大棚土壤温度与黄化曲叶病毒病相关性研究

李 映，崔 瑶，葛喜珍

(北京联合大学生物化学工程学院，北京 100023)

番茄黄化曲叶病毒(tomato yellow leaf curl virus，TYLCV)引起的番茄黄化曲叶病毒病(tomato yellow leaf curl disease，TYLCD)是番茄毁灭性病害，被称之为番茄的癌症，造成的经济损失高达100%，严重威胁番茄产业的可持续发展。番茄感染TYLCV，生长停滞，顶部叶片褪绿发黄、变小，叶片边缘上卷，叶片增厚、变硬。早期染病植株严重矮缩，不能正常开花结果。生长发育后期染病植株结果减少，果实小，果实着色不均匀，出现“ 半边脸”，失去经济价值[1]。在大棚番茄种植过程中，5—10 月是TYLCV的高发时段。自然条件下，TYLCV主要通过烟粉虱以持久方式传播[2]。烟粉虱繁殖能力强，传毒效率高，早期预防烟粉虱是防治TYLCV的前提。

烟粉虱的防治主要采用化学农药的方法，如使用扑虱灵、吡虫啉等抗虫药物，然而该类药物残留多，对人和环境危害较大[3]。相比之下，生物农药在抗虫方面表现出良好的前景。目前已有多种抗虫的生物农药用于烟粉虱等害虫的防治，如绿僵菌、桉油精等。相比之下，生物农药环境友好，但有效作用时间较短，因此成本偏高[4]。然而对于因烟粉虱造成的TYLCD，化学农药目前没有任何办法予以防控和治疗，只有植物免疫蛋白可以进行一定程度的预防和治疗，即通过蛋白质刺激植物产生类似的应激，促进植物对病害的抵抗力[5-6]。因此，建立烟粉虱和TYLCD的预警模型，且在高风险时段进行适当的生物农药干预，是预防这2种病虫害的关键。笔者采用大棚气象条件检测系统记录了大棚番茄种植季节环境温度的变化，统计了不同指标的关联性，并针对番茄黄化曲叶病毒病的发病规律进行了相关性研究。

1 材料与方法

1.1 试验地概况试验设在河北省隆尧县千户营乡东毛尔寨村，114°92′E，37°40′N，日光温室大棚，土质为壤土，有机种植用地，8年内未使用化肥和化学农药，仅使用农家肥、沼液和生物农药，土壤肥力中等，地势平坦，排灌方便。

1.2 试验药剂6%寡糖·链蛋白可湿性粉剂(3%氨基寡糖素，3%极细链格孢激活蛋白质)由中国农业科学院植保所研制；醚菌酯250 g/L悬浮液，上虞颖泰精细化工有限公司；200 g/L 吡虫啉可溶液剂，拜耳股份公司；10%小檗碱可湿性粉剂，杨凌馥稷生物科技有限公司；枯草芽孢杆菌1 000亿孢子/g，山东鲁抗生物农药有限责任公司；绿僵菌80亿孢子/g可湿性粉剂，重庆聚立信生物工程有限公司；5%桉油精可溶液剂，北京亚戈农生物药业有限公司。

1.3 试验设备与检测温室大棚环境监测系统由石家庄圣启科技有限公司提供，空气温度测量范围-20～70 ℃，精度±0.1 ℃；空气湿度(RH)测量范围0～100%，精度±2%；采集番茄种植地土壤和空气资料，主要包括空气温度、湿度、光照和CO2浓度，土壤温度、湿度和土壤电导率，检验环境因素与烟粉虱及番茄黄化曲叶病毒病的相关性。1 hm2挂450片黄板，色板底部高于植株上部叶片20 cm，诱捕烟粉虱成虫，监测其发生动态。在前期检测大棚资料的基础上(2014—2018)，检验烟粉虱与番茄黄化曲叶病毒病的相关性，根据预警防治。

1.4 预警和回归方法使用上述设备自主检测获得试验原始数据，取样时间为4月至次年4月，覆盖番茄种植整个周期。数据获取后使用python进行数据统计与回归分析。将全天空气温度、土壤温度、环境湿度、光照强度等计算平均值，得每天的数据点。使用t检验对试验组和对照组的各项参数进行独立性检验，检测高发和低发病率环境各项指标的显著性。

