謝奎忠，胡新元，張彤彤， 邱慧珍

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院馬鈴薯研究所，甘肅 蘭州 730070； 3.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070)

馬鈴薯(Solanumtuberosum)屬于茄科，不耐連作，但是馬鈴薯效益高和集約化種植使得馬鈴薯主要產(chǎn)區(qū)甘肅等地的種植面積越來越大，連作年限越來越長，有些地方馬鈴薯連作年限長達(dá)8～10年[1]。主要因?yàn)楫?dāng)?shù)伛R鈴薯企業(yè)以訂單經(jīng)營銷售模式為主，規(guī)?；N植，在滿足旺盛訂單的同時(shí)造成了馬鈴薯種植單一，連作加劇[2-3]。連作常導(dǎo)致植株生長發(fā)育不良，抗病能力降低，病害加重[4-6]。連作使旱地馬鈴薯土壤水分含量和水分利用效率降低[7-8]，農(nóng)田土壤退化，土壤微生物區(qū)系發(fā)生變化，土壤微生物由“細(xì)菌型”向“真菌型”方向轉(zhuǎn)化[9-11]，形成惡性循環(huán)，制約著馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。為了克服馬鈴薯連作引起上述問題，有學(xué)者從耕作措施[1]，施用微量元素肥料[1]，土壤生物消毒[12]，微生物肥料利用[13-14]等方面做了深入研究，研究主要集中甘肅灌區(qū)馬鈴薯土壤微生物多樣性和土壤酶活性變化[13-15]。但是有關(guān)土壤化學(xué)消毒和菌劑利用在馬鈴薯連作障礙中的研究還鮮見報(bào)道，同時(shí)對(duì)于化學(xué)消毒和菌劑應(yīng)用處理下旱地連作馬鈴薯土壤微生物變化和土壤水分響應(yīng)特征仍然缺乏研究。為了尋找緩解馬鈴薯連作障礙的有效辦法，將土壤化學(xué)消毒和菌劑利用的方法引入到干旱半干旱地區(qū)馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)甘肅省定西市。本研究系統(tǒng)性地評(píng)估土壤化學(xué)消毒和菌劑應(yīng)用的方法對(duì)旱地馬鈴薯連作障礙的防控效果，特別是對(duì)塊莖產(chǎn)量、病害發(fā)生、微生物特征、旱地土壤水分變化和馬鈴薯的土壤水分利用等的研究，以期為干旱和半干旱地區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)設(shè)在甘肅省定西市安定區(qū)寧遠(yuǎn)鎮(zhèn)紅土村(N 35°26.346′，E 104°50.991′)，海拔2023 m，屬于中溫帶偏旱區(qū)，日照時(shí)數(shù)2480 h，≥10 ℃積溫2239 ℃。多年平均降水390 mm，年蒸發(fā)量1530 mm，為黃土高原半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，一年一熟。土壤為黃綿土，土質(zhì)綿軟、深厚，質(zhì)地均勻，貯水性能良好[14]。0～20 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量為15.50 g·kg-1，全氮含量1.04 g·kg-1，全磷含量為0.82 g·kg-1，全鉀含量為24.00 g·kg-1，速效氮含量為57.00 mg·kg-1，有效磷含量為20.50 mg·kg-1，速效鉀含量為351.00 mg·kg-1。試驗(yàn)地前茬連續(xù)4年種植馬鈴薯。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理分別為：1)對(duì)照(不施用殺菌劑)；2)施用殺菌劑惡霉靈；3)施用殺菌劑五氯硝基苯；4)施用哈茨木霉菌(Trichodermaharzianum)根部型；5)施用微生物土壤改良劑。在馬鈴薯播種時(shí)，每個(gè)處理用殺菌劑3000 g·hm-2兌水450 kg噴施馬鈴薯播種溝內(nèi)。各處理3次重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)長6 m，寬5.4 m，面積32.4 m2。

1.3 供試材料

惡霉靈：由四川國光農(nóng)化股份有限公司生產(chǎn)。五氯硝基苯：由山西三立化工有限公司生產(chǎn)。哈茨木霉菌霉菌根部型：由美國拜沃股份有限公司生產(chǎn)。土壤改良劑：由東莞市寶德生物工程有限公司生產(chǎn)。

1.4 播種和田間管理

試驗(yàn)在2013年4月24日播種，行距60.00 cm,株距37.00 cm，密度為45000株·hm-2,施肥參照當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)，施P2O5108 kg·hm-2、純N 135 kg·hm-2、農(nóng)家肥30000 kg·hm-2，其中1/4的氮肥在現(xiàn)蕾期結(jié)合培土追施，其余作為基肥施入。

