《Plants》：Combining Bacillus and Trichoderma in Bio-Organic Fertilizers with Reduced Chemical Fertilizer: An Effective Strategy Against Cucumber Fusarium Wilt
Xing Luo,
Jiawei Ouyang,
Jing Li,
Hua Yu,
Song Guo,
Xiangzhong Zeng,
Zijun Zhou,
Yuxian Shangguan,
Mingjiang He and
Yusheng Qin
+ 2 authors
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本研究发现，在减施25%化学氮肥（N）的背景下，复合（Bacillus amyloliquefaciens Z2 + Trichoderma harzianum T22）生物有机肥（Bio-Organic Fertilizer, BOF）是防控黄瓜枯萎病（Fusarium wilt）的最有效策略。该方案不仅能显著降低病情指数（Disease Index, DI）达51.54%，提高产量21.02%，改善果实维生素C（Vc）和总氨基酸（AAs）含量，更能富集有益菌群（如JG30-KF-AS9、Sphingomonadaceae），抑制病原菌Fusarium增殖，为微生物辅助的可持续作物生产提供了科学依据。
引言：设施农业面临的挑战与绿色解决方案的探索
现代集约化农业长期依赖化肥的大量施用以保障粮食安全，但其长期过量使用引发了土壤健康退化、水体富营养化等一系列环境与农学危机。这一问题在中国蔬菜种植中尤为突出，其化肥施用量是主粮作物的3.3倍。黄瓜（Cucumis sativus L.）作为全球重要的经济作物，在设施农业的连作模式下，由尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum）引起的黄瓜枯萎病（Fusarium wilt）严重威胁生产，可导致高达80%的产量损失。传统化学杀菌剂和抗病品种等策略存在环境风险、病原抗性及效果不稳定等局限。因此，寻找可持续的病害防控与产量、品质提升方案迫在眉睫。
生物防治（Biological control）作为一种环境友好的策略日益受到重视。解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）和哈茨木霉（Trichoderma harzianum）是两类重要的植物促生微生物（Plant Growth-Promoting Microorganisms, PGPM）。传统研究认为二者可能存在拮抗，但近期证据表明，二者共接种可产生协同效应，促进作物生长。本研究基于前期发现——用25%的有机肥氮替代化学氮肥可提升黄瓜产量与品质，进一步探究了在此减氮（75%化学氮+25%有机/生物有机肥氮）模式下，单独及复合施用上述两种微生物制成的生物有机肥（Bio-Organic Fertilizer, BOF）对黄瓜枯萎病的防控效果、黄瓜生长、产量品质及土壤微生物群落的影响。
结果
1. 温室实验：微生物菌剂降低黄瓜病情指数并促进生长
在温室盆栽实验中，接种病原菌（F. oxysporum）的对照组病情指数（DI）较高。单独施用细菌悬液（BS, B. amyloliquefaciens Z2）、真菌孢子悬液（FS, T. harzianum T22）及其复合溶液（FS+BS）均能显著降低DI，降幅在40.48%至68.75%之间，其中复合处理（FS+BS）与单独真菌处理（FS）效果最佳。同时，所有微生物处理均显著增加了黄瓜的株高、地上部鲜重和根鲜重，复合处理在增加黄瓜干重（地上部增36.94%，根增87.10%）方面表现最为突出。
2. 田间实验：微生物生物肥料缓解黄瓜病害并促进生长
