氯化苦和棉隆对草莓土壤养分、病原菌及微生物群落的影响_李青杰.pdf

第44卷第6期 2021 年 11 月 河北农业大学学报 JOURNAL OF HEBEI AGRICULTURAL UNIVERSITY Vol 44 No 6 Nov 2 0 2 1 氯化苦和棉隆对草莓土壤养分 病原菌及 微生物群落的影响 李青杰 张大琪 任立瑞 颜冬冬 李 园 王秋霞 曹坳程 中国农业科学院 植物保护研究所 植物病虫害生物学国家重点实验室 北京 100193 摘要 为评价氯化苦和棉隆在草莓重茬土壤上的使用效果 采用田间熏蒸技术 研究氯化苦和棉隆熏蒸对草莓 土壤养分 土壤病原菌及微生物群落的影响 结果表明 熏蒸前期均会抑制硝化作用 且显著降低土壤有效磷 含量和 pH 值 增加速效钾含量和电导率 到草莓采摘期时恢复至对照水平 棉隆熏蒸后期显著提高有机质含量 效果优于氯化苦处理 土壤病原菌测定结果表明 熏蒸处理对镰刀菌属和疫霉属的抑制率分别为 90 和 80 以上 但棉隆熏蒸后期对土壤病原菌的防治效果优于氯化苦 对细菌群落分析表明 熏蒸处理均降低了细菌群 落的多样性 层级聚类分析表明棉隆对细菌群落的影响比氯化苦的影响小 与氯化苦熏蒸相比 棉隆熏蒸处理 还显著增加了绿弯菌门和小单孢菌属等有益微生物的相对丰度 与氯化苦相比 棉隆对土壤微生态的负面影响 较小 本研究结果为氯化苦和棉隆在草莓上的应用提供了理论支撑 关 键 词 氯化苦 棉隆 草莓 养分 病原菌 微生物群落 中图分类号 S 482 6 开放科学 资源服务 标识码 OSID 文献标志码 A Effects of chloropicrin and dazomet on strawberry soil nutrients pathogenic bacteria and microbial communities LI Qingjie ZHANG Daqi REN Lirui YAN Dongdong LI Yuan WANG Qiuxia CAO Aocheng Institute of Plant Protection Chinese Academy of Agricultural Sciences State Key Laboratory of Plant Pest Biology Beijing 100193 China Abstract In order to evaluate the effects of using chloropicrin and dazomet on strawberry continuous cropping soil the field fumigation technology was applied to study the effects of chloropicrin and dazomet fumigation on strawberry soil nutrients soil pathogens and microbial communities The results showed that nitrification would be inhibited in the early stage of fumigation thus caused the effective phosphorus content and pH of the soil to be significantly reduced meanwhile the available potassium content and electrical conductivity were increased and restored to the control level until the strawberry picking period In the later stage of fumigation dazomet significantly increased the content of organic matter and the effect was better than that of chloropicrin treatment The test results of soil 收稿日期 2021 05 24 基金项目 国家重点研发计划 2017YFD0201600 