强还原土壤灭菌研究进展.pdf

土 壤 Soils 2020 52 2 223 233 基金项目 中国科学院 西部青年学者 A 类项目资助 通讯作者 xgwang 作者简介 朱文娟 1993 女 贵州遵义人 硕士研究生 主要研究方向为土壤与环境 E mail zhuwenjuan DOI 10 13758 ki tr 2020 02 002 朱文娟 王小国 强还原土壤灭菌研究进展 土壤 2020 52 2 223 233 强还原土壤灭菌研究进展 朱文娟 1 2 王小国 1 1 中国科学院成都山地灾害与环境研究所 成都 610041 2 中国科学院大学 北京 100049 摘 要 随 着经 济和技术 的快速 发展 以高 投入 高产出 高 频种 植等为特 点的集 约化种植 已成为 我国重要 的农业 生产模式 伴随 集 约化种植程度不断提高 作物土传病害频 发 且易发生酸化 次生盐渍化 土 壤 板结等土地退化现象 往往造成作物连作障碍 强 还原土壤 灭菌方 法 reductive soil disinfestation RSD 作为 一种环 境友好型 方法 兼具杀灭 土传病 原菌和改 善土壤 理化性质 易操 作 和处理时 间短等 特点 已 成功用 于作物连 作障碍 的防治 本文根 据不同作 物类型 及不同土 传病原 菌 归纳 总结 了 RSD 处理 过程所 采取的有机物质类型 施用量 温度条件 淹水覆膜状况及灭菌效果 关键词 强还原土壤灭菌 有机物质类型 连作障碍 中图分类号 S154 文献标志码 A Advances in of Reductive Soil Disinfestation ZHU Wenjuan 1 2 WANG Xiaoguo 1 1 Institute of Mountain Hazards and Environment Chinese Academy of Sciences Chengdu 610041 China 2 University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049 China Abstract With the rapid development of economy and technology intensive cultivation characterized by high and high frequency planting have become important patterns of agricultural production in China With farming cultivation increasing steadily in intensiveness such as soil borne pathogens soil acidification secondary salinization soil consolidation and so on occur more frequently these problems often cause seriously successive cropping obstacle Reductive soil disinfestation RSD is an environment friendly which has the characteristics of inhibiting soil borne pathogens and improving soil physicochemical properties convenient and easy to operator and short processing time It has been successfully applied to the successive cropping obstacle Based on different crop types and soil borne pathogens this article summarizes the types of organic matter application rates temperature conditions flooding lamination and disinfestation effects of the RSD Key words