回归分析采用python中的numpy工具包。首先对数据进行清理，删除数据超过前后14 d内2倍的中位数绝对偏差值，并进行数据对齐。处理完成后针对上述数据，使用两两对比的回归分析。选用指数回归、傅里叶回归、高斯回归、线性回归、多项式回归共5种方式进行试验，根据数据点选取合适的回归形式及回归方程。选取发病率检测指标后，使用scatterplot函数绘制预警散点图，并将其中数据点使用热图，加入发病率数据，得最终预警曲线。

1.5 田间试验设计温室长60.0 m，宽7.5 m，金棚8号B型番茄，株距0.40 m，行距0.70 m。选择病毒病发生严重的冬茬番茄(9月27日定植)，浇足定植水。根据预警，在烟粉虱发生前10 d，以醚菌酯+吡虫啉为对照，设计不同的生物农药防治。设11个处理，每个处理30株，3次重复，随机区组排列。其中 CK(清水)；处理①化学农药(醚菌酯悬浮液1 g/1 500 mL+吡虫啉1 g/1 500 mL)；处理②小檗碱可湿性粉剂(1 g/1 500 mL)；③寡糖·链蛋白可湿性粉剂(1 g/1 500 mL)；④枯草芽孢杆菌(3.5 g/1 500 mL)；⑤绿僵菌可湿性粉剂(1 g/1 500 mL)；⑥桉油精可溶液剂(2 mL/1 500 mL)；⑦小檗碱1 g/1 500 mL+免疫蛋白1 g/1 500 mL；⑧小檗碱1 g/1 500 mL+免疫蛋白1 g/1 500 mL+绿僵菌1 g/1 500 mL；⑨小檗碱1 g/1 500 mL+免疫蛋白1 g/1 500 mL+绿僵菌1 g/1 500 mL+桉油精2 mL/1 500 mL；⑩枯草芽孢杆菌1 g/1 500 mL+免疫蛋白1 g/1 500 mL。根据2014—2018年回归和预警规律，预防试验在烟粉虱发生前10 d用药，治疗试验在黄化曲叶病毒出现当天用药。

1.6 预防和防治施药时间根据2016—2018年土壤和空气资料，预防试验于2019年9月28日(烟粉虱出现前10 d)，10月8日、18日 、28日，11月8日、18日17：00后喷药，共6次喷药，12月1日计数观察。治疗试验分别于2019年10月8日(首次观察到粉虱)、18日、28日，11月8日、18日、28日17：00后喷药，共6次喷药，12月1日计数观察。各处理严格按试验设计用药量折算，控制用药量和时间，其他管理措施同大棚。

1.7 调查方法

1.7.1灰飞虱调查方法。最后一次喷药24、72 h后，各处理小区5点法取样，每采样点选取10株番茄，每株选取上、中、下各1片叶，统计成虫数量，计算虫口减退率。

虫口减退率=(清水对照组虫口数-处理组虫口数)/清水对照组虫口数×100%

(1)

1.7.2黄化曲叶病毒调查方法。番茄感染病毒，叶片畸形、皱缩，植株轻度矮化，失去经济价值，故计算病株率和防治效果，计算公式：

病株率=病株数/调查总株数×100%

(2)

防治效果=( 清水处理区病株数-处理区病株数)/清水处理区病株数×100%

(3)

2 结果与分析

2.1 主要指标的分析与筛选在大棚番茄的全年种植季中，将发病率高和发病率低2个季节的相关气象数据进行整理和分析，比较2个不同季节的各项指标是否存在明显差异，结果见表1。由表1可知，在2个不同的种植季中，除土壤平均含水量不存在明显差异外，平均气温、平均湿度、平均土壤温度和平均光照强度均存在较大差别(P<0.001)。其中，土壤平均温度的差异最为明显。与此同时，针对发病率较高的种植季，比较了各项参数之间的相对标准偏差(RSD)，结果表明，土壤温度的波动最小，是较为稳定的大棚环境参数，受到外界的影响较小。

