白耀宇,龐　帥,韋　珊,肖　瑤,丁　偉

西南大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院, 重慶　400715

煙草青枯病是由茄科雷爾氏菌(Ralstoniasolanacearum)引起的一種毀滅性土傳細(xì)菌性病害,嚴(yán)重制約世界上主要產(chǎn)煙國(guó)家的煙草生產(chǎn)[1]。該病在我國(guó)南方煙區(qū)普遍發(fā)生,特別在湖南、貴州、福建、廣東、四川、重慶等省發(fā)生較為嚴(yán)重[2]。由于該病原菌主要在土壤中完成越冬、侵染和傳播,導(dǎo)致其很難從根本上有效控制[3]。

據(jù)報(bào)道,該病害的病原菌在土壤中傳播和侵染寄主植物根系的途徑也與土壤動(dòng)物的發(fā)生及危害密切相關(guān)[1]。而作為土壤生態(tài)系中重要組成部分的體長(zhǎng)小于2 mm的小型(Micro-)和中型(Meso-)土壤動(dòng)物,如線蟲(Nematoda)及節(jié)肢動(dòng)物中的蜱螨(Acari)、彈尾蟲(Collembola)和昆蟲(Insecta)等[4],具數(shù)量大、種類多和對(duì)環(huán)境變化敏感等特點(diǎn),在可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中能有效指示土壤的健康程度[5-6]。但目前在煙草青枯病發(fā)生機(jī)理和控制技術(shù)研究中,尤其突出該病與土壤微生物的互作規(guī)律研究[7-8]；卻忽視了與土壤動(dòng)物的相關(guān)性研究。前人研究認(rèn)為,幾乎所有的土壤過(guò)程和土壤功能都與土壤動(dòng)物有關(guān)[9]；只有土壤動(dòng)物的積極參與,植物根系、根系分泌物和土壤微生物間的相互作用才能順利進(jìn)行[9- 10]；土壤動(dòng)物在調(diào)節(jié)根際微生物過(guò)程中擔(dān)負(fù)著重要的生態(tài)功能,從而顯著影響植物的生長(zhǎng)[11- 12]。其中,中小型土壤動(dòng)物的生態(tài)功能主要通過(guò)直接取食真菌、細(xì)菌和植物凋落物碎屑和間接作用土壤理化性質(zhì)及土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成和功能特征來(lái)實(shí)現(xiàn)[13]；也能在抑制植物土傳病原菌致病危害方面發(fā)揮重要作用[14-16]?？傊?研究青枯病與中小型土壤動(dòng)物的生態(tài)關(guān)系是揭示其爆發(fā)危害和尋找有效防治手段的重要理論基礎(chǔ)。因此有必要開展煙草青枯病危害與該類土壤動(dòng)物群落生態(tài)關(guān)系的研究。

迄今,研究煙草青枯病對(duì)土壤動(dòng)物影響的報(bào)道很少。我們前期在青枯病危害煙田的研究指出,螨類數(shù)量在該病害發(fā)病的中后期顯著下降,而彈尾蟲的數(shù)量卻顯著上升；螨類與彈尾蟲的數(shù)量比值(A/C值)也隨著青枯病危害程度的加劇而顯著降低[17]。盡管如此,在田間群落水平上,青枯病危害對(duì)煙田中小型土壤動(dòng)物的影響如何,不得而知?；诖?本研究以重慶市彭水縣植煙區(qū)青枯病典型發(fā)病田及其對(duì)照無(wú)青枯病田為代表樣點(diǎn),比較分析該病害發(fā)生對(duì)兩類煙田中小型土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及多樣性功能特征的影響及規(guī)律,并解析中小型土壤動(dòng)物群落對(duì)青枯病危害響應(yīng)的主要特征指標(biāo)；旨在豐富和完善調(diào)控?zé)煵萸嗫莶∽饔玫耐寥郎锘A(chǔ)理論,促進(jìn)形成可持續(xù)和有效的煙草青枯病生物防治理論和技術(shù)體系。

1　研究區(qū)概況

研究區(qū)位于重慶市彭水縣潤(rùn)溪鄉(xiāng)(29°2′—29°13′ N,107°52′—108°1′ E)。該鄉(xiāng)地處渝貴交界處,在彭水縣城西南方向約53 km處,屬中亞熱帶溫潤(rùn)季風(fēng)氣候,雨量充沛,四季分明,山地立體氣候特征十分明顯,海拔落差大,最高處1498 m,平均海拔841 m；以煙葉種植為特色；煙草業(yè)產(chǎn)值約占全鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)總收入的三分之一。該縣年均溫17.6 ℃,高山與低谷氣溫相差10—14 ℃,年均降雨量1224 mm。

煙草青枯病典型發(fā)病區(qū)位于該鄉(xiāng)白果坪村。該片植煙區(qū)近10年均連年受到煙草青枯病的重大危害,部分田塊在煙草成熟期青枯病發(fā)病株率甚至達(dá)到了100%[2,17]。因此,彭水縣煙草分公司專門開辟了13.3 hm2青枯病危害嚴(yán)重的煙田作為該病害的研究與綜合治理示范區(qū)[2]。本實(shí)驗(yàn)選取的煙草青枯病實(shí)驗(yàn)田就位于該示范區(qū)中。同時(shí)在該發(fā)病田塊附近的潤(rùn)溪鄉(xiāng)櫻桃井村植煙區(qū)選取無(wú)青枯病危害史的煙田作為對(duì)照田(青枯病發(fā)病株率為0)。

