強還原處理改良西瓜連作土壤

周開勝

(1.蚌埠學院 環境科學實驗中心，安徽 蚌埠 233030； 2.南京師范大學 地理科學學院，江蘇 南京 210046)

強還原處理改良西瓜連作土壤

周開勝1，2

(1.蚌埠學院 環境科學實驗中心，安徽 蚌埠 233030； 2.南京師范大學 地理科學學院，江蘇 南京 210046)

采用強還原土壤滅菌法(reductive soil disinfestation，RSD)，對西瓜連作土壤分別添加稻草、氨水、乙酸、酒精及其不同組合，加水密封處理，通過盆栽試驗對RSD處理效果進行驗證。試驗結果表明，強還原處理西瓜連作土壤，可調節土壤pH值和電導率(EC)，除添加乙酸的土樣pH值顯著(P<0.05)低于對照土樣pH值外，其他處理樣品pH值均高于對照，各處理土樣Ec值均較對照有不同程度地升高。各處理對土壤可培養微生物中的細菌含量影響不顯著(P>0.05)，而對真菌、放線菌和尖孢鐮刀菌影響較大，尤其是添加氨水、乙酸及氨水、乙酸與稻草的組合處理土樣中均未檢測出真菌、放線菌和尖孢鐮刀菌。盆栽試驗結果表明，各處理組西瓜死亡株數和死亡率均較對照組低(其中有3組死亡率為0，2組死亡率不到7%，而對照組死亡率高達43.3%)；各處理組的西瓜長勢均好于對照，西瓜產量亦高于對照，有3組西瓜產量與對照差異達顯著(P<0.05)水平。總體來看，RSD能有效抑制尖孢鐮刀菌，調節土壤微生物組成和結構，改良西瓜連作土壤，防治西瓜連作障礙。

強還原土壤滅菌；連作障礙；有機物料

強還原土壤滅菌(reductive soil disinfestation，RSD)能有效地抑制西紅柿專化型尖孢鐮刀菌(Fusariumoxysporumf. sp.lycopersici)[7]、草莓專化型尖孢鐮刀菌(Fusariumoxysporumf. sp.fragariae)[8]及香蕉專化型尖孢鐮刀菌(Fusariumoxysporumf. sp.cubense)[9-10]。近年來，RSD在荷蘭、美國和日本等國得到廣泛運用和發展。RSD抑制尖孢鐮刀菌的可能機理包括：土壤還原形成的Fe2+和 Mn2+等離子是抑制尖孢鐮刀菌的誘導因子[11]；有機物料腐解產生的揮發性物質(如乙酸、丁酸和丙酸等有機酸及NH3和H2S等[10])對尖孢鐮刀菌具有毒殺作用；強還原環境[12]、土壤 pH值升高[13]、硝態氮減少等也可抑制尖孢鐮刀菌[9]。

本研究旨在探討RSD改良西瓜連作土壤的效果，優選RSD抑制FON的方法，防治西瓜連作障礙，尤其是為枯萎病防治提供應用基礎研究。此外，作物秸稈可用作RSD的有機物料，若能推廣應用，既可減輕秸稈焚燒造成的大氣污染，又可培肥土壤，在發展生態農業、實現農業廢棄物資源化利用等方面具有重要的現實意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

于2015年8月在蚌埠學院西瓜試驗田(已連作3 a)取土約7 kg，用于實驗室內土壤處理試驗。稻草取自蚌埠市李樓鄉張巷村(總碳337.15 g·kg-1、總氮14.54 g·kg-1、碳氮比23.19)，試驗所用酒精、氨水和冰乙酸均購于安徽省蚌埠市華昌化工站。另于2016年5月取蚌埠學院西瓜試驗田(已連作3 a)約540 kg土樣用于盆栽試驗。

