曹坳程, 張大琪, 方文生, 宋兆欣, 任立瑞, 李青杰,李文靜, 王秋霞, 顏冬冬, 李 園, 靳 茜, 郝 征

(1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，北京 100193；2. 河北省土傳病害綠色防控技術(shù)創(chuàng)新中心，保定 071000)

近年來(lái),隨著高附加值作物的連年種植和保護(hù)地的發(fā)展,土傳病害逐年加重,如果不及時(shí)干預(yù),嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致作物絕收。土傳病害包括由病原細(xì)菌、真菌、線蟲、病毒等引起的病害,通常具有以下特點(diǎn):病原種類多、寄主范圍廣、隱蔽性強(qiáng)、傳播速度快、危害面積大、治理艱難等。在防治土傳病害時(shí),采用單一,特別是具有針對(duì)性的藥劑,如殺真菌、細(xì)菌、線蟲、病毒的藥劑,不僅難以達(dá)到理想的防治效果,而且會(huì)使病原物產(chǎn)生抗藥性。另外,由于作物耕作層土壤重達(dá)150 t/667m2以上,防治這些有害生物需要的藥劑量會(huì)很大,采用接觸性的藥劑,由于難以分布均勻,很難直接殺死病原生物。未殺滅的病原生物隨著水流和農(nóng)事操作又會(huì)繼續(xù)傳播危害。因此土傳病害的防治需要采用一些特殊的措施和方法,并且通常需要借助機(jī)械。將化學(xué)與非化學(xué)技術(shù)聯(lián)合使用是國(guó)內(nèi)外廣泛采用并且有效的措施。常用的土傳病害防治技術(shù)見圖1。本文將詳細(xì)總結(jié)防治土傳病害常用的各種技術(shù)措施以及它們的優(yōu)缺點(diǎn),提出土傳病害防治面臨的挑戰(zhàn)以及需要解決的問題,為土傳病害的有效防治提供參考。

圖1 土傳病害防治技術(shù)Fig.1 Soil-borne disease prevention technologies

1 土傳病害防治技術(shù)進(jìn)展

由于土傳病害的發(fā)生具有較強(qiáng)的隱蔽性和極強(qiáng)的傳染性,導(dǎo)致其防治較為困難,因此,土傳病害的防治通常以預(yù)防為主,盡可能避免在種植田引入土傳病原菌或帶病種苗。土傳病害發(fā)生后,則需要通過化學(xué)和非化學(xué)防治技術(shù)進(jìn)行及時(shí)干預(yù)。

1.1 農(nóng)業(yè)防治技術(shù)

1.1.1抗性品種及嫁接

抗性品種和嫁接技術(shù)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要的防治技術(shù)[1]。對(duì)一種或多種土傳病原體具有抗性或耐受性的商業(yè)品種可用于控制多種土傳病害[2]。Li等[3]的研究表明,對(duì)惡疫霉Phytophthoracactorum和炭疽菌Colletotrichumspp.引起的根腐病和冠腐病具有抗性的改良草莓品種不僅能提高果實(shí)質(zhì)量,而且不會(huì)降低受溴甲烷淘汰影響的草莓種植者的經(jīng)濟(jì)收益。土傳病原細(xì)菌引起的病害如青枯病、軟腐病極難防治,針對(duì)這類病害選育抗病品種是良好的解決方案。魔芋軟腐病是一種細(xì)菌性毀滅性病害,在湖北省恩施市農(nóng)業(yè)科學(xué)院的努力下,培育了抗軟腐病的魔芋品種‘鄂魔芋1號(hào)’,實(shí)踐表明,抗病品種使軟腐病發(fā)病率降低了20%[4],成功解決了魔芋生產(chǎn)中的重大難題。

然而,我們應(yīng)當(dāng)注意抗性品種并不具有永久的抗病性,在極有利于病害發(fā)展的田間條件下,抗性基因型并不總是具有完全的保護(hù)作用。在作物嚴(yán)重感染病原菌的情況下,可能會(huì)出現(xiàn)新的病原體小種感染抗性品種。例如含有MI基因的抗根結(jié)線蟲的番茄品種對(duì)南方根結(jié)線蟲Meloidogyneincognita具有良好的抗性,但若在高溫和鹽堿地栽培,抗性則會(huì)喪失[5]。

