不同肥料和生物菌剂对重茬甘薯产量及土壤质量的影响

马洪波，杨 苏，李传哲，张永春

（1.江苏省农业科学院农业资源与环境研究所/农业农村部江苏耕地保育科学观测实验站，江苏南京 210014；2.南京农业大学，江苏南京 210095）

甘薯［Ipomoea batatas（L.）］是旋花科一年生或多年生草本块根植物，是重要的粮食、饲料和工业加工原料［1-2］。目前中国甘薯种植面积约670万hm2，年产量约1亿t，居世界首位［3-4］。作为加工淀粉和燃料乙醇的重要原料，甘薯块根淀粉含量与产量对甘薯食用、加工和产业化都具有极其重要的影响［5-6］。近年来，随着甘薯种植面积的扩大，因重茬导致的连作障碍是很多地区甘薯生产可持续发展的主要制约因素之一。马代夫等认为，甘薯产业因受地域和产业底蕴的影响，发展不平衡，部分甘薯主产区种植年份长，各种甘薯病虫害发生普遍比较严重，特别是甘薯引种不规范导致各类病虫害的蔓延，病虫害有逐步加重的趋势，新发生甘薯病毒病（SPVD）、黑痣病、紫纹羽病、黑腐病等病害较多，对产量影响很大，许多产区呈现出南病北移、南北病混发的现象［2］。如果不加大防控措施，甘薯SPVD近年内将上升为甘薯生产上的制约因素。

在甘薯众多病虫害中，甘薯茎线虫病被认为是甘薯生产中最重要的制约因子。甘薯茎线虫病病原为马铃薯腐烂茎线虫（Ditylenchus destructor），甘薯一旦受茎线虫侵染，表皮会被啃食，轻者减产10%～30%，重者达50%～80%，甚至绝收［7］。国内外学者对作物土传病害的控制大多通过选育拮抗性菌剂进行生物防治［8］；土壤理化性质劣变则通过施用土壤调理剂来改良［9］；还有通过引进优良的抗线虫甘薯品种，基本上可以杜绝线虫病的发生，而根系分泌的自毒物质所导致的连作障碍则通过增强作物自身生长势及合理施肥来消除。

1 材料与方法

本试验选取南京农业大学提供的有机肥与南京中粮集团提供的宁盾A、宁盾B菌剂，在连续5年栽培甘薯的地块上进行试验。通过不同菌剂、有机肥料产品的施用效果比较，研究缓解甘薯连作障碍的关键技术。优选出对甘薯产量和抗病害较为突出的产品，用于推广示范。

1.1 试验实施

选择江苏省灌云县小伊乡，此地常年种植甘薯。每小区面积25 m2，3次重复，土壤类型为沙壤，碱解氮含量为79 mg/kg，有效磷含量为5.29 mg/kg，速效钾含量为169 mg/kg，pH值7.69，有机质含量2.41%。

1.2 供试甘薯和肥料品种

甘薯品种为当地的品种苏薯16、引进的新品种苏薯22；肥料品种为宁粮生物科技有限公司生产的复合肥（N、P2O5、K2O含量均为15%），南京农业大学生物源农药创制公司生产的宁盾生物菌剂（1×106CFU/mL），南京农业大学研发的生物有机肥（有机质含量为50%）。

1.3 试验设计

处理1（CK）：当地常规施肥（复合肥600 kg/hm2），不施生物菌剂。

处理2：当地常规施肥（复合肥600 kg/hm2）+（施用宁盾生物菌剂产品A）菌剂液体产品灌根，用量75 L/hm2，甘薯移栽后稀释200倍灌根。

处理3：当地常规施肥（复合肥600 kg/hm2）+（施用宁盾生物菌剂产品B）菌剂液体产品叶面喷洒，地上部发病前（移栽后20 d开始）喷施，用量8.25 L/hm2，稀释200倍每隔10 d喷1次，共喷3次。

处理4：当地常规施肥（复合肥600 kg/hm2）+施用生物有机肥产品1（南农有机肥，固体产品3 000 kg/hm2），起垄前撒施或垄上开沟撒施（拌土后再移栽）。

