木醋液熏蒸对大棚土壤及西瓜生长的影响.pdf
中国农学通报 http:/www.casb.org.cn ChineseAgriculturalScienceBulletin 中国农学通报 2019,35(28):85-89 ChineseAgriculturalScienceBulletin 0 引言 土壤熏蒸是消除或减轻保护地连作障碍的技术措 施 之 一 。 溴 甲 烷 曾 广 泛 用 作 土 壤 熏 蒸 剂 , 但 由 于 对 臭 氧 层 的 破 坏 作 用 , 于2015 年 在 全 球 禁 止 使 用 , 寻 找 廉 价的替代品迫在眉睫 。 一些研究结果显示 , 氯化苦 、 棉 隆 、 威 百 亩 、 1,3- 二 氯 丙 烯 和 碘 甲 烷 等 均 具 有 替 代 溴 甲 烷 的 潜 力 , 但 也 存 在 效 果 不 稳 定 、 成 本 高 、 残 留 等 诸 多 问题 1-4 。 木 醋 液 是 生 物 质 干 馏 的 副 产 物 , 组 成 成 分 十 分 复 杂 , 呈 强 酸 性 , 主 要 是 小 分 子 的 有 机 酸 、 醇 、 酚 、 酮 基金项目 : 国家十三五重点研发项目 “ 河套平原盐碱地生态治理关键技术研究与集成示范 ” (2016YFC0501306-02) 。 第 一 作 者 简 介 : 张 文 丽 , 女 , 1995 年 出 生 , 山 西 长 治 人 , 硕 士 研 究 生 , 研 究 方 向 : 土 壤 生 物 学 过 程 与 生 态 健 康 。 通 信 地 址 : 100193 北 京 市 海 淀 区 圆 明 园 西路2 号 中国农业大学资源与环境学院 , Tel : 010-62734285 , E-mail : 1255471522qq.com 。 通 讯 作 者 : 林 启 美 , 男 , 1961 年 出 生 , 湖 北 武 穴 人 , 教 授 , 博 士 , 研 究 方 向 : 土 壤 生 物 与 生 物 过 程 。 通 信 地 址 : 100193 北 京 市 海 淀 区 圆 明 园 西 路2 号 中 国 农业大学资源与环境学院 , Tel : 010-62734285 , E-mail : linqmcau.edu.cn 。 收稿日期 : 2018-05-10 , 修回日期 : 2018-09-17 。 木醋液熏蒸对大棚土壤及西瓜生长的影响 张文丽 1 , 范 丽 1,2 , 林启美 1 , 李贵桐 1 , 赵小蓉 1 ( 1 中国农业大学资源与环境学院 , 北京100193 ; 2 成都土壤肥料测试中心 , 成都610041 ) 摘 要 : 木 醋 液 是 生 物 质 热 裂 解 过 程 中 的 烟 气 液 化 而 形 成 的 液 体 , 作 为 土 壤 熏 蒸 剂 的 作 用 与 效 果 目 前 还 没有数据 。 本研究将不同量木醋液喷施 于大棚土壤 , 并以溴甲烷为对照 , 观测其抑菌作用及其对西瓜 生 长 的 影 响 。 结 果 表 明 : 喷 施7503000kg/hm 2 木 醋 液 , 土 壤pH 值 降 低 了0.100.31 个 单 位 , 矿 质 氮 无 显 著 的 变 化 , 可 培 养 细 菌 、 真 菌 和 放 线 菌 分 别 提 高 了101%132% 、 38%204% 和10%58% , 而 镰 孢 菌 和 疫 霉 菌 分 别 降 低 了64%316% 和12%38% 。 比 起 溴 甲 烷 , 木 醋 液 尽 管 对 土 壤 微 生 物 区 系 的 负 面 影 响 很 小 , 但杀灭病原菌的作用不仅很 微弱 , 且时效也很短 ; 还可能抑制土壤有机氮矿化 , 降低土壤矿质氮含量 , 施 用量过大会降低西瓜产量 , 显然 , 木醋液作为设施大棚土壤熏蒸剂的价值很低 。 关键词 : 木醋液 ; 土壤熏蒸 ; 大棚 ; 西瓜 ; 镰孢菌 ; 疫霉菌 中图分类号 : S472 文献标志码 : A 论文编号 : casb18050045 Fumigation with Wood Vinegar: Effects on Soil and Watermelon Growth in Greenhouse Zhang Wenli 1 , Fan Li 1 , 2 , Lin Qimei 1 , Li Guitong 1 , Zhao Xiaorong 1 ( 1 College of Resources and Environment Sciences , China Agricultural University , Beijing 100193; 2 Chengdu Soil Fertilizer Testing Center , Chengdu 610041) Abstract: Wood vinegar is a substance formed from the liquefaction of flue gas during biomass pyrolysis process. Currently, there is no data about the roles of wood vinegar as a soil fumigant. We sprayed different volumes of wood vinegar on soil in greenhouse, took methyl bromide as a control to observe its antibacterial activity and effect on watermelon growth. The results showed that: soil pH value reduced by 0 . 