復合微生物菌劑結合陽光消毒治理設施草莓連作障害的效果

肖 蓉 ，曹秋芬 ，李 倩 ，張春芬 ，鄧 舒 ，聶園軍 ，李瑞珍 ，趙 佳

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學院果樹研究所，山西 太原 030031；2.山西省農(nóng)業(yè)科學院生物技術研究中心，山西 太原 030031；3.山西省農(nóng)業(yè)科學院小麥研究所，山西 臨汾 041000；4.山西省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與經(jīng)濟研究所，山西 太原 030006）

作物連作障害是指同一種作物連續(xù)在同一塊地上種植，第2個生育周期及以后發(fā)生的生長發(fā)育不良、病害加重，導致產(chǎn)量和品質(zhì)嚴重下降的現(xiàn)象。瓜類、蔬菜、果樹、作物等都存在不同程度的連作障害問題。草莓是連作障害較嚴重的一種植物。連作草莓株高、葉片數(shù)、生物量顯著下降，生育期延遲，嚴重減產(chǎn)。連作草莓根系的抗病性明顯下降，根部病害和生理病害日趨嚴重，連作第2年就能減產(chǎn)約10%，連作年限越長減產(chǎn)程度越大[1]。

世界上公認的引起連作障害的主要因子歸納為3個方面：（1）病原真菌增多，有益細菌減少[2-4]；（2）自毒物質(zhì)積累較多[5]；（3）土壤肥力失調(diào)[6]。在生產(chǎn)上，大多數(shù)草莓種植戶對連作障害已經(jīng)有廣泛的認識，也非常重視連作障害的防治。人們針對這三大障害因子分別開發(fā)了不同的防治方法，比如施加有機肥調(diào)控土壤肥力、化學藥劑殺菌、生物制劑調(diào)節(jié)生物菌群等。其中，高溫悶棚由于簡單易行，對克服草莓連作障害具有一定的效果，在生產(chǎn)上深受草莓種植戶的歡迎。

高溫悶棚是在設施草莓收獲完畢后，正逢夏季高溫季節(jié)，此時將大棚頂部及四周完全覆蓋，讓設施內(nèi)溫度升高并持續(xù)一段時間，以達到殺死病原菌的目的。悶棚雖簡單，但它深受環(huán)境條件的限制，尤其是氣溫，倘若悶棚期間氣溫不高，棚內(nèi)溫度將不能有效殺滅病原菌。針對純粹依靠陽光悶棚導致的效果不穩(wěn)定的情況，科研人員及生產(chǎn)者們在悶棚時配合施加化學熏蒸劑（威百畝等）、石灰氮、秸稈等，以保障溫度能夠有效升高并持續(xù)一段時間[7]。但化學熏蒸劑對環(huán)境及人體會造成潛在的危害，不符合國家減藥減肥、綠色安全生產(chǎn)的要求。石灰氮分解時產(chǎn)生的氰胺也對人體有害。

近年來，生物菌劑防治重茬病害蓬勃發(fā)展。研究者們從各種生境中分離出許多具有促進植物生長、提高植物抗病性、殺滅病原菌、培肥土壤的有益菌，并制成具有各種功能的菌劑[8-10]。該方法無毒無害、綠色無污染。山西省農(nóng)業(yè)科學院生物技術研究中心功能微生物課題組前期研制出一種對植物真菌病害具有廣譜抗性，同時還具有促進植物生長、發(fā)酵有機肥功能的復合微生物菌劑，該菌劑與太陽能高溫消毒配合使用，能夠有效解決草莓重茬障害問題。該套技術已于2014年獲得國家發(fā)明專利授權[11]，為了進一步觀察該方法在不同年份、不同環(huán)境下的表現(xiàn)情況，考察實際生產(chǎn)中該方法效果的穩(wěn)定性，本研究在山西省不同地方，連續(xù)3 a使用該方法，以期積累一些基礎數(shù)據(jù)，也更有利于在生產(chǎn)上推廣。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于山西省臨汾市洪洞縣萬安鎮(zhèn)曹家莊村（N30°17′，E111°34′）、太原市陽曲縣蒲子村蒲豐農(nóng)林科技有限公司（N38°04′，E112°40′），每一試驗點選擇種植冬春季草莓的日光溫室1座，溫室面積666.7 m2左右，已經(jīng)連續(xù)重茬種植草莓3 a。

1.2 土壤處理方法

本試驗共設2種土壤處理方法，（1）“復合微生物菌劑＋有機物＋農(nóng)家肥＋太陽能”綜合土壤處理，簡稱為微生物太陽能法；（2）普通的太陽能法。普通太陽能法即清園后直接覆蓋棚頂及四周，密閉大棚悶30 d左右。

