寧琳懿睿
(內(nèi)蒙古大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070)
在我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)不斷發(fā)展的過(guò)程中,為了提高生產(chǎn)效益,農(nóng)戶常采用連茬栽培、連作方式。這種栽培方式會(huì)導(dǎo)致土壤環(huán)境高溫高濕,易引起病原菌和蟲卵積聚,同時(shí)易產(chǎn)生微生物種群失衡、營(yíng)養(yǎng)比例失調(diào)、耕層土壤理化性質(zhì)變差等問(wèn)題[1]。連作障礙不僅限制了土壤的循環(huán)利用,而且阻礙了設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展。
近年來(lái),國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者針對(duì)連作障礙引發(fā)的土壤問(wèn)題做了大量研究,并取得了顯著進(jìn)展。這些研究涉及土壤溫度影響因素、不同土壤消毒技術(shù)在栽培上的應(yīng)用、土壤消毒改良技術(shù)實(shí)踐等。其中,設(shè)施農(nóng)業(yè)中的土壤消毒技術(shù)可歸納為以下4個(gè)方面。
物理消毒技術(shù)主要包括太陽(yáng)能消毒技術(shù)、蒸汽消毒技術(shù)、熱水消毒技術(shù)、土壤循環(huán)消毒技術(shù)和電處理消毒技術(shù)。其基本原理是將熱源聚合,使土壤溫度上升至50℃以上,從而達(dá)到消滅土壤病蟲害的目的[2]。
夏季高溫悶棚技術(shù),即利用夏季棚室內(nèi)較高的溫度對(duì)土壤進(jìn)行嚴(yán)格消毒的技術(shù)[2]。具體操作是,7月和8月溫度在35℃以上時(shí),收獲大棚蔬菜后,將棚室內(nèi)殘余農(nóng)作物清除干凈,撒施雞糞、豬糞等糞肥,深翻,澆透水悶棚20 d以上,直至土溫升至55℃以上,達(dá)到殺滅土壤病菌的目的[3]。當(dāng)前,比較常用且效果較好的夏季高溫悶棚技術(shù)是生石灰土壤消毒技術(shù)[3]。該技術(shù)的具體做法如下:首先,選擇炎熱的天氣,即室外溫度超過(guò)30℃時(shí)開(kāi)始清除農(nóng)作物的柱樁和雜草,燒掉、深埋或者將其放在距離種植地點(diǎn)較遠(yuǎn)的地方;其次,挖好壟溝,鋪上雞糞、牛糞、稻草或者秸稈,并將生石灰撒在上面,深翻,將雞糞、牛糞、稻草或者秸稈、石灰埋于地下30 cm左右,深翻后壓實(shí),地面可用薄膜覆蓋,防止水分蒸發(fā)和溫度降低;最后,完全關(guān)閉溫室,保持溫室入口和灌溉渠不漏氣,封閉15~20 d后,打開(kāi)溫室進(jìn)行通風(fēng),揭開(kāi)地膜,晾曬后再將土地進(jìn)行耕翻整地,7~14 d后可進(jìn)行栽植[4]。
其中,當(dāng)生石灰發(fā)生放熱反應(yīng)之后,會(huì)使稻草或麥秸稈腐爛發(fā)酵,轉(zhuǎn)變成肥料。夏季高溫加上地膜的保溫作用,可以使生石灰的消毒效果更好。
該技術(shù)利用高壓蒸汽鍋爐的高溫蒸汽,通過(guò)管道輸送將熱氣輸送至覆有塑料薄膜的土壤表面,提高土壤溫度;也可在土壤深度40 cm處鋪設(shè)管道網(wǎng)釋放高溫蒸汽,實(shí)現(xiàn)土壤內(nèi)部全面均勻消毒,提高土壤透氣性,預(yù)防病蟲害的發(fā)生。