在田间自然带病土壤中进行的单季试验（2024年5月至9月）设置了7个处理：不施肥对照（Control）、常规化肥（CF, 100%化学氮）、减氮25%+有机肥（OF）、减氮25%+真菌生物肥（F-BF）、减氮25%+细菌生物肥（B-BF）、减氮25%+复合生物肥（Syn）、减氮25%+商品生物肥（CBF）。结果表明，所有施肥处理均不同程度降低了DI，其中复合生物肥（Syn）处理效果最好，将DI从对照的48.48%降至23.49%，降幅达51.54%。在促进生长方面，Syn处理使黄瓜地上部鲜重增加了12.19%，根鲜重增加了15.55%至44.36%。
3. 对黄瓜营养元素含量、产量与品质的影响
在营养元素方面，复合生物肥（Syn）处理显著提高了黄瓜地上部的总磷（TP）和总钾（TK）含量，分别比常规化肥（CF）处理增加了16.29%和16.84%。在产量与果实品质方面，复合生物肥（Syn）处理在维持与常规化肥（CF）相近的单果重和果实长度下，将产量提升了21.02%。同时，Syn处理显著改善了果实营养品质：维生素C（Vc）含量比对照提高了21.17%，总氨基酸（AAs）含量提高了26.23%。在检测到的16种氨基酸中，Syn处理增加了其中绝大多数（15种）的含量。
4. 对土壤化学性质的影响
施用所有肥料均不同程度降低了土壤pH。与单施化肥（CF）相比，施用各类有机肥/生物肥（OF, F-BF, B-BF, Syn, CBF）均显著提高了土壤有机质（OM）含量。复合生物肥（Syn）处理显著提高了土壤速效磷（AP）和速效钾（AK）含量，分别比CF处理增加了12.68%和15.39%，这与黄瓜植株中磷钾含量的提升趋势一致。
5. 对根际土壤微生物群落的重塑
细菌群落：主坐标分析（PCoA）显示，细菌生物肥（B-BF）和复合生物肥（Syn）处理的细菌群落结构与有机肥（OF）和真菌生物肥（F-BF）处理明显分离。相关性分析发现，黄瓜病情指数（DI）与有益细菌科JG30-KF-AS9、Sphingomonadaceae以及Bacillaceae（接种的芽孢杆菌所属科）的相对丰度呈显著负相关，而与黄瓜根重呈正相关。
真菌群落：含有哈茨木霉的处理（F-BF和Syn）其真菌群落与其他处理明显分开。复合生物肥（Syn）处理显著提高了有益真菌科Chaetomiaceae和属Condenascus的相对丰度。相反，病原菌Fusarium的相对丰度在细菌生物肥（B-BF）处理中最高。相关性分析表明，黄瓜DI与Fusarium和Neocosmospora的相对丰度正相关，而与Condenascus负相关。有益真菌Chaetomiaceae和接种的Trichoderma的相对丰度与黄瓜根重正相关。
讨论
本研究证实，在减施25%化学氮肥的背景下，复合施用解淀粉芽孢杆菌Z2和哈茨木霉T22制成的生物有机肥，相比单一菌剂或单纯有机肥，展现出最佳的黄瓜枯萎病防控、促生、增产和提质效果。其优异的性能可归因于多方面的协同机制：
首先，复合菌剂可能通过产生抗生素、竞争营养空间、诱导系统抗性等多种方式直接抑制病原菌Fusarium。其次，该处理优化了土壤养分循环，显著提升了土壤和植株的磷、钾有效性。最重要的是，复合生物肥（Syn）处理特异性地富集了多种已知具有生防或促生功能的有益微生物类群，如细菌中的JG30-KF-AS9、Sphingomonadaceae，以及真菌中的Chaetomiaceae、Condenascus，同时抑制了病原菌Fusarium的增殖，从而通过调控根际微生物群落结构，构建了一个更健康的、有利于作物生长的土壤微环境。这种“以菌治菌”的生态调控方式，是本策略实现持续病害防控的核心。
结论
综上所述，将减量25%的化学肥料与复合了Bacillus amyloliquefaciens Z2和Trichoderma harzianum T22的生物有机肥结合使用，是一项高效、可持续的农业实践策略。该策略不仅能有效遏制黄瓜枯萎病，保障和提升黄瓜产量与果实营养品质，更能通过优化根际微生物群落，增强土壤生态系统的健康和韧性。这为减少农业对化学投入品的依赖，实现作物生产的绿色可持续发展提供了重要的理论依据和实践方案。
