閆元元，周開勝,5,6，張金波,3,4，蔡祖聰,3,4，黃新琦,3,4，劉亮亮,2*

強(qiáng)還原土壤滅菌處理對(duì)連作病土改良效果的影響因素①

閆元元1，周開勝1,5,6，張金波1,3,4，蔡祖聰1,3,4，黃新琦1,3,4，劉亮亮1,2*

(1 南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，南京 210023；2 宜春學(xué)院生命科學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，江西宜春 336000；3 江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210023；4 江蘇省土壤利用與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展工程研究中心，南京 210023；5 蚌埠學(xué)院土木與水利工程學(xué)院，安徽蚌埠 233030；6 農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽蚌埠 233030)

以西瓜和草莓連作病土為研究對(duì)象，設(shè)置不同處理時(shí)間 (3、4、5、7周)、處理溫度 (10、20、30、40℃)、含水量(80% 和100% 田間最大持水量、淹水)以及物料類型 (稻草、稻草+牛糞、稻草+鐵粉) 的強(qiáng)還原土壤滅菌 (reductive soil disinfestation，RSD)處理，通過冗余分析和隨機(jī)森林分析探討RSD處理對(duì)不同土壤類型的改良效果及其共性影響因子。結(jié)果表明：與對(duì)照相比，RSD處理能顯著降低兩種土壤的電導(dǎo)率和提高土壤pH，且能有效減少土壤真菌/細(xì)菌比、尖孢鐮刀菌數(shù)量及其在真菌中的占比。然而，各因素RSD處理間的土壤性狀也呈顯著差異，其中pH、電導(dǎo)率以及殺菌效果的整體變化幅度分別為6.48 ～ 8.64、0.15 ～ 0.22 mS/cm及0.6% ～ 99.9%。RSD在處理溫度高于10 ℃ 且處理時(shí)長為3周時(shí)可顯著提高土壤pH；在淹水處理時(shí)土壤鹽漬化去除效果最佳；在處理溫度40℃條件下，尖孢鐮刀菌的殺滅效果于兩種土壤中均達(dá)99.7% 以上。相關(guān)性分析進(jìn)一步表明，處理溫度與RSD處理后的土壤pH和微生物性質(zhì)相關(guān)性最高，且各因素對(duì)RSD處理殺菌效果的重要性排序?yàn)椋簻囟?時(shí)間>物料類型>含水量。綜上，溫度是影響RSD處理對(duì)不同連作病土改良效果的主要因素。

強(qiáng)還原土壤滅菌處理；尖孢鐮刀菌；殺菌效果；共性因子；設(shè)施栽培

設(shè)施栽培因受季節(jié)氣候影響小、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)，已成為我國重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式[1]。然而，不合理的輪作和化肥的大量施用，易造成土壤酸化、次生鹽漬化、養(yǎng)分失衡以及土傳病害頻發(fā)等問題[2]。王廣印等[3]對(duì)河南省設(shè)施栽培狀況調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，連作障礙發(fā)生率在種植蔬菜5年以上的地塊高達(dá)80%，是造成作物產(chǎn)量下降的主要原因。尖孢鐮刀菌()是一種世界性的土傳病原真菌，對(duì)作物的致病能力強(qiáng)且致死率極高[4]，且該病原菌侵染的作物已達(dá)100多種，嚴(yán)重制約了設(shè)施農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[5-6]。

目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)于連作障礙的防治措施主要包括物理、化學(xué)及生物防治，雖然均有一定的成效，但都是針對(duì)退化土壤某一特定因素，采取相應(yīng)的措施，無法從根本上消除連作障礙[7-9]。強(qiáng)還原土壤滅菌(reductive soil disinfestation，RSD)處理是一種向土壤中添加大量易分解有機(jī)碳源、灌溉至田間最大持水量并覆蓋薄膜，以創(chuàng)造土壤強(qiáng)還原環(huán)境殺滅病原菌的作物種植前處理方法[10]。諸多研究表明，RSD處理創(chuàng)造的強(qiáng)還原環(huán)境、產(chǎn)生的殺菌物質(zhì)以及重建的土壤微生物區(qū)系能夠有效殺滅尖孢鐮刀菌、立枯絲核菌()及青枯菌()等多種土傳病原微生物[11-12]。RSD處理已成功應(yīng)用于花卉、蔬果及藥材等多種作物的連作障礙防控[13-15]。因此，RSD處理是一種廣譜、環(huán)保且高效的連作障礙消減措施。

