2. 河南省烟草公司驻马店市公司,河南驻马店 463000
烟草青枯病是重要的土传病害之一,是由烟草根际土壤中的青枯菌引起的一种细菌性维管束病害,是威胁烟草生产的一大毁灭性病害,防治十分困难[1]。
河南是我国重要的烤烟种植区,2018年种植面积约4.7万hm2。河南烟区青枯病的发生历史较短,2011年开始在遂平发现疑似病株,之后危害逐渐加重。2014年李小杰等[2-3]先后在驻马店市的确山、西平、遂平和泌阳以及信阳市的平桥和罗山发现烟草青枯病并确诊。
pH是土壤的重要属性,影响烤烟青枯病的发生和危害程度[4-6]。汪汉成等[6]认为土壤pH和温度是影响烟草青枯病发病的决定性因素,最适发病pH为6.0。王姣和丁伟[7]认为pH 5.5和6.5是烟草抗性基因最佳表达的酸碱环境。施用碱性物质提升土壤pH是我国西南烟区防治烟草青枯病的一种有效途径[8-11]。
自2015年起,河南烟草系统对驻马店和信阳的青枯病发病地块采取强制轮作等措施,有效控制了青枯病发生和传播,但其他烟区是否发生过青枯病以及青枯病发生的地理分界线尚不明确。由于烟草青枯菌在土壤或堆肥中可存活2 ~ 3年甚至更长时间[1],在合适的气候条件下可能重新造成青枯病的危害,因此,有必要对河南易发生烟草青枯病的产地环境进行研究和界定,以加强对青枯病的防控。为此,本文从土壤pH入手,旨在通过研究河南植烟土壤pH空间分布特点及其与青枯病发生之间的关系,确定易发生烟草青枯病的烟区范围及其地理分界线。
1 材料与方法 1.1 研究区域研究区域包括信阳市的罗山和平桥2个县(区),驻马店市的确山、泌阳、遂平、西平4个县,并以上述6个县(区)为中心,根据地理位置毗邻优先的原则,结合烟区种烟历史,向北增加漯河市的城区(原郾城县)和舞阳2个县(区),向东增加驻马店市的上蔡和正阳2个县,向西增加南阳市的社旗和唐河2个县,合计共12个县(区),见图 1。
发病烟田土样采集于2014年7—8月,从确诊发生青枯病的烟田采集,共采集21个烟田土样。未发病的烟田土样采集于2014年采烤结束后,按1个村镇采集1个代表性烟田的原则,要求采样的村镇植烟面积平原烟区 > 30 hm2,丘陵烟区 > 15 hm2,共采集91个烟田土样。采集的土样为0 ~ 20 cm耕层,采集方法为同一烟田按S形5 ~ 8点取样后充分混匀,按四分法留取1.5 kg土样备用。
采集的土样经室内风干、去杂后,研磨过10目筛,然后采用2.5∶1水土质量比浸提-电位计法测定pH[12]。
1.3 数据处理与分析数据描述统计使用Microsoft Excel 2016进行,相关分析、聚类分析、差异显著性检验等采用DPS 15.1程序进行。
2 结果与分析 2.1 烟草青枯病发病烟田概况2014年在进行烟田有害生物调查过程中,先后在罗山、平桥、确山、泌阳、遂平和西平发现烟草青枯病并确诊[2-3],发病烟田土壤pH介于5.58 ~ 6.59,平均为6.13(表 1)。
一般认为酸性(pH≤5.5)或弱酸性(pH 5.5 ~ 6.5)土壤易发生烟草青枯病,而中性(pH 6.5 ~ 7.5)或碱性(pH > 7.5)土壤则不利于青枯病菌的繁殖。由表 2可知,已确诊发病的6个县(区)土壤pH介于5.15 ~ 7.77,平均为6.06;其中弱酸性土壤比例最高,达84.75%;其次是酸性和中性土壤,均占6.78%;碱性土壤最少,仅1.69%。周边无发病的6个县土壤pH介于6.40 ~ 8.10,平均为7.09;其中中性土壤比例最高,达81.25%;其次是碱性土壤,占15.63%;其余为弱酸性土壤,仅3.14%。可以看出,发病与未发病烟田二者最大的差异表现在pH分级次数分布的频率上,前者以pH 5.5 ~ 6.5占绝对优势,后者以pH 6.5 ~ 7.5占绝对优势。
由表 3可以看出,12个县(区)植烟土壤pH平均值由低到高依次为罗山 < 平桥 < 泌阳 < 确山 < 遂平 < 西平 < 唐河 < 正阳 < 上蔡 < 社旗 < 舞阳 < 城区,其中罗山、平桥、泌阳、确山、遂平、西平6县(区)pH平均值介于5.87 ~ 6.27,属于弱酸性土壤;唐河、正阳、上蔡、社旗、舞阳等5县土壤pH平均值介于6.83 ~ 7.41,属于中性土壤,但舞阳土壤pH平均值7.41,接近碱性土壤;城区土壤pH平均值7.78,属于碱性土壤。从变异系数来看,遂平最大,达11.85%,说明区内土壤pH变化较大,兼有酸性和碱性土壤;其次是上蔡、罗山、舞阳3个县,变异系数≥7%,剩余其他县(区)pH变异系数较小。5% 差异显著性分析结果表明:罗山、平桥、泌阳、确山、遂平、西平6个县(区)土壤pH平均值最低,6个县区之间虽然有差异,但差异不显著;其次是唐河和正阳,土壤pH平均值分别为6.83和6.85,显著高于已确诊发病的6个县区土壤;再次是上蔡和社旗,土壤pH平均值6.98和7.06,略高于唐河、正阳,但与唐河、正阳的差异不显著;城区的土壤pH平均值最高,显著高于除舞阳外的其他县(区);而舞阳pH平均值介于社旗和城区之间,与上蔡、社旗和城区间的差异均不显著。
