改良土壤酸度‑精准施肥‑配套间作综合防控香蕉枯萎病的高效栽培方法与流程

本发明涉及一种防控香蕉枯萎病的栽培方法。
背景技术：
：香蕉(MusananaL.)是富含抗氧化剂(维生素A、维生素B6、维生素C等)和矿物质营养(钾、氮、磷、钙、镁等)、非常健康的热带水果，全球热带地区最重要的经济和粮食作物之一。香蕉又是最有价值的出口农产品之一，在全球适宜的热带地区广泛种植。全世界有120个国家种植香蕉，种植区主要分布在南北纬30°之间的热带、亚热带地区。全球香蕉年产量近亿吨，总产值仅居于水稻、小麦、玉米之后。中国是世界上香蕉的主要生产国家之一。与其他作物相比，香蕉的经济效益更高。香蕉是多年生常绿单子叶草本植物，作为世界上最大的草本开花植物，香蕉生长期长达14个月，在各生长期都需要补充养分。从种植到收成每株香蕉需要有机肥5-6kg，生长每吨香蕉需要纯氮(N)6.1kg、纯磷(P)0.52％、纯钾(K)18.9kg。缺肥导致香蕉植株生长缓慢、果实数量降低、影响光合产物形成和果实生长。然而香蕉大量种植的单作和高复种耕作方式引起土壤退化，导致香蕉枯萎病频发。近20年香蕉枯萎病发生蔓延到广东、广西、福建、海南、云南、台湾等种植区，摧毁了数万亩香蕉园。蕉农被迫改种其他作物，收入较种植香蕉有较大幅度的下降。香蕉枯萎病又名巴拿马病、黄叶病，是由古巴尖镰孢(Fusariumoxysporumf.sp.cubense)侵染的高度毁灭性真菌病害。香蕉枯萎病是国际检疫对象、世界农业史上记载的全球性传播最广、毁灭性最强的作物真菌病害之一。香蕉枯萎病最早(1950年)在巴拿马发生，摧毁了巴拿马所有香蕉种植园，而流行传播至热带美洲、亚洲、非洲、南太平洋等地区。香蕉枯萎病镰刀菌可在土壤中存活相当长年份。1990年暴发了第二轮全球性跨国香蕉枯萎病流行病:镰刀菌新菌株4号小种TR4在印尼、马来西亚、菲律宾、澳大利亚和中国迅速蔓延，摧毁了不计其数的香蕉种植园。全球化使香蕉枯萎病镰刀菌能够跨越国界迅速蔓延。香蕉枯萎病镰刀菌土居，孢子存活力强。危害几乎所有香蕉品种。田间镰刀菌侵染香蕉根部维管束，造成根部和假茎组织中维管束的病变，阻止水分和养分的输送而限制植株发育和生长。当植株营养不足时，香蕉整体抗逆性能更低，因此各地香蕉生产采取肥料高投入以求快速收成。然而由于枯萎病菌影响，香蕉植株养分利用差，不但化肥高投入得不到高回报，化肥残余更加剧了土壤酸化，使得香蕉枯萎病情更严重。香蕉枯萎病的连续发生阻碍了我国香蕉生产的可持续性发展。香蕉曾经是海南省最重要的热带经济作物之一，2009年海南全省香蕉种植面积75万亩，产量159万吨，产值近50亿元。近年因香蕉枯萎病危害同一发病地块发病程度逐年加重，产量随着逐年下降，最后退化到毁灭性程度，该地块不能再种植香蕉。目前海南省大部分蕉园已改种甘蔗或瓜菜，但经济效益远低于香蕉。近一个世纪来全球尚未找到香蕉枯萎病的有效防治方法。使用大量化学农药杀菌剂和选育抗病品种是防控香蕉枯萎病的对策，但杀菌剂效果不显著，抗病品种依然在培育。已有的研究表明，轮作、间作可以较为有效地减少土壤中真菌数量，显著增加土壤中具有拮抗香蕉枯萎病病原菌功能的芽孢杆菌和假单胞菌的数量，但是这些研究仅检验土壤pH、肥力及土壤微生物与香蕉枯萎病相关关系，或者在重新栽培香蕉检验有机功能肥效益，没有系统化进行测土配方改良土壤pH，精准施肥及配套间作一体化防控香蕉枯萎病。技术实现要素：本发明的目的在于一种配方改良土壤酸度、精准施肥及配套间作一体化防控香蕉枯萎病的高效栽培方法。前期大田试验数据表明测土配方提高土壤酸度可以显著降低土壤真菌(植物病原菌)群落数量。尤其是，测土配方精准施肥和豆科作物间作可以提高土壤微生物多样性，由此促进香蕉营养吸收平衡和香蕉抗逆性。