田間管理同當(dāng)?shù)兀?月10日開始用10%的啶蟲脒開始防治蚜蟲，每隔7 d防治1次，連噴施3次；7月10日開始用70%代森錳鋅防治晚疫病，每7 d噴施1次，連噴施3次。

1.5 測定項(xiàng)目

1.5.1土壤含水量的測定 分別在馬鈴薯各生育期用烘干法測定0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm土層土壤含水量。所取土樣在105 ℃干燥箱中烘干至恒重后稱量。

土壤體積含水量=100%×(土壤濕重-土壤干重)÷土壤干重×容重(g·cm-3)
土壤貯水量(mm)=土壤體積含水量(%)×土層厚度(cm)×10
耗水量(mm)=播前貯水量-收后貯水量+生育期降水
水分利用效率(kg·hm-2·mm-1)=經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量(kg·hm-2)÷耗水量(mm)

1.5.2晚疫病或早疫病 每小區(qū)隨機(jī)取樣20株，開花后期調(diào)查，計(jì)算早疫病和晚疫病發(fā)病率和病情指數(shù)[1]。

1.5.3土壤微生物測定 馬鈴薯成熟期用平板菌落計(jì)數(shù)法測定不同小區(qū)0～20 cm土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量。

1.5.4考種項(xiàng)目 收獲前分小區(qū)選擇正常的植株20株，挖出薯塊稱重，求其平均值，并且記錄腐爛薯塊的數(shù)量和重量，記錄≥75 g薯塊的重量和數(shù)量和<75 g薯塊的重量和數(shù)量，計(jì)算病薯率和商品薯率[16]。

個(gè)數(shù)病薯率=100%×病薯個(gè)數(shù)÷總個(gè)數(shù)
重量病薯率=100%×病薯重量÷總重量
個(gè)數(shù)商品薯率=100%×大于和等于75 g薯塊個(gè)數(shù)÷總個(gè)數(shù)
重量商品薯率=100%×大于和等于75 g薯塊重量÷總重量

1.5.5產(chǎn)量測定 按小區(qū)實(shí)收薯塊的重量折算成hm2產(chǎn)量。

1.6 數(shù)據(jù)處理

用DPS (V13.01)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，LSD法多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)連作馬鈴薯土壤微生物數(shù)量的影響

連作提高土壤中真菌數(shù)量，使耕層土壤微生物由“細(xì)菌型”向“真菌型”轉(zhuǎn)化[9-11]。將土壤化學(xué)消毒和菌劑利用的方法引入到干旱半干旱地區(qū)馬鈴薯連作田時(shí)，土壤化學(xué)消毒和菌劑利用能顯著降低土壤真菌數(shù)量，不同處理措施能顯著降低耕作層土壤真菌的數(shù)量，同時(shí)能顯著提高耕作層土壤細(xì)菌和放線菌的數(shù)量。從表1可以看出，惡霉靈、五氯硝基苯、哈茨木霉菌和改良劑處理耕作層土壤真菌的數(shù)量分別比對(duì)照顯著降低49.49%、55.24%、48.85%和40.79%。惡霉靈和哈茨木霉菌處理耕作層土壤細(xì)菌的數(shù)量分別比對(duì)照顯著提高77.55%和147.62%，五氯硝基苯和改良劑與對(duì)照差異不顯著。惡霉靈、哈茨木霉菌和改良劑處理耕作層土壤放線菌的數(shù)量分別比對(duì)照顯著提高37.81%、37.59%和81.55%。五氯硝基苯處理耕作層土壤放線菌數(shù)量與對(duì)照差異不顯著。

土壤化學(xué)消毒和菌劑利用能顯著提高耕作層土壤細(xì)菌與真菌比值，表明土壤微生物區(qū)系特征發(fā)生了改變，使長期連作土壤由“真菌型”向“細(xì)菌型”轉(zhuǎn)化，使連作土壤逐漸恢復(fù)健康。與對(duì)照相比，哈茨木霉菌、惡霉靈、五氯硝基苯和改良劑處理耕作層土壤細(xì)菌與真菌比值分別比對(duì)照顯著提高331.24%、183.50%、157.15%和108.17%。