将土壤pH与对应地理位置参数进行相关分析(图 2)发现,植烟土壤pH与采样田块经度呈现极显著的负相关关系,与采样田块纬度呈现极显著的正相关关系,与海拔则呈现显著二项式相关关系。
将12个县(区)的pH平均值进行动态聚类分析,可分为3组:第一组包括罗山、平桥、泌阳、确山、遂平、西平,也正是目前已确诊发病的6个县(区),其土壤pH平均为6.10,变幅为5.87 ~ 6.27;第二组包括舞阳、城区2个县(区),其土壤pH平均为7.60,变幅7.41 ~ 7.78;第三组包括唐河、正阳、上蔡、社旗4个县,其土壤pH平均为6.93,变幅6.83 ~ 7.06。统计检验表明,3组之间土壤pH达到极显著差异,说明第一组是烟草青枯病最易发生区域,第二组与第一组差异最大,pH相对较高,为最不易发生烟草青枯病的区域。
将12个县(区)的pH平均值根据欧氏距离法进行模糊聚类(图 3),大致可以分为2类:已确诊发病的6个县(区)全部归为第1类,其他未发现病例的6个县(区)全部归为第2类。两类烟区土壤pH平均值相差达1.03个单位(表 1),这进一步说明第1类烟区土壤低pH(偏酸性)会促进青枯病菌的增殖,易发生青枯病;而第2类烟区土壤高pH(中性、偏碱性)可抑制青枯病菌的增殖,不能导致青枯病发生或发病机率低。
有青枯病病史的烟田土壤pH之所以较低,一个主要原因是,有病史的烟田主要分布在河南的南部,降雨量高,盐基淋溶相对较强,且一些烟田为黄棕壤,因而土壤pH较低;而其周边烟区或是降雨量较低,或是一些烟田为褐土,其土壤pH相对较高[13-15]。
土壤酸化会影响氮、磷、钾等矿质养分元素及重金属元素的活性,从而影响植物根系的正常生长发育,更易导致烟草青枯病的发生,但偏碱性环境可抑制烟草青枯病发生[4]。南方低pH烟区有施用生石灰改良土壤防治青枯病的传统做法。王贻鸿等[16]研究也表明,偏酸性条件下青枯病菌胞外多糖分泌量增多,促进青枯菌与烟草根部的识别和吸附,有利于发病,而中性和偏碱性条件有利于脂多糖分泌,降低病害发生机率。本研究表明,河南有青枯病发病史的6个县(区)土壤pH与周边接壤的无病史的6个县(区)相比,存在显著差异,尤其是与城区、舞阳两县(区)差异最大,与上蔡、正阳、社旗、唐河4县的差异相对较小。比如在西平北边的舞阳、城区都是仅一河之隔,这3个县(区)的气候条件基本相同、种植品种相同,主要区别在于西平土壤pH明显低于其他两县(区),但舞阳、城区从来没有病例出现,进一步说明土壤pH是决定烟草青枯病发生的关键因素之一。本研究进一步表明,河南发生过烟草青枯病的罗山、平桥、确山、泌阳、遂平、西平等6个县(区)植烟土壤pH主要分布在5.5 ~ 6.5。从东、西、北3个方向与之接壤的6个县(区)均未发现烟草青枯病,其土壤pH主要分布在6.5 ~ 7.5。由此可以大致推断pH 6.5可以作为判断烟草青枯病发生与否的重要指标。
河南植烟土壤pH与纬度之间呈极显著的正相关。自南而北,随着纬度的升高,pH呈明显的上升趋势。根据pH(y)与纬度(x)之间的回归方程y=0.7375x-17.799,发现pH为6.5时纬度的拟合值为32.97°,即北纬33°线,正好落在遂平、西平交界线附近,这条纬线向西延伸到社旗,向东延伸到上蔡;pH为7.0时纬度的拟合值为33.63°,而西平与舞阳、城区交界线正好在33.5°附近区域。
弄清烟草青枯病害发生的土壤pH条件和大致发生范围,对于田间病害的诊断发现、对症防治、防止蔓延都有着重要意义。当然,烟草青枯病的发生范围除了受土壤pH影响外,还与病原积累、品种抗病性、温度、土壤质地等因素有关。河南烟区青枯病危害能够得到迅速有效的控制还有两个重要原因:一是烟区发病史短,土壤中病原积累相对较少;二是烟草公司通过优化烟田布局,禁止在发病地块连作烤烟,加之烟农出于自身利益考虑自觉实行轮作,均减少了青枯病的传播机率。从种植品种抗性考虑,豫南烟区的主栽品种是云烟87,属于中抗青枯病品种[17-19],在土壤酸性条件下,导致了发病;而感病品种中烟100[20]主要集中在土壤pH较高的豫中、豫东烟区种植,因此也没有发生青枯病。
4 结论1) 河南有青枯病发病史的烟田主要为弱酸性土壤,无发病史的烟田主要为碱性和中性土壤,土壤pH 6.5可以作为判断河南烟草青枯病发生与否的阈值。
2) 土壤pH与纬度之间具有极显著的正相关性,北纬33°是土壤pH 6.5地理分界线,也可作为烟草青枯病发病与否的地理分界线。
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