本发明所采取的技术方案是：一种高效防控香蕉枯萎病的栽培方法，包括如下步骤：1)选择轮作土壤，测定土壤酸碱度pH、有机质、微生物菌落及主要养分NPK肥力浓度；2)测土后配方，在土壤中按配方加入固态粉末钙镁pH调节剂，改良酸性土壤pH值达6.1～6.5；3)根据土壤有机质基本含量，配方施加有机肥和微生物菌肥；4)移栽抗病香蕉苗，根据前期测定的香蕉营养吸收量和土壤NPK肥力，配方主要养分施肥量并在香蕉营养生长中期、后期按配方施加有机肥和复合肥；5)香蕉移栽后两周，播种间作花生；6)花生成熟收获后，将花生秸杆直接盖土还田。作为上述栽培方法的进一步改进，在栽培香蕉前，土壤轮作过辣椒、芥菜或南瓜。作为上述栽培方法的进一步改进，固态钙镁pH调节剂施放量根据土壤SMP缓冲溶液试验值及目标pH值确定，当酸性土壤实际pH测试值介于4.9-5.4时，SMP缓冲试验值介于6.5-6.8之间，选择目标pH值为6.5时，钙镁土壤调理剂施放量为每亩80-250kg。作为上述栽培方法的进一步改进，综合香蕉NPK营养吸收量、吸收利用效益系数和目标产量(每亩2970kg)系数，主要营养NPK施肥量的计算公式如下：每亩纯N(kg)＝(14.5×2.97)/0.40–土壤有效N含量每亩纯P(kg)＝(2.3×2.97)/0.31–土壤有效P含量每亩纯K(kg)＝(42.0×2.97)/0.42–土壤可交换K含量上述方程式中香蕉NPK吸收利用效益平均系数分别为0.40、0.31、0.42(李虹，前期试验结果，未发表)。作为上述栽培方法的进一步改进，固态钙镁pH调节剂为碳酸钙和碳酸镁粉末粉末中的至少一种，优选为碳酸钙。作为上述栽培方法的进一步改进，有机肥的施用量为每亩800～1200kg。在香蕉栽培、营养生长中期、抽蕾初期每株分别施放有机肥1.6～2.4kg。作为上述栽培方法的进一步改进，微生物菌肥施放量为每亩160～240kg。香蕉栽培、营养生长中期每株分别施放微生物菌肥0.45～0.75kg。作为上述栽培方法的进一步改进，香蕉移栽密度每亩166株，株间隔2m×2m，有机肥、生物菌肥、复合肥(15-15-15)移栽前以肥:土比例1:3混合，然后移栽香蕉苗，移栽土坑体积宽深度0.40×0.30m。作为上述栽培方法的进一步改进，香蕉移栽2周后，播种已拌根瘤菌的花生种，与香蕉行距0.8m，播种密度0.4m×0.25m。本发明的有益效果是：本发明的改良土壤酸度-精准施肥-配套间作一体化栽培方法，可以进一步降低土壤中的真菌(植物病原菌)数量，减少香蕉枯萎病发生，同时可以有效地减少化肥的使用量，获得高产量的花生和香蕉果实产品，提高栽培的效益，具有意料之外的效果。本发明的栽培方法操作简单，可以获得高产量的花生，获得更高的间作效益。附图说明图1是香蕉-花生间作系统初期、花生开花期和结果期的照片；图2是不同栽培方式下的香蕉生长状况，其中，间作系统里香蕉-花生健康的生长状况(A)；非间作对照系统香蕉枯萎病发生诊断镰刀菌Fusarium从根部维管束侵入，侵害茎杆下部叶片叶鞘维管束，植株下部叶片枯黄症状(B)，茎杆下部出现水渍状病变，假茎部褐变裂开(C)，植株出现枯萎，茎部维管束腐烂等症状(D)；图3是香蕉开花抽蕾(A)、结果性状(B)和果实等级分类和产量测定估算(C)；图4是土壤可培养细菌群落数量在不同轮作间作栽培模式系统与非间作对照(南瓜或芥菜或辣椒-香蕉)变化对比；图5是土壤可培养放线菌群落数量在不同轮作间作栽培模式系统与非间作对照(南瓜或芥菜或辣椒-香蕉)变化对比；图6是土壤可培养真菌群落数量在不同轮作间作栽培模式系统与非间作对照(南瓜或芥菜或辣椒-香蕉)变化对比；图7是香蕉-花生间作系统土壤微生物区系和土壤pH随栽培模式的时间变化特征和变化趋势(n＝60)；图8是轮间作不同栽培系统模式之间香蕉枯萎病发生率差异对比；图9是轮间作不同栽培系统模式之间香蕉的果实产量对比。具体实施方式一种高效防控香蕉枯萎病的栽培方法，包括如下步骤：1)选择轮作过的土壤，测定土壤酸碱度、有机质及主要养分NPK肥力浓度；2)测土后配方，在土壤中按配方加入固态粉末钙镁pH调节剂，使土壤的pH值在6.1～6.5之间；3)根据土壤有机质基本含量，配方施加有机肥和微生物菌肥；4)移栽抗病香蕉苗，根据前期测定的香蕉营养吸收量和土壤NPK肥力，配方主要养分施肥量并在香蕉营养生长中期、后期按配方施加有机肥和复合肥；5)香蕉移栽后两周，播种间作花生；6)花生成熟收获后，将花生秸杆直接盖土还田。