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強(qiáng)還原土壤滅菌防控作物土傳病的應(yīng)用研究

 昵稱37581541 2019-08-04


今天文章講述:

強(qiáng)還原土壤滅菌方法的起源、作用機(jī)理,影響該方法效果的因素及其應(yīng)用前景。 

▼具體應(yīng)用--強(qiáng)還原土壤滅菌方法對防治作物土傳病害和修復(fù)退化土壤的作用。并且介紹了該方法目前在日本、荷蘭和美國已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于土壤滅菌的情況。

來源《土壤學(xué)報》2015年第3期。

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   蔡祖聰 張金波 黃新琦 朱同彬 溫 騰

南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院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 210046

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背 景

隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的快速發(fā)展,高投入和高產(chǎn)出的集約化種植已經(jīng)成為我國重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。伴隨著這一種植方式的不斷推廣和發(fā)展,以土傳病原菌和土壤退化為主的連作障礙問題日益突出。香蕉、西瓜、蔬菜、煙草等作物均出現(xiàn)了以土傳病害頻發(fā)為主的連作障礙問題。土傳病害在高投入和高產(chǎn)生的大棚種植中更為嚴(yán)重,而且還常伴隨土壤酸化、次生鹽漬化和養(yǎng)分失調(diào)成因的連作障礙, 嚴(yán)重地威脅著我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

為了防治連作障礙,科技工作者發(fā)展了一系列防治方法和技術(shù),如輪作、間作套種、施用生物有機(jī)肥、增施有機(jī)肥、高溫悶棚、灌溉洗鹽、調(diào)節(jié)土壤pH、選用抗性品種、嫁接栽培等。這些方法和技術(shù)大多針對某一特殊問題,具有一定的防治或緩解連作障礙的效果。但由于這些方法作用單一,常常不能解決多因素成因的連作障礙問題,如土壤熏蒸滅菌只能殺滅病原菌,并不能改善土壤的理化性狀,而且同時還可能殺滅有益微生物;施用石灰可以提高土壤pH,中和土壤酸性,但不一定能降低土傳病原菌數(shù)量等。

問題

1、以土傳病原菌和土壤退化為主的連作障礙問題日益突出。尤其在高投入和高產(chǎn)生的大棚種植中更為嚴(yán)重,而且還常伴隨土壤酸化、次生鹽漬化和養(yǎng)分失調(diào)成因的連作障礙, 嚴(yán)重威脅我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

2、防治方法作用單一,常常不能解決多因素成因的連作障礙問題。

解決問題---

現(xiàn)階段亟需一種全面且有效防控連作障礙的方法

強(qiáng)還原土壤滅菌法

強(qiáng)還原土壤滅菌(Reductive Soil Disinfestation,RSD)法是一種作物種植前的土壤處理方法,即:在發(fā)生土傳病害的土壤上,添加大量的易分解有機(jī)物料、灌溉、薄膜覆蓋或淹水阻隔與大氣的氣體交換,快速創(chuàng)造土壤強(qiáng)還原環(huán)境,短期內(nèi)殺滅土傳病原菌的方法。

強(qiáng)還原殺滅土傳病原菌的作用機(jī)理包括:

1)厭氣殺 滅好氧病原菌;

2)還原過程產(chǎn)生有毒有害的物質(zhì)殺滅土傳病原菌;

3)強(qiáng)還原改變土壤微生物群落結(jié) 構(gòu),抑制土傳病原菌活性。

強(qiáng)還原土壤滅菌法還具有提高土壤pH,減輕次生鹽漬化的作用,具有廣譜性和環(huán)境友好性。

強(qiáng)還原土壤滅菌方法的起源

高投入和高產(chǎn)生的集約化種植模式起源于歐、 美、日等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家,伴隨著集約化種植模式而來的土傳病原菌侵染引發(fā)的土傳疾病,導(dǎo)致作物發(fā)病率提高,產(chǎn)量大幅度降低甚至絕收的問題也首先出現(xiàn)在這些國家。以土傳病害為主的連作障礙嚴(yán)重地影響集約化生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。為了克服以土傳疾病為主的連作障礙,20世紀(jì)50年代后,這些國家廣泛采用土壤化學(xué)熏蒸滅菌方法,取得了很好的效果。但是,隨后人們逐漸認(rèn)識到土壤熏蒸滅菌使用的化學(xué)藥品危害環(huán)境和人類健康,如最常用的溴甲烷有破壞臭氧的作用。