国家自然科学基金项目 31972313 果类蔬菜产业技术体系北京市创 新团队 BAIC01 2020 第一作者 李青杰 1996 女 河南周口人 硕士研究生 从事土壤熏蒸剂对草莓生产的影响研究 E mail 1490012079 通信作者 曹坳程 1963 男 湖北麻城人 研究员 从事土壤熏蒸剂应用技术研究 E mail caoac 本刊网址 http hauxb hebau edu cn 文章编号 1000 1573 2021 06 0024 06 DOI 10 13320 ki jauh 2021 0097 25 第6期 草 莓 Fragaria ananassa Duch 是多年生 草本植物 具有丰富的营养价值 是我国重要的园 艺作物 1 据统计 2018 年中国草莓种植面积为 11 11 万 hm 2 占全世界的 29 8 是世界上草莓种 植面积最大的国家 2 但近年来 由于草莓经济价 值的增长和耕地数量的限制 草莓连作现象十分普 遍 3 连作导致土壤中积累了大量的病原菌和虫卵 进而引发土传病害 造成草莓的产量和品质大幅度 下降 严重制约了草莓的生产和发展 4 目前主要 用氯化苦和棉隆对草莓连作土壤进行熏蒸处理 防 治土传病害 从而提高草莓产量 5 氯化苦和棉隆用途广泛 可用于连作地块土传 病害的防治 已在三七 草莓 生姜等作物上表现 出优异的防治效果 6 Harris 7 研究表明氯化苦和 棉隆熏蒸可有效减少土壤中线虫的数量 显著增加 草莓产量 但前期研究表明氯化苦对土壤的负面影 响较大 范琳娟等 8 研究发现与棉隆相比 氯化苦 对土壤养分 微生物数量及酶活性有较强的抑制作 用 杨叶青等 9 研究表明棉隆处理草莓连作土壤 可使食细菌的真头叶属线虫总丰度增加 42 03 且 对有害线虫的抑制作用大于氯化苦 推荐使用棉隆 化学熏蒸剂具有广谱性 氯化苦和棉隆熏蒸在 杀死病原物的同时 对土壤微生物也造成了不利 影响 10 土壤微生物参与有机质的分解 养分的 转化与循坏 腐殖质的形成等过程 是土壤生态 系统的重要组成部分 它们还常被用来评价土壤 微生态的健康状况 11 一些微生物如芽孢杆菌属 Bacillus 假单胞菌属 Pseudomonas 和毛壳 菌属 Chaetomium 还可以作为生物防治剂防治土 传病害 12 研究土壤微生物群落的变化可以更深 入的表征熏蒸处理对微生态的影响 同时 土壤微 生物群落的变化会影响土壤中养分的转化 其和土 壤中病原菌的数量也密切相关 13 因此研究土壤 微生物时 表明土壤养分和土壤病原菌的变化会更 直观 更易理解 目前氯化苦和棉隆熏蒸对草莓连 作土壤的研究多集中在土壤肥力 酶活性 微生物 数量以及线虫防治等方面 还没有关于其对河北省 草莓连作土壤微生物群落影响的公开报道 本研究以河北省保定市满城区李家佐村草莓连 作 20 年以上的土壤为研究对象 分别进行氯化苦和 棉隆熏蒸 在草莓缓苗期和采摘期收集土壤样品分 析土壤理化性质 土壤病原菌以及细菌群落的变化 以期为河北省草莓生产上棉隆和氯化苦的合理使用 提供参考 1 材料与方法 1 1 试验地概况 试验于 2019 年 7 月 2020 年 4 月在河北省保 定市满城区李家佐村 GPS 坐标 38 59 20 6 N 115 16 00 8 E 温室大棚内进行 该大棚连续种 植草莓 20 年以上且病虫害发生严重 供试土壤为 粉质壤土 其基本理化性质为铵态氮 14 68 mg kg 硝态氮 15 64 mg kg 有效磷 248 63 mg kg 速效钾 349 64 mg kg 有机质 15 98 g kg pH 为 7 58 1 2 供试材料 供试草莓品种 丹莓 1 号 供试药剂 99 的氯化苦原液 辽宁大连绿峰化学股份有限公司 98 的棉隆微粒剂 江苏南通施壮化工有限公司 1 3 试验设计 熏蒸试验于 2019年 7月 7日在试验大棚内进行 共设置 3 个处理 1 CK 不做任何处理 2 Pic 用 99 的氯化苦原液进行熏蒸 3 DZ 用 98 的棉隆微粒剂进行熏蒸 氯化苦和棉隆的施 用剂量均为 30 g m 2 每个处理小区 34 m 2 每个处 理 3 个重复 熏蒸完成后 立即覆盖 0 04 mm 的聚 氯乙烯膜 PE 1 个月后揭开 PE 膜进行敞气 20 d 左右 移栽长势一致 生长健壮的草莓苗种植 其 他田间管理措施均一致 