作为上述栽培方法的进一步改进，固态钙镁pH调节剂施放量根据土壤SMP缓冲溶液试验值及目标pH值确定，当酸性土壤实际pH测试值介于4.9-5.4时，SMP缓冲试验值介于6.5-6.8之间，选择目标pH值为6.5时，钙镁土壤调理剂施放量为每亩80-250kg。作为上述栽培方法的进一步改进，综合香蕉NPK营养吸收量、吸收利用效益系数和目标产量(每亩2970kg)系数，主要营养NPK施肥量的计算公式如下：每亩纯N(kg)＝(14.5×2.97)/0.40–土壤有效N含量每亩纯P(kg)＝(2.3×2.97)/0.31–土壤有效P含量每亩纯K(kg)＝(42.0×2.97)/0.42–土壤可交换K含量上述方程式中香蕉NPK吸收利用效益平均系数分别为0.40、0.31、0.42(前期试验结果)。结合吸收利用效益系数精准施肥，降低生产成本，保护产地环境。作为上述栽培方法的进一步改进，固态钙镁pH调节剂为碳酸钙和碳酸镁粉末粉末中的至少一种，优选为碳酸钙。粉末状的碳酸钙或碳酸镁可以更为均匀地与土壤混合，使土壤的pH尽可能的均匀。作为上述栽培方法的进一步改进，有机肥的施用量为每亩800～1200kg。在香蕉栽培、营养生长中期、抽蕾初期每株分别施放有机肥1.6～2.4kg。作为上述栽培方法的进一步改进，微生物菌肥施放量为每亩160～240kg。香蕉栽培、营养生长中期每株分别施放微生物菌肥0.45～0.75kg。作为上述栽培方法的进一步改进，香蕉移栽密度每亩166株，株间隔2m×2m，有机肥、生物菌肥、复合肥(15-15-15)移栽前以肥:土比例1:3混合，然后移栽香蕉苗，移栽土坑体积宽深度0.40×0.30m。作为上述栽培方法的进一步改进，香蕉移栽2周后，播种已拌根瘤菌的花生种，与香蕉行距0.8m，播种密度0.4m×0.25m。这种香蕉和花生的株间距可以显著减少香蕉营养初期的杂草，保持水土，同时不影响花生的光照透风，达到最佳的用地养地栽培效果。下面结合实验，进一步说明本发明的技术方案。香蕉枯萎病防控和氮肥减量大田试验始于2014年12月，试验地点处于海南西北部澄迈县桥头镇丰西村。试验分别在500m范围内邻近4块红壤地(热带地区代表性耕作土壤类型)同时进行，每块地面积3.8亩(0.253公顷)，合计15.2亩(或1.01公顷)。近3年作物轮作栽培管理方式是瓜菜-甘蔗-瓜菜。2014年12月底收获瓜菜后，每块地采取10个土样进行土壤化学与微生物分析，结果显示这4地块微生物特征和肥力性质相近(无显著差异)：pH值5.1±0.3、有机质含量2.3±0.4％、可培养细菌5.87×106cfu/g、真菌2.73×104cfu/g、放线菌5.06×105cfu/g、硝酸氮N-NO321±5.7mg/kg、有效磷P36±6.4mg/kg、可交换钾K58±9.2mg/kg。这4块地于2015年1月底分别种植冬季辣椒、南瓜和芥菜，5月下旬瓜菜全部收获完毕。轮作瓜菜收获后，开始了香蕉-花生间作试验阶段。测土配方-土壤酸度和肥力改良分析香蕉栽培前土壤pH值和养分有效含量：每块地采样测土配方，土壤采样间隔网络10m×10m，采样深度0.3m。土壤样本在空气风干后磨碎<2mm，测定土壤化学肥力性质(pH、有机质、N、P、K、Ca、Mg、Fe、Cu、Zn、Mn)和微生物性质(细菌、放线菌、真菌)。结果显示土壤化学肥力和微生物性质均为辣椒地>芥菜地>南瓜地，具有一定差异(表1)。每块地土壤实际pH值和NPK含量分别用于计算各地块酸度钙镁改良剂和施肥量。表1.