RSD處理殺菌效果主要受處理時(shí)的溫度、周期、土壤含水量以及添加物料類型與用量等因素的影響[11]，雖然前期已有大量文獻(xiàn)對(duì)其進(jìn)行報(bào)道，但研究結(jié)果不一致。例如，劉亮亮等[16]研究發(fā)現(xiàn)，RSD處理在低溫條件下進(jìn)行4個(gè)月可有效地殺滅土傳病原菌，表明溫度并非RSD處理殺滅病原菌的決定性因子；Shennan等[17]研究發(fā)現(xiàn)，RSD處理溫度由16 ～ 21.1℃升高至21.1 ～ 26.6 ℃時(shí)，減少一半的物料施用量仍取得了顯著的殺菌效果，表明溫度而非物料添加量對(duì)于RSD處理效果影響顯著；Wen等[18]研究發(fā)現(xiàn)，RSD處理殺菌效果隨物料施用量的增加而顯著增加，且殺菌效果在添加相同物料的淹水和飽和水處理中無顯著差異，表明物料施用量并非淹水條件對(duì)于RSD處理效果具有重要影響。此外，先前的研究均是針對(duì)單一土壤開展了單一因素的比較研究，尚缺乏RSD處理影響因素的系統(tǒng)研究?；诖耍驹囼?yàn)以西瓜和草莓連作病土為研究對(duì)象，分析RSD處理在不同溫度、周期、土壤含水量以及物料類型影響下，對(duì)土壤理化性質(zhì)修復(fù)效果和病原菌殺滅效果的影響，并通過冗余分析和隨機(jī)森林分析探究影響RSD處理效果的主要因素，以期為RSD處理的實(shí)踐提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤分別采自安徽省蚌埠市(117.38°E，32.95°N)連作3年的西瓜和草莓地塊。采樣前，作物枯萎病發(fā)生嚴(yán)重，減產(chǎn)達(dá)20% ～ 40%。西瓜和草莓栽培土壤pH分別為6.73和6.75，電導(dǎo)率(EC)分別為0.63 mS/cm和0.46 mS/cm，有機(jī)碳含量分別為10.67 g/kg和11.29 g/kg，硝態(tài)氮含量分別為94.7 mg/kg和151.3 mg/kg，以及尖孢鐮刀菌數(shù)量分別為4.16×105copies/g和5.69×106copies/g。RSD處理所需稻草(C/N比46.19)和牛糞(C/N比24.46)采自當(dāng)?shù)兀心コ? mm粉末；鐵粉購于安徽省蚌埠市華昌化工站。

1.2 試驗(yàn)方法

兩種土壤均按表1所示條件進(jìn)行處理。RSD處理具體操作流程如下：分別將土樣裝入密封袋內(nèi)，按相應(yīng)方案添加不同材料混勻后，加水至特定條件后密封，并置于相應(yīng)溫度的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)500 g土，處理結(jié)束后采集土樣，測定其理化性質(zhì)和微生物學(xué)性質(zhì)。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤理化性質(zhì)的測定 土壤pH和EC值分別采用S220K pH計(jì)(Mettler, Switzerland)和DDS-320電導(dǎo)率儀(Dapu Instrument Co.，Ltd)測定, 水土比分別為2.5∶1(/)和5∶1(/)；土壤有機(jī)碳含量采用H2SO4-K2Cr2O7濕燒法進(jìn)行測定；土壤NO3–-N含量采用2 mol/L KCl溶液按液土比5∶1(/)比例進(jìn)行浸提，浸提液過濾后采用流動(dòng)分析儀(Skalar San++，Breda,The Netherlands)測定。