1.2 試驗設計

前期已有研究發現，淹水對西瓜、設施蔬菜地連作土壤尖孢鐮刀菌、真菌等微生物及土壤Eh、pH值、銨態氮、硝態氮等影響不顯著[13-14]，故本研究無論室內試驗還是盆栽試驗均未設計淹水對照。

1.2.1 室內試驗

共設計22組處理，每處理重復3次，每個土樣折合干土重100 g。各處理按如下設計添加物料：(1)原土(OS，未添加任何物料，未加水，直接用于樣品分析)；(2)對照(CK，未添加任何物料，未淹水，但與各處理樣品一并置入恒溫培養箱培養14 d)；(3)1%稻草(1%RS)；(4)3%稻草(3%RS)；(5)1%酒精(1%Et)；(6)3%酒精(3%Et)；(7)1%氨水(1%AW)；(8)3%氨水(3%AW)；(9)1%乙酸(1%Ac)；(10)3%乙酸(3%Ac)；(11)1%稻草+1%酒精(1%RS+1%Et)；(12)1%稻草+3%酒精(1%RS+3%Et)；(13)1%稻草+1%氨水(1%RS+1%AW)；(14)1%稻草+3%氨水(1%RS+3%AW)；(15)1%稻草+1%乙酸(1%RS+1%Ac)；(16)1%稻草+3%乙酸(1%RS+3%Ac)；(17)3%稻草+1%酒精(3%RS+1%Et)；(18)3%稻草+3%酒精(3%RS+3%Et)；(19)3%稻草+1%氨水(3%RS+1%AW)；(20)3%稻草+3%氨水(3%RS+3%AW)；(21)3%稻草+1%乙酸(3%RS+1%Ac)；(22)3%稻草+3%乙酸(3%RS+3%Ac)。各土樣分別裝入自封塑料袋內，按上述方案添加物料混勻后，加水并密封，置于恒溫培養箱35 ℃恒溫培養14 d。

1.2.2 盆栽試驗

盆栽試驗共設計6組處理，每組30個平行樣，每盆土樣折合干土重約3 kg。由于盆栽試驗所用有機物料量大，故將稻草改為市售的紫花苜蓿粉。各處理分別按如下設計添加物料：(1)對照(CK，未添加任何物料，未淹水)；(2)1%紫花苜蓿粉末(1%Al)；(3)0.25%乙酸(0.25%Ac)，(4)0.25%氨水(0.25%AW)；(5)1%紫花苜蓿粉末+0.25%乙酸(1%Al+0.25%Ac)；(6)1%紫花苜蓿粉+0.25%氨水(1%Al+0.25%AW)。各土樣分別裝入大號塑料袋內，按上述方案添加物料混勻后，加水并密封，置入戶外培養21 d，晾干后，栽種西瓜直播苗，并跟蹤觀察西瓜長勢，以驗證RSD處理改良西瓜連作土壤的效果。

1.3 土壤可培養微生物分析

土壤可培養細菌采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養基[13-15]、放線菌采用高氏1號培養基[13-15]、真菌采用孟加拉紅培養基(沃凱國藥集團化學試劑有限公司)、尖孢鐮刀菌采用改良的Komada＇s培養基[13-15]，平板涂布計數法，35 ℃恒溫培養，細菌培養2 d后計數，放線菌、真菌、尖孢鐮刀菌培養4 d后計數。

1.4 土壤pH值和電導率(EC)分析

土壤pH值用ST320pH計(奧豪斯儀器有限公司)測定，水土體積質量比為2.5∶1；電導率(EC)用DDS-307A電導率儀(上海佑科儀器儀表公司)測定，水土體積質量比為5∶1。

1.5 數據分析

采用SPSS 16.0和Microsoft Excel 2007進行數據統計分析，并用獨立樣本T檢驗對樣品各指標做差異顯著性分析(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 土壤pH值及電導率

