厭氧還原土壤滅菌法抑制西瓜?；图怄哏牭毒?/h1>
2015-03-15 12:32周開勝
江蘇農(nóng)業(yè)學報 2015年5期
周開勝
(1.南京師范大學地理科學學院，江蘇 南京 210023;2.蚌埠學院應(yīng)用化學與環(huán)境工程系，安徽 蚌埠 233030)
西瓜在中國夏季水果中占有十分重要的地位，其種植面積和產(chǎn)量約占世界的1/2 ，隨著西瓜生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展，西瓜專化型尖孢鐮刀菌引起的西瓜枯萎病日漸突出。西瓜枯萎病防治方法，主要有曝曬土壤［6］、嫁接［7］、藥劑熏蒸土壤［7］、高溫悶棚殺菌［8］、深翻改土［9］、與其他作物套作或間作［10］、秸稈反應(yīng)堆技術(shù)［11］、施用生物有機肥［12］、生物制劑［13］、生物防治［14］、加強作物殘余物管理和有機改良［15］等，但均未能有效地抑制西瓜?；图怄哏牭毒?。
21 世紀初在日本［16］和荷蘭［17］分別獨立發(fā)展起來的厭氧還原土壤滅菌法，目前在日本［16，18-26］、荷蘭［17，27-28］、美國［29-32］和意大利［33］得到廣泛運用和發(fā)展，但各國對該方法命名不盡相同。在日本叫生物土壤滅菌法(Biological soil disinfestation，BSD)，也稱還原土壤滅菌法(Reductive soil disinfestation，RSD);在荷蘭叫生物土壤滅菌法，也稱厭氧土壤滅菌法(Anaerobic soil disinfestation，ASD);在美國稱之為厭氧土壤滅菌法［19］。厭氧還原土壤滅菌法基本步驟是:在土壤中添加易分解的有機物料(常用有機物料有蕓苔、麥麩、米糠、糖漿等)，灌溉淹水，上覆不透氣塑料薄膜，密封3周，創(chuàng)造強還原土壤環(huán)境，達到改良土壤理化性質(zhì)和殺滅土傳植物病原菌目的［16，26］。
本研究采用厭氧還原土壤滅菌法，試圖抑制土壤中西瓜?；图怄哏牭毒?，使得短時間內(nèi)土壤中西瓜專化型尖孢鐮刀菌(FON)數(shù)量下降，從而達到防治西瓜枯萎病的目的。
1 材料與方法
1.1 材料
本研究于2013年3月，在蚌埠市李樓鄉(xiāng)張巷村采集連作10年西瓜土約18 kg，用于土壤處理試驗。稻草和玉米秸稈分別取自蚌埠市李樓鄉(xiāng)張巷村和鳳陽縣臨淮鎮(zhèn)南小莊，粉碎成粉末后用于土壤處理，稻草和玉米秸稈碳、氮含量如表1所示。
表1 稻草和玉米秸稈碳、氮含量Table 1 The carbon and nitrogen contents in rice straw and corn stalk
1.2 處理方法
根據(jù)厭氧還原土壤滅菌法，試驗共設(shè)8個處理:不添加物料不加水處理(對照)、只淹水處理、少量稻草+淹水處理、高量稻草+淹水處理、少量玉米秸稈+淹水處理、高量玉米秸稈+淹水處理、高量稻草+飽和水處理、高量玉米秸稈+飽和水處理，其中，少量稻草、玉米秸稈用量均為0.35%(質(zhì)量比)，高量稻草、玉米秸稈均為0.70%(質(zhì)量比)，30℃恒溫箱密封培養(yǎng)，每組設(shè)3個平行樣，總共24份處理樣品，每份處理土壤樣品平均為0.75 kg。每5 d取樣分析1次，共取樣6次。
1.3 土壤可培養(yǎng)微生物分析
細菌、放線菌、真菌和尖孢鐮刀菌分別采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基、高氏1號培養(yǎng)基、孟加拉紅培養(yǎng)基［34］、改良 Komada’s 培養(yǎng)基［35］，30 ℃ 恒溫培養(yǎng)，細菌培養(yǎng)2 d后平板涂布計數(shù)法計數(shù)，放線菌、尖孢鐮刀菌和真菌培養(yǎng)4 d后平板涂布計數(shù)法計數(shù)。
