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      具有煙草根結(jié)線蟲防效的萬壽菊秸稈生物有機肥配方及田間防控研究

      2021-05-06 03:16:56劉加紅盤文政呂亞瓊
      江蘇農(nóng)業(yè)科學 2021年6期
      關(guān)鍵詞:根結(jié)線蟲農(nóng)藝性狀煙草

      劉加紅 盤文政 呂亞瓊

      摘要:根結(jié)線蟲病是一種重要的煙草土傳病害,在局部煙區(qū)發(fā)生嚴重,造成過巨大經(jīng)濟損失。采集受根結(jié)線蟲危害的植煙區(qū)土壤,分離出線蟲后,利用已有菌種庫資源,通過室內(nèi)菌株發(fā)酵液滅殺線蟲活性試驗,篩選出了4株具有防治根結(jié)線蟲的生防菌株,菌株發(fā)酵液原液室內(nèi)殺線效果良好,均達到80%以上,隨著稀釋倍數(shù)增加滅殺活性不斷降低,320倍時滅殺活性完全喪失。將篩選出的功能菌與腐熟的萬壽菊秸稈有機肥復(fù)配后形成功能型生物有機肥,在植煙區(qū)通過田間小區(qū)試驗驗證其功能,結(jié)果表明,施用功能型生物有機肥后,能夠促進煙株的早生快發(fā),在后期能夠促進葉片開片,改善烤煙農(nóng)藝性狀,但根結(jié)線蟲危害情況并無改善,說明在根結(jié)線蟲危害極為嚴重的地塊,生防功能有機肥對根結(jié)線蟲的防治效果有限。

      關(guān)鍵詞:煙草;根結(jié)線蟲;生防菌株;萬壽菊秸稈;農(nóng)藝性狀

      煙草(Nicotiana tabacum L.)是茄科煙草屬,一年生或有限多年生草本植物,原產(chǎn)于南美洲。目前在我國云南、貴州等地大面積種植,是我國重要的經(jīng)濟作物之一,其成熟葉片主要用于卷煙生產(chǎn),具有極高的經(jīng)濟價值。因此在烤煙生產(chǎn)過程中,提高煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)極為重要,而煙草病害是影響煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素[1-3]。

      其中,根結(jié)線蟲病是煙草種植的主要病害之一,嚴重影響煙草的高質(zhì)高產(chǎn)[4-5],在我國各大煙草種植區(qū)均有發(fā)生,且危害嚴重,每年因根結(jié)線蟲危害造成的損失巨大。據(jù)統(tǒng)計,全國根結(jié)線蟲直接危害所造成的煙葉經(jīng)濟損失占侵染性病害造成損失的5.7%[6],嚴重制約煙葉的生產(chǎn)發(fā)展。但是由于該病侵染的特殊性、為害的隱蔽性而對防治工作造成了極大的困擾[7]。并且受環(huán)境和經(jīng)濟水平所限,我國大部分缺水旱作煙區(qū)無法開展水旱輪作,因此多采用化學手段防治[8-10],雖取得了一些成效,但因其選擇性差、高殘留和不易降解,也造成了煙葉農(nóng)藥殘留增加、農(nóng)作物生態(tài)環(huán)境被破壞、煙葉品質(zhì)下降、環(huán)境污染加重、抗藥性問題日益突出等后果[11-13]。

      隨著國家煙草專賣局提倡綠色防控理念,減少化學農(nóng)藥使用,采用微生物菌劑或其他綠色防控措施替代化學農(nóng)藥,已經(jīng)成為煙草病蟲害防控的主要思路。因此,篩選出具有生防功能的微生物,將其應(yīng)用到煙草生產(chǎn)中,并評價其針對煙草根結(jié)線蟲的防控效果,對煙草根結(jié)線蟲的防控、生態(tài)環(huán)境的保護以及人們生命健康具有重大意義[14]。