土壤样品采集于草莓缓苗 pathogens showed that the inhibition rate of fumigation treatment on Fusarium and Phytophthora spp were 90 and 80 respectively However the control effect of dazomet on soil pathogens in the late stage of fumigation was better than that of chloropicrin Analysis of the bacterial community showed that the fumigation treatment reduced the diversity of the bacterial community The hierarchical cluster analysis showed that the effect of dazomet on the bacterial community was less than that of chloropicrin Compared with chloropicrin fumigation dazomet fumigation significantly increased the relative abundance of beneficial microorganisms such as Chloroflexi and Micromonospora In summary compard with choropicrin dazomet had less negative impact on the soil micro ecology The results of this study provided a theoretical support for the application of chloropicrin and dazomet on strawberries Keywords chloropicrin dazomet strawberry nutrients pathogens microbial community 李青杰 等 氯化苦和棉隆对草莓土壤养分 病原菌及微生物群落的影响 26 第 44 卷河北农业大学学报 期 2019年 9月 5日 和采摘期 2019 年 12月 30日 采用五点取样法在每个处理小区内随机选取 3 个点 采集 5 20 cm 的土壤 取回的土样均过 2 mm 筛 进行后续理化性质 病原菌 微生物的测定 1 4 测定指标及方法 土壤养分依据鲍士旦 14 的方法进行测定 土 壤铵态氮和硝态氮的含量用 KCl 浸提后上流动分析 仪进行检测 有效磷的含量用 NaHCO 3 浸提后用分 光光度计检测 速效钾的含量用 CH 3 COONH 4 浸提 后采用火焰分光光度计检测 有机质采用氧化还原 法经高温消煮后进行滴定 pH 和电导率分别用 pH 计和电导率仪进行测定 土 水 1 2 5 土壤病原菌 分别采用 Komada 培养基 15 和 Masago 培养基 16 分离测定土壤中的镰刀菌属 Fusarium spp 和疫霉属 Phytophthora spp 土壤细菌群落 取 0 25 g 充分混匀的草莓 采摘期土样 采用 Powersoil DNA 提取试剂 盒 Mo Bio Carlsbad USA 提取土壤微生物 中总的基因组 DNA 使用细菌通用引物 338F 5 ACTCCTACGGGAGCAGCAG 3 806R 5 GGACTACHGGGTWTCTAAT 3 扩增土壤细菌 微生物的 16SrRNA 基因 V3 V4 区域 PCR 扩增及测 序工作由上海美吉生物医药科技有限公司完成 之后 按照美吉公司提供的标准方法 在 Illumina MiSeq 平 台 Illumina San Diego USA 上将原始数据进行 质量过滤和合并后 在 97 的相似水平下进行聚类 获得 OTU 所有样本均根据最小样本序列数进行 2 次采样 用于分析细菌群落多样性 群落组成的变化 1 5 数据处理 病原菌抑制率 对照处理的菌落数 熏蒸处 理的菌落数 对照处理的菌落数 100 采用 Microsoft