微生物太陽能法中所述的菌劑是山西省農(nóng)業(yè)科學院生物技術研究中心功能微生物課題組前期研究并申請了國家發(fā)明專利的復合微生物菌劑，由枯草芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、解磷菌、解鉀菌、放線菌X等菌種復合而成。其中，解磷菌、解鉀菌以麩皮為載體制備成固體菌劑，其余菌種制備成液體菌劑。

微生物太陽能法操作方法為：（1）清園。在前茬草莓收獲后，首先清除前作物殘體、地膜、滴灌等物件。（2）施肥。將腐熟好的羊糞 150～180 m3/hm2、粉碎后的農(nóng)作物秸稈75～90 m3/hm2，固體霉菌發(fā)酵混合物300 kg/hm2混合均勻，鋪撒于地面，立即深翻耙耱土壤，深度為30 cm左右。（3）起壟。耕后起壟，做成小高畦，根據(jù)草莓種植距離，小高畦頂寬50～60 cm，下寬 70～80 cm，畦高 25～30 cm，畦溝底寬25 cm。（4）鋪膜。用透明塑料薄膜全面覆蓋地面。（5）灌水。在膜下灌水，使土壤的濕度達到100%，隨水灌入液體復合微生物菌劑300 L/hm2。（6）加溫。在地面覆蓋7 d后，覆蓋溫室頂部及四周塑料膜，全天封閉，持續(xù)21 d。（7）降溫。溫室密閉結束后揭開頂部覆蓋物，充分降溫。（8）補菌。降溫后澆水，再次隨水補充施入液體復合微生物菌劑300 L/hm2（芽孢桿菌和放線菌，比例1∶1）。于下茬草莓種植前除去地面覆蓋物。

1.3 調(diào)查與檢測

試驗從2012年8月開始，至2015年6月結束。分別在2012年8月，2013年8月和2014年8月連續(xù)3 a對2個試驗點大棚進行高溫消毒處理。在整個土壤處理期間，采用全自動溫度記錄儀對溫室內(nèi)氣溫、地溫變化進行監(jiān)測。

在陽曲縣的試驗大棚內(nèi)，每年消毒處理前、后在每個大棚隨機多點（＞5）采取土樣，采土深度為5～20 cm。將新鮮土樣采用稀釋平板計數(shù)方法測定土壤中細菌、真菌、放線菌三大菌群數(shù)量的變化。其余土樣風干后作土壤肥力性質(zhì)分析，肥力指標包括有機質(zhì)、堿解N、速效P和速效K含量。測試方法為常規(guī)方法[12]。

2015年4月，在陽曲縣的試驗大棚內(nèi)，調(diào)查采用微生物太陽能法和普通太陽能法處理的試驗大棚里草莓的灰霉病、根腐病、白粉病等病害發(fā)病情況，并統(tǒng)計草莓產(chǎn)量。

2 結果與分析

2.1 微生物太陽能法對溫室中溫度的影響

2012—2014年試驗期內(nèi)，連續(xù)3 a，洪洞縣和陽曲縣7月20日至8月20日的平均氣溫值列于表1?？梢?，雖然正處盛夏，但由于下雨等原因，氣溫并不是很高。在這樣的外界條件下，如果只靠太陽的熱度來殺滅病原菌，顯然不可靠。

表1 試驗點土壤處理期間氣溫變化

采用微生物太陽能法處理后，溫室內(nèi)的氣溫和地溫上升快，白天室內(nèi)氣溫能達到60℃以上，地下25 cm耕作層溫度可以上升到50℃以上。每天溫室內(nèi)最高氣溫、最高地溫的變化趨勢基本一致，最高地溫隨著最高氣溫變化而變化。以2013年陽曲縣蒲子村蒲豐農(nóng)林科技有限公司試驗地為例，采用微生物太陽能法處理后溫室內(nèi)氣溫與地溫上升明顯，氣溫及各土層地溫日變化如圖1所示。

從圖1和表2可以看出，在一天中氣溫（0 cm土層溫度）從8：00開始一直到晚上2：00保持在50℃以上，時間長達18 h。地下10 cm土層溫度從10：00一直到晚上2：00保持在50℃以上，長達16h。地下25 cm土層溫度從14：00一直到晚上2：00保持在50℃以上，長達12 h?？梢姡谝惶熘?，耕作層土壤（0～25 cm）溫度都可以上升到50℃以上，并保持12～16 h。

