高溫悶棚技術(shù)防治茄子黃萎病研究

霍云龍，王 飛，李艷軍，王 娜，于 婭，宮國輝

（吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟植物研究所，吉林 長春 130033）

0 引言

【研究意義】茄子黃萎?。╒erticillium Wilt）又稱半邊瘋、黑心病、凋萎病，是一種由大麗輪枝孢（Verticillium dahliaeKleb）引起的土傳維管束病害，世界各地均有發(fā)生，是設(shè)施茄子生產(chǎn)的主要病害之一，一般發(fā)病后產(chǎn)量損失為30%～40%，嚴重時損失可達70%以上，甚至于絕收[1?2]。該病原菌以菌絲、厚垣孢子和微菌核隨病殘體在土壤中越冬，一般可存活6～8 a，微菌核可存活14 a，難以防治[3?4]?！厩叭搜芯窟M展】目前，化學(xué)藥劑防治方面，周寶利等提出施用Ca(NO3)2（棉?。┛山档颓炎狱S萎病發(fā)病率和病情指數(shù)[5]，但僅在酸性土壤中效果顯著，而棉隆等化學(xué)藥劑施用易在土壤中殘留，污染環(huán)境。也有采用嫁接及高溫悶棚土壤消毒技術(shù)措施防治茄子黃萎病，但是效果不甚理想，且成本較高。馮東昕等[6]以5種野生茄品種為嫁接砧木，以栽培種七葉茄為接穗，研究了嫁接對茄子黃萎病抗性及農(nóng)藝性狀的影響，結(jié)果表明：嫁接苗的農(nóng)藝性狀均優(yōu)于自根苗，但抗病性存在差異。王振躍等[7]研究表明番茄類砧木抗病性強，增產(chǎn)效果好，但親和性較差，托魯巴姆的抗病性及親和性均較好，但砧木苗期生長緩慢，赤茄的生長勢及親和力均較好，但抗病性稍差。高溫悶棚土壤消毒技術(shù)防治黃萎病的效果較好，石琳琪等利用高溫悶棚技術(shù)防治茄子黃萎病達到較好的防效[8]?！颈狙芯壳腥朦c】本研究引入建筑材料學(xué)中“導(dǎo)熱系數(shù)”概念，研究不同土壤含水率條件下土壤導(dǎo)熱系數(shù)變化規(guī)律?！緮M解決的關(guān)鍵問題】適當(dāng)提高含水率及采取有效積累日光能的措施是決定高溫悶棚土壤消毒效果的關(guān)鍵。通過地表覆膜及適當(dāng)提高含水率的高溫悶棚處理，探討對各耕層溫度變化及對茄子黃萎病防治效果的影響，以闡明高溫悶棚土壤熱量傳導(dǎo)及增溫機理，旨在將太陽能產(chǎn)生的熱量更加有效地傳導(dǎo)到土壤耕層，使一定土壤耕層溫度有效積累達到滅殺或抑制土壤耕層內(nèi)黃萎病病原菌的所需溫度，以期解決溫室大棚茄子生產(chǎn)中的土傳病害、嫁接的高成本等問題。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及儀器