表1 不同种植季节各项环境指标的差异性检验和相对标准偏差

针对上述试验结果，将不同季节的数据进行了整合，探究是否可以用较为稳定的土壤温度作为大棚环境的表征，探究其与病虫害之间的关系(置信区间95%)。拟合的试验结果见图1。由图1可知，土壤温度与其他4种环境因素之间均存在较强的相关性。在不同种植季节的土壤温度变化范围内，大棚内平均气温、平均湿度、土壤含水量和平均光照强度之间，均可使用多项式进行描述，证明上述指标存在较强的相关性。根据不同的回归分析结果，土壤温度与其他环境因素之间存在的关系方程式：

图1 土壤温度与平均气温(a)、土壤湿度(b)、土壤含水量(c)和日均光照强度(d)的回归分析

土壤温度t与平均气温T的回归曲线:

T=0.04t2-0.48t+12.82

土壤温度t与湿度H的回归曲线：

H=-0.39t2+11.55t+5.19

土壤温度t与土壤含水量W的回归曲线：

W=-0.014t3+0.653t2-9.69t+64.8

土壤温度t与光照强度L的回归曲线：

L=11.32t3-533.5t2-8 295t

由于土壤温度变化波动较小，因此土壤温度是作为番茄病毒病较为理想的指标。

2.2 烟粉虱、TYLCD发病率与土壤温度、时间的三维分析为进一步研究环境因素的变化与烟粉虱、TYLCD发病率之间的关系，针对该2种病害发生率较高的种植季，对其土壤温度、种植时间和发病率之间的关系进行了统计和分析，结果见图2。由图2可知，烟粉虱和TYLCD的发病率均在土壤温度较高的环境下发生，且TYLCD的发病速率要慢于烟粉虱的发病速率，因烟粉虱是传播TYLCD的关键因素。由此可知，在土壤温度逐渐上升的种植季，是大棚番茄受到烟粉虱和TYLCD影响较大的时期。与此同时，烟粉虱和TYLCD的发病高风险区域为土壤温度稳定增长到20 ℃以上，此时环境温度较高、湿度较低，且日均光照时间较长，适合烟粉虱的生长。在此温度下，经过约10 d的时间，烟粉虱和TYLCD进入暴发式的增长阶段。因此，根据该试验结果推断，在土壤温度连续大于20 ℃的情况下，应尽早进行烟粉虱和TYLCD的生物防控和干预，且预防烟粉虱是预防TYLCD的关键。

图2 土壤温度、种植时间与发病率之间的相关性分析

2.3 不同生物农药复合使用对烟粉虱的防治效果为研究生物农药对烟粉虱的防治作用，进行了相关生物农药的配比试验。结果表明，预防组用药24 h后，小檗碱+免疫蛋白+绿僵菌+桉油精(19.4%)、桉油精(17.0%)均有不同程度的退虫作用，虫口退减率在17%以上，其余各组虫口退减率较低或出现残留虫数大于对照组(表2)。在防治组，小檗碱+免疫蛋白+绿僵菌+桉油精(22.0%)、桉油精(17.3%)虫口退减率较高，其余各组虫口退减率较低或出现残留虫数大于对照组。预防组用药72 h后，小檗碱+免疫蛋白+绿僵菌+桉油精虫口退减率最高(3.3%)，其他各组均非常低。防治组小檗碱+免疫蛋白+绿僵菌+桉油精虫口退减率最高(4.4%)。上述结果说明，烟粉虱种群活跃，繁殖快，种群恢复迅速，番茄种植密度等原因决定烟粉虱种群恢复速度。同一处理各组预防与防治组间烟粉虱残留虫数和虫口退减率均无显著差异；同一处理各组72 h残留虫数和虫口退减率无显著差异，说明药物处理能短期驱赶或抑制灰飞虱，72 h后灰飞虱种群迅速恢复。预防用药未降低烟粉虱数量和虫口退减率，药剂防治烟粉虱短期有效，长期效果不显著。