2　材料與方法

2.1　樣地設(shè)置及土壤理化特性測(cè)定

在青枯病發(fā)病區(qū)和對(duì)照樣區(qū)各選取3個(gè)面積為30 m×20 m的煙田樣地為實(shí)驗(yàn)地,每塊實(shí)驗(yàn)地之間通過(guò)1.0 m的壟作非耕作區(qū)進(jìn)行間隔。煙田育秧育苗、移栽和肥水管理等均按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)民種植習(xí)慣進(jìn)行。試驗(yàn)田均不進(jìn)行病蟲害的化學(xué)藥劑防治。

于2015年3月樣品采集后,將土壤動(dòng)物分離后的0—15 cm樣品混合,經(jīng)風(fēng)干、除雜、研碎和混勻并過(guò)2 mm尼龍篩后,用于測(cè)定土壤的理化性質(zhì)。測(cè)定分析按鮑士旦主編的《土壤農(nóng)化分析》[18]中的方法進(jìn)行。經(jīng)分析供試土壤為黃壤粘土。其他測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　重慶彭水縣潤(rùn)溪鄉(xiāng)植煙區(qū)青枯病發(fā)病田及其對(duì)照不發(fā)病田土壤基本理化性質(zhì)

2.2　樣品的采集與分離

分別于2015年3月煙田休耕期、6月煙苗旺長(zhǎng)期(青枯病發(fā)病初期)和9月煙葉成熟期(青枯病發(fā)病后期)對(duì)青枯病發(fā)病樣點(diǎn)和不發(fā)病對(duì)照樣點(diǎn)各3個(gè)實(shí)驗(yàn)樣地(田塊)進(jìn)行土壤取樣。取樣時(shí),3月,3個(gè)實(shí)驗(yàn)樣地均設(shè)5個(gè)重復(fù)采樣點(diǎn)(均勻布置),每個(gè)采集點(diǎn)間距約為10 m；6月和9月,3個(gè)實(shí)驗(yàn)樣地均設(shè)6個(gè)重復(fù)采樣點(diǎn)(均勻布置),每個(gè)采集點(diǎn)間距約為10 m。3月煙田休耕期的樣點(diǎn)均選擇壟作煙田中較為平坦、人為活動(dòng)少的壟臺(tái)采樣,每個(gè)點(diǎn)并排同時(shí)采樣2次,分別用于調(diào)整的貝爾曼(Bearmann)濕漏斗和Tullgren干漏斗分離濕生動(dòng)物和其他土壤動(dòng)物；而6月和9月煙草生育期的采樣點(diǎn)均選擇壟臺(tái)靠近煙苗主莖兩側(cè)取樣根際土壤。每個(gè)采樣點(diǎn)由上到下分為0—5、5—10 cm和10—15 cm共 3個(gè)土層取樣。

采用口徑為8 cm、高度為5 cm的環(huán)刀采樣器對(duì)各土壤分層取樣,分層采集土樣后按個(gè)層次分別進(jìn)行土樣鋁盒裝盒保存。土樣拿回室內(nèi)后,采用直徑為2 mm的Tullgren干漏斗分離土壤動(dòng)物；土壤動(dòng)物的分離在各個(gè)干漏斗烘蟲箱中進(jìn)行,控制烘蟲箱溫度在30—50 ℃,烘蟲時(shí)間為48 h；分離出的土壤動(dòng)物用盛有75%濃度的酒精收集于玻璃瓶中,待分類鑒定并計(jì)數(shù)。線蟲等濕生動(dòng)物在貝爾曼濕漏斗中進(jìn)行分離；經(jīng)48 h后取樣15 mL漏斗收集管中的水溶液鏡檢和統(tǒng)計(jì)。

將分離獲得的土壤動(dòng)物置于雙目解剖鏡下鑒定。參考鑒定資料《中國(guó)亞熱帶土壤動(dòng)物》[19]和《中國(guó)土壤動(dòng)物檢索圖鑒》[20]進(jìn)行分類鑒定。由于受分類限制,采用大類進(jìn)行分類并統(tǒng)計(jì)數(shù)量。

2.3　數(shù)據(jù)處理與分析

土壤動(dòng)物群落內(nèi)多樣性(α多樣性)指數(shù)測(cè)度分析主要采用Simpson優(yōu)勢(shì)集中性指數(shù)(C)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Pielou均勻度指數(shù)(J)和Margalef豐富度指數(shù)(D)來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

Simpson優(yōu)勢(shì)集中性指數(shù)(C)：

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)：

Pielou均勻度指數(shù)(J)：

J=H′/lnS

Margalef豐富度指數(shù)(D)：

D=(S-1)/lnN

式中,Ni為第i類群的個(gè)體數(shù)；N為群落中所有類群的個(gè)體數(shù)；Pi=Ni/N,S為類群數(shù)。由于線蟲在土壤動(dòng)物群落中的密度很大,因此,為了深入分析線蟲和干漏斗中土壤動(dòng)物(以螨類和彈尾蟲為主)與青枯病危害的關(guān)系,對(duì)上述4個(gè)土壤動(dòng)物群落特征指數(shù)的計(jì)算分為有或無(wú)線蟲兩種情況并分別統(tǒng)計(jì)分析。

土壤動(dòng)物群落間多樣性(β多樣性)系數(shù)分析主要采用S?rensen相似性系數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算。該系數(shù)主要反映兩類生境煙田土壤動(dòng)物類群上的相似程度。

S?rensen相似性系數(shù)(Cs)：

Cs=2c/(a+b)

式中,a為發(fā)病煙田全部類群數(shù),b為不發(fā)病對(duì)照煙田(CK)全部類群數(shù),c為兩類煙田共有的類群數(shù)。該公式規(guī)定的相似性等級(jí)是：計(jì)算值在0.75—1.00為極相似,在0.50—0.74為中等相似,在0.25—0.49為中等不相似,在0—0.24為極不相似。