      萬壽菊別稱臭芙蓉,一年生草本花卉,其花朵提取的色素被廣泛用于食品、化妝品、煙草、醫(yī)藥及禽類飼料中[15-17]。由于其用途廣泛以及具備的經(jīng)濟價值,在曲靖地區(qū)大面積種植。萬壽菊主要經(jīng)濟器官是花朵,采收后會產(chǎn)生大量秸稈,但由于萬壽菊秸稈中木質(zhì)素、纖維素的含量較高,直接還田難以自然降解,而且含有多種揮發(fā)性化學成分,不能作為飼料使用。目前萬壽菊秸稈大部分就地焚燒或曬干后作農(nóng)家燃料,均未能得到有效利用,造成了資源的極大浪費,且對環(huán)境造成一定污染[18]。國內(nèi)多個學者均針對此問題進行研究,并且有研究表明,萬壽菊秸稈提取物對根結(jié)線蟲具有較好的抑殺作用[19]。

      本研究第1階段利用已有菌種庫資源,篩選能夠防治煙草根結(jié)線蟲的生防菌株,探究其對煙草根結(jié)線蟲的滅殺效果,同時研究具有殺線潛力菌株與完全腐熟萬壽菊秸稈有機肥的復(fù)配機制。第2階段采用田間小區(qū)試驗的方式,開展以萬壽菊秸稈為原料開發(fā)的生防功能有機肥對烤煙生產(chǎn)和線蟲危害的影響研究,通過對施肥前后植煙土壤養(yǎng)分、煙株的田間長勢長相和農(nóng)藝性狀、線蟲的發(fā)生狀況、經(jīng)濟性狀和煙葉品質(zhì)等數(shù)據(jù)的綜合分析,客觀評價生防功能有機肥在曲靖煙區(qū)的應(yīng)用效果,整個研究對曲靖植煙區(qū)煙草根結(jié)線蟲及土壤保育具有重要意義,并且為后期的推廣應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

      1 材料與方法

      1.1 試驗材料

      供試菌株為云南省微生物發(fā)酵工程研究中心有限公司自主篩選研發(fā)的具有殺線作用的生防菌株。

      供試根結(jié)線蟲采自曲靖市沾益區(qū)大坡鄉(xiāng)植煙區(qū)受根結(jié)線蟲侵染的煙株,煙草品種為云煙97,取受侵染煙株根際土,采用蔗糖離心浮選法分離根結(jié)線蟲。

      供試地為曲靖市沾益區(qū)大坡鄉(xiāng)。試驗時間為2019年5—12月。供試作物為煙草品種(云煙97)。

      供試肥料:煙草專用復(fù)合肥(氮、P2O5、K2O含量分別為15%、8%、25%)、普通過磷酸鈣(P2O5含量≥17%)、硝酸鉀(氮、P2O5、K2O含量分別為135%、0%、44.5%)、硫酸鉀(K2O含量≥50%)、鈣鎂磷肥(P2O5含量≥18%)、生防功能有機肥5號(萬壽菊秸稈有機肥中添加功能菌Q1、Q2、WSWFJ5),生防功能有機肥9號(萬壽菊秸稈有機肥中添加功能菌Q1、Q2、WSWFJ9)、生防功能有機肥11號(萬壽菊秸稈有機肥中添加功能菌Q1、Q2、WSWFJ11)、生防功能有機肥12號(萬壽菊秸稈有機肥中添加功能菌Q1、Q2、WSWFJ12)。

      蔗糖溶液的配制:1 000 mL純凈水+454 g蔗糖(白糖)。

      1.2 試驗方法

      1.2.1 蔗糖離心懸浮法分離根結(jié)線蟲 按李美芹等的專利中提及的蔗糖離心懸浮法進行根結(jié)線蟲的分離[20]。分離完成后,取試管下部帶有線蟲的液體,取1 mL置于培養(yǎng)皿中,于體式顯微鏡下計數(shù)。

