玉米秸秆还田的微生态效应及对小麦纹枯病的适应性控制技术

【摘要】：冬小麦－夏玉米一年两熟是河北省主要的粮食种植方式。20世纪90年代中期以后，河北省开始推广应用玉米秸秆还田的新耕作方式，且玉米秸秆还田面积和还田数量均逐年提高，小麦纹枯病呈逐年加重趋势，现已成为河北省小麦第二大病害。本论文在详细调查并分析河北省玉米秸秆还田前后小麦纹枯病发生变化的基础上，研究了河北省小麦纹枯病菌的群体组成及致病力分化特征。通过室内模拟和田间试验研究了玉米秸秆还田对小麦根际微生物多样性及拮抗物质含量变化的影响；采用GC/MS技术分析了玉米秸秆腐解物中主要化感物质种类与含量并测定主要化感物质对小麦幼苗和病原菌的化感作用；最后，通过室内盆栽、田间试验研究了多功能拮抗菌B1514、高效化学药剂噻呋酰胺及施肥措施对小麦纹枯病的控制作用。主要结果如下： 1.河北省大面积推行玉米秸秆还田以前，小麦纹枯病仅在1989年出现第一次发病高峰，发病面积高达58.4万hm2次，产量损失约1.7万吨；其它年份纹枯病发生面积均在0.3万hm2次以下。玉米秸秆大面积还田以后，小麦纹枯病年均发生面积达67.1万hm2次，产量损失年均达2.1万吨以上。河北省小麦纹枯病发生地域呈南重北轻的特点，其中邯郸、邢台、石家庄和衡水发病较重，保定、沧州和唐山发病较轻。 2.从河北省3个不同生态类型区30个监测点分离鉴定了196株纹枯病菌，其中以强致病力AG-D融合菌群为主，其它还包括AG-B(0)、AG-2、AG-5和AG-4融合型，5种类型各占菌株总数的88.3%、1.5%、5.1%、3.6%和1.5%。196株菌株对河北省3个优势小麦品种致病力由强到弱依次为石新828、良星99和邯6172，并分成RV1、RV2、RV3和RV44个致病力类型。采自邯郸市小麦纹枯病菌致病力最强；其次分别是采自是沧州、石家庄和保定的菌株；唐山菌株致病力相对最弱。 3.秸秆还田能显著提高小麦根际土壤和根表土壤中禾谷丝核菌的数量，提高幅度为33.3%～83.8%；缩短禾谷丝核菌成功侵染小麦时间，为3～6天。秸秆还田提高了小麦根际土壤和根表土壤中革兰氏阳性细菌数量、真菌数量和真菌/细菌比值，降低了革兰氏阴性细菌的数量。在小麦分蘖期和拔节期，秸秆还田降低了根际土壤和根表土壤中纹枯病菌拮抗菌的比例及拮抗物质2,4-DAPG的含量。 4.玉米秸秆腐解物对小麦种子萌发表现出明显的抑制作用，且抑制作用强度均随着浓度的提高而逐渐增强。不同浓度腐解物对小麦幼苗生长表现出低促高抑的作用，根系生长比地上部更明显。随着秸秆腐解物浓度的提高，小麦根系活力、SOD和POD活性均逐渐降低，而根系离子渗漏明显增强。经含玉米秸秆腐解物培养基连续继代驯化培养25代后，禾谷丝核菌的致病力明显提高；培养40代后，纹枯病菌RV1、RV2、RV3和RV44种类型的致病力均明显增强，各菌株F40代侵染后小麦的病情指数分别比各自亲本F0代提高了20.0%、37.9%、42.9%和72.6%。 5.从玉米秸秆腐解物乙酸乙酯提取物中分离鉴定出42种有机化合物，主要含有酸类、酯类、酰胺类、烃类、醛酮类、酚类、醇类及杂环化合物等，其所占比例分别为23.16%、21.6%、13.56%、12.84%、8.64%、2.16%、0.36%和3.48%；其中，三十四烷、甲酸癸酯、邻羟基苯甲酸、N-乙基乙酰胺、3,5-二甲基苯甲醛、邻苯二甲酸二丁酯、2-甲基戊基-邻苯二甲酸异二丁酯和3-苯基-2-丙烯酸是秸秆提取物中的主要有机物质。 