1.1.2阻截傳播

土傳病害具有很強(qiáng)的傳染性,病原菌會(huì)隨水、農(nóng)事操作而傳染,因此阻截傳播是重要的農(nóng)業(yè)措施。水源的處理和避免水流通過污染的區(qū)域也是防治土傳病害的關(guān)鍵措施。采用塑料薄膜隔離土壤是常用而有效的方法[6]。

1.1.3深翻

深翻即采用機(jī)械將深層土壤翻至土壤表層。在大田作物如小麥和大豆根腐病嚴(yán)重的區(qū)域,通過深翻土壤,可降低病原菌的種群數(shù)量,同時(shí)配合種子處理技術(shù),可減輕土傳病害的危害[7]。

1.1.4輪作

合理的輪作模式,可減輕土傳病害的發(fā)生,特別是3年以上的水旱輪作是控制土傳病害的有效措施[5]。但是隨著高附加值作物集約化種植模式的發(fā)展,輪作措施較難實(shí)現(xiàn)。

1.1.5無(wú)土栽培

無(wú)土栽培是一種避免接觸土壤的土傳病害防治技術(shù)。隨著無(wú)土栽培技術(shù)的成熟,成本在不斷地降低,投入產(chǎn)出比越來(lái)越高,這項(xiàng)技術(shù)已成功應(yīng)用于蔬菜、草莓、花卉等。近年來(lái),隨著水培和霧培等新技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步,使無(wú)土栽培這一技術(shù)在防治土傳病害上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。特別是,基于無(wú)土基質(zhì)和水培的漂浮系統(tǒng)已經(jīng)取代了溴甲烷在煙草幼苗生產(chǎn)中的應(yīng)用[8]。

1.2 生物防治技術(shù)

1.2.1生物熏蒸

生物熏蒸是指將植物殘留物施入到土壤,在植物分解過程中釋放揮發(fā)性化合物來(lái)控制土傳病害的技術(shù)[9]。目前生物熏蒸已成為一項(xiàng)環(huán)境友好型的溴甲烷替代技術(shù)[10]。

蕓薹屬Brassicaceaespp.[11]植物是主要的生物熏蒸材料。多項(xiàng)研究表明蕓薹屬植物能有效防治土傳病原物,增加作物產(chǎn)量[12-14],且生物熏蒸可以在不損害土壤健康或改變線蟲群落結(jié)構(gòu)的前提下有效地防治植物寄生線蟲[15]。

隨著對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)探究的不斷深入,生物熏蒸材料已不再局限于蕓薹屬植物。一些蔥屬Allium植物[16],藥用植物如亞香茅Cymbopogonnardus、土荊芥Dysphaniaambrosioides[17],印楝Azadirachtaindica[18]、薰衣草Lavandulaspp.[19]等,家畜糞便如雞糞以及富含氮的化合物都可用作生物熏蒸材料。Zhang等研究了鮮雞糞作為生物熏蒸材料對(duì)草莓生長(zhǎng)的影響,發(fā)現(xiàn)鮮雞糞顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、有益菌豐度和草莓果實(shí)品質(zhì),降低病原菌數(shù)量。但是連續(xù)使用5年后發(fā)現(xiàn)草莓產(chǎn)量出現(xiàn)降低趨勢(shì)[20]。為了解決上述難題,Zhang等[10]又提出將化學(xué)熏蒸與生物熏蒸輪用的措施,在保證病原菌防治效果的同時(shí)也減少了50%的化學(xué)熏蒸劑的使用。

生物熏蒸效果會(huì)因病原菌種類和生命周期、植物生長(zhǎng)和土壤條件的不同有所差異,因此在使用生物熏蒸技術(shù)時(shí)應(yīng)綜合考慮土壤和環(huán)境因素,目前生物熏蒸與太陽(yáng)能消毒聯(lián)合使用,已成為重要的土傳病害防治技術(shù)。

1.2.2厭氧消毒

厭氧消毒 (anaerobic soil disinfestation, ASD)被廣泛用于多數(shù)高附加值作物生產(chǎn)中土傳病害的防控[21-22]。在日本、荷蘭、美國(guó)、中國(guó)等地區(qū),ASD被廣泛應(yīng)用[23]。ASD技術(shù)的主要步驟包括在土壤中加入一定量的有機(jī)碳源,灌溉足夠的水,并使用防水布保持密閉3周以上。ASD的作用原理包括通過厭氧土壤產(chǎn)生的酸性土壤環(huán)境,有機(jī)物分解產(chǎn)生的乙酸、丁酸等揮發(fā)性有機(jī)物,以及土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化等殺死土傳病原體[24]。