OS和CK的pH值分別為5.3和5.1，呈酸性。添加物料處理的各樣品的pH值在3.8～10.3之間變化，除添加含有乙酸物料的土樣pH低于4.2外，其余各處理土樣pH均高于5.8，其中添加氨水處理的土樣pH值最高，在8.7～10.3之間變化(圖1)。

OS與CK的EC均值分別為0.08和0.15 mS·cm-1，電導率低。僅添加稻草、酒精處理的土壤電導率低于0.25 mS·cm-1。添加稻草后再添加酒精的各處理，電導率小于0.65 mS·cm-1。當添加稻草量相同時，添加高量酒精的土樣電導率高；當添加酒精量相同時，添加高量稻草的土樣電導率高。添加有氨水的土樣，電導率在1.38～2.61 mS·cm-1之間變化。添加稻草后再添加氨水的土樣電導率升高，添加等量氨水的土樣，加高量稻草土樣電導率較添加低量稻草高。添加了乙酸處理的土樣電導率在0.63～1.33 mS·cm-1之間變化。同時添加稻草和乙酸的土樣電導率高于僅添加乙酸處理的土樣；添加同量稻草后，加高量乙酸的土樣電導率較加低量乙酸的土樣高；添加等量乙酸后的土樣，加高量稻草的土樣電導率較加低量稻草的高(圖2)。

圖1 各處理土壤樣品中pH值Fig.1 pH value in soil samples

圖2 土壤樣品中EC值Fig.2 EC value in soil samples

2.2 土壤可培養微生物

2.2.1 細菌和放線菌

OS和CK樣品中細菌含量分別為1.97×108和1.33×108cfu·g-1(圖3)，放線菌含量分別為1.95×106和6.20×106cfu·g-1(圖4)。添加稻草、氨水、乙酸、酒精及其不同組合的各樣品中細菌含量在0.23×108～5.87×108cfu·g-1之間變化，有82%的樣品細菌含量高于1×108cfu·g-1(圖3)。僅加稻草處理的土樣中放線菌含量為0.48×106(加1%稻草)和0.34×106cfu·g-1(加3%稻草)(圖4)。添加酒精及酒精和稻草的各組合處理中，除添加1%稻草和1%酒精、1%稻草和3%酒精、3%稻草和1%酒精的3個組合外，其余各處理土樣放線菌均未檢測到(圖4)。添加氨水及稻草和氨水的各組合處理土樣，除添加1%稻草+1%氨水、3%稻草+1%氨水2個組合外，其他各處理土樣放線菌均未檢測到(圖4)。添加乙酸及稻草和乙酸的各組合處理土樣中，除添加1%稻草+1%乙酸和3%乙酸的2個處理土樣放線菌未檢測到外，其他各組合處理土樣中放線菌含量在0.03×106～0.46×106cfu·g-1之間變化(圖4)。

圖3 不同土壤樣品中細菌含量Fig.3 Bacteria content in different soil samples

圖4 不同土壤樣品中放線菌含量Fig.4 Actinomycetes content in different soil samples

2.2.2 FON和真菌

OS和CK中FON含量分別為8.87×105和6.80×105g-1(圖5)，真菌含量分別為1.09×105和1.77×105g-1(圖6)。在本研究中，培養真菌的培養基為沃凱國藥集團化學試劑有限公司生產的孟加拉紅培養基，該培養基主要用于霉菌和酵母菌等的測定，不能測定土樣中FON，而Komada’s培養基(K2培養基)經過改良后僅能檢測土樣中的FON，由于用于處理的土樣是已連作3 a西瓜的土壤，FON增殖嚴重；因此，OS與CK處理的FON數量比真菌數量要多。添加稻草、酒精及稻草和酒精的各組合處理土樣中FON含量在0.02×105～1.65×105g-1之間變化，其中僅添加1%酒精處理的土樣FON含量高達1.65×105g-1，添加3%稻草+3%酒精的處理土樣FON含量為0.02×105g-1(圖5)。添加有氨水、乙酸及稻草和氨水、稻草和乙酸的各組合處理土樣中，FON均未檢測到(圖5)。添加稻草、酒精及稻草和酒精組合處理的土樣中，真菌含量在0.13×105～1.34×105g-1之間變化(3%稻草+3%酒精的組合處理土樣真菌未檢測到)。除添加1%稻草+1%氨水、3%稻草+1%氨水及1%稻草+1%乙酸的3個組合處理外，添加氨水、乙酸及其他稻草和氨水、稻草和乙酸的組合處理土樣中真菌均未檢測到(圖6)。