表1 草莓和西瓜栽培土壤處理信息

注：“–”表示不進(jìn)行灌溉和添加物料處理；WHC，田間最大持水量。

1.3.2 土壤DNA提取和熒光定量PCR分析 稱取0.5 g鮮土,采用試劑盒FastDNA?SPIN Kit(MP Biomedicals，USA)提取土壤總DNA。所有DNA樣品的濃度和純度經(jīng)DS-11超微量分光光度計(jì)(DeNovix，USA)檢測后置于–80℃冰箱保存待用。采用QuanStudio 3 Real-Time PCR system(Applied Biosystems，USA)對(duì)土壤細(xì)菌、真菌以及尖孢鐮刀菌進(jìn)行定量分析，反應(yīng)體系(20 μl)包括SYBR?Premix Ex Taq?(2×，Takara，中國大連)10 μl、參比熒光染料 ROX II(50×)0.4 μl、正、反引物(10 μmol/L)各1 μl(表2)、DNA模板2 μl以及無菌水5.6 μl。細(xì)菌和真菌的定量反應(yīng)條件：95℃ 2 min預(yù)變性，95℃ 10 s解鏈，53℃ 20 s退火，72℃ 30 s延伸，40個(gè)循環(huán)；尖孢鐮刀菌的定量反應(yīng)條件：95℃ 2 min預(yù)變性，95℃ 10 s解鏈，58℃ 15 s退火，72℃ 20 s延伸，40個(gè)循環(huán)。在每個(gè)循環(huán)的延伸階段采集熒光信號(hào)，反應(yīng)結(jié)束后繪制溶解曲線。擴(kuò)增條件和標(biāo)準(zhǔn)曲線參照Huang等[12]的方法構(gòu)建，斜率分別為–3.342、–3.381和–3.476。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 25.0中的最小顯著差數(shù)法(LSD)，對(duì)單一影響因素下不同處理的土壤理化性質(zhì)和微生物學(xué)性質(zhì)(微生物定量數(shù)據(jù)采用對(duì)數(shù)lg轉(zhuǎn)化)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；采用Canoco 5.0對(duì)各因素與RSD處理后的土壤理化性質(zhì)和微生物學(xué)性質(zhì)進(jìn)行冗余分析；采用隨機(jī)森林法分析各因素RSD處理在兩種土壤中殺菌效果的貢獻(xiàn)度。

表2 微生物定量引物

2 結(jié)果

2.1 土壤pH和電導(dǎo)率

與CK相比，RSD處理均能有效提高西瓜和草莓栽培土壤的pH(圖1A ～1D)，且草莓栽培土壤pH經(jīng)RSD處理后上升幅度(12% ～ 24%)整體高于西瓜栽培土壤(12% ～ 17%)。在不同時(shí)間和溫度影響下，RSD處理后，兩種土壤pH均隨處理時(shí)間和溫度的增加而顯著升高(<0.05)，且RSD稻草-T40處理的土壤pH顯著高于其他溫度下的RSD處理(<0.05圖1A和1B)。在不同水分條件下(圖1C)，除西瓜栽培土壤的RSD稻草-W80%處理外，兩種土壤pH經(jīng)RSD處理后均顯著高于CK(<0.05)。此外，西瓜栽培土壤的pH 在添加不同物料的RSD處理中無顯著差異(>0.05)；而在草莓栽培土壤中，RSD稻草+牛糞處理的土壤pH顯著高于RSD稻草處理(<0.05)。

與CK相比，RSD處理均能顯著降低兩種土壤的電導(dǎo)率(<0.05圖，1E～1H)，且RSD處理在相同土壤和影響因素(時(shí)間、含水量和物料類型)下，土壤EC值存在差異性。在不同時(shí)間條件下，西瓜栽培土壤的EC值經(jīng)RSD稻草-t4和RSD稻草-t5處理后顯著低于RSD稻草-t3處理(<0.05)，草莓栽培土壤的EC值經(jīng)RSD稻草-t5和RSD稻草-t7處理后顯著低于RSD稻草-t3和RSD稻草-t4處理(<0.05，圖1E)；在不同水分條件下，兩種土壤的EC值經(jīng)RSD稻草-W淹水處理后均顯著低于RSD稻草-W80%和RSD稻草-W100%處理(<0.05，圖1G)。

(圖中誤差線表示標(biāo)準(zhǔn)誤，圖柱上方不同小寫字母表示同一土壤不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同)

2.2 土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量

與CK相比，RSD處理均能增加西瓜和草莓栽培土壤中的細(xì)菌數(shù)量,減少土壤真菌數(shù)量和真菌/細(xì)菌比，且同一影響因素下的各RSD處理，真菌、細(xì)菌數(shù)量及其二者比例呈現(xiàn)顯著差異性(圖2)。在不同時(shí)間條件下，草莓栽培土壤的細(xì)菌數(shù)量經(jīng)RSD稻草-t7處理后顯著高于RSD稻草-t4和RSD稻草-t5處理(<0.05)，且RSD稻草-t7處理的細(xì)菌數(shù)量(2.4×1010copies/g)較CK (2.0×109copies/g)顯著增加了11.0倍(<0.05)。在不同溫度條件下，西瓜和草莓栽培土壤的真菌數(shù)量經(jīng)RSD稻草-T40處理后均顯著低于其他RSD處理(<0.05)，且西瓜和草莓栽培土壤的真菌數(shù)量在RSD稻草-T40處理中較CK(1.58×108copies/g和9.33× 107copies/g)分別顯著降低了89.5% 和72.5%(<0.05)，此外，西瓜和草莓栽培土壤中的真菌數(shù)量分別在RSD稻草-T20和RSD稻草-T10處理中顯著增加(<0.05)。RSD處理溫度越高，兩種土壤的真菌/細(xì)菌比越低，且西瓜栽培土壤的真菌/細(xì)菌比經(jīng)RSD稻草-T40處理后顯著低于RSD稻草-T10、RSD稻草-T20及RSD稻草-T30處理(<0.05)。