隨著《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》在各國的生效,化學(xué)藥品土壤熏蒸滅菌方法也逐漸被禁止。為了替代土壤化學(xué)熏蒸滅菌,在國外發(fā)展了太陽輻射滅菌、蒸汽滅菌等方法。21世紀(jì)初,日本科學(xué)工作者受可持續(xù)水稻種植的啟發(fā),發(fā)展了強(qiáng)還原土壤滅菌方法,稱為生物土壤滅菌(Biological Soil Disinfestation,BSD),以區(qū)別于太陽輻射滅菌、蒸汽滅菌和化學(xué)滅菌方法。幾乎是在同一時期,荷蘭科學(xué)家Blok等獨立地發(fā)展了同樣的方法,應(yīng)用于蔬菜和花卉的土傳病原菌滅菌。該方法提出后,很快被美國科學(xué)工作者所接受,并被廣泛應(yīng)用于防治土傳病原菌引發(fā)的作物病害,在田納西州已經(jīng)制訂了詳細(xì)的操作方案。

我們在研究大棚蔬菜地土壤硝態(tài)氮快速積累機(jī)理和去除方法時,獨立發(fā)現(xiàn)施用大量有機(jī)物料、淹水強(qiáng)烈還原土壤,可以快速修復(fù)因酸化、次生鹽漬化而嚴(yán)重退化的大棚蔬菜地土壤,消除因土傳病原菌和理化性質(zhì)退化導(dǎo)致的連作障礙。通過這一方法的處理,土壤的理化性質(zhì)和微生物學(xué)性質(zhì)可以“還原”到集約化利用之前的狀態(tài)。 

目前在日本、荷蘭和美國,對該方法的命名并不完全相同。在日本通常命名為生物土壤滅菌, 即BSD,也稱為強(qiáng)還原土壤滅菌(Reductive Soil Disinfestation,RSD)。荷蘭和美國科學(xué)工作者似乎更強(qiáng)調(diào)該方法創(chuàng)造土壤厭氧環(huán)境的特性, 將此方法命名為厭氧土壤滅菌(Anaerobic Soil Disinfestation,ASD)。

核心

該方法的核心是通過大量施用易分解的有機(jī)物料,灌溉、覆膜阻止空氣擴(kuò)散進(jìn)入土壤,在短時間內(nèi)創(chuàng)造強(qiáng)烈的土壤還原狀況,達(dá)到殺滅土傳病原菌的目的。

由于生物土壤滅菌的含義更加廣泛,如接種對土傳病原菌有抑制作用的微生物、施用生物有機(jī)肥等,也是生物學(xué)抑制土傳病原菌的方法,如果將此方法命名為生物土壤滅菌方法(BSD),容易與其他的生物學(xué)方法相混 淆。而土壤厭氧僅僅是該方法的必要條件,但并不是使土壤快速強(qiáng)烈還原的充分必要條件,因此厭氧土壤滅菌ASD也只是部分地反映了這一方法的特點。RSD名稱則充分反映了該方法的特點,且還含有將土壤性質(zhì)“還原”到集約化種植前的狀態(tài)之意,所以,本文采用強(qiáng)還原土壤滅菌(RSD)命名該方法。

西瓜、煙草等與水稻輪作是我國普遍的傳統(tǒng)種植模式,該種植模式可以有效地消除或延緩連作障礙出現(xiàn)的時間。然而,我國對此實踐尚未作系統(tǒng)和深入研究,尚不能回答種植水稻對土傳病原菌是否具有滅菌作用。

RSD方法不同于淹水方法和施用有機(jī)肥的方法,它是一種作物種植前的土壤處理方法:

1)大量施用有機(jī)物料,目的不是為作物提供養(yǎng)分,而是為創(chuàng)造強(qiáng)還原土壤環(huán)境和產(chǎn)生對土傳病原菌有毒有害的物質(zhì)。這些有毒物質(zhì)在處理結(jié)束前被完全分解,不會對處理后作物的生長產(chǎn)生毒害;

2)淹水或覆膜阻止空氣進(jìn)入,以利于厭氧環(huán)境的形成;

3)處理對土壤性質(zhì)的影響強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于淹水或施用有機(jī)肥的強(qiáng)度;

4)處理時間短,一般1--4周即可完成處理,在處理期間,土壤條件不適宜于作物生長,所以,它是一種非常強(qiáng)烈的“醫(yī)治”生物退化((土傳病原菌侵染)和理化性質(zhì)退化(酸化、次生鹽漬化)土壤的方法。

強(qiáng)還原土壤滅菌方法的滅菌效果及機(jī)理

RSD方法是一種廣譜的土傳病原菌滅菌方法,對鐮刀菌(Fusarium spp.)、齊整小核菌 (Sclerotium rolfsii)、絲核菌(Rhizoctoniaspp.)、腐霉菌(Pythium spp.)、輪枝菌 (Verticillium spp.)、互隔交鏈孢霉(Alternaria alternata)、束狀刺盤孢(Colletotrichum dematium)、青枯病茄科勞爾氏菌(Ralstonia solanacearum)和植物寄生根結(jié)線蟲等均有很高的 致死效果,尤其是對植物寄生的根結(jié)線蟲,處理 后的致死率幾乎可達(dá)到100%,對真菌和細(xì)菌 類病原菌的致死率可達(dá)90%以上,甚至達(dá)到99%以上。日本、荷蘭和美國對RSD滅菌的機(jī)理進(jìn)行了大量的研究。

發(fā)現(xiàn)其滅菌機(jī)理包括:1)土傳 病原菌大多是好氧微生物,RSD創(chuàng)造的強(qiáng)烈厭氧環(huán) 境使這些好氧病原菌無法生存。2)有機(jī)物料厭氧 發(fā)酵產(chǎn)生對土傳病原菌有毒有害物質(zhì),殺滅土傳病 原菌。在厭氧發(fā)酵過程中可能產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì) 包括乙酸、丙酸等有機(jī)酸,氨、硫化氫、生物活性 物質(zhì)和鐵、錳等低價金屬離子。這些有毒有害物質(zhì) 可以快速分解或快速再氧化,當(dāng)RSD處理結(jié)束時, 一般其濃度已經(jīng)下降至對作物無害的程度。3)微生物群落結(jié)構(gòu)變化,厭氧微生物數(shù)量增加,而好氧 微生物數(shù)量相應(yīng)減少,從而抑制好氧病原菌的生長。一般情況下,RSD對土傳病原菌的致死作用不是單一機(jī)理的結(jié)果,而是多種機(jī)理共同作用的結(jié) 果,針對不同的土傳病原菌或采用不同的方法, 對土傳病原菌發(fā)揮主導(dǎo)作用的滅菌機(jī)理可能并不相同。 

1
氧化還原狀況突變的殺菌作用

RSD一般在兩季作物的間隔期,溫度較高時實施。在熱帶、亞熱帶地區(qū)一般選擇夏季溫度過高, 不利于作物生長的休閑期進(jìn)行。當(dāng)大量的易降解有機(jī)物料添加到土壤中后,在水分飽和且隔絕空氣的條件下,在1~3 d內(nèi)土壤氧化還原電位(Eh)可以從好氧條件的幾百毫伏下降至-200毫伏,甚至更低。好氧至厭氧導(dǎo)致的大幅度Eh變化,對好氧土傳病原菌的生長極為不利。但是,有研究表明,尖 孢鐮刀菌雖然不能在厭氧環(huán)境下生長,但可以存活,而且在恢復(fù)好氧條件后開始生長。我們的實驗結(jié)果也表明,將土壤置于N2環(huán)境下,尖孢鐮刀菌的數(shù)量并未發(fā)生顯著的變化(未發(fā)表結(jié)果)。所以,單純的厭氧環(huán)境可能并不是RSD處理致死土傳病原菌的主要機(jī)理。