Reductive soil disinfestation Organic matter type Successive cropping obstacle 同一种作物或近缘作物连作后 即使采用正常的 栽培管理措施也会发生产量降低 品质变劣 生育状 况变差的现象 这一现象即是连作障碍 1 许多大田 经济作物 园艺作物 包括瓜果类蔬菜和观赏花卉 和 中草药材等的种植都存在着不同程度的连作障碍现 象 2 4 由于地理特点 气候条件及种植习惯等因素 的影响 我国相继出现了一批专业化的经济作物 药 材 种植区 如东北大豆种植区 山东花生种植区 海南甘蔗种植区 四川中药材种植区等 大田经济作 物 药材 一般都采用大面积连年种植的形式 随着市 场需求的不断上升 这些作物的栽培面积不断扩大 由此造成更大面积的连作 连作常使作物 药材 生长 不良 病虫害发生严重 从而造成作物产量下降 品 种质量变劣 经济效益降低 5 6 为防治连作障碍 常采取的措施有物理措施 如轮作 间作套种 灌溉 洗盐 高温闷棚等 生物措施 如施用微生物有机肥 施用拮抗剂和选用抗性品种等 以及化学措施 如施 用石灰增加 pH 土壤化学熏蒸等 7 这些方法和技 术对连作障碍具有一定防治和减缓效果 但这些技术 均有其局限性 例如 施用生物有机肥或增施有机肥 一般情况下只起缓解连作障碍的作用 施用石灰可调 节土壤酸度 却不一定能减少土壤中土传病原菌数 224 土 壤 第 52 卷 量 施用甲基溴类化学熏蒸剂是控制土传病菌较有效的 方法 但由于对环境产生负面影响已被禁止使用 8 9 因此 需要解决的连作障碍技术存在的问题是 可用的 防治结合的物化技术和保护农地废弃物再利 用技术较少 全面修复土壤物理 化学和生物性质的 方法不多 6 最近国外刚刚兴起的强还原土壤灭菌 reductive soil disinfestation 简称 RSD 方法是运用生 态学方法 在土壤 作物 微生物的关系中创造有利 于作物生长 不利于病原微生物生长的土壤环境条 件 以达到降低土传疾病的发生率 提高作物产量 的目的 10 12 RSD 处理具体步骤包括 添加有机 物质 采用粉碎机直接或相对高温 40 60 烘干后 粉碎过筛 将粉末状有机物料均匀翻耕入土 或采用 灌溉设备将乙醇等液体有机物质施用到土壤 淹水 覆膜 当土壤不再产生恶臭味时处理结束 撤膜排 水晾干土壤 10 该技术的基本原理是 在短时间内 创造强烈的土壤还原环境 利用反硝化反应以消除积 累在土壤中的硝酸盐 生成硫化氢等还原性硫化物而 脱除硫酸盐 从而达到脱盐的目的 利用还原过程中 产生的 OH 以中和土壤酸性 短时间内强烈的氧化 还原条件转变及还原环境中生成的 H 2 S 等物质可能 抑制甚至杀灭土传病原微生物 有机物料转化生成的 土壤有机质将改变土壤的物理性质 从而彻底修复退 化土壤 为作物创造良好的生长环境 8 10 RSD 方法是近年来代替化学熏蒸灭菌的土壤消 毒处理方法 8 10 该方法较其他土壤处理方法 其优 点明显 耗时短 效率高 传统土壤淹水处理需 3 4 个月 该方法仅需 2 4 周 即可有效杀灭 90 以上的病原菌 所需温度较低 日晒消毒往往需要 40 55 的持续高温才能在较短时间内有效杀灭病 原菌 仅局限在日晒强烈的热带地区和亚热带沿海地 区 相比之下 RSD 方法只需 25 以上温度 物 料选择范围宽 作物秸秆 麦麸 乙醇 覆盖作物 绿肥和粪肥等均可作为有机物料翻入土壤 环保 基本无污染 化学消毒常采用溴甲烷等作为土壤熏蒸 剂 严重破坏环境 引起温室效应等 强还原土壤灭 菌方法充分利用农副产品废弃物 既可实现土壤消毒 灭菌 又能部分解决农田废弃物污染问题 8 10 1 强还原土壤灭菌 RSD 的应用 RSD 处理中添加的有机物料 碳源 可分为干物 质有机物料和和易降解液体化合物 11 干物质有机物 料包括作物秸秆 作物残渣等农业废弃物 易降解液 体化合物主要包括乙醇 乙酸和葡萄糖等 1 1 干物质有机物料作为碳源 1 1 1 干物质有机物料种类 易降解的有机物料 作为碳源添加 已被证明具有良好的灭菌效果 主要 包括苜蓿 麦麸 米糠 玉米秸秆 甘蔗渣 稻壳 芦苇等农业废弃物 鸡粪 猪粪等家禽粪肥 西兰花 芥菜 芝麻菜等新鲜覆盖作物 10 13 14 这些有机物料 都易大量获取 RSD 处理将其作为碳源 可同时起 到降低处理成本 利用有机废弃物 保护生态环境的 作用 10 