Excel 2010 软件处理试验数据 SPSS 20 0 软件采用单因素方差分析 ANOVA 和 Duncan 氏新复极差法进行差异显著性检验 P 0 05 用 Origin 2017 软件进行图表的制作 2 结果与分析 2 1 不同处理对土壤养分的影响 2 1 1 不同处理对土壤氮素的影响 由图 1 可知 与对照相比 氯化苦和棉隆处理后草莓缓苗期的土 壤铵态氮含量分别显著增加了 25 51 45 78 倍 土 壤硝态氮含量分别显著降低了 96 19 94 05 草 莓缓苗期氯化苦处理的铵态氮含量显著低于棉隆处 理组 二者之间的硝态氮含量无显著差异 草莓采 摘期时熏蒸处理的土壤铵态氮和硝态氮含量均与对 照无显著差异 说明氯化苦和棉隆熏蒸前期均会抑 制硝化作用 后期对硝化作用的抑制减弱 Slow seedling stage Picking period 铵态氮含量 mg kg 1 Amnionium nitrogen content 缓苗期 采摘期 a b c a CK Pic DZ a a 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 A Slow seedling stage Picking period 硝态氮含量 mg kg 1 Nitrate nigrogne content 缓苗期 采摘期 a b b a a a 100 80 60 40 20 0 CK Pic DZ B A 铵态氮 B 硝态氮 图 1 不同处理下土壤各阶段铵态氮和硝态氮的含量变化 Fig 1 Changes in the contents of ammonium nitrogen and nitrate nitrogen in various stages of soil under different treatments 2 1 2 不同处理对土壤理化性质的影响 由表 1 可 知 与对照相比 氯化苦和棉隆处理后草莓缓苗期 有效磷含量分别显著降低了 9 73 20 97 在草 莓采摘期时棉隆处理的有机质含量显著提高 其他 处理间无显著差异 草莓缓苗期时氯化苦和棉隆处 理的速效钾含量分别显著增加了 51 67 42 93 电导率分别显著增加了 47 54 40 98 在草莓采 摘期未表现出显著差异 草莓缓苗期和采摘期时氯 化苦处理的 pH 均比对照显著降低 1 75 2 61 棉隆处理的 pH 和对照间则无显著差异 P 0 05 27 第6期 李青杰 等 氯化苦和棉隆对草莓土壤养分 病原菌及微生物群落的影响 表 1 不同处理下土壤各阶段理化性质的变化 Table 1 Changes in physical and chemical properties of soil at various stages under different treatments 时期 Period 处理 Treatments 有效磷 mg kg 1 Available phosphorus 速效钾 mg kg 1 Available potassium 有机质 g kg 1 Organic matter pH 1 2 5 电导率 ms cm 1 Conductivity 缓苗期 CK 1 398 13 42 90a 747 55 8 21b 23 49 0 35a 7 44 0 02a 0 61 0 01c Pic 1 262 04 44 41b 1 133 84 43 34a 22 73 0 69a 7 31 0 03b 0 90 0 01a DZ 1 104 95 9 48c 1 068 50 36 13a 22 82 0 68a 7 38 0 01ab 0 86 0 01b 采摘期 CK 469 24 49 32ab 287 50 6 29a 17 05 2 08b 7 66 0 07a 8 86 3 22a Pic 436 95 4 52b 197 50 6 61a 19 74 0 87ab 7 46 0 02b 2 99 0 41a DZ 593 14 48 06a 211 96 9 55a 22 11 0 26a 7 59 0 02ab 4 04 0 41a 注 不同小写字母表示差异显著 P 0 05 下同 2 2 不同处理对土壤病原菌的影响 由表 2 可知 氯化苦和棉隆处理在草莓缓苗期 