2.2 不同處理對(duì)連作馬鈴薯病害的影響

連作常導(dǎo)致作物抗病能力降低，病害加重[4-6]，劉星等[13-15]研究表明利用生物消毒降低連作馬鈴薯植株發(fā)病率。本研究表明土壤化學(xué)消毒和菌劑利用能顯著減輕連作馬鈴薯的病害。從表2可以看出，不同處理均能顯著減輕馬鈴薯早疫病和晚疫病病害。惡霉靈、哈茨木霉菌、五氯硝基苯和改良劑處理早疫病發(fā)病率分別比對(duì)照顯著降低76.92%、53.48%、58.97%和38.45%；惡霉靈、哈茨木霉菌、五氯硝基苯和改良劑處理早疫病病情指數(shù)分別比對(duì)照顯著降低80.33%、58.93%、67.87%和46.47%。惡霉靈、哈茨木霉菌、五氯硝基苯和改良劑處理晚疫病發(fā)病率分別比對(duì)照顯著降低60.00%、52.51%、37.50%和20.20%；惡霉靈、哈茨木霉菌、五氯硝基苯和改良劑處理晚疫病病情指數(shù)分別比對(duì)照極顯著降低62.74%、56.88%、43.19%和21.59%。

表1 不同處理的連作馬鈴薯土壤微生物數(shù)量比較Table 1 Contrast of soil microbial biomass for different treatments

注：數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同列不同小寫字母表示差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。下同。

Note: Data are expressed as mean±standard deviation; values in the same column followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level. The same below.

表2 不同處理對(duì)連作馬鈴薯病害比較Table 2 Contrast of continuous cropping potato disease for different treatments

2.3 不同處理對(duì)連作馬鈴薯土壤水分效應(yīng)的影響

圖1 各生育期不同處理0～100 cm土壤水分變化動(dòng)態(tài)曲線圖Fig.1 Dynamic curves of soil moisture changes in 0-100 cm soil layer for different treatments during growth period of potato A:播種 Sowing period;B:苗期 Seedling period;C:花期 Flowering period;D:膨大期 Expansion period;E:淀粉積累期 Amyloid accumulation period;F:成熟期 Mature period.

2.3.1不同處理對(duì)連作馬鈴薯土壤水分含量變化動(dòng)態(tài)影響 從圖1可以看出，馬鈴薯出苗進(jìn)入苗期，馬鈴薯苗開始吸收土壤中的水分，氣溫開始上升，日照充足，農(nóng)田里水分蒸騰量加大，土壤水分散失開始加快，不同處理因苗期發(fā)育狀況不同，從土壤吸水量不同，以及苗壯弱對(duì)田間覆蓋度不同進(jìn)而影響田間土壤水分蒸散量不同，從而造成不同處理的土壤含水量存在差異?？傮w而言，進(jìn)入苗期隨著降水量的增加，土壤含水量總體呈上升趨勢。馬鈴薯進(jìn)入花期，甘肅定西進(jìn)入雨水旺季，隨著降水量大幅增加，土壤含水量迅速提高，在馬鈴薯的整個(gè)生育期中達(dá)到了最高水平。隨后進(jìn)入薯塊膨大期和淀粉積累期，隨著降水量的減少，馬鈴薯需水量的增大，土壤水分含量又急劇降低。馬鈴薯成熟期因降水量減少，土壤含水量最低。

在干旱半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，馬鈴薯發(fā)育狀況取決于不同生育期土壤水分含量。張慶霞等[7-8]研究結(jié)果表明，連作 6和10 年土壤含水量明顯低于連作 1和3 年，土壤干化程度隨連作年限的增加而加重，土壤化學(xué)消毒和菌劑利用能提高連作馬鈴薯土壤含水量，減輕連作馬鈴薯土壤干化程度。從圖1可以看出，各生育期對(duì)照的土壤含水量最低，惡霉靈處理的土壤含水量各生育期相對(duì)比較高，其次為哈茨木霉菌處理，五氯硝基苯和土壤改良劑處理基本趨于一致，只是在淀粉積累期和成熟期五氯硝基苯土壤含水量高于土壤改良劑。

2.3.2不同處理對(duì)連作馬鈴薯土壤水分垂直變化影響 在苗期0～20 cm土層中惡霉靈處理土壤含水量相對(duì)較高，其余處理各土層差異不明顯，相互交織在一起(圖2)。由于開花期降水量的增大，土壤水分含量總體增高，在20～60 cm土層中各處理土壤水分含量差異明顯，惡霉靈處理的土壤水分含量最高，其次為哈茨木霉菌處理，再次為五氯硝基苯處理，之后為改良劑，對(duì)照最低，其他土層各處理的差異不明顯，0～20 cm土層差異不明顯與降水量大有關(guān)。在塊莖膨大期由于降水量減少，馬鈴薯需水量增大，在0～60 cm土層中各處理土壤水分含量差異明顯，惡霉靈在各土層的土壤含水量相對(duì)較高，對(duì)照在各土層的土壤含水量最低，在0～60 cm土層中哈茨木霉菌、改良劑和五氯硝基苯土壤水分含量差異開始明顯。在馬鈴薯成熟期由于降水量減少，土壤含水量總體降低，不同處理間各土層土壤水分含量差異越明顯。