該技術(shù)通過(guò)熱水管道或熱水孔,將70~90℃的過(guò)濾熱水高速噴淋到土壤表面,熱水可通過(guò)待處理土壤孔隙下滲擴(kuò)散,提高土壤溫度,達(dá)到土壤消毒目的,提高土壤排水性,從而改變土壤的理化性質(zhì)。
土壤循環(huán)消毒技術(shù)是通過(guò)對(duì)土壤進(jìn)行旋轉(zhuǎn)翻耕,使土壤與高溫清潔干燥的空氣混合達(dá)到消毒目的。作業(yè)時(shí),使用土壤旋耕機(jī)內(nèi)的旋耕裝置對(duì)處理土壤進(jìn)行旋耕翻整,釋放高溫干燥、清潔的空氣于土壤中,徹底消滅土壤中的害蟲、病菌,包括昆蟲、線蟲、真菌等,實(shí)現(xiàn)旋耕起壟和消毒作業(yè)一次完成。
電處理消毒技術(shù)是通過(guò)埋設(shè)在土壤中相距一定距離的兩塊極板,利用直流電或正負(fù)脈沖電流在土壤中引起的電化學(xué)反應(yīng)和電擊殺效應(yīng),消滅對(duì)植物生長(zhǎng)有礙的細(xì)菌、真菌、線蟲及韭蛆等生物,并消解前茬作物根系分泌的有毒有機(jī)酸的物理植保技術(shù)。該技術(shù)還能改變土壤的團(tuán)聚結(jié)構(gòu),有利于作物根系生長(zhǎng)。應(yīng)用時(shí),將處理后的電極埋入15~50 cm深的土壤中。為了達(dá)到理想的消毒效果,土壤含水量應(yīng)保持在35%~70%,消毒電壓設(shè)定為最大值,消毒時(shí)間應(yīng)持續(xù)至少5 min。簡(jiǎn)單、清潔、低成本是電處理滅菌技術(shù)的優(yōu)勢(shì),但應(yīng)用該技術(shù)時(shí)不銹鋼焊條中的鎳等重金屬通常會(huì)進(jìn)入土壤,對(duì)土壤造成危害。
微波消毒,即通過(guò)照射微波產(chǎn)生熱量從而達(dá)到殺菌殺毒目的。微波是指頻率為300 MHz至300 GHz的電磁波。使用微波消毒時(shí),經(jīng)過(guò)高頻振動(dòng)、摩擦生熱,會(huì)影響微生物的分子結(jié)構(gòu),如蛋白質(zhì)和核酸會(huì)變性失活,導(dǎo)致微生物死亡。雖然微波消毒效率高、對(duì)環(huán)境友好,但是操作比較復(fù)雜,必須由專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行操作,而且設(shè)備制造成本和操作成本均較高,因此,不適合棚內(nèi)使用。
遠(yuǎn)紅外線消毒技術(shù)是以遠(yuǎn)紅外線作為熱源產(chǎn)生高溫進(jìn)行滅菌消毒,即采用英電熱管產(chǎn)生120℃以上高溫來(lái)對(duì)土壤基質(zhì)進(jìn)行消毒。遠(yuǎn)紅外線作為一種磁波,以輻射方式向外傳播熱量,熱效應(yīng)好,且易被生物體如各種病菌吸收。病菌吸收熱能超過(guò)其承受極限后會(huì)喪失活性,從而達(dá)到殺菌消毒目的。