ASD需要借助完全不滲透性薄膜(totally impermeable film, TIF)來(lái)營(yíng)造厭氧環(huán)境。但TIF的成本是ASD商業(yè)化的主要障礙之一,特別是在推廣應(yīng)用面積較大的地區(qū)[25]。因此需要進(jìn)一步開發(fā)和評(píng)估塑料薄膜特別是生物塑料對(duì)于ASD技術(shù)的效果,降低草莓、果園等高附加值經(jīng)濟(jì)作物應(yīng)用該技術(shù)的限制,以提高ASD技術(shù)的可持續(xù)性。另一方面,ASD技術(shù)使用的材料多為碳源[26],不同碳源產(chǎn)生的效果截然不同。建議農(nóng)戶在使用ASD過程中優(yōu)先使用秸稈作為碳源,避免使用雞糞和秸稈混合碳源的ASD技術(shù),以保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

1.2.3生防制劑

利用拮抗微生物進(jìn)行生物防治是一種環(huán)境友好的控制土傳病害的方法。已有大量的研究表明,使用有益微生物如重氮菌、有益細(xì)菌、生防制劑、植物根際促生菌可替代或減少化學(xué)藥劑的使用。雖然,在過去幾十年中,生防制劑防治技術(shù)在溫室作物上取得了很好的效果,但實(shí)際應(yīng)用的研究相對(duì)較少[27]。因?yàn)榕c溫室相比,田間環(huán)境具有更多的不可控因素[27]。國(guó)內(nèi)登記的用于防治土傳病害的生物農(nóng)藥見表1[28]。

表1 我國(guó)登記的防治土傳病害的生物農(nóng)藥Table 1 Biopesticides registered in China for the control of soil-borne diseases

1.3 物理防治技術(shù)

1.3.1太陽(yáng)能消毒

太陽(yáng)能消毒技術(shù)在一些夏季有較長(zhǎng)空閑期的作物上廣泛應(yīng)用,如:草莓、蔬菜等。該方法是利用夏季持續(xù)的高溫殺死土傳病原生物。通常15 cm土層50℃保持30 min,可殺死根結(jié)線蟲;60℃保持30 min,可殺死大部分真菌;70℃保持30 min,可殺死大部分細(xì)菌和雜草[29]。太陽(yáng)能消毒技術(shù)與生物熏蒸或厭氧消毒配合使用,可取得更好的效果。太陽(yáng)能消毒的要點(diǎn)是:保持土壤濕潤(rùn),采用透明塑料布覆蓋。如果有可能,起壟后安裝滴灌帶,然后覆蓋塑料薄膜,這樣有利于通過高溫殺死深層的病原生物。

太陽(yáng)能消毒技術(shù)發(fā)展至今,已在70多個(gè)國(guó)家得到應(yīng)用。與大多數(shù)其他土壤消毒技術(shù)相比,太陽(yáng)能消毒的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、易于應(yīng)用和成本較低[30]。但這種方法需要依賴較長(zhǎng)時(shí)間的高溫天氣,且土壤中沒有作物。此外,它不能始終如一地控制某些病原體,如線蟲[31]。

1.3.2火焰消毒技術(shù)

該技術(shù)是通過用天然氣、丁烷等易燃?xì)怏w作燃料,在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生800～1 000℃的高溫,通過與土壤接觸,殺死病原生物、地下害蟲和雜草[32-33]。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是:1)成本低;2)不用塑料布;3)處理過程中使用天然氣為熱源, 無(wú)二次污染, 無(wú)農(nóng)藥殘留, 從根本上保障食品安全;4)省工省時(shí), 不受天氣季節(jié)影響, 不受環(huán)境及農(nóng)業(yè)設(shè)施限制;5)消毒后即可種植下茬作物;6)操作簡(jiǎn)單,全機(jī)械化數(shù)控操作。

