各处理不同的单元采用对角线5点取样法，采集5棵白菜根部10～20 cm的土壤样品，将5个土壤样品混合后放入一个土壤样品密封袋中。采集样品带回实验室进行自然干燥、过筛进行指标测定。

1.5 数据统计与分析

使用软件Microsoft Excel 2010处理所有数据，SPSS 26.0进行统计分析和相关分析，使用软件Origin 2018绘制图表。

2 结果与分析

2.1 不同处理对白菜根肿病防效的影响

从表2可知，各处理对白菜根肿病均具有不同程度的防治效果，两茬种植的结果第2茬效果比第1茬好，以处理BHS(生物炭 + 哈茨木霉 + 枯草芽孢杆菌)防治效果最佳，达到76%；其次为处理RH(生物炭+ 哈茨木霉)，而单独施用生物炭和单独施用微生物菌剂的效果都低于两者混施，可见施用生物炭的处理利用生物炭较大的比表面积和多孔结构能够为微生物定植提供良好的微环境，促进土壤有益微生物的生长，为微生物创造适宜的生长条件，对抑制根肿病具有显著效果。

表2 生物炭配施微生物菌剂对白菜根肿病的防治效果

2.2 不同处理白菜的增产效果分析

通过施用生物炭和微生物制剂防治大白菜根肿病，保证了大白菜的养分吸收和正常生长，显著提高了大白菜的生物产量和经济产量。不同处理的经济产量两茬平均提高31.75%～102.18%(表3)。与对照相比，其两茬种植经济产量分别平均提高93.75%、82.94%、56.95%、63.41%、31.75%、75.4%、102.18%，相比之下增产效果最好的是处理BHS(生物炭 + 哈茨木霉 + 枯草芽孢杆菌)，效果可达102.18%，其次是处理BC(生物炭)，增产效果仅次于处理BHS。处理HZ、BH、BS效果不显著。

表3 生物炭配施微生物菌剂对白菜产量的影响

2.3 不同处理对土壤理化性质的影响

2.3.1 不同处理对土壤pH的影响 如图1所示，pH 6.96～7.68。利用生物炭和微生物菌剂处理后的土壤pH均增加，与对照组相比，处理BC和BHS具有显著差异，处理HZ、SE和HS则差异不显著。处理BC(生物炭)和BHS(生物炭 + 哈茨木霉 + 枯草芽孢杆菌)pH均达到7.5以上，主要原因可能是生物炭本身呈碱性，从而提高了土壤pH，因为根肿菌孢子喜欢酸性环境，所以提高土壤 pH可以有效抑制根肿病的侵染。

图1 不同处理对土壤pH的影响

2.3.2 不同处理对土壤有机质的影响 在生物炭处理下，第1和第2茬土壤有机质都达到60 g/kg以上，如图2所示，整体来看，不同处理下土壤有机质均有增加，高达73.33 g/kg，与处理CK相比，处理BC、BH、BS、BHS表现出显著差异，相反，处理HZ、SE和HS没有差异，两茬结果一致。研究发现，随着土壤有机质含量减少发病程度会逐渐加重，严重发病的土壤与中轻度发病的土壤有机质含量存在显著性差异。由此推断，增加有机质含量可以有效抑制根肿病的发生和传播。

图2 不同处理对土壤有机质的影响

2.3.3 不同处理对土壤速效氮、磷、钾的影响 本试验地的碱解氮、速效磷和速效钾含量均较高。如图3所示，种植第1茬时，处理BC、BH、BS、BHS的土壤碱解氮含量均在150 mg/kg以上，较比处理CK分别显著提高33.4%、21.1%、24%、37.5%。在种植第2茬时，与处理CK相比，除处理BC碱解氮含量具有显著差异外(P<0.05)，其余处理均无显著差异。

图3 不同处理对土壤碱解氮的影响

如图4所示，土壤速效磷总体含量较高，其含量为159.69～23.79 mg/kg，在第1茬中，与处理CK相比较，除处理HZ和SE外，其他处理速效磷含量都显著高于处理CK(P<0.05)，含量最高是处理BHS，其次是处理BC，分别比处理CK提高37.7%和28.9%。第2茬各处理土壤速效磷含量与经1茬趋势相同。

图4 不同处理对土壤速效磷的影响

如图5所示，土壤速效钾含量均在400 mg/kg以上，最高达到527.34 mg/kg，两茬土壤速效钾含量趋势一致。处理BC和BHS的速效钾含量显著高于处理CK，分别提高25.3%、26.4%(P<0.05)，其余处理间均没有差异。

图5 不同处理对土壤速效钾的影响

2.4 白菜根肿病发病率和病情指数与土壤养分相关性

由表4所知，发病率与病情指数呈极显著正相关，与速效钾呈显著负相关(P<0.05)，与pH、有机质、速效磷呈极显著负相关(P<0.01)，表明pH越低，发病越严重，有机质和速效磷含量越低，发病越严重。病情指数与pH、速效磷呈显著负相关(P<0.05)。