火焰高溫消毒技術(shù)是在旋耕過(guò)程中利用燃燒液化氣的辦法,把深度30 cm以內(nèi)的土壤加熱,達(dá)到讓根結(jié)線蟲死亡的溫度,再結(jié)合太陽(yáng)能高溫悶棚,徹底殺死根結(jié)線蟲與其他病原微生物[5]?!爸袊?guó)蔬菜之鄉(xiāng)”山東省壽光市引進(jìn)的火焰高溫土壤消毒+微生物防控技術(shù),在根結(jié)線蟲防治工程和耕地質(zhì)量提升工程中的應(yīng)用取得了顯著效果[6]。該技術(shù)在不使用農(nóng)藥的前提下,能在高溫下將殘留在土壤中的部分農(nóng)藥分解,有利于實(shí)現(xiàn)綠色防控目標(biāo)?;鹧娓邷叵镜木唧w流程如下:首先,用旋耕機(jī)深旋土壤35~40 cm,直至土壤顆粒小于2 cm(土塊過(guò)大不利于殺滅蟲卵),深耕的同時(shí)打破了原來(lái)的犁底層,消除了土壤板結(jié),增加了土壤透水性和透氣性,降低了土壤酸化、次生鹽漬化;其次,用火焰高溫消毒器消毒除蟲,滅菌殺蟲,利用取土壤板、飛輪對(duì)30~40 cm深層土壤進(jìn)行散揚(yáng)烘燒,進(jìn)入烘箱,下落出土板時(shí)再進(jìn)行火焰烘燒,使土壤經(jīng)過(guò)火焰噴燒,火焰溫度超過(guò)1 000℃;再次,配合高溫悶棚進(jìn)一步滅殺病菌、害蟲,可以使土壤保持較長(zhǎng)時(shí)間的高溫,效果更明顯;最后,作物定植后再?zèng)_施或滴灌針對(duì)性的微生物菌劑蠟質(zhì)芽孢桿菌、淡紫擬青霉等防控線蟲,增施枯草芽孢桿菌、多黏芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌等防控土傳病害,起到以菌抑菌的作用,防控效果在10個(gè)月以上。
該方法操作簡(jiǎn)單、成本低廉,更重要的是不受季節(jié)和作物數(shù)量的限制,是保證農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)的有效土壤消毒方法之一[7]。
土壤射頻消毒,即在交變電場(chǎng)作用下,土壤介質(zhì)被消耗,引起土壤升溫,從而消滅害蟲和細(xì)菌。其作用原理是土壤中的極性分子板在高頻交變電場(chǎng)的作用下來(lái)回移動(dòng),通過(guò)電流產(chǎn)生大量熱量,使土壤中的害蟲和農(nóng)藥不斷受熱,而害蟲、細(xì)菌等微生物蛋白質(zhì)受熱失去活性,從而達(dá)到土壤消毒目的。張學(xué)進(jìn)等研究表明,如果使用輸出功率12 kW的射頻發(fā)生器對(duì)土壤加熱消毒15 min,土壤溫度會(huì)上升至52.6℃,此時(shí)大部分根線蟲能被消滅;加熱18 min后,土壤溫度上升至61.7℃,可殺死土壤中的各種線蟲和病原體[8]。
化學(xué)消毒技術(shù)是將熏蒸劑注入土壤中達(dá)到消毒效果,常用的熏蒸劑有氯化苦、呋喃丹、棉酚、碘甲烷和福爾馬林等。
注射熏蒸劑消毒是常用的化學(xué)消毒方法。藥物從注射裝置注入土壤,注射深度一般為30 cm。以常見(jiàn)的氯化物為例,具體消毒方法如下:觀測(cè)消毒前7~14 d的天氣變化,保證空氣溫度、土壤溫度達(dá)到要求;清除植物病殘?bào)w,適時(shí)施肥,充分旋耕,深度至少20 cm,將土壤徹底耙平,再清除土壤中的泥土、石頭和植物殘留物,并選擇專門的土壤消毒機(jī)進(jìn)行消毒;使用氯化物后應(yīng)及時(shí)覆蓋塑料薄膜,地溫15~25℃保持7~10 d,地溫6~15℃保持14 d[9];之后揭膜敞氣,進(jìn)行翻地排氣[10]。