2
有毒有害物質(zhì)的殺菌作用

有機(jī)酸是有機(jī)物料厭氧發(fā)酵的產(chǎn)物之一。我們的研究表明,發(fā)酵過程中產(chǎn)生的乙酸、丁酸、異戊 酸、丙酸對土傳病原菌有直接的致死效果。在RSD 處理過程中,這些有機(jī)酸的濃度足可以達(dá)到致死尖 孢鐮刀菌和青枯菌的程度。但也有研究表明, RSD處理中,有機(jī)酸濃度可以達(dá)到致死青枯菌的水平,但最大濃度未能達(dá)到致死尖孢鐮刀菌的水平, RSD對尖孢鐮刀菌的致死作用可能還與其他因素有關(guān)。有機(jī)酸對土傳病原菌的致死效果不僅與濃 度有關(guān),還與pH有關(guān),酸性條件更有利于發(fā)揮有 機(jī)酸對土傳病原菌的致死作用。有機(jī)物料強(qiáng)烈 發(fā)酵過程中,在有機(jī)酸產(chǎn)生的微區(qū),pH可能遠(yuǎn)低于整個土層的pH。強(qiáng)酸性微區(qū)的存在也可能提高 有機(jī)酸致死土傳病原菌的效果。

RSD處理過程中,土壤還產(chǎn)生對土傳病原菌可能具有致死效果的其他物質(zhì),如H2S、NH3、低價金屬離子等。H2S是RSD處理過程中出現(xiàn)惡臭的主要成分,對很多微生物具有毒害作用。 Momma等的研究表明,Fe2 、Mn2 溶液中土傳病原菌受到明顯的抑制。NH3也是有機(jī)物厭氧發(fā)酵 的產(chǎn)物,對大多數(shù)微生物具有毒害作用。這些物質(zhì)在RSD處理中對土傳病原菌的致死作用取決于其濃度。在紅壤等富鐵土壤中,RSD處理時,土壤 溶液中可能有更高的Fe2 、Mn2 濃度,因而它們也可能發(fā)揮更大的作用。富含硫和氮的有機(jī)物料在厭 氧分解過程中可能產(chǎn)生較高的H2S和NH3濃度,因此,利用這些有機(jī)物作有機(jī)物料時,H2S和NH3對土傳病原菌的致死效果可能會更大一些。 

RSD處理時有些有機(jī)物料在分解過程中可以釋放一些對土傳病原菌有致死效果的生物活性物質(zhì),它們可能參與對土傳病原菌的致死作 用。由于十字花科植物含有這類生物活性物質(zhì),所 以常被選作RSD處理的有機(jī)物料,其中芥末屬植物最常被優(yōu)先選作RSD處理的有機(jī)物料。研究表明,芥末屬植物作為綠肥翻入土壤后其含有的芥子油苷具有毒殺根結(jié)線蟲的作用。

3
微生物群落結(jié)構(gòu)的變化

由于強(qiáng)烈的土壤環(huán)境條件變化,可以預(yù)期RSD處理對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響,但具體發(fā)生了哪些變化,這些變化與致死土傳病原菌的關(guān)系等還有待深入的研究。環(huán)境條件劇烈變化對微生物群落結(jié)構(gòu)的影響,本身是一個能引起科研工作者興趣的科學(xué)問題。研究表明,RSD處理對土壤微生物數(shù)量 不一定發(fā)生顯著的影響,但群落組成會出現(xiàn)很大的變化,好氧微生物數(shù)量相對下降,厭氧微生物數(shù)量大幅度增加,甚至成為優(yōu)勢種群。我們的研究表明,土壤淹水及添加有機(jī)物料對于土壤中可培養(yǎng) 細(xì)菌數(shù)量無顯著影響,但顯著降低土壤中可培養(yǎng)放線菌和真菌的數(shù)量。添加高量秸稈處理后,香蕉枯萎病的病原菌尖孢鐮刀菌古巴?;?FOC)的 數(shù)量下降至僅為處理前土壤中數(shù)量的2.88%。 Mowlick等的研究表明,RSD處理后,梭狀芽胞桿菌成為絕對的優(yōu)勢種,其中部分在厭氧發(fā)酵中 具有生成有機(jī)酸的能力,這或許是其在RSD處理中發(fā)揮致死土傳病原菌的途徑之一。