      1.2.2 具有拮抗煙草根結(jié)線蟲的功能菌株篩選

      1.2.2.1 不同生防菌株對根結(jié)線蟲滅殺活性測定 將菌種庫保存的具有殺線功能的菌株分別接種于Luria-Bertani(LB)液體培養(yǎng)基中進行活化,即37 ℃、180 r/min 培養(yǎng)48 h,后將菌液濃度稀釋至 1億CFU/mL,取1 mL置于48孔細胞培養(yǎng)板中,再加入線蟲懸浮液100 μL(約 100頭)混勻,25 ℃靜置12 h后,于光學顯微鏡下觀察,記錄線蟲存活情況,計算校正死亡率(僵直不動為死體,彎曲蠕動為活體)。設(shè)無菌LB液體培養(yǎng)基及萬壽菊秸稈有機肥浸出液處理作為對照,每個處理設(shè)置5個重復(fù)。

      根據(jù)以下公式計算線蟲的校正致死率:致死率=死亡線蟲數(shù)/供試線蟲數(shù)×100%;

      校正致死率=(處理致死率-對照致死率)/(1-對照致死率)×100%。

      選取上述試驗中對線蟲校正死亡率在80%以上的菌株分別進行處理時間及處理濃度的測定,即利用其發(fā)酵原液分別處理線蟲30、60、90、120、150、180 min;利用其發(fā)酵原液以及10、20、40、80、160、320、640倍的稀釋液分別處理線蟲,觀察記錄線蟲的活性情況,計算校正死亡率,每個處理設(shè)置5次重復(fù)。

      1.2.2.2 不同生防菌株在溫室大棚內(nèi)對根結(jié)線蟲防效的測定 試驗于云南省微生物發(fā)酵工程研究中心有限公司試驗基地溫室大棚內(nèi)進行,將健康且長勢一致的煙苗移栽至裝有從受危害嚴重地區(qū)(曲靖市沾益區(qū)大坡鄉(xiāng))采集的根際土壤的花盆中,制備供試菌株發(fā)酵液,在煙苗移栽后3 d,每盆分別灌根300 mL,同時設(shè)清水、LB液體培養(yǎng)基、萬壽菊秸稈有機肥浸出液3個處理作為對照。90 d后取煙株根系調(diào)查病情指數(shù),分級并記錄結(jié)果,調(diào)查方法采用GB/T 23222—2008 《煙草病蟲害分級及調(diào)查方法》。

      1.2.3 功能微生物與完全腐熟的萬壽菊秸稈有機肥復(fù)配 利用能夠防治煙草青枯病的生防菌1號(Q1)、能夠防治煙草黑脛病的生防菌2號(Q2)與上述試驗中防效較好的菌株分別復(fù)配后添加到完全腐熟的萬壽菊秸稈有機肥中,添加量為肥料總質(zhì)量的1%,添加結(jié)束后按倉庫正常堆貯條件堆放,定期檢測各生防功能菌的有效活菌數(shù),同時每天定時檢測堆體上、中、下層的溫度,連續(xù)檢測10 d,并記錄分析。

      1.2.4 植煙地區(qū)田間效果驗證 試驗安排在曲靖市沾益區(qū)大坡鄉(xiāng),試驗地塊往年發(fā)病較為嚴重,試驗前對土壤中線蟲的蟲口密度進行了統(tǒng)計,得出土壤中線蟲的蟲口密度為56頭/100 g。

      1.2.4.1 試驗設(shè)計 試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計,6個處理,3次重復(fù),共18個小區(qū)。

      處理1:空白對照,不施用任何有機肥料;處理2:施用萬壽菊秸稈有機肥200 g/株;處理3:施用生防功能有機肥5號200 g/株;處理4:施用生防功能有機肥9號200 g/株;處理5:施用生防功能有機肥11號200 g/株;處理6:施用生防功能有機肥12號200 g/株。

      每個小區(qū)植煙60株,株行距為120 cm×60 cm,植煙13 890株/hm2。每個處理施純氮97.5 kg/hm2,氮、磷、鉀質(zhì)量比為1 ∶ 1.5 ∶ 3,各處理肥料具體用量詳見表1。

