石 磊，吕 宁, 2，李全胜，张国丽，陈 云*

(1. 新疆农垦科学院农田水利与土壤肥料研究所，新疆 石河子 832000; 2. 新疆石河子大学经济与管理学院，新疆 石河子 832003；3. 新疆农垦科学院生物技术研究所，新疆 石河子 832000)

【研究意义】新疆是我国棉花种植最大的优势区域。棉花产业在新疆经济中占有举足轻重的地位[1-2]。由于连年种植、不合理的施用化肥，以及高密度覆膜栽培等，使得棉田生态环境发生了改变，土壤中病残体的积累量越来越大，黄萎病等病原菌在土壤中长期存活、过量富集，导致棉田土壤微生物菌群结构失衡，棉花黄萎病等土传病害日趋严重[3-5]。据统计，新疆棉花黄萎病发病田占比超过50 %[6]，严重降低了棉花的产量和品质，黄萎病害成为制约新疆棉花可持续生产的主要障碍因素。棉花黄萎病(Verticilliumwilt)是由大丽轮枝菌(VertilliumdahliaeKleb)引起的典型的土传病害，病原菌在土壤中存活时间长，并可在棉花各个生育期入侵并发病，防治十分困难[7]。生产上用于防治棉花黄萎病的化学杀菌剂种类繁多，但尚未能有效控制黄萎病的危害，且长期以来黄萎病依赖于化学防治，带来严重的环境污染，对生态平衡也造成了极大影响[8-9]。以生防菌为主的生物农药逐渐替代化学农药备受重视。【前人研究进展】有关棉花黄萎病的生物防治，目前主要集中在生防功能菌的筛选及其生防机理的研究[10-14]，施用方式主要是地下拌种和灌根。目前，生产上用于棉花黄萎病生防的药剂较少[15]，适于随水滴施的药剂更是缺乏。一些植保学者陆续开展了生物药剂滴施防治棉花黄萎病的药效试验[16-20]，但在施用量方面缺少梯度设计与系统研究，因此在生物药剂滴施用量上尚未有一致性的结论。研究建立更加科学合理的施药技术，对于提高生物农药利用率及防病效果非常重要。【本研究切入点】本项目针对当前农业生产上已应用于棉花黄萎病害防治的生物农药，设置盆栽对比试验，通过药剂的溶水性和滴头流量观察，筛选出5种适于随水滴灌的生防药剂(枯草芽孢杆菌可湿性粉剂、渝峰“99植保”、“施倍健”哈茨木霉菌剂、中农绿康和辣根素)。【拟解决的关键问题】2016-2017年通过小区试验开展了5种药剂不同滴施用量对棉花黄萎病的防病效果、促生作用及增产效益研究，明确不同生物药剂随水滴施合适的施用量，以期为新疆滴灌棉田黄萎病生物防治提供科学指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

2017年试验点设在新疆农垦科学院3轮5号试验地。该试验地连续种植棉花5年，属黄萎病发病中等偏重地块。供试土壤类型为灰漠土，质地为中壤。土壤耕层(0～40 cm)有机质含量为13.15 g·kg-1，pH 8.89。

1.2 供试材料

1.2.1 供试棉花品种 新陆早60，由新疆农垦科学院棉花研究所选育。该品种具有早熟、丰产、抗逆性较好等特点。

1.2.2 供试生物药剂和生物菌肥 ①枯草芽孢杆菌可湿性粉剂(功能菌为枯草芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌，10亿个活芽孢菌/g，河北农科院提供)；②“施倍健”哈茨木霉菌剂(功能菌为木霉菌，哈氏木霉厚垣孢子≥2.0亿/g，海南金雨丰生物工程有限公司生产)；③渝峰“99植保”(主要成分：铜、铁、锌、锰、硼、钼等微量元素，络合有氨基酸和有机活性物质，重庆市联普农业发展股份有限公司生产)；④中农绿康(功能菌为枯草芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌，10亿个芽孢杆菌体/g，中国农业大学提供)；⑤辣根素(主要成分：十字花科植物中提取出来的一类次生代谢产物异硫氰酸酯类化合物，中农齐民科技发展有限公司生产)。