(圖中顏色代表土壤中細(xì)菌數(shù)量、真菌數(shù)量及真菌/細(xì)菌比的相對(duì)值，不同大(小)寫字母表示西瓜(草莓)土壤不同處理間差異顯著(P<0.05))

2.3 土壤尖孢鐮刀菌數(shù)量及其比例

在不同溫度條件下，與CK相比，RSD稻草-T10處理對(duì)兩種土壤的尖孢鐮刀菌數(shù)量無顯著影響(>0.05)，RSD稻草-T40處理的尖孢鐮刀菌數(shù)量最低，其殺菌效果均達(dá)到99.7% 以上(圖3B)。兩種土壤的尖孢鐮刀菌數(shù)量在不同時(shí)間、水分狀況以及物料類型條件下的RSD處理中均呈顯著降低趨勢(<0.05)。不同時(shí)間、水分狀況和物料類型條件下的RSD處理在西瓜栽培土壤中的殺菌率分別達(dá)81.0% ～ 90.2%、67.8% ～ 85.6% 和81.0% ～ 90.9%，在草莓栽培土壤中的殺菌率分別達(dá)91.6% ～ 99.6%、90.4% ～ 92.8% 和82.9% ～ 93.6%。除水分因素外，兩種土壤的尖孢鐮刀菌數(shù)量在其他因素下的RSD處理中呈顯著差異(<0.05)(圖3A、3B和3D)。草莓栽培土壤的尖孢鐮刀菌數(shù)量經(jīng)RSD稻草-t4和RSD稻草-t5處理后顯著低于RSD稻草-t3和RSD稻草-t7處理(<0.05)(圖3A)；兩種土壤的尖孢鐮刀菌數(shù)量經(jīng)RSD稻草+牛糞處理后低于RSD稻草和RSD稻草+鐵粉處理。

在不同溫度條件下，與CK相比，RSD稻草-T10處理顯著增加了西瓜栽培土壤的尖孢鐮刀菌/真菌比(<0.05)，而RSD稻草-T30和RSD稻草-T40處理呈相反趨勢，尖孢鐮刀菌/真菌比分別顯著降低了79.3% 和97.6% (<0.05，圖3F)。與CK相比，兩種土壤的尖孢鐮刀菌/真菌比在不同時(shí)間、水分狀況以及物料類型條件下的RSD處理中均顯著降低(<0.05)，且在同一因素下的RSD處理中無顯著差異(>0.05，圖3E、3G和3H)。

2.4 各因素對(duì)RSD處理效果影響的冗余分析和隨機(jī)森林分析

冗余分析結(jié)果表明，不同溫度條件下的RSD處理(圖4A和4B)與兩種土壤的尖孢鐮刀菌數(shù)量、尖孢鐮刀菌/真菌比及殺菌效果的相關(guān)性最大(<0.05)，而其他因素下的RSD處理對(duì)其影響不顯著(>0.05)。不同時(shí)間條件下的RSD處理與西瓜栽培土壤的電導(dǎo)率相關(guān)性最大(圖4A)，不同溫度和水分條件下的RSD處理與草莓栽培土壤的pH和電導(dǎo)率相關(guān)性最大(圖4B)。此外，對(duì)兩種土壤綜合分析均發(fā)現(xiàn)，RSD處理溫度與土壤pH和殺菌效率呈正相關(guān)關(guān)系，與土壤的真菌/細(xì)菌比和尖孢鐮刀菌數(shù)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖4C)；且通過隨機(jī)森林分析發(fā)現(xiàn)，各因素對(duì)RSD處理殺菌效率的貢獻(xiàn)程度排序?yàn)椋簻囟?、時(shí)間、物料類型和含水量(圖4D)。

