土傳病害防治技術(shù)進展及面臨的挑戰(zhàn)

曹坳程, 張大琪, 方文生, 宋兆欣, 任立瑞, 李青杰,李文靜, 王秋霞, 顏冬冬, 李 園, 靳 茜, 郝 征

(1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所，北京 100193；2. 河北省土傳病害綠色防控技術(shù)創(chuàng)新中心，保定 071000)

近年來,隨著高附加值作物的連年種植和保護地的發(fā)展,土傳病害逐年加重,如果不及時干預(yù),嚴重時會導(dǎo)致作物絕收。土傳病害包括由病原細菌、真菌、線蟲、病毒等引起的病害,通常具有以下特點:病原種類多、寄主范圍廣、隱蔽性強、傳播速度快、危害面積大、治理艱難等。在防治土傳病害時,采用單一,特別是具有針對性的藥劑,如殺真菌、細菌、線蟲、病毒的藥劑,不僅難以達到理想的防治效果,而且會使病原物產(chǎn)生抗藥性。另外,由于作物耕作層土壤重達150 t/667m2以上,防治這些有害生物需要的藥劑量會很大,采用接觸性的藥劑,由于難以分布均勻,很難直接殺死病原生物。未殺滅的病原生物隨著水流和農(nóng)事操作又會繼續(xù)傳播危害。因此土傳病害的防治需要采用一些特殊的措施和方法,并且通常需要借助機械。將化學(xué)與非化學(xué)技術(shù)聯(lián)合使用是國內(nèi)外廣泛采用并且有效的措施。常用的土傳病害防治技術(shù)見圖1。本文將詳細總結(jié)防治土傳病害常用的各種技術(shù)措施以及它們的優(yōu)缺點,提出土傳病害防治面臨的挑戰(zhàn)以及需要解決的問題,為土傳病害的有效防治提供參考。

圖1 土傳病害防治技術(shù)Fig.1 Soil-borne disease prevention technologies

1 土傳病害防治技術(shù)進展

由于土傳病害的發(fā)生具有較強的隱蔽性和極強的傳染性,導(dǎo)致其防治較為困難,因此,土傳病害的防治通常以預(yù)防為主,盡可能避免在種植田引入土傳病原菌或帶病種苗。土傳病害發(fā)生后,則需要通過化學(xué)和非化學(xué)防治技術(shù)進行及時干預(yù)。

1.1 農(nóng)業(yè)防治技術(shù)

1.1.1抗性品種及嫁接

抗性品種和嫁接技術(shù)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要的防治技術(shù)[1]。對一種或多種土傳病原體具有抗性或耐受性的商業(yè)品種可用于控制多種土傳病害[2]。Li等[3]的研究表明,對惡疫霉Phytophthoracactorum和炭疽菌Colletotrichumspp.引起的根腐病和冠腐病具有抗性的改良草莓品種不僅能提高果實質(zhì)量,而且不會降低受溴甲烷淘汰影響的草莓種植者的經(jīng)濟收益。土傳病原細菌引起的病害如青枯病、軟腐病極難防治,針對這類病害選育抗病品種是良好的解決方案。魔芋軟腐病是一種細菌性毀滅性病害,在湖北省恩施市農(nóng)業(yè)科學(xué)院的努力下,培育了抗軟腐病的魔芋品種‘鄂魔芋1號’,實踐表明,抗病品種使軟腐病發(fā)病率降低了20%[4],成功解決了魔芋生產(chǎn)中的重大難題。

然而,我們應(yīng)當(dāng)注意抗性品種并不具有永久的抗病性,在極有利于病害發(fā)展的田間條件下,抗性基因型并不總是具有完全的保護作用。在作物嚴重感染病原菌的情況下,可能會出現(xiàn)新的病原體小種感染抗性品種。例如含有MI基因的抗根結(jié)線蟲的番茄品種對南方根結(jié)線蟲Meloidogyneincognita具有良好的抗性,但若在高溫和鹽堿地栽培,抗性則會喪失[5]。

