臭氧水應用于溫室土壤消毒的探究

 

        日光溫室是我國北方特有的農業(yè)設施形式，因其造價較低且節(jié)約能源而得到了大面積的推廣應用。由于日光溫室相對封閉，常面臨溫濕度高、通風性較差等問題，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。溫室內作物連作生產，土壤中的植株殘體及根系分泌物為病原物提供了豐富的營養(yǎng)和寄生載體，導致土壤環(huán)境惡化，土傳病害嚴重，對溫室土壤進行消毒具有重要意義。

 

        傳統(tǒng)土壤消毒方式有物理消毒（如太陽能消毒、蒸汽消毒等）和化學消毒及生物防治等。但太陽能消毒不適宜太陽輻射少的地區(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，對消毒溫度及時間要求嚴格，消毒設備成本較高，裝配難度大。利用化學農藥進行土壤消毒是目前農戶的首要選擇，但長期使用農藥會引起病原物產生抗藥性和耐藥性，而且農藥超標使用導致的農藥殘留問題，將影響設施產品的商品性。生物熏蒸方式利用植物在有機質分解過程中釋放出揮發(fā)性物質來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系仍有待研究。在有機農業(yè)新形勢下，作物病害管理應做到“防控為主，治療為輔”，進而實現(xiàn)園藝產品安全、高品質生產。

 

        臭氧水是臭氧部分溶于水后形成的具有廣譜、高效殺菌作用的強氧化劑，常溫下可還原為氧氣，對環(huán)境不會產生污染，無殘留毒性。臭氧水殺菌具有破壞微生物遺傳物質、細胞膜、及生存所需酶和蛋白質等多種途徑，相比殺菌原理單一的農藥，可有效減少抗藥性的產生。此外，隨著經濟社會的發(fā)展，人們對綠色有機概念的認識逐漸增強。臭氧不但能夠降解土壤中的有機農藥，還可以降低重金屬離子的流動性從而減少重金屬離子通過食物鏈在人體內的積累。將臭氧水用于溫室內的土壤澆灌，預期可以達到殺菌消毒，防控病害的效果，具有廣闊的應用前景。

 

        目前，關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，已證實其對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構，降低根結線蟲的發(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。當營養(yǎng)液中ρ（O3）=4.0mg/L時，對基質中線蟲的滅殺率可達到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），結果顯示臭氧水處理組菌落及菌絲生長均得到抑制，其中ρ（O3）=2.5mg/L的臭氧水對菌絲的生長抑制作用很佳。臭氧殺滅營養(yǎng)液中3種植物病原菌所需的殘余臭氧濃度與接觸時間的研究結果表明，ρ（O3）=0.6mg/L，接觸時間5min時，臭氧對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%。說明臭氧水在一定程度上可以代替化學農藥，用于植物病蟲害的防治。

 

        相比傳統(tǒng)農藥或物理消毒方式，臭氧水澆灌土壤是一種簡便易行的替代方式，但尚缺乏系統(tǒng)試驗論證。本研究擬針對臭氧水應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行研究，以期為利用臭氧水防控溫室內土傳病害提供理論依據和指導。

 

        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。本研究檢驗了臭氧水對于土壤消毒的作用效果對土壤微生物的消減效果至少可達15~20cm的土層，可以覆蓋番茄黃瓜等常見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，出于對臭氧水使用安全和臭氧水制備難度方面的考慮，研究中設計了較低濃度臭氧水重復灌溉的試驗。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次效果的結果。與已有研究結論相似，即采用低濃臭氧水進行多次澆灌處理，澆灌次數(shù)的增加可以促進根結線蟲的防治效果和作物的生長，實現(xiàn)更好的土傳病害防治效果。由此可知，在生產中可采用低濃度臭氧水重復澆灌的方法，既可以降低作業(yè)難度，減少對工作人員和植物的傷害，又可以實現(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天線蟲減退率略低，其余均高于其他濃度處理。但臭氧水濃度過高可能破壞植物的根系，植物根系組織的修復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，制備高濃度臭氧水所耗費電能多成本相對較高。綜合考慮，選用ρ（O3）=10~15mg/L的臭氧水澆灌很適宜。而不同種類的微生物對澆灌時間間隔的反應不同，間隔7~10d澆灌，可達到更好的消減細菌、真菌和線蟲效果，間隔3~7d澆灌可達到更好的放線菌消減效果。消減不同種類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曲線相關。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，利用該制度進行臭氧水澆灌用于土壤消毒后60d內，仍可保持較好的殺菌消毒效果。

 

        從石灰氮和臭氧水對土壤細菌的殺滅情況看，對照組對土壤細菌的殺滅率比處理組的殺滅率低，分析認為這與澆灌臭氧水的pH有關。這可能是由于土壤中的細菌、真菌等微生物對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弱酸環(huán)境耐受性低和臭氧的氧化殺菌兩個方面來保證土壤消毒效果。此外，在原始土壤和臭氧水處理組土壤樣品的測序結果中，本研究選擇含量在1%以上的益生菌進行分析和比較。

 

        結果顯示，原始土壤細菌含量總和為5.2%；處理組土壤細菌含量總和為7.4%。臭氧水處理提升了土壤中硝酸菌屬和亞硝酸菌屬2種硝化細菌的比例促進土壤消化作用，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)研究及應用仍需注意幾方面問題：首先，應進行必要的具體的病害感染現(xiàn)場試驗，以進一步驗證臭氧水實際防治病害的效果；其次，臭氧水可以迅速殺滅病原微生物，但不具選擇性，在應用中可能會造成有益微生物的減少，可適當?shù)氖褂糜幸嫖⑸锞鷦┗蚴褂媒】档挠袡C肥，來提升土壤中有益菌數(shù)量。另外，臭氧水制備中產生的逸散臭氧可能會對環(huán)境產生污染，在后續(xù)實際應用中，可以在臭氧水制備設備的出氣口安裝含有催化劑的過濾網，將逸散臭氧迅速轉化為氧氣，從而減少臭氧逸散對人員和環(huán)境的傷害。

 

關鍵詞:溫室土壤消毒；臭氧水；土傳病原菌；滅菌率；澆灌制度

中國農業(yè)大學學報2021，26（11）：189-199

張涵 鄭亮 黃卓 宋衛(wèi)堂 

（1.中國農業(yè)大學水利與土木工程學院，北京100083；

2.農業(yè)農村部設施農業(yè)工程重點實驗室，北京100083