1.3 试验设计

田间试验采取裂区设计。设置6个主处理(5种药剂+1个清水对照)。根据不同药剂有效成分含量、使用标准及试验地棉花黄萎病的发病表现，每种药剂设置3个施药量(表1)为副处理，重复3次，随机排列。每个处理的3个施药量小区放在一条膜上，小区面积约为6.9 m2(2.3 m×3 m)，施药时按6.67 m2折算。不同处理小区间距20 m。不同药剂之间隔3条膜。

试验区棉花4月25日播种，种植模式采用20-47-10(窄行距-宽行距-株距，单位：cm)，1膜3管6行(每条膜宽2.3 m)。4月28日滴出苗水，6 月18日、6月30日分别进头水、二水。滴灌施药方式全部采用移动加压滴灌模式，于滴水结束前约2 h内进行，将药剂加入到滴灌系统的配药箱中，随水滴入完成施药。结合新疆棉田黄萎病发病特点及微生物药剂缓效性，试验于棉花发病前期开始施药，滴施时间及频次为：出苗水50 %、一水、二水分别滴施25 %，整个生育期滴施3次。生产实际中，可根据当年气候变化、种植地块往年发病程度等具体因素，在棉花蕾铃期按比例追加一定的药剂。

表1 各药剂滴施用量

1.4 调查指标与测定方法

1.4.1 棉花黄萎病调查及分级鉴定 从各处理出现病株起，开始调查记录棉田发病情况。分别于7月5日、8月15日、9月20日对小区所有棉花黄萎病发病情况和病级进行跟踪调查。棉花蕾铃期通过观察病叶、吐絮期通过观察观察棉秆木质部颜色变化，统计发病株数，计算发病率、病指和相对防病效果。调查记载中按照沈其益5级分级标准表述病情[21]。

发病率(%)=发病植株数/全部调查植株数×100，记作Ri。

病情指数=发病植株的总病级数/全部调查植株的理论最高总病级数，记作Di。

防治效果(%)=[(CK处理病情指数-施药处理病情指数)×100]/CK处理病情指数

1.4.2 棉花生长性状 从棉花现蕾开始，每小区定株10棵作为标记株，分别于蕾期、盛花期、盛铃期、吐絮期4个时期对棉花形态指标(株高、主茎倒四叶宽)和产量指标(果枝数、有效结铃数)进行调查。每15 d调查1次。以9月21日调查标记株吐絮率(吐絮铃数占总铃数的比例)，以表示棉花熟性。

1.4.3 棉花产量和纤维品质 于9月28日对标记株和小区所有棉株收获吐絮棉铃，根据每小区实际株数和标记植株的有效铃数计算单位面积有效铃数。根据小区收获的有效铃数，计算单位面积的实收籽棉产量。标记株收获的籽棉轧花后，取标记株皮棉 15～20 g，采用HVI棉花纤维测试仪测定纤维上半部平均长度和断裂比强度。

1.5 数据处理分析

采用Excel进行数据统计。使用SPSS 17一般线性模型进行方差分析，运用Duncan’s multiple range test进行显著性检验。运用Sigmaplot 12.5制图。结果分析的图表中，数据均为3次重复的平均值。

2 结果与分析

2.1 不同处理对棉花黄萎病的防治效果

2.1.1 对棉花黄萎病发病率的影响 方差分析结果显示(表2)，不同的药剂处理及每个药剂不同的施药量对棉花黄萎病发病率均具有显著的影响。5种药剂处理枯草芽孢杆菌粉剂、木霉菌剂、99植保、中农绿康、辣根素的发病率调查数据显示，较清水对照，2016年分别降低了44.69 %、43.97 %、61.57 %、44.99 %、29.93 %、42.61 %，2017年分别降低了28.91 %、19.14 %、58.65 %、51.47 %、10.00 %，综合2年的调查数据，5种药剂中发病率降低效果最显著的是99植保和中农绿康，辣根素的降低效果最低，不同施药处理之间差异显著(P=0.032)。不同药剂施药量处理棉花黄萎病发病情况也显著不同，枯草芽孢杆菌剂、99植保、中农绿康、生物菌肥随着施肥量的增加发病率显著降低，辣根素处理发病率也是随着施药量的增加呈降低趋势，而木霉菌剂在A2施药量下发病率要低于A1和A3，2016、2017年试验数据显示，A2处理发病率较A1、A3分别降低了16.40 %、14.09 %。