1.3.3微波消毒

微波消毒是指通過照射微波(頻率為300 MHz～300 GHz的電磁波)產(chǎn)生熱量從而達(dá)到殺菌殺毒的作用[34]。使用該技術(shù)時(shí),通過高頻振動(dòng)、摩擦生熱,微生物的分子結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變,如蛋白質(zhì)和核酸會(huì)變性失活,導(dǎo)致微生物死亡。研究表明,土壤微波消毒能有效抑制雜草種子和真菌萌發(fā)[35]。Brodie等[36]的研究表明,在兩次草莓田間試驗(yàn)中,微波處理降低了土傳病原體的存活率,且草莓產(chǎn)量與溴甲烷處理的無(wú)顯著差異。微波處理的效果取決于微波對(duì)土壤的熱效應(yīng),影響因素主要有土壤溫度、掩埋深度和輻射時(shí)間[35]。微波消毒具有效率高、速度快、作用后無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。適當(dāng)?shù)奈⒉ㄏ咎幚矸椒ㄟ€可以提高土壤肥力使植株長(zhǎng)勢(shì)茁壯。該方法可以與太陽(yáng)能消毒技術(shù)結(jié)合使用。但是微波消毒操作較復(fù)雜,必須有專業(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,不適合棚內(nèi)使用。

1.3.4電消毒技術(shù)

電消毒是指通過在土壤中通入直流電或正或負(fù)脈沖電流引起的電化學(xué)反應(yīng)生成物以及電流來(lái)殺滅土傳病原物、線蟲、雜草等。電消毒過程中會(huì)釋放出大量的酚類氣體和原子氯氣體, 在逸散過程中會(huì)殺滅引起土傳病害的一些病原菌, 起到防治病害的效果[37]。

電消毒時(shí),將處理后的電極埋入15～50 cm深的土壤中。為了提高土壤的消毒效果,土壤含水量應(yīng)為35%～70%。對(duì)于根結(jié)線蟲、韭蛆、蛞蝓等害蟲必須在水淹狀態(tài)下進(jìn)行處理,處理時(shí)間在1～2 h。對(duì)于土壤微生物,譬如尖鐮孢Fusariumoxysporum等既可以在水淹狀態(tài)下處理也可在30 cm深處大于75%含水率的濕潤(rùn)狀態(tài)下進(jìn)行處理。

該技術(shù)具有簡(jiǎn)單、清潔、低成本的優(yōu)點(diǎn),與其他物理、化學(xué)消毒法相比較還具有能夠在秧苗期進(jìn)行消毒而不傷苗的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。但應(yīng)用該技術(shù)時(shí)不銹鋼焊條中的重金屬一般也會(huì)進(jìn)入土壤中,造成土壤污染。

1.3.5射頻消毒技術(shù)

射頻消毒技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展的一種高效土壤消毒技術(shù),具有很好的殺蟲殺菌效果。其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),通過電流產(chǎn)生大量熱量,使土壤中的害蟲和病原物不斷受熱使其蛋白質(zhì)失去活性,從而達(dá)到土壤消毒的目的。射頻消毒可應(yīng)用在農(nóng)產(chǎn)品的儲(chǔ)存和運(yùn)輸中,對(duì)土壤中的線蟲和病原微生物也具有殺滅作用。此外,射頻消毒還可以有效防治木材上的真菌繁殖,可作為一種有效和快速的檢疫處理措施[38]。目前,在生產(chǎn)實(shí)際中,由于需要處理的土壤體積(和質(zhì)量)很大,射頻消毒技術(shù)的后勤障礙和作業(yè)成本較高,因此這些因素阻礙了射頻消毒技術(shù)在土傳病害防治中的應(yīng)用。

1.4 化學(xué)防治技術(shù)

化學(xué)藥劑中化學(xué)熏蒸劑是防治土傳病害較為有效的藥劑?；瘜W(xué)熏蒸劑發(fā)展較慢,一些有效的藥劑,由于環(huán)境或健康問題很難獲得農(nóng)藥登記,且商業(yè)化的古老品種如氯化苦在我國(guó)因?yàn)楦叨疽裁媾R淘汰的局面。尋找環(huán)境友好型的熏蒸劑是目前的研究重點(diǎn)。目前具有發(fā)展前景的熏蒸劑主要有異硫氰酸烯丙酯、乙二腈和乙蒜素。

