RSD防控设施土壤和蔬菜连作障碍机制及应用的研究进展_王广印.pdf

河南农业科学，2023，52（1）：110Journal of Henan Agricultural Sciencesdoi：10.15933/ki.10043268.2023.01.001RSD防控设施土壤和蔬菜连作障碍机制及应用的研究进展王广印1，郭卫丽1，陈碧华1，潘飞飞1，黄新琦2，3，蔡祖聪2，3，周建华4，顾桂兰5（1.河南科技学院 园艺园林学院/河南省园艺植物资源利用与种质创新工程研究中心，河南 新乡 453003；2.南京师范大学 地理科学学院，江苏 南京 210023；3.云南丽然农业科技发展有限公司，云南 红河 662200；4.郑州市蔬菜研究所，河南 郑州 450015；5.濮阳市农林科学院，河南 濮阳 457000）摘要：强还原土壤灭菌法（Reductive soil disinfestation，RSD）作为一种环境友好型方法，能够杀灭土传病原菌并改善土壤理化性质，已成功用于设施土壤和蔬菜连作障碍防控。为给RSD防控土壤连作障碍的机制与应用研究提供理论参考，综述了RSD防控土壤连作障碍机制研究进展，介绍了近年来RSD在设施土壤与蔬菜生产方面的具体应用，并对今后RSD的研究与应用进行了展望。关键词：强还原土壤灭菌法；设施土壤；连作障碍；有机物料；土传病害中图分类号：S62；S156；S436文献标志码：A文章编号：1004-3268（2023）01-0001-10收稿日期：2022-10-09基金项目：河南省大宗蔬菜产业技术体系建设项目（S2010-03-G04）；河南省科技攻关重点项目（112102110023）；2021年河南省重点研发与推广专项（212102110433）作者简介：王广印（1962-），男，陕西蒲城人，教授，主要从事蔬菜栽培生理生态研究。E-mail：Research Progress on Mechanism and Application of Reductive SoilDisinfection（RSD）in Prevention and Control of ContinuousCropping Obstacles of Facility Soil and VegetableWANG Guangyin1，GUO Weili1，CHEN Bihua1，PAN Feifei1，HUANG Xinqi2，3，CAI Zucong2，3，ZHOU Jianhua4，GU Guilan5（1.School of Horticulture Landscape Architecture，Henan Institute of Science and Technology/Henan Horticultural PlantResources Utilization and Germplasm Innovation Engineering Research Center，Xinxiang 453003，China；2.School ofGeography Science，Nanjing Normal University，Nanjing 210023，China；3.Yunnan Liran Agricultural TechnologyDevelopment Co.，Ltd.，Honghe 662200，China；4.Zhengzhou Vegetable Research Institute，Zhengzhou 450015，China；5.Puyang Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Puyang 457000，China）Abstract：Reductive soil disinfestation（RSD）is an environmentfriendly method，which has thecharacteristics of inhibiting soilborne pathogens and improving soil physicochemical properties.It hasbeen successfully applied to prevent and control the continuous cropping obstacle in facility soil andvegetable production.In order to provide theoretical reference for the mechanism and application study ofRSD to prevent and control soil continuous cropping obstacles，this paper summarizes the mechanismresearch progress of RSD to prevent and control soil continuous cropping obstacle，introduces the specificapplication of RSD in facility soil and vegetable production in recent years，and prospects the futureresearch and application of RSD.Key words：Reductive soil disinfestation（RSD）；Facility soil；Continuous cropping obstacle；Organicmaterial；Soil borne disease河南农业科学第 52 卷20世纪末至 21世纪初，随着设施蔬菜的专业化和规模化发展，连作障碍问题凸显1。