木醋液熏蒸对大棚土壤及西瓜生长的影响.pdf

中国农学通报 http// ChineseAgriculturalScienceBulletin 中国农学通报 2019,352885-89 ChineseAgriculturalScienceBulletin 0 引言 土壤熏蒸是消除或减轻保护地连作障碍的技术措 施 之 一 。 溴 甲 烷 曾 广 泛 用 作 土 壤 熏 蒸 剂 ， 但 由 于 对 臭 氧 层 的 破 坏 作 用 ， 于2015 年 在 全 球 禁 止 使 用 ， 寻 找 廉 价的替代品迫在眉睫 。 一些研究结果显示 ， 氯化苦 、 棉 隆 、 威 百 亩 、 1,3- 二 氯 丙 烯 和 碘 甲 烷 等 均 具 有 替 代 溴 甲 烷 的 潜 力 ， 但 也 存 在 效 果 不 稳 定 、 成 本 高 、 残 留 等 诸 多 问题 [1-4] 。 木 醋 液 是 生 物 质 干 馏 的 副 产 物 ， 组 成 成 分 十 分 复 杂 ， 呈 强 酸 性 ， 主 要 是 小 分 子 的 有 机 酸 、 醇 、 酚 、 酮 基金项目 国家十三五重点研发项目 “ 河套平原盐碱地生态治理关键技术研究与集成示范 ” 2016YFC0501306-02 。 第 一 作 者 简 介 张 文 丽 ， 女 ， 1995 年 出 生 ， 山 西 长 治 人 ， 硕 士 研 究 生 ， 研 究 方 向 土 壤 生 物 学 过 程 与 生 态 健 康 。 通 信 地 址 100193 北 京 市 海 淀 区 圆 明 园 西路2 号 中国农业大学资源与环境学院 ， Tel 010-62734285 ， E-mail 。 通 讯 作 者 林 启 美 ， 男 ， 1961 年 出 生 ， 湖 北 武 穴 人 ， 教 授 ， 博 士 ， 研 究 方 向 土 壤 生 物 与 生 物 过 程 。 通 信 地 址 100193 北 京 市 海 淀 区 圆 明 园 西 路2 号 中 国 农业大学资源与环境学院 ， Tel 010-62734285 ， E-mail 。 收稿日期 2018-05-10 ， 修回日期 2018-09-17 。 木醋液熏蒸对大棚土壤及西瓜生长的影响 张文丽 1 ， 范 丽 1,2 ， 林启美 1 ， 李贵桐 1 ， 赵小蓉 1 （ 1 中国农业大学资源与环境学院 ， 北京100193 ； 2 成都土壤肥料测试中心 ， 成都610041 ） 摘 要 木 醋 液 是 生 物 质 热 裂 解 过 程 中 的 烟 气 液 化 而 形 成 的 液 体 ， 作 为 土 壤 熏 蒸 剂 的 作 用 与 效 果 目 前 还 没有数据 。 本研究将不同量木醋液喷施 于大棚土壤 ， 并以溴甲烷为对照 ， 观测其抑菌作用及其对西瓜 生 长 的 影 响 。 结 果 表 明 喷 施7503000kg/hm 2 木 醋 液 ， 土 壤pH 值 降 低 了0.100.31 个 单 位 ， 矿 质 氮 无 显 著 的 变 化 ， 可 培 养 细 菌 、 真 菌 和 放 线 菌 分 别 提 高 了101132 、 38204 和1058 ， 而 镰 孢 菌 和 疫 霉 菌 分 别 降 低 了64316 和1238 。 比 起 溴 甲 烷 ， 木 醋 液 尽 管 对 土 壤 微 生 物 区 系 的 负 面 影 响 很 小 ， 但杀灭病原菌的作用不仅很 微弱 ， 且时效也很短 ； 还可能抑制土壤有机氮矿化 ， 降低土壤矿质氮含量 ， 施 用量过大会降低西瓜产量 ， 显然 ， 木醋液作为设施大棚土壤熏蒸剂的价值很低 。 关键词 木醋液 ； 土壤熏蒸 ； 大棚 ； 西瓜 ； 镰孢菌 ； 疫霉菌 中图分类号 S472 文献标志码 A 论文编号 casb18050045 Fumigation with Wood Vinegar Effects on Soil and Watermelon Growth in Greenhouse Zhang Wenli 1 , Fan Li 1 , 2 , Lin Qimei 1 , Li Guitong 1 , Zhao Xiaorong 1 1 College of Resources and Environment Sciences , China Agricultural