和采摘期对镰刀菌属的抑制率均在 90 以上 而对 疫霉属的抑制率均在 80 以上 说明氯化苦和棉隆 熏蒸处理均可有效防治镰刀菌属和疫霉属 但对镰 刀菌属的防治效果更好 草莓采摘期时棉隆对病原 菌表现出更优异的防治效果 其对病原菌的抑制率 高于氯化苦处理 表 2 不同处理下土壤各阶段病原菌抑制率的变化 Table 2 Changes in the inhibition rate of pathogens in different soil stages under different treatments 时期 Period 处理 Treatments 镰刀菌属 Fusarium spp 疫霉属 Phytophthora spp 菌落数 cfu g 1 No of colonies 抑制率 Inhibition rate 菌落数 cfu g 1 No of colonies 抑制率 Inhibition rate 缓苗期 CK 4 384 00 47 84a 3 332 00 49 10a Pic 144 00 4 16b 96 72 564 33 64 61b 83 06 DZ 177 00 4 93b 95 96 262 67 5 36c 96 12 采摘期 CK 3 220 00 266 33a 5 846 00 110 81a Pic 206 00 31 18b 93 60 1 018 67 21 95b 82 57 DZ 170 33 16 80b 94 71 926 67 24 04b 84 15 2 3 不同处理对土壤细菌群落的影响 2 3 1 不同处理对细菌群落Alpha多样性指数的影 响 由表 3 可知 氯化苦和棉隆处理后 Shannon 指 数分别比对照降低 0 90 0 74 Simpson 指数分别 比对照增加 14 29 32 14 说明熏蒸处理均降低了 细菌群落的多样性 与对照相比 氯化苦处理的 ACE 和 Chao1 指数分别比对照增加了 1 46 2 15 棉 隆处理的 ACE和 Chao1指数分别比对照降低了 1 43 1 19 说明氯化苦处理增加了细菌的物种丰富度 棉隆处理降低了细菌的物种丰富度 表 3 不同处理下细菌群落的 Alpha 多样性指数变化 Table 3 Changes of Alpha diversity index of bacterial community under different treatments 处理 Treatments 香农指数 Shannon 辛普森指数 10 2 Simpson ACE Chao1 CK 6 74 0 28 3 589 2 3 565 3 Pic 6 68 0 32 3 641 7 3 641 9 DZ 6 69 0 37 3 537 8 3 523 0 2 3 2 不同处理对细菌群落的层级聚类影响 由图 2 可知 每个处理的 3 个重复聚类在一起 说明本 次测序的样本重复性较好 棉隆处理和对照间相距 较近 氯化苦处理则和对照间相距较远 说明草莓采 摘期时棉隆熏蒸对细菌群落的影响较氯化苦的影响小 图 2 不同处理样品的细菌层级聚类图 Fig 2 Bacteria hierarchical clustering diagram of different processed samples 28 第 44 卷河北农业大学学报 2 3 3 不同处理对细菌群落门水平物种的影响 在 门水平上使用单因素对样本中相对丰度排名前 10 的物种进行差异性分析 由图 3 可知 所有样本中 的优势细菌门均为变形菌门 Proteobacteria 占 30 39 38 79 氯化苦和棉隆处理后变形菌门 的相对丰度分别降低了 21 66 17 66 酸杆菌门 Acidobacteria 的相对丰度分别降低了 21 18 37 37 但和对照间无显著性差异 与对照相比 氯化苦和棉隆处理后疣微菌门 Verrucomicrobia 的相对丰度分别显著增加了 106 61 56 31 与氯化苦熏蒸相比 棉隆熏蒸还增加了绿弯菌门 Chloroflexi 和放线菌门 Actinobacteria 的相 对丰度 平均相对丰度 Relative abundance 图 3 不同处理样品的细菌门水平上群落组成差异图 Fig 3 Diagram of community