土壤動(dòng)物群落相對(duì)穩(wěn)定性測(cè)定采用群落物種數(shù)與個(gè)體數(shù)之比(St/Si)表示。該值反映種間數(shù)量上的制約作用[21]。由于土壤動(dòng)物群落中螨類和彈尾蟲發(fā)生量大,它們之間的數(shù)量比(A/C,A代表螨類,C代表彈尾蟲)與煙田青枯病危害存在相關(guān)性[17],因此統(tǒng)計(jì)分析了兩類煙田不同調(diào)查期該比值的變化規(guī)律。

分離的土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量(多度)占捕獲總量的百分比為相對(duì)多度。其中,10.0%以上者為優(yōu)勢(shì)類群,占1.0%—10.0%者為常見(jiàn)類群,不足1.0%者為稀有類群。土壤動(dòng)物密度數(shù)據(jù)均為分離的土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)換算成的平均密度(個(gè)/m2)。數(shù)據(jù)分析前,對(duì)土壤動(dòng)物多度和密度數(shù)據(jù)進(jìn)行l(wèi)og(x+1)對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換；對(duì)土壤動(dòng)物相對(duì)多度進(jìn)行Arcsin(sqrt(x))平方根反正旋轉(zhuǎn)換。對(duì)于服從正態(tài)分布和方差齊性的土壤動(dòng)物數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)。對(duì)于不服從正態(tài)分布和方差齊性的土壤動(dòng)物數(shù)據(jù)進(jìn)行兩獨(dú)立樣本的非參數(shù)Mann-Whitney U秩和檢驗(yàn)。

主成分分析(Principal component analysis,PCA)：對(duì)兩類生境煙田的土壤動(dòng)物群落主要特征指標(biāo)進(jìn)行主成分分析,并根據(jù)各煙田優(yōu)勢(shì)和常見(jiàn)土壤動(dòng)物類群PCA得分對(duì)土壤動(dòng)物采樣點(diǎn)進(jìn)行排序分析。

以上分析和作圖采用Microsoft Excel 2007、SPSS 19.0以及CANOCO 5軟件完成。

3　結(jié)果與分析

3.1　不同煙田土壤動(dòng)物類群組成和數(shù)量特征

通過(guò)調(diào)查共捕獲中小型土壤動(dòng)物50112只,隸屬于3門13綱33類。3月休耕煙田(簡(jiǎn)稱3月),線蟲相對(duì)多度為80.91%,屬于優(yōu)勢(shì)類群；等節(jié)跳蟲科、中氣門亞目、甲螨亞目、棘跳蟲科、前氣門亞目和長(zhǎng)角跳蟲科依次是8.84%,2.39%,2.17%,1.52%,1.10%和1.02%,為常見(jiàn)類群；其他2.02%均為稀有類群。6月煙苗旺長(zhǎng)期(簡(jiǎn)稱6月),線蟲和中氣門亞目相對(duì)多度分別為66.38%和10.88%,屬于優(yōu)勢(shì)類群；棘跳蟲科、甲螨亞目、長(zhǎng)角跳蟲科、嚙蟲目、等節(jié)跳蟲科和前氣門亞目依次為5.45%,4.87%,4.06%,2.13%,2.48%和1.22%,為常見(jiàn)類群；其他2.53%均為稀有類群。9月煙葉成熟期(簡(jiǎn)稱9月),線蟲相對(duì)多度為68.64%,屬于優(yōu)勢(shì)類群；中氣門亞目、甲螨亞目、等節(jié)跳蟲科、棘跳蟲科、長(zhǎng)角跳蟲科、鞘翅目和短角跳蟲科依次是9.95%,7.19%,3.73%,2.37%,1.95%,1.78%和1.01%,為常見(jiàn)類群；其他3.38%為稀有類群。因此,優(yōu)勢(shì)類群和常見(jiàn)類群構(gòu)成了煙田中小型土壤動(dòng)物的主體。

青枯病煙田(簡(jiǎn)稱青枯病田)及其對(duì)照無(wú)青枯病田(簡(jiǎn)稱對(duì)照田)土壤動(dòng)物優(yōu)勢(shì)和常見(jiàn)類群及其相對(duì)多度存在一定差異。3月,青枯病田優(yōu)勢(shì)類群是線蟲和等節(jié)跳蟲科,常見(jiàn)類群是甲螨亞目、中氣門亞目、棘跳蟲科、長(zhǎng)角跳蟲科和前氣門亞目；對(duì)照田優(yōu)勢(shì)類群是線蟲,常見(jiàn)類群是等節(jié)跳蟲科、中氣門亞目、甲螨亞目和原跳蟲科；在兩者共有的優(yōu)勢(shì)和常見(jiàn)類群中,青枯病田線蟲的相對(duì)多度顯著低于對(duì)照(F=9.082,P<0.01),等節(jié)跳蟲科和甲螨亞目均顯著大于對(duì)照(F=10.577,P<0.01；F=4.384,P<0.05),中氣門亞目差異不顯著(F=0.175,P>0.05)。6月,青枯病田優(yōu)勢(shì)類群是線蟲和中氣門亞目,優(yōu)勢(shì)類群是棘跳蟲科、長(zhǎng)角跳蟲科、甲螨亞目、嚙蟲目和前氣門亞目；對(duì)照田優(yōu)勢(shì)類群是線蟲,常見(jiàn)類群是甲螨亞目、中氣門亞目、棘跳蟲科、長(zhǎng)角跳蟲科、等節(jié)跳蟲科、前氣門亞目和短角跳蟲科；在兩者共有的優(yōu)勢(shì)和常見(jiàn)類群中,青枯病田線蟲、中氣門亞目、甲螨亞目、前氣門亞目、棘跳蟲科和長(zhǎng)角跳蟲科的相對(duì)多度均與對(duì)照差異不顯著(F=0.013—4.399,P>0.05)。9月,青枯病田優(yōu)勢(shì)類群是線蟲,常見(jiàn)類群是中氣門亞目、甲螨亞目、等節(jié)跳蟲科、棘跳蟲科、長(zhǎng)角跳蟲科、鞘翅目、短角跳蟲科和前氣門亞目；對(duì)照田優(yōu)勢(shì)類群是線蟲和中氣門亞目,常見(jiàn)類群是甲螨亞目、等節(jié)跳蟲科、棘跳蟲科、膜翅目和長(zhǎng)角跳蟲科；在兩者共有的優(yōu)勢(shì)和常見(jiàn)類群中,青枯病田中氣門亞目和等節(jié)跳蟲科的相對(duì)多度均顯著低于對(duì)照(U=117.0,P<0.05；F=7.292,P<0.01),線蟲、甲螨亞目、棘跳蟲科和長(zhǎng)角跳蟲科在兩者間差異不顯著(F=0.025—3.488,P>0.05)。