      施肥方法:煙草專用復(fù)合肥、普鈣、硫酸鉀、萬壽菊秸稈有機肥和生防功能有機肥作基肥,其中萬壽菊秸稈有機肥和生防功能有機肥在移栽前塘施,煙草專用復(fù)合肥、普鈣和硫酸鉀在移栽時中層環(huán)施;硝酸鉀作追肥,在移栽后30 d左右兌水澆施。

      植煙株數(shù)按13 890株/hm2計,單株肥料用量見表2。

      1.2.4.2 土壤養(yǎng)分調(diào)查 在施肥前取一個基礎(chǔ)土樣,烤煙采烤后每個處理各取1個土樣,合計7個土樣(每個土樣1 kg),對每個樣品的土壤pH值、有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、水解性氮、有效磷、速效鉀的含量進行檢測分析。

      1.2.4.3 生育期調(diào)查 分別觀察記錄每個處理50%煙株達到團棵、旺長、現(xiàn)蕾、封頂、采烤等生育期的時間。

      1.2.4.4 農(nóng)藝性狀調(diào)查 在移栽后50 d和采烤前,每個小區(qū)試驗選擇5株有代表性的煙株測量其株高、莖圍、葉片數(shù)、最大葉長和最大葉寬等農(nóng)藝性狀。

      1.2.4.5 病害發(fā)生情況調(diào)查 在整個大田生育期對其他主要病害的發(fā)生情況以及采烤后取根系調(diào)查各處理根結(jié)線蟲的發(fā)生情況及病情指數(shù)進行調(diào)查分級并記錄結(jié)果,調(diào)查方法采用GB/T 23222—2008《煙草病蟲害分級及調(diào)查方法》。

      1.2.4.6 產(chǎn)質(zhì)量調(diào)查統(tǒng)計 每個處理單獨掛牌烘烤,依據(jù)GB 2635—1992《烤煙》中42級國家烤煙分級標準分級,并統(tǒng)計產(chǎn)量和產(chǎn)值。各處理分別選取X2F、C3F、B2F(X2F表示下部葉橘黃色2級煙、C3F表示中部葉橘黃色3級煙、B2F表示上部葉橘黃色2級煙)各1 kg統(tǒng)一送檢,進行煙葉內(nèi)在化學成分分析。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 具有拮抗煙草根結(jié)線蟲的菌株篩選

      2.1.1 具有滅殺根結(jié)線蟲的功能生防菌篩選 由表3可知,利用試驗前期篩選得到的對線蟲具有滅殺活性的7株生防菌再次進行煙草根結(jié)線蟲滅殺活性的篩選發(fā)現(xiàn),各菌株發(fā)酵液均有滅殺活性,其中5、9、11、12號菌對線蟲的校正致死率都在80%以上,分別達81.12%、84.28%、85.91%、82.36%,后續(xù)試驗將選取以上4個菌株進一步開展。

      2.1.2 不同稀釋倍數(shù)發(fā)酵液對線蟲活性的影響 由圖1可知,不同稀釋倍數(shù)發(fā)酵液對根結(jié)線蟲的校正死亡率隨著發(fā)酵倍數(shù)的增加而降低。稀釋40倍后,各生防功能菌的抑殺活性大幅降低,稀釋160倍后,生防菌的校正致死率均低于10%,稀釋320倍后,各生防菌已基本喪失抑殺活性。

      2.1.3 不同處理時間發(fā)酵液對線蟲活性的影響 由圖2可知,隨著各菌株發(fā)酵液對線蟲的處理時間增長,對線蟲的抑殺活性越強,處理時間為2 h時,9號、11號菌株發(fā)酵液校正死亡率大幅高于5號、12號菌株發(fā)酵液,且較為相近,分別為81.69%和8159%;處理時間為3 h時,9號、11號菌株發(fā)酵液依然極為相近,且均高于其余2株菌株發(fā)酵液。整體而言,9號與11號菌株發(fā)酵液對線蟲抑殺活性較高,且2 h后隨著時間的延長抑殺活性增幅較小。

