世界土壤消毒技術進展

曹坳程 郭美霞 王秋霞 李 園 顏冬冬

世界土壤消毒技術進展

曹坳程 郭美霞 王秋霞 李 園 顏冬冬

曹坳程，中國農業科學院植物保護研究所，北京100193，E-mail:caoac@vip.sina.com

郭美霞，王秋霞，李園，顏冬冬，中國農業科學院植物保護研究所

近十年來，隨著農業結構調整，保護地栽培在中國有了迅速的發展，目前保護地蔬菜面積已超過300萬hm2。保護地的發展為土傳病蟲害的發生、發展提供了適宜的環境，通常栽種3～5年后，作物的產量和品質受到嚴重影響，一般造成減產20%～40%，嚴重的減產60%以上甚至絕收。

土壤中各種病原生物眾多，真菌如鐮刀菌、疫霉菌、輪枝菌等;細菌如青枯勞爾氏菌、歐氏桿菌等;線蟲如根結線蟲;地下害蟲如蠐螬、金針蟲、地老虎等;此外還有雜草和嚙齒動物。因為這些病原生物眾多，單一的藥劑很難殺滅，再者大量接觸性農藥的使用會帶來農藥殘留、地下水污染等問題，如果施藥不均勻，效果還不理想。

熏蒸劑通常具有殺死所有生物的特性，在土壤中呈氣體狀態并具有移動性，因此易于分布，并且可殺死未知病蟲害。因此，熏蒸劑自20世紀40年代使用以來，一直是防治土傳病害的重要手段。

土壤消毒需要將藥劑均勻施到靶標部位，而且要求在種植前熏蒸劑完全敞氣散發完，因而較傳統的地面施藥技術，土壤消毒技術更復雜，通常由專業人員操作。土壤消毒技術的進展表現在提高藥劑分布的均勻性、減少熏蒸劑的散發、減少熏蒸劑的用量、提高使用人員的安全性和化學與非化學的協同作用上。

1 化學消毒技術

1.1 土壤熏蒸劑

自20世紀40年代使用熏蒸劑防治土傳病害以來，一直是氯化苦和溴甲烷占據著統治地位。溴甲烷具有以下特點:①生物活性高，作用迅速，很低濃度即可快速殺死絕大多數生物;②沸點低，低溫下即可汽化，使用不受環境溫度限制;③ 化學性質穩定，水溶性小，應用范圍廣，可熏蒸含水量較高的物品;④ 穿透能力強，能穿透土壤、農產品、木器等，殺滅位于深層的有害生物;⑤使用多年，有害生物的抗性上升很慢;⑥ 用于土壤消毒，可減少地上部病蟲害的發生，并可減少氮肥的用量，能顯著提高農產品的產量及品質。因此，溴甲烷自20世紀40年代開始應用以來，一直是世界上應用最廣泛的熏蒸劑，廣泛應用于土壤消毒、倉庫消毒、建筑物熏蒸、植物檢疫、運輸工具消毒等。但是，由于溴甲烷會破壞臭氧層，其在發達國家已于2005年被禁止使用，在發展中國家將于2015年完全禁用。

隨著溴甲烷的淘汰，世界各國加大了替代品的開發。目前登記和廣泛使用的替代熏蒸劑有氯化苦、1，3－二氯丙烯、威百畝、棉隆及其混合制劑，如氯化苦 +1，3－二氯丙烯混劑，目前被認為是替代溴甲烷的主要藥劑。近年來熏蒸劑的開發取得了一定的進展:碘甲烷在美國獲得登記(Teap，2010)，可完全替代溴甲烷，但使用成本高于溴甲烷;高效殺線蟲劑1，3－二氯丙烯存在潛在的健康和環境問題 (UNEP，1998)，而二甲基二硫則被認為是一種高效、環境友好的殺線蟲劑，并具有殺菌和除草活性。

其他熏蒸劑如下:

乙二腈 (Cyanogen)，根據澳大利亞的試驗，乙二腈顯示出對病原菌和雜草良好的防除效果。乙二腈的蒸氣壓較高，因此在土壤中持留期短，能很快栽種下茬作物 (Ren et al.，2003;Mattner et al.，2003)。