1.4.1異硫氰酸烯丙酯(allyl isothiocyanate,AITC)

AITC是一種天然產(chǎn)物。2013 年美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局批準(zhǔn)登記AITC為種植前土壤處理劑,是第一款可同時(shí)用于傳統(tǒng)及有機(jī)耕種的生物土壤熏蒸劑[39]。我國(guó)也在2018 年將其登記于番茄用來(lái)防治根結(jié)線蟲。

1.4.2二甲基二硫(dimethyl disulfide, DMDS)

DMDS已在許多國(guó)家注冊(cè)用于植物種植前進(jìn)行土壤熏蒸,是一種新型的生物源土壤熏蒸劑,該熏蒸劑對(duì)根結(jié)線蟲和雜草的防治效果與1,3-二氯丙烯(1,3-dichloropropene, 1, 3-D)相當(dāng)甚至優(yōu)于1, 3-D[40]。DMDS對(duì)臭氧層的破壞風(fēng)險(xiǎn)較小,同時(shí)具有高效、環(huán)境安全的特性,被聯(lián)合國(guó)溴甲烷技術(shù)選擇委員會(huì)列為最有潛力的替代品[41]。

1.4.3乙二腈(ethanedinitrile, EDN)

澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織通過室內(nèi)與溫室試驗(yàn)表明EDN作為土壤熏蒸劑有希望替代溴甲烷。EDN對(duì)植物寄生線蟲和雜草等土傳病原物具有抑制作用[42]。EDN具有與溴甲烷相似的化學(xué)性質(zhì),可在土壤剖面中輕易移動(dòng)。2018年,澳大利亞成為第一個(gè)批準(zhǔn)在草莓、果樹、葫蘆和觀賞植物上使用EDN的國(guó)家。EDN也已在韓國(guó)注冊(cè),并將在土耳其、南非、加拿大、美國(guó)、俄羅斯、新西蘭和馬來(lái)西亞等國(guó)家注冊(cè)。

1.4.4乙蒜素(ethylicin)

乙蒜素是我國(guó)于1960年研制的一種有機(jī)硫殺菌劑。據(jù)報(bào)道,乙蒜素也具有熏蒸作用,可防治一些植物病原體和線蟲[43]。

1.5 綜合防治技術(shù)

引起土傳病害的病原物種類較多,防治較為困難,需要采用綜合的措施進(jìn)行防治,并且預(yù)防是最為重要的措施。將農(nóng)業(yè)、生物、物理和化學(xué)等防治措施聯(lián)合使用,可收到比單一措施更好的效果[44]。

1.5.1太陽(yáng)能消毒與熏蒸劑聯(lián)合使用

作為有害生物綜合治理(Integrated Pest Management,IPM)計(jì)劃的一部分,這種聯(lián)合防治技術(shù)對(duì)控制包括蔬菜和觀賞植物在內(nèi)的許多作物中的土傳病原體和雜草效果極佳。Eshel等[45]的研究表明,先進(jìn)行太陽(yáng)能消毒,然后在2周后注射熏蒸劑進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)害蟲的控制作用。這種方法在以色列的滴灌系統(tǒng)或使用特殊機(jī)器進(jìn)行側(cè)柄注射的田地中被廣泛采用。將熏蒸劑與太陽(yáng)能消毒技術(shù)聯(lián)合使用,還可降低熏蒸劑的用量,減少對(duì)環(huán)境的影響和降低使用成本。

1.5.2熏蒸劑與非化學(xué)技術(shù)輪用

將熏蒸劑與非化學(xué)技術(shù),如生物熏蒸、厭氧消毒、太陽(yáng)能消毒等技術(shù)輪用,可降低熏蒸劑用量。

1.5.3熏蒸劑與接觸性藥劑混合使用

熏蒸劑與接觸性藥劑如阿維菌素、噻唑膦、噁霉靈、精甲霜靈等混合使用,可恢復(fù)接觸性藥劑的生物活性。當(dāng)接觸性藥劑頻繁使用,可刺激接觸性藥劑的降解微生物大量繁殖,從而使接觸性藥劑使用3～5年后,效果降低。當(dāng)熏蒸劑與接觸性藥劑混合使用后,殺死了降解接觸性藥劑的微生物和抗性有害生物,恢復(fù)了接觸性藥劑的生物活性。