处理5：当地常规施肥（复合肥600 kg/hm2）+施用生物有机肥产品2（宁粮有机肥，固体产品3 000 kg/hm2），起垄前撒施或垄上开沟撒施（拌土后再移栽）。

试验开始时间为2017年5月20日，收获取样时间为2017年10月28日。

1.4 甘薯病情指数的测定

每个小区随机选取3个点，每个点调查50块薯，记录危害分级。薯块危害分级方法：0级，没有危害；1级，25%以下受害；3级，≥25%～＜50%受害；5级，≥50%～≤75%受害；7级，75%以上受害。

发病率＝（发病薯数/调查总薯数）×100%。

1.5 数据处理及分析

用SPSS软件进行数据统计、方差分析、新复极差检验。

2 结果与分析

2.1 不同处理对甘薯生物量的影响

从表1可以看出，甘薯品种苏16，南农有机肥处理的藤质量最高，达26 185.92 kg/hm2，与对照不施菌剂相比，高出21.35%，但处理间差异不显著；从薯质量来看，宁盾菌剂A型处理的薯质量最高，达25 197.77 kg/hm2，显著高于其他处理，表明在连作障碍的土壤中宁盾系列菌剂对苏16品种有增产效果，有机肥对苏16没有增产效果。对于甘薯品种苏22，宁盾菌剂A型处理的藤质量最高，达21 022.85 kg/hm2，明显高于其他处理；从薯质量来看，宁粮有机肥处理的薯质量最高，显著高于其他处理，其他排序为宁盾A菌剂、南农有机肥、宁盾B菌剂，表明在连作障碍的土壤中有机肥和宁盾系列菌剂对苏22品种均有增产效果，且有机肥系列增产效果优于宁盾系列。

表1 不同处理对甘薯藤质量和薯质量的影响

2.2 不同处理对甘薯抗病性的影响

从表2可以看出，对于甘薯品种苏16，南农有机肥处理的甘薯发病率最高，达88.00%，对照不施菌剂的为84.00%，已经达到危害分级7级，宁粮有机肥、宁盾B型处理的发病率分别为74.66%、71.33%，危害分级为5级，宁盾A型处理的甘薯发病率最低，为62.66%，表明在连作障碍的土壤中宁盾系列菌剂对苏16品种甘薯发病率有一定的抑制作用，有机肥处理的效果不理想。对于甘薯品种苏22，南农有机肥处理的甘薯发病率最高，达67.33%，对照不施菌剂的为67.33%，危害分级为5级，宁粮有机肥、宁盾A、宁盾B处理抑制发病率效果好，发病率分别为51.33%、54.66%、55.33%，分别低于对照不施菌剂16.00、12.66、12.00百分点。

发病率＝（发病薯数/调查总薯数）×100%。

2.3 不同处理对土壤微生物数量的影响

从表3可以看出，宁盾B型处理的土壤真菌数量最高，显著高于对照不施菌剂处理，其他处理排序依次为宁粮有机肥＞宁盾A＞南农有机肥；宁盾B型处理的细菌数量最多，显著高于其他处理，不同处理与对照相比，差异均达到了显著水平，排序为宁盾B＞南农有机肥＞宁盾A＞宁粮有机肥；宁盾A型处理的放线菌数量最多，显著高于有机肥和对照处理，排序为宁盾A＞宁盾B＞南农有机肥＞宁粮有机肥，表明宁盾系列菌剂在增加土壤生物多样性方面优于有机肥处理。

表2 不同处理对甘薯发病率的影响

2.4 不同处理对苏16土壤理化性质的影响

从表4中可以看出，与对照相比，宁盾A、宁盾B型菌剂和宁粮有机肥处理降低了土壤pH值，南农有机肥处理增加了土壤pH值，较对照增加了1.5%，但不同处理间差异不显著，与对照相比，各处理均增加了土壤有机质含量，宁粮有机肥增加最多，增幅达19.58%，南农有机肥处理使有机质含量增加13.97%，宁盾A处理增加有机质含量8.75%，宁盾B处理增加有机质含量达0.83%，但是处理间差异不显著。