1.1.2阻截傳播

土傳病害具有很強的傳染性,病原菌會隨水、農(nóng)事操作而傳染,因此阻截傳播是重要的農(nóng)業(yè)措施。水源的處理和避免水流通過污染的區(qū)域也是防治土傳病害的關(guān)鍵措施。采用塑料薄膜隔離土壤是常用而有效的方法[6]。

1.1.3深翻

深翻即采用機械將深層土壤翻至土壤表層。在大田作物如小麥和大豆根腐病嚴重的區(qū)域,通過深翻土壤,可降低病原菌的種群數(shù)量,同時配合種子處理技術(shù),可減輕土傳病害的危害[7]。

1.1.4輪作

合理的輪作模式,可減輕土傳病害的發(fā)生,特別是3年以上的水旱輪作是控制土傳病害的有效措施[5]。但是隨著高附加值作物集約化種植模式的發(fā)展,輪作措施較難實現(xiàn)。

1.1.5無土栽培

無土栽培是一種避免接觸土壤的土傳病害防治技術(shù)。隨著無土栽培技術(shù)的成熟,成本在不斷地降低,投入產(chǎn)出比越來越高,這項技術(shù)已成功應(yīng)用于蔬菜、草莓、花卉等。近年來,隨著水培和霧培等新技術(shù)的發(fā)展和進步,使無土栽培這一技術(shù)在防治土傳病害上具有獨特的優(yōu)勢。特別是,基于無土基質(zhì)和水培的漂浮系統(tǒng)已經(jīng)取代了溴甲烷在煙草幼苗生產(chǎn)中的應(yīng)用[8]。

1.2 生物防治技術(shù)

1.2.1生物熏蒸

生物熏蒸是指將植物殘留物施入到土壤,在植物分解過程中釋放揮發(fā)性化合物來控制土傳病害的技術(shù)[9]。目前生物熏蒸已成為一項環(huán)境友好型的溴甲烷替代技術(shù)[10]。

蕓薹屬Brassicaceaespp.[11]植物是主要的生物熏蒸材料。多項研究表明蕓薹屬植物能有效防治土傳病原物,增加作物產(chǎn)量[12-14],且生物熏蒸可以在不損害土壤健康或改變線蟲群落結(jié)構(gòu)的前提下有效地防治植物寄生線蟲[15]。

隨著對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)探究的不斷深入,生物熏蒸材料已不再局限于蕓薹屬植物。一些蔥屬Allium植物[16],藥用植物如亞香茅Cymbopogonnardus、土荊芥Dysphaniaambrosioides[17],印楝Azadirachtaindica[18]、薰衣草Lavandulaspp.[19]等,家畜糞便如雞糞以及富含氮的化合物都可用作生物熏蒸材料。Zhang等研究了鮮雞糞作為生物熏蒸材料對草莓生長的影響,發(fā)現(xiàn)鮮雞糞顯著提高土壤有機質(zhì)含量、有益菌豐度和草莓果實品質(zhì),降低病原菌數(shù)量。但是連續(xù)使用5年后發(fā)現(xiàn)草莓產(chǎn)量出現(xiàn)降低趨勢[20]。為了解決上述難題,Zhang等[10]又提出將化學(xué)熏蒸與生物熏蒸輪用的措施,在保證病原菌防治效果的同時也減少了50%的化學(xué)熏蒸劑的使用。

生物熏蒸效果會因病原菌種類和生命周期、植物生長和土壤條件的不同有所差異,因此在使用生物熏蒸技術(shù)時應(yīng)綜合考慮土壤和環(huán)境因素,目前生物熏蒸與太陽能消毒聯(lián)合使用,已成為重要的土傳病害防治技術(shù)。