University , Beijing 100193; 2 Chengdu Soil Fertilizer Testing Center , Chengdu 610041 Abstract Wood vinegar is a substance ed from the liquefaction of flue gas during biomass pyrolysis process. Currently, there is no data about the roles of wood vinegar as a soil fumigant. We sprayed different volumes of wood vinegar on soil in greenhouse, took methyl bromide as a control to observe its antibacterial activity and effect on watermelon growth. The results showed that soil pH value reduced by 0 . 10 - 0. 31 units, while mineral nitrogen had no significant change with spraying 750- 3000 kg/hm 2 wood vinegar; in addition, the amounts of culturable bacteria, fungi and actinomycetes increased by 101- 132 , 38 - 204 and 10- 58 ; both Fusarium and Phytophthora are reduced by 64 - 316 and 12 - 38 , respectively. Compared with methyl bromide, wood vinegar had weaker and shorter impacts on pathogens though having less negative effect on soil microflora; moreover, nitrogen mineralization might be partially inhibited and thus induced low content of soil mineral nitrogen; spraying too much wood vinegar would reduce the yield of watermelon. In conclusion, wood vinegar has a low value as a fumigant in the greenhouse soil. Keywords wood vinegar; soil fumigant; greenhouse; watermelon; fusarium; phytophthora中国农学通报 http// 类 物 质 ， 其 中 乙 酸 含 量 最 高 [5] 。 纯 培 养 和 叶 面 喷 施 试 验 结 果 显 示 ， 木 醋 液 具 有 灭 菌 和 调 节 土 壤 微 生 物 群 落 结 构 的 作 用 ， 还 有 除 草 的 功 效 ， 对 植 物 生 长 有 一 定 的 促 进 作 用 [6-10] ， 还 能 够 改 良 盐 碱 土 [11-12] 。 有 研 究 表 明 ， 可 以 用 适 当 浓 度 的 木 醋 液 代 替 硝 酸 来 调 节 营 养 液 的 pH 值 ， 且 对 生 菜 的 生 长 没 有 显 著 影 响 [13] ， 而 且 可 以 杀 死 红 螨 [14] 。 另 外 ， 木 醋 液 作 为 添 加 剂 可 以 提 高 堆 肥 质 量 、 降 低 重 金 属 毒 性 [15] 。 但 是 ， 木 醋 液 作 为 土 壤 熏 蒸 剂 的 作 用 与 效 果 如 何 ， 目 前 还 没 有 研 究 。 