近些年来，虽然研发了一系列蔬菜连作障碍（或土壤障碍）综合防控技术与策略，并在产业中应用12，但由于蔬菜生产高度专业化和集约化带来化肥和农药等大量投入，而有机肥投入下降，不合理施肥造成的土壤酸化、次生盐渍化、土传病害等连作障碍问题仍然频发和没有根本解决，亟待创新栽培模式3。蔬菜连作障碍是指同一块地连续栽培同种或同科蔬菜，在正常管理下发生蔬菜生长势变弱、产量降低、品质下降、土传病害加重和土壤养分亏缺等不良现象45。一般认为，连作障碍是自毒作用、土传病原菌积累、土壤微生物区系变化、土壤养分不平衡及土壤理化性状变化（包括板结、次生盐渍化和酸化）等多因素综合作用的结果2，4。近些年来，我国在防控设施土壤和蔬菜连作障碍及土传病害方面采取了很多措施，主要包括物理措施、化学措施、生物措施、抗性品种应用及嫁接等510。其中，物理措施包括高温闷棚、轮作倒茬、增施有机肥、灌溉洗盐、短期淹水、种植填闲作物和水旱轮作等；化学措施包括土壤化学药剂熏蒸和施用石灰等；生物措施主要是施用微生物菌肥或生物有机肥、生物拮抗菌剂等；抗性品种应用及嫁接措施主要是选用抗性品种和嫁接换根栽培。目前，生产上常用的这些方法和技术措施大多是为了抑制土传病原菌生长、降低酸化和提高有机质含量等，均取得了一定的防治或缓解连作障碍的效果。但这些方法作用比较单一，且均有局限性，不能彻底改变土壤微生物的生长环境，无法从根本上修复退化蔬菜地土壤，尤其是不能解决多因素造成的土壤连作障碍问题。例如，高温闷棚处理效果较差；轮作倒茬在设施蔬菜生产中也较难做到；土壤化学药剂灭菌只能杀灭病原菌，不能改善土壤的理化性状，而且可能杀灭有益微生物；生物有机肥或生防菌施用见效慢、效果不稳定1011；应用抗性品种或嫁接，是目前较为普遍的有效防控措施，但只能在短期内抵御土传病原菌的侵害，长期应用存在严重的远期风险（如存在病原菌不断积累的风险）1011。可见，目前生产中，只有上述多项技术并举，或创新突破性的技术或模式，才能取得理想的连作障碍防控效果。近10 a来，针对设施土壤连作障碍综合防控效果不理想的状况，国内逐渐发展与创新了强还原土壤灭菌法（Reductive soil disinfestation，RSD）58，11。实践证明，RSD是一种防治土传病害和消除连作障碍的较好的新方法。因此，拟重点综述RSD防控设施土壤与蔬菜连作障碍机制及应用的研究与进展，以期为RSD的应用提供理论依据。1RSD简介及技术特点RSD是一种作物种植前的土壤处理方法3，5，7，即在发生连作障碍和土传病害的土壤中，添加大量的易分解有机物料（碳源），通过灌溉土壤至水分饱和、覆盖塑料薄膜或淹水阻隔与大气的气体交换，创造土壤强还原（厌氧）环境，短期内快速杀灭土传病原菌，并消减连作障碍危害6，1213。21世纪初期，RSD在日本、荷兰和美国等国较早得到研究与推广应用7，13。我国科学工作者也在2010年起开始了RSD处理土壤的系统研究68，1317，取得了明显杀菌和改良退化土壤的效果68，11，1317。近几年来，随着研究的不断广泛和深入，以及RSD成功应用于防控设施土壤和蔬菜土传病害和连作障碍中6，9，1824，RSD已成为一种广谱、高效和环保型土壤处理新技术。RSD不同于传统的单纯淹水、高温闷棚和施用有机肥等技术措施，其具有速效、处理时间短、要求温度不高、有机物料来源广泛、环保无污染、作用广谱、高效等优点5，7。因此，RSD必将在快速、有效改良退化土壤8和克服连作障碍中发挥重要作用。2RSD防控设施土壤及蔬菜连作障碍的机制研究与进展2.1RSD处理土壤对土传病原菌的影响土 传 病 害 是 公 认 的 作 物 连 作 障 碍 主 要 因子4，12，25。国内外学者对RSD处理的杀菌作用研究较多，室内试验和田间试验都证明RSD处理能有效杀灭土壤中的多种土传病原菌12，1617，2630。关于RSD的杀菌机制，尤其是国内学者做了深入 的 探 讨，研 究 与 进 展 主 要 涉 及 以 下 几 个 方面7，1114，26，31。2.1.1厌氧环境抑菌RSD 处理土壤造成的厌氧环境即能杀灭好氧病原菌。黄新琦等17指出，在RSD淹水处理的同时添加有机物料及覆膜，形成土壤的厌氧环境即能杀灭好氧病原菌，而且许多土壤厌氧微生物在厌氧环境中分解有机质能产生大量对病原菌具有毒害作用的代谢产物，如氨、甲烷、有机酸和硫化氢等。2.1.2土壤高pH值抑菌RSD处理能显著提高酸2第 1 期化土壤的 pH 值3，6，89，12，15，2224，3238。在 RSD 处理中淹水并添加大量易分解有机物料，创造了剧烈的土壤强还原条件，土壤中的NO3-（硝酸根）和SO42-（硫酸根）等氧化态物质也被还原，消耗了大量的+（氢离子），从而提高了土壤pH值31，39。土壤pH值与尖孢镰刀菌数量呈显著负相关关系31，39，因此，提高土壤pH值即可抑制病原菌12。2.1.3有机酸对土传病原菌的抑制作用利用有机碳源进行的RSD处理过程中，在缺氧或厌氧条件下，微生物分解有机物料能产生挥发性有机酸，尤其是乙酸和丁酸等，对杀菌有重要作用11，33，3940，尤其能对尖孢镰刀菌、立枯丝核菌和青枯菌等具有熏杀作用33。常亚锋19的平板试验结果也表明，有机酸能够有效抑制土传病原真菌的菌丝生长，且具有种类和浓度效应；随着有机酸浓度的增加，其对病原菌的抑制效果逐渐增强；同时，随着有机酸种类的变化，其对病原菌的抑制效果也产生一些差异。2.1.4有害气体对土传病原菌的抑制作用在RSD处理土壤过程中，有机物料被矿质化，土壤和有机质（如秸秆等）中的有机氮经氨化作用（厌氧氨化），被异化还原成 NH4+（氨根离子），使土壤中的NH4+大量增加，且土壤中的 SO42-和 NO3-也被强还原，从而使土壤中挥发出来的NH3（氨气）、H2S（硫化氢）和N2O（氧化亚氮）等气体大量增加31，而这些气体对土传病原菌（如尖孢镰刀菌等）有明显的毒害（杀菌、抑制）作用5，7，11，33，41。强还原处理可有效降低SO42-含量，而SO42-与尖孢镰刀菌呈正相关关系，因此，土壤SO42-还原是驱动尖孢镰刀菌减少的主要因子39。