1.2.2厭氧消毒

厭氧消毒 (anaerobic soil disinfestation, ASD)被廣泛用于多數(shù)高附加值作物生產(chǎn)中土傳病害的防控[21-22]。在日本、荷蘭、美國、中國等地區(qū),ASD被廣泛應(yīng)用[23]。ASD技術(shù)的主要步驟包括在土壤中加入一定量的有機碳源,灌溉足夠的水,并使用防水布保持密閉3周以上。ASD的作用原理包括通過厭氧土壤產(chǎn)生的酸性土壤環(huán)境,有機物分解產(chǎn)生的乙酸、丁酸等揮發(fā)性有機物,以及土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化等殺死土傳病原體[24]。

ASD需要借助完全不滲透性薄膜(totally impermeable film, TIF)來營造厭氧環(huán)境。但TIF的成本是ASD商業(yè)化的主要障礙之一,特別是在推廣應(yīng)用面積較大的地區(qū)[25]。因此需要進一步開發(fā)和評估塑料薄膜特別是生物塑料對于ASD技術(shù)的效果,降低草莓、果園等高附加值經(jīng)濟作物應(yīng)用該技術(shù)的限制,以提高ASD技術(shù)的可持續(xù)性。另一方面,ASD技術(shù)使用的材料多為碳源[26],不同碳源產(chǎn)生的效果截然不同。建議農(nóng)戶在使用ASD過程中優(yōu)先使用秸稈作為碳源,避免使用雞糞和秸稈混合碳源的ASD技術(shù),以保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

1.2.3生防制劑

利用拮抗微生物進行生物防治是一種環(huán)境友好的控制土傳病害的方法。已有大量的研究表明,使用有益微生物如重氮菌、有益細菌、生防制劑、植物根際促生菌可替代或減少化學(xué)藥劑的使用。雖然,在過去幾十年中,生防制劑防治技術(shù)在溫室作物上取得了很好的效果,但實際應(yīng)用的研究相對較少[27]。因為與溫室相比,田間環(huán)境具有更多的不可控因素[27]。國內(nèi)登記的用于防治土傳病害的生物農(nóng)藥見表1[28]。

表1 我國登記的防治土傳病害的生物農(nóng)藥Table 1 Biopesticides registered in China for the control of soil-borne diseases

1.3 物理防治技術(shù)

1.3.1太陽能消毒

太陽能消毒技術(shù)在一些夏季有較長空閑期的作物上廣泛應(yīng)用,如:草莓、蔬菜等。該方法是利用夏季持續(xù)的高溫殺死土傳病原生物。通常15 cm土層50℃保持30 min,可殺死根結(jié)線蟲;60℃保持30 min,可殺死大部分真菌;70℃保持30 min,可殺死大部分細菌和雜草[29]。太陽能消毒技術(shù)與生物熏蒸或厭氧消毒配合使用,可取得更好的效果。太陽能消毒的要點是:保持土壤濕潤,采用透明塑料布覆蓋。如果有可能,起壟后安裝滴灌帶,然后覆蓋塑料薄膜,這樣有利于通過高溫殺死深層的病原生物。

太陽能消毒技術(shù)發(fā)展至今,已在70多個國家得到應(yīng)用。與大多數(shù)其他土壤消毒技術(shù)相比,太陽能消毒的優(yōu)點是簡單、易于應(yīng)用和成本較低[30]。但這種方法需要依賴較長時間的高溫天氣,且土壤中沒有作物。此外,它不能始終如一地控制某些病原體,如線蟲[31]。

1.3.2火焰消毒技術(shù)

該技術(shù)是通過用天然氣、丁烷等易燃氣體作燃料,在短時間內(nèi)產(chǎn)生800～1 000℃的高溫,通過與土壤接觸,殺死病原生物、地下害蟲和雜草[32-33]。該技術(shù)的優(yōu)點是:1)成本低;2)不用塑料布;3)處理過程中使用天然氣為熱源, 無二次污染, 無農(nóng)藥殘留, 從根本上保障食品安全;4)省工省時, 不受天氣季節(jié)影響, 不受環(huán)境及農(nóng)業(yè)設(shè)施限制;5)消毒后即可種植下茬作物;6)操作簡單,全機械化數(shù)控操作。