2.3 盆栽試驗結果

2016年5月1日至5月21日，對盆栽西瓜試驗土壤采用RSD法進行處理，6月初栽植西瓜直播苗，至8月中旬收獲西瓜，期間跟蹤觀察西瓜長勢和發病情況，結果如表1所示。對照死亡11株，死亡率達43.3%，分別添加1%紫花苜蓿粉、0.25%乙酸及1%紫花苜蓿粉+0.25%乙酸組合的3組處理無死苗現象；僅用0.25%氨水的處理組西瓜死1株，死亡率為3.3%；1%紫花苜蓿粉+0.25%氨水處理組，西瓜死亡2株，死亡率為6.6%(表1)。從各處理組西瓜總產量來看，1%Al+0.25%Ac>0.25%Ac>1%Al>1%Al+0.25%AW>0.25%AW>CK。此外，西瓜生長過程中，對照組西瓜秧苗泛黃且瘦弱，添加0.25%氨水、1%紫花苜蓿粉末+0.25%氨水的2組處理，早期西瓜秧苗健壯且生長快，但到生長中后期，正午過后會出現萎蔫現象。

圖5 不同土樣樣品中FON含量Fig.5 FON content in different soil samples

圖6 不同土樣樣品中真菌含量Fig.6 Fungi content in different soil samples

表1 西瓜盆栽試驗結果

Table 1 Experiment result of pot incubation test of watermelon

處理Treatment死亡率Deathrate/%抗旱能力Droughtresistance西瓜產量Yield/kgCK43.3弱Weak8.6101%Al0較強Strongerthannormal12.49*0.25%Ac0較強Strongerthannormal15.99*0.25%AW3.3較弱Weakerthannormal9.841%Al+0.25%Ac0較強Strongerthannormal16.16*1%Al+0.25%AW6.6弱Weak10.23

*表示與對照差異顯著。

* represented significant difference (P<0.05) with CK.

3 討論

研究表明，添加有機物料加水密封后，30 ℃恒溫處理土壤的Eh值會快速降低至-100～-200 mV，可創造強烈的土壤還原環境[13-14]，使酸性土壤pH值升高[13]、堿性土壤pH值降低[14]。本研究土壤pH值為5.3，土壤顯酸性；添加物料加水密封，35 ℃恒溫培養14 d后，除添加乙酸的土壤樣品pH<4.2外，其余各處理土樣的pH值均較OS和CK升高(圖1)。可見，RSD處理西瓜連作土樣，可調節土壤的pH，與已有研究結果一致[9，13，15]。

EC值常用于間接指示土壤中水溶性離子的相對含量，高EC值說明土壤中水溶性離子含量高，相反，則低。RSD處理西瓜連作土壤通過改變土壤水溶性離子存在狀態及其含量，進而調節土壤EC值。各組合處理中，添加相同比例的酒精、氨水或乙酸的處理，其對應土樣EC值分別呈現添加高量稻草的土樣較添加低量稻草土樣高的現象(圖2)。