表4 白菜根肿病发病率和病情指数与土壤养分相关性分析

3 讨 论

白菜根肿病的发生与土壤中微生物的关系非常密切，通过添加微生物菌剂，可显著降低白菜根肿病的发生，明显改善土壤微生物区系结构，有效提高根际土壤微生物功能多样性，促进有益菌群生长，抑制致病菌生长[17]。生物菌剂还能为作物根系提供适合的微生态生长环境, 促进根系的生长和增强根系的吸水吸肥能力，为作物植株的生长提供充足的水分和养料, 从而促进作物生长[18]。本研究是根据前一阶段筛选出对根肿块具有强拮抗作用的生防菌株，通过试验发现，哈茨木霉和枯草芽孢杆菌联合施用能更好地促进白菜根部土壤菌群结构向拮抗菌群发展，从而提高白菜抗病性。生物炭的多孔结构和丰富的营养物质，为微生物生长提供更好的生存环境，与微生物菌剂共同作用，提高微生物的丰富度[19-20]。

土壤环境是影响土壤传染性病害产生的重要因素，在枯萎病等其他多种土壤传染性病害都有关于土壤环境因素对病害抑制的报道[21]。十字花科根肿菌作为生活在土壤中的细菌，其浸染潜力、生存和侵入能力受到土壤的理化性质和生物因素的影响[22]。生物炭和微生物菌的添加可以提高白菜根部土壤pH、有机质、速效磷、速效钾。这些指标都与发病率有显著关系负相关，对根肿病的发生和抑制起到一定作用。

土壤pH作为土壤的一种重要化学性质，被广泛认为是影响根肿菌休眠孢子萌发、根毛感染、根肿胀病发生和根肿胀形成的因素之一[21]。Myers等[23]报道了根肿病菌的初侵染和肿根的形成在pH大于7.2时受到抑制；黄蓉等[25]对田间根肿病情进行了调查，发现土壤pH在4.5～6.5时病情较重。在酸性条件下白菜根肿病发病率会显著高于碱性条件。生物炭为碱性材料，其作用与石灰拌土的作用机理相似，当添加到土壤后会显著提高土壤pH，有降低根肿发病率和病情指数的效果。在实际生产过程中添加石灰，对根肿病有预防作用，但是容易引起土壤板结和破坏土壤耕层结构，而使土壤的肥力降低，对作物的长期栽培不利。在实际生产中利用生物炭代替石灰使用，不但能防治根肿病，还可以改良土壤理化性质，提升土壤肥力，促进植物生长。

王婧等[26]研究表明，木霉菌、放线菌等微生物可利用营养物质，在适宜的条件下繁殖，提高活性。另外，通过微生物之间的拮抗和竞争，可以直接作用于根部的病原菌，提高植物自身的抗性，以预防根肿病发生。马赛等[27]研究发现，哈茨木霉菌对大白菜具有防病和促生作用，且较高浓度的哈茨木霉菌对大白菜根肿病有较好的防治效果，通过调节土壤和根际土壤微生物群落来发挥作用。本试验的研究结果与上述学者的研究一致，利用生物炭配合施用微生物菌剂，其添加生物炭的预防和治疗效果与微生物作用有关。生物炭添加对微生物和养分调节作用的影响，有助于促进哈茨木霉菌和枯草芽胞杆菌的繁殖和延长其生存期，抑制病原菌的浸染可以降低根肿病的发病。因此，生物炭对微生物的作用也是研究其预防和治疗机制的研究方向。

土壤酸碱度、矿质营养和微生物间的相互作用对根肿病的防控，都是通过给植株提供一个合适的生长环境，促进植物生长和提升抗病性来降低根肿病的发病率。试验结果表明，添加生物炭有利于白菜的生长，对根肿病有良好的预防效果。试验结果表明，生物炭和微生物的共同作用效果明显，可以提升土壤pH、土壤有机质和土壤速效氮、磷、钾，有效抑制病原菌的生长，预防白菜根肿病。下一步可将生物炭作为微生物吸附菌剂，开发含哈茨木霉菌、枯草芽孢杆菌的吸附菌剂的复合功能型微生物菌肥，进而更有效地抑制根肿病病原菌的生长。

4 结 论

田间试验结果表明，将生物炭和微生物菌配合使用，可以降低白菜根肿病的发病率，提高白菜的产量。此外，还能提高土壤理化性质，其配合施用效果显著高于单施。生物炭30 t/hm2+ 哈茨木霉15 kg/hm2+ 枯草芽孢杆菌15 kg/hm2两茬种植平均防治效果达到73.84%，生物炭30 t/hm2+哈茨木霉15 kg/hm2处理的防治效果达到51.34%，生物炭30 t/hm2+哈茨木霉15 kg/hm2处理的防治效果达到45.84%；生物炭、不同微生物菌剂处理的白菜生物产量和经济产量显著提高，增产31.75%～102.18%，二者配合施用对白菜病害防治具有协同增效的作用。