1.3.3微波消毒

微波消毒是指通過照射微波(頻率為300 MHz～300 GHz的電磁波)產(chǎn)生熱量從而達到殺菌殺毒的作用[34]。使用該技術(shù)時,通過高頻振動、摩擦生熱,微生物的分子結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變,如蛋白質(zhì)和核酸會變性失活,導(dǎo)致微生物死亡。研究表明,土壤微波消毒能有效抑制雜草種子和真菌萌發(fā)[35]。Brodie等[36]的研究表明,在兩次草莓田間試驗中,微波處理降低了土傳病原體的存活率,且草莓產(chǎn)量與溴甲烷處理的無顯著差異。微波處理的效果取決于微波對土壤的熱效應(yīng),影響因素主要有土壤溫度、掩埋深度和輻射時間[35]。微波消毒具有效率高、速度快、作用后無污染等優(yōu)點。適當(dāng)?shù)奈⒉ㄏ咎幚矸椒ㄟ€可以提高土壤肥力使植株長勢茁壯。該方法可以與太陽能消毒技術(shù)結(jié)合使用。但是微波消毒操作較復(fù)雜,必須有專業(yè)的技術(shù)人員進行操作,而且設(shè)備制造成本和操作成本均較高,不適合棚內(nèi)使用。

1.3.4電消毒技術(shù)

電消毒是指通過在土壤中通入直流電或正或負脈沖電流引起的電化學(xué)反應(yīng)生成物以及電流來殺滅土傳病原物、線蟲、雜草等。電消毒過程中會釋放出大量的酚類氣體和原子氯氣體, 在逸散過程中會殺滅引起土傳病害的一些病原菌, 起到防治病害的效果[37]。

電消毒時,將處理后的電極埋入15～50 cm深的土壤中。為了提高土壤的消毒效果,土壤含水量應(yīng)為35%～70%。對于根結(jié)線蟲、韭蛆、蛞蝓等害蟲必須在水淹狀態(tài)下進行處理,處理時間在1～2 h。對于土壤微生物,譬如尖鐮孢Fusariumoxysporum等既可以在水淹狀態(tài)下處理也可在30 cm深處大于75%含水率的濕潤狀態(tài)下進行處理。

該技術(shù)具有簡單、清潔、低成本的優(yōu)點,與其他物理、化學(xué)消毒法相比較還具有能夠在秧苗期進行消毒而不傷苗的獨特優(yōu)勢。但應(yīng)用該技術(shù)時不銹鋼焊條中的重金屬一般也會進入土壤中,造成土壤污染。

1.3.5射頻消毒技術(shù)

射頻消毒技術(shù)是近年來發(fā)展的一種高效土壤消毒技術(shù),具有很好的殺蟲殺菌效果。其原理是土壤中的極性分子板在高頻交變電場的作用下來回移動,通過電流產(chǎn)生大量熱量,使土壤中的害蟲和病原物不斷受熱使其蛋白質(zhì)失去活性,從而達到土壤消毒的目的。射頻消毒可應(yīng)用在農(nóng)產(chǎn)品的儲存和運輸中,對土壤中的線蟲和病原微生物也具有殺滅作用。此外,射頻消毒還可以有效防治木材上的真菌繁殖,可作為一種有效和快速的檢疫處理措施[38]。目前,在生產(chǎn)實際中,由于需要處理的土壤體積(和質(zhì)量)很大,射頻消毒技術(shù)的后勤障礙和作業(yè)成本較高,因此這些因素阻礙了射頻消毒技術(shù)在土傳病害防治中的應(yīng)用。

1.4 化學(xué)防治技術(shù)

