李 清, 张雪艳, 郦海龙, 于梦瀛, 宋惠敏, 牛丽娟, 马 欣
(1.中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，北京 100081；
2.中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟院重点实验室，北京 100101；
3.雪川农业集团股份有限公司，河北 张家口 075000)
马铃薯是世界上第四大粮食作物，仅次于水稻、小麦和玉米[1].我国是世界上最大的马铃薯生产国[2]，2019年马铃薯种植面积达467.3万hm2[3].然而，近10年的马铃薯平均单产水平仅为16.4 t·hm-2，显著低于欧洲和世界的平均单产水平，其中，病虫害问题是制约我国马铃薯单产水平的重要因素之一[4].马铃薯早疫病是马铃薯最常见的叶面病害之一[5]，也能侵染叶柄和薯块[6]，受害处表现不规则形的暗同心环状病斑[7]，影响马铃薯产量和品质，进而造成一定的经济损失[8].该病在我国普遍分布，现已成为仅次于晚疫病的第二大病害.
目前，生产上对马铃薯早疫病的主要防治措施是施药，其可以降低马铃薯早疫病的侵染率[5,9].喷施杀菌剂对早疫病的防治效果显著好于未喷施杀菌剂[10]，但长期施用一种或一类药剂，会导致防治效果越来越差.研究发现，苯甲·嘧菌酯[11]、啶酰菌胺[12]和春雷霉素[13]混配药剂的防治效果较好.为了确定早疫病的最佳防治时机，减少杀菌剂过度使用导致的环境污染，学者们对发病早期[14]和发病晚期[15]的施药效果进行了研究，结果明确了混配药剂在发病早期施药的防治效果和增产率均好于晚期施药.但有关发病前和发病初期施药对马铃薯块茎产量和干物质含量影响的研究较少.
本研究拟探究施药时间对马铃薯早疫病防治效果及产量和干物质含量的影响，以期为马铃薯的种植提供参考.
1.1 试验场地
试验地位于河北省张家口市察北管理区的雪川农业集团股份有限公司马铃薯种植园(113°50′E，39°30′N).察北管理区属温带大陆性季风气候，光照资源丰富，昼夜温差大.雨热同季，生长期气候凉爽.年均温2～5 ℃，年降水量250～550 mm，年日照时数2 500～3 199 h[16].
试验地前茬作物是燕麦，土壤类型为砂壤土.2020年4月底机械翻耕整地，基肥施腐熟农家肥(18 t·hm-2)；
2020年5月播种，播种前施用复合肥900 kg·hm-2，总有效养分含量为45%(N 12%、P2O518%、K2O 15%)；
播种25 d后培土，2 d后喷施质量分数为45%的二甲戊灵悬浮剂2.4 L·hm-2，苗齐后施用质量分数为23.2%的砜·喹·嗪草酮可分散油悬浮剂1.125 L·hm-2，以杀灭杂草.试验期间水肥管理为常规处理.
1.2 材料
供试品种为雪川农业集团股份有限公司选育的主栽品种雪育1号，易感染早疫病.供试药剂为47%春雷霉素·王铜可湿性粉剂(化学工业株式会社)、50%啶酰菌胺水分散粒剂(巴斯夫欧洲公司)、32.5%苯甲·嘧菌酯悬浮剂(瑞士先正达作物保护有限公司).
1.3 试验设计
采用双行高垄覆膜栽培模式进行田间播种，每个小区播种5行，行距90 cm，株距30 cm，行长13 m.采用随机区组设计，设置3种处理：(1)对照组(CK)，在马铃薯生长过程中不施用杀菌剂；
(2)常规处理组(T1)，在马铃薯早疫病发病前(按照往年的种植经验定于7月18日)开始施用杀菌剂，每7 d施一次，共施药5次；
(3)优化处理组(T2)，在马铃薯早疫病发病初期(7月25日)开始施药，每7 d施一次，共施药5次.将47%春雷霉素·王铜可湿性粉剂、50%啶酰菌胺水分散粒剂、32.5%苯甲·嘧菌酯悬浮剂以1∶1∶1混合，每次施药量为270 g·hm-2，用水量为675 L·hm-2，采用“卫士”牌背负式手动喷雾器进行喷雾.小区之间设有空垄，每个处理设5次重复.