大部分有机物料都取得了较好灭菌的效果 但是 呈现出差异性 这与有机物料本身理化性质有很大关 系 有机物料富含丰富有机碳 可分为易降解和难降 解 如纤维素和木质素 两种 11 RSD 处理前期厚壁菌 门 Firmicutes 利用有机质大量繁殖并成为优势种群 其中优势属中碳源分解者瘤胃球菌属 Ruminococcus 和产酸菌 如 Clostridia 和 Coprococcus 居多 有学者 推测 RSD 处理前期碳源分解者能够快速分解物料 中的易降解有机碳并协同产酸菌产生有机酸 后期有 机质中剩余部分为难降解有机碳源 微生物分解缓 慢 从而产酸能力也较弱 11 12 这些有机物料降解过 程产生的有机酸正是灭菌最为重要的物质 但由于物 料易氧化有机碳含量不同 产生有机酸的能力高低不 一 此外 RSD 处理过程产生的有益菌等 如芽胞杆 菌 Bacillus 利用易降解有机碳源大量繁殖 这些有益 微生物的拮抗作用 竞争作用及寄生作用能较好地抑 制病原菌 10 11 在易氧化有机碳大致相同的情况下 总氮越高 杀菌效果越好 这可能与氨化作用有关 微生物分解有机氮过程中产生的有毒物质氨具有杀 菌作用 总氮越高氨化作用强度越大 产生的氨也越 多 从而杀菌效果也越好 11 目前已采用的农业有机物料碳氮比 C N 比值范 围在 6 99 159 23 例如苜蓿 麦麸 米糠 菜粕 玉米秸秆等为低 C N 有机物料 甘蔗渣和甘蔗叶等 为高 C N 有机物料 但是 低 C N 的有机物料具有 更高的灭菌速率 能促使土壤发生较高的还原条件 导致土壤中含氮化合物 如氨和亚硝酸 的生成量增 加 从而更好抑制真菌病原体 11 16 在美国田纳西洲 RSD 实施方法中 建议施用 C N 为 10 35 的有机物 料 他们认为 RSD 处理采用的有机物料 C N 过低会 导致氮的损失 而过高的 C N 则使处理后的土壤出 现缺氮情况 需要施用更多的氮肥加以补充 10 也 有研究表明 有机物料的 C N 在 10 40 的范围内可 有效地减少病菌菌核的萌发并增强有益菌核体寄生 菌的定殖 17 总的来说 添加高易氧化有机碳和低 C N 第 2 期 朱 文 娟 等 强 还原土壤灭菌研究进展 225 有机物料所参与的 RSD 处理灭菌效果更好 16 1 1 2 干物质有机物料作为碳源的应用 1 枯萎 病防治 尖孢镰刀菌 Fusarium oxysporum 是一种广 泛分布的土传病原真菌 可引起瓜类 茄科 香蕉 棉 豆科及花卉等 100 多种植物枯萎病的发生 18 例如 何欣等 19 报道指出每克土含 10 3 CFU 的尖孢镰 刀菌就是香蕉枯萎病的致病浓度 RSD 处理对尖孢 镰刀菌具有良好杀灭效果 已经成功防治多种作物 水果枯萎病 例如香蕉 洋桔梗 黄瓜 西瓜 番茄 草莓 菠菜等 其中采用的碳源分别有苜蓿粉 米糠 麦麸 芦苇 甘蔗叶 甘蔗渣 芥菜 萝卜残茬 稻 草 新鲜猪粪等 表 1 RSD 处理的土壤处理温度为 19 7 40 处理时间一般为 9 27 d 土壤温度越 高 RSD 处理时间越短 而处理温度较低时 需要 较长的处理时间 具体处理时间可根据有机物料的施 用量 温度 土传病原菌数量及可供处理的有效时间 做调整 RSD 处理的有机物料施用量一般为 0 31 10 2 kg m 2 表 1 一般而言 有机物料施用量越大 灭菌效果越显著 但黄新琦等 12 以水稻秸秆处理香 蕉尖孢镰刀菌高度侵染的土壤时 发现施用量为土壤 质量的 0 6 和 1 2 时 杀菌效果并无显著差异 RSD 处理通过淹水和覆膜处理可将土壤与大气隔 绝 快速建立强还原环境 而对于少部分持水能力 差或不便淹水处理土壤 可选择覆膜 透明塑料膜 有利于日晒和提高土壤温度 不透明膜对控制杂草 有一定作用 11 14 表 1 RSD防治枯萎病所采用的干物质有机物料 Table 1 Dry organic matter used by RSD to prevent Fusarium oxysporum wilt 碳源 C N 施用量 温度 处理 时间 淹水覆膜 情况 作物 试验 条件 病原菌 情况 地理位置 参考 文献 米糠 麦麸 甘蔗渣 芦苇 88 45 33 76 94 93 62 86 2 m m 35 14 d FC 洋桔梗 盆栽 自然 云南 11 新鲜猪粪 129 6 1 6 m m 25 40 15 d FC 香蕉 盆栽 自然 海南 12 