1.5.4嫁接與接觸性藥劑聯(lián)合使用

嫁接通常對(duì)鐮刀菌引起的枯萎病有很好的效果,而對(duì)根結(jié)線蟲效果較差。因此,將嫁接與阿維菌素或噻唑膦等接觸性藥劑配合使用,可提高對(duì)土傳病害和根結(jié)線蟲的效果。

1.5.5熏蒸劑與嫁接技術(shù)聯(lián)合使用

對(duì)于番茄和甜椒等作物,在抗性砧木上嫁接和用二甲基二硫或威百畝熏蒸土壤相結(jié)合是有效的[46]。

2 熏蒸劑劑型的發(fā)展

對(duì)于熏蒸劑劑型加工,國(guó)內(nèi)外研究人員進(jìn)行了探索,如Wang等發(fā)現(xiàn)采用明膠包封1,3-D,與液體注入相比,減少了約41%的1,3-D的排放量[47]。Yan等采用明膠膠囊包封氯化苦,結(jié)果表明氯化苦膠囊能夠減少主要土傳病原菌的數(shù)量,對(duì)雜草部分有效[48]。此外,研究人員將順-1,3-二氯丙烯包封在2種手性多孔MOF-1201金屬有機(jī)骨架中可以達(dá)到緩慢釋放的目的[49]。

近年來(lái),熏蒸劑載藥體系構(gòu)建方面也有許多研究。通過將多重乳液與界面聚合技術(shù)相結(jié)合包封二甲基二硫[50]、采用聚脲微囊包封固體生物炭來(lái)負(fù)載異硫氰酸烯丙酯[51]、通過乳化-凝膠法制備二氧化硅與銅基海藻酸鈉/殼聚糖多功能復(fù)合水凝膠[52]、以二價(jià)鋅離子為金屬節(jié)點(diǎn),2-甲基咪唑?yàn)橛袡C(jī)配體,通過自組裝成功合成了一種沸石咪唑酯骨架材料負(fù)載棉隆[53]等,這些劑型均具有緩釋作用,提高了熏蒸劑的穩(wěn)定性和持效期。

此外,一些新的熏蒸劑劑型如二氧化氯顆粒劑(ClO2)也在不斷的開發(fā)之中。Layman等[54]以及Ramsey等[55]報(bào)道表明,二氧化氯顆粒是一種很有前途的替代溴甲烷的物質(zhì),可以控制分枝疫霉Phytophthoraramorum和枯草芽胞桿菌Bacillussubtilis。然而,還需要進(jìn)一步的研究來(lái)提高顆粒制劑的釋放率,并尋找更經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用量。

3 熏蒸機(jī)械的發(fā)展

隨著土壤熏蒸劑的不斷發(fā)展及使用面積的不斷擴(kuò)大,土壤熏蒸機(jī)械也在不斷改進(jìn),由原來(lái)的手動(dòng)施藥發(fā)展為現(xiàn)在的機(jī)械化施藥。中國(guó)也研發(fā)了適合我國(guó)耕作條件的土壤消毒機(jī)械,大幅度提升了土壤消毒效率、效果與穩(wěn)定性。國(guó)內(nèi)首創(chuàng)了電噴霧式廣角土壤消毒機(jī)械,施藥效率較進(jìn)口裝備提高了2～4 倍。研發(fā)了包括手動(dòng)、機(jī)用以及起壟施藥一體的土壤消毒機(jī)械,滿足了不同生產(chǎn)規(guī)模需求。國(guó)內(nèi)首創(chuàng)了適用于棉隆等固體藥劑的精細(xì)旋耕施藥機(jī),實(shí)現(xiàn)施藥、旋耕、秸稈還田一體化,作業(yè)效率提高了50%。在國(guó)際上首創(chuàng)了自走式精旋土壤火焰消毒機(jī),通過液壓機(jī)械的方式由旋耕滾筒將土壤深度精細(xì)旋耕,并輸送到土壤高溫烘箱中進(jìn)行瞬間高溫滅菌殺蟲[56]。此外,我國(guó)開發(fā)的機(jī)械還包括液態(tài)注射施藥機(jī)、液態(tài)施藥覆膜一體機(jī)、固態(tài)撒藥機(jī)和大型固態(tài)和液態(tài)施藥機(jī)械。

