生物有机肥、CO2施肥发酵残渣和土壤预处理对番茄青枯病的防控效果及其机制研究

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作物栽培面积的不断扩大、单一作物的连续种植和化肥的大量使用造成了土壤质量的退化,土壤功能下降,引发了土传病害的严重发生,从而对农作物生产造成了极大的损失,人们采取了各种不同措施防控土传病害,但未能取得满意的防治效果。近年来,有机改良和生物防控(生物有机肥)作为无污染无公害的有效防控措施受到广泛关注,但在田间防控效果上尤其对青枯病害的防控方面仍较薄弱;另外,无机氮素预处理方法已广泛应用于防控土传病害方面,但防控青枯病的有关研究鲜有报道。在本研究中,生物有机肥与多种土壤施肥方式相比较,评估其对番茄枯萎病、草莓疫病和番茄青枯病的田间防控效率,并着重探索了生物有机肥防控番茄青枯病害的相关机理;CO2施肥发酵残渣具有改良连作土壤的功能,本研究以番茄青枯病为试验对象,评估发酵残渣对田间青枯病害的防效和对土壤的改良作用;受气候条件影响,生物有机肥与发酵残渣不能稳定而有效防控青枯病害,针对这一现象,我们探索和比较了三种土壤氮素预处理方式对土壤青枯病菌的抑制效果,并研究了土壤微生物群落结构发生的变化,为土壤预处理与生物防控和发酵残渣综合防控青枯病害提供理论依据。主要研究结果如下:1.通过比较化肥、有机肥和生物有机肥三个处理间番茄枯萎病和草莓疫病的病原菌数量和发病情况,表明生物有机肥中番茄枯萎病和草莓疫病发病率最低,与对照处理相比,发病率分别下降了43%-56%和49-65%,番茄和草莓产量分别提高了40.2%和66.7%。另外,生物有机肥显著改善了土壤理化性质,增加土壤养分有效性,提高土壤中微生物活性及微生物数量。因此生物有机肥在改善土壤生物化学性质的同时,可以有效防控枯萎病和疫病的发生。2.与其他几种土壤施肥方式相比,生物有机肥作为一种新型肥料显示出较高的抑制番茄青枯病害的能力。五季番茄种植中,生物有机肥显著降低了番茄青枯病发病程度,提高了番茄产量。另外,生物有机肥提高了土壤pH值、电导率、有机碳、铵态氮、硝态氮和速效钾含量,增加了土壤微生物活性和微生物量,通过分析青枯病发病程度与土壤生物化学性质之间的关系,以上土壤生物化学性质的变化与土壤抑病能力之间有正相关关系。生物有机肥处理中细菌和放线菌数量最高,而青枯病菌和真菌数量最低。通过使用变性梯度凝胶电泳分析土壤群落多样性和丰度,发现生物有机肥处理显著提高了细菌群落多样性而降低了真菌群落多样性。冗余分析表明青枯病发病程度与细菌多样性负相关,而病原菌数量与真菌多样性正相关。因此我们认为生物有机肥处理中土壤物理化学性质和生物学性质的变化诱导了土壤对番茄青枯病的抑制能力。3.通过田间试验,我们评估了CO2施肥发酵残渣二次堆肥产物(SCP)对番茄青枯病防控效果。结果表明SCP具有防控番茄青枯病的能力。与对照处理(当地传统习惯种植)相比,SCP使青枯病发病率降低了32-81%,作物产量提高了59-95%。相关分析结果表明青枯病菌数量与土壤总氮、有机碳和硝态氮含量有着紧密的关系,另外青枯病发病程度与磷酸单酯酶、β-D-葡萄糖苷酶、荧光二乙酸水解活性、土壤呼吸强度、微生物量碳和细菌群落多样性呈负相关关系,而与真菌多样性呈正相关关系。这些结果表明SCP处理中土壤抑病能力的提高可能与微生物群落结构的改变和有益微生物对病菌较强的竞争力有关。因此,CO2施肥发酵残渣具有增强土壤抑制番茄青枯病的能力。4.温度和降雨量的变化影响青枯病菌的生长和发病程度。低温下病菌生长受到抑制,生物有机肥和CO2施肥发酵残渣的防控效率稳定;较高的温度促使青枯病菌生长繁殖,而生物有机肥和CO2施肥发酵残渣防控效率降低。同时我们发现较高的降雨量也会加重青枯病发病程度。我们认为在高温和高降雨量的季节,病菌生长繁殖力增强,植物蒸腾作用加强,促进了病原菌对植物的入侵,从而导致青枯病发病程度与SCP防控效率不稳定现象。5.针对第4部分结果指出的现象,我们设想将辅助措施与生物有机肥和发酵残渣联合起来去防控青枯病害,是否会产生更加有效地防控效果。因此,我们探索和比较三种土壤氮素改良剂(石灰氮、碳酸氢铵石灰混合物和氨水)对青枯病菌生存的抑制效果,结果表明石灰氮具有较高提高土壤铵态氮、亚硝态氮含量和土壤pH值的能力,从而呈现出抑制青枯病菌的效果最高。然而氨水在0.25 g Nkg-1氮水平下就可以有效抑制青枯病菌生存,是最为经济有效的氮素改良剂,因此成为抑制青枯病的最优选择。另外,三种无机氮素改良剂在有效的氮素水平下,只对青枯病菌表现出抑制效果,而对土壤微生物群落以及生物活性没有不良的影响。以上研究结果对农民选择经济有效的氮素改良剂和最佳使用量上将起到指导作用。5.在500C高温条件下,评估了三种无机氮素改良剂在0.25 g N kg-1以上氮水平时,对青枯病害土壤所产生的影响。50℃的高温可以迅速抑制青枯病的生存。高温分别配施石灰氮、碳酸氢铵石灰混合物和氨水处理中,土壤微生物活性和群落结构发生了不同程度的变化。在高氮水平下,三种无机氮素改良剂均提高了微生物活性和细菌群落数量;而相反地,石灰氮和碳酸氢铵石灰混合物处理降低真菌群落数量和多样性,抑制真菌的生存,氨水处理并未产生相似的结果。因此,氨水与高温相结合是比较温和有效的修复方式,其次为碳酸氢铵和石灰混合物与高温的结合使用。该部分研究为中国广大农民在高温季节选择合适的氮素改良剂提供了理论依据。
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