在OS與CK土樣中，FON、放線菌、真菌和細菌含量分別為105g-1、106cfu·g-1、105g-1和108cfu·g-1數量級；僅添加氨水和乙酸土樣中FON、放線菌和真菌均未檢測到，顯著(P<0.05)低于OS和CK中FON含量，3%酒精處理樣品中FON和真菌含量較OS和CK降低1個數量級，放線菌未檢測到，而1%酒精處理的土樣中FON和真菌雖比CK減少，但數量級沒有變化(圖5、圖6)。以稻草為有機物料，添加氨水、乙酸土樣中FON未檢測到，顯著(P<0.05)低于OS和CK中FON含量；真菌在添加3%氨水和3%乙酸的土樣中未檢測到，亦顯著(P<0.05)低于OS和CK中真菌含量，而在添加1%氨水和1%乙酸土樣中均能被檢測出，差異不顯著(P>0.05)；添加酒精的土樣中均檢測出FON，較OS和CK差異不顯著(P>0.05)，但高量稻草效果較低量稻草、高量酒精較低量酒精效果好。所有土樣中均能檢測出細菌，且82%的土樣中細菌數量級在108cfu·g-1，僅18%的土樣中細菌數量級在107cfu·g-1，與對照相比差異不顯著(P>0.05)。

在盆栽試驗中，添加有氨水的2個處理組，西瓜秧苗早期長勢很旺，但因其土壤電導率高(自始至終都高，多在0.5 mS·cm-1以上)，西瓜秧苗抗旱能力較其他處理組差。雖乙酸易使土壤pH降低，但土壤pH在處理結束后會恢復到6.5以上，而且乙酸殺滅FON的效果好，栽種后期西瓜秧長勢亦較氨水處理的好，尤其是1%紫花苜蓿粉末+0.25%乙酸處理下，西瓜產量最高，顯著(P<0.05)高于對照，抗旱能力較強，在試驗條件下無病死株，表明其具有較好的改良連作土壤、克服連作障礙的效果，具有推廣潛力。

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(責任編輯 高 峻)

Improving quality of watermelon continuous cropping soil by reductive soil disinfestation

ZHOU Kaisheng1，2

(1.CenterofEnvironmentScienceExperiment，BengbuUniversity，Bengbu233030，China; 2.SchoolofGeographyScience，NanjingNormalUniversity，Nanjing210046，China)

In the present study， the reductive soil disinfestation (RSD) was used to improve the quality of watermelon continuous cropping soil. The watermelon continuous cropping soil samples were incorporated with rice straw， ammonia， acetic acid， alcohol or different combinations， and then were used to test the effect of RSD treatment by planting watermelon seedling. It was shown that the pH values in soil samples added with acetic acid were significantly (P<0.05) lower than those in the samples of the original soil (OS) and controls (CK)， but the pH values in other treated soil samples were all higher than those in OS and CK. The values of electrical conductivity (EC) increased in all treated soil samples. All treatments had no significant influence on soil bacteria. But，Fusariumoxysporumf. sp.niveum(FON)， fungi and actinomyces were not detected in the soil samples added with ammonia， ammonia plus acetic acid， ammonia plus rice straw. The results of pot experiment showed that the number of death and mortality of watermelon in all treatment groups were lower than those in the control， as there were 3 groups with 0 mortality， and other 2 groups with mortality less than 7%， while the mortality rate in the control group was 43.3%. The watermelon growth momentum in all treatment groups was obviously better than that in the control group. The watermelon yields of all the treatment groups were also higher than that of control group， and there were 3 groups with significantly (P<0.05) higher watermelon yields than that of CK. It was concluded that RSD could effectively inhibit FON， alter soil microbial composition and structure， improve soil quality， and then control the obstacle of watermelon continuous cropping soil.

reductive soil disinfestation; continuous cropping soil; organic materials

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.06.18

2016-12-28

安徽省級質量工程項目(2015zy068)；蚌埠學院優秀人才計劃項目([2014]182)；安徽省振興計劃項目(2014zdjy137)；安徽省大學生創新創業計劃項目(201611305073)

周開勝(1970—)，男，安徽鳳陽人，博士研究生，副教授，研究方向為基于土壤改良的西瓜連作障礙防治。E-mail: zks606@sina.com

S471

A

1004-1524(2017)06-0982-06