表2 一天中地溫升至50℃以上及保持時間

2.2 微生物太陽能法對土壤中微生物區(qū)系的影響

2.2.1 微生物太陽能法對土壤中細菌數(shù)量的影響

2012—2014年連續(xù)3 a試驗中，土壤處理前后土壤中細菌數(shù)量的變化趨勢如圖2所示。在2012年試驗之初，土壤中的細菌總數(shù)為1.3×107個/g，經(jīng)過土壤處理后，數(shù)量銳減為3.2×103個/g，減少了4個數(shù)量級，可見，絕大部分細菌在20 d的綜合土壤處理期內(nèi)被高溫殺死。經(jīng)過處理完后微生物的補充與恢復，在2013年處理前土壤中的細菌數(shù)量回升，且顯著高于2012年處理前細菌數(shù)量，達9.0×107個/g。再次處理后，細菌數(shù)量又降至2.8×103個/g，與2012年處理后的細菌數(shù)量水平相當。隨著補充菌劑的施入，土壤中細菌數(shù)量迅速回升，至2014年突破1億個/g。但2014年第3次處理后，細菌數(shù)量仍然降至前2 a的水平。

可見，微生物太陽能法處理土壤時，在持續(xù)20 d左右的高溫及厭氧條件下，在耕作層土壤微生物區(qū)系中分布最廣、數(shù)量最多（占絕大多數(shù)）的好氧性無芽孢細菌被殺死，而只占極小比例且多處于休眠狀態(tài)中的兼性厭氧芽孢細菌和嚴格厭氧性芽孢細菌存活下來。這類微生物屬于土著微生物，受外界環(huán)境影響較小，因此，在每年的土壤處理后，數(shù)量較穩(wěn)定。而其他非土著細菌受外界環(huán)境影響較大，雖在土壤處理中被殺死，但很快又能恢復，且由于土壤中新增加了有機質(zhì)，這類以有機質(zhì)作為碳源和能源的異養(yǎng)型好氧無芽孢細菌快速增殖。有研究表明，這類微生物數(shù)量的多少側面反映了土壤的肥力水平。因此，連續(xù)3 a的試驗結果中，土壤細菌總數(shù)持續(xù)升高，也暗示土壤肥力得到持續(xù)改善。

2.2.2 微生物太陽能法對土壤中真菌數(shù)量的影響圖3是2012—2014年連續(xù)3 a試驗中，土壤處理前后土壤中真菌數(shù)量的變化趨勢?？梢钥闯?，真菌的變化趨勢跟細菌截然不同。在2012年土壤綜合處理之前，土壤中真菌數(shù)量本底值是3a中最高的一年，為1.4×105個/g，處理后，真菌數(shù)量急劇下降，只有500個/g，僅為處理前的0.36%。經(jīng)過1 a的恢復后，真菌數(shù)量有一定程度的恢復，達3.0×103個/g，為本底值的2.14%。土壤再次處理后，真菌數(shù)量再次降至300個/g。2014年土壤處理前，土壤中真菌數(shù)量比2013年還低，僅為本底值的1.43%。第3次處理后，真菌數(shù)量與前2 a處理后的水平相當。

可見，微生物太陽能法處理土壤后，土壤中的真菌數(shù)量變化總體呈大幅下降的趨勢。這與其他研究結果相似。國內(nèi)外許多研究結果表明，大部分土傳病原菌都是真菌屬，在多年連作的設施栽培土壤中，由于土壤酸化和土傳病原菌的連年累積，導致真菌數(shù)量變多。真菌多為好氧性，在pH為5左右的酸性環(huán)境中生長旺盛。而在本處理中，水分飽和形成厭氧環(huán)境，不利于真菌生長，尤其是持續(xù)的高溫對真菌有較強殺傷力，因此，經(jīng)過20 d的處理后，土壤中真菌數(shù)量急劇降低。而處理后，加入的有機物腐熟，土壤理化環(huán)境朝著較好的方向改變，對真菌常常有拮抗作用的放線菌數(shù)量增多（圖4），土壤環(huán)境的方方面面都不利于真菌的大量增殖，所以，連續(xù)3 a的土壤處理使土壤真菌數(shù)量持續(xù)降低，并始終保持在較低水平。

2.2.3 微生物太陽能法對土壤中放線菌數(shù)量的影響 從圖4可以看出，放線菌的變化趨勢跟細菌相似，表現(xiàn)為2012年土壤處理前，土壤中放線菌本底值為2.3×106個/g，處理后數(shù)量急劇銳減為1.12×104個/g，為本底值的0.49%。經(jīng)過1 a的恢復后，放線菌數(shù)量回升，且超過本底值，達3.96×106個/g，為本底值的1.72倍。第2年恢復期后，放線菌數(shù)量持續(xù)升高，達4.47×106個/g，為本底值的1.94倍。2013，2014年土壤處理后的數(shù)量與2012年的水平相當。

