李 清, 張雪艷, 酈海龍, 于夢(mèng)瀛, 宋惠敏, 牛麗娟, 馬 欣

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081；2.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陸地表層格局與模擬院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101；3.雪川農(nóng)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，河北 張家口 075000)

馬鈴薯是世界上第四大糧食作物，僅次于水稻、小麥和玉米[1].我國(guó)是世界上最大的馬鈴薯生產(chǎn)國(guó)[2]，2019年馬鈴薯種植面積達(dá)467.3萬(wàn)hm2[3].然而，近10年的馬鈴薯平均單產(chǎn)水平僅為16.4 t·hm-2，顯著低于歐洲和世界的平均單產(chǎn)水平，其中，病蟲害問(wèn)題是制約我國(guó)馬鈴薯單產(chǎn)水平的重要因素之一[4].馬鈴薯早疫病是馬鈴薯最常見的葉面病害之一[5]，也能侵染葉柄和薯塊[6]，受害處表現(xiàn)不規(guī)則形的暗同心環(huán)狀病斑[7]，影響馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)，進(jìn)而造成一定的經(jīng)濟(jì)損失[8].該病在我國(guó)普遍分布，現(xiàn)已成為僅次于晚疫病的第二大病害.

目前，生產(chǎn)上對(duì)馬鈴薯早疫病的主要防治措施是施藥，其可以降低馬鈴薯早疫病的侵染率[5,9].噴施殺菌劑對(duì)早疫病的防治效果顯著好于未噴施殺菌劑[10]，但長(zhǎng)期施用一種或一類藥劑，會(huì)導(dǎo)致防治效果越來(lái)越差.研究發(fā)現(xiàn)，苯甲·嘧菌酯[11]、啶酰菌胺[12]和春雷霉素[13]混配藥劑的防治效果較好.為了確定早疫病的最佳防治時(shí)機(jī)，減少殺菌劑過(guò)度使用導(dǎo)致的環(huán)境污染，學(xué)者們對(duì)發(fā)病早期[14]和發(fā)病晚期[15]的施藥效果進(jìn)行了研究，結(jié)果明確了混配藥劑在發(fā)病早期施藥的防治效果和增產(chǎn)率均好于晚期施藥.但有關(guān)發(fā)病前和發(fā)病初期施藥對(duì)馬鈴薯塊莖產(chǎn)量和干物質(zhì)含量影響的研究較少.

本研究擬探究施藥時(shí)間對(duì)馬鈴薯早疫病防治效果及產(chǎn)量和干物質(zhì)含量的影響，以期為馬鈴薯的種植提供參考.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)場(chǎng)地

試驗(yàn)地位于河北省張家口市察北管理區(qū)的雪川農(nóng)業(yè)集團(tuán)股份有限公司馬鈴薯種植園(113°50′E，39°30′N).察北管理區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，光照資源豐富，晝夜溫差大.雨熱同季，生長(zhǎng)期氣候涼爽.年均溫2～5 ℃，年降水量250～550 mm，年日照時(shí)數(shù)2 500～3 199 h[16].

試驗(yàn)地前茬作物是燕麥，土壤類型為砂壤土.2020年4月底機(jī)械翻耕整地，基肥施腐熟農(nóng)家肥(18 t·hm-2)；2020年5月播種，播種前施用復(fù)合肥900 kg·hm-2，總有效養(yǎng)分含量為45%(N 12%、P2O518%、K2O 15%)；播種25 d后培土，2 d后噴施質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%的二甲戊靈懸浮劑2.4 L·hm-2，苗齊后施用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23.2%的砜·喹·嗪草酮可分散油懸浮劑1.125 L·hm-2，以殺滅雜草.試驗(yàn)期間水肥管理為常規(guī)處理.

1.2 材料

供試品種為雪川農(nóng)業(yè)集團(tuán)股份有限公司選育的主栽品種雪育1號(hào)，易感染早疫病.供試藥劑為47%春雷霉素·王銅可濕性粉劑(化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社)、50%啶酰菌胺水分散粒劑(巴斯夫歐洲公司)、32.5%苯甲·嘧菌酯懸浮劑(瑞士先正達(dá)作物保護(hù)有限公司).