香蕉栽培前期轮作土壤化学肥力和微生物性质土壤性质辣椒地芥菜地南瓜地pH5.14a5.07a5.11a有机质(％)2.81a2.70ab2.43bN(N03-N+NH4-N)(mg/kg)30.4a27.1ab23.6bP(H2PO4+HPO4+PO4)(mg/kg)43.2a39.4a40.7aK+(mg/kg)57.6a51.4a58.3aCa2+(mg/kg)1007a921ab879bMg+(mg/kg)221a189b203ab可培养细菌(cfu/g)9.13×106a8.25×106ab6.79×106b可培养放线菌(cfu/g)3.56×104a2.69×104b2.35×104b可培养真菌(cfu/g)4.27×105a4.62×105ab5.01×105b估测土壤酸度改良调理剂用量：依据香蕉栽培前土壤pH值以及SMP(Shoemaker-McLean-Pratt)缓冲溶液试验值，选择pH目标值，依据SMP缓冲试验值表得到每地块实际酸度钙镁改良剂施放量(表2)。表2.钙镁土壤调理剂需求量(pH目标值为6.5，土壤深度0.25m)本试验使用超细纳米碳酸钙土壤调理剂(山东博涛集团有限公司)进行土壤酸度改良。纳米碳酸钙CaCO3颗粒平均粒径2.5um，CaCO3纯度98％，pH值(10％悬浮液)8.6。依据实测土壤pH值、SMP缓冲值及碳酸钙CaCO3需求计算量(表2)，均匀撒放土壤表面，搅拌至土壤深度0.25m。纳米超细粒CaCO3可加快Ca2+交换土壤中H+离子，促进生成CO2气体释放和H+离子与土壤OH-离子结合生成水的化学反应，降低土壤酸度。当酸性土壤实际pH测试值介于4.9-5.4时，SMP缓冲试验值介于6.5-6.8之间，选择目标pH值为6.5时，钙镁土壤调理剂施放量为每亩80-250kg。实际土壤pH值为4.9-5.0时，钙镁调理剂需求量每亩250kg，是实际土壤pH值为5.4-5.5时钙镁调理剂需求量的3倍(表2)。依据土壤pH调理剂需求量测试结果(表2)，本试验酸度调理剂施放量为每亩200kg。纳米碳酸钙土壤调理剂于2015年5月下旬施加拌匀土壤。估计香蕉主要营养NPK吸收量并用于计算施肥量：依据发明人前期试验的香蕉(150株，30块地，每块地随机采样5株分析营养吸收)主要营养素吸收测定，每吨香蕉果实平均需求纯N6.1kg、纯P0.52kg、纯K18.9kg，N:P:K＝1:0.085:3.098，综合香蕉营养利用效益率指数N0.42、P0.23、K0.45)，计算出生产每吨香蕉果实需求主要营养素纯NPK分别为14.5、2.3、45.0kg。前期试验结果还显示香蕉NPK营养吸收利用效益平均系数分别为0.40、0.31、0.42。估计目标产量用于计算施肥量：依据我们前期试验(没有发表数据)，香蕉产量(150株，30块地，每块地随机采样5株测产量)的测定，香蕉产量变化区间为每株11.7-21.9kg，平均产量为每株17.9kg，按每亩166株香蕉计算，平均产量为每亩2970kg(2.97吨)。设目标产量每亩2970kg，折合香蕉产量每公顷44.6吨。综合营养吸收量、营养吸收利用效益平均系数和目标产量，测土配方施肥计算公式如下：测土配方施肥每亩纯N(kg)＝(14.5×2.97)/0.40–土壤有效N含量测土配方施肥每亩纯P(kg)＝(2.3×2.97)/0.31–土壤有效P含量测土配方施肥每亩纯K(kg)＝(42.0×2.97)/0.42–土壤可交换K含量有机肥和有机菌肥添加本试验的土壤有机质平均含量偏低(初始值2.3±0.4％)，因此微生物菌群落(可培养细菌、放线菌)数量不高。依据适宜作物生长的土壤有机质基本含量(3％)，添加有机肥每亩1000kg，合计每株香蕉施加有机肥6kg(内蒙古羊粪有机肥有机质含量45％，主要营养NPK总含量5％)。有机肥分期施放时间分别是：香蕉栽培、营养生长中期、抽蕾初期每株分别施放2kg。微生物菌肥施放量为平均每亩200kg(每株香蕉平均施放量1.2kg)，使用菌益多生物有机肥(深圳市芭田生态工程股份有限公司)。