水稻秸秆 46 0 6 1 2 m m 25 40 15 d FC 香蕉 盆栽 自然 海南 12 苜蓿粉 香蕉叶 甘蔗叶 麦麸 甘蔗渣 芦苇 29 6 29 19 60 29 33 76 94 93 62 86 2 m m 35 16 d F 香蕉 盆栽 自然 广西 16 苜蓿粉 0 25 冰乙酸 23 19 1 m m 35 21 d FC 西瓜 盆栽 自然 安徽 20 麦麸 NR 0 00 0 016 g g 土 28 9 14 d FC 番茄 温室 接种 日本 21 麦麸 NR 0 008 0 016 g g 土 28 9 14 d FC 番茄 温室 接种 日本 21 麦麸 NR 1 kg m 2 30 33 15d FC 番茄 田间 室内 接种 日本 22 麦麸 NR 1 kg m 2 30 3 w FC 康乃馨 温室 自然 阿根廷 23 萝卜 麦麸 NR NR 6 kg m 2 1 kg m 2 NR 18 d FC NR 室内 接种 日本 24 麦麸 NR 1 kg m 2 24 34 3 w FC 菠菜 温室 自然 日本 25 27 芥菜 燕麦 NR 3 29 10 4 kg m 2 18 1 35 5 3 w FC 菠菜 田间 自然 日本 27 芥菜 萝卜根 麦麸 NR 2 10 kg m 2 19 7 39 4 3 w FC 菠菜 温室 接种 日本 28 新鲜覆盖作物 NR 0 31 0 58 kg m 2 20 30 3 w C NR 温室 接种 美国 29 苜蓿粉 NR 0 7 5 kg m 2 NR 20 d FC 西瓜 田间 自然 海南 30 稻草 猪粪 NR 0 3 0 6 稻草 0 4 0 7 猪粪 m m 30 15 d FC NR 盆栽 自然 安徽 31 注 表中 d 表示处理天数 w 表示处理周数 m m 表示盆栽试验中有机物料质量与土壤质量比 NR 表示未说明 F 表示仅淹水处理 C 表示仅覆膜处理 FC 表示淹水覆膜或淹水密封处理 表示联合施用多种碳源进行处理 下同 麦麸作为 RSD 处理的碳源对尖孢镰刀菌有较好 灭菌效果 已被国内外科技工作者广泛采用 16 21 22 Momma 等 21 22 研究报道 在日本温室控制试验下 以麦麸为碳源的 RSD 处理能致使菠菜枯萎病发病率 226 土 壤 第 52 卷 降低至 21 1 有效防治由尖孢镰刀菌引起的菠菜枯 萎病 Momma 等 22 研究还发现 在同样温室控制试 验下 以麦麸为碳源的 RSD 处理可降低接种至土壤 中的番茄枯萎病菌厚垣孢子的活力 然而在田间条件 下施用 1 kg m 2 麦麸进行 RSD 处理 处理 15 d 时间 后却没有获得与在温室控制试验下接种番茄枯萎病 菌相似的灭菌效果 并认为这可能是与所添加碳源的 来源不同或其他添加物质有关 相反 阿根廷科学家 Yossen 等 23 研究发现 在田间条件下对自然侵染尖 孢镰刀菌的康乃馨温室 以上述相似土壤处理温度 30 以上 且相同施用量 1 kg m 2 的麦麸进行 RSD 处理 尖孢镰刀菌显著减少 康乃馨枯萎病得到有效 防治 国内 蔡祖聪等 10 刘亮亮等 16 研究 RSD 处 理所使用有机物料与其杀菌效果的相互关系发现 低 C N 麦麸中易氧化有机碳含量高 易降解且刺激有机 酸生产者产生更多的有毒有机酸 加之 C N 较低可 能会诱发较高的灭菌速率 从而在 RSD 过程呈现较 好的灭菌效果 同样包括苜蓿 芦苇 水稻秸秆 玉 米秸秆 香蕉叶 甘蔗叶和甘蔗渣等有机物料 除单 独施用有机物料外 Zhou 等 20 在发生严重枯萎病的 西瓜地 联合施用苜蓿粉和 0 25 冰乙酸 结果表 明新栽幼苗死亡率降低至 0 土壤中尖孢镰刀菌 真 菌 放线菌显著降低 显著控制西瓜枯萎病发生和提 高西瓜产量 值得推广应用 能够产生杀菌物质的十字花科植物也是很好的 有机物料 10 萝卜残茬和芥菜均属于十字花科植物 当添加进土壤后均会释放对病菌具有较好杀灭效果 的挥发性有机物 含有异硫氰酸盐 均能显著杀灭尖 孢镰刀菌 10 25 28 尤其以萝卜残茬为碳源进行 RSD 处理 处理后土壤中细菌群落以梭菌属 Clostridia 和 杆菌属 Bacillus 微生物为主 大大增加了土壤中的梭 状芽孢杆菌 芽孢杆菌等有益微生物 这些有益微生 物菌群能拮抗和抑制土壤中病原菌 有效防治枯萎病 发生 25 28 新鲜覆盖作物也可用作 RSD 处理的碳源杀灭尖 