茄子品種為安娜（荷蘭瑞克斯旺種苗集團公司），高溫悶棚所需材料和儀器：塑料棚膜、光照培養(yǎng)箱、有機農(nóng)家肥、玉米秸稈、小型旋耕機、DRE -Ⅲ多功能快速導(dǎo)熱系數(shù)測試儀（瞬態(tài)平面熱源法）、土壤溫度記錄儀HZ-TJ1。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗地概況及試驗處理 本試驗于2018年在吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟植物研究所試驗地進行，耕層為黑鈣粘壤土，容重1.24 g·cm?3。試驗在3棟相鄰日光溫室內(nèi)進行試驗，溫室建成于2016年，前茬為茄子與其他蔬菜之間輪作，在本試驗開展前該試驗地未進行過土壤消毒，每棟溫室面積約500 m2。設(shè)6個處理，處理間設(shè)1 m的保護行，高溫悶棚處理在2棟溫室中進行，設(shè)地表覆膜（A）和地表不覆膜（B）2個處理，以不悶棚（CK）的第3個溫室為對照，分別設(shè)含水量5.06%和23.48%（以20 cm土壤深處含水量監(jiān)測值連續(xù)3 d穩(wěn)定為基準）2個水平，3次重復(fù)，每個重復(fù)的面積均為66.7 m2。6個處理分別為：A1（含水量5.06%+覆膜+悶棚）；B1（含水量5.06%+未覆膜+悶棚）；A2（含水量23.48%+覆膜+悶棚）；B2（含水量23.48%+未覆膜+悶棚）；CK1（含水 量5.06%+未悶棚）；CK2（含水量23.48%+未悶棚）。

1.2.2 不同含水量土壤導(dǎo)熱系數(shù)的測定 采用瞬態(tài)平面熱源法（TPS），在室內(nèi)進行不同含水量土壤導(dǎo)熱系數(shù)的測定。分別從3棟日光溫室內(nèi)隨機取土，制備含水量0%、5%、10%、15%、20%、25%和30%的土樣，室內(nèi)測試不同土壤含水量的導(dǎo)熱系數(shù)，待土樣 恢復(fù)至室溫，重復(fù)3次，取測試結(jié)果的平均值。

1.2.3 不同處理各耕層溫度的測定 高溫悶棚技術(shù)參考河北高溫悶棚地方標準DB13T 1418-2011，使用北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心溫室娃娃管理平臺進行土壤濕度監(jiān)測（20 cm土層），采用土壤溫度記錄儀 HZ-TJ1，每隔0.5 h自動記錄5、10、15、20、25、30 cm耕層的溫度，連續(xù)記錄20 d，根據(jù)7 d之后記錄結(jié)果中任意3 d晴熱天氣（第8、13、18 d）的 分時記錄平均值做標準曲線。

1.2.4 不同處理各耕層熱能積累情況比較 根據(jù)6個處理的20 d各層土壤日平均溫度的記錄，統(tǒng)計各層40、37、34、31 ℃以上日平均溫度持續(xù)的天數(shù)，并統(tǒng) 計其占整個高溫悶棚時間的百分比。

1.2.5 不同土壤含水量高溫悶棚防治茄子黃萎病的效果 每個處理均選用茄子品種安娜進行育苗，種子消毒采用溫湯浸種的方法，然后置于28 ℃光照培養(yǎng)箱中催芽，育苗基質(zhì)為無菌全價育苗基質(zhì)，育苗方法為：在平整的地面用地膜做可蓄水的平畦（深度為8～10 cm），育苗盤置于其內(nèi)育苗，每次澆水采用膜上、育苗盤下給水的虹吸式吸水方式，至幼苗4～5片真葉時移栽于6個處理中，幼苗選長勢基本一致的健株，株行距50 cm×120 cm，“雙干整枝”管理，肥水等田間管理措施一致，并在茄子盛果期調(diào)查茄子黃萎病的發(fā)病率并計算防效。

發(fā)病率/%=（發(fā)病株數(shù)/調(diào)查總株數(shù)）×100%

防效/%=[（對照發(fā)病率?處理發(fā)病率）/對照發(fā)病率]×100%

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003軟件進行數(shù)據(jù)處理，方差分析使用SPSS statics 17.0（Version 17.0, SPSS, Chicago IL,USA）統(tǒng)計分析軟件完成，統(tǒng)計分析中顯著性檢驗均采用LSD檢驗，顯著水平P=0.05，使用SigmaPlot12.5作圖軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 含水量對土壤導(dǎo)熱系數(shù)的影響