化學(xué)藥劑中化學(xué)熏蒸劑是防治土傳病害較為有效的藥劑。化學(xué)熏蒸劑發(fā)展較慢,一些有效的藥劑,由于環(huán)境或健康問題很難獲得農(nóng)藥登記,且商業(yè)化的古老品種如氯化苦在我國因為高毒也面臨淘汰的局面。尋找環(huán)境友好型的熏蒸劑是目前的研究重點。目前具有發(fā)展前景的熏蒸劑主要有異硫氰酸烯丙酯、乙二腈和乙蒜素。

1.4.1異硫氰酸烯丙酯(allyl isothiocyanate,AITC)

AITC是一種天然產(chǎn)物。2013 年美國國家環(huán)境保護局批準登記AITC為種植前土壤處理劑,是第一款可同時用于傳統(tǒng)及有機耕種的生物土壤熏蒸劑[39]。我國也在2018 年將其登記于番茄用來防治根結(jié)線蟲。

1.4.2二甲基二硫(dimethyl disulfide, DMDS)

DMDS已在許多國家注冊用于植物種植前進行土壤熏蒸,是一種新型的生物源土壤熏蒸劑,該熏蒸劑對根結(jié)線蟲和雜草的防治效果與1,3-二氯丙烯(1,3-dichloropropene, 1, 3-D)相當(dāng)甚至優(yōu)于1, 3-D[40]。DMDS對臭氧層的破壞風(fēng)險較小,同時具有高效、環(huán)境安全的特性,被聯(lián)合國溴甲烷技術(shù)選擇委員會列為最有潛力的替代品[41]。

1.4.3乙二腈(ethanedinitrile, EDN)

澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織通過室內(nèi)與溫室試驗表明EDN作為土壤熏蒸劑有希望替代溴甲烷。EDN對植物寄生線蟲和雜草等土傳病原物具有抑制作用[42]。EDN具有與溴甲烷相似的化學(xué)性質(zhì),可在土壤剖面中輕易移動。2018年,澳大利亞成為第一個批準在草莓、果樹、葫蘆和觀賞植物上使用EDN的國家。EDN也已在韓國注冊,并將在土耳其、南非、加拿大、美國、俄羅斯、新西蘭和馬來西亞等國家注冊。

1.4.4乙蒜素(ethylicin)

乙蒜素是我國于1960年研制的一種有機硫殺菌劑。據(jù)報道,乙蒜素也具有熏蒸作用,可防治一些植物病原體和線蟲[43]。

1.5 綜合防治技術(shù)

引起土傳病害的病原物種類較多,防治較為困難,需要采用綜合的措施進行防治,并且預(yù)防是最為重要的措施。將農(nóng)業(yè)、生物、物理和化學(xué)等防治措施聯(lián)合使用,可收到比單一措施更好的效果[44]。

1.5.1太陽能消毒與熏蒸劑聯(lián)合使用

作為有害生物綜合治理(Integrated Pest Management,IPM)計劃的一部分,這種聯(lián)合防治技術(shù)對控制包括蔬菜和觀賞植物在內(nèi)的許多作物中的土傳病原體和雜草效果極佳。Eshel等[45]的研究表明,先進行太陽能消毒,然后在2周后注射熏蒸劑進一步加強了對害蟲的控制作用。這種方法在以色列的滴灌系統(tǒng)或使用特殊機器進行側(cè)柄注射的田地中被廣泛采用。將熏蒸劑與太陽能消毒技術(shù)聯(lián)合使用,還可降低熏蒸劑的用量,減少對環(huán)境的影響和降低使用成本。

1.5.2熏蒸劑與非化學(xué)技術(shù)輪用

將熏蒸劑與非化學(xué)技術(shù),如生物熏蒸、厭氧消毒、太陽能消毒等技術(shù)輪用,可降低熏蒸劑用量。

1.5.3熏蒸劑與接觸性藥劑混合使用

熏蒸劑與接觸性藥劑如阿維菌素、噻唑膦、噁霉靈、精甲霜靈等混合使用,可恢復(fù)接觸性藥劑的生物活性。當(dāng)接觸性藥劑頻繁使用,可刺激接觸性藥劑的降解微生物大量繁殖,從而使接觸性藥劑使用3～5年后,效果降低。當(dāng)熏蒸劑與接觸性藥劑混合使用后,殺死了降解接觸性藥劑的微生物和抗性有害生物,恢復(fù)了接觸性藥劑的生物活性。