孢镰刀菌 如豇豆 菽麻 珍珠粟 也称为御谷 和高 粱 苏丹草 高粱 苏丹草杂交 等 29 Bulter 等 29 以新 鲜覆盖作物为 RSD 处理的碳源发现 以豇豆与珍珠 粟组合 高粱 苏丹草为碳源均可控制接种到温室土 壤中的番茄枯萎病菌和齐整小核菌 其中尖孢镰刀菌 的死亡率相似 均减少了 97 以上 但是对接种的 齐整小核菌病原体的灭菌效果不一致 虽然新鲜覆盖 作物是一种潜在且有效的碳源物质 但是仍需要进一 步验证其灭菌效果及其一致性 29 同时 采用 RSD 处理防治枯萎病后 土壤中 SO 2 4 和 NO 3 含量均降低 解决了硝酸盐和硫酸盐累积造成 的次生盐渍化问题 也能改善土壤板结和减少土壤酸 化发生 30 32 低 C N 有机物料具有较好灭菌效果 但是在蔬菜大棚由于大量施用氮肥 常积累大量硝态 氮 相反施用 C N 高的秸秆作为有机物料可以促进 硝态氮的生物同化 减少氮素损失 10 2 立枯病防治 土传立枯病又称 死苗 主 要 由立枯丝核菌 Rhizoctonia solani 引起 寄主范围广 除茄科 瓜类蔬菜外 一些豆科 十字花科等蔬菜也 能被害 其是各种作物中产生猝倒病的主要原因 33 这种真菌即使在不利的环境条件下也会以菌核 休眠 形式长期存活 34 目前 苜蓿 米糠 芝麻菜 芥菜 西兰花等作 为 RSD 处理的碳源 已成功用于黄瓜 番茄和红甜 椒等立枯病的防治 35 37 RSD 处理的温度为 18 30 处理时间一般为 15 21 d 表 2 盆栽试验 RSD 处理施用 2 土壤质量的有机物料取得较好灭菌效 果 在美国田纳西洲 RSD 实施方案最初建议的有 机物料施用量为 0 4 土壤质量的有机碳 但这是以 致死各种土传病原菌为目标的施用量 如果需要致死 的土传病原菌对 RSD 处理较为敏感 则有机物料的 施用量可适当减少 10 对感染立枯丝核菌的黄瓜连作地进行盆栽 RSD 处理 施用土壤质量 2 的苜蓿粉 土壤灌溉至水 分饱和并覆盖塑料膜 土壤控温在 30 左右处理 19 d 结果表明立枯丝核菌种群数量显著降低 且土 壤微生物的群落多样性和活性显著增加 36 微生物 拮抗剂也是防治立枯病的措施之一 但由于拮抗微生 物与土壤微生物存在竞争关系不能在土壤中稳定定 殖 灭菌效果不佳 36 Huang 等 37 通过微生物拮抗 剂与 RSD 方法联合应用 即在 RSD 处理结束后进一 步接种微生物拮抗剂 短小芽孢杆菌和哈茨木霉 结 果发现由于前期 RSD 处理减少了立枯丝核菌数量 拮抗微生物能通过 RSD 创造的有利空间和所提供的 营养 更稳定定殖于土壤 相对单独施用拮抗剂或 RSD 处理 二者配合施用不仅增加土壤微生物数量 和活性 也进一步改变土壤微生物的结构 更稳定控 制立枯病发生 35 37 McCarty 等 35 研究发现 在美国田纳西州受立枯 丝核菌侵染的番茄和甜椒土壤上 分别以黑麦 芥 菜 芝麻菜 干糖渣为碳源进行 RSD 处理 其中黑麦 芥菜 芝麻菜处理土壤中立枯丝核菌种群数量最低 并且与生物熏蒸的灭菌效果相当 这可能是由于黑麦 第 2 期 朱 文 娟 等 强 还原土壤灭菌研究进展 227 为低 C N 有机物料 强还原环境下易于被土壤微生物 降解利用 从而产生大量有毒有机酸杀灭病原菌 10 35 而芥菜和芝麻菜属十字花科植物 添加到土壤会释放 挥发性杀菌物质 10 然而 田间条件下 RSD 处 理后番茄和甜椒的产量与未处理土壤没有显着差 异 35 McCarty 等 35 认为这与处理前土壤感染立枯 丝核菌数量相对少 作物发生立枯病程度较轻有关 并且 RSD 处理中碳源施用量少 处理前后土壤肥力 相当 因此造成作物产量没有显著差异 虽然 RSD 处理过程中施用大剂量有机物料能更好地抑制病 菌 10 但 是 Utsala 等 38 研究指出 仅用禾本科 青草 和十字花科植物对感染立枯丝核菌土壤进行 RSD 处 理时 施用 5 6 kg m 2 的有机物料却表现出对病原 菌较小的抑制作用 具体原因需进一步研究 表 2 RSD防治立枯病所采用的干物质有机物料 Table 2 Dry organic matter used by RSD to prevent Rhizoctonia solani 碳源 C N 施用量 温度 处理 时间 淹水覆 膜情况 作物 试验 条件 病原菌 来源 地理 位置 参考 文献 西兰花 NR 3 8 4 kg m 2 NR 