湖北省來(lái)鳳縣在解決“鳳頭姜”連作障礙問(wèn)題上進(jìn)行了大面積試驗(yàn)和示范,5 a的實(shí)踐證明,利用棉隆微粒劑對(duì)土壤進(jìn)行消毒能有效控制姜瘟病、莖基腐病等病害[11]。近年來(lái),該技術(shù)措施在綠水鎮(zhèn)香溝村“鳳頭姜”栽培上發(fā)揮了顯著的示范作用,累積應(yīng)用面積在12 hm2以上,具有較好的社會(huì)、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。
在滴灌條件下,結(jié)合化學(xué)灌溉技術(shù),具有良好的消毒效果。灌溉時(shí)需要將熏蒸劑(如威百畝、氯化苦)制成乳劑,使其與水混合并施于土壤[12]。例如,新疆維吾爾自治區(qū)阜康市九運(yùn)街鎮(zhèn)設(shè)施基地采用氰氨化鈣(石灰氮)配合滴灌技術(shù)進(jìn)行土壤消毒,取得了良好成效。
毒土消毒技術(shù)是將藥劑按一定比例混合后施于土壤中,溝施、穴施、撒施均可。例如,1 m2苗床用40%五氯硝基苯8 g,拌入40~50 kg干細(xì)土蓋籽[13]。
生物熏蒸技術(shù)是一種自然、環(huán)保、可替代溴甲烷的熏蒸技術(shù),其是指通過(guò)分解植物代謝產(chǎn)物,產(chǎn)生揮發(fā)性氣體,抑制或殺死土傳病蟲害的土壤熏蒸技術(shù)。蕓薹屬植物,如甘藍(lán)型油菜、芥菜型油菜和花椰菜,常被用作生物熏蒸材料。這些植物可以作為輪作或間作作物來(lái)控制土傳病害[14]。生物熏蒸材料的副產(chǎn)品也可以用作土壤熏蒸劑,如榨菜籽或芥菜籽制成的餅和籽可以用作園藝作物的土壤改良劑,其均可以用來(lái)預(yù)防病蟲害,增加作物產(chǎn)量。
最佳熏蒸時(shí)間為每年7—8月,推薦熏蒸時(shí)間為20~30 d。新鮮畜禽糞便與土壤混合后,用適量清水澆灌,以利于糞便在高溫下發(fā)酵,并立即用聚氯乙烯薄膜覆蓋,以防止熏蒸材料產(chǎn)生的有效氣體成分流失,保證膜下氣體累積量達(dá)到致死劑量;或在下一茬作物播種前,將蕓薹植物種子播種于土壤中,待植株生長(zhǎng)至下一茬作物播種日起40 d左右時(shí),澆水,將植物和土壤碾碎混合,立即覆蓋地膜,待其發(fā)酵。用上述兩種生物熏蒸方法除去地膜后,在種植下一茬作物之前,應(yīng)透氣7 d左右。
已應(yīng)用于湖南省沅江市農(nóng)村的辣根素作為新型植物源藥劑,能有效地殺死土壤中的各種害蟲,且不影響農(nóng)作物生長(zhǎng)。其使用方法是將苗床起壟后,在地塊表面覆蓋塑料薄膜,并用土壤壓實(shí),進(jìn)行滴灌;用清水滴灌10 min后,每667 m2使用20%辣根5 L,配適量溶液,再次滴灌直至水量達(dá)標(biāo);封閉覆蓋3 d后,揭膜一兩天,開(kāi)始播種。
2016年,采用土壤消毒劑(改性氰胺鈣)和改性劑(bc568)在沈陽(yáng)保護(hù)果蔬科技示范園的溫室內(nèi)進(jìn)行了示范試驗(yàn),具體操作如下。
清理地塊,平整壟溝,均勻撒播玉米秸稈1 200 kg,施用蚯蚓糞3 000 L,改性氰胺鈣60 kg。用旋耕機(jī)將土壤翻耕30~40 cm,使改性氰胺鈣與土壤顆粒完全接觸。用廢塑料薄膜密封,在塑料薄膜下澆灌土壤,直至地界表面濕潤(rùn)。將太陽(yáng)能與改性氰胺鈣相結(jié)合,可殺菌除蟲,使30 cm土層維持在50℃左右,地表溫度達(dá)到70℃。30 d后,打開(kāi)溫室的門窗和通風(fēng)口后,即可打開(kāi)塑料薄膜,并進(jìn)行翻土[15]。10 d后,結(jié)合整地,施10 kg播可潤(rùn)C(jī)568,再過(guò)5 d即可定植草莓。結(jié)果發(fā)現(xiàn),示范溫室的3種害蟲對(duì)草莓的危害率分別比對(duì)照溫室低100.0%、72.3%、63.6%。