1.5.4嫁接與接觸性藥劑聯(lián)合使用

嫁接通常對鐮刀菌引起的枯萎病有很好的效果,而對根結(jié)線蟲效果較差。因此,將嫁接與阿維菌素或噻唑膦等接觸性藥劑配合使用,可提高對土傳病害和根結(jié)線蟲的效果。

1.5.5熏蒸劑與嫁接技術(shù)聯(lián)合使用

對于番茄和甜椒等作物,在抗性砧木上嫁接和用二甲基二硫或威百畝熏蒸土壤相結(jié)合是有效的[46]。

2 熏蒸劑劑型的發(fā)展

對于熏蒸劑劑型加工,國內(nèi)外研究人員進行了探索,如Wang等發(fā)現(xiàn)采用明膠包封1,3-D,與液體注入相比,減少了約41%的1,3-D的排放量[47]。Yan等采用明膠膠囊包封氯化苦,結(jié)果表明氯化苦膠囊能夠減少主要土傳病原菌的數(shù)量,對雜草部分有效[48]。此外,研究人員將順-1,3-二氯丙烯包封在2種手性多孔MOF-1201金屬有機骨架中可以達到緩慢釋放的目的[49]。

近年來,熏蒸劑載藥體系構(gòu)建方面也有許多研究。通過將多重乳液與界面聚合技術(shù)相結(jié)合包封二甲基二硫[50]、采用聚脲微囊包封固體生物炭來負載異硫氰酸烯丙酯[51]、通過乳化-凝膠法制備二氧化硅與銅基海藻酸鈉/殼聚糖多功能復(fù)合水凝膠[52]、以二價鋅離子為金屬節(jié)點,2-甲基咪唑為有機配體,通過自組裝成功合成了一種沸石咪唑酯骨架材料負載棉隆[53]等,這些劑型均具有緩釋作用,提高了熏蒸劑的穩(wěn)定性和持效期。

此外,一些新的熏蒸劑劑型如二氧化氯顆粒劑(ClO2)也在不斷的開發(fā)之中。Layman等[54]以及Ramsey等[55]報道表明,二氧化氯顆粒是一種很有前途的替代溴甲烷的物質(zhì),可以控制分枝疫霉Phytophthoraramorum和枯草芽胞桿菌Bacillussubtilis。然而,還需要進一步的研究來提高顆粒制劑的釋放率,并尋找更經(jīng)濟的應(yīng)用量。

3 熏蒸機械的發(fā)展

隨著土壤熏蒸劑的不斷發(fā)展及使用面積的不斷擴大,土壤熏蒸機械也在不斷改進,由原來的手動施藥發(fā)展為現(xiàn)在的機械化施藥。中國也研發(fā)了適合我國耕作條件的土壤消毒機械,大幅度提升了土壤消毒效率、效果與穩(wěn)定性。國內(nèi)首創(chuàng)了電噴霧式廣角土壤消毒機械,施藥效率較進口裝備提高了2～4 倍。研發(fā)了包括手動、機用以及起壟施藥一體的土壤消毒機械,滿足了不同生產(chǎn)規(guī)模需求。國內(nèi)首創(chuàng)了適用于棉隆等固體藥劑的精細旋耕施藥機,實現(xiàn)施藥、旋耕、秸稈還田一體化,作業(yè)效率提高了50%。在國際上首創(chuàng)了自走式精旋土壤火焰消毒機,通過液壓機械的方式由旋耕滾筒將土壤深度精細旋耕,并輸送到土壤高溫烘箱中進行瞬間高溫滅菌殺蟲[56]。此外,我國開發(fā)的機械還包括液態(tài)注射施藥機、液態(tài)施藥覆膜一體機、固態(tài)撒藥機和大型固態(tài)和液態(tài)施藥機械。