所选测的12种化感物质中，邻羟基苯甲酸的含量最高，为32.41mg·L-1；其次是3-苯基-2-丙烯酸，为21.31mg·L-1；对羟基苯甲酸、4-羟基-3,5-二甲氧基苯甲酸、十六烯酸和8-十八碳烯酸四种有机化合物的含量分别为10.32mg·L-1、9.11mg·L-1、8.48mg·L-1和9.13mg·L-1；4-甲氧基邻氨基苯甲酸含量最低，仅为0.43mg·L-1。所测定的化感物质中邻羟基苯甲酸对小麦生长的抑制作用最强，其次是对羟基苯甲酸。3-(4-羟基-3-甲氧基苯基)-2-丙烯酸对禾谷丝核菌的菌丝生长、菌丝干重、菌核形成数量和菌核干重促进作用最强，其次是4-甲氧基邻氨基苯甲酸。 6.多功能拮抗菌B1514在小麦根际和根内定殖时间分别达49天和28天以上，添加玉米秸秆可明显延长菌株在根际和根内的定殖时间；在秸秆还田土壤中，B1514发酵液浸种的防效为85.3%，与对照药剂戊唑醇（150g/100kg种子）无显著差异。B1514浸种同时添加发酵物（100kg/667m2）的持效期较长，在小麦成熟期其防效优于戊唑醇，为55.2%；秸秆降解率也较高，为45.5%。多功能土壤添加剂HAD-5以600kg/hm2用量撒施于玉米秸秆还田地块后，既能提高秸秆降解率，又能控制小麦纹枯病。 7.小麦纹枯病菌对不同常用药剂的敏感性由高到低依次为戊唑醇＞噻呋酰胺＞咯菌腈＞丙环唑＞三唑酮＞井冈霉素＞多菌灵。利用菌丝生长速度法确定了小麦纹枯病菌对噻呋酰胺的敏感基线，EC50值为0.072±0.022μg/mL。通过紫外诱导＋菌落角变的方法获得5株抗噻呋酰胺突变体，抗药性水平介于5.48～18.94倍之间，且与戊唑醇等上述6种常用药剂无交互抗性关系；经继代培养后，其抗药性和致病力均明显降低，故纹枯病菌对噻呋酰胺的抗性风险为低到中等。80mL24%噻呋酰胺悬浮剂/100kg种子拌种对小麦纹枯病表现出较好防治效果，在拔节期和成熟期的相对防效分别为69.7%和56.1%，增产率为6.58%，均明显优于戊唑醇拌种（150g/100kg种子）。 8.在基本苗数为375万/hm2和450万/hm2的条件下，氮肥底追比例为5：3时，小麦发病程度相对较轻，发病率和病情指数分别在21.2%～24.3%和13.2～15.1之间；产量相对较高，分别为7110.5kg/hm2和6965.3kg/hm2。底施钾肥为135kg/hm2时，对小麦纹枯病表现出较好的调控作用。 【关键词】：玉米秸秆还田 小麦纹枯病 微生态效应 适应性控制技术 化感作用
【学位授予单位】：河北农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S141.4;S435.121.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 引言13-24
• 第一节 小麦纹枯病研究概况13-17
• 1 小麦纹枯病发生与分布13
• 2 小麦纹枯病侵染过程及症状13-14
• 3 小麦纹枯病病原及特征14-15
• 4 小麦纹枯病发生规律15-16
• 5 小麦纹枯病发生的影响因素16
• 6 小麦纹枯病的防治措施16-17
• 第二节 玉米秸秆还田研究现状17-23
• 1 玉米秸秆还田方法17-18
• 1.1 秸秆还田类型17-18
• 1.2 秸秆还田的时间及用量18
• 2 玉米秸秆还田对土壤生态环境的影响18-22
• 2.1 玉米秸秆还田对土壤物理性状的影响18-19
• 2.2 玉米秸秆还田对土壤化学性状的影响19-20