      2.1.4 不同生防菌株對根結(jié)線蟲溫室煙草盆栽防效的測定 由表4的生防結(jié)果可知,4株生防功能能菌對煙草根結(jié)線蟲均具有一定的防效,生防功能菌的病情指數(shù)均低于對照,生防效果依次為WSWFJ11>WSWFJ5>WSWFJ12>WSWFJ9,但本試驗的結(jié)果相較于圖1、圖2的結(jié)果而言,并未呈現(xiàn)出一致性。

      2.2 功能功能微生物與腐熟萬壽菊秸稈復(fù)配

      由表5可知,功能微生物與萬壽菊秸稈有機肥復(fù)配后,功能微生物有效活菌數(shù)雖呈下降趨勢,但參照NY 884—2012《生物有機肥執(zhí)行標準》中有效活菌數(shù)≥0.2億CFU/g的要求,該肥料遠超生物有機肥標準。生防功能微生物加入時采用的是離心孢子液的形式,其加入的初始量均大于2.0億CFU/g,由于功能菌種均為芽孢桿菌,加之其存活形態(tài)均為芽孢,故其可在有機肥中長久存活,且保持活性。各處理中有效活菌數(shù)在180 d內(nèi)均出現(xiàn)下降現(xiàn)象,但其有效活菌數(shù)均維持在1.2億CFU/g以上。

      2.3 植煙地區(qū)田間效果驗證

      2.3.1 生防功能有機肥對烤煙大田生育期的影響 由表6可知,不同處理的大田生育期從移栽至封頂?shù)臅r間基本一致,說明施用生防功能有機肥對烤煙前、中期的生育期影響不大,也可能是由于試驗區(qū)域前期降水量過低,導致煙株生長緩慢,未出現(xiàn)生育期差異,后期由于根結(jié)線蟲危害較為嚴重,已失去采烤價值,因此煙葉的成熟期未統(tǒng)計。

      2.3.2 生防功能有機肥對植煙土壤養(yǎng)分的影響 由表7可知,煙葉采收后各處理的土壤pH值均下降,以處理1的降幅最大;各處理有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀和速效鉀含量差別不大;處理1、處理2、處理6的水解性氮含量增加,處理3、處理4、處理5降低;處理1、處理2、處理4、處理6的有效磷含量增加,處理3、處理5降低。

      2.3.3 生防功能有機肥對烤煙農(nóng)藝性狀的影響 移栽后55 d和采烤前各處理煙株農(nóng)藝性狀調(diào)查結(jié)果見表8。移栽后55 d,處理4的農(nóng)藝性狀優(yōu)于其他處理,其株高與其他處理均差異顯著(P<0.05),莖圍與處理1、處理3差異顯著,單株葉數(shù)與處理1、處理2、處理3差異顯著,中部葉最大葉面積與處理1、處理2、處理3、處理6差異顯著。采烤前,以處理4的農(nóng)藝性狀整體表現(xiàn)最優(yōu),其單株葉數(shù)與處理1、處理2、處理3差異顯著,中部葉最大葉面積與處理2、處理5、處理6差異顯著。

      綜合來看,處理4在前期能夠促進煙株的早生快發(fā),在后期能夠促進葉片開片,改善烤煙農(nóng)藝性狀。

      2.3.4 生防功能有機肥對烤煙病害發(fā)生情況的影響

      2.3.4.1 生防功能有機肥對根結(jié)線蟲發(fā)生情況的影響 由表9可知,各處理的根結(jié)線蟲病情指數(shù)均在97.00以上,根系干質(zhì)量差別也不大。說明在根結(jié)線蟲危害極為嚴重的地塊,生防功能有機肥對根結(jié)線蟲的防治效果不理想。

      2.3.4.2 生防功能有機肥對烤煙其他主要病害的發(fā)生情況的影響 由表10可知,該地塊其他主要病害為青枯病,主要出現(xiàn)在烤煙生育前期,處理4、處理5、處理6的發(fā)病率低于處理1,說明生防功能有機肥9號、11號及12號對青枯病發(fā)生有抑制作用,其中處理4的病情指數(shù)最低,說明生防功能有機肥9號對青枯病預(yù)防效果最明顯。