圖 2 不同處理連作馬鈴薯主要生育期0～100 cm 土層土壤含水率垂直變化Fig.2 Soil water moisture changes in 0-100 cm soil profile of different treatments during potato growth period

2.3.3不同處理對(duì)連作馬鈴薯土壤水分效應(yīng)影響 與對(duì)照相比，惡霉靈和哈茨木霉菌處理的馬鈴薯耗水量分別比對(duì)照顯著降低5.32%和3.80%；五氯硝基苯和土壤改良劑分別比對(duì)照降低2.67%和1.98%，且差異不顯著(表3)。

同一塊地連作不超過3年, 能夠較充分利用有限的降水；否則，隨連作年限的延長，馬鈴薯對(duì)水分利用效率降低[7-8]。土壤殺菌劑利用能提高連作馬鈴薯對(duì)土壤水分利用效率。與對(duì)照相比，惡霉靈、哈茨木霉菌和五氯硝基苯處理的馬鈴薯水分利用效率分別比對(duì)照顯著提高31.80%、27.15%和19.26%；土壤改良劑比對(duì)照提高8.02%，且差異不顯著(表3)。

2.4 不同處理對(duì)連作馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成因素和產(chǎn)量的影響

2.4.1不同處理對(duì)連作馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響 前期研究表明隨著連作年限的增加馬鈴薯收獲塊莖的病薯率顯著增大[5]。劉星等[13-15]研究表明土壤生物消毒處理能夠降低連作馬鈴薯薯塊的發(fā)病率，前期研究表明隨著連作年限的增加馬鈴薯收獲塊莖的病薯率顯著增大，本研究表明土壤殺菌劑利用能顯著降低連作馬鈴薯病薯率。不同處理都能顯著降低連作馬鈴薯收獲時(shí)的薯塊病薯率。惡霉靈、哈茨木霉菌、五氯硝基苯和土壤改良劑處理馬鈴薯塊莖個(gè)數(shù)腐病薯率分別比對(duì)照顯著降低75.56%、73.03%、42.98%和64.15%；惡霉靈、哈茨木霉菌、五氯硝基苯和土壤改良劑處理馬鈴薯薯塊重量病薯率分別比對(duì)照顯著降低83.36%、80.65%、46.41%和51.97%(表4)。土壤化學(xué)消毒和菌劑利用都能顯著提高馬鈴薯收獲時(shí)的薯塊商品薯率。惡霉靈、哈茨木霉菌、五氯硝基苯和土壤改良劑處理馬鈴薯薯塊個(gè)數(shù)商品薯率分別比對(duì)照顯著提高23.34%、12.75%、10.95%和10.93%；惡霉靈、哈茨木霉菌、五氯硝基苯和土壤改良劑處理馬鈴薯薯塊重量商品薯率分別比對(duì)照顯著提高20.87%、17.62%、9.18%和6.99%。

表3 不同處理對(duì)連作馬鈴薯水分利用效率比較Table 3 Contrast of continuous cropping potato water use efficiency for different treatments

表4 不同處理對(duì)連作馬鈴薯產(chǎn)量和構(gòu)成因素比較Table 4 Contrast of continuous cropping potato yield and yield components for different treatments

2.4.2不同處理對(duì)連作馬鈴薯產(chǎn)量的影響 前期研究表明隨著連作年限的增加馬鈴薯經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量顯著降低[5]。劉星等[13-15]研究表明采用生物消毒處理的方法增加連作馬鈴薯的塊莖產(chǎn)量，本研究表明土壤化學(xué)消毒和菌劑利用能顯著提高連作馬鈴薯經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。從表4可以看出，惡霉靈、哈茨木霉菌和五氯硝基苯處理的馬鈴薯產(chǎn)量分別比對(duì)照顯著提高24.10%、22.25%和15.97%，改良劑處理的馬鈴薯產(chǎn)量與對(duì)照差異不顯著。

