周開勝

(蚌埠學(xué)院土木與水利工程學(xué)院,安徽 蚌埠 233030)

隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施化、集約化、專業(yè)化發(fā)展,已漸成我國果蔬、中草藥等經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)的重要模式。不合理地大量化肥施用,極易造成土壤化肥殘留、酸化、次生鹽漬化、養(yǎng)分失衡、板結(jié)、土傳致病生物(如致病尖孢鐮刀菌、青枯菌、線蟲)增殖等連作障礙問題,導(dǎo)致作物產(chǎn)量減低、品質(zhì)下降,甚至絕收。目前,有關(guān)多因素成因的連作障礙的防控,主要有調(diào)控土壤pH[1]、高溫燜棚[2]、熏蒸土壤[3]、立架栽培[4]、輪作[5]、套作[6]、間作[7]、培育抗病品種[8]、配施拮抗菌[9]、栽植嫁接苗[10]、施用生物有機(jī)肥[11]等,這些措施多為針對連作障礙的某一特定因素采取的相應(yīng)防控措施,雖取得一定成效,但無論從防控效果、成本還是環(huán)保等方面,仍存在諸多不足,亟需從土壤生態(tài)修復(fù)與改善的角度考慮,開發(fā)消除多因素成因的連作障礙的技術(shù)方法。

厭氧土壤消毒(Anaerobic Soil Disinfestation,ASD)是21世紀(jì)初發(fā)展起來的一種替代土壤化學(xué)藥物熏蒸的土壤生態(tài)修復(fù)方法,已在美國、日本、荷蘭等國得到廣泛應(yīng)用。其基本方法是在土壤中添加易腐解的有機(jī)物料,灌水,覆膜,密封2～4周,創(chuàng)造強(qiáng)烈的土壤厭氧還原環(huán)境,消除連作障礙因子,過程短,在1個(gè)月內(nèi)即可完成。近年來,在我國用ASD法處理退化連作土壤,防控作物連作障礙也多有報(bào)道[12-17]。處理溫度是ASD殺滅土傳致病生物[3],影響土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)的重要影響因素[3]。當(dāng)土壤溫度在15～45 ℃時(shí),土壤中大多數(shù)微生物的活性隨溫度升高而增強(qiáng),但當(dāng)土壤溫度低于15 ℃或高于45 ℃時(shí),微生物活性變?nèi)?從而影響土壤生物化學(xué)過程,進(jìn)而影響ASD處理效果[18-19]。

不同季節(jié)土壤溫度不同,為提高ASD處理效果和推廣應(yīng)用,本研究以稻草為有機(jī)物料,番茄連作土壤為研究對象,開展處理溫度對ASD消除連作障礙因子的影響研究。番茄種植規(guī)模大、分布范圍廣,其果實(shí)營養(yǎng)豐富,且風(fēng)味獨(dú)特,深受大眾喜愛,開展此研究具有十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.2 研究方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

共設(shè)置5個(gè)處理:對照(CK)、10 ℃、20 ℃、30 ℃和40 ℃處理。稱取土樣折合干土重0.73 kg,放入自封塑料袋內(nèi),除CK外,每個(gè)土樣均添加過2 mm篩的折合干土重1%的稻草粉末,混勻后,加水至飽和,排空后密封,分別置于10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃的生化恒溫培養(yǎng)箱內(nèi),培養(yǎng)3周,每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)。

1.2.2 樣品分析

土壤pH和EC測定參照文獻(xiàn)[13]。土壤TOC、TN的測定參照文獻(xiàn)[20]中的H2SO4-K2Cr2O7濕燒法與開氏消煮法;土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮測定參照文獻(xiàn)[16];采用火焰光度法測定土壤速效鉀含量。采用Power SoilTMDNA Isolation Kit試劑盒提取土壤中微生物DNA,其中細(xì)菌、真菌及尖孢鐮刀菌的定量方法參照文獻(xiàn)[13]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0中的單因素方差分析和Duncan分析不同處理間的差異。采用Excel 2010分析試驗(yàn)數(shù)據(jù);采用Origin 8.0繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH、EC變化

處理前,供試土壤呈強(qiáng)酸性和輕度鹽漬化(EC值在0.34～0.98 mS·cm-1之間,為輕度鹽漬化土壤[21])。由圖1(a)可見,不同溫度下ASD處理后的土壤pH均較對照顯著升高(P<0.05),處理溫度為40 ℃的ASD處理pH最高;值得注意的是,處理溫度為10 ℃的ASD處理土壤pH升至6.5,土壤由未處理前的強(qiáng)酸性(pH=4.75)轉(zhuǎn)變?yōu)榻咏行浴SD處理后的土壤EC值隨處理溫度的升高而減小,但處理溫度從30 ℃升至40 ℃,土壤EC值變化并不顯著(P>0.05),見圖1(b)。圖1中,不同小寫字母代表處理間差異顯著(P<0.05),下同。