2.1.2 对黄萎病病情指数的影响 基于各处理棉花黄萎病病级数据计算病情指数，结果显示，2016年各施药处理平均病情指数在6.80～13.90，而对照病指达到为23.90；2017年新疆棉田黄萎病发病显著低于2016年，各处理平均病指平均在1.88～6.01，对照的病指为8.43。研究表明，5种药剂施用均显著降低了棉花黄萎病害程度，尤其是2016年降低效果极为显著(P=0.004)。各药剂不同施药量处理对病指的影响规律与发病率变化趋势相同，木霉菌剂施药量A2病指显著低于A1和A3，其余各药剂病指与施药量呈显著负相关，不同的施药量处理对病指的影响也是极显著的。

2.1.3 对棉花黄萎病的防治效果 基于处理和对照病指数据计算防病效果，结果显示，不同施药处理在降低黄萎病病指的基础上，对棉花黄萎病起到不同程度的防治作用，其中，2016年各处理的防病效果平均在36.28 %～72.45 %，2017年防效在28.71 %～77.43 %。其中，99植保药剂的防病效果最显著，中农绿康次之，枯草芽孢杆菌剂较低于中农绿康，其次是木霉菌剂，辣根素的防黄萎病效果显著低于其它处理。6种药剂不同滴施量防病效果差异很大，木霉菌剂施药量A2防病效果明显高于A1和A3，枯草芽孢杆菌可湿性粉剂、99植保、中农绿康是随着施药量的增加显著增加，辣根素防病效果也是随着施药量的增加，但增加效果并不显著(P=0.065)。

2.2 不同处理对棉花生长及吐絮率的影响

2.2.1 对棉花生长的影响 株高是判断棉花生长整齐度、均匀度的一个重要的形态指标，合理的生长高度利于植株通风透光，改善棉花个体与群体的关系。如图1(A)所示，相比对照处理，5种药剂对棉花生长均具有一定的促进作用，棉花株高平均在66～68 cm，方差分析结果显示，不同药剂之间差异不显著(P=0.152)。各处理株高的变化基本上都是随着施药量的增加而增加的，但差异不显著(P=0.075)。棉花主茎倒四叶的生长状况能反应棉株主茎生长快慢、叶面积大小、光能利用率好坏、营养生长和生殖生长强弱等生长发育情况[22]。如图1(B)所示，各施药处理棉花主茎倒四叶宽平均在13～15 cm，较对照处理有不同程度的增加。每个药剂不同的施药量倒四叶宽差异较大，枯草芽孢杆菌剂、99植保、辣根素随着施药量的增加倒四叶宽略有增加，木霉菌剂、中农绿康不同施药量之间倒四叶宽无显著变化。生产中，棉花生长形态指标的变化与水肥因子密切相关[22]，而生物农药对棉花生长的作用机理，是通过对土壤中病菌的抑制以增强地上植株自身的抵抗力，从而起到一定的生防作用，这种促生效果可能会在后续棉花种植中显著体现，因此具有缓效性。

表2 不同处理对棉花黄萎病发病率、病情指数和防病效果的影响

注：同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05), *P< 0.05, **P<0.01。

Note:Different letters in the same column indicated significant difference at 0.05 level. *P< 0.05, **P<0.01.

果枝数和结铃数是棉花产量重要的构成因子。如图1(C)和(D)所示，5种生物药剂滴施对棉花果枝数和结铃数具有显著影响，其中，各施药处理较对照单株果枝数增加了1～3个，各处理之间差异显著(P=0.035)；不同药剂处理单株结铃数平均达到8～10个，枯草芽孢杆菌剂、99植保、中农绿康单株结铃数较对照增加了2～3个，而木霉菌剂、辣根素结铃数与对照相比无显著差异。不同药剂的施药量处理对单株果枝数、结铃数具有显著影响(P=0.024、P=0.017)，木霉菌剂施药量A2果枝数高于A3，辣根素施药量A2与A3之间果枝数差异不明显，其余3种药剂果枝数均随着施药量的增加而增加；不同药剂结铃数均随着施药量的增加显著增加。

图中数据为2016、2017两年试验结果的平均值；不同大写字母表示不同药剂之间差异显著，不同小写字母表示各处理不同施药量之间差异显著(P<0.05)。下同The data in the figure were the average results of 2016 and 2017; Different capital letters indicated significant difference among different agents treatments, and different lowercase letters indicated significant difference among different application amounts of different treatments at 0.05 level. The same as below图1 不同施药处理对棉花生长性状和产量因子的影响Fig.1 The effects of different biological agents applied on cotton growth traits and yield factors

表3 不同施药处理对籽棉单产和纤维品质的影响

注：同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05);NS表示0.05水平差异不显著。

Note:Different letters in the same column indicated significant difference at 0.05 level. *P< 0.05, **P<0.01, NS showed no significant difference at 0.05 level.