4 土壤熏蒸劑對(duì)土壤微生態(tài)的影響

4.1 土壤熏蒸對(duì)微生物群落的影響

土壤熏蒸可以有效地控制土壤病原細(xì)菌、真菌、根結(jié)線蟲、雜草等有害生物,但熏蒸劑通常為廣譜性藥劑,對(duì)土壤非靶標(biāo)微生物也產(chǎn)生一定影響,包括在土壤肥力、養(yǎng)分循環(huán)和植物生長(zhǎng)中起重要作用的有益微生物。研究表明,土壤熏蒸導(dǎo)致土壤細(xì)菌數(shù)量和多樣性減少,這主要是因?yàn)檠粝靖淖兞送寥乐械奈⑸锶郝浣Y(jié)構(gòu),影響細(xì)菌的生長(zhǎng)和代謝,同時(shí)也影響土壤中的有機(jī)物質(zhì)周轉(zhuǎn),導(dǎo)致細(xì)菌缺乏生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)基礎(chǔ)[57]。此外,土壤熏蒸可導(dǎo)致土壤微生物群落組成發(fā)生變化,包括優(yōu)勢(shì)物種的消失和演替,如熏蒸消毒后土壤中的厭氧細(xì)菌數(shù)量會(huì)增加,而光合作用細(xì)菌和氧化細(xì)菌數(shù)量會(huì)減少[58]。與細(xì)菌不同,面對(duì)熏蒸脅迫真菌具有更高的抵抗能力,因此受到的干擾相對(duì)較小[59]。此外,土壤熏蒸對(duì)真菌物種組成產(chǎn)生影響,從而導(dǎo)致真菌群落結(jié)構(gòu)的改變,如熏蒸消毒后,土壤中的一些耐熱真菌和產(chǎn)孢真菌的數(shù)量會(huì)增加,而其他一些真菌則可能會(huì)減少[59]。但不同類型的真菌對(duì)熏蒸消毒的反應(yīng)有所不同。

4.2 土壤熏蒸對(duì)養(yǎng)分轉(zhuǎn)換的影響

土壤碳循環(huán)是土壤生態(tài)服務(wù)功能的重要組成部分,影響著土壤的肥力、生物多樣性和環(huán)境質(zhì)量。一方面,土壤熏蒸影響土壤中的微生物群落,導(dǎo)致土壤中的有機(jī)質(zhì)分解受到抑制[57]。另一方面,土壤熏蒸也能促進(jìn)土壤碳循環(huán),如土壤熏蒸可以促進(jìn)土壤中的微生物群落結(jié)構(gòu)調(diào)整,增加一些利用有機(jī)質(zhì)的微生物種類的數(shù)量,從而促進(jìn)土壤中有機(jī)質(zhì)的分解和碳的釋放。除了影響碳循環(huán)外,土壤熏蒸也影響其他養(yǎng)分元素的轉(zhuǎn)換和利用。如土壤熏蒸改變了氮循環(huán)功能微生物群落,特別是硝化細(xì)菌和氨氧化菌受到抑制,導(dǎo)致土壤中銨鹽含量累積,土壤中氮素轉(zhuǎn)化的進(jìn)程受到影響[60-61]。熏蒸后導(dǎo)致土壤磷含量顯著增加,主要由于對(duì)磷的利用起著重要作用的解磷細(xì)菌受到嚴(yán)重抑制,阻斷了磷的消耗[62]。對(duì)微量元素的研究也表明,土壤熏蒸影響土壤中銅的生物有效性,土壤熏蒸通過抑制土壤微生物的生長(zhǎng)和活動(dòng),進(jìn)而影響土壤中銅的轉(zhuǎn)化和生物有效性[63]。

總的來(lái)說(shuō),土壤熏蒸后導(dǎo)致土壤中的微生物數(shù)量和多樣性的減少,使土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)換也受到干擾。為了減輕這種影響,建議在土壤熏蒸后施用有機(jī)肥料或微生物肥料,以促進(jìn)土壤中有益微生物的恢復(fù)和養(yǎng)分轉(zhuǎn)換的恢復(fù)。

5 土傳病害防治面臨的挑戰(zhàn)