圖1 不同溫度下ASD處理對連作土壤pH、EC的影響

2.2 土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮質(zhì)量比變化

處理前,供試土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮質(zhì)量比分別為4.28 mg·kg-1和257 mg·kg-1。ASD處理后,處理溫度從10 ℃升至30 ℃,按態(tài)氮質(zhì)量比差異不顯著(P>0.05),當(dāng)處理溫度升至40 ℃時(shí),銨態(tài)氮質(zhì)量比顯著升高(P<0.05)(圖2a);各處理硝態(tài)氮質(zhì)量比均顯著降低(P<0.05),值得注意的是,溫度為10 ℃的ASD處理中硝態(tài)氮質(zhì)量比仍達(dá)83.9 mg·kg-1,但隨著處理溫度繼續(xù)升高(≥20 ℃)硝態(tài)氮質(zhì)量比顯著降低(P<0.05)(圖2b)。

圖2 不同溫度下ASD處理對連作土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮質(zhì)量比的影響

2.3 土壤TOC、K質(zhì)量比變化

ASD處理后,各處理中TOC質(zhì)量比均顯著高于CK(P<0.05);其中,20 ℃條件下,ASD處理后,土壤TOC質(zhì)量比最高(圖3a)。各處理中速效鉀質(zhì)量比均較CK顯著增加(P<0.05)(圖3b)。但處理溫度對ASD處理后土壤TOC和速效鉀質(zhì)量比的影響規(guī)律性均不明顯。

圖3 不同溫度下ASD處理對連作土壤TOC、速效鉀質(zhì)量比的影響

2.4 土壤中微生物數(shù)量變化

2.4.1 土壤細(xì)菌、真菌數(shù)量變化

ASD處理后,土壤細(xì)菌數(shù)量均較對照顯著升高(P<0.05),且隨處理溫度升高,土壤細(xì)菌數(shù)量呈增加趨勢(圖4a)。處理溫度對ASD處理后真菌數(shù)量的影響較為復(fù)雜,處理溫度為10～30 ℃時(shí),各處理中真菌數(shù)量呈現(xiàn)波動(dòng)性變化,當(dāng)處理溫度升至40 ℃時(shí),土壤真菌數(shù)量顯著下降(P<0.05)(圖4b)。

圖4 不同溫度下ASD處理土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量的影響

2.4.2 土壤尖孢鐮刀菌數(shù)量變化

ASD處理后,各處理中尖孢鐮刀菌數(shù)量隨處理溫度升高而減小,處理溫度為10 ℃的ASD處理中尖孢鐮刀菌數(shù)量顯著高于對照和其他處理(P<0.05);當(dāng)處理溫度升至20 ℃時(shí),ASD處理后,土壤中尖孢鐮刀菌與對照差異不顯著(P>0.05);當(dāng)處理溫度分別升至30 ℃和40 ℃時(shí),ASD處理后,土壤中尖孢鐮刀菌數(shù)量均顯著低于對照及其他處理(P<0.05),但溫度為30 ℃和40 ℃的處理間差異不顯著(P>0.05)(圖5)。

圖5 不同溫度下ASD處理對土壤尖孢鐮刀菌數(shù)量的影響

3 討論

ASD處理是土壤生物化學(xué)過程,土壤溫度是ASD處理有效抑制土傳致病微生物和改善土壤物理化學(xué)性質(zhì)的重要環(huán)境因子[3,18-19],與文獻(xiàn)報(bào)道一致的是,無論提高酸性土壤pH,清除土壤累積的硝酸鹽,降低土壤EC值,還是抑制尖孢鐮刀菌,處理溫度為40 ℃的ASD處理效果均最好。由此可見,欲取得ASD處理消除連作障礙因子的最佳效果,在條件允許的情況下,宜選擇在氣溫高的夏季。處理溫度不僅影響ASD處理后土壤微生物活性和殺菌物質(zhì)(如H2S、NH3、Mn2+、Fe2+和脂肪酸)的產(chǎn)生量[12,17,22-23],還影響有機(jī)酸的電離常數(shù),隨處理溫度升高,揮發(fā)性脂肪酸將產(chǎn)生更多的非電離形式[24],只有非電離形式的揮發(fā)性脂肪酸才對土傳致病生物具有毒殺作用[25-26]。從圖4和圖5可以看出,當(dāng)處理溫度升至40℃時(shí),真菌和尖孢鐮刀菌數(shù)量均顯著降低。

4 結(jié)論

不同處理溫度的ASD處理,均可顯著提高土壤TOC和速效K質(zhì)量比,提高土壤肥力;處理溫度為10 ℃的ASD處理不能完全去除土壤積累的硝酸鹽,限制了酸性土壤pH升高和EC值降低;無論是提高酸性土壤pH,清除土壤累積的硝酸鹽,降低土壤EC值,還是殺滅土傳致病微生物(如F.oxysporum),處理溫度為40 ℃的ASD處理效果均最佳,為提高處理效果,可選擇在氣溫高的夏季進(jìn)行處理。