15 d C NR 田间 接种 荷兰 8 黑麦 18 5 1 34 kg m 2 21 3 w C 番茄和甜椒 田间 自然 美国 35 芥菜 新鲜覆盖作物 干糖渣 9 3 C 0 86 1 99 mg g 21 3 w C 番茄和甜椒 田间 自然 美国 35 苜蓿粉 6 99 2 m m 30 15 d F 黄瓜 盆栽 自然 南京 36 3 黄萎病防治 大丽轮枝菌 Verticillium dahliae 是引起黄萎病的致病菌 大田作物包括棉 花 茄子 番茄 烟草 甜瓜 西瓜 黄瓜等易受 侵害 39 通过分别采用麦麸 黑麦草 西兰花和 米糠等作为 RSD 处理碳源 均显著控制黄萎病的 发生 8 40 45 RSD 处理温度为 15 26 6 有机物 料施用量为 1 10 2 kg m 2 处理时间一般为 3 13 周 表 3 表 3 RSD防治黄萎病所采用的干物质有机物料 Table 3 Dry organic matter used by RSD to prevent Verticillium wilt 碳源 C N 施用量 kg m 2 温度 处理 时间 淹水覆 膜情况 作物 试验 条件 病原菌 来源 地理 位置 参考 文献 西兰花 NR 3 8 4 NR 15 w FC NR 田间 接种 荷兰 8 麦麸 22 7 1 15 25 3 w FC 草莓 盆栽 接种 美国 41 米糠 NR 2 02 16 6 21 1 3 w 6 w FC 草莓 田间 自然 美国 42 NR 1 08 21 1 26 6 4 w FC 草莓 田间 自然 美国 42 麦麸 NR 2 NR 3 w FC 草莓 田间 自然 美国 42 麦麸 糖蜜 NR 2 16 处理时间可缩短至 3 周以下 当温度为 16 30 时 病原体抑制率达到 80 以上 但是较低温时 40 病原体未被抑制 然而 在低温 16 条件下 当 228 土 壤 第 52 卷 改变某些条件时 RSD 可能有效 例如添加较高施用 量的有机物质和进行较长时间的处理 10 25 周 低 温下的 RSD 处理可有效控制土壤中大丽轮枝菌 38 新鲜西兰花和黑麦草也常作为 RSD 处理碳源 对大丽轮枝菌有较好灭菌效果 在荷兰的田间条件 下 Blok 等 45 在土壤 15 cm 土层深度接种大丽轮枝 菌 立枯丝核菌和尖孢镰刀菌 通过施用 0 5 kg m 2 的西兰花 在 39 土壤温度覆膜处理 15 周 结果表 明 3 种病原体的接种物均失活 病原菌数量均显著降 低 灭菌效果显著 同样在荷兰 Goud 等 46 在感染大 丽轮枝菌的挪威枫和美国红豆树土壤中施用 4 kg m 2 或 5 4 kg m 2 黑麦草覆膜处理 10 13 周 结果表明相对 未处理土壤 RSD 处理直接减少接种到土壤中 85 的大丽轮枝菌 且病原菌在 4 a 内没有再增加 黄萎 病的危害程度降低 植株的死亡率减少 但是相比米 糠和麦麸 新鲜西兰花和黑麦草作为 RSD 处理碳源 处理时间均偏长 但均对病原菌具有灭菌效果 4 根腐病和根结线虫防治 根腐病是一种真 菌引起的病害 该病易造成根部腐烂 使其吸收水 分和养分的功能逐渐减弱 最后全株死亡 引起根 腐病的病原菌包括疫霉 腐霉 镰刀菌等 47 目 前 RSD 已用于芦蒿 苹果 核桃 李树等根腐病 的防治 47 51 已采用的有机物料包括玉米秸秆 米 糠 鸭茅和芥菜等 RSD 处理时间一般为 2 7 周 处理温度一般为 18 35 表 4 Wen 等 43 对芦蒿根腐病土壤进行盆栽 RSD 处 理 在盆钵中施用土壤质量 0 2 2 的玉米秸 秆粉 玉米地上部分在 40 烘干磨成 结果表明 RSD 处理后土壤芦蒿根腐病得到显著抑制 土壤 中有机物料施用量越高 灭菌效果越好 尤其施用 2 秸秆的土壤中细菌群落结构显著转变 土壤细 菌多样性增加 并且 未完全降解的有机物料残留 在土壤中 增加了土壤有机质含量 47 Messiha 等 48 研究 RSD 处理对马铃薯根腐病的灭菌效果时发 现 以青草叶为碳源对接种和自然侵染褐腐病菌的 马铃薯土壤进行 RSD 处理 在使用青草叶的微区 试验中病原体的数量减少了 92 以上 并且在田 间试验中 病原体种群仍然显著减少 RSD 方法也用于疫霉和腐霉等根腐病致病菌 频发的果园 48 51 在严重受终极腐霉侵染的核桃树 土壤施用 15 7 t hm 2 米糠 覆膜处理 7 周 存活在 7 6 