1.4 土壤理化性質(zhì)分析
土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮用2 mol/L的KCl溶液提取(2 mol/L KCl溶液與土壤比為5∶1)，連續(xù)流動儀(Skalar San++，Holland)測定;硫酸根離子用去離子水提取(水土比為 5∶1)，離子色譜(Thermo Dionex ICS 1100，USA)測定;氧化還原電位(Eh)(原位監(jiān)測)、pH值(水土比為 2.5∶1.0)用 METTLER TOLEDO SevenCompact pH/Lon氧化還原電位儀(Mettler S220K，Switzerland)測定;電導率(Ec，水土比為5∶1)用DDS-320型電導率儀(上海大普儀器有限公司生產(chǎn))測定。
1.5 數(shù)據(jù)分析
數(shù)據(jù)用Microsoft Excel2003處理，并用SPSS16.0軟件進行差異顯著性分析。
2 結(jié)果
2.1 土壤氧化還原電位(Eh)、pH值、電導率(Ec)的變化
添加有機物料淹水，30℃恒溫密封培養(yǎng)，可降低土壤Eh值［15］，培養(yǎng)1 d后，除對照和只淹水處理的土壤Eh值為正值外，其他各處理的Eh值均為負值，但這些負值均高于－100 mV，屬弱還原環(huán)境。培養(yǎng)5 d后，除對照和只淹水處理的土壤Eh值仍為正值外，其他各處理樣品的Eh值全部是負值，均低于－100 mV，屬強還原環(huán)境(圖1)。厭氧還原土壤滅菌法可調(diào)節(jié)土壤pH值［36-40］，培養(yǎng)20 d時，各處理樣品的pH值均顯著高于對照pH值，之后各處理土壤樣品pH值雖有所降低，但仍顯著高于對照(圖2)。在整個培養(yǎng)過程中，對照和各處理土壤樣品的電導率(Ec)值，多在0.10 ms/cm上下波動(圖3)。
圖1 不同處理下土壤氧化還原電位的變化Fig.1 The changes of redox potentials in differently treated soils
圖2 不同處理下土壤p H值的變化Fig.2 The changes of pH values in differently treated soils
2.2 土壤中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、硫酸根離子)濃度的變化
圖3 不同處理下土壤電導率的變化Fig.3 The changes of electrical conductivities in differently treated soils
2.3 土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的變化
由于所采集的西瓜連作土壤源自西瓜水稻輪作土(即每年各種一季西瓜和水稻)，此次取的土是在水稻種植收獲完成后的稻田土，該連作10年西瓜土壤中尖孢鐮刀菌含量達1 g土1×104CFU，高于1 g土1×103CFU的治病臨界濃度［42］。經(jīng)過處理后，只淹水處理土壤樣品中尖孢鐮刀菌數(shù)量與對照相比，在整個處理過程中變化不大，而其他處理中尖孢鐮刀菌含量均顯著低于對照和只淹水處理(圖5)。真菌數(shù)量在整個處理過程中呈遞減趨勢，但各處理與對照相比，差異均不顯著。
3 討論
圖4 土壤中主要離子濃度的變化Fig.4 The changes of main ion concentrations in differently treated soils
圖5 土壤微生物數(shù)量的變化Fig.5 The microbiological changes in differently treated soils