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用雙行高壟覆膜栽培模式進(jìn)行田間播種，每個(gè)小區(qū)播種5行，行距90 cm，株距30 cm，行長(zhǎng)13 m.采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置3種處理：(1)對(duì)照組(CK)，在馬鈴薯生長(zhǎng)過(guò)程中不施用殺菌劑；(2)常規(guī)處理組(T1)，在馬鈴薯早疫病發(fā)病前(按照往年的種植經(jīng)驗(yàn)定于7月18日)開始施用殺菌劑，每7 d施一次，共施藥5次；(3)優(yōu)化處理組(T2)，在馬鈴薯早疫病發(fā)病初期(7月25日)開始施藥，每7 d施一次，共施藥5次.將47%春雷霉素·王銅可濕性粉劑、50%啶酰菌胺水分散粒劑、32.5%苯甲·嘧菌酯懸浮劑以1∶1∶1混合，每次施藥量為270 g·hm-2，用水量為675 L·hm-2，采用“衛(wèi)士”牌背負(fù)式手動(dòng)噴霧器進(jìn)行噴霧.小區(qū)之間設(shè)有空壟，每個(gè)處理設(shè)5次重復(fù).

1.4 調(diào)查項(xiàng)目與測(cè)定方法

1.4.1 病情指數(shù)和病葉率 每次施藥后的第7天調(diào)查各處理的病情指數(shù)和病葉率：每個(gè)小區(qū)采用5點(diǎn)取樣法，每點(diǎn)調(diào)查4株，每株分上、中、下各調(diào)查 10片葉，以每片葉上的病斑面積占整個(gè)葉面積的百分率進(jìn)行分級(jí)，記錄病葉級(jí)別，計(jì)算病情指數(shù)和病葉率.

馬鈴薯早疫病分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[17]：0級(jí)，無(wú)病斑；1級(jí)，病斑面積占整個(gè)葉面積的5%以下；3級(jí)，病斑面積占整個(gè)葉面積的6%～10%；5級(jí)，病斑面積占整個(gè)葉面積的11%～20%；7級(jí)，病斑面積占整個(gè)葉面積的21%～50%；9級(jí)，病斑面積占整個(gè)葉面積的50%以上.

中藥復(fù)方多糖(CHCP) 即選用黃芪、黨參、山楂、丹參、白術(shù)、茯苓、淫羊藿、補(bǔ)骨脂、生地、熟地、馬齒莧、甘草12味具有補(bǔ)氣生津、活血化瘀、健脾和胃、溫腎壯陽(yáng)、扶正祛邪的中藥(購(gòu)于商丘市天倫大藥房)，由商丘華康動(dòng)物藥業(yè)有限公司提取其中的多糖而成，多糖含量為69.80%.

(1)

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1.4.2 產(chǎn)量和干物質(zhì)含量 在馬鈴薯收獲(8月31日)時(shí)，選取每個(gè)地塊的中間兩行，用裝有稱重秤的拖拉機(jī)懸掛式收割機(jī)挖出塊莖，立即測(cè)塊莖數(shù)與質(zhì)量.從中隨機(jī)取塊莖5 kg，用水比重法[18]測(cè)定薯塊的比重，取平均值，對(duì)照Mepkep干物質(zhì)含量表[18]查出相應(yīng)的干物質(zhì)含量.

1.5 經(jīng)驗(yàn)方程的建立與驗(yàn)證

以CK和T1的病情指數(shù)和病葉率為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，基于Williams[19]的研究，用一個(gè)簡(jiǎn)單的線性模型將馬鈴薯早疫病的病情指數(shù)和病葉率聯(lián)系起來(lái).

Yindex=bXratio+a

(3)

式中，Yindex是早疫病的病情指數(shù)，a和b是模型系數(shù)，Xratio是早疫病的病葉率.本研究共獲取75組數(shù)據(jù)，其中將50組定為訓(xùn)練集，25組為驗(yàn)證集.由經(jīng)驗(yàn)公式得到25組驗(yàn)證集的Yindex，其準(zhǔn)確度由決定系數(shù)(R2)和均方根誤差(YRMSE)確定.