3 討論

因集約化種植品種單一、復(fù)種指數(shù)高以及化肥的大量施用，土壤酸化、鹽漬化以及土傳病原菌累積引發(fā)的連作障礙問題日益突出，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失[23]。諸多文獻(xiàn)報(bào)道[24-25]，RSD處理可以顯著提高土壤pH，本研究結(jié)果與之一致。但是，不同土壤經(jīng)RSD處理后pH上升幅度呈現(xiàn)差異性，這可能與土壤初始理化性質(zhì)和微生物性質(zhì)的差異導(dǎo)致RSD處理過程中還原程度不同有關(guān)[26]。本研究發(fā)現(xiàn)，兩種土壤的pH均隨RSD處理時(shí)間和溫度的增加呈上升趨勢，這可能是因?yàn)殚L時(shí)間和高溫的RSD處理易建立更強(qiáng)的還原環(huán)境，從而消耗更多的H+[27]。兩種土壤的pH變化幅度在水分含量為80% 田間最大持水量的RSD處理中呈現(xiàn)差異，表明水分含量和土壤類型對(duì)RSD處理提升土壤pH的效果具有交互影響。兩種土壤經(jīng)不同參數(shù)的RSD處理后，土壤EC值均顯著下降，與前人研究結(jié)果一致[28]。集約化設(shè)施栽培過程中土壤次生鹽漬化時(shí)長發(fā)生，且鹽分以硝酸鹽和硫酸鹽為主，RSD處理所形成的土壤強(qiáng)還原環(huán)境，可促進(jìn)硝酸鹽和硫酸鹽分別還原為N2O和H2S，從而減輕或消除發(fā)生次生鹽漬化土壤上所栽培植物的鹽分脅迫[1]。

(圖A為西瓜栽培土壤，圖B為草莓栽培土壤，圖C和圖D均為西瓜和草莓栽培土壤。圖中實(shí)心箭頭代表RSD處理因素，空心箭頭代表土壤理化性質(zhì)和微生物學(xué)性質(zhì)?！癉E”表示對(duì)尖孢鐮刀菌的殺菌效率，“F/B”表示真菌/細(xì)菌比，*、**表示在P<0.05、P<0.01水平影響顯著)

土壤真菌/細(xì)菌比是衡量土壤健康的重要指標(biāo)之一。已有研究表明，土壤連作后微生物區(qū)系由“細(xì)菌主導(dǎo)型”向“真菌主導(dǎo)型”轉(zhuǎn)化，使病原菌更容易侵染植物而引發(fā)土傳病害[6]。本研究中，RSD處理后土壤真菌/細(xì)菌比較CK顯著降低，最低僅為CK的4.75%，這與Strauss等[29]的研究結(jié)果一致，即RSD處理能夠重建健康的土壤微生物區(qū)系。此外，RSD處理溫度越高，兩種土壤中的細(xì)菌數(shù)量越多，真菌數(shù)量及真菌/細(xì)菌比越低，這可能是因?yàn)闇囟壬咛岣吡送寥烂富钚?，加快了有機(jī)物的分解，從而進(jìn)一步刺激細(xì)菌的繁殖[12]。西瓜栽培土壤的細(xì)菌數(shù)量在添加稻草+牛糞的RSD處理中高于僅添加稻草的處理，一方面可能是因?yàn)榕＜S的C/N比更低，有利于刺激細(xì)菌的繁殖和提高它們的活性[30]，另一方面可能與牛糞本身含有一定的微生物有關(guān)。此外，兩種土壤中真菌/細(xì)菌比在時(shí)間和水分因素下的變化具有差異性，即最低真菌/細(xì)菌比的處理?xiàng)l件在兩種土壤中并不一致，表明時(shí)間和水分條件與土壤類型對(duì)RSD處理后真菌/細(xì)菌比具有交互影響。