因 此 ， 本 研 究 将 不 同 用 量 木 醋 液 喷 施 于 设 施 菜 田 ， 观 测 其 抑 菌 作 用 与 效 果 以 及 对 西 瓜 生 长 的 影 响 ， 笔 者 假 设 木 醋 液 熏 蒸 能 够 杀 灭 设 施 菜 田 土 壤 病 原 菌 ， 也 有 利 于 西 瓜 生 长 ， 但 其 效 果 与 使 用 量 有 关 ， 可 替 代 或 部 分 替 代 溴 甲 烷 。 以 期 了 解 木 醋 液 熏 蒸 对 土 壤 微 生 物 区 系 尤 其 是 主 要 病 原 菌 数 量 的 影 响 ， 进 一 步 评 价 木 醋 液 作 为 设 施 菜 田 土 壤 熏 蒸 剂 的 潜 力 与 价 值 ， 并 寻 找 合 适 的 用 量 。 1 材料与方法 1.1 试验时间 、 地点 大 棚 试 验 于2016 年8 月 2017 年2 月 初 在 北 京 市 顺义区北务镇康一品农产品物流有限公司生产基地温 室大棚内进行 ， 单个大棚面积420m 2 。 1.2 试验材料 1.2.1 土 壤 砂 壤 质 潮 土 ， pH7.17 ， 有 机 质32.48g/kg ， 全 氮1.02g/kg ， 有 效 磷96.40mg/kg ， 有 效 钾128.16mg/kg 。 1.2.2 木醋液和溴甲烷 木醋液购自北京大兴区魏善庄 李 家 场 村 生 物 质 气 化 站 ， 是 木 材 、 果 枝 和 蘑 菇 棒450 ℃ 慢 速 裂 解 的 产 物 ， pH 4.2 ， C 、 N 、 P 全 量 浓 度 分 别 为 20.79g/L 、 0.26g/L 、 15mg/L 。 溴 甲 烷 购 买 自 北 京 捷 西 农业科技有限公司 。 1.3 试验方法 1.3.1 大 棚 熏 蒸 试 验 试 验 设5 个 处 理 ， 分 别 为 （1 ） 不 熏 蒸 对 照CK ， （2 ） 木 醋 液750kg/hm 2 （ 木50 ） ， （3 ） 木 醋 液1500 kg/hm 2 （ 木100 ） ， （4 ） 木 醋 液3000 kg/hm 2 （ 木 200 ） ， （5 ） 溴 甲 烷450 kg/hm 2 MB 。 随 机 区 组 设 计 ， 埋 入塑料布将各小区隔开 ， 以减少熏蒸剂扩散的影响 。 耕 地 后 ， 表 施 有 机 肥 （N 、 P 、 K 含 量 分 别 为17.49 、 9.21 、 19.26g/kg ） ， 用 量 为1800kg/hm 2 。 木 醋 液 均 匀 喷 施于地表 ， 溴甲烷条施 ， 立即覆盖塑料地膜进行熏蒸处 理 。10 天 后 揭 膜 ， 用 土 钻 随 机 多 点 （10 钻 ） 从 各 小 区 立 即 采 集020cm 土 层 土 壤 ， 测 定pH 值 、 矿 质 氮 、 细 菌 、 真 菌 、 放 线 菌 、 镰 孢 菌 、 疫 霉 菌 数 量 。1 周 后 移 栽 ‘ 京 秀 ’ 西 瓜 幼 苗 ， 收 获 测 定 西 瓜 产 量 ， 并 分 别 在 熏 蒸 后 第25 天 和51 天采 集020cm 土层 土壤 ， 测定pH 值 、 矿质 氮 、 细 菌 、 真菌 、 放线菌 、 镰孢菌 、 疫霉菌数量 。 1.3.2 测 定 方 法 土 壤pH 值 用2.51 水 土 比 浸 提SPM- 10 数 字 式pH 计 测 定 。 矿 质 氮 （ 铵 态 氮 硝 态 氮 ） 含 量 用0.5 mol/L 的K2SO4 浸 提 流 动 分 析 仪 测 定 。 土 壤 细 菌 、 真菌和放线菌数量用稀释平板计数法测定 ， 细菌用 牛肉膏蛋白胨培养基 ， 真菌用马丁氏培养基 ， 放线菌用 高 氏 一 号 培 养 基 [16] 。 镰 孢 菌 Fusariumspp. 用Komada 方法 [17] ， 疫霉菌属Phytophthoraspp.用Masago 方法 [18] 。 1.3.3 统 计 分 析 所 有 数 据 均 为3 次 重 复 的 算 术 平 均 值 ， 用 烘 干 土 壤 质 量 表 示 。 西 瓜 产 量 用 单 位 面 积 西 瓜 新鲜质量表示 。 用单因素方差分析方法检验各处理之 间 的 显 著 性 差 异 ， 用 最 小 显 著 差 异LSD0.05 表 示95 置 信度的显著性差异 。 2 结果与分析 2.1 土壤pH 值和矿质氮含量 木 醋 液 熏 蒸 后 ， 土 壤pH 值 显 著 降 低 了0.100.31 个 单 位 ， 木 醋 液 用 量 越 大 ， 土 壤pH 值 降 低 的 幅 度 越 大 （ 见 图1a ） 。 