臭氧水對茄子根結線蟲的防治效果評價

李永華, 王 慧, 董 丹, 劉 梅, 郭令紫,2, 馬繼貞, 張 瑋*

(1. 北京市農林科學院植物保護環境保護研究所, 北京 100097; 2. 中國農業大學植物保護學院, 北京 100193; 3. 北京田緣農業科技發展有限公司, 北京 101300)

我國是蔬菜生產第一大國,其中茄子是最主要的設施種植蔬菜之一,全球年產量超過5 000萬t (FAO,2020年)。根結線蟲Meloidogynespp. 是植物根系專性內寄生物,可危害茄子、番茄、黃瓜等多種常見蔬菜[1],是世界性的威脅農業生產的主要病原物,據估計,全球每年因根結線蟲感染造成的作物損失約為1 570億美元[2]。設施溫室中溫度較高、通風少、栽培單一,十分利于根結線蟲的種群積累,因而,近年來設施蔬菜根結線蟲病不斷發生且呈加重趨勢,成為目前危害嚴重的設施蔬菜土傳病害之一[3]。

根結線蟲病防治方法主要有農業防治、物理防治、生物防治及化學防治,由于化學防治方法見效快且效果穩定、成本較低,是目前主要的防治方法,但化學農藥的施用容易導致線蟲抗性增強、污染環境、農藥殘留、土壤結構越來越差等,不利于設施農業的可持續發展[4]。因而綠色環保、簡便易行的根結線蟲防治方法是設施蔬菜種植中急需的。

臭氧是一種強氧化劑,具有極強的殺蟲殺菌能力,對細菌、真菌、病毒及原生動物具有消殺活性[5],例如,0.5～0.8 mg/L的臭氧水能使胡蘿卜軟腐歐文氏菌Erwiniacarotovora和青枯病菌Ralstoniasolanacearum徹底失活[6-7],12 mg/L的臭氧水灌溉處理可顯著降低土壤中尖孢鐮刀菌Fusariumoxysporumf.sp.lycopersici的種群密度[8],并且臭氧在2001年被美國食品和藥物管理局批準,可作為直接接觸食品的消毒劑使用[5],因此臭氧常被應用于消毒、臨床、植物病蟲害防治等領域[9],具有廣譜、環保、高效的特點[10]。臭氧在蔬菜根結線蟲病的防治中發揮重要作用[11-12],可作為防治根結線蟲的替代方法[13-14],但其效果因施用次數[15]、濃度[16-18]及作物品種[19]而不同。臭氧消毒功能的發揮主要有氣態或溶于水形成液態的臭氧水兩種狀態[5],臭氧水中較高臭氧濃度的維持是其有效防治病蟲害的重要限制因素,因而臭氧制備設備的研發和推廣逐漸在高產值蔬菜區成為熱點。其中北京田緣農業科技發展有限公司研發的土壤消毒修復一體機(TY-100型)可以產生臭氧,并將臭氧與水混合形成臭氧水,臭氧濃度可穩定維持在約9 mg/L的高水平。茄子是重要的蔬菜作物之一,且受根結線蟲為害嚴重,但目前利用臭氧水灌溉防治茄子根結線蟲的研究還未見報道。本研究旨在通過設施溫室小區試驗,探究由土壤消毒修復一體機(TY-100型)產生的高濃度臭氧水(9 mg/L)對茄子根結線蟲的防治效果,以期為根結線蟲的綠色防控提供新途徑,為臭氧水漫灌法的推廣提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試茄子為非抗線蟲品種‘京茄黑寶’。

臭氧發生器為土壤消毒修復一體機(TY-100型),由北京田緣農業科技發展有限公司生產并提供,使用電壓220 V,水流10～15 m3/h,制備濃度為9 mg/L的臭氧水。

試驗地選在北京中農富通園藝有限公司基地的日光溫室,前茬作物為番茄,有較嚴重的根結線蟲病。各試驗小區的栽培管理條件一致。

1.2 試驗處理與調查方法

將溫室從西到東劃分為處理區和對照區,定植前分別進行臭氧水和自來水漫灌處理,處理區西側和對照區東側各留1壟保護行,兩者之間保留2壟隔離行。小區面積為32.4 m2,壟寬0.9 m,長6 m,每壟種植30株茄子。2020年9月10日和12日分別進行土壤漫灌處理,兩日平均氣溫為26℃左右,天氣晴。對小區進行漫灌處理前后(9月10日和14日),采取5點取樣法采集深度為10 cm左右土壤樣本,進行蟲口基數調查。茄子于9月26日定植,分別于幼苗期(10月15日,定植后19 d)、結果期(11月13日,定植后49 d)和生長后期(12月27日,定植后93 d)對小區進行根結情況、土壤線蟲數及茄子生長情況調查。在對照及處理小區每一壟中間位置采樣,拔出茄子,記錄根結級別,采集根部下方及根抖落土壤,于實驗室進行根結線蟲計數。試驗期間氣溫范圍在2.8～40.1℃,平均氣溫18.6℃,平均相對濕度為77.7%。