異硫氰酸烯丙酯 (Allyl isothiocyanate，AITC)，AITC是一種從特殊的辣椒中提取的物質，由美國約旦農業公司在美國登記，用于防治地下害蟲、真菌、線蟲和萌芽前的雜草，商品名為Dazitol(Champon，1998)。該公司提供的資料顯示，每平方米使用Dazitol20～27 g，可防治蘆筍、生菜、茄子、番茄、辣椒、草莓及十字花科蔬菜等多種作物的土傳病害及線蟲。

環氧丙烷 (Propylene oxide):環氧丙烷是一種倉儲用熏蒸劑，最近在美國采用注射或滴灌的方法使用，每平方米使用環氧丙烷40～50 L，發現其具有良好的殺菌、殺線蟲和除草效果 (Teap，2005)。

疊氮化鈉 (Sodiumazide):疊氮化鈉在美國已商品化生產。據美國等地試驗，每平方米使用疊氮化鈉8.4～22.4 g，具有良好的殺菌、殺蟲、殺線蟲、除草效果。對某些病菌如番茄鐮刀菌冠腐病菌具有比溴甲烷更好的效果 (Teap，2005)。

丙烯醛 (Acrolein):美國的試驗結果表明，每平方米使用丙烯醛11.2～22.4 g，對植物病原線蟲和雜草均有優良的防治效果 (Rodriguez－kabana et al.，2003)。

臭氧 (Ozone):臭氧近年來在國內外受到重視，對病原真菌、細菌、線蟲均有較好的控制效果。

硫酰氟 (Sulfuryl fluoride):在我國，采用硫酰氟防治根結線蟲具有很好的效果，由于硫酰氟沸點低，在低溫下可汽化，因此非常適用于冬季和早春處理，處理后能很快敞氣，對后茬作物安全。

氰胺化鈣 (Calcium cyanimide):也稱石灰氮，是我國廣泛使用的一種肥料，在土傳病害和根結線蟲處于中等或輕度發生的情況下，使用氰胺化鈣具有很好的防治效果 (李林 等，2004)。

1.2 熏蒸劑使用技術

熏蒸劑需要注入到土壤中而發揮消毒作用。由于熏蒸劑的蒸氣壓和在土壤中的分布性不同，采用的方法有以下幾種。

1.2.1 注射消毒技術

① 機械注射

注射是熏蒸劑常用的施用方式。早先主要用于溴甲烷，通過“鑿式”結構的注射裝置將藥劑注入土壤中，通常是每隔30 cm注射藥液2～3 mL，注射深度為地表下15～30 cm，但用于果園再植時，需要注射到50～60 cm。

由于大多數熏蒸劑在常溫下是液體，其分布性不如溴甲烷，因此，施用溴甲烷的機械需要作一些調整。一種“犁刀”式的注射裝置被應用于1，3－二氯丙烯/氯化苦的注射 (圖1)。一種新的機械可將熏蒸劑注入未耕過的土壤，配合封土裝置可減少熏蒸劑向地表的散發 (Avenger，Yetter Manufacturing Co.，Colchester，Illinois，USA)。

圖1 氯化苦小型土壤注射消毒機

威百畝的毒性低，但分布性較差，施藥均勻是取得效果的關鍵。一種旋轉鏟式施藥機械在荷蘭得到商業化的應用 (圖2)。該設備可將威百畝施于10～15 cm土層中，然后用旋轉鏟將其與土壤充分混合至25～30 cm的土層中，再鎮壓土壤，以減少威百畝的散發。該技術可不覆蓋塑料薄膜。

圖2 威百畝鏟式注射消毒機

② 手動注射

手動注射是利用活塞的工作原理，通過人工沖壓手動壓桿，將貯液桶中的藥劑通過活塞筒、噴口閥噴射到土壤中 (圖3)。注入的藥量通過注入量調節閥進行調節，注入的深度可通過深度定位盤的位置調節。該方法操作簡單，但功效較低，適用于小面積施藥。

1.2.2 與灌溉技術相結合 在滴灌條件下，將威百畝、1，3－二氯丙烯和氯化苦等熏蒸劑制成乳劑，與水混合均勻并施于土壤中。由于熏蒸劑在施用中能與水充分混合，并且濃度較低，因而散發性較少。與注射法相比，此法效果更好。