菌益多生物菌肥微生物有益活性菌3×108cfu/g、含枯草芽孢杆菌、线虫抑制菌，有机质45％，中微量元素(Ca、Mg、S、Cu、Zn、Fe、Mn)5％。益多生物有机菌肥分期施放：香蕉栽培、营养生长中期每株分别均匀施放0.6kg。香蕉枯萎病防控的间作栽培方法香蕉-花生间作试验使用认证的香蕉抗病品种‘宝岛’和‘南天黄’，杯苗购自中国热带农业科学院种苗组培中心。两个品种数量对等，各1245株。香蕉-花生间作栽培方法如下：香蕉杯苗温室培育(无菌、施肥水、光照等规范管理)10周，然后将健康幼苗移至室外，遮荫练苗3周使之逐渐硬化适应户外环境，移栽前一周施行无遮荫练苗，适宜移栽时间为2015年6月上旬；香蕉种植行间距离2m，水灌溉喷带隔行安装，香蕉移栽密度每亩166株，株间隔2m×2m。有机肥、生物菌肥、复合肥(15-15-15)按上述施放量移栽前以肥:土比例1:3混合，然后移栽香蕉苗。移栽土坑体积宽深度0.40×0.30m；花生品种选择‘海油1号’和‘山花10号’。播种前使用根瘤菌剂‘福思德’拌种，接种剂‘福思德’含活性根瘤菌2×109/g，购自领先生物农业有限公司(河北省秦皇岛)。根瘤菌拌种率16g/kg(参考豇豆固氮研究论文李虹etal.2015，花生-豇豆根瘤对接)；香蕉移栽2周后，播种已拌根瘤菌的花生种，与香蕉行距0.8m，播种密度0.4m×0.25m。对照组：每块地留1亩(0.06公顷)香蕉地作为非间作对照(单作)。因此，试验对比的轮作+间作栽培模式分别为3大类型(LX)：LX1:辣椒-香蕉+花生vs.辣椒-香蕉；LX2:芥菜-香蕉+花生vs.芥菜-香蕉；LX3:南瓜-香蕉+花生vs.南瓜-香蕉。红壤香蕉-花生间作系统初期15天的照片如图1A和B所示，2个月后花生开花期长势(图1C)。花生长势旺盛，覆盖地表裸土，控制杂草(图1C)。在高棵香蕉长达12个月生长过程中，花生间作一轮。花生矮株(0.5m)、生长期短(4个月)，覆盖地表，保持水土，控制杂草，根瘤共生固氮。花生成熟时期，香蕉营养生长初期株高1.3-1.5m，间作系统透光适宜。花生收获时，香蕉开始遮荫，行间花生收获后秸秆直接盖土还田，便于秸秆矿质化释放养分，受益香蕉生长。土壤生化性质、植物营养吸收、固氮、产量和香蕉枯萎病变量测定土壤微生物、化学肥力性质测定所有试验样地以网络15m×15m在试验区GPS定点采样，土壤采样共4次，分别于香蕉种前、花生收获时、香蕉抽蕾期、香蕉收获后采样。每次采样土壤微生物、化学肥力性质分析检测变量包括：高通量测序微生物(细菌、真菌)多样性，可培养土壤微生物(细菌、真菌、放线菌群落)，土壤酶学指标(过氧化氢酶、脲酶)，土壤化学肥力指标(pH、有机质、硝态氮NO3、有效P、可交换K、金属微量营养元素Cu、Zn、Fe、Mn)。高通量测序土壤微生物(细菌、真菌)多样性土壤微生物(细菌、真菌)多样性高通量测序由北京Biomarker生物科技有限公司完成。花生植株营养吸收、共生固氮和产量测定花生作物测定方位和香蕉生理测定应用同一GPS网络。花生生理效益和营养吸收测定采用与香蕉同样的测定方法。测定变量还包括花生生物量、根瘤量、固氮量、产量等。香蕉枯萎病发生率监测整个生长期全程监测记录香蕉枯萎病发生率。如图2A所示，接近9月花生收获季节，间作系统光照良好，花生植株没有被遮荫，依然覆盖保护水土，控制杂草，香蕉生长良好，未有病变。非间作对照系统香蕉枯萎病发生诊断镰刀菌Fusarium从根部维管束侵入，侵害茎杆下部叶片叶鞘维管束，植株下部叶片枯黄症状(图2B)，茎杆下部出现水渍状病变，假茎部褐变裂开(图2C)，植株出现枯萎，茎部维管束腐烂等症状(图2D)。香蕉生理和营养吸收测定香蕉生理生态测定方位应用土壤采样同一GPS网络。测定香蕉生理生态效益(有效光合辐射、光合率、叶片细胞CO2浓度、蒸腾率、叶温等)使用LCPro-SD光合仪(ADCBioScientific，Herts，UK)。测定香蕉有效光照强度、叶气孔导率使用AP4气孔计(Delta-TDevices，Cambridge，UK)。