厭氧還原土壤滅菌法殺滅土壤中土傳病原菌的可能機理有:強還原環(huán)境［17］，有機物料厭氧腐解產(chǎn)生的乙酸、丁酸和丙酸等有機酸［24］及 NH3和H2S［38-39］等揮發(fā)性物質(zhì)對病原菌具有毒害作用，還原條件下形成的Fe2+和Mn2+離子是抑制尖孢鐮刀菌的誘導因子［23］，能有效地抑制土傳病原菌。厭氧還原土壤滅菌法處理后的土壤pH值升高，對于酸性土壤的改良具有很好的效果［38-39］，低Eh和高pH值可使土壤有益菌增加，尖孢鐮刀菌減少。已有的 研究結(jié)果表明，厭氧還原土壤滅菌法能有效地抑制西紅柿?；图怄哏牭毒?Fusarium oxysporum f.sp.Lycopersici)，青 枯 雷 爾 氏 菌 (Ralstonia solanacearum)［22］、棉花根腐病菌(Phytophthora cactorum)［43］及香蕉?；图怄哏牭毒?Fusarium oxysporum f.sp.Cubense)［44］。
本研究使用的有機物料為稻草和玉米秸稈，二者對土壤Eh、pH值的影響及對尖孢鐮刀菌抑制作用的差異不顯著;采用淹水和飽和水處理對土壤真菌和尖孢鐮刀菌的抑制作用及對土壤理化性質(zhì)影響來看效果都很好，就節(jié)約水資源而言，飽和水處理可節(jié)約大量水資源，而且使用起來也比較便利。2種不同有機物料對土壤NH+4-N、NO－3-N影響的差異性不顯著，就同一處理方法、同一處理時段而言，均表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律，但用玉米秸稈處理后的土壤NH+4-N含量略高于稻草處理的土壤，這與玉米秸稈的碳氮比值較稻草低有關(guān)，另外，在處理西瓜連作土壤防治西瓜枯萎病時，可因地制宜，就地取材，選取最便利的有機物料。就同一種有機物料而言，高量稻草(或玉米秸稈)較低量稻草(或玉米秸稈)對尖孢鐮刀菌的抑制效果更好。以上結(jié)果表明，厭氧還原土壤滅菌法處理西瓜連作土壤，可抑制西瓜專化型尖孢鐮刀菌。
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周開勝
(1.南京師范大學地理科學學院，江蘇 南京 210023;2.蚌埠學院應(yīng)用化學與環(huán)境工程系，安徽 蚌埠 233030)
西瓜在中國夏季水果中占有十分重要的地位，其種植面積和產(chǎn)量約占世界的1/2 ，隨著西瓜生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展，西瓜專化型尖孢鐮刀菌引起的西瓜枯萎病日漸突出。西瓜枯萎病防治方法，主要有曝曬土壤［6］、嫁接［7］、藥劑熏蒸土壤［7］、高溫悶棚殺菌［8］、深翻改土［9］、與其他作物套作或間作［10］、秸稈反應(yīng)堆技術(shù)［11］、施用生物有機肥［12］、生物制劑［13］、生物防治［14］、加強作物殘余物管理和有機改良［15］等，但均未能有效地抑制西瓜?；图怄哏牭毒?。
21 世紀初在日本［16］和荷蘭［17］分別獨立發(fā)展起來的厭氧還原土壤滅菌法，目前在日本［16，18-26］、荷蘭［17，27-28］、美國［29-32］和意大利［33］得到廣泛運用和發(fā)展，但各國對該方法命名不盡相同。在日本叫生物土壤滅菌法(Biological soil disinfestation，BSD)，也稱還原土壤滅菌法(Reductive soil disinfestation，RSD);在荷蘭叫生物土壤滅菌法，也稱厭氧土壤滅菌法(Anaerobic soil disinfestation，ASD);在美國稱之為厭氧土壤滅菌法［19］。厭氧還原土壤滅菌法基本步驟是:在土壤中添加易分解的有機物料(常用有機物料有蕓苔、麥麩、米糠、糖漿等)，灌溉淹水，上覆不透氣塑料薄膜，密封3周，創(chuàng)造強還原土壤環(huán)境，達到改良土壤理化性質(zhì)和殺滅土傳植物病原菌目的［16，26］。