利用淺盤法對土壤中的根結線蟲進行分離。具體操作如下:將待測土樣進行清理,去除其中的石粒及非土壤雜物,準確稱取100 g土壤于大燒杯中,利用2 L水進行淘洗,快速攪拌5 min打散土塊并使線蟲懸浮于水中,靜置1 min使泥沙沉降但線蟲仍漂浮于水中,將上清緩緩倒入嵌套的篩盤上(由80、200目和500目篩盤由上至下嵌套)進行過濾,使線蟲被截留于篩子上,以上操作重復3～5次至上清液中無線蟲存在,使用蒸餾水沖洗500目篩盤,將沖洗所得液體收集于量筒中,并記錄體積。吸取沖洗液100 μL于載玻片上,并于光學顯微鏡下進行計數,共取10次計算平均值,根據100 μL所含線蟲數量、沖洗液總體積及稱取土壤樣本重量折合計算每克土壤中所含根結線蟲條數。

參照文獻[20]中根結分級方法來對臭氧水的防效進行評價。

茄子株高為茄子植株最高位置距離地面的垂直距離。

1.3 統計方法

病情指數=∑(根結級別值×該發病級別株數)/(最高級別值×調查總株數)×100;

防效=(對照病情指數-處理病情指數)/對照病情指數×100%。

采用SPSS(IBM SPSS Statistics 19)軟件進行t測驗分析。

2 結果與分析

2.1 臭氧水漫灌處理對根結線蟲病的防治效果

在進行臭氧水漫灌處理之前,試驗棚中線蟲基數為(20.00±7.27)條/g土壤。經過2次臭氧水漫灌后,9月14日采集的處理樣本的線蟲數量顯著下降到(2.67±2.53)條/g土壤(P=0.039,t測驗),而自來水漫灌的對照組線蟲數量下降到(8.00±3.86)條/g土壤,與處理前相比未達到顯著水平(P=0.285,t測驗)。茄子定植后,在幼苗期處理和對照樣本土中均未檢測到線蟲,說明此時土壤中線蟲數量很少,推測根結線蟲遇到植物時,成功侵染進入茄子根部。隨著線蟲的生長和繁殖,在結果期和生長后期土壤中的根結線蟲數量呈現不斷增加趨勢(圖1),但臭氧水漫灌處理樣本的線蟲增加不明顯,兩個時期的線蟲數量分別為(3.00±1.16) 條/g和(7.50±2.37)條/g土壤,而對照樣本中兩個時期的線蟲數量分別為(36.00±4.47) 條/g和(186.00±19.92)條/g土壤,顯著高于處理樣本(P=0.000,t測驗),說明臭氧水漫灌處理2次能夠顯著降低土壤中的線蟲數量,在結果期和生長后期根結線蟲數量的分別下降91.67%和95.97%。

圖1 不同調查時期土壤根結線蟲數量變化趨勢Fig.1 The variation trend of soil root-knot nematodes in different investigation stages

對茄子幼苗期、結果期和生長后期的對照和臭氧水漫灌處理樣本根部進行觀察,以株為單位進行根結分級,并計算病情指數和防效。結果顯示,在幼苗期,臭氧水漫灌處理組病情指數為0,對照組為63,防效為100%;在結果期,臭氧水漫灌處理組和對照組的病情指數分別為20和45,防效為55.56%;在生長后期,臭氧水漫灌處理組和對照組的病情指數分別為20和58,防效為65.52%(表1)。與土壤中根結線蟲數量增長趨勢一致,根結指數最大的時期為生長后期,對照樣本中根結現象非常嚴重,而在臭氧水漫灌處理樣本中根部正常(圖2)。

表1 臭氧水漫灌處理對茄子根結線蟲病的防效Table 1 Control effect of ozone water flooding treatment on root-knot nematode disease of eggplant

圖2 茄子生長后期對照和臭氧水漫灌處理樣本的根結發生情況Fig.2 Root nodes occurred in control and ozone water flooding treatment samples at later growth stage of eggplants