土壤病原菌的累積被認(rèn)為是對(duì)作物可持續(xù)栽培的主要威脅，而RSD處理對(duì)病原菌的殺菌效率被認(rèn)為是該方法取得有效性的關(guān)鍵指標(biāo)[31]。在本試驗(yàn)中，兩種土壤的尖孢鐮刀菌數(shù)量經(jīng)RSD處理4周后低于更長周期的處理，這可能與RSD處理前期碳源分解者能夠快速分解物料中的易氧化有機(jī)碳和產(chǎn)生有機(jī)酸有關(guān)[16]。RSD處理對(duì)兩種土壤的殺菌效率均隨溫度的上升而增加。在10℃條件下，土壤的尖孢鐮刀菌數(shù)量經(jīng)RSD處理后與CK相比差異不顯著，這與Shennan等[32]研究結(jié)果一致，即溫度低于15℃的RSD處理無法對(duì)病原菌進(jìn)行有效的控制；而Yonemoto等[33]研究表明，在30℃條件下的RSD處理能夠有效抑制土壤的尖孢鐮刀菌。以上結(jié)果均表明溫度對(duì)RSD殺菌效果具有重要作用。不同水分狀況的RSD處理對(duì)兩種土壤中尖孢鐮刀菌的殺菌效果差異不顯著，這與Wen等[18]的研究結(jié)果一致，即灌溉土壤至田間最大持水量，足以建立強(qiáng)烈的厭氧還原環(huán)境以減少土壤中病原菌數(shù)量。兩種土壤的尖孢鐮刀菌/真菌比在添加不同物料類型的RSD處理后均無顯著性差異，表明物料類型對(duì)其影響較小。添加稻草+牛糞的RSD處理殺菌效果高于添加稻草的RSD處理，一方面是因?yàn)榕＜S增加了梭菌科、瘤胃菌科和毛羅菌科等功能微生物的豐度[26]；另一方面與添加牛糞的RSD處理過程中產(chǎn)生更多的氨氣有關(guān)[29]。本研究還發(fā)現(xiàn)，添加稻草+鐵粉的RSD處理對(duì)尖孢鐮刀菌數(shù)量的影響與僅添加稻草的RSD處理無顯著差異，這與Momma等[34]研究發(fā)現(xiàn)還原性Fe2+溶液中可以顯著抑制土傳病原菌不一致，仍有待進(jìn)一步的研究。本研究冗余分析表明，僅溫度與RSD處理的尖孢鐮刀菌數(shù)量及其在真菌中的占比呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，可能是因?yàn)楦邷亟档土送寥乐醒鯕獾娜芙舛群驮黾恿撕醚跷⑸锏暮难趿?，進(jìn)而增強(qiáng)了土壤的還原程度[35]。通過隨機(jī)森林分析進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，溫度是RSD處理在不同土壤中有效殺滅病原菌最為主要的影響因子。然而，對(duì)于一些低溫地區(qū)，如何通過調(diào)整各因子的結(jié)合獲得有效的處理效果，有待進(jìn)一步的研究。

4 結(jié)論

RSD處理能顯著降低不同作物連作病土的EC和提高pH，同時(shí)有效降低真菌/細(xì)菌比、尖孢鐮刀菌數(shù)量及其在真菌中的占比。相比于時(shí)間、物料類型以及土壤含水量，溫度是影響不同土壤中RSD處理殺菌效果的主要共性因子。在40℃條件下持續(xù)3周的RSD處理，對(duì)兩種土壤的尖孢鐮刀菌殺滅效果最好；在高于10 ℃ 條件下持續(xù)3周的RSD處理可顯著提高土壤pH；在淹水條件下土壤鹽漬化的去除效果最佳。

[1] 蔡祖聰. 我國設(shè)施栽培養(yǎng)分管理中待解的科學(xué)和技術(shù)問題[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2019, 56(1): 36–43.

[2] Zhao J, Zhou X, Jiang A Q, et al. Distinct impacts of reductive soil disinfestation and chemical soil disinfestation on soil fungal communities and memberships[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2018, 102(17): 7623–7634.

[3] 王廣印, 郭衛(wèi)麗, 陳碧華, 等. 河南省設(shè)施蔬菜連作障礙現(xiàn)狀調(diào)查與分析[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào), 2016, 32(25): 27–33.

[4] McGovern R J. Management of tomato diseases caused by[J]. Crop Protection, 2015, 73: 78–92.

[5] 黃新琦, 溫騰, 孟磊, 等. 土壤快速強(qiáng)烈還原對(duì)于尖孢鐮刀菌的抑制作用[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 34(16): 4526–4534.

[6] 王寶英, 李金澤, 黃新琦, 等. 土壤強(qiáng)還原處理對(duì)連作芥藍(lán)產(chǎn)量、微生物數(shù)量及活性的影響[J]. 土壤, 2019, 51(2): 316–323.

[7] 黃新琦, 蔡祖聰. 土壤微生物與作物土傳病害控制[J]. 中國科學(xué)院院刊, 2017, 32(6): 593–600.

[8] Zhao J, Mei Z, Zhang X, et al. Suppression ofwilt of cucumber by ammonia gas fumigation via reduction ofpopulation in the field[J]. Scientific Reports, 2017, 7: 43103.