本研究采用厭氧還原土壤滅菌法，試圖抑制土壤中西瓜?；图怄哏牭毒?，使得短時間內(nèi)土壤中西瓜專化型尖孢鐮刀菌(FON)數(shù)量下降，從而達到防治西瓜枯萎病的目的。
1 材料與方法
1.1 材料
本研究于2013年3月，在蚌埠市李樓鄉(xiāng)張巷村采集連作10年西瓜土約18 kg，用于土壤處理試驗。稻草和玉米秸稈分別取自蚌埠市李樓鄉(xiāng)張巷村和鳳陽縣臨淮鎮(zhèn)南小莊，粉碎成粉末后用于土壤處理，稻草和玉米秸稈碳、氮含量如表1所示。
表1 稻草和玉米秸稈碳、氮含量Table 1 The carbon and nitrogen contents in rice straw and corn stalk
1.2 處理方法
根據(jù)厭氧還原土壤滅菌法，試驗共設(shè)8個處理:不添加物料不加水處理(對照)、只淹水處理、少量稻草+淹水處理、高量稻草+淹水處理、少量玉米秸稈+淹水處理、高量玉米秸稈+淹水處理、高量稻草+飽和水處理、高量玉米秸稈+飽和水處理，其中，少量稻草、玉米秸稈用量均為0.35%(質(zhì)量比)，高量稻草、玉米秸稈均為0.70%(質(zhì)量比)，30℃恒溫箱密封培養(yǎng)，每組設(shè)3個平行樣，總共24份處理樣品，每份處理土壤樣品平均為0.75 kg。每5 d取樣分析1次，共取樣6次。
1.3 土壤可培養(yǎng)微生物分析
細菌、放線菌、真菌和尖孢鐮刀菌分別采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基、高氏1號培養(yǎng)基、孟加拉紅培養(yǎng)基［34］、改良 Komada’s 培養(yǎng)基［35］，30 ℃ 恒溫培養(yǎng)，細菌培養(yǎng)2 d后平板涂布計數(shù)法計數(shù)，放線菌、尖孢鐮刀菌和真菌培養(yǎng)4 d后平板涂布計數(shù)法計數(shù)。
1.4 土壤理化性質(zhì)分析
土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮用2 mol/L的KCl溶液提取(2 mol/L KCl溶液與土壤比為5∶1)，連續(xù)流動儀(Skalar San++，Holland)測定;硫酸根離子用去離子水提取(水土比為 5∶1)，離子色譜(Thermo Dionex ICS 1100，USA)測定;氧化還原電位(Eh)(原位監(jiān)測)、pH值(水土比為 2.5∶1.0)用 METTLER TOLEDO SevenCompact pH/Lon氧化還原電位儀(Mettler S220K，Switzerland)測定;電導率(Ec，水土比為5∶1)用DDS-320型電導率儀(上海大普儀器有限公司生產(chǎn))測定。
1.5 數(shù)據(jù)分析
數(shù)據(jù)用Microsoft Excel2003處理，并用SPSS16.0軟件進行差異顯著性分析。
2 結(jié)果
2.1 土壤氧化還原電位(Eh)、pH值、電導率(Ec)的變化
添加有機物料淹水，30℃恒溫密封培養(yǎng)，可降低土壤Eh值［15］，培養(yǎng)1 d后，除對照和只淹水處理的土壤Eh值為正值外，其他各處理的Eh值均為負值，但這些負值均高于－100 mV，屬弱還原環(huán)境。培養(yǎng)5 d后，除對照和只淹水處理的土壤Eh值仍為正值外，其他各處理樣品的Eh值全部是負值，均低于－100 mV，屬強還原環(huán)境(圖1)。厭氧還原土壤滅菌法可調(diào)節(jié)土壤pH值［36-40］，培養(yǎng)20 d時，各處理樣品的pH值均顯著高于對照pH值，之后各處理土壤樣品pH值雖有所降低，但仍顯著高于對照(圖2)。在整個培養(yǎng)過程中，對照和各處理土壤樣品的電導率(Ec)值，多在0.10 ms/cm上下波動(圖3)。
圖1 不同處理下土壤氧化還原電位的變化Fig.1 The changes of redox potentials in differently treated soils