分析出現(xiàn)這種變化的原因在于：放線菌喜歡中性至微堿性環(huán)境，在有機質(zhì)含量高的耕作層中發(fā)育較好。經(jīng)常出現(xiàn)于有機質(zhì)腐解后期，能產(chǎn)生各種各樣的生物活性物質(zhì)，這些物質(zhì)對植物的生長有利，對細菌和真菌常有拮抗作用。研究表明，1/2以上的放線菌能產(chǎn)生抗生素類物質(zhì)，這些物質(zhì)是抵抗土壤病原真菌的“良藥”。因此，在土壤處理干預下，土壤放線菌數(shù)量持續(xù)升高，這有利于土傳病害的防治，是土壤整體環(huán)境得到改善所帶來的良性發(fā)展。

2.2.4 微生物太陽能法對土壤菌群結構的影響 從圖5可以看出，2012年土壤中細菌、真菌、放線菌三大類菌群總體數(shù)量本底值為1.54×107個/g，其中，細菌所占比例為84.2%，放線菌所占比例為14.9%，真菌所占比例為0.9%。2012年土壤處理后經(jīng)過1 a的恢復，2013年土壤中三大類菌群總體數(shù)量為9.39×107個/g，細菌所占比例增大為95.7%，放線菌數(shù)量雖然增多，但由于細菌增加的數(shù)量呈108數(shù)量級，所以，放線菌所占比例有所減少，而真菌不論是數(shù)量還是比例都大幅降低。至2014年細菌所占比例持續(xù)升高，真菌所占比例持續(xù)降低。

可見，在3 a的連續(xù)試驗中，土壤中總的微生物數(shù)量增多，細菌和放線菌數(shù)量增多，真菌數(shù)量減少。這種情況有利于重茬病害的防治。許多研究表明，隨著重茬種植年限的延長，重茬土壤由細菌主導型轉變?yōu)檎婢鲗停粗夭缤寥乐姓婢急壤饾u增大。因此，殺滅土壤中的病原真菌，培養(yǎng)能帶給土壤高肥力的有益細菌是防治重茬病害的要領之一。

2.3 微生物太陽能法對土壤肥力的影響

為了比較采用微生物太陽能法對重茬草莓種植連續(xù)進行3 a土壤處理后，土壤肥力的變化情況，在2012年第1次土壤處理前測定了試驗溫室土壤肥力本底值，并在2014年土壤第3次處理后再一次對溫室中的土壤養(yǎng)分指標進行了測定（表3）。為方便比較，引用文獻[13]的數(shù)據(jù)作為參考。

表3 土壤消毒處理對溫室土壤肥力的影響

可見，處理前后，土壤中的各養(yǎng)分指標差異均達到顯著水平（P＜0.05）。處理前溫室中的有機質(zhì)本底值為22.19 g/kg，處于中等水平，經(jīng)連續(xù)3次土壤處理后上升為38.92 g/kg，達到稍豐水平，有機質(zhì)提高了75.4%。堿解氮含量提高了150%，直接由稍缺水平變?yōu)樨S富水平，改善效果顯著。速效磷含量也提高了55.3%。變化最大的是速效K含量，由處理前的73.73 mg/kg增長至處理后的395.93 mg/kg，提高了437%，極大地改善了溫室中普遍存在的鉀素虧缺的狀況。

2.4 微生物太陽能法對草莓重茬病害及產(chǎn)量的影響

從表4可以看出，采用普通太陽能法并不能有效控制重茬病害，結果后期草莓灰霉病、根腐病、白粉病等病害嚴重，總發(fā)病率為35.2%。采用微生物太陽能法處理的大棚發(fā)病率只有14.2%。2種土壤處理方法的草莓發(fā)病率之間差異顯著。從產(chǎn)量看，微生物太陽能法處理的大棚草莓平均單果質(zhì)量為19.3 g，普通太陽能法處理后的大棚草莓個頭明顯較小，單果質(zhì)量為13.2 g。再加上病害的影響，普通太陽能法處理后的大棚草莓每公頃產(chǎn)量顯著低于微生物太陽能法處理的產(chǎn)量。