表3 不同处理对苏16土壤真菌、细菌和放线菌数量的影响

表4 不同处理对苏16土壤pH值和有机质含量的影响

3 讨论与结论

植物病害是农作物优质高产的重要制约因素之一，据估计，全球主要农作物的平均病害损失约占总产量的16%，每年直接经济损失高达数千亿美元［10］。甘薯连作障碍的发生具有普遍性，引起连作障碍的原因复杂多样，主要有微生物群落结构失衡［11］，特别是有害真菌数量剧增［12］以及酚酸类化感物质积累等［13］。越来越多的研究者认为，导致作物连作障碍的因素之间存在协同作用。目前，土壤化学消毒法（如溴甲烷消毒）是国内外公认的防治连作障碍的有效措施，但因其污染环境且对人体有害，逐步被禁止使用。大量研究表明，绿肥、壳质粗粉、秸秆稻壳等植物残体、堆肥、粪肥和生物炭等土壤添加剂［14-17］有利于提高土壤养分，降低土壤中有害物质，改善土壤的微生物体系以及团粒结构，提高土壤质量，增强土壤生态系统的稳定性，降低连作土壤中农作物病害的发生，从而缓解连作障碍。本试验发现，通过添加宁粮有机肥可以降低甘薯品种苏16、苏22的发病率，但添加南农有机肥发病率反而升高了，原因为宁粮有机肥氮磷含量为6%，南农有机肥氮磷含量为10%，王静等研究发现，氮磷的增加有利于线虫的增加，进而增加甘薯的病害［18］。但有机肥对土壤理化性质有好处，宁粮有机肥增加有机质含量16.37%，南农有机肥增加有机质含量13.97%，对土壤pH值没有显著影响。

众多学者认为，连作障碍与农作物品种密切相关。Chung等研究发现，美国常用的7个苜蓿商业品种对自身的种子萌发、幼苗生长和植株干鲜质量的连作抑制作用显著不同［19］。本研究发现，引进的甘薯新品种苏22与当地甘薯品种苏16相比，能够降低发病率，降幅达11%，表明苏22在抵抗连作障碍方面优于苏16。邢继英等从理论上证实了种薯连续种植后产量下降的原因［20］。甘薯在连续使用2年后，不能再作种薯，应及时更换新的种薯。

作物连作后土壤微生物区系发生明显变化，主要表现为土壤微生物种群结构、数量以及比例失调、土传病害加重、某些病原菌微生物数量急剧增加、有益微生物大大减少，打破了原有的根际微生态平衡［21］。本研究发现，宁盾A、宁盾B可以有效增加土壤真菌、细菌、放线菌的数量，增加了土壤的生物多样性，因为宁盾A、宁盾B菌剂都是有益微生物，可以拮抗线虫的危害，进而减少病害的发生，增加了甘薯的产量。

在连作障碍的土壤中，宁盾系列菌剂对苏16甘薯品种有增产效果，有机肥对甘薯苏16没有增产效果，有机肥和宁盾系列菌剂对甘薯苏22品种均有增产效果，且有机肥系列增产效果优于宁盾系列。在连作障碍的土壤中，宁盾系列菌剂对苏16品种甘薯发病率有一定的抑制作用，有机肥处理的效果不理想；宁粮有机肥和宁盾系列菌剂对苏22品种甘薯发病率有一定的抑制作用。有机肥和宁盾系列菌剂对土壤多样性均有贡献，都能增加土壤真菌、细菌、放线菌的数量，宁盾B型菌剂表现尤为突出，宁盾系列整体效果优于有机肥。宁盾A、宁盾B型菌剂的施用降低了土壤pH值，南农有机肥增加了土壤pH值，各处理均增加了土壤有机质含量，宁粮有机肥增加得最多。总体上宁盾系列菌剂对甘薯连作障碍起到了较好的效果，在一定程度上能够抑制连作障碍的恶化。