测定变量还包括香蕉营养(N、P、K、Fe、Cu、Zn、Mn)吸收量、香蕉开花抽蕾(图3A)、香蕉结果性状(图3B)、香蕉果实等级分类和产量测定估算(图3C)。试验结果显著提升土壤可培养微生物群落数量土壤微生物培养分析结果显示，相对于栽培前起始值，间作栽培模式(芥菜-香蕉+花生、南瓜-香蕉+花生、辣椒-香蕉+花生)显著地提升了土壤可培养微生物群落数量。在间作栽培实施后14个月内，土壤可培养细菌群落平均数量由5.87×106cfu/g增加到7.17×106cfu/g，增加了19.8-27.4％(直线型回归系数R2＝92.3％)，其中可培养细菌数量在辣椒-香蕉+花生增加差异最显著(图4)。在非间作对照(芥菜或南瓜或辣椒-香蕉)系统可培养细菌平均群落数量相对于起始值减少11.5％。土壤可培养放线菌在所有的轮作间作栽培系统显著增加(图5)。土壤放线菌是指在形态学特征上是细菌和真菌间过渡的单细胞微生物，呈分枝状的菌丝。土壤放线菌具有抗生素，以链霉菌为主。在间作栽培实施后14个月内，平均放线菌群落量由5.06×105cfu/g增加到5.64×105cfu/g，增加了11.6-15.9％(直线型回归系数R2＝96.7％)，其中放线菌数量在辣椒-香蕉+花生增加最显著(图5)。在非间作对照系统可培养放线菌平均群落数量相对于起始值显著地减少了13.4％。土壤可培养真菌数量(植物病原菌)在非间作系统比较栽培前起始值稍有增加，但在间作系统中相对于起始值趋于减少(图6)，平均真菌群落量由2.73×104cfu/g减少到2.34×105cfu/g，减少了11.6-15.9％(直线型回归系数R2＝94.9％)，其中真菌群落数量在辣椒-香蕉+花生增加最显著(图5)。土壤真菌减少幅度在芥菜和南瓜与香蕉间作栽培系统中相近，在辣椒-香蕉+花生减少幅度最显著(图6)。结果显示了环境友好型间作栽培模式提升土壤细菌和放线菌多样性，因此细菌和放线菌与真菌相互作用降低植物病原菌。显著提升土壤微生物区系多样性香蕉-花生间作栽培模式提升了土壤微生物区系多样性。土壤微生物细菌对土壤肥力演变、养分转化、土壤结构改良、有毒物质降解发挥重要作用。土壤细菌多样性高通量V3+V4区测序分析结果如表3所示：表3.高通量测序分析V3+V4区土壤细菌多样性Alpha指数显示所有间作栽培模式(南瓜-香蕉+花生、芥菜-香蕉+花生、辣椒-香蕉+花生)，相对于非间作对照(南瓜或芥菜或辣椒-香蕉)系统，显著地提升土壤微生物区系多样性。Alpha多样性指数Shannon、Chao1和Ace指数最高值及其Simpson指数最低值显示了辣椒与花生具有提升香蕉土壤细菌物种数量和多样性显著高效益。土壤真菌分解土壤物质，是土壤氮、碳循环动力，但许多土壤真菌是重要的植物病原菌，例如土传香蕉枯萎病尖孢镰刀菌属于真菌类。土壤真菌多样性高通量ITS1区测序分析结果如表4所示：表4.高通量ITS1区测序分析土壤真菌多样性Alpha指数显示其所有Alpha指数值(表4)都远低于土壤细菌Alpha指数值(表3)。非间作对照(南瓜或芥菜或辣椒-香蕉)系统具有Alpha指数(Shannon、Chao1和Ace数值)显著地高于其他间作系统(表4)。芥菜-香蕉+花生以及辣椒-香蕉+花生系统的土壤中真菌多样性相近(表4)。土壤真菌数量趋于减少，意味土居植物病原菌相对减少。提升土壤pH促进微生物区系多样性土壤pH是土壤性质和肥力的最重要影响因素之—，其直接影响土壤养分状态、转化和有效性。土壤分析结果显示在土壤酸度改良剂、有机肥、多种作物轮作间作联合栽培条件下，土壤pH值由间种前4.4-6.3之间(图7ACE)显著地增加至花生收获后4.7-7.2之间(图7BDF)。土壤pH值升高促使土壤微生物细菌曲线型显著上升(图7B)，总体平均增加了23％(图7D)。同时土壤可培养放线菌也跟随土壤pH值显著上升。当土壤pH值显著上升了0.3-0.9单位时，放线菌平均增加了38％(图7D)。