3.2　不同煙田土壤動(dòng)物群落密度及其動(dòng)態(tài)特征

3.2.1土壤動(dòng)物群落密度的時(shí)間動(dòng)態(tài)

青枯病田及其對(duì)照田土壤動(dòng)物總密度(圖1A)和線蟲密度(圖1B)均為3月休耕期大于6月和9月生育期；其中,3月青枯病田和對(duì)照田土壤動(dòng)物密度差異不顯著(F=0.796,P>0.05),而對(duì)照田線蟲密度顯著大于青枯病田(F=6.77,P<0.05)；6月和9月土壤動(dòng)物和線蟲密度均為青枯病田顯著大于對(duì)照田(土壤動(dòng)物：F6月=16.08,P<0.01；F9月=8.67,P<0.01；線蟲：F6月=7.07,P<0.05；F9月=8.45,P<0.01)。螨類在兩類煙田密度以生育期為高(圖2A)；除了6月青枯病田顯著大于對(duì)照田(F=9.31,P<0.01)外,3月和9月均差異不顯著(P>0.05)。彈尾蟲在兩類煙田生境密度為休耕期大于生育期(圖2B),3個(gè)時(shí)期的密度均為青枯病田顯著大于對(duì)照田(F3月=5.54,P<0.05；F6月=18.59,P<0.01；F9月=9.29,P<0.01)。其他稀有類群密度以生育期為高(圖2C)；6月和9月均為青枯病田顯著大于對(duì)照田(F6月=11.22,P<0.01；F9月=11.29,P<0.01),3月差異不顯著(P>0.05)。

3.2.2土壤動(dòng)物群落密度的垂直分布

在3個(gè)調(diào)查期,青枯病田及其對(duì)照田土壤動(dòng)物總密度及其各類群密度在0—5、5—10 cm和10—15 cm 3個(gè)土層均存在明顯變化。3月,土壤動(dòng)物和線蟲密度(圖1)在5—10 cm和10—15 cm均為對(duì)照田顯著高于青枯病田(土壤動(dòng)物：F5—10=10.17,P<0.01；F10—15=6.15,P<0.05；線蟲：F5—10=11.26,P<0.01；F10—15=18.21,P<0.01)；6月和9月均為青枯病田高于對(duì)照,但土壤動(dòng)物只有6月0—5 cm以及9月0—5 cm和10—15 cm存在顯著差異(6月：F0—5=16.63,P<0.01；9月：U0—5=96.0,P<0.01；U10—15=137.0,P<0.05),而線蟲6月0—5 cm及9月3個(gè)土層均存在顯著差異(6月：F0—5=6.34,P<0.05；9月：U0—5=138.5,P<0.05；U5—10=112.0,P<0.05；U10—15=125.5,P<0.05)。3月10—15 cm和6月0—5 cm的螨類密度為青枯病田顯著高于對(duì)照田(3月：F10—15=6.89,P<0.05；6月：F0—5=6.59,P<0.05),其他時(shí)間各土層均差異不顯著(P>0.05)。3個(gè)時(shí)間3個(gè)土層彈尾蟲密度均為青枯病田高于對(duì)照田,但3月、6月和9月的0—5 cm(F3月=7.95,P<0.01；F6月=14.85,P<0.01；F9月=6.07,P<0.05)以及6月的5—10 cm和10—15 cm存在顯著差異(F5—10=9.79,P<0.01；F10—15=6.49,P<0.05)。其他稀有類群密度,6月10—15 cm和9月0—5 cm為青枯病田顯著高于對(duì)照(U10—15=2.0,P<0.01；F0—5=99.0,P<0.05),其他各時(shí)間的土層差異均不顯著(P>0.05)(圖2)。

圖1　不同調(diào)查期兩類煙田土壤動(dòng)物群落密度(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)Fig.1　Densities of soil animal community in tobacco fields during different period of investigation (Mean±SE)*表示青枯病田與對(duì)照田差異顯著(P<0.05)

圖2　不同調(diào)查期兩類煙田土壤動(dòng)物群落密度(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)Fig.2　Densities of soil faunal community in tobacco fields during different period of investigation (Mean±SE)

3.3　不同煙田土壤動(dòng)物群落多樣性指數(shù)及其動(dòng)態(tài)