• 2.3 玉米秸秆还田对土壤微生物的影响20
• 2.4 玉米秸秆还田对小麦生长发育、产量及品质的影响20-21
• 2.5 玉米秸秆还田对农田病虫害的影响21-22
• 3 玉米秸秆还田存在的问题22-23
• 3.1 玉米秸秆还田配套技术不完善22
• 3.2 玉米秸秆还田需要进一步量化22
• 3.3 玉米秸秆还田增产机理尚需进一步探讨22-23
• 3.4 玉米秸秆还田对土壤微生态的影响急需明确23
• 第三节 科学问题的提出及研究意义23-24
• 1 科学问题的提出23
• 2 研究意义23-24
• 第二章 秸秆还田条件下河北省小麦纹枯病发生的时空变化24-38
• 第一节 河北省小麦纹枯病发生情况24-31
• 1 材料与方法24-26
• 1.1 资料分析法24-25
• 1.2 实地调查法25-26
• 2 结果与分析26-29
• 2.1 玉米秸秆还田条件下河北省小麦纹枯病发生年际间变化26
• 2.2 玉米秸秆还田条件下河北省小麦纹枯病发生区域变化26-27
• 2.3 玉米秸秆还田条件下河北省小麦纹枯病危害特征27-29
• 3 讨论29-30
• 3.1 玉米秸秆还田条件下河北省小麦纹枯病发生原因29-30
• 3.2 玉米秸秆还田条件下河北省小麦纹枯病对产量的影响30
• 3.3 玉米秸秆还田条件下河北省小麦纹枯病防治措施30
• 4 结论30-31
• 第二节 秸秆还田条件下河北省小麦纹枯病菌群体组成及致病力研究31-38
• 1 材料与方法31-33
• 1.1 供试材料31
• 1.2 试验方法31-33
• 2 结果与分析33-36
• 2.1 河北省小麦纹枯病菌细胞核数目特征33
• 2.2 河北省小麦纹枯病菌菌丝融合群种类分布33
• 2.3 河北省不同地区小麦纹枯病菌致病力差异分析33-36
• 2.4 河北省不同地区小麦纹枯病菌致病类型特点36
• 3 讨论36
• 4 结论36-38
• 第三章 玉米秸秆还田对小麦纹枯病发生的微生态效应38-80
• 第一节 玉米秸秆还田对小麦纹枯病的影响38-49
• 1 材料与方法38-42
• 1.1 材料38-39
• 1.2 方法39-42
• 2 结果与分析42-49
• 2.1 添加玉米秸秆对小麦根际和根表土壤中病原菌数量的影响42-43
• 2.2 玉米秸秆还田对小麦生长发育情况的影响43-45
• 2.3 玉米秸秆还田对小麦纹枯病发病情况的影响45-48
• 2.4 玉米秸秆还田对小麦产量及构成因素的影响48-49
• 第二节 玉米秸秆还田对小麦根际微生物群落多样性的影响49-60
• 1 材料与方法49-51
• 1.1 材料49
• 1.2 方法49-51
• 2 结果与分析51-58
• 2.1 玉米秸秆还田对小麦根际微生物群落结构的影响51-56
• 2.2 玉米秸秆还田对小麦根际荧光假单胞菌数量的影响56-57
• 2.3 玉米秸秆还田对小麦根际拮抗菌的影响57
• 2.4 玉米秸秆还田对小麦根际 2,4-DAPG 含量影响57-58
• 3 讨论58-59
• 3.1 秸秆还田条件下小麦根际微生物多样性测定方法58-59
• 3.2 玉米秸秆还田对小麦根际微生物的影响59
• 3.3 玉米秸秆还田对小麦根际拮抗物质的影响59
• 4 结论59-60
• 第三节 玉米秸秆腐解物对小麦纹枯病的化感作用60-80
• 1 材料与方法60-65
• 1.1 材料60
• 1.2 方法60-65
• 2 结果与分析65-77
• 2.1 玉米秸秆腐解物对小麦生长发育的影响65-67