表2 不同处理对烟粉虱的预防和治疗效果

2.4 不同处理对TYLCD的防治效果针对出现的TYLCD进行治疗试验，番茄出现病毒症状时使用杀菌剂，防效低(表3)，枯草芽孢杆菌防效最高(14.90%)，未达15%，依次为小檗碱(13.13%)、小檗碱+免疫蛋白+绿僵菌(11.95%)、小檗碱+免疫蛋白(11.90%)、枯草芽孢杆菌+免疫蛋白(11.80%)、绿僵菌(9.23%)、寡糖·链蛋白(9.23%)、醚菌酯+吡虫啉(9.18%)、小檗碱+免疫蛋白+绿僵菌+桉油精(7.85%)和桉油精(5.23%)。预防效果由高到低表现为小檗碱+免疫蛋白+绿僵菌(70.59%)>小檗碱+免疫蛋白(57.36%)>寡糖·链蛋白(50.00%)>小檗碱+免疫蛋白+绿僵菌+桉油精(47.06%)>小檗碱(44.12%)>枯草芽孢杆菌+免疫蛋白(38.24%)>绿僵菌(22.06%)>桉油精(19.12%)>枯草芽孢杆菌(17.65%)>醚菌酯+吡虫啉(16.18%)。单独用药的免疫蛋白和小檗碱防效高于44%，二者均能提高植物免疫力，通过提高免疫达到防治作用。预防试验组，使用杀菌剂对番茄TYLCD防效明显高于防治组。

表3 不同处理对TYLCD的防治效果

3 讨论

外部气候因素变化直接影响TYLCD的发生、发展[7-9]。该研究根据2014—2018年采集的设施番茄环境因素，检验空气温度、湿度、光照和土壤湿度，并与土壤温度进行相关性分析。结果表明，上述指标均与TYLCD存在较强的相关性，其中随温度升高TYLCD发生率明显增加。2013年，吐鲁番地区温室晚茬番茄全部感染TYLCD，导致绝收，认为气温高病毒传播蔓延快，加上秋冬茬番茄播种早、株间距密、氮肥施用多、管理粗放等，有利烟粉虱危害传毒[10-11]。由于土壤温度变化波动小，作为番茄病毒病发生的预警指标，比较稳定。根据回归，当土壤平均温度高于20 ℃，TYLCD发生概率增加，需预防用药。

传统关于烟粉虱田间预测预报，主要用黄板诱集、性信息素诱集和田间调查统计等方法，根据田间虫态的发生发育进度、虫量及天敌数量，结合田间作物生长情况，分析预测烟粉虱的发生趋势[12]。利用大数据预警，能及时、有效地防止病虫害暴发[13]。该研究结果表明，2014—2018年，番茄黄化曲叶病毒病严重发生期和轻发生期空气温度、空气湿度、光照、土壤温度、土壤湿度等与烟粉虱发生率的相关性。若土壤平均温度高于20 ℃维持10 d以上，即使土壤温度因天气原因再次降低，病毒病的发 病率也无明显改善。由图2颜色变化看出，烟粉虱发病率的增长，相对于病毒病感染率慢[14]。因此，病毒病的防治，主要以烟粉虱的防治为主。当烟粉虱发病率超过20%，若不能有效控制，则10 d之内病毒病的感染率会快速达60%以上，造成大棚大面积减产甚至绝收。

该研究结果表明，对于烟粉虱防控，预防用药比治疗用药防效高，且持续时间长。鉴于烟粉虱极强的传毒和繁殖力，在番茄整个生命周期，依靠化学药剂防效低，不能实现对番茄黄化曲叶病毒病的有效防控。番茄大棚烟粉虱防治困难，故设施番茄生产过程，应密切监控烟粉虱的发生发展。该研究使用各种生物农药组合，小檗碱+免疫蛋白+绿僵菌+桉油精组，预防和治疗24 h内虫口退减率可达19%～22%。随时间推移至72 h，虫口退减率仅为3.3%～4.4%，退虫效果不明显。在不同处理对TYLCD的防治效果中，根据预警，提前15 d用药预防，TYLCD发病率明显降低，小檗碱+免疫蛋白+绿僵菌组防效可达70.59%。国内外关于TYLCD的防控方案，多推荐叶面喷施杀虫剂杀灭传毒昆虫烟粉虱为主，在生产实践中，菜农在防治番茄TYLCD时多喷药防治，但实际防治效果差，甚至无效果[15]。因此，在预警基础上如提前施药免疫蛋白+小檗碱，可提高植株免疫力，从而提高植物对TYLCD的抵抗力。