composition differences at the bacterial phyla level of different processed samples 2 3 4 不同处理对细菌群落属水平物种的影响 在 属水平上使用单因素对样本中相对丰度排名前 10 的 物种进行差异性分析 由图 4 可知 对照组 氯化 苦和棉隆处理的优势细菌属分别是是鞘氨醇单胞菌 属 Sphingomonas 芽孢杆菌属 Bacillus 和小 单孢菌属 Micromonospora 与对照相比 氯化 苦和棉隆处理后小单孢菌属的相对丰度分别显著增 加了 1 76 2 96倍 马杜拉放线菌属 Actinomadura 的相对丰度分别显著增加了 9 37 2 30 倍 鞘氨醇 单胞菌属的相对丰度分别显著降低了 0 38 0 60倍 东属 Dongia 相对丰度分别显著降低了 0 61 0 68 倍 由此可知 氯化苦和棉隆熏蒸处理对细菌群落 属水平的影响更显著 平均相对丰度 Relative abundance 图 4 不同处理样品的细菌属水平上群落组成差异图 Fig 4 Diagram of community composition differences at the level of bacterial genus of different processed samples 3 讨论与结论 土壤熏蒸会影响土壤的养分循坏过程 进而影 响土壤的氮素转换 17 氯化苦和棉隆熏蒸前期均 抑制硝化作用 在草莓采摘期时抑制作用减弱 恢 复至对照水平 这与方文生 18 的研究结果土壤熏 蒸对硝化作用的抑制效果会随着时间的延长减弱一 致 氯化苦和棉隆熏蒸在草莓缓苗期均降低了有效 磷含量和电导率 增加了速效钾含量 但在草莓采 摘期时与对照间无显著差异 说明熏蒸后期对有效 磷 电导率以及速效钾的影响较小 熏蒸处理后草 莓采摘期的土壤有机质含量显著增加 可能是熏蒸 杀死了部分土壤微生物 其体内的物质及有机质释 放到土壤中提高了有机质的含量 19 熏蒸处理在 草莓整个生长期均降低 pH 改善了土壤酸碱度 有 利于草莓生长 这与张大琪等 20 的研究结果一致 连作地块的土壤中含有大量的病原菌 土壤熏 蒸可杀灭多数病原菌 有效防治土壤病原真菌镰刀 菌和疫霉菌 21 运翠霞等 22 研究表明棉隆与氯化 苦熏蒸显著减少了土壤中镰刀菌和疫霉菌的数量 对土传病原菌的抑制率均在 95 以上 Cheng 等 23 研究表明 1 3 二氯丙烯熏蒸可显著降低土传病原菌 的数量 促进番茄生长 增加番茄的产量 试验表 明氯化苦和棉隆熏蒸均可有效防治镰刀菌属和疫霉 菌属 但在草莓采摘期棉隆熏蒸对病原菌的抑制率 更高 这与 Zhang 等 4 的研究熏蒸可减少镰刀菌和 疫霉菌的数量 防治土传病害的结果一致 土壤微生物是维持土壤生态系统稳定的关键因 素 有益微生物数量的增加对土壤微生态动态平衡 29 第6期 李青杰 等 氯化苦和棉隆对草莓土壤养分 病原菌及微生物群落的影响 的维持至关重要 24 本试验表明 氯化苦和棉隆 熏蒸均降低了土壤细菌群落的多样性 这与刘珊珊 等 25 的研究结果一致 层级聚类分析表明棉隆熏 蒸对土壤细菌群落的影响较小 熏蒸处理的土壤细 菌群落在门 属水平上和对照间存在显著差异 其 中 氯化苦和棉隆熏蒸增加了有益微生物如放线菌 门和芽孢杆菌属的相对丰度 放线菌门和芽孢杆菌 属常在健康的土壤中发现 可以促进土壤的养分循 坏 对维持土壤微生态的动态平衡至关重要 26 试 验表明氯化苦和棉隆熏蒸增加了芽孢杆菌属的相对 丰度 可能和降低镰刀菌 疫霉菌的数量有关 本试验表明氯化苦和棉隆熏蒸可有效防治土传 病原菌 改善土壤的酸碱度和养分含量 但两者对 土壤微生物的影响程度不同 与氯化苦熏蒸相比 棉隆熏蒸对土壤养分和细菌群落的影响较小 在草 莓采摘期时可恢复至和对照相似的水平 因此在草 莓连作地块 可以选用棉隆进行土壤熏蒸 在有效 防治土传病害的同时对土壤的负面影响也较小 参考文献 1 任向荣 蔺国仓 孙美乐 等 新疆微碱性土壤种植露 地草莓技术要点 J 现代园艺 2021 44 9 58 60 2 王鸣谦 薛莉 赵珺 等 世界草莓生产及贸易现状 J 中国果树 2021 2 104 108 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