圖2 不同處理下土壤p H值的變化Fig.2 The changes of pH values in differently treated soils
2.2 土壤中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、硫酸根離子)濃度的變化
圖3 不同處理下土壤電導率的變化Fig.3 The changes of electrical conductivities in differently treated soils
2.3 土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的變化
由于所采集的西瓜連作土壤源自西瓜水稻輪作土(即每年各種一季西瓜和水稻)，此次取的土是在水稻種植收獲完成后的稻田土，該連作10年西瓜土壤中尖孢鐮刀菌含量達1 g土1×104CFU，高于1 g土1×103CFU的治病臨界濃度［42］。經(jīng)過處理后，只淹水處理土壤樣品中尖孢鐮刀菌數(shù)量與對照相比，在整個處理過程中變化不大，而其他處理中尖孢鐮刀菌含量均顯著低于對照和只淹水處理(圖5)。真菌數(shù)量在整個處理過程中呈遞減趨勢，但各處理與對照相比，差異均不顯著。
3 討論
圖4 土壤中主要離子濃度的變化Fig.4 The changes of main ion concentrations in differently treated soils
圖5 土壤微生物數(shù)量的變化Fig.5 The microbiological changes in differently treated soils
厭氧還原土壤滅菌法殺滅土壤中土傳病原菌的可能機理有:強還原環(huán)境［17］，有機物料厭氧腐解產(chǎn)生的乙酸、丁酸和丙酸等有機酸［24］及 NH3和H2S［38-39］等揮發(fā)性物質(zhì)對病原菌具有毒害作用，還原條件下形成的Fe2+和Mn2+離子是抑制尖孢鐮刀菌的誘導因子［23］，能有效地抑制土傳病原菌。厭氧還原土壤滅菌法處理后的土壤pH值升高，對于酸性土壤的改良具有很好的效果［38-39］，低Eh和高pH值可使土壤有益菌增加，尖孢鐮刀菌減少。已有的 研究結(jié)果表明，厭氧還原土壤滅菌法能有效地抑制西紅柿?；图怄哏牭毒?Fusarium oxysporum f.sp.Lycopersici)，青 枯 雷 爾 氏 菌 (Ralstonia solanacearum)［22］、棉花根腐病菌(Phytophthora cactorum)［43］及香蕉?；图怄哏牭毒?Fusarium oxysporum f.sp.Cubense)［44］。
本研究使用的有機物料為稻草和玉米秸稈，二者對土壤Eh、pH值的影響及對尖孢鐮刀菌抑制作用的差異不顯著;采用淹水和飽和水處理對土壤真菌和尖孢鐮刀菌的抑制作用及對土壤理化性質(zhì)影響來看效果都很好，就節(jié)約水資源而言，飽和水處理可節(jié)約大量水資源，而且使用起來也比較便利。2種不同有機物料對土壤NH+4-N、NO－3-N影響的差異性不顯著，就同一處理方法、同一處理時段而言，均表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律，但用玉米秸稈處理后的土壤NH+4-N含量略高于稻草處理的土壤，這與玉米秸稈的碳氮比值較稻草低有關(guān)，另外，在處理西瓜連作土壤防治西瓜枯萎病時，可因地制宜，就地取材，選取最便利的有機物料。就同一種有機物料而言，高量稻草(或玉米秸稈)較低量稻草(或玉米秸稈)對尖孢鐮刀菌的抑制效果更好。以上結(jié)果表明，厭氧還原土壤滅菌法處理西瓜連作土壤，可抑制西瓜專化型尖孢鐮刀菌。
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