然而，土壤可培养真菌(植物病原菌)数量与土壤pH值回归关系显示显著下降趋势(图7E、F)。土壤酸度改良剂、有机肥和多种作物轮作间作的相互作用使土壤可培养真菌总体平均减少了6.5％(n＝60)。土壤酸度大(pH值<5.8)真菌数量偏高(图7C-7D)，显示增加土壤pH有助于减少土居植物病原菌。数学回归关系式归纳了土壤微生物区系和土壤pH随时间变化特征(图7)，显示了在栽培模式提高热带酸性土壤pH的同时，土壤微生物细菌和放线菌多样性显著增加和土壤真菌(植物病原菌)数量减少的趋势特征。降低香蕉枯萎病发生率环境友好型香蕉-花生间作栽培降低了香蕉枯萎病发生率(图8)。在相同的土壤酸度改良剂、生物菌肥、有机肥和复合肥添加优化耕作管理条件下，至抽蕾期统一观测统计发现，所有可抽蕾结果的香蕉(n＝2400株)，‘宝岛’枯萎病发生率7.2±3％，显著低于‘南天黄’枯萎病发生率(14.3±6％)。对同一品种而言，对照样地(非间作系统南瓜/芥菜/辣椒-香蕉)枯萎病发生率最高，间作系统香蕉枯萎病发生率显著降低。香蕉枯萎病发生率总平均(两个品种)发现，非间作对照试验地枯萎病发生率最高、标准差最大(11±4.9％，图8)。间作系统香蕉枯萎病发生率总平均显著降低(图8)：南瓜-香蕉+花生系统(6.4±3.1％)、芥菜-香蕉+花生系统(6.1±2.7％)、辣椒-香蕉+花生系统(5.1±1.9％)。尽管辣椒-香蕉+花生系统香蕉枯萎病发生率最低，但与其他间作系统的病情发生差异不显著。香蕉枯萎病发生变化现象的可能性解释是：轮作-间作栽培模式促进土壤微生物细菌多样性增加及真菌(植物病原菌)减少，提升了香蕉抗逆性，因此降低了香蕉枯萎病发生率。花生共生固氮作用受惠香蕉生长大田检测数据显示间作花生种植密度每亩9000株(表5)，花生覆盖地表、抑制杂草、保持水土。间作地块土壤水分含量达24％，非间作地块土壤水分含量19％，差异显著。花生固氮功能取决于土壤微生物细菌的根瘤生成及活性。在根瘤菌接种作用下，花生植株根系根瘤菌生长旺盛，每植株根瘤菌总数量变化区间平均值和标准差为98±39个。花生植株叶富含NO3-离子(含量变化为1130-2850mg/kg)。花生果实产量变化区间为每亩194-250kg(折合2910-3750kg/ha)，辣椒-香蕉+花生间作系统花生产量显著高于其他模式。收获期植株与根系生物量鲜重达每亩924.8kg(表4)。化学分析数据表明，花生总氮吸收量平均每亩11.42kg(折合172.3kg/ha)。花生共生固氮量达每亩纯氮9.14kg，固氮量折合尿素每亩15.24kg。花生固氮量相当于自身氮肥需求量80％(9.14/11.42)。花生收获后整株秸秆(植株+根系)还田干物质每亩107.6kg(表5)。各间作系统(南瓜-香蕉+花生、芥菜-香蕉+花生、辣椒-香蕉+花生)花生固氮量、秸秆干物质和NPK还田量稍有差异，但不显著。依据干物质量及秸秆主要营养NPK平均含量3.89％、1.30％、3.97％，花生秸秆还田矿质化主要营养贡献量折算N、P2O5、K2O分别为每亩4.19、3.20、5.15kg(表5)，直接受惠香蕉生长。表5.间作系统中花生生物量、干物质和主要营养NPK还田量香蕉产量差异香蕉植株叶NO3-含量很高(1430-2870mg/kg)，但香蕉叶NO3-含量远低于叶K+含量。香蕉植株叶子体内富含K+离子，其含量变化为6400-11900mg/kg。香蕉果总溶解固体量是光合产物、固氮产物和营养吸收累积量的主要指标。香蕉果总溶解固体量变化值为4.82-5.41％。在间种模式区域，收获的香蕉果实产量变化区间每株19.5-22.1kg，非间作区域(南瓜/芥菜/辣椒)-香蕉的果实产量(平均每株16.4kg)，差异显著(图9)。花生产量在香蕉-花生间种小区，每株花生果实平均产量变化区间为18.4-23.1g，合计平均产量为每亩203.1kg(折合3045kg/ha)。受惠于土壤酸度改良和精准施肥，本试验花生产量比本地区花生产量平均增加9.3％，差异显著(P<0.05)。