不同含水量黑鈣黏壤土的導(dǎo)熱系數(shù)變化曲線如圖1所示，含水量在0～5%的土壤導(dǎo)熱系數(shù)增長不顯著（P＞0.05）；含水量在5%～25%的土壤導(dǎo)熱系數(shù)隨含水量升高而顯著上升（P＜0.05），近于線性增長；含水量在25%～30%的土壤導(dǎo)熱系數(shù)下降趨勢不顯著（P＞0.05）。原因是：土壤是由土壤礦物質(zhì)固體顆粒、土壤溶液和土壤氣體組成的復(fù)合體，在容重相同的土壤中，固、液、氣三相是一個復(fù)雜的動態(tài)組合。土壤、水和空氣的導(dǎo)熱系數(shù)分別為2.930、0.594、0.026 W·（m·K）?1[9]，液、氣二相隨土壤濕度的變化此消彼長，因此，在含水量不斷升高，水填充土壤孔隙取代空氣的過程中，水與空氣的含量不斷變化，這將對土樣整體導(dǎo)熱系數(shù)產(chǎn)生顯著影響。當(dāng)含水量小于5%時，土樣呈松散狀態(tài)，導(dǎo)熱主要以固、氣二相參與，礦物質(zhì)顆粒間的熱傳導(dǎo)以土粒、空氣為主，因此該階段土樣導(dǎo)熱系數(shù)小，熱傳導(dǎo)能力較低，導(dǎo)熱系數(shù)隨水含量的增高呈緩慢上升趨勢；當(dāng)含水量在5%～25%時，固、水、氣三相均參與導(dǎo)熱，水逐漸充填礦物質(zhì)顆粒間的孔隙，液、氣相互轉(zhuǎn)換，隨著孔隙中水的比例不斷增大，礦物質(zhì)顆粒間液橋不斷增多，因此導(dǎo)熱系數(shù)隨含水量的提高而近于線性增長；當(dāng)含水量超過25%以后，固、水二相參與導(dǎo)熱，隨著含水量提高，土壤水分趨向飽和，水充滿礦物質(zhì)間隙，導(dǎo)熱以水為主導(dǎo)，因此導(dǎo)熱系數(shù)呈下降趨勢[10]。

圖1 不同土壤含水量與導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系Fig. 1 Correlation between moisture content and thermal conductivity of chamber soil

2.2 不同處理土壤耕層溫度變化的比較

對照CK1和CK2處理各耕層溫度變化曲線如圖2-A、B所示，CK1處理的5 cm耕層溫度隨外界氣溫變化而變化，晝夜間溫度波動幅度均較大，而10 cm以下耕層溫度相對平穩(wěn)，CK2處理的5 cm和10 cm耕層土壤溫度接近并隨氣溫變化而波動，晝夜間溫度波動幅度均較大，15 cm以下耕層溫度相對平穩(wěn)，CK1和CK2處理20cm以下相同耕層溫度幾乎無差異。CK1處理的5、10、15 cm耕層平均溫度為30.45 ℃、29.93 ℃、28.90 ℃，CK2處理的5、10、15 cm耕層平 均 溫 度 為30.38 ℃、30.36 ℃、28.98 ℃，CK1和CK2在20 cm以下相同耕層溫度幾乎無差異，說明提高土壤含水量有利于提高較深耕層（10-15 cm）溫度。A1和A2處理各耕層相同分時點的溫度A2高于A1，相同耕層平均溫度也為A2高于A1，B1和B2處理各耕層的平均溫度，除了5 cm的平均溫度略有差異外，各耕層溫度為B2＞B1，同樣說明了提高土壤含水量有利于提高較深耕層溫度的作用。