由圖3可知,在統(tǒng)計(jì)分析時(shí)線蟲的有或無(wú)對(duì)兩類生境煙田的計(jì)算結(jié)果有較大影響。3月的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)在有或無(wú)線蟲2種條件下均為青枯病田顯著高于對(duì)照田(F有=83.21,P<0.01；F無(wú)=92.03,P<0.01)；6月無(wú)線蟲條件下對(duì)照田顯著高于青枯病田(F無(wú)=17.21,P<0.01),而9月為青枯病田顯著高于對(duì)照田(F無(wú)=47.42,P<0.01)。Pielou均勻度指數(shù)只在6月的無(wú)線蟲條件下對(duì)照田顯著高于青枯病田(F無(wú)=35.65,P<0.01),其他均差異不顯著(P>0.05)。3月的Simpson優(yōu)勢(shì)集中性指數(shù)在線蟲條件下為對(duì)照田顯著高于青枯病田(F有=6.69,P<0.05),而無(wú)線蟲時(shí)青枯病田顯著高于對(duì)照(F無(wú)=4.72,P<0.05)；6月和9月均為無(wú)線蟲時(shí)對(duì)照田顯著高于青枯病田(F無(wú)=11.71,P<0.01；U無(wú)=60.0,P<0.01)。3月和6月的Margalef豐富度指數(shù)均為對(duì)照田大于青枯病田,其中3月無(wú)線蟲和6月有或無(wú)線蟲條件下均差異顯著(3月：F無(wú)=7.81,P<0.01；6月：F有=5.64,P<0.05；F無(wú)=6.98,P<0.05)；但9月在這2種條件下均為青枯病田顯著高于對(duì)照田(F有=49.41,P<0.01；F無(wú)=95.85,P<0.01)。

3.4　不同煙田土壤動(dòng)物群落的相似性和穩(wěn)定性分析

通過(guò)計(jì)算,青枯病煙田及其對(duì)照田不同調(diào)查期土壤動(dòng)物群落S?rensen相似性系數(shù)均大于0.75,說(shuō)明2類煙田土壤動(dòng)物群落處于極相似程度；同時(shí)發(fā)現(xiàn)Cs值3月最高,9月最低,表明群落空間相似性程度也受季節(jié)或煙草成熟期青枯病危害加劇的影響(表2)。兩類煙田不同季節(jié)土壤動(dòng)物群落穩(wěn)定性St/Si比值存在明顯不同,3月的比值盡管青枯病田大于對(duì)照田,但兩者比值相差較??；而兩類煙田6月和9月的比值差異較大,均為對(duì)照田大于青枯病田(表2)。

表2　不同調(diào)查時(shí)間煙田土壤動(dòng)物群落的相似性和穩(wěn)定性

3.5　不同煙田螨類與彈尾蟲A/C比值分析

在3個(gè)調(diào)查期,螨類與彈尾蟲個(gè)體數(shù)的A/C比值均為對(duì)照煙田大于青枯病田；且該比值在兩類煙田均為3月>6月>9月；其中,3月和6月對(duì)照田均顯著性高于青枯病田(F3月=5.65,P<0.05；F6月=9.96,P<0.01)；說(shuō)明A/C比值的變化與青枯病的發(fā)生存在密切關(guān)系(圖4)。

圖3　不同調(diào)查時(shí)間煙田土壤動(dòng)物群落多樣性(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)Fig.3　Diversities of soil animal community in tobacco fields during different period of investigation (Mean ± SE)

圖4　不同調(diào)查期兩類煙田螨類與彈尾蟲A/C比值的動(dòng)態(tài)變化(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)Fig.4　The values of A/C in individual numbers between Acari and Collembola in tobacco fields during the investigation period (Mean±SE)

3.6　青枯病危害對(duì)土壤動(dòng)物群落主要特征指標(biāo)影響的PCA分析

本研究對(duì)土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)、類群、多樣性指數(shù)(H′)、均勻性指數(shù)(J)、豐富度指數(shù)(D)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(C)、類群密度、A/C比值以及不同調(diào)查期的優(yōu)勢(shì)類群和常見(jiàn)類群等土壤動(dòng)物特征指標(biāo)采用主成分法進(jìn)行了分析,確定對(duì)青枯病危害敏感的指示土壤動(dòng)物特征指標(biāo)。3個(gè)調(diào)查期共有的優(yōu)勢(shì)類群和常見(jiàn)類群包括線蟲、甲螨亞目、中氣門亞目、前氣門亞目、棘跳蟲科、等節(jié)跳蟲科和長(zhǎng)角跳蟲科等7類；此外,3月還包括原跳蟲科；6月有短角跳蟲科和嚙蟲目；9月有短角跳蟲科、鞘翅目和膜翅目。本研究選取前4個(gè)主成分,如表3所示,其中3個(gè)調(diào)查時(shí)間的累積方差貢獻(xiàn)率在74%—85%,可以包含上述土壤動(dòng)物特征指標(biāo)的絕大部分信息。

以每個(gè)主成分的對(duì)應(yīng)特征值占所選取的4個(gè)主成分特征值之和的比值作為權(quán)重,分別與對(duì)應(yīng)的主成分值相乘后求和得到每個(gè)土壤動(dòng)物特征指標(biāo)的綜合分值,然后進(jìn)行排序[22],結(jié)果如表4所示。由表4可知,不同季節(jié)煙田土壤動(dòng)物各特征指標(biāo)對(duì)青枯病危害的指示作用明顯不同。其中,3月綜合分值前5名依次為中氣門亞目、土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)、土壤動(dòng)物密度、線蟲和A/C值,表明煙田休耕期這5個(gè)土壤動(dòng)物指標(biāo)對(duì)青枯病的發(fā)生危害最為敏感；6月綜合分值前5名依次為土壤動(dòng)物密度、土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)、中氣門亞目、嚙蟲目和線蟲,表明煙株旺長(zhǎng)期(青枯病發(fā)病初期)這5個(gè)中小型土壤動(dòng)物指標(biāo)對(duì)青枯病的發(fā)生危害最為敏感；9月綜合分值前5名依次為土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)、線蟲、中氣門亞目、甲螨亞目和土壤動(dòng)物密度,表明煙葉成熟期(青枯病發(fā)病盛期)這5個(gè)中小型土壤動(dòng)物指標(biāo)對(duì)青枯病的發(fā)生危害最為敏感；上述3個(gè)時(shí)期的土壤動(dòng)物指標(biāo)均可作為分析青枯病危害作用的重要特征指標(biāo)。另外,6月棘跳蟲科、等節(jié)跳蟲科、長(zhǎng)角跳蟲科和短角跳蟲科及9月A/C值、前氣門亞目和棘跳蟲科排名靠前,也可分別作為各時(shí)期分析青枯病危害作用的參考指標(biāo)。