2013—2017年,如皋市依托江蘇省農(nóng)業(yè)“三新”項(xiàng)目和江蘇省農(nóng)業(yè)科技入戶項(xiàng)目總結(jié)出了一套程序化、實(shí)用化的技術(shù)模式,并應(yīng)用于當(dāng)?shù)夭葺N植基地。結(jié)果表明,草莓采收后及時(shí)種植青玉米或甜高粱,將秸稈還田進(jìn)行高溫悶棚和土壤消毒,與無(wú)秸稈還田處理相比,土壤有機(jī)質(zhì)含量上升10.4%,接茬種植第3年草莓植株田間長(zhǎng)勢(shì)健壯、未出現(xiàn)因連作造成的缺棵斷壟等現(xiàn)象[16]。
該技術(shù)的應(yīng)用大大降低了草莓病蟲害發(fā)生率,大大減少了化學(xué)農(nóng)藥用量,在保證產(chǎn)品安全的基礎(chǔ)上,為設(shè)施草莓綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展建立了良好的土壤基礎(chǔ)條件。該綜合性土壤消毒技術(shù)模式,顯著提升了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。
目前,土壤消毒技術(shù)主要涉及物理、化學(xué)和生物三大類。在物理方面,太陽(yáng)能消毒的效果受氣候條件的影響很大;蒸汽消毒技術(shù)是一種高效、清潔的消毒技術(shù),但存在對(duì)深層土壤消毒不徹底、消毒流程復(fù)雜等問(wèn)題,即便鋪設(shè)地下管道,也會(huì)出現(xiàn)成本高、不利于后期田間作物管理的狀況;熱水消毒技術(shù)在消毒的同時(shí)可以改變土壤透氣透水性,但該方法耗水量大、機(jī)器造價(jià)昂貴、資源耗費(fèi)嚴(yán)重;火焰高溫消毒法環(huán)保、高效,對(duì)地域要求低且消毒效果明顯,但成本高。在化學(xué)方面,主要利用各種化學(xué)藥劑對(duì)土壤進(jìn)行熏蒸,可以殺蟲、殺滅細(xì)菌或雜草,但化學(xué)藥劑毒性大,對(duì)環(huán)境和人體有害,需要專人操作。在生物方面,使用生物熏蒸可以有效控制土傳病害,改善化學(xué)熏蒸劑對(duì)土壤環(huán)境的不利影響,同時(shí)可以降低種植成本,增加農(nóng)民收入。但生物熏蒸材料從播種到收獲一般需要較長(zhǎng)時(shí)間,因此,生物熏蒸技術(shù)仍難以廣泛推廣。
綜上所述,要想科學(xué)有效地進(jìn)行土壤消毒、解決連作障礙,除了探索試驗(yàn)新型高科技技術(shù)外,更重要的是參考實(shí)際情況,在目前已有的土壤消毒技術(shù)基礎(chǔ)上,合理搭配多種消毒方法,平衡利弊,開(kāi)展適合當(dāng)?shù)卦O(shè)施農(nóng)業(yè)的土壤消毒技術(shù)實(shí)踐,總結(jié)一套專業(yè)化、程序化、實(shí)用化的土壤消毒改良技術(shù)模式,并在相關(guān)基地推廣應(yīng)用,解決連作障礙引發(fā)的問(wèn)題,獲得更好的滅菌除害效果,保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。