A1和B1處理各耕層不同分時點的溫度日變化曲線如圖2-C、D所示，每個分時點A1處理均比B1處理溫度高，A1處理各耕層平均溫度分別達39.97 ℃、38.22 ℃、36.08 ℃、34.33 ℃、32.76 ℃和31.27 ℃；B1處理各耕層平均溫度分別為37.57 ℃、35.57 ℃、32.08 ℃、30.54 ℃、29.55 ℃和28.62 ℃。溫度變化主要集中在10 cm以內(nèi)的淺表層土壤，5 cm耕層溫度日變化波動較大，說明覆膜能提高各耕層土壤溫度。同樣，A2和B2處理各耕層不同分時點的溫度日變化曲線如圖2-E、F所示，每個分時點A2處理每個耕層的溫度皆高于B2處理，A2處理各土壤耕層 平 均 溫 度 為44.03 ℃、42.79 ℃、39.99 ℃、38.17 ℃、37.07 ℃，B2處理各土壤耕層平均溫度為37.05 ℃、36.98 ℃、36.88 ℃、34.63 ℃、34.66 ℃、33.37 ℃，A2處理各耕層平均溫度高于B2處理，也說明覆膜條件下能使5～10 cm表層土壤白天溫度大幅升高，不易散失，夜間能持續(xù)向下傳導(dǎo)，又由于土壤含水量高，導(dǎo)熱系數(shù)大，所以表層熱量容易向下傳導(dǎo)，使更深層土壤溫度大幅提升。

A1和B2處理各耕層不同分時點的溫度日變化曲線如圖2-C、F所示，A1處理各耕層平均溫度分別為39.97 ℃、38.22 ℃、36.08 ℃、34.33 ℃、32.76 ℃和31.27 ℃，B2處理的各土壤耕層平均溫度為37.05 ℃，36.98 ℃，36.88 ℃，34.63 ℃，34.66 ℃，33.37 ℃，結(jié)果表明：5～10 cm同耕層溫度B2處理低于A1處理，而15～30 cm同耕層溫度B2處理高于A1處理。說明高溫悶棚時適當(dāng)提高土壤含水量但未覆膜處理比低含水量覆膜處理更能提高較深耕層土 壤溫度。

圖2 不同處理土壤各耕層溫度變化Fig. 2 Temperature changes at soil layers under treatments

2.3 不同處理的各耕層熱能積累結(jié)果比較

經(jīng)過20 d的熱能積累，每個處理一定土壤深度達到特定溫度的有效天數(shù)統(tǒng)計結(jié)果（表1）表明，10、15、20 cm達到40 ℃以上天數(shù)為A2（15 d, 11 d,7 d）、B2（10 d, 9 d, 2 d）、A1（8 d, 2 d, 0 d），達到37 ℃以上的天數(shù)為A2（16 d, 15 d, 14 d）、B2（13 d,10 d, 6 d）、A（15 d, 9 d, 1 d）、B（10 d, 2 d, 0 d），達到34 ℃以上天數(shù)為A2（19 d, 19 d, 18 d）、B2（17 d,17 d, 12 d）、A1（16 d, 12 d, 9 d）、B1（10 d, 7 d, 1 d），達到31 ℃以上天數(shù)為A2（20 d, 20 d, 20 d）、B2（20 d,19 d, 17 d）、A1（20 d, 20 d, 18 d）、B1（19 d, 17 d,15 d）、CK2（15 d, 8 d, 0 d）、CK1（14 d, 12 d,3 d）。所以能達到的溫度最高且持續(xù)時間最長的為A2處理，其次為B2和A1處理，然后是B1處理，溫度最低且持續(xù)時間最短的處理為CK2和CK1。說明適當(dāng)提高含水量或地表覆膜的處理均能促進高溫悶棚 耕層熱能的積累及延長耕層達到一定高溫的時間。

表1 不同處理高溫悶棚各土層達到特定溫度的天數(shù)Table 1 Days for individual soil layer to reach a specific temperature in high-temperature stuffy chamber under varied treatments