表3不同調(diào)查時(shí)間煙田土壤動(dòng)物主成分特征根與方差貢獻(xiàn)率

Table3Eigenvalueandvariancecontributionofprincipalcomponentsofsoilanimalcommunityintobaccofieldsduringdifferentperiodsofinvestigation

時(shí)間Time主成分Principalcomponent特征根Eigenvalues方差貢獻(xiàn)率/%Variancecontribution累積方差貢獻(xiàn)率/%Cumulativevariancecontribution3月March14．1625．9725．9723．4921．8147．7832．3714．7962．5741．8811．7274．296月June15．9635．0635．0624．7928．1663．2232．0712．1675．3841．589．2784．649月September16．8037．7937．7923．8621．4259．2132．0711．5170．7241．397．7578．46

青枯病及其對(duì)照田土壤動(dòng)物優(yōu)勢(shì)和常見(jiàn)類群PCA得分排序圖見(jiàn)圖5。由圖5可知,在3個(gè)調(diào)查期青枯病田及其對(duì)照田各土樣采集點(diǎn)分布的梯度聚集特點(diǎn)明顯,兩者間少數(shù)樣點(diǎn)有重疊；主要土壤動(dòng)物類群在2類煙田的多度均較大,說(shuō)明兩類生境煙田土壤動(dòng)物群落組成及結(jié)構(gòu)相似度高。其中,3月各樣點(diǎn)聚集分布最為顯著,只有3個(gè)分類區(qū),兩類煙田樣點(diǎn)均有重疊分布,各主要類群多度在兩類煙田均較大；6月有4個(gè)分類區(qū),兩類煙田采樣點(diǎn)只在3個(gè)分類區(qū)有重疊分布,前氣門亞目在對(duì)照田部分采樣點(diǎn)多度較大；9月有4個(gè)分類區(qū),兩類煙田采樣點(diǎn)只在一個(gè)分類區(qū)有重疊分布,線蟲、棘跳蟲科和長(zhǎng)角跳蟲科在青枯病田部分采樣點(diǎn)多度較大,而鞘翅目和膜翅目在對(duì)照田部分樣采點(diǎn)多度較大；說(shuō)明兩類煙田土壤動(dòng)物群落的差異隨著青枯病危害程度的加劇而加大,差異程度9月>6月>3月。

表4不同調(diào)查期煙田土壤動(dòng)物主要群落特征指標(biāo)主成分綜合值及排序

Table4ComprehensivevaluesandrankofcharacteristicsofsoilfaunaanalysedbyPCAintobaccofieldsduringdifferentperiodofinvestigation

時(shí)間Time指標(biāo)Index主成分1Principalcomponent1主成分2Principalcomponent2主成分3Principalcomponent3主成分4Principalcomponent4綜合分值Comprenhensivevalues排序Rank3月個(gè)體數(shù)Individualnumber0．5790．7390．108-0．1420．2132 March類群數(shù)Groupnumber0．1500．393-0．4780．4580．07811 密度Density0．8710．398-0．025-0．2160．1843 D0．0510．329-0．7020．5510．03314 H′-0．8580．2990．1010．148-0．07015 J0．5360．051-0．1000．3930．1327 C0．706-0．292-0．0080．1440．0919 A/C值A(chǔ)/Cvalue0．263-0．0810．7990．1060．1485 線蟲Nematode0．7760．4610．007-0．3590．1654 甲螨亞目Oribatida-0．1660．7940．354-0．0820．1336 中氣門亞目Mesostigmata0．1570．3700．7160．3900．2231 前氣門亞目Prostigmata0．007-0．2660．2800．7180．07812 原跳蟲科Poduridae0．716-0．241-0．2220．2790．08810 棘跳蟲科Onychiuridae-0．1720．8440．0070．1740．1248 等節(jié)跳蟲科Isotomidae-0．4100．5880．0640．2560．06013 長(zhǎng)角跳蟲科Entomobryidae-0．2840．411-0．453-0．334-0．08116 6月個(gè)體數(shù)Individualnumber0．8550．4320．2540．0370．2402 June類群數(shù)Groupnumber-0．5440．2760．4120．4720．03210 密度Density0．8550．4320．2540．0380．2401 D-0．876-0．0120．1870．304-0．10517 H′-0．7690．5820．1300．004-0．02915 J-0．7130．5890．033-0．129-0．03916 C0．722-0．620-0．1350．1060．02411 A/C值A(chǔ)/Cvalue-0．024-0．3990．830-0．295-0．00613 線蟲Nematode0．9640．1360．0510．1300．2015 甲螨亞目Oribatida-0．5570．3860．222-0．073-0．02014 中氣門亞目Mesostigmata0．5850．4170．633-0．0110．2253 前氣門亞目Prostigmata-0．0030．2380．434-0．7080．01712 棘跳蟲科Onychiuridae0．0910．904-0．1080．0420．1466 等節(jié)跳蟲科Isotomidae0．1370．766-0．3240．0230．1098 長(zhǎng)角跳蟲科Entomobryidae0．3780．632-0．299-0．1340．1197 短角跳蟲科Neelidae0．147-0．3420．3990．6900．0739 嚙蟲目Corrodentia0．1920．8880．0380．3500．2024 9月個(gè)體數(shù)Individualnumber0．6770．6850．108-0．0230．2291 September類群數(shù)Groupnumber0．9250．100-0．2620．1330．1696 密度Density0．9240．106-0．2530．1410．1715 D0．825-0．178-0．3810．1210．09911 H′0．557-0．8050．076-0．045-0．00516 J0．046-0．9370．246-0．150-0．10918 C-0．3720．811-0．2590．0790．02415 A/C值A(chǔ)/Cvalue0．1110．2270．8660．2740．1637 線蟲Nematode0．4280．861-0．032-0．0600．1912 甲螨亞目Oribatida0．6610．2450．370-0．2600．1724 中氣門亞目Mesostigmata0．617-0．0390．6530．1440．1873 前氣門亞目Prostigmata0．7170．087-0．1300．2730．1549 棘跳蟲科Onychiuridae0．7330．0300．330-0．2060．1568