木 醋 液 为 酸 性 ， 这 显 然 是 木 醋 液 的 中 和 效 应 ， 但 随 着 中 和 效 应 减 弱 ， 木 醋 液 的 有 机 酸 物 质 被 图 1 木醋液和溴甲烷熏蒸后西瓜生长期间土壤 pH 值和矿质氮含量的变化 值 熏 蒸 后 时 间 木 木 木 矿 质 氮 熏 蒸 后 时 间 矿 质 氮 木 木 木 86微 生 物 分 解 ， 土 壤pH 值 有 所 升 高 。 令 人 费 解 的 是 喷 施750 kg/hm 2 （ 木50 ） 处 理 ， 在25 天 时 土 壤pH 值 降 低 到pH 6.37 ， 目 前 还 没 有 合 理 的 解 释 ， 可 能 与 喷 施 的 木 醋 液 数 量 以 及 西 瓜 生 长 等 有 关 。 与 之 不 同 ， 溴 甲 烷 熏 蒸 后 ， 土 壤pH 值 升 高 了0.120.31 个 单 位 。 这 种 现 象 目 前 还 没 有 合 理 的 解 释 ， 可 能 与 土 壤 微 生 物 群 落 结 构 改 变 有 关 ， 这 种 变 化 可 能 导 致 有 机 物 质 分 解 过 程 中 质 子的释放与消耗 。 无 论 是 木 醋 液 还 是 溴 甲 烷 熏 蒸 处 理 的 土 壤 ， 其 矿 物 质 氮 含 量 与 对 照 十 分 接 近 ， 说 明 熏 蒸 处 理 对 土 壤 矿 质 氮 含 量 没 有 显 著 的 直 接 的 影 响 （ 见 图1b ） 。 但 是 ， 在 试 验 结 束 时 ， 溴 甲 烷 熏 蒸 处 理MB 和 对 照 土 壤CK 矿 质 氮 含 量 相 近 ， 比 木 醋 液 熏 蒸 处 理 的 土 壤 高48 82 。 这 可 能 是 由 于 熏 蒸 结 束 以 后 ， 木 醋 液 处 理 的 土 壤微生物活性仍然很低 ， 土壤有机氮矿化作用比较弱 ； 而 溴 甲 烷 熏 蒸 的 土 壤 微 生 物 逐 渐 恢 复 活 力 ， 土 壤 有 机 氮 矿 化 作 用 逐 渐 增 强 ， 以 致 熏 蒸 结 束 约20 天 ， 土 壤 矿 质氮含量逐渐升高 ， 并达到未熏蒸土壤水平 。 2.2 土壤可培养微生物 木 醋 液 熏 蒸10 天 ， 土 壤 细 菌 （ 见 图2a ） 、 真 菌 （ 见 图 2b ） 和 放 线 菌 （ 见 图2c ） 的 数 量 ， 分 别 比 对 照 土 壤 增 加 了101132 、 38204 和1058 ， 并 且 在 西 瓜 生 长 期 间 ， 土 壤 可 培 养 微 生 物 也 比 较 多 。 溴 甲 烷 熏 蒸 的 土 壤 ， 真 菌 几 乎 没 有 ， 并 且 在 西 瓜 生 长 期 仍 然 很 低 （ 见 图2b ） ； 而 细 菌 和 放 线 菌 比 较 多 ， 如 熏 蒸10 天 后 ， 土 壤 细 菌 含 量 达2.110 8 cfu/g ， 比 对 照 土 壤 高966 （ 见 图 2c ） 。 这 说 明 溴 甲 烷 熏 蒸 基 本 杀 灭 了 土 壤 真 菌 ， 恢 复 需 要比较长的时间 ， 但有利于细菌和放线菌生长 ； 而木醋 液 不 仅 没 有 杀 灭 土 壤 中 可 培 养 的 微 生 物 ， 而 且 可 作 为 土壤微生物的基质 ， 有利于微生物生长繁殖 。 2.3 镰孢菌和疫霉菌 无 论 是 木 醋 液 还 是 溴 甲 烷 熏 蒸 ， 均 显 著 地 降 低 了 土 壤 镰 孢 菌 （ 见 图3a ） 和 疫 霉 菌 数 量 （ 见 图3a ） ， 尤 其 是 溴 甲 烷 熏 蒸 的 土 壤 ， 几 乎 检 测 不 到 这2 种 病 原 真 菌 ， 并 且在西瓜生长期间仍然保持很低的水平 。这体现出溴 甲烷强烈的杀灭病原真菌的作用与效果 。木醋液熏蒸 的 土 壤 ， 其 镰 孢 菌 和 疫 霉 菌 数 量 比 对 照 土 壤 分 别 降 低 了64316 和1238 。 对 于 镰 孢 菌 来 说 ， 木 醋 液 用量越大 ， 其杀灭镰孢菌的效果越好 ； 而疫霉菌的杀灭 效 果 与 木 醋 液 用 量 没 有 显 著 的 关 系 。 