通过对棉花株高、倒四叶宽、果枝数和结铃数几个与棉花生长发育密切相关指标进行对比分析，研究发现，本试验中的枯草芽孢杆菌剂、99植保、中农绿康3种药剂对棉花生长具有显著促进作用，且这种促进作用与施药量正相关。

2.2.2 对棉花吐絮率的影响 9月21日调查各处理棉花吐絮情况，结果(图2)显示，5种生物药剂均显著提高了棉花吐絮率，各处理棉花平均吐絮率达到62 %～80 %，较对照增加了8 %～21 %，其中，吐絮率最高的是99植保，其次是中农绿康，枯草芽孢杆菌剂与木霉菌剂次之，辣根素相对较低。方差分析显示，各药剂不同施药量对棉花吐絮率具有极显著影响(P=0.004)，99植保随着施药量的增加吐絮率显著提高；中农绿康和枯草芽孢杆菌剂吐絮率随施药量增加也在增加，但增加效果并不明显；木霉菌剂和辣根素不同的施药量之间吐絮率无显著差异。

试验同时调查记录了各处理棉花成熟期的变化，研究发现99植保、中农绿康两种药剂处理棉花的吐絮期较对照可提前3～5 d，其余处理可提前1～3 d，说明这生物农药具有促进棉花成熟的作用。吐絮期提前及吐絮率提高，这对新疆棉区机械化集中采收十分重要。

2.3 不同处理对棉花产量和纤维品质的影响

测产数据(表3)显示，除辣根素外，其余药剂施用后籽棉产量均有不同程度的提高，2016年提高了3 %～10 %，2017年提高幅度在10 %～20 %。增产效益最显著的是99植保，2017年平均籽棉公顷单产达到6555 kg，中农绿康较次之，枯草芽孢杆菌剂和木霉菌剂有一定增产效果但并不明显，每公顷产量提高了约200 kg。不同药剂施药量对籽棉产量的影响，辣根素3个施药量之间籽棉产量变化无显著差异(P=0.155)，其它处理均随着施药量的增加籽棉单产显著增加，并且达到极显著水平。

图2 不同施药处理对棉花吐絮率的影响Fig.2 The effects of different biological agents applied on the rate of cotton boll opening

方差分析结果显示，几种药剂及其施药量处理对棉花纤维长度和断裂比强度的影响均不显著。各施药处理2016、2017年棉花平均纤维长度分别为28.17～31.39和28.89～30.23 mm，棉花平均断裂比强度分别为28.56～32.08和28.83～30.69 cN·tex-1，只有99植保处理达到“双30”以上。相比对照，棉花纤维长度和断裂比轻度略有增加。不同药剂施药量处理对棉花纤维长度和断裂比强度的影响，枯草芽孢杆菌剂不同施药量之间无明显规律性，木霉菌剂施药量A2显著A1和A3，99植保和中农绿康随着施药量略有增加，辣根素3个施药量之间无显著变化。

3 讨 论

生物农药，主要是利用生物活体或其代谢产物对有害生物进行防治的一类农药制剂，部分药剂中还结合有植物生长所需的有机物质和微量元素，其作用机理一方面是通过微生物之间的拮抗关系改善土壤微生物区系结构，使得病原微生物在微生物群落中居于从属地位，从而达到防治病害的目的；二是通过促进作物生长，提高植株自身的免疫力和抗病性，从而达到防治植物病害的效果[24-25]。将生物药剂通过滴灌管网随水直接施入到棉花根际，必然会引起土壤微生物菌群结构的变化[19, 26-27]。因此，采用生物农药随水滴施成为棉花土传病害防治的新思路。

