臭氧水應(yīng)用于溫室土壤消毒的探究

 

        日光溫室是我國(guó)北方特有的農(nóng)業(yè)設(shè)施形式，因其造價(jià)較低且節(jié)約能源而得到了大面積的推廣應(yīng)用。由于日光溫室相對(duì)封閉，常面臨溫濕度高、通風(fēng)性較差等問(wèn)題，使得病原微生物極易生存和繁殖，且土傳病害病原菌的抗逆性高，存活力強(qiáng)。溫室內(nèi)作物連作生產(chǎn)，土壤中的植株殘?bào)w及根系分泌物為病原物提供了豐富的營(yíng)養(yǎng)和寄生載體，導(dǎo)致土壤環(huán)境惡化，土傳病害嚴(yán)重，對(duì)溫室土壤進(jìn)行消毒具有重要意義。

 

        傳統(tǒng)土壤消毒方式有物理消毒（如太陽(yáng)能消毒、蒸汽消毒等）和化學(xué)消毒及生物防治等。但太陽(yáng)能消毒不適宜太陽(yáng)輻射少的地區(qū)，且效果局限于土壤表層。蒸汽消毒要求土溫必須在70℃以上保持30min，對(duì)消毒溫度及時(shí)間要求嚴(yán)格，消毒設(shè)備成本較高，裝配難度大。利用化學(xué)農(nóng)藥進(jìn)行土壤消毒是目前農(nóng)戶的首要選擇，但長(zhǎng)期使用農(nóng)藥會(huì)引起病原物產(chǎn)生抗藥性和耐藥性，而且農(nóng)藥超標(biāo)使用導(dǎo)致的農(nóng)藥殘留問(wèn)題，將影響設(shè)施產(chǎn)品的商品性。生物熏蒸方式利用植物在有機(jī)質(zhì)分解過(guò)程中釋放出揮發(fā)性物質(zhì)來(lái)抑制或殺死土壤中的有害生物，生物熏蒸劑作用的基本原理以及土壤和植物之間的關(guān)系仍有待研究。在有機(jī)農(nóng)業(yè)新形勢(shì)下，作物病害管理應(yīng)做到“防控為主，治療為輔”，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)園藝產(chǎn)品安全、高品質(zhì)生產(chǎn)。

 

        臭氧水是臭氧部分溶于水后形成的具有廣譜、高效殺菌作用的強(qiáng)氧化劑，常溫下可還原為氧氣，對(duì)環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生污染，無(wú)殘留毒性。臭氧水殺菌具有破壞微生物遺傳物質(zhì)、細(xì)胞膜、及生存所需酶和蛋白質(zhì)等多種途徑，相比殺菌原理單一的農(nóng)藥，可有效減少抗藥性的產(chǎn)生。此外，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)綠色有機(jī)概念的認(rèn)識(shí)逐漸增強(qiáng)。臭氧不但能夠降解土壤中的有機(jī)農(nóng)藥，還可以降低重金屬離子的流動(dòng)性從而減少重金屬離子通過(guò)食物鏈在人體內(nèi)的積累。將臭氧水用于溫室內(nèi)的土壤澆灌，預(yù)期可以達(dá)到殺菌消毒，防控病害的效果，具有廣闊的應(yīng)用前景。

 

        目前，關(guān)于利用臭氧水防治土傳病害的研究多集中于病原菌的離體試驗(yàn)，已證實(shí)其對(duì)多種植物致病病原菌的殺滅或抑制作用。在盆栽條件下，澆灌臭氧水均可改善西瓜嫁接苗連作土壤的微生物群落結(jié)構(gòu)，降低根結(jié)線蟲(chóng)的發(fā)病率，在一定程度上緩解西瓜的連作障礙，其中。ρ（O3）=1.5mg/L的臭氧水效果很為顯著。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液中ρ（O3）=4.0mg/L時(shí)，對(duì)基質(zhì)中線蟲(chóng)的滅殺率可達(dá)到88.3%。用不同濃度的臭氧水處理灰霉菌（Botrytis cinerea）、葉霉病菌（Fulvia fulva）以及瓜鏈格孢菌（Alternaria cucumerina），結(jié)果顯示臭氧水處理組菌落及菌絲生長(zhǎng)均得到抑制，其中ρ（O3）=2.5mg/L的臭氧水對(duì)菌絲的生長(zhǎng)抑制作用很佳。臭氧殺滅營(yíng)養(yǎng)液中3種植物病原菌所需的殘余臭氧濃度與接觸時(shí)間的研究結(jié)果表明，ρ（O3）=0.6mg/L，接觸時(shí)間5min時(shí)，臭氧對(duì)10?（n=3）CFU/mL濃度黃瓜枯萎病、番茄枯萎病和10?（n=6）CFU/mL濃度十字花科軟腐病的殺滅率均接近100%。說(shuō)明臭氧水在一定程度上可以代替化學(xué)農(nóng)藥，用于植物病蟲(chóng)害的防治。

 

        相比傳統(tǒng)農(nóng)藥或物理消毒方式，臭氧水澆灌土壤是一種簡(jiǎn)便易行的替代方式，但尚缺乏系統(tǒng)試驗(yàn)論證。本研究擬針對(duì)臭氧水應(yīng)用于溫室土壤消毒的濃度、灌溉周期以及深層土壤的消毒效果進(jìn)行研究，以期為利用臭氧水防控溫室內(nèi)土傳病害提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

 