15 2 cm 土 壤深度的终极腐霉菌数量均下降 至检测水平以下 并且还能降低寄主范围广和易导 致植株干枯死亡的根癌农杆菌数量 49 在感染腐 霉的李树土壤施用 2 kg m 2 米糠进行 RSD 处理 可 将土壤中腐霉几乎消灭 显著促进李树的生长 树 干横截面积平均增长率在 37 264 50 在 发 生 根腐病的苹果幼苗土壤 以鸭茅和芥菜作为碳源进 行 RSD 处理均显着降低苹果树腐霉根的感染率 可有效防治苹果幼苗发生根腐病 51 根结线虫 Meloidogyne 也是常见根部致病 菌 由于在根部形成球形或圆锥形大小不等的白色 根瘤或呈念珠状病菌 严重影响作物生长 52 其 主要寄生在蔬菜 粮食作物 经济作物 果树 观 赏花卉及杂草上 53 然而 RSD 处理对根结线虫 的杀灭效果可达 100 10 已采用的有机物料包括 黑麦草 麦麸 米糠 糖蜜和鸡粪堆肥等 表 4 RSD 处理温度为 15 40 有机物料施用量为 0 46 4 kg m 2 处理时间一般为 2 13 周 Utsala 等 38 研究不同温度条件下 RSD 处理对线虫的灭菌 效果时发现 RSD 处理的土壤温度在 16 35 条 件下对线虫抑制作用最大 而在较高 35 和较 低 16 温度下抑制作用不显著 同时 RSD 处理 时间小于 2 周显著促进线虫的存活 而处理 4 6 周对线虫具有较高的抑制作用 Katase 等 54 以麦麸为 RSD 处理碳源 在根结线 虫严重的草莓园土壤施用 2 kg m 2 土壤温度 35 处 理 24 d 显著控制了病害发生 Goud 等 46 以黑麦草为 碳源 在移动型短体线虫属和毛刺线虫属频发的挪威 枫树和美国木豆树土壤上 施用 0 46 kg m 2 并进行覆 膜处理 10 13 周 RSD 处理后可显著减少根结线虫 数量 降低发病率 而且这种土壤病菌种群的减少也 致使树木根部感染的病菌显著减少 但由于树种根系 发达和侵染范围广 处理时间可能较长 此外 Lamers 等 55 研究发现 以绿肥作为 RSD 处理的碳源 处 理后根结线虫和马铃薯胞囊线虫显着减少 Bulter 等 56 57 报道 以糖蜜 糖蜜和鸡粪堆肥为碳源对发 生根结线虫的茄子地块进行 RSD 处理 第二季生长 的茄子其根部和土壤中的根结线虫群落显著减少 但 在同一研究中随着鸡粪堆肥的施用 土壤中非致病菌 线虫数量增加 类似地 Rosskopf 等 58 研究指出 在发生根结线虫的草莓园以糖蜜和鸡粪堆肥为碳源 进行 RSD 处理 非致病菌线虫增加且数量随时间变 化较大 第 2 期 朱 文 娟 等 强 还原土壤灭菌研究进展 229 表 4 RSD防治根腐病或根接线虫所采用的干物质有机物料 Table 4 Dry organic matter used by RSD to prevent root rot or Meloidogyne 碳源 C N 施用量 灭菌类型 温度 处理 时间 淹水覆 膜情况 作物 试验 条件 病原菌 来源 地理 位置 参考 文献 米糠 NR 1 57 kg m 2 根癌农杆菌 腐霉属 32 7 w FC 核桃 田间 接种 美国 45 黑麦草 NR 0 46 kg m 2 短柄线虫属 NR 10 13 w C 挪威枫 美 国木豆 田间 自然 荷兰 45 黑麦草 NR 0 46 kg m 2 短柄线虫属 NR 10 13 w C 挪威枫 美 国木豆 田间 自然 荷兰 45 玉米秸秆 NR 0 2 2 m m 疫霉 腐霉和尖孢镰刀菌 25 35 25 d F 芦蒿 田间 自然 南京 47 米糠 NR 2 02 kg m 2 根瘤菌 腐霉属 32 7 w FC 核桃 田间 接种 美国 49 麦麸 NR 2 kg m 2 根结线虫 35 24 d FC 草莓 室内 接种 日本 54 绿肥 NR 4 kg m 2 根结线虫 马铃薯白线虫 夏季 6 w NR 田间 NR 荷兰 55 5 青枯病防治 青枯病病原菌为茄科劳尔氏菌 Ralstonia solanacearum 59 主要危害作物有番茄 茄子 辣椒 马铃薯等 目前 以米糠 麦麸和茶籽 麸为碳源的 RSD 处理 已被证明对茄科劳尔氏菌有 着显著杀灭效果 有机物料施用量为 1 kg m 2 处理 时间为 14 27 d 表 5 水稻 番茄轮作 5 a 以上土壤青枯病发病率达 45 对发病土壤施用量 1 kg m 2 米糠 1 kg m 2 麦麸 