強(qiáng)還原修復(fù)酸化和次生鹽漬化土壤的機(jī)理

大棚生產(chǎn)在我國發(fā)展的時間很短。受經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動,而又缺乏必要的大棚生產(chǎn)的肥料管理知 識,過量施用化肥和偏施氮肥現(xiàn)象十分普遍。這種管理模式導(dǎo)致大棚蔬菜地土壤快速退化,幾年 內(nèi)出現(xiàn)酸化、次生鹽漬化及養(yǎng)分失調(diào)問題。 RSD方法不僅對土傳病原菌具有致死作用,對改良土壤理化性質(zhì)退化成因的連作障礙也有很好的處理 效果。我們的研究表明,受連作障礙危害的土壤, RSD處理完全控制了黃瓜枯萎病,產(chǎn)量從處理前的 10.8 t hm-2提高至處理后的 53.3~57.9 t hm-2。

我們的研究表明,嚴(yán)重酸化到pH為 4.35的大棚蔬菜地土壤,經(jīng)過強(qiáng)烈還原處理后,pH均大幅度提高,隨有機(jī)物料施用量的增加而升高,最高可達(dá)6.49。落干后pH有所回落,但添加有機(jī)物料的處理,土壤pH仍均在5.5以上。但是,對于并未酸化的土壤,RSD處理對pH的影響很小,在處理過程中由于有機(jī)酸的生成甚至可能使土壤pH有所下降。

大棚蔬菜地土壤次生鹽漬化的鹽主要為硝酸鹽和硫酸鹽,前者來源于大量施用的氮肥,經(jīng)硝化過程產(chǎn)生,后者直接來源于大量施用的含硫酸鹽肥料,尤其是硫酸鉀肥料。RSD處理的強(qiáng)烈還原環(huán) 境使硝態(tài)氮迅速反硝化為N2和N2O逸出土壤,當(dāng)有 機(jī)物料添加量足夠大時,積累的硝態(tài)氮可在1~2 d 內(nèi)下降至僅可檢測的水平。強(qiáng)烈還原的土壤環(huán)境也可使部分硫酸鹽還原成含硫氣體,或者被微生物同化為有機(jī)硫,從而降低硫酸鹽含量。但是,如果添加的有機(jī)物料硫含量較高,土壤的全硫則不一定降低。如果RSD在淹水條件下進(jìn)行, 且處理中發(fā)生水分的向下滲透,RSD可能還會有洗鹽作用。

RSD處理提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,改善土壤結(jié)構(gòu)性。雖然RSD處理選用易降解的有機(jī)物料,但由于施用量大,處理后仍有相當(dāng)數(shù)量的有機(jī)物質(zhì)殘留在土壤中,成為土壤有機(jī)質(zhì)的一部分,提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,改善土壤結(jié)構(gòu)。此外,我們的研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)RSD處理后蔬菜地土壤氮的轉(zhuǎn)化過程發(fā)生顯著變化,加快無機(jī)氮周轉(zhuǎn)速率,提高氮的有效性。

影響強(qiáng)還原土壤滅菌效果的因素

在RSD處理過程中提高對土傳病原菌具有致死效果的有毒有害物質(zhì)濃度,消除不利于作物生長的土壤理化障礙因素等的措施都將提高RSD的處理效果。在國外,通過覆蓋不通氣的薄膜達(dá)到隔絕空 氣,快速建立土壤還原環(huán)境;在我國,尤其是由水稻土轉(zhuǎn)換而來的蔬菜地,發(fā)育良好的犂底層具有隔水作用,淹水隔絕土壤與大氣的氣體交換也可達(dá)到與膜覆蓋同樣的效果。但是對于不宜淹水的土壤,則宜用膜覆蓋的方法。