3 討論

惡霉靈作為化學(xué)農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用比較廣泛，主要用在作物、水果等病害的防控上[17-19]。惡霉靈作為土壤消毒劑研究還是比較少見。本試驗(yàn)用惡霉靈進(jìn)行土壤化學(xué)消毒能顯著降低耕作層土壤中真菌的數(shù)量，這與劉星等[13]和黃新琦等[17]研究土壤生物消毒的結(jié)果一致，但是生物消毒過程中細(xì)菌和放線菌數(shù)量變化并不明顯；本研究表明使用惡霉靈消毒不僅能降低耕作層土壤中真菌的數(shù)量，而且還能顯著提高土壤中細(xì)菌和放線菌的數(shù)量，從而加快土壤微生物由“真菌型”向“細(xì)菌型”轉(zhuǎn)化的速度，顯著提高連作馬鈴薯土壤細(xì)菌與真菌比，惡霉靈處理耕作層土壤細(xì)菌與真菌比值比對(duì)照顯著提高183.50%。

哈茨木霉菌是能在各種氣候的土壤中存在的一種生防菌，廣譜高效，安全無污染，能通過各種不同的機(jī)制抑制病原菌的生長[20-21]。本研究表明哈茨木霉菌能夠有效抑制連作土壤中病原菌(真菌)數(shù)量，哈茨木霉菌處理耕作層土壤真菌的數(shù)量比對(duì)照顯著降低48.85%，哈茨木霉菌還能顯著提高土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量，這可能與哈茨木霉菌的拮抗作用有關(guān)還需要做進(jìn)一步研究。

哈茨木霉作為一種真菌殺菌劑，用于防治作物各種病害。美國用哈茨木霉麩皮制劑在大田條件下施用，來防治由立枯病菌(Rhizoctoniasolani)引起的棉立枯病，Datnoff等[22]研究了佛羅里達(dá)州哈茨木霉對(duì)鐮刀菌(Fusariumspp.)引起的番茄(Lycopersiconspp.)根腐病的防治有效果。本研究中哈茨木霉能有效減輕連作馬鈴薯病害，提高植株抗病性，從而提高馬鈴薯對(duì)土壤水分的利用效率，改善旱地土壤水分狀況和微生態(tài)環(huán)境，影響土壤微生物狀況，使得土壤環(huán)境更加健康，從而提高旱地連作馬鈴薯的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。哈茨木霉菌處理連作馬鈴薯經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量比對(duì)照顯著提高22.25%。

五氯硝基苯作為一種保護(hù)性殺菌劑，具有高效、廣譜、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)在生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，特別是其對(duì)鐮刀菌、立枯病菌等土傳病害顯著防效而廣泛應(yīng)用于多種作物的土壤處理中[23]。解林昊等[24]研究表明利用五氯硝基苯處理土壤對(duì)人參苗期病害的防效為50.11%～57.79%。本研究表明五氯硝基苯處理耕作層土壤的真菌數(shù)量比對(duì)照顯著降低55.24%，土壤細(xì)菌與真菌比值比對(duì)照顯著提高157.15%，顯著降低了馬鈴薯早晚疫病發(fā)病率和病情指數(shù)，從而使馬鈴薯群體更健康，提高了旱地馬鈴薯對(duì)土壤水分利用效率，提高了連作馬鈴薯產(chǎn)量。然而劉曉漫等[23]提出我國應(yīng)該重視五氯硝基苯的應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)，逐步采取相應(yīng)的監(jiān)督管理措施。

改良劑對(duì)土壤微生物改良效果明顯，改良劑使設(shè)施連作土壤細(xì)菌與放線菌數(shù)量顯著增加，微生物總量增加，土壤真菌總數(shù)無顯著變化[25-26]，這與在旱地上研究結(jié)果不同，改良劑施用后旱地馬鈴薯連作土壤細(xì)菌變化不大，真菌數(shù)量顯著降低，放線菌數(shù)量顯著增加。潘英華等[27]研究表明土壤改良劑有效保護(hù)土壤耕層，土壤飽和導(dǎo)水率有所提高，增加土壤保水性能, 本研究結(jié)果表明，盡管改良劑能提高甘肅定西旱地馬鈴薯各生育期土壤含水量，但是對(duì)連作馬鈴薯耗水量和水分利用效率影響差異不顯著，對(duì)旱地連作馬鈴薯產(chǎn)量影響也不顯著。

4 結(jié)論

采用惡霉靈進(jìn)行土壤消毒和哈茨木霉菌利用方法都能夠有效抑制土壤中病原菌(真菌)數(shù)量，有效減輕馬鈴薯病害，提高馬鈴薯抗病性，使馬鈴薯群體更加健康，進(jìn)而提高馬鈴薯對(duì)土壤水分的利用效率，改善旱地土壤水分狀況和微生態(tài)環(huán)境，進(jìn)而影響旱地土壤微生物狀況，使得土壤環(huán)境更健康，從而提高旱地連作馬鈴薯的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。