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(5)

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(7)

(8)

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

使用編程語(yǔ)言(Python, 2020)對(duì)3種處理的病情指數(shù)和病葉率進(jìn)行分析及制圖，采用SPSS 25.0軟件對(duì)馬鈴薯的病情指數(shù)和病葉率的相關(guān)性進(jìn)行分析，并對(duì)馬鈴薯的塊莖數(shù)、塊莖質(zhì)量及干物質(zhì)含量進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn).

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理下馬鈴薯早疫病病情指數(shù)和病葉率的變化趨勢(shì)

T1、T2和CK的馬鈴薯早疫病病情指數(shù)隨施藥次數(shù)和時(shí)間的增加表現(xiàn)不同的上升趨勢(shì).同一時(shí)間點(diǎn)T1和T2的病情指數(shù)均低于CK.其中:7月18日—8月8日T1的病情指數(shù)低于CK和T2; 8月8日以后，T2的病情指數(shù)低于CK和T1(圖1A、圖2).

同一時(shí)間點(diǎn)T1和T2的病葉率均低于CK.7月18日—8月15日T1對(duì)早疫病病葉率的抑制效果明顯強(qiáng)于CK及T2； 8月22日以后，T2對(duì)病葉率的抑制作用明顯強(qiáng)于CK和T1(圖1B).

2.2 不同處理下馬鈴薯早疫病的病情指數(shù)與病葉率的相關(guān)性

馬鈴薯早疫病的病情指數(shù)與病葉率在0.01水平上顯著相關(guān)，CK、T1和T2的相關(guān)系數(shù)分別為0.915、0.938和0.934.為了進(jìn)一步對(duì)馬鈴薯早疫病的發(fā)病程度進(jìn)行定量分析，以病葉率為X，病情指數(shù)為Y建立一元線性回歸模型(圖3)，發(fā)現(xiàn)同一病葉率下T2擬合的病情指數(shù)低于T1和CK，R2=0.873 3，結(jié)果較為可信.

圖1 不同處理下馬鈴薯早疫病的病情指數(shù)(A)和病葉率(B)的變化趨勢(shì)Fig.1 Variation of disease index (A) and diseased leaf ratio (B) of potato early blight under different fungicide treatments

A.CK；B.T1；C.T2.圖2 3種處理下馬鈴薯塊莖膨大期的植株表現(xiàn)Fig.2 Plants of potato at tuber expansion stage under different fungicide treatments

2.3 不同處理下馬鈴薯早疫病的病情指數(shù)和病葉率的經(jīng)驗(yàn)方程與驗(yàn)證

圖3 不同處理下馬鈴薯早疫病的病情指數(shù)與病葉率的一元線性回歸分析Fig.3 Univariate linear regression analysis of disease index and diseased leaf rate of potato under different fungicide treatments

由圖3可知，馬鈴薯早疫病的病情指數(shù)隨著病葉率的增加而增加.利用CK和T1的50組早疫病的病情指數(shù)和病葉率的數(shù)據(jù)建立經(jīng)驗(yàn)方程(圖4A)，公式如下：

Yindex=0.922Xratio-16.58(R2=0.84,P<0.01)

(9)

R2為0.84，說(shuō)明早疫病病葉率84%的變化可以解釋病情指數(shù)的變化，這為早疫病病情指數(shù)與病葉率的正相關(guān)關(guān)系推斷提供了支持.

2.4 不同處理對(duì)馬鈴薯塊莖產(chǎn)量及干物質(zhì)含量的影響

由表1可知：不同處理的塊莖數(shù)和塊莖質(zhì)量均沒(méi)有顯著差異；T2的干物質(zhì)含量與CK有顯著差異(P<0.05)，前者比后者提升了5.21%，說(shuō)明優(yōu)化處理可以顯著提高馬鈴薯的干物質(zhì)含量.