4 土壤熏蒸劑對土壤微生態(tài)的影響

4.1 土壤熏蒸對微生物群落的影響

土壤熏蒸可以有效地控制土壤病原細菌、真菌、根結(jié)線蟲、雜草等有害生物,但熏蒸劑通常為廣譜性藥劑,對土壤非靶標微生物也產(chǎn)生一定影響,包括在土壤肥力、養(yǎng)分循環(huán)和植物生長中起重要作用的有益微生物。研究表明,土壤熏蒸導(dǎo)致土壤細菌數(shù)量和多樣性減少,這主要是因為熏蒸消毒改變了土壤中的微生物群落結(jié)構(gòu),影響細菌的生長和代謝,同時也影響土壤中的有機物質(zhì)周轉(zhuǎn),導(dǎo)致細菌缺乏生長的營養(yǎng)基礎(chǔ)[57]。此外,土壤熏蒸可導(dǎo)致土壤微生物群落組成發(fā)生變化,包括優(yōu)勢物種的消失和演替,如熏蒸消毒后土壤中的厭氧細菌數(shù)量會增加,而光合作用細菌和氧化細菌數(shù)量會減少[58]。與細菌不同,面對熏蒸脅迫真菌具有更高的抵抗能力,因此受到的干擾相對較小[59]。此外,土壤熏蒸對真菌物種組成產(chǎn)生影響,從而導(dǎo)致真菌群落結(jié)構(gòu)的改變,如熏蒸消毒后,土壤中的一些耐熱真菌和產(chǎn)孢真菌的數(shù)量會增加,而其他一些真菌則可能會減少[59]。但不同類型的真菌對熏蒸消毒的反應(yīng)有所不同。

4.2 土壤熏蒸對養(yǎng)分轉(zhuǎn)換的影響

土壤碳循環(huán)是土壤生態(tài)服務(wù)功能的重要組成部分,影響著土壤的肥力、生物多樣性和環(huán)境質(zhì)量。一方面,土壤熏蒸影響土壤中的微生物群落,導(dǎo)致土壤中的有機質(zhì)分解受到抑制[57]。另一方面,土壤熏蒸也能促進土壤碳循環(huán),如土壤熏蒸可以促進土壤中的微生物群落結(jié)構(gòu)調(diào)整,增加一些利用有機質(zhì)的微生物種類的數(shù)量,從而促進土壤中有機質(zhì)的分解和碳的釋放。除了影響碳循環(huán)外,土壤熏蒸也影響其他養(yǎng)分元素的轉(zhuǎn)換和利用。如土壤熏蒸改變了氮循環(huán)功能微生物群落,特別是硝化細菌和氨氧化菌受到抑制,導(dǎo)致土壤中銨鹽含量累積,土壤中氮素轉(zhuǎn)化的進程受到影響[60-61]。熏蒸后導(dǎo)致土壤磷含量顯著增加,主要由于對磷的利用起著重要作用的解磷細菌受到嚴重抑制,阻斷了磷的消耗[62]。對微量元素的研究也表明,土壤熏蒸影響土壤中銅的生物有效性,土壤熏蒸通過抑制土壤微生物的生長和活動,進而影響土壤中銅的轉(zhuǎn)化和生物有效性[63]。

總的來說,土壤熏蒸后導(dǎo)致土壤中的微生物數(shù)量和多樣性的減少,使土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)換也受到干擾。為了減輕這種影響,建議在土壤熏蒸后施用有機肥料或微生物肥料,以促進土壤中有益微生物的恢復(fù)和養(yǎng)分轉(zhuǎn)換的恢復(fù)。

5 土傳病害防治面臨的挑戰(zhàn)