1.2.3 混土施藥技術 對于固體熏蒸劑如棉隆，可通過混土施藥法達到藥劑均勻分布的目的 (圖4)。

圖3 手動土壤注射消毒機

圖4 棉隆小型施藥機械混土施藥法

1.2.4 分布帶施藥技術 對于常溫下為氣體的熏蒸劑如硫酰氟和溴甲烷，可采用分布帶施法。分布帶為圓筒狀，一端埋入土壤 (50 cm深度)，一端與裝有熏蒸劑氣體的鋼瓶相連，施藥前在施藥區域覆蓋塑料薄膜形成密閉的熏蒸空間，施藥時打開鋼瓶閥門，硫酰氟氣體充滿分布帶，通過分布帶上小孔緩慢釋放到密閉的熏蒸空間中，隨著硫酰氟分子的熱運動逐漸擴散到土壤中達到控制土傳病蟲草害的目的。分布帶施藥法還可以施用其他氣體熏蒸劑，具有施藥簡單方便、對使用者和環境安全的特點。

1.2.5 膠囊施藥技術 膠囊是我國發展的一種熏蒸劑使用技術。膠囊大小通常為0.5～2.5 g，可用打孔的方法將膠囊均勻施于土壤中 (圖5)。膠囊中的熏蒸劑在施入土壤8小時后開始釋放。膠囊的優點是:① 施用方便，無需任何施藥設備;②對使用者安全，可不帶任何防護設備使用;③貯存運輸方便;④可在種植床上條施或溝施，以減少用藥量。

圖5 膠囊施藥技術

1.3 減少熏蒸劑散發技術

1.3.1 使用不滲透膜 目前，在發達國家，在使用溴甲烷作為必要用途豁免時，強制要求使用不滲透膜。不滲透膜通常是由三層膜組成，中間是阻隔層，阻隔的材料通常是乙烯－乙烯醇或聚酰胺。由于阻隔材料通常較脆，伸展性較差，因而在外層包上伸展性較好的聚乙烯。乙烯－乙烯醇制成的不滲透塑料薄膜被稱為完全不滲透塑料薄膜 (TIF，Total impermeable film)，用聚酰胺制成的塑料薄膜稱為不滲透塑料薄膜 (VIF，Virtually impermeable film)。還有高密度塑料薄膜 (HDPE)和低密度塑料薄膜 (LDPE)。對熏蒸劑阻隔性強弱依次為:TIF＞VIF＞HDPE＞原生 LDPE＞再生LDPE。

近年來，鋁膜也得到發展，鋁膜的作用同TIF，可完全阻隔熏蒸劑的散發，但鋁膜高昂的成本和鋁易剝落，限制了這一技術的應用。

幼兒園一日活動保教工作應立足幼兒的情感培養需要以及身心健康發展的需要，但是當前一些幼兒教育者在設計保教內容時，往往會忽視幼兒的情感發展現狀和幼兒理解能力，使得保教的內容在很多時候不符合幼兒的身心特點，缺乏針對性。

1.3.2 增加施藥深度 將施藥深度增加，可減少熏蒸劑的散發。施藥深度取決于施藥機械和作物根系的深度，多數作物一般施藥25 cm深。

1.3.3 鎮壓土壤 施藥后，鎮壓土壤可減少熏蒸劑的散發。

1.3.4 增加含水量 當田間土壤相對含水量為30%～100%時，隨著含水量的增加，熏蒸劑散發減少 (Gao et al.，2008)。但若土壤含水量過高，則會影響藥劑在土壤中的分布，并增加敞氣時間。

1.3.5 添加肥料 當施入熏蒸劑后，再施用銨或硫代硫酸鉀、有機肥，均可減少熏蒸劑的散發。田間試驗顯示，硫代硫酸鹽或硫脲能將熏蒸劑轉換為一種非揮發性物質 (Yates et al.，2002;Ashworth et al.2009)。

1.3.6 使用緩釋熏蒸劑劑型 使用熏蒸劑膠囊可減少1，3－二氯丙烯和氯化苦的散發 (Wang et al.，2010)。

1.4 減少熏蒸劑用量的方法

1.4.1 全田使用改為條施或種植床處理 傳統的使用方法是將熏蒸劑均勻施于全田，但這樣熏蒸劑用量較高，而作物主要是種植在種植床上，如果將熏蒸劑施于種植床上，將減少熏蒸劑的使用量。在草莓上的試驗表明，在種植床上采用滴灌施用威百畝，其效果與全田施用無顯著性差異。