[9] Ouhaibi-Ben Abdeljalil N, Vallance J, Gerbore J, et al. Combining potential oomycete and bacterial biocontrol agents as a tool to fight tomatoroot rot[J]. Biological Control, 2021, 155: 104521.

[10] Blok W J, Lamers J G, Termorshuizen A J, et al. Control of soilborne plant pathogens by incorporating fresh organic amendments followed by tarping[J]. Phytopathology, 2000, 90(3): 253–259.

[11] 蔡祖聰, 張金波, 黃新琦, 等. 強(qiáng)還原土壤滅菌防控作物土傳病的應(yīng)用研究[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2015, 52(3): 469–476.

[12] Huang X Q, Wen T, Zhang J B, et al. Toxic organic acids produced in biological soil disinfestation mainly caused the suppression off.sp. cubense[J]. BioControl, 2015, 60(1): 113–124.

[13] Huang X Q, Wen T, Zhang J B, et al. Control of soil-borne pathogenby biological soil disinfestation with incorporation of various organic matters[J]. European Journal of Plant Pathology, 2015, 143(2): 223–235.

[14] Huang X Q, Liu L L, Wen T, et al. Changes in the soil microbial community after reductive soil disinfestation and cucumber seedling cultivation[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2016, 100(12): 5581–5593.

[15] 李云龍, 王寶英, 常亞鋒, 等. 土壤強(qiáng)還原處理對(duì)三七連作障礙因子及再植三七生長的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2019, 56(3): 703–715.

[16] 劉亮亮, 周開勝, 黃新琦, 等. 低溫茬口空閑期土壤強(qiáng)還原消毒對(duì)西瓜枯萎病的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2021, 32(8): 2967–2974.

[17] Shennan C, Muramoto J, Koike S, et al. Optimizing anaerobic soil disinfestation for non-fumigated strawberry production in California[J]. HortScience, 2010, 45: S270.

[18] Wen T, Huang X Q, Zhang J B, et al. Effects of biological soil disinfestation and water regime on suppressingroot rot pathogens[J]. Journal of Soils and Sediments, 2016, 16(1): 215–225.

[19] Dorsch M, Lane D, Stackebrandt E. Towards a phylogeny of the genusbased on 16S rRNA sequences[J]. International Journal of Systematic Bacteriology, 1992, 42(1): 58–63.

[20] Muyzer G, de Waal E C, Uitterlinden A G. Profiling of complex microbial populations by denaturing gradient gel electrophoresis analysis of polymerase chain reaction-amplified genes coding for 16S rRNA[J]. Applied and Environmental Microbiology, 1993, 59(3): 695–700.

[21] Durán P, Thiergart T, Garrido-Oter R, et al. Microbial interkingdom interactions in roots promotesurvival[J]. Cell, 2018, 175(4): 973–983.e14.

[22] Lievens B, Brouwer M, Vanachter A C R C, et al. Quantitative assessment of phytopathogenic fungi in various substrates using a DNA macroarray[J]. Environmental Microbiology, 2005, 7(11): 1698–1710.

[23] Zhang J, Wang P C, Tian H M, et al. Pyrosequencing-based assessment of soil microbial community structure and analysis of soil properties with vegetable planted at different years under greenhouse conditions[J]. Soil and Tillage Research, 2019, 187: 1–10.

[24] 朱同彬, 孫盼盼, 黨琦, 等. 淹水添加有機(jī)物料改良退化設(shè)施蔬菜地土壤[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2014, 51(2): 335–341.

[25] 周開勝. 強(qiáng)還原處理改良西瓜連作土壤[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2017, 29(6): 982–987.

[26] Huang X Q, Liu L L, Zhao J, et al. The families Ruminococcaceae, Lachnospiraceae, and Clostridiaceae are the dominant bacterial groups during reductive soil disinfestation with incorporated plant residues[J]. Applied Soil Ecology, 2019, 135: 65–72.

[27] Momma N, Momma M, Kobara Y. Biological soil disinfestation using ethanol: Effect onf.sp. lycopersici and soil microorganisms[J]. Journal of General Plant Pathology, 2010, 76(5): 336–344.

[28] 朱文娟, 王小國. 強(qiáng)還原土壤滅菌研究進(jìn)展[J]. 土壤, 2020, 52(2): 223–233.

[29] Strauss S L, Greenhut R F, McClean A E, et al. Effect of anaerobic soil disinfestation on the bacterial community and key soilborne phytopathogenic agents under walnut tree-crop nursery conditions[J]. Plant and Soil, 2017, 415(1/2): 493–506.