和 1 kg m 2 茶籽麸 灌溉至土壤饱和并室外曝晒 27 d 结果表明 3 种有机物料作为碳源均显著减少土壤中 青枯菌数量 且米糠 麦麸 茶籽麸处理青枯病发病 率分别降低 42 65 40 41 和 29 41 60 此外 RSD 处理后均能提高土壤 pH 和电导率 有效防治土 壤酸化 也同时增加了土壤有机质 全氮 碱解氮和 速效钾含量 明显改善土壤养分条件 60 以上 3 种 有机物料 低 C N 的麦麸作为 RSD 的碳源 在提高 土壤 pH 防控青枯病及提高产量方面表现较好的优 势 52 此外 Momma 等 61 研究发现 以麦麸为碳源 的 RSD 处理可降低由青枯雷尔氏菌引起的番茄青枯 病的病害程度 表 5 RSD防治青枯病所采用的干物质有机物料 Table 5 Dry organic matters used by RSD to prevent bacterial wilt 碳源 C N 施用量 温度 处理 时间 淹水覆膜 情况 作物 试验 条件 病原菌 来源 地理 位置 参考 文献 茶籽麸 米糠 麦麸 49 59 81 89 43 71 1 kg m 2 日光曝晒 27 d FC 水稻 番茄 田间 自然 广州 59 麦麸 NR 0 01 g g 土 28 2 w FC NR 室内 接种 日本 61 6 疫病防治 植物疫病 主要指由疫霉属 Phytophthora 真菌引起 其表现为叶斑 冠腐 枝 干溃疡和腐烂 幼苗猝倒 根茎腐等 62 对农业威 胁较大的疫病主要有由致病疫霉 P infestans 引起的 马铃薯晚疫病 番茄晚疫病 由辣椒疫霉菌 Phytophthora capsici Leonian 引起的辣椒疫病 等 15 63 64 而 RSD 已经成功治理发生辣椒疫病土壤 在防治植物疫病方面表现出较大潜力 Serrano P rez 等 65 研究 RSD 处理对辣椒疫霉菌 的存活率和侵染情况发现 以米糠 油菜籽粕 葡萄 渣为 RSD 处理碳源 对接种烟草疫霉的土壤进行田 间试验和室内试验 与对照相比 均有效地降低了烟 草疫霉的感染率和存活率 田间条件下辣椒植株的烟 草疫霉感染率均低于 50 而在室内试验中均低于 20 王光飞等 15 对发生辣椒疫病土壤地进行盆栽 RSD 处理 以水稻秸秆和菜粕作为碳源 分别施用 土壤质量的 0 6 和 2 然后土壤灌溉至饱和 土 壤控温 28 对土壤处理 20 d 结果表明幼苗栽种 45 d 后 对照 菜粕处理和水稻秸秆处理发病率分别为 16 7 3 3 0 15 由于水稻秸秆和菜粕是生产上 都易大量获取但性状差异较大的两种农业有机废弃物 水稻秸秆是高碳含量有机物料 腐解过程中产生的大量 有机酸和酚酸等物质对病原菌生长具有抑制作用 而菜 粕含氮量较高 腐解过程产生的氨气等含氮化合物对病 原菌具 有较强 的杀灭 效果 15 但就 对辣椒 疫霉的 灭菌 效果而言 菜粕作为 RSD 处理的碳源不能彻底减少辣 椒疫霉 应用可能存在风险 而水稻秸秆在杀灭病菌和 真菌等方面表现突出 是较为优选的碳源 1 2 液体有机物质作为碳源 1 2 1 液体有机物质种类 干物质有机物料作为 230 土 壤 第 52 卷 表 6 RSD防治疫病所采用的干物质有机物料 Table 6 Dry organic matter used by RSD to prevent epidemic disease 碳源 C N 施用量 灭菌类型 温度 处理 时间 淹水覆膜 情况 作物 地理 位置 试验 条件 病原菌 来源 参考 文献 菜粕 74 89 0 6 m m 辣椒疫霉 28 20 d F 辣椒 江苏 盆栽 自然 15 水稻秸秆 159 23 2 m m 米糠 21 2 kg m 2 油菜籽粕 11 4 kg m 2 葡萄渣 27 4 kg m 2 烟草疫霉 15 35 4 w C 辣椒 西班牙 田间 室内 接种 65 RSD 处理碳源 已经被成功用于防治土传病原菌 和土地退化引起的连作障碍 10 但由于固体有机 物料不易下渗 只能机械翻耕至浅层土层 而寄 主在深层土壤中的病菌往往不能杀灭 9 然而 液 体有机物质作为碳源可解决这个问题 通过滴灌 或喷洒更容易施用于土壤中 目前 乙醇 生物 乙醇 冰乙酸 葡萄糖等易降解有机化合物已被 用于 RSD 表 7 1 2 2 液体物质作为碳源的应用 采用液体有机物 质作为 RSD 处理碳源添加剂 对防治香蕉和番茄