花生果总溶解固体量变化值为3.22–4.81％，显示间作系统有效光照良好，花生光合效益产物充足。土壤化学肥力变化趋势和主要养分NPK减量香蕉-花生间作系统土壤化学肥力(pH、硝酸氮NO3-N、有效磷P、可交换钾离子K+)趋于提高。间种试验初始施加超细纳米碳酸钙土壤酸度改良剂CaCO3每亩200kg，羊粪有机肥每亩1000kg，土壤pH平均值由5.10提高到6.29，土壤酸度改良实际效果稍低于理想目标pH值(6.50)，差距-3.21％，依然处于±5％允许置信区间。源于有机肥、复合肥、花生根瘤固氮和香蕉营养吸收相互作用，花生收获时硝酸氮NO3-N29.3±6.9mg/kg、有效磷P42.4±7.4mg/kg、可交换钾K61.1±9.3mg/kg，比较间作开始时的相应土壤肥力元素分别提高了8.03％、6.6％、9.5％。花生秸秆还田给香蕉系统不但带来微生物多样性而且还带来共生固氮作用共享利用。折算尿素(CO(NH)260-0-0)、三过磷酸盐(TripleSuper-PhosphateTSP0-46-0)、氯化钾KCl0-0-60，花生秸秆还田分别获取N、P2O5、K2O每亩6.98、6.96、8.58kg(表6)，相当于尿素、三过磷酸盐、氯化钾减量104-128kg/ha。表6.花生秸秆还田化肥减量估算总结本发明围绕着耕作系统营养物质多层次利用、突破酸性资源环境约束，首次开发了基于测土配方的土壤酸度改良、精准施用有机肥和复合肥以及创新地充分利用花生(低棵、浅根、固氮自供、生长期短)、香蕉(高棵、深根、需肥量大、生长期长)两种作物生理生态差异、通风透光边际效益、共生固氮共享的科学方法，首次展示了改良土壤酸度-精准施肥-配套间作一体化方法，综合利用花生与根瘤菌相互作用从大气共生固氮的固有功能，测土配方的纳米碳酸钙土壤酸度改良剂CaCO3、复合肥和有机肥配套使用，改善了香蕉土壤生态环境条件，在促进了耕作系统营养物质多层次利用的同时，发挥了环境友好型高效作物栽培、防控香蕉枯萎病和进一步化肥减量的作用。环境友好型香蕉-花生间作栽培方法对防控香蕉枯萎病的创新效益源于：1)测土精准配方土壤酸度改良和有机肥-复合肥配施优化了土壤物理化学生物性质，提高了土壤保水保肥缓冲性能2)香蕉-花生间作系统生物多样性利用，提升了土壤细菌和放线菌多样性，抑制了土居真菌(植物病原菌)；3)香蕉-花生两种作物生态功能差异促进共生固氮作用共享和土壤水肥需求互补增加，花生覆盖地表、保持水土、抑制杂草，秸秆还田提高土壤肥力，促进了香蕉N营养吸收和整体植株抗逆功能。土壤微生物和土壤物理化学环境的整体优化条件促进了香蕉营养吸收累积，提高了香蕉植株抗逆能力，因此抵抗病菌侵蚀，降低了枯萎病发生率，提升了香蕉产量。此外，共生固氮作用共享相关的氮肥减量更突出了间作系统经济环境高效益。香蕉是高株植物，前期生长相对缓慢，生长期长(12-14个月)，需肥量大。花生是低株植物，前期生长迅速，生长期相对短(3-4个月)，具有与土壤菌根细菌(rhizobialbacteria)共生，生成根瘤(rootnodules)从大气中固氮，供给自身80％以上的需氮量。同时，其花生收获后秸秆还能供给香蕉植株所需的部分氮素营养。间种的不同种类作物从土壤中吸收养分的数量和比例各不相同，具有改善土壤环境条件和化肥减量的生态效益和经济效益。香蕉-花生间作模式对防控香蕉枯萎病的机理因素在于：1)间作不同作物(花生)对病害交替抑制，使土壤微生物(细菌和放线菌)菌体增多，减少了真菌土传病源菌；2)花生覆盖香蕉生长初期行间裸土面积，保持水土，抑制杂草生长，土壤清洁，减少土传菌病虫害滋生；3)香蕉-花生对土壤营养需求不同，花生利用花生从空气中固氮，提高了土壤肥效，受惠香蕉生长，促进香蕉营养吸收，因此提升了香蕉抗逆性，降低了香蕉枯萎病。本发明用地养地的生物学措施和高效栽培方式对防控香蕉枯萎病和化肥减量替代具有积极的应用潜力。当前第1页1 2 3