續(xù)表時(shí)間Time指標(biāo)Index主成分1Principalcomponent1主成分2Principalcomponent2主成分3Principalcomponent3主成分4Principalcomponent4綜合分值Comprenhensivevalues排序Rank等節(jié)跳蟲科Isotomidae0．358-0．327-0．391-0．255-0．04117 長(zhǎng)角跳蟲科Entomobryidae0．720-0．0580．033-0．4740．08912 短角跳蟲科Neelidae0．638-0．289-0．2120．1740．07113 鞘翅目Coleoptera0．6130．066-0．0990．0000．11210 膜翅目Hymenoptera0．094-0．2990．0000．8410．04614

圖5　煙草青枯病及其對(duì)照煙田土壤動(dòng)物主要類群的PCA排序圖Fig.5　PCA ordination diagramse of soil animals in tobacco fields and its control during different period of investigations○代表青枯病煙田采樣點(diǎn)Hazard fields of tobacco wilt；△代表無(wú)青枯病煙田采樣點(diǎn)(CK)Control fields without hazard； Ori：甲螨亞目Oribatida；Mes：中氣門亞目 Mesostigmata；Pros：前氣門亞目Prosfigmata；Pod：原跳蟲科Poduridae；Ony：棘跳蟲科Onychiuridae；Entom：長(zhǎng)角跳蟲科 Entomobryidae；Isot：等節(jié)跳蟲科Isotomidae；Nee：短角跳蟲科Neelidae；Cor：嚙蟲目Corrodentia；Col：鞘翅目Coleoptera；Hym：膜翅目Hymenoptera；Nem：線蟲Nematoda

4　結(jié)論與討論

青枯病在各種農(nóng)作物上的發(fā)生機(jī)理和控制措施一直是國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。尤其是近年來(lái)隨著我國(guó)各煙區(qū)煙田連作年限的不斷增加,導(dǎo)致該病害的流行和擴(kuò)散速度在不斷加快。研究指出,對(duì)根際土傳植物病害進(jìn)行成功的生物防治,必須建立在對(duì)土壤微生物和土壤動(dòng)物的組成及相互關(guān)系了解的基礎(chǔ)上[15]。土壤動(dòng)物與農(nóng)田土壤系統(tǒng)中的生物和非生物因素關(guān)系密切,可作為土壤健康的有效指示類群[23]。前期的研究表明,青枯病危害程度與根際土壤螨類和彈尾蟲的發(fā)生存在顯著的相關(guān)性[17]。本研究結(jié)果進(jìn)一步表明,重慶山地?zé)熖镏行⌒屯寥绖?dòng)物主要由線蟲和節(jié)肢動(dòng)物構(gòu)成,相對(duì)多度超過(guò)了95%；它們中的優(yōu)勢(shì)類群和常見(jiàn)類群對(duì)煙田青枯病病原菌的繁殖和侵染起重要作用；煙田青枯病的發(fā)生危害能顯著影響中小型土壤動(dòng)物群落的組成及結(jié)構(gòu)特征,特別是土壤線蟲、螨類和彈尾蟲及其主要類群對(duì)煙田青枯病的發(fā)生有重要指示作用。目前,大量的研究表明青枯病病原菌的發(fā)生危害與土壤微生物存在密切關(guān)系[24-26]；但與土壤動(dòng)物的關(guān)系如何,鮮有報(bào)道。此外,煙田不同時(shí)期調(diào)查結(jié)果表明,煙田土壤動(dòng)物群落組成具有明顯的季節(jié)特征,休耕期土壤動(dòng)物總密度和線蟲密度高于生育期,即3月>6月>9月；螨類和其他土壤動(dòng)物的密度均以生育期為高,而彈尾蟲則以休耕期為高；這種變化規(guī)律主要受溫度和降雨量[27]、土壤營(yíng)養(yǎng)[28]以及煙田不同季節(jié)農(nóng)事耕作和管理的人為擾動(dòng)[29]的綜合影響；這些因素顯著影響土壤理化特性、土壤動(dòng)物的攝食活動(dòng)及其微生境的變化,最終對(duì)土壤動(dòng)物的發(fā)生量起到?jīng)Q定性影響。另外,植物根系作為根際的主要調(diào)控者,對(duì)根際土壤微生物和土壤動(dòng)物種群分布及其結(jié)構(gòu)也可造成重要影響[30],從而導(dǎo)致煙田休耕期和生育期土壤動(dòng)物密度出現(xiàn)差異。