只有明确防病效果和促生增产效果的一致性，才能真正指导生物药剂在棉花病害防治上的推广应用。一些植保学者开展了生物药剂滴施防治棉花黄萎病的药效试验，娄善伟等[18]提出枯草芽胞杆菌随水滴施9 kg·hm-2，黄萎病病指降低6 %以上，产量增加12 %；张栋海等[28]提出枯草芽孢杆菌可湿性粉剂滴施45 kg·hm-2，黄萎病防效达到46.58 %、增产13.08 %；刘政等[16]研究发现，木霉菌厚垣孢子制剂滴施60 kg·hm-2，防效提高57.81 %；吕新芝等[29]发现，滴施渝峰“99植保”9 kg·hm-2，棉花黄萎病的发病率较对照减少16.30 %，防病效果提高10 %左右。不同的植棉区，因气候、土壤理化条件等不同，黄萎病流行特点存在显著差异，故相同的生物药剂在施用量上大不相同。生物药剂合适的滴施用量，对于微生物菌剂作用的发挥很关键。生物药剂用量过少，药剂本身的抗病菌如果不能稳定繁殖并在根际微生物群落中占据优势地位，就无法与土壤病原菌形成有效竞争力；如果施用量过多，势必会对土壤其它有益菌群数量及酶活性等微生物多样性产生影响，必然影响药剂生防功能[30-31]。本试验条件下，5种生物药剂不同的施药量处理对棉花黄萎病起到显著的防治作用，枯草芽孢杆菌可湿粉剂、木霉菌剂、99植保、中农绿康、辣根素平均防效分别达到55.31 %、50.15 %、74.94 %、60.41 %、33.50 %。其中，枯草芽孢杆菌可湿粉剂、99植保和中农绿康防病效果随着施药量的增加显著增加，木霉菌剂施药量18 kg·hm-2防效要显著高于15和24 kg·hm-2，辣根素3个施药量之间防效差异不明显。另外，本试验结果还发现，2017年各处理小区棉花黄萎病发病率、病指均显著低于2016年，这可能与生物药剂的缓效性密切相关。

生物药剂施入棉田，可提高植株根际土壤微生物种群的多样性，从而增进土壤碳循环和养分分解，这对地上棉花生长及产量具有一定的促进作用[32]。与前人研究相一致，本试验中的5种药剂处理棉花平均株高增加了约4～8 cm，倒四叶宽增加了3～4 cm，单株果枝数增加了1～3个，枯草芽孢杆菌剂、99植保、中农绿康单株结铃数较对照增加了2～3个。木霉菌剂施药量18 kg·hm-2果枝数高于15和24 kg·hm-2，辣根素不同的施药量之间无显著差异，其余处理果枝数、结铃数均与施药量显著正相关。

此外，各生物药剂可不同程度促进棉花的熟性，5种药剂处理吐絮期较对照提前1～5 d，9月21日调查的棉花平均吐絮率达到62 %～80 %。吐絮期提前及吐絮率提高，这对新疆棉区机械化集中采收十分重要。

本试验中，除辣根素外，其余药剂处理籽棉产量均有不同程度的提高，增幅在3 %～20 %。增产效果由高到低依次是99植保、中农绿康、枯草芽孢杆菌剂、木霉菌剂，均随着施药量的增加籽棉单产显著增加。几种药剂处理棉花纤维长度和断裂比强度略有增加，但对棉花品质的改善效果并不显著，只有99植保处理达到“双30”以上。99植保病效果、促生增产效果均显著高于其它处理，这与该药剂含有多种微量元素、氨基酸及有机活性成分密切相关，同时兼具“肥药”的效应。由此得到启示，将有机肥与功能菌复配发酵制成生物有机菌肥，应用于棉花植病防治一方面可降低生物药剂使用成本，同时具有防病促生综合效用。随着农业“减肥减药”计划的推进，研制开发有机生物菌肥对具有十分重要的意义，这也是本课题组下一步的研究计划。

4 结 论

生物药剂滴施不仅对棉花黄萎病起到显著的防治作用，同时对棉花生产和产量具有积极的促生增产效果。综合各施药处理棉花的防病效果、生长表现及产量和纤维品质的变化，本试验中不同生物药剂合适的滴施用量建议渝峰“99植保”30 kg·hm-2、中农绿康60 kg·hm-2、枯草芽孢杆菌可湿粉剂45.0 kg·hm-2、“施倍健”哈茨木霉菌剂18.0 kg·hm-2，辣根素滴施用量还需进一步通过梯度试验研究明确。未来将进一步加强拮抗菌剂与有机肥的复配研究，开发出低成本的促生防病效果好的生物菌剂产品并实现产业化。