2.4 不同處理對茄子黃萎病的防治效果比較

6個處理對茄子黃萎病防治效果中，各處理發(fā)病率由高到低的順序為CK1＞CK2＞B1＞A1＞B2＞A2（圖3），各個處理間差異顯著（P＜0.05）；說明所有高溫悶棚處理比未悶棚處理發(fā)病率低，相同條件下在一定范圍內(nèi)（5%～25%）適當(dāng)增加土壤含水量，則發(fā)病率隨之降低，相同條件下覆膜比未覆膜發(fā)病率低，而且高溫悶棚時低含水量覆膜處理的茄子黃萎病發(fā)病率反而比高含水量未覆膜處理的高（A1＞B2）。各處理防效由高到低的順序A2＞B2＞A1＞B1＞CK2＞CK1（圖4），說明在一定范圍內(nèi)（5%～25%）適當(dāng)增加土壤含水量，高溫悶棚防治茄子黃萎病效果隨之提高，相同條件下覆膜有利于提高耕層溫度，能提高防治茄子黃萎病效果，而且適當(dāng)增加含水量同時地表覆膜的高溫悶棚防治茄子黃萎病效果更好。

圖3 不同處理茄子黃萎病的發(fā)病率Fig. 3 Incidence rate of verticillium wilt on eggplants grown on chamber soils under treatments

圖4 不同處理對茄子黃萎病的防治效果Fig. 4 Control effect of treatments on eggplant verticillium wilt

3 討論與結(jié)論

茄子黃萎病病原菌主要集中于20 cm深度以內(nèi)土壤，在大于20 cm深度中生存數(shù)量較少[11]，國外報道有關(guān)的菌種在溫度達到37 ℃時的LD90為25 d或28 d[4]，而且土壤20 cm以內(nèi)溫度越高，越容易殺死黃萎病病原菌，而國內(nèi)報道相關(guān)黃萎病菌種在30 ℃能存活21 d，40 ℃能存活7 d[12]。本研究中的黃萎病病原菌在一定溫度下的存活天數(shù)與國內(nèi)外所報道的均存在一定差異，其原因可能與病原菌生理小種分化有關(guān)，具體還需進一步研究證明。

本研究表明影響高溫悶棚效果的關(guān)鍵因素為土壤含水量和日光能的有效儲存，適當(dāng)提高含水量能顯著提高土壤導(dǎo)熱系數(shù)，使日光能更有效傳導(dǎo)至深層土壤，積累到一定的溫度并持續(xù)足夠的時間，滅殺或抑制茄子黃萎病病原菌萌發(fā)；而且提高土壤含水量還能抑制茄子黃萎病病原菌萌發(fā)，因為相同條件下，當(dāng)含水量適當(dāng)增加時，發(fā)病率則相應(yīng)地降低，說明含水量適當(dāng)增加，黃萎病病原菌微菌核萌發(fā)率呈下降趨勢，與楊家榮等研究結(jié)果基本一致[12]，同時也說明了為什么有的耕層溫度或持續(xù)天數(shù)A1＞B2，防效卻是B2＞A1的原因。日光能的有效儲存途徑主要通過地表覆膜，使儲存的熱能不易散失，持續(xù)不斷傳導(dǎo)至較深耕層，因此，相同條件下覆膜高溫悶棚，防治土傳病害茄子黃萎病效果更好。

高溫悶棚土壤消毒技術(shù)是控制設(shè)施農(nóng)業(yè)病蟲害的最廣泛、有效的方法之一，尤其對于頑固的土傳病害、線蟲、粉虱等病蟲害均具有良好滅殺效果，且無公害，無殘留[13?15]；而且其對于克服土壤連作障礙作用明顯[16?17]，能有效改善土壤結(jié)構(gòu)，提高有機肥利用率，提高作物產(chǎn)量，提升品質(zhì)，是設(shè)施農(nóng)業(yè)蔬果生產(chǎn)中提質(zhì)增效、綠色優(yōu)質(zhì)的有效途徑之一，在減輕設(shè)施農(nóng)業(yè)病害蟲危害和促進設(shè)施農(nóng)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展中起著不可替代的作用。