土壤動(dòng)物群落間的多樣性(β多樣性)指標(biāo)主要反應(yīng)群落間環(huán)境異質(zhì)性的大小或群落間物種組成的差異,其與多樣性一起構(gòu)成了群落或生態(tài)系統(tǒng)總體多樣性或一定地段的生物異質(zhì)性[33]。本研究群落相似性結(jié)果表明,青枯病田及對(duì)照煙田不同季節(jié)土壤動(dòng)物群落物種組成相似度很高,說(shuō)明兩類煙田的共有種較多,物種更替速率越低；盡管如此,群落間異質(zhì)性程度也受到了青枯病危害的較大影響,特別是煙葉成熟期群落相似性明顯低于休耕期和煙株旺長(zhǎng)期。另外,除了休耕期,兩類煙田土壤動(dòng)物群落穩(wěn)定性均為對(duì)照田大于青枯病田,說(shuō)明對(duì)照田土壤動(dòng)物物種數(shù)相對(duì)于個(gè)體數(shù)而言較多,土壤動(dòng)物種類分布相對(duì)均衡,種間制約作用較強(qiáng)。兩類煙田的這種差異也可參照營(yíng)養(yǎng)級(jí)聯(lián)反應(yīng)(Cascading trophic interactions)[34]或上行/下行理論(Bottom-up/top-down theory)[35]來(lái)解釋。盡管這兩種理論的實(shí)質(zhì)都是建立在以捕食者為主要調(diào)控因子的基礎(chǔ)上,但它們?cè)陉懙厣鷳B(tài)系統(tǒng)中的研究?jī)?nèi)容都強(qiáng)調(diào)以植物為中心的地上部分(Aboveground-)和地下部分(Belowground-)生物群的生態(tài)關(guān)聯(lián)(Ecological linkages)[36-37]。與對(duì)照田相比,煙草生育期土壤青枯病病原菌、土壤生物(包括土壤動(dòng)物)和植物根系的互作易導(dǎo)致青枯病田煙株地上部分生長(zhǎng)勢(shì)減弱(可看作上行作用),反之,青枯病田煙株地上部分變化(如煙葉衰弱和莖稈腐爛及其帶來(lái)的生物類群的減少)也會(huì)影響到根系的生長(zhǎng),從而對(duì)土壤生物(包括青枯病病原菌和土壤動(dòng)物)的發(fā)生產(chǎn)生重大影響(可看作下行作用),最終造成兩類煙田在中小型土壤動(dòng)物群落物種組成上出現(xiàn)較大差異。

主成分分析結(jié)果進(jìn)一步指出,不同季節(jié)影響青枯病發(fā)生的土壤動(dòng)物主要指標(biāo)存在明顯差異,可作為植煙區(qū)各時(shí)期分析青枯病危害作用的參考特征指標(biāo),如土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)、密度和A/C值,以及中氣門亞目、線蟲、甲螨亞目、棘跳蟲科和等節(jié)跳蟲科等土壤動(dòng)物類群。另外,基于兩類煙田土壤動(dòng)物群落優(yōu)勢(shì)和常見(jiàn)類群主成分得分的土樣采集點(diǎn)排序結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明,兩類煙田土壤動(dòng)物群落組成相似度高,但土壤動(dòng)物群落間的異質(zhì)性也明顯受到了青枯病危害的影響。因此,在該病害生物防治的生產(chǎn)實(shí)踐中,應(yīng)充分研究和利用土壤動(dòng)物對(duì)該病原菌危害的這些指示作用。目前這方面工作開展的較少,應(yīng)不斷加強(qiáng)相關(guān)內(nèi)容的基礎(chǔ)研究。報(bào)道指出,根際線蟲直接參與根際土壤生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng),對(duì)植物的生長(zhǎng)尤其是抗病性影響很大[38]。例如用青枯菌單獨(dú)接種引起個(gè)別葉片輕度萎蔫,用根結(jié)線蟲Meloidogyneincognita單獨(dú)接種萎蔫葉片更少,而將兩者同時(shí)接種時(shí)植株嚴(yán)重萎蔫死亡,而且病害病狀出現(xiàn)的時(shí)間提前[39]。土壤食真菌螨通過(guò)取食根際真菌,可刺激某些根系有益細(xì)菌的繁殖；而一些食土壤動(dòng)物螨既能降低一些植食有害動(dòng)物數(shù)量,也會(huì)降低一些有益土壤動(dòng)物(腐食類線蟲、昆蟲和螨)的密度[14]。迄今,有一些彈尾蟲抑制土傳病原菌方面的報(bào)道,但僅限于對(duì)病原真菌的探索。Dromph和Borgen[40]研究表明,等節(jié)跳蟲科中的Folsomiafimetaria和Priostomaminuta能降低接種到土壤中土傳病原菌小麥腥黑粉菌Tilletiatritici冬孢子的比例；且P.minuta種群密度的明顯增加顯著減少了小麥黑粉病的發(fā)病率。Wolfarth等[16]室內(nèi)研究發(fā)現(xiàn),線蟲Aphelenchoidessaprophilus和等節(jié)跳蟲科中的白符跳蟲F.candida無(wú)論是單獨(dú)或結(jié)合使用,都很好地抑制了土傳根腐病真菌Fusariumculmorum的生長(zhǎng),并且對(duì)其分泌的霉菌毒素起到了降解作用。

總之,食性多樣化的中小型土壤動(dòng)物與土壤微生物(包括青枯病病原菌)存在著復(fù)雜的直接營(yíng)養(yǎng)關(guān)系和非營(yíng)養(yǎng)關(guān)系；煙草青枯病的爆發(fā)危害顯然會(huì)影響到煙田土壤中小型動(dòng)物的發(fā)生,而土壤中小型動(dòng)物可對(duì)煙草青枯病的發(fā)生和危害起到有效的生物指示作用；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐上要開展可持續(xù)和有效的煙草青枯病生物防治,應(yīng)不斷加強(qiáng)該病原菌與土壤中小型動(dòng)物生態(tài)關(guān)系的基礎(chǔ)研究。

致謝：西南大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院喻延和李石力同學(xué)協(xié)助田間調(diào)查，美國(guó)密蘇里大學(xué)Qisheng Song教授幫助寫作,特此致謝。