2.2 臭氧水漫灌處理對茄子生長的影響

對結果期和生長后期茄子的株高進行測量,結果如圖3所示,在結果期,對照樣本茄子株高為(56.04±1.91) cm,臭氧水漫灌處理樣本為(63.02±1.12) cm,差異顯著(P=0.002,t測驗)。在生長后期,對照和臭氧水漫灌處理樣本的茄子株高分別為(76.16±1.22)cm和(84.06±1.05)cm,臭氧水漫灌處理樣本顯著高于對照樣本(P=0.000,t測驗),說明本研究中臭氧水漫灌處理可以促進茄子生長。

圖3 臭氧水漫灌處理后茄子結果期和生長后期株高差異Fig.3 Differences of stem lengths of eggplants at fruit-bearing and later growth stages after ozone water flooding treatment

3 結論與討論

根結線蟲病是設施蔬菜種植中普遍發生且難以控制的主要病害之一。由于其危害嚴重且化學防治容易造成農藥殘留及土壤污染,不利于設施種植的可持續發展,因此高效環保的防治技術一直廣受關注。臭氧具有強氧化性,可以有效破壞生物細胞結構,被應用于多種消毒領域,其中臭氧溶于水后形成臭氧水,通過臭氧水灌溉處理進行土壤消毒,可有效減少農藥使用,且無毒環保,對于土傳病蟲害的防治具有重要潛力,但在設施茄子生產中的應用還未見報道。本研究通過設施溫室小區試驗探究高濃度臭氧水(9 mg/L)漫灌處理土壤對于茄子根結線蟲病的防治效果,并對處理前后及茄子整個生長期進行跟蹤調查,結果顯示,在茄子定植前連續2次漫灌臭氧水,可以有效減少土壤根結線蟲數量,并且能夠提高茄子長勢,說明該方法對茄子的根結線蟲病具有較好防效,值得進一步推廣。

雖然臭氧水具有安全、高效、環保等特點,在農業病蟲害防治應用方面具有良好的前景,但當臭氧達到一定濃度時也會對植物細胞造成不可逆的損傷,且當其溶于水形成臭氧水時,其對微生物的滅活特性可能會發生改變[21],因此,臭氧水在作物生產中的具體應用需綜合考慮其使用效果、使用方法、濃度及其對植物和靶標微生物的影響。根結線蟲病是設施蔬菜生產中的重要病害,已有研究對臭氧水在生姜、西瓜、番茄、山藥[11, 14-16, 18, 22-25]等生產中根結線蟲病的防治應用進行了探索,研究了不同作物對臭氧的耐受力及臭氧水的使用濃度、使用時間、次數對防治效果的影響。臭氧水漫灌處理土壤后,當臭氧濃度較高時,臭氧水分解產生的臭氧會對植物造成灼傷,不利于植物生長,例如,4.0～4.3 mg/L的臭氧水對草莓葉片有較嚴重的腐蝕作用[27];但臭氧濃度較低時,殺菌作用較低,需要配合多次漫灌處理來保證滅菌消毒效果,例如,利用1.5 mg/L臭氧水漫灌處理生姜20次后,根際土壤線蟲數量降低88.3%,漫灌處理番茄11次后,根際土壤線蟲數量降低92.2%[16],費時、費力且會增加成本,因此,本研究從臭氧水應用的輕簡化及安全性角度出發,探索了作物定植前土壤漫灌處理對茄子根結線蟲的防治效果,結果表明,在茄子定植前對土壤進行高濃度臭氧水(9 mg/L)漫灌處理,對土壤中根結線蟲的消殺效果好,同時可避免臭氧水對茄子植株根系及地上部分的灼燒影響,且只需要連續灌溉2次,即可達到在生長后期減少根結線蟲95.97%、防效65.52%、增高10.37%的效果,實現了操作簡便、防效好的目的。

使用臭氧水漫灌對土壤進行消毒依賴于臭氧發生器的即時工作,但臭氧發生器的正常工作通常需要配套的水電條件設備,例如本研究中所使用的土壤消毒修復一體機(TY-100型)只有在電壓穩定于220 V、水流10～15 m3/h時才可以穩定產生較高濃度的臭氧水,因此,該方法目前較適合在設備及管理條件較好的設施大棚中推廣,而大多數露地農田由于地勢、水電設備等條件的限制,推廣存在一定難度。此外,臭氧水處理對真菌、細菌、放線菌等微生物均有殺傷作用[28],在消除有害生物影響的同時,可能也會減少有益菌群,雖然利用臭氧水噴施的方法對土壤微生物物種及其相對豐度的影響不大[29],但臭氧水漫灌法對土壤微生物群落結構的影響還未見報道,相對于噴施法,漫灌法對土壤微生物的殺傷作用可能更強,對土壤微生物群落結構影響更大,因此,臭氧水處理可配合施用含有有益菌群的生物肥料。