• 2.2 玉米秸秆腐解物对禾谷丝核菌的影响67-70
• 2.3 玉米秸秆腐解物对小麦纹枯病发生的影响70
• 2.4 玉米秸秆腐解物中有机化合物的 GC/MS 定性分析70-74
• 2.5 玉米秸秆腐解物中有机化合物的 GC/MS 定量分析74-75
• 2.6 玉米秸秆腐解物中苯甲酸衍生物对小麦幼苗生长的影响75-76
• 2.7 玉米秸秆腐解物中苯甲酸衍生物对禾谷丝核菌生长的影响76-77
• 3 讨论77-79
• 3.1 玉米秸秆腐解物对小麦种子萌发和幼苗生长的影响77-78
• 3.2 玉米秸秆腐解物对小麦纹枯病发生的影响78
• 3.3 玉米秸秆腐解物中化学物质及其化感作用78-79
• 4 结论79-80
• 第四章 适应秸秆还田的小麦纹枯病控制技术80-109
• 第一节 多功能菌 B1514 对小麦纹枯病的防控作用80-91
• 1 材料与方法80-84
• 1.1 材料80-81
• 1.2 方法81-84
• 2 结果与分析84-89
• 2.1 硫酸链霉素最小抑制浓度84
• 2.2 多功能菌 B1514 抗药性标记84
• 2.3 突变菌株拮抗活性稳定性及生物膜形成能力84
• 2.4 突变菌株纤维素降解能力和增殖稳定性84-85
• 2.5 B1514-SR6 在小麦根际土壤和根内的定殖动态85-86
• 2.6 B1514-SR6 对小麦纹枯病的防控作用和秸秆的降解效果86
• 2.7 多功能土壤添加剂 HAD-5 对小麦纹枯病的防控作用和秸秆的降解效果86-89
• 2.8 多功能土壤添加剂 HAD-5 对小麦产量及构成因素的影响89
• 3 讨论89-90
• 4 结论90-91
• 第二节 噻呋酰胺对小麦纹枯病防控作用91-103
• 1 材料与方法91-94
• 1.1 材料91
• 1.2 方法91-94
• 2 结果与分析94-101
• 2.1 河北省小麦纹枯病菌对不同杀菌剂的敏感性94-95
• 2.2 噻呋酰胺拌种对小麦纹枯病的防控效果95-97
• 2.3 小麦纹枯病菌对噻呋酰胺的抗性风险评估97-101
• 3 讨论101-102
• 4 结论102-103
• 第三节 施肥措施对小麦纹枯病的调控作用103-109
• 1 材料与方法103-104
• 1.1 材料103
• 1.2 方法103-104
• 2 结果与分析104-108
• 2.1 不同底追氮肥比例对小麦纹枯病的调控作用104-107
• 2.2 钾肥对小麦纹枯病的调控作用107-108
• 3 讨论108
• 4 结论108-109
• 第五章 结论与展望109-112
• 1 结论109-110
• 1.1 河北省小麦纹枯病菌以强致病力 AG-D 融合菌群为主109
• 1.2 玉米秸秆还田提高了小麦纹枯病的发病程度109
• 1.3 秸秆还田的微生态效应有利于小麦纹枯病的发生109-110
• 1.4 秸秆还田条件下小麦纹枯病适应性控制技术110
• 2 展望110-112
• 2.1 还田玉米秸秆的化感作用需进一步深入分析110-111
• 2.2 玉米秸秆还田土壤中纹枯病菌需进一步定量测定111
• 2.3 小麦纹枯病综合防控措施急需建立111-112
• 参考文献112-126
• 在读期间发表学术论文126-127
• 作者简介127-128
• 致谢128-129

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