      2.3.5 生防功能生物有機肥料對煙株產(chǎn)值及產(chǎn)量的影響 由于前期干旱,后期整塊試驗地根結(jié)線蟲病危害極為嚴重,烤煙失去采烤價值,烤煙經(jīng)濟性狀未統(tǒng)計。

      2.3.6 生防功能有機肥對煙葉化學成分的影響 由于前期干旱,后期整塊試驗地根結(jié)線蟲病危害極為嚴重,烤煙失去采烤價值,烤煙未采烤,因此未分析煙葉化學成分。

      3 結(jié)論與討論

      本研究利用云南省微生物發(fā)酵工程研究中心有限公司菌種庫中7株具有殺線蟲功能的生防功能菌篩選出的發(fā)酵液研究發(fā)現(xiàn),對煙草根結(jié)線蟲的校正致死率在80%以上的生防菌株包括 WSWFJ5、WSWFJ9、WSWFJ11、WSWFJ12共計4株,且均為芽孢桿菌,對根結(jié)線蟲的校正致死率分別達81.12%、84.28%、85.91%、82.36%,其發(fā)酵液隨著稀釋倍數(shù)的增加對線蟲滅殺活性逐漸下降,稀釋至320倍后滅殺活性完全喪失。同時,這4株生防功能菌發(fā)酵液對根結(jié)線蟲的校正致死率隨著處理時間的延長而升高,與譚可菲等的研究結(jié)果[21]一致,均在2 h以后效果最優(yōu),對煙草根結(jié)線蟲的校正致死率分別為79.94%、81.69%、81.59%、78.94%。將4株生防功能菌株直接用于發(fā)生煙草根結(jié)線蟲病煙株,其防效分別為44.32%、38.46%、46.84%、42.53%,與發(fā)酵液實驗室滅殺活性試驗結(jié)果未呈現(xiàn)出一致性,推測是因為在土壤中微生物環(huán)境較為復(fù)雜,各生防菌株生存能力及代謝物分泌的能力受到一定影響,但整體而言,4株生防功能菌對煙草根結(jié)線蟲均具有一定的抑殺作用,在溫室盆栽試驗中也表現(xiàn)出了一定防效。

      將以上4株生防功能菌與另2株生防菌以及腐熟完全的萬壽菊秸稈有機肥按一定添加比例復(fù)配,在正常包裝堆放后,有機肥本身并不會出現(xiàn)再次升溫發(fā)酵的情況,同時,萬壽菊生防功能有機肥中功能菌有效活菌數(shù)達到生物有機肥標準且高于標準,證明該方案可行。

      然后本研究采用田間小區(qū)試驗的方式,客觀評價以萬壽菊秸稈為原料開發(fā)的生防功能有機肥在曲靖煙區(qū)的應(yīng)用效果。結(jié)果表明:不同處理間煙株的生育期表現(xiàn)一致,推測可能是由于試驗區(qū)域在煙株移栽后至團棵期間未有降雨,導致煙株前期的生育期增長;生防功能有機肥9號在前期能夠促進煙株的早生快發(fā),在后期能夠促進葉片開片,改善烤煙農(nóng)藝性狀,同時能夠提高烤煙對根結(jié)線蟲和青枯病的抗病性,減少病害的發(fā)生。

      總而言之,在豐富的微生物資源中,可篩選出對煙草根結(jié)線蟲具有滅殺功能的菌株,并且可與腐熟的萬壽菊秸稈復(fù)配形成穩(wěn)定且具有生防功能的有機肥。但在田間試驗中,由于氣候原因及試驗地選取不當而造成田間小區(qū)試驗效果不理想。針對此情況,本研究團隊將重新選取多個試驗地塊繼續(xù)進行生防功能有機肥的田間效果驗證,為生防功能有機肥在煙草根結(jié)線蟲防控方面提供理論基礎(chǔ)及技術(shù)支撐。

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