有機(jī)物料的品種和施用量對RSD處理效果有很 大的影響。原則上,各種易降解的有機(jī)物料均可用 于強(qiáng)還原土壤滅菌。已經(jīng)被研究的有機(jī)物料包括西蘭花、牧草、糖漿、糖渣、谷麩、麥麩、苜蓿、新鮮的覆蓋作物、作物殘渣和作物處理過程產(chǎn)生的廢棄物、雞糞、豬糞等。能夠產(chǎn)生殺菌物質(zhì)的芥末屬植物殘渣等是很好的有機(jī)物料。在美國田納西洲ASD實施方法中建議施用C/N比為 10∶1~35∶1的有機(jī)物料。他們認(rèn)為,過低的 C/N比導(dǎo)致有機(jī)物料氮的損失,而過高的C/N比則 使處理后的土壤出現(xiàn)缺氮情況,需要施用更多的氮肥加以補(bǔ)充。我們的研究表明,水稻、玉米秸稈粉碎后作為RSD的有機(jī)物料,對香蕉尖孢鐮刀菌具有很好的致死效果。由于大量施用氮肥,大棚蔬菜土壤常常積累了大量的硝態(tài)氮,施用C/N 比大的秸稈作為有機(jī)物料可以促進(jìn)硝態(tài)氮的生物同 化,減少氮素?fù)p失。在日本用乙醇作為RSD的有機(jī) 物料取得了很好的致死土傳病原菌的效果。有機(jī)物料的選擇應(yīng)該把握易分解、就地取材和價廉的原則。作物秸稈已經(jīng)成為我國最大宗的有機(jī)廢棄物,嚴(yán)重影響環(huán)境質(zhì)量。因此,如以作物秸稈為 RSD處理的有機(jī)物料,可以同時起到有機(jī)廢棄物利用、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的雙重作用。

大劑量施用有機(jī)物是RSD處理的特色。Blok 等用新鮮西蘭花和牧草作為有機(jī)物料,施用量 為3.4~4.0 kg m-2。美國田納西洲ASD實施方案最初建議的有機(jī)物料施用量為0.4%土壤重量的有機(jī) 碳,土壤的深度一般為耕作層。但這是以致死各種土傳病原菌為目標(biāo)的施用量,如果需要致死的土傳病原菌對RSD處理較為敏感,則有機(jī)物料的施用量可適當(dāng)減少。我們以水稻秸稈為有機(jī)物料,處理香蕉尖孢鐮刀菌高度侵染的土壤時,發(fā)現(xiàn)施用量為土壤重量的0.6%和1.2%時,殺菌效果并無顯 著差異。用乙醇作為RSD處理的有機(jī)物料時, Momma等建議用1%濃度的乙醇,標(biāo)準(zhǔn)施用量 為100 L m-2。有機(jī)物料的施用量可根據(jù)土傳病原 菌及其密度、病原菌對RSD處理的抗性、處理時的 溫度和可用的處理時間等實際情況作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。 當(dāng)土傳病原菌密度高時,應(yīng)適當(dāng)加大有機(jī)物料的施用量。

溫度是影響RSD處理效果的重要因素,溫度越 高,處理效果越好,處理需要的時間也越短。但是,該方法在日本北海道和荷蘭的成功應(yīng)用, 證明在溫帶地區(qū)也可采用RSD方法處理土傳病原菌 侵染的土壤。在熱帶和亞熱帶地區(qū),宜選擇在夏季 溫度高,兩季作物間隔期進(jìn)行。 

RSD處理的時間一般為1~4周,可根據(jù)有機(jī)物料的施用量、溫度、土傳病原菌數(shù)量及可供處理的有效時間做調(diào)整。處理溫度較低時,需要較長的處理時間。一般而言,當(dāng)土壤不再有惡臭產(chǎn)生時,RSD即可結(jié)束。

強(qiáng)還原滅菌方法的研究與應(yīng)用前景

RSD處理特點

RSD處理具有顯明的特點:

(1)廣譜性,既 具有致死土傳真菌和細(xì)菌類病原菌的作用,對植物 根結(jié)線蟲具有更好的致死效果,而且具有改善土壤 理化性狀的作用,因此,對土傳病原菌和土壤酸 化、次生鹽漬化成因的連作障礙均有較好的治理 效果;

(2)不需要添加任何化學(xué)品,環(huán)境友好; 

(3)可以大量地利用農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物,減輕農(nóng)業(yè) 有機(jī)廢棄物對環(huán)境的危害。

但是,這一方法的應(yīng)用也受到諸多的限制,以下幾個方面還需要進(jìn)行大量的研究。

1
阻礙RSD方法應(yīng)用的可能因素。

費(fèi)用、可操作性和處理效果是制約RSD方法應(yīng)用的最大因素。RSD處理需要的有機(jī)物料、灌溉、薄膜等都將 產(chǎn)生費(fèi)用,翻耕混合土壤與有機(jī)物料需要較大的人工投入。美國田納西州的RSD實施方案只建議在具有很高經(jīng)濟(jì)價值且投入大的作物上應(yīng)用。有一 些措施可以降低RSD處理的成本,如在土傳病原菌侵染的土壤上種植速生十字花科植物或其他速生的 覆蓋植物,或者利用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生的農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物作 為RSD處理的有機(jī)物料。對有充足水源的地區(qū),如需處理的土壤發(fā)育有滲透性較小的犂底層,可以采用淹水代替覆膜,以降低成本。雖然在原理上, RSD處理具有廣譜性,但對不同土傳病原菌的致死效果并不完全相同,只有通過實際的實驗室和田間試驗才能確定RSD方法是否足以防控連作障礙和制訂出切實可行的處理方案。

2
RSD方法的機(jī)理。

雖然對RSD處理防控連作障礙的總體機(jī)理已經(jīng)比較清楚,但是,對于特定條件下具體發(fā)揮作用的機(jī)理并不明確。在特定的條件下,土傳病害發(fā)生與否,不僅取決于土傳病原菌的數(shù)量,還取決于土壤理化性質(zhì)、微生物群落結(jié)構(gòu)、作物本身的生長狀況及其管理水平。但是,對這些因素與土傳病發(fā)病率之間關(guān)系的認(rèn)識仍停留在概念或定性階段,尚需建立定量關(guān)系,以指導(dǎo)生產(chǎn)。短時間和強(qiáng)烈的還原環(huán)境對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響是RSD方法防控土傳病害的可能機(jī)理之 一,但是,目前尚不清楚土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與土傳病原菌活性之間的關(guān)系。高通量測序技術(shù)可以提 供土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化方面的大量信息,為研究土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化在抑制土傳病原菌中的 作用提供了技術(shù)基礎(chǔ)。土壤中化感物質(zhì)的積累 也是連作障礙的可能成因,RSD處理是否有助于消除化感物質(zhì)積累引起的連作障礙,目前還未見研究報道。

3
RSD處理的環(huán)境風(fēng)險評價。

雖然RSD處理不需要添加任何化學(xué)品,但大量有機(jī)物料在還原條件下發(fā)酵,可能產(chǎn)生大量的CH4。由于反硝化作用過于劇烈,可能短期內(nèi)出現(xiàn)N2O的大量積累和排放,在以硝酸鹽積累為特征的次生鹽漬化土壤, RSD處理導(dǎo)致的N2O的排放可能更加嚴(yán)重。 除這些溫室氣體外,RSD處理過程中還可排放H2S 及其他含硫氣體、具有惡臭的揮發(fā)性物質(zhì)等。如在淹水條件下進(jìn)行,未徹底分解的水溶性有機(jī)質(zhì)、硝酸鹽和硫酸鹽均可能向下遷移,對地下水環(huán)境產(chǎn)生不利影響。目前尚無RSD方法環(huán)境風(fēng)險的評價。在大面積推廣該方法之前,尤其是以淹水代替覆膜 時,必需對RSD方法的環(huán)境風(fēng)險做出科學(xué)評價。 

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