1.4.2 全田施用改為局部處理 因為土傳病害和根結線蟲的發生并不是均勻分布的，特別在發病早期，主要是局部發生。因此，田間一旦發現根結線蟲的為害，可采用局部施藥的方法控制其蔓延。

2 物理消毒技術

2.1 太陽能消毒技術

2.2 蒸汽消毒技術

蒸汽消毒技術是通過高壓密集的蒸汽，殺死土壤中的病原生物 (曹坳程，2000)。此外，蒸汽消毒還可提高土壤的排水性和通透性。蒸汽消毒具有以下優點:① 消毒速度快，均勻有效，只需用高壓蒸汽持續處理土壤，使土壤保持70℃30分鐘即可達到殺滅土壤中病原菌、線蟲、地下害蟲、病毒和雜草的目的，冷卻后即可栽種;② 無殘留藥害;③ 對人畜安全;④ 無有害生物的抗藥性問題。因此，蒸汽消毒法是一種良好的溴甲烷替代技術，在歐洲得到廣泛使用。

根據蒸汽管道輸送方式，蒸汽消毒可分為:① 地表覆膜蒸汽消毒法 (湯姆斯法)，即在地表覆蓋帆布或抗熱塑料薄膜，在開口處放入蒸汽管，該法效率較低，通常低于30%;②侯德森 (Hoddeson)管道法，即在地下 (深度通常為40 cm)埋一個直徑40 mm的網狀管道，在管道上，每10 cm有一個3 mm的孔。該法效率較高，通常為25%～80%;③負壓蒸汽消毒法，即在地下埋設多孔的聚丙烯管道，用抽風機產生負壓將空氣抽出，將地表的蒸汽吸入地下。該法使深土層中的溫度比地表覆膜高，該法熱效率通常為50%。④ 冷蒸汽消毒法。一些研究人員認為，85～100℃的蒸汽通常能殺死有益生物如菌根，并產生對作物有害的物質。因此，提出將蒸汽與空氣混合，使之冷卻到需要溫度，較為理想的溫度是70℃，維持30分鐘。

一種新的蒸汽消毒機械在意大利發展并得到商業化應用 (圖6)。該機械具有一系列蒸汽注射管，用一塊3 m×4 m的不銹鋼包裹，能保證將蒸汽均勻注射到土壤中。為了讓機械消毒能覆蓋所有地點，該蒸汽機采用激光制導行進。

圖6 蒸汽注射消毒機

2.3 熱水消毒技術

熱水消毒是將過濾的70～95℃熱水，以250 L·m－2的量通過熱水管或噴孔施于土壤表面。研究表明，該技術可有效控制多種土傳病害，包括甜瓜黑點根腐病 (Monosporascus root rot of melons)，而采用太陽能消毒對該病無效。由于熱水消毒改變了土壤的理化性質，如脫鹽和氮的礦化作用，作物的產量增加30% (Nishi et al.，2000;Nishi，2000，2002;Kita，2006)。該技術在日本和韓國廣泛使用。

2.4 土壤循環消毒技術

土壤循環消毒是通過對土壤旋轉翻耕，將土壤與高溫潔凈干燥的空氣混合進行消毒。與傳統的物理和化學消毒技術比較，其優點在于:① 不使用任何化學藥劑，不受化學藥劑使用的限制;② 不會造成土壤養分和水分的流失;③ 使用過程中不受外在天氣因素的影響，節能，高效;④ 不易造成病蟲害抗性的產生。由荷蘭發明的土壤循環消毒機如圖7所示。

圖7 土壤循環消毒機

2.5 火焰消毒技術

對一些有機質含量低的沙性土壤，采用火焰消毒技術，可取得很好的效果。該技術是在短時間內產生1000℃的高溫，在一個面罩下，火焰噴射到地面，使絕大多數病原菌的細胞死亡，對寄生性種子植物，如列當也有很好的效果。火焰噴射器 (圖8)使用的燃料是煤油或丁烷。該技術的優點是:①成本較低;②不用塑料薄膜;③無水污染問題;④ 不受地域限制;⑤ 消毒后即可種植下茬作物。