[30] Liu L L, Kong J J, Cui H L, et al. Relationships of decomposability and C/N ratio in different types of organic matter with suppression ofand microbial communities during reductive soil disinfestation[J]. Biological Control, 2016, 101: 103–113.

[31] 薛超, 黃啟為, 凌寧, 等. 連作土壤微生物區(qū)系分析、調(diào)控及高通量研究方法[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2011, 48(3): 612–618.

[32] Shennan C, Muramoto J, Koike S, et al. Anaerobic soil disinfestation is an alternative to soil fumigation for control of some soilborne pathogens in strawberry production[J]. Plant Pathology, 2018, 67(1): 51–66.

[33] Yonemoto K, Hirota K, Mizuguchi et al. Utilization of sterilization by soil reduction in an open air field and its efficacy againstwilt of strawberry[J]. Proceedings of the Association for Plant Protection Shikoku, 2006(41): 15–24.

[34] Momma N, Kobara Y, Momma M. Fe2+and Mn2+, potential agents to induce suppression offor biological soil disinfestation[J]. Journal of General Plant Pathology, 2011, 77(6): 331–335.

[35] Stover R H. Flood-fallowing for eradication ofoxysporum f. cubense[J]. Soil Science, 1954, 77(5): 401–414.

Influencing Factors to Improvement Effect of Reductive Soil Disinfestation on Continuous Cropping Diseased Soil

YAN Yuanyuan1, ZHOU Kaisheng1,5,6, ZHANG Jinbo1,3,4, CAI Zucong1,3,4, HUANG Xinqi1,3,4, LIU Liangliang1,2*

(1 School of Geography Science, Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China; 2 College of Life Science and Environmental Resources, Yichun University, Yichun, Jiangxi 336000, China; 3 Jiangsu Center for Collaborative Innovation in Geographical Information Resource Development and Application, Nanjing 210023, China; 4 Jiangsu Engineering Research Center for Soil Utilization & Sustainable Agriculture, Nanjing 210023, China; 5 School of Civil and Hydraulic Engineering, Bengbu University, Bengbu, Anhui 233030, China; 6 Anhui Province Key Lab of Farmland Ecological Conservation and Pollution Prevention, Bengbu, Anhui 233030, China)

In this study, the watermelon and strawberry continuous cropping soils were used to conduct various reductive soil disinfestation (RSD) treatments, involving different incubation time (3, 4, 5 and 7 weeks), temperature (10, 20, 30 and 40℃), irrigating conditions (80%, 100% of the maximum field capacity and flooding) and organic material types (straw, straw+crow dung and straw+iron powder). The common factors influencing the improvement effect of RSD on different soils were analyzed through redundancy analysis and random forest analysis. Results showed that the electrical conductivity,abundance, proportion of fungi/bacteria and/fungi in both soils could be effectively reduced by RSD treatments, and pH in both soils were significantly increased after all of RSD treatments. However, these values of above-mentioned soil properties after different RSD treatments showed significant differences. The overall ranges of soil pH, electrical conductivity, and disinfestation effect were 6.48–8.64, 0.15–0.22 mS/cm, and 0.6%–99.9%, respectively. RSD treatments significantly increased soil pH when the temperature was higher than 10 ℃ for 3 weeks. The best removal effect of RSD on soil salinization was found in the soil flooding condition, and the disinfestation effect ofwas more than 99.7% in both RSD-treated soils at 40 ℃. Correlation analyses further revealed that the temperature was significantly correlated with pH and microbial properties in both soils after RSD treatments. Moreover, the contributions of the factors to the RSD disinfestation effects in both soils were ranked as follows: temperature > time > organic material > water content. In conclusion, our study shows that temperature is the most important factor affecting the RSD effects in different soil types.

Reductive soil disinfestation;; Disinfestation effect; Common factor; Facility cultivation

S154.3

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.03.010

閆元元, 周開勝, 張金波, 等. 強(qiáng)還原土壤滅菌處理對(duì)連作病土改良效果的影響因素. 土壤, 2022, 54(3): 508–516.

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(32160748，42090065)、中國博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目(2021M691625)和農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(FECPP201901)資助。

(190030@jxycu.edu.cn)

閆元元(1996—)，男，河南新蔡人，碩士研究生，主要從事土壤微生物及土傳病害生物防控等方面的研究。E-mail: yyy18336222721@163.com