5.1 快速檢測(cè)技術(shù)落后

土傳病害的發(fā)生具有隱蔽性、傳播速度極快,在發(fā)病前期很難被發(fā)現(xiàn),而發(fā)病癥狀一旦顯現(xiàn)則會(huì)快速造成作物大面積發(fā)病、死亡。目前從土壤中快速檢測(cè)病原物的發(fā)病閾值從而預(yù)測(cè)病害的發(fā)生尚缺乏成功的經(jīng)驗(yàn)。

5.2 細(xì)菌性病害難以防治

細(xì)菌性病害又稱作物的“癌癥”,世界范圍內(nèi)防治細(xì)菌性病害的藥劑較為短缺。目前對(duì)細(xì)菌性土傳病害如青枯病具有良好防治效果的氯化苦,因?yàn)槎拘暂^高,已被列為限用農(nóng)藥。我國(guó)登記的防治青枯病的其他生物和化學(xué)農(nóng)藥較少,且效果有限。

5.3 土壤生態(tài)功能的重建

熏蒸劑在防治土傳病原物的同時(shí)會(huì)對(duì)土壤中的非靶標(biāo)微生物如有益微生物或功能微生物造成影響。因此在使用熏蒸劑后,需要適時(shí)補(bǔ)充一些有益微生物并增施有機(jī)肥,讓有益微生物搶占土壤生態(tài)空間,將病原物的數(shù)量抑制在發(fā)病閾值以下。同時(shí)還要防止農(nóng)事操作將病原物再次傳播至消過毒的土壤中。

5.4 經(jīng)濟(jì)可行的熏蒸品種較少

近年來(lái)研究人員不斷探索有效的溴甲烷替代產(chǎn)品,但是大部分產(chǎn)品都缺乏經(jīng)濟(jì)可行性。碘甲烷由于具有較高的毒性且價(jià)格極為昂貴,很難獲得登記。氯化苦生產(chǎn)企業(yè)少,管理嚴(yán)格,因而價(jià)格也較高。如果使用熏蒸劑后再施用有益微生物,生產(chǎn)成本將會(huì)進(jìn)一步提升。因此,這些技術(shù)目前只局限于高附加值作物中。而傳統(tǒng)的大田作物,只能采用輪作、種子處理、深翻、抗性品種或嫁接、接觸性藥劑等防治技術(shù)。

5.5 對(duì)環(huán)境有一定的影響

一方面,熏蒸劑用量大,若再結(jié)合一些物理熱處理技術(shù),會(huì)導(dǎo)致能耗增高并增加碳排放。另外,據(jù)研究表明,使用熏蒸劑會(huì)增加土壤中氧化亞氮(N2O)的排放。另一方面,土壤熏蒸操作需要使用大量的塑料薄膜。目前這些薄膜都是一次性的,熏蒸結(jié)束后如果處理不當(dāng),它們?cè)谕寥乐薪到鉃槲⑺芰?可以在食物鏈中轉(zhuǎn)移和積累,威脅食品安全和潛在的人類健康,同時(shí)對(duì)土壤和水環(huán)境也會(huì)造成威脅[64-65]。

6 結(jié)論

土傳病害是限制農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要瓶頸,因其發(fā)生具有隱蔽性,因此防治較為困難。本文針對(duì)土傳病害的農(nóng)業(yè)、物理、生物、化學(xué)以及綜合防治技術(shù)做了系統(tǒng)分析。其中化學(xué)防治技術(shù)中主要依賴的是土壤熏蒸劑。古老熏蒸劑品種如氯化苦等面臨限用危機(jī),新型的熏蒸劑品種如異硫氰酸烯丙酯、二甲基二硫、乙二腈和乙蒜素是具有應(yīng)用前景的溴甲烷替代品。熏蒸劑新劑型和施藥器械的不斷創(chuàng)新和發(fā)展提高了熏蒸劑的穩(wěn)定性,大幅度提升了藥劑在土壤中的分布均勻性。土壤熏蒸劑雖然對(duì)非靶標(biāo)微生物造成一定影響,但是對(duì)有益微生物和碳氮循環(huán)等功能微生物的相對(duì)豐度具有促進(jìn)作用,這有利于提高對(duì)土傳病害的防治效果。此外,我們也應(yīng)該正視土傳病害防治技術(shù)存在的不足,加大科研力度,尋找有效的解決方法,使土傳病害的防治更加便捷、經(jīng)濟(jì)、有效和環(huán)保。