但 是 ， 木 醋 液 熏 图 2 木醋液和溴甲烷熏蒸后土壤细菌 、 真菌和放线菌在西瓜生长期间的变化 细 菌 熏 蒸 后 时 间 细 菌 木 木 木 真 菌 熏 蒸 后 时 间 真 菌 木 木 木 放 线 菌 熏 蒸 后 时 间 放 线 菌 木 木 木 张 文 丽 等 木 醋 液 熏 蒸 对 大 棚 土 壤 及 西 瓜 生 长 的 影 响 87中国农学通报 http// 蒸结束后 ， 土壤镰孢菌和疫霉菌数量迅速增加 ， 有些处 理 甚 至 超 过 对 照 水 平 。 其 中 木 醋 液750kg/hm 2 （ 木50 ） 处 理 的 土 壤 镰 孢 菌 含 量 在25 天 时 比 对 照 土 壤 高 89 。 木 醋 液1500kg/hm 2 （ 木100 ） 处 理25 天 后 ， 土 壤 疫 霉 菌 数 量 比 对 照 土 壤 高36 ， 到 试 验 结 束 时 ， 仍 然 比 对 照土壤高 。 这说明木醋液尽管具有一定的杀灭镰孢菌 和 疫 霉 菌 的 作 用 ， 但 效 果 很 有 限 ， 而 且 时 效 也 比 较 短 。 2.4 西瓜产量 由于移栽比较晚 ， 夏季大棚温度比较高 ， 致使西瓜 遭 受 高 温 危 害 ， 产 量 比 常 规 大 棚 低 。 但 图4 的 结 果 显 示 ， 溴 甲 烷 熏 蒸 处 理 的 西 瓜 产 量 比 对 照 提 高 了18 ， 而 喷 施 木 醋 液3000kg/hm 2 （ 木200 ） 处 理 西 瓜 产 量 不 到 对 照 的 一 半 。 这 说 明 溴 甲 烷 熏 蒸 可 以 提 高 西 瓜 产 量 ， 而 喷 施 少 量 木 醋 液 对 西 瓜 产 量 没 有 显 著 的 影 响 ， 但 喷 施 过 多 产 生 负 面 效 应 。 其 原 因 可 能 是 木 醋 液 用 量 过 大 时 ， 抑 制 作 用 增 强 ， 破 坏 了 土 壤 的 生 态 平 衡 ， 导 致 土 壤 养分失衡 ， 所以对西瓜产生了负面影响 。 3 讨论与结论 连 作 障 碍 是 限 制 设 施 果 蔬 生 产 的 重 要 因 素 之 一 ， 其中土传病害最为严重 。 镰孢菌和疫霉菌是影响西瓜 等 瓜 类 生 长 重 要 的 土 传 病 原 菌 ， 常 常 导 致 瓜 类 生 产 严 重损失 [19-20] 。土传病害非常难以防治 ， 土壤灭菌是最常 用 而 有 效 的 方 法 之 一 [21] 。 土 壤 灭 菌 方 法 有 多 种 ， 包 括 物 理 [22] 、 化 学 [23] 和 生 物 学 [24] 等 [25] ， 在 一 定 程 度 上 均 可 杀 死 土 传 病 菌 ， 降 低 其 病 原 菌 指 数 。 但 主 要 是 由 于 其 成 本 、 可 操 作 性 、 安 全 性 及 其 灭 菌 效 果 ， 利 用 化 学 药 剂 进 行 土 壤 熏 蒸 显 得 快 速 、 简 便 且 有 效 [26] ， 发 达 国 家20 世 纪 中 期 就 已 经 大 量 使 用 ， 中 国 改 革 开 放 后 才 引 进 相 关 技 术 ， 近10 多 年 才 在 一 些 地 区 应 用 [27-29] 。 溴 甲 烷 曾 经 是 广 泛 施 用 而 极 其 有 效 的 化 学 熏 蒸 剂 之 一 ， 但 由 于 其 对臭氧层的破坏作用 ， 全球已经禁止使用 [30-31] 。尽管氯 化 苦 、 棉 隆 、 威 百 亩 、 1,3- 二 氯 丙 烯 和 碘 甲 烷 等 具 有 良 好 的 潜 力 ， 但 目 前 还 没 有 非 常 合 适 的 溴 甲 烷 替 代 品 [32-33] ， 寻找廉价的 、 多功能的 、 低负面效应的新型熏蒸 剂仍然很有必要 。 本 研 究 结 果 显 示 ， 木 醋 液 熏 蒸 处 理 对 土 壤 可 培 养 微 生 物 区 系 有 正 面 影 响 ， 也 能 够 显 著 降 低 镰 孢 菌 和 疫 霉菌数量 ， 但比起溴甲烷的杀灭作用 ， 木醋液杀灭病原 菌的作用不仅很微弱 ， 而且时效也很短 ； 还可能抑制土 壤有机氮矿化 ， 降低土壤矿质氮含量 ， 施用量过大还会 降 低 西 瓜 产 量 。 所 以 ， 木 醋 液 不 能 作 为 设 施 大 棚 土 壤 熏蒸剂 。 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