5.1 快速檢測技術(shù)落后

土傳病害的發(fā)生具有隱蔽性、傳播速度極快,在發(fā)病前期很難被發(fā)現(xiàn),而發(fā)病癥狀一旦顯現(xiàn)則會快速造成作物大面積發(fā)病、死亡。目前從土壤中快速檢測病原物的發(fā)病閾值從而預(yù)測病害的發(fā)生尚缺乏成功的經(jīng)驗。

5.2 細菌性病害難以防治

細菌性病害又稱作物的“癌癥”,世界范圍內(nèi)防治細菌性病害的藥劑較為短缺。目前對細菌性土傳病害如青枯病具有良好防治效果的氯化苦,因為毒性較高,已被列為限用農(nóng)藥。我國登記的防治青枯病的其他生物和化學(xué)農(nóng)藥較少,且效果有限。

5.3 土壤生態(tài)功能的重建

熏蒸劑在防治土傳病原物的同時會對土壤中的非靶標微生物如有益微生物或功能微生物造成影響。因此在使用熏蒸劑后,需要適時補充一些有益微生物并增施有機肥,讓有益微生物搶占土壤生態(tài)空間,將病原物的數(shù)量抑制在發(fā)病閾值以下。同時還要防止農(nóng)事操作將病原物再次傳播至消過毒的土壤中。

5.4 經(jīng)濟可行的熏蒸品種較少

近年來研究人員不斷探索有效的溴甲烷替代產(chǎn)品,但是大部分產(chǎn)品都缺乏經(jīng)濟可行性。碘甲烷由于具有較高的毒性且價格極為昂貴,很難獲得登記。氯化苦生產(chǎn)企業(yè)少,管理嚴格,因而價格也較高。如果使用熏蒸劑后再施用有益微生物,生產(chǎn)成本將會進一步提升。因此,這些技術(shù)目前只局限于高附加值作物中。而傳統(tǒng)的大田作物,只能采用輪作、種子處理、深翻、抗性品種或嫁接、接觸性藥劑等防治技術(shù)。

5.5 對環(huán)境有一定的影響

一方面,熏蒸劑用量大,若再結(jié)合一些物理熱處理技術(shù),會導(dǎo)致能耗增高并增加碳排放。另外,據(jù)研究表明,使用熏蒸劑會增加土壤中氧化亞氮(N2O)的排放。另一方面,土壤熏蒸操作需要使用大量的塑料薄膜。目前這些薄膜都是一次性的,熏蒸結(jié)束后如果處理不當(dāng),它們在土壤中降解為微塑料,可以在食物鏈中轉(zhuǎn)移和積累,威脅食品安全和潛在的人類健康,同時對土壤和水環(huán)境也會造成威脅[64-65]。

6 結(jié)論

土傳病害是限制農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要瓶頸,因其發(fā)生具有隱蔽性,因此防治較為困難。本文針對土傳病害的農(nóng)業(yè)、物理、生物、化學(xué)以及綜合防治技術(shù)做了系統(tǒng)分析。其中化學(xué)防治技術(shù)中主要依賴的是土壤熏蒸劑。古老熏蒸劑品種如氯化苦等面臨限用危機,新型的熏蒸劑品種如異硫氰酸烯丙酯、二甲基二硫、乙二腈和乙蒜素是具有應(yīng)用前景的溴甲烷替代品。熏蒸劑新劑型和施藥器械的不斷創(chuàng)新和發(fā)展提高了熏蒸劑的穩(wěn)定性,大幅度提升了藥劑在土壤中的分布均勻性。土壤熏蒸劑雖然對非靶標微生物造成一定影響,但是對有益微生物和碳氮循環(huán)等功能微生物的相對豐度具有促進作用,這有利于提高對土傳病害的防治效果。此外,我們也應(yīng)該正視土傳病害防治技術(shù)存在的不足,加大科研力度,尋找有效的解決方法,使土傳病害的防治更加便捷、經(jīng)濟、有效和環(huán)保。