圖8 火焰消毒器

2.6 射頻消毒技術

射頻消毒技術是近年來發展的一種高效消毒技術，具有很好的殺蟲、殺菌效果。美國加州大學戴維斯分校已研制成射頻商業樣機，目前機器成本較高，而運行成本較低。

3 生物熏蒸技術

生物熏蒸是利用來自十字花科或菊科的植物殘體釋放的有毒氣體殺死土壤害蟲、病菌。葡糖異硫氰酸酯是十字花科或菊科植物體中含有的一大類含硫化合物，化學性質穩定、無生物活性，并且在植物亞細胞區室中被多價螯合，只有因害蟲侵襲、收獲、食品加工或咀嚼而使植物組織遭到損害時，葡糖異硫氰酸酯才能與內源性黑芥子酶接觸，并立即反應，糖苷鍵發生水解，分解出葡萄糖和一種自發降解的不穩定中間產物，形成各種各樣的產物，包括哇烷硫酮、腈、硫氰酸酯和不同結構的異硫氰酸酯等水解產物，特別是異硫氰酸甲酯，對有害生物有非常好的生物活性。此外，含氮量高的有機物能產生氨，殺死根結線蟲。幾丁質含量高的海洋生物也能產生氨，并能刺激微生物區系活動。這些微生物能促進根結線蟲體表幾丁質的溶解，導致線蟲死亡。另外，一些綠色植物覆蓋土壤，能分泌異株克生物質，抑制雜草生長。因此，研究利用生物熏蒸技術，可以殺死土壤中的有害病原菌、害蟲和雜草等。

生物熏蒸的應用方法比較簡單，一般是選擇好時間后，將土地深耕，使土壤平整疏松，將用作熏蒸的植物殘渣切碎，或是用農家肥、海產品，也可相互按一定比例混合均勻灑在土壤表面，之后澆足量的水，然后覆蓋透明塑料薄膜。為了取得對病害較好的控制效果，最好在日照時間長、環境溫度高時操作。土壤要保持一定濕度，以利于植物殘渣等水解。農家肥要適量，根據土壤肥沃程度，確定用量，以防出現燒苗等情況。如有可能，最好結合太陽能消毒，可更有效地發揮作用。

在夏季，將未經腐熟的農家肥中加入稻稈、麥稈等，與土壤充分混合后，再蓋上塑料薄膜，可顯著提高土壤溫度，并產生氨，因而具有殺死土壤病原菌和線蟲的雙重效果。

在西班牙農業大省安達盧西亞，其轄區內的穆爾西亞 (Murcia)、奇皮奧那 (Chipiona)和維爾瓦 (Huelva)分別為西班牙甜椒、花卉和草莓的最大種植區。科研人員經過多年的研究試驗，采用多種作物殘渣、不同劑量的有機質與未經腐熟的牛糞、雞糞或羊糞配合，并結合太陽能消毒技術進行不同作物的土壤消毒試驗，取得了良好的效果 (圖9)。如草莓，幾乎所有土地都采用生物熏蒸結合太陽能進行土壤消毒，采用鮮雞糞2 kg·m－2+甘藍殘體1.25 kg·m－2+牛糞2.5 kg·m－2+甜菜釀酒之后的殘渣1.5 kg·m－2;Mercaos Rivera S.L.公司的商業小雛菊、康乃馨種植園采用漚制過的橄欖渣、康乃馨殘體與雞糞配合進行土壤消毒;Torres種植園的番茄溫室采用甜菜殘汁2 L·m－2+50%發酵枝葉+50%未經腐熟的農家肥熏蒸。以上技術均以當地現有的作物殘體為原料，每平方米消毒成本僅0.27歐元。試驗結果表明，生物消毒的效果與溴甲烷相當甚至優于溴甲烷，而且可以沃土、節肥、節水、減少50%的化學藥品使用量。

圖9 西班牙大面積商業化使用生物熏蒸技術

可見，采用生物熏蒸技術，不僅可以有效防治土壤病蟲害，而且可以合理利用農業廢棄物，節約成本，保護環境，是未來土壤病蟲害防治重要的發展方向 (Kirkegaard et al.，1993;Medina-Minguez，2002;Garcia-Alvarez，2004)。

4 土壤熏蒸后加入有益微生物

通常土壤經消毒后，所有生物都被殺死，形成“生物真空”，如果添加有益微生物，可延長對病原生物的控制時間 (lusarski＆Pietr，2009)。目前添加的有益微生物主要是木霉。

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2010-08-24;接受日期: 2010-09-20

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