A.CK和T1的早疫病病情指數(shù)和病葉率的關(guān)系；B.T2的病葉率與公式(9)估算的病情指數(shù)的關(guān)系.圖4 馬鈴薯早疫病的病情指數(shù)和病葉率的經(jīng)驗(yàn)方程與驗(yàn)證Fig.4 Empirical equation and validation of disease index and diseased leaf rate of potato early blight

3 討論

表1 不同處理下的馬鈴薯塊莖數(shù)、塊莖質(zhì)量及干物質(zhì)含量1)Table 1 Tuber number, tuber weight and dry matter content of potato under different fungicide treatments

本研究表明，在馬鈴薯早疫病防治過(guò)程中，施用殺菌劑處理相對(duì)于不施藥處理明顯降低了病情指數(shù)和病葉率，這與范子耀等[11]的田間試驗(yàn)結(jié)果一致.常規(guī)處理組因施藥時(shí)間較早，在馬鈴薯早疫病發(fā)病前期的抑制作用顯著，與齊海英[14]的發(fā)現(xiàn)相似.有研究發(fā)現(xiàn)，在馬鈴薯早疫病發(fā)病初始階段噴施殺菌劑可以提高防治效果[15,21-22]；本試驗(yàn)中的優(yōu)化處理于馬鈴薯早疫病發(fā)病初始階段開始施藥，其在發(fā)病中后期的抑制作用顯著.石延茂等[23]和陳申寬等[24]研究發(fā)現(xiàn)，病葉率與病情指數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，病情指數(shù)隨著病葉率的增大而增加.該結(jié)論與本研究結(jié)果一致，本研究還發(fā)現(xiàn)，同一病葉率下優(yōu)化處理組擬合的病情指數(shù)低于常規(guī)處理組和空白對(duì)照組.

據(jù)報(bào)道，施用殺菌劑可顯著提高馬鈴薯的塊莖產(chǎn)量[5,25-26].本研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，常規(guī)處理組和優(yōu)化處理組均提高了塊莖產(chǎn)量，但增加幅度不顯著.造成這種差異的原因可能是馬鈴薯的品種、試驗(yàn)所在地的氣候條件、施用藥劑的種類及次數(shù)等不同.本試驗(yàn)結(jié)果與Franc et al[9]和Abuley et al[7]發(fā)現(xiàn)的殺菌劑處理對(duì)馬鈴薯塊莖產(chǎn)量影響不顯著的結(jié)果相一致.因此，在評(píng)價(jià)早疫病防治對(duì)產(chǎn)量的影響時(shí)可能還需要考慮品種、氣候等其他因素的影響.此外，干物質(zhì)含量不僅關(guān)系到馬鈴薯加工原材料的成本[25]，還影響馬鈴薯的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、加工品質(zhì)[27]和經(jīng)濟(jì)效益[28].相較于空白對(duì)照組，常規(guī)處理組和優(yōu)化處理組的馬鈴薯干物質(zhì)含量均有所增加，但僅優(yōu)化處理組的變化顯著(P<0.05)，提升了5.21%，達(dá)到了薯?xiàng)l、薯片加工方面品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求(干物質(zhì)含量≥20.0%)[29].

優(yōu)化處理中施藥次數(shù)減少是否會(huì)達(dá)到同樣的抑制效果，尚需進(jìn)一步探索.馬鈴薯大型種植和加工企業(yè)對(duì)薯?xiàng)l、薯片的加工還需要考慮還原糖含量、龍葵素含量和淀粉含量等品質(zhì)指標(biāo)[30-31]，未來(lái)還將在減少施藥次數(shù)和用量的條件下結(jié)合氣候因素繼續(xù)研究施藥方案對(duì)馬鈴薯各品質(zhì)指標(biāo)的影響.

4 結(jié)論

(1)常規(guī)處理和優(yōu)化處理均能降低馬鈴薯早疫病的病情指數(shù)和病葉率，但優(yōu)化處理在馬鈴薯生長(zhǎng)的中后期對(duì)早疫病的抑制效果較好；(2)優(yōu)化處理的干物質(zhì)含量顯著高于空白對(duì)照組，達(dá)到了薯?xiàng)l、薯片的加工標(biāo)準(zhǔn).