        傳統(tǒng)的土壤物理消毒方法消毒效果往往只停留在土壤表層。本研究檢驗(yàn)了臭氧水對(duì)于土壤消毒的作用效果對(duì)土壤微生物的消減效果至少可達(dá)15~20cm的土層，可以覆蓋番茄黃瓜等常見(jiàn)蔬菜作物的根際土壤，是一種有效的土壤消毒措施。臭氧難溶于水且極不穩(wěn)定，出于對(duì)臭氧水使用安全和臭氧水制備難度方面的考慮，研究中設(shè)計(jì)了較低濃度臭氧水重復(fù)灌溉的試驗(yàn)。在此土壤條件下，本研究得到采用。ρ（O3）=5mg/L的臭氧水3次澆灌的殺菌效果顯著高于。ρ（O3）=20mg/L的臭氧水澆灌1次效果的結(jié)果。與已有研究結(jié)論相似，即采用低濃臭氧水進(jìn)行多次澆灌處理，澆灌次數(shù)的增加可以促進(jìn)根結(jié)線蟲(chóng)的防治效果和作物的生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)更好的土傳病害防治效果。由此可知，在生產(chǎn)中可采用低濃度臭氧水重復(fù)澆灌的方法，既可以降低作業(yè)難度，減少對(duì)工作人員和植物的傷害，又可以實(shí)現(xiàn)更好地土壤消毒效果。

低濃度3次澆灌和高濃度1次澆灌土壤中微生物數(shù)量

        在此土壤條件下，本研究結(jié)果顯示ρ（O3）=20mg/L的高濃度臭氧水澆灌消減效果是很好的，除了間隔3d澆灌第60天真菌減退率和間隔7d澆灌第60天線蟲(chóng)減退率略低，其余均高于其他濃度處理。但臭氧水濃度過(guò)高可能破壞植物的根系，植物根系組織的修復(fù)能力難以抵抗高濃度臭氧水的脅迫傷害，從而出現(xiàn)高濃度臭氧水處理的植物生長(zhǎng)量低于較低濃度臭氧水處理的現(xiàn)象。除間隔10d澆灌第30天和第60天對(duì)放線菌消減效果。ρ（O3）=

20mg/L區(qū)顯著高于ρ（O3）=15mg/L區(qū)，其他并未出現(xiàn)顯著性差異。同時(shí)，制備高濃度臭氧水所耗費(fèi)電能多成本相對(duì)較高。綜合考慮，選用ρ（O3）=10~15mg/L的臭氧水澆灌很適宜。而不同種類(lèi)的微生物對(duì)澆灌時(shí)間間隔的反應(yīng)不同，間隔7~10d澆灌，可達(dá)到更好的消減細(xì)菌、真菌和線蟲(chóng)效果，間隔3~7d澆灌可達(dá)到更好的放線菌消減效果。消減不同種類(lèi)微生物的適宜澆灌間隔不同，與不同微生物的繁殖速度和生長(zhǎng)曲線相關(guān)。綜上，用ρ（O3）=10~15mg/L的臭氧水間隔7d澆灌1次，消毒效果較好，利用該制度進(jìn)行臭氧水澆灌用于土壤消毒后60d內(nèi)，仍可保持較好的殺菌消毒效果。

 

        從石灰氮和臭氧水對(duì)土壤細(xì)菌的殺滅情況看，對(duì)照組對(duì)土壤細(xì)菌的殺滅率比處理組的殺滅率低，分析認(rèn)為這與澆灌臭氧水的pH有關(guān)。這可能是由于土壤中的細(xì)菌、真菌等微生物對(duì)pH4.0弱酸性水的耐受性比更低，因此用弱酸性的臭氧水澆灌土壤可以從微生物對(duì)弱酸環(huán)境耐受性低和臭氧的氧化殺菌兩個(gè)方面來(lái)保證土壤消毒效果。此外，在原始土壤和臭氧水處理組土壤樣品的測(cè)序結(jié)果中，本研究選擇含量在1%以上的益生菌進(jìn)行分析和比較。

 

        結(jié)果顯示，原始土壤細(xì)菌含量總和為5.2%；處理組土壤細(xì)菌含量總和為7.4%。臭氧水處理提升了土壤中硝酸菌屬和亞硝酸菌屬2種硝化細(xì)菌的比例促進(jìn)土壤消化作用，使土壤中芽孢桿菌比例增加提高作物的抗性。

 

        因此，在本試驗(yàn)的條件下，采用臭氧水灌溉溫室土壤，用于防治土傳病害有可行性。后續(xù)研究及應(yīng)用仍需注意幾方面問(wèn)題：首先，應(yīng)進(jìn)行必要的具體的病害感染現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以進(jìn)一步驗(yàn)證臭氧水實(shí)際防治病害的效果；其次，臭氧水可以迅速殺滅病原微生物，但不具選擇性，在應(yīng)用中可能會(huì)造成有益微生物的減少，可適當(dāng)?shù)氖褂糜幸嫖⑸锞鷦┗蚴褂媒】档挠袡C(jī)肥，來(lái)提升土壤中有益菌數(shù)量。另外，臭氧水制備中產(chǎn)生的逸散臭氧可能會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，在后續(xù)實(shí)際應(yīng)用中，可以在臭氧水制備設(shè)備的出氣口安裝含有催化劑的過(guò)濾網(wǎng)，將逸散臭氧迅速轉(zhuǎn)化為氧氣，從而減少臭氧逸散對(duì)人員和環(huán)境的傷害。

 

關(guān)鍵詞:溫室土壤消毒；臭氧水；土傳病原菌；滅菌率；澆灌制度

中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2021，26（11）：189-199

張涵 鄭亮 黃卓 宋衛(wèi)堂 

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京100083；

2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083