表4 不同處理方式對草莓病害及產(chǎn)量的影響

3 結論與討論

3.1 結論

（1）在外界氣溫33℃以下的情況下，微生物太陽能法能夠讓溫室氣溫和耕作層土溫迅速達到50℃以上，并保持12～16 h。

（2）微生物太陽能法對溫室土壤中的微生物影響巨大，高溫不僅能夠殺滅大部分的病原真菌，也能殺死其他細菌、放線菌。所以，悶棚后及時補充有益菌群非常重要。連續(xù)3 a“殺菌-補菌”讓土壤中細菌數(shù)量得到提升，真菌數(shù)量大幅度減小，放線菌數(shù)量持續(xù)升高，重茬土壤微生物菌群結構由易發(fā)病害的真菌主導型轉變?yōu)榻】档募毦鲗汀?/p>

（3）微生物太陽能法處理后，土壤有機質(zhì)、堿解N、速效P和速效K含量分別提高了75.4%，150%，55.3%和437%。養(yǎng)分水平得到顯著提高。

（4）微生物太陽能法能夠有效控制草莓重茬病害，提高產(chǎn)量。與普通太陽能法處理相比，微生物太陽能法處理的草莓重茬病害發(fā)病率顯著降低，果實單果質(zhì)量增加，產(chǎn)量顯著提高。

3.2 討論

悶棚處理中，棚內(nèi)氣溫及土壤（尤其是耕作層）溫度的高低是能否有效解決重茬障害的關鍵因子。隨著溫度的升高，大部分病原菌的致死時間逐漸縮短。韓娟等[14]研究指出，溫濕度對保護地黃瓜霜霉病病菌孢子囊存活情況影響較大，同一相對濕度條件下，隨著溫度的上升，孢子囊存活率逐漸降低；溫度45℃以上、濕度75%左右處理霜霉病病菌超過1 h可將其殺死。段顯德等[15]研究高溫悶棚對黃瓜霜霉病的致病菌——古巴假霜霉菌的影響時發(fā)現(xiàn)，45℃處理10 min，黃瓜發(fā)病部分3 d后干枯，病菌被殺死。陳志杰等[16]研究指出，55℃高溫處理5 h對黃瓜猝倒病、菌核病、根腐病、疫病和蔓枯病的防控效果分別為 100%，97.1%，81.4%，80.3%和81.5%。曹秋芬等[11]以草莓重茬種植中發(fā)生較嚴重的真菌屬病害：灰霉病、黃萎病、炭疽病、枯萎病、褐斑病等為研究對象，對這些病害的病原菌進行致死溫度和時間的試驗。結果表明，溫度在45℃以上就能殺死土壤中的這些病菌及孢子，溫度越高，致死時間就越短。溫度在50℃以上時，很容易殺死病菌及其孢子。所以，50℃是一個關鍵溫度，關系著土壤消毒處理的成敗。

從20世紀80年代開始，生產(chǎn)上就逐漸開始推行高溫悶棚殺滅病原菌的方法，但直到現(xiàn)在，仍然有一些種植戶放棄這種簡單經(jīng)濟的方法而采用其他處理方法。究其原因，主要是該方法效果不穩(wěn)定。不同的年份、地域，甚至同一地方的小氣候都可能會影響到大棚內(nèi)溫度的升高。李佳川等[17]對溫室進行灌水高溫悶棚處理，白天棚內(nèi)氣溫最高能達到60～70℃，但地溫最高溫度超不過40℃。鄭建秋等[18]在土壤中投入稻草和石灰，并結合灌水和高溫對蔬菜大棚進行悶棚處理，測得5～25 cm耕作層土壤溫度平均值為35.6℃，最高為39～50℃。趙文峰等[19]采用石灰氮+太陽能的方法對延安市的日光溫室進行悶棚處理，記錄到棚內(nèi)氣溫最高可達67.8℃，5 cm深度地溫最高可達48.2℃，15 cm深度地溫最高可達40.9℃。在這些案例中，耕作層土壤溫度均未超過50℃，而土傳病害的病原菌主要集中在土壤里，很顯然，這些案例中的溫度不能徹底殺滅土傳病原菌。

本研究提出的微生物太陽能法除了常規(guī)處理中所述的施加有機物、灌水、覆膜、起壟、密閉溫室外，最主要的是還加入了專利復合微生物菌劑。隨菌加入的有機肥和秸稈為微生物的生長繁殖提供氮素和碳素，其中的芽孢桿菌、酵母菌大量繁殖起來，使有機物快速發(fā)酵、腐爛、分解，產(chǎn)熱。該菌劑中的真菌類在高溫、高濕環(huán)境下，也大量生長繁殖產(chǎn)酶生熱。生物因子（菌）和環(huán)境因子（氣溫、有機質(zhì)腐熟）協(xié)同作用，有力促進了溫度的升高。重茬病原菌被有效殺滅，真菌在整個微生物群體中所占比例下降到0.1%以下，重茬障礙得到有效控制。

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