1.4 调查项目与测定方法
1.4.1 病情指数和病叶率 每次施药后的第7天调查各处理的病情指数和病叶率：每个小区采用5点取样法，每点调查4株，每株分上、中、下各调查 10片叶，以每片叶上的病斑面积占整个叶面积的百分率进行分级，记录病叶级别，计算病情指数和病叶率.
马铃薯早疫病分级标准[17]：0级，无病斑；
1级，病斑面积占整个叶面积的5%以下；
3级，病斑面积占整个叶面积的6%～10%；
5级，病斑面积占整个叶面积的11%～20%；
7级，病斑面积占整个叶面积的21%～50%；
9级，病斑面积占整个叶面积的50%以上.
中药复方多糖(CHCP) 即选用黄芪、党参、山楂、丹参、白术、茯苓、淫羊藿、补骨脂、生地、熟地、马齿苋、甘草12味具有补气生津、活血化瘀、健脾和胃、温肾壮阳、扶正祛邪的中药(购于商丘市天伦大药房)，由商丘华康动物药业有限公司提取其中的多糖而成，多糖含量为69.80%.
(1)
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1.4.2 产量和干物质含量 在马铃薯收获(8月31日)时，选取每个地块的中间两行，用装有称重秤的拖拉机悬挂式收割机挖出块茎，立即测块茎数与质量.从中随机取块茎5 kg，用水比重法[18]测定薯块的比重，取平均值，对照Mepkep干物质含量表[18]查出相应的干物质含量.
1.5 经验方程的建立与验证
以CK和T1的病情指数和病叶率为训练数据，基于Williams[19]的研究，用一个简单的线性模型将马铃薯早疫病的病情指数和病叶率联系起来.
Yindex=bXratio+a
(3)
式中，Yindex是早疫病的病情指数，a和b是模型系数，Xratio是早疫病的病叶率.本研究共获取75组数据，其中将50组定为训练集，25组为验证集.由经验公式得到25组验证集的Yindex，其准确度由决定系数(R2)和均方根误差(YRMSE)确定.
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1.6 统计分析
使用编程语言(Python, 2020)对3种处理的病情指数和病叶率进行分析及制图，采用SPSS 25.0软件对马铃薯的病情指数和病叶率的相关性进行分析，并对马铃薯的块茎数、块茎质量及干物质含量进行独立样本t检验.
2.1 不同处理下马铃薯早疫病病情指数和病叶率的变化趋势
T1、T2和CK的马铃薯早疫病病情指数随施药次数和时间的增加表现不同的上升趋势.同一时间点T1和T2的病情指数均低于CK.其中:7月18日—8月8日T1的病情指数低于CK和T2; 8月8日以后，T2的病情指数低于CK和T1(图1A、图2).
同一时间点T1和T2的病叶率均低于CK.7月18日—8月15日T1对早疫病病叶率的抑制效果明显强于CK及T2；
8月22日以后，T2对病叶率的抑制作用明显强于CK和T1(图1B).
2.2 不同处理下马铃薯早疫病的病情指数与病叶率的相关性
马铃薯早疫病的病情指数与病叶率在0.01水平上显著相关，CK、T1和T2的相关系数分别为0.915、0.938和0.934.为了进一步对马铃薯早疫病的发病程度进行定量分析，以病叶率为X，病情指数为Y建立一元线性回归模型(图3)，发现同一病叶率下T2拟合的病情指数低于T1和CK，R2=0.873 3，结果较为可信.
图1 不同处理下马铃薯早疫病的病情指数(A)和病叶率(B)的变化趋势Fig.1 Variation of disease index (A) and diseased leaf ratio (B) of potato early blight under different fungicide treatments
A.CK；
B.T1；
C.T2.图2 3种处理下马铃薯块茎膨大期的植株表现Fig.2 Plants of potato at tuber expansion stage under different fungicide treatments
2.3 不同处理下马铃薯早疫病的病情指数和病叶率的经验方程与验证
图3 不同处理下马铃薯早疫病的病情指数与病叶率的一元线性回归分析Fig.3 Univariate linear regression analysis of disease index and diseased leaf rate of potato under different fungicide treatments
由图3可知，马铃薯早疫病的病情指数随着病叶率的增加而增加.利用CK和T1的50组早疫病的病情指数和病叶率的数据建立经验方程(图4A)，公式如下：
Yindex=0.922Xratio-16.58(R2=0.84,P<0.01)
(9)
R2为0.84，说明早疫病病叶率84%的变化可以解释病情指数的变化，这为早疫病病情指数与病叶率的正相关关系推断提供了支持.
2.4 不同处理对马铃薯块茎产量及干物质含量的影响
由表1可知：不同处理的块茎数和块茎质量均没有显著差异；
T2的干物质含量与CK有显著差异(P<0.05)，前者比后者提升了5.21%，说明优化处理可以显著提高马铃薯的干物质含量.
A.CK和T1的早疫病病情指数和病叶率的关系；
B.T2的病叶率与公式(9)估算的病情指数的关系.图4 马铃薯早疫病的病情指数和病叶率的经验方程与验证Fig.4 Empirical equation and validation of disease index and diseased leaf rate of potato early blight
表1 不同处理下的马铃薯块茎数、块茎质量及干物质含量1)Table 1 Tuber number, tuber weight and dry matter content of potato under different fungicide treatments
本研究表明，在马铃薯早疫病防治过程中，施用杀菌剂处理相对于不施药处理明显降低了病情指数和病叶率，这与范子耀等[11]的田间试验结果一致.常规处理组因施药时间较早，在马铃薯早疫病发病前期的抑制作用显著，与齐海英[14]的发现相似.有研究发现，在马铃薯早疫病发病初始阶段喷施杀菌剂可以提高防治效果[15,21-22]；
本试验中的优化处理于马铃薯早疫病发病初始阶段开始施药，其在发病中后期的抑制作用显著.石延茂等[23]和陈申宽等[24]研究发现，病叶率与病情指数呈现正相关关系，病情指数随着病叶率的增大而增加.该结论与本研究结果一致，本研究还发现，同一病叶率下优化处理组拟合的病情指数低于常规处理组和空白对照组.
据报道，施用杀菌剂可显著提高马铃薯的块茎产量[5,25-26].本研究发现，与对照组相比，常规处理组和优化处理组均提高了块茎产量，但增加幅度不显著.造成这种差异的原因可能是马铃薯的品种、试验所在地的气候条件、施用药剂的种类及次数等不同.本试验结果与Franc et al[9]和Abuley et al[7]发现的杀菌剂处理对马铃薯块茎产量影响不显著的结果相一致.因此，在评价早疫病防治对产量的影响时可能还需要考虑品种、气候等其他因素的影响.此外，干物质含量不仅关系到马铃薯加工原材料的成本[25]，还影响马铃薯的营养品质、加工品质[27]和经济效益[28].相较于空白对照组，常规处理组和优化处理组的马铃薯干物质含量均有所增加，但仅优化处理组的变化显著(P<0.05)，提升了5.21%，达到了薯条、薯片加工方面品质标准的要求(干物质含量≥20.0%)[29].
优化处理中施药次数减少是否会达到同样的抑制效果，尚需进一步探索.马铃薯大型种植和加工企业对薯条、薯片的加工还需要考虑还原糖含量、龙葵素含量和淀粉含量等品质指标[30-31]，未来还将在减少施药次数和用量的条件下结合气候因素继续研究施药方案对马铃薯各品质指标的影响.
(1)常规处理和优化处理均能降低马铃薯早疫病的病情指数和病叶率，但优化处理在马铃薯生长的中后期对早疫病的抑制效果较好；
(2)优化处理的干物质含量显著高于空白对照组，达到了薯条、薯片的加工标准.