10 - 0. 31 units, while mineral nitrogen had no significant change with spraying 750- 3000 kg/hm 2 wood vinegar; in addition, the amounts of culturable bacteria, fungi and actinomycetes increased by 101%- 132% , 38 %- 204 % and 10%- 58% ; both Fusarium and Phytophthora are reduced by 64 %- 316 % and 12 %- 38% , respectively. Compared with methyl bromide, wood vinegar had weaker and shorter impacts on pathogens though having less negative effect on soil microflora; moreover, nitrogen mineralization might be partially inhibited and thus induced low content of soil mineral nitrogen; spraying too much wood vinegar would reduce the yield of watermelon. In conclusion, wood vinegar has a low value as a fumigant in the greenhouse soil. Keywords: wood vinegar; soil fumigant; greenhouse; watermelon; fusarium; phytophthora中国农学通报 http:/www.casb.org.cn 类 物 质 , 其 中 乙 酸 含 量 最 高 5 。 纯 培 养 和 叶 面 喷 施 试 验 结 果 显 示 , 木 醋 液 具 有 灭 菌 和 调 节 土 壤 微 生 物 群 落 结 构 的 作 用 , 还 有 除 草 的 功 效 , 对 植 物 生 长 有 一 定 的 促 进 作 用 6-10 , 还 能 够 改 良 盐 碱 土 11-12 。 有 研 究 表 明 , 可 以 用 适 当 浓 度 的 木 醋 液 代 替 硝 酸 来 调 节 营 养 液 的 pH 值 , 且 对 生 菜 的 生 长 没 有 显 著 影 响 13 , 而 且 可 以 杀 死 红 螨 14 。 另 外 , 木 醋 液 作 为 添 加 剂 可 以 提 高 堆 肥 质 量 、 降 低 重 金 属 毒 性 15 。 但 是 , 木 醋 液 作 为 土 壤 熏 蒸 剂 的 作 用 与 效 果 如 何 , 目 前 还 没 有 研 究 。 因 此 , 本 研 究 将 不 同 用 量 木 醋 液 喷 施 于 设 施 菜 田 , 观 测 其 抑 菌 作 用 与 效 果 以 及 对 西 瓜 生 长 的 影 响 , 笔 者 假 设 木 醋 液 熏 蒸 能 够 杀 灭 设 施 菜 田 土 壤 病 原 菌 , 也 有 利 于 西 瓜 生 长 , 但 其 效 果 与 使 用 量 有 关 , 可 替 代 或 部 分 替 代 溴 甲 烷 。 以 期 了 解 木 醋 液 熏 蒸 对 土 壤 微 生 物 区 系 尤 其 是 主 要 病 原 菌 数 量 的 影 响 , 进 一 步 评 价 木 醋 液 作 为 设 施 菜 田 土 壤 熏 蒸 剂 的 潜 力 与 价 值 , 并 寻 找 合 适 的 用 量 。 1 材料与方法 1.1 试验时间 、 地点 大 棚 试 验 于2016 年8 月 2017 年2 月 初 在 北 京 市 顺义区北务镇康一品农产品物流有限公司生产基地温 室大棚内进行 , 单个大棚面积420m 2 。 1.2 试验材料 1.2.1 土 壤 砂 壤 质 潮 土 , pH7.17 , 有 机 质32.48g/kg , 全 氮1.02g/kg , 有 效 磷96.40mg/kg , 有 效 钾128.16mg/kg 。 1.2.2 木醋液和溴甲烷 木醋液购自北京大兴区魏善庄 李 家 场 村 生 物 质 气 化 站 , 是 木 材 、 果 枝 和 蘑 菇 棒450 慢 速 裂 解 的 产 物 , pH 4.2 , C 、 N 、 P 全 量 浓 度 分 别 为 20.79g/L 、 0.26g/L 、 15mg/L 。 溴 甲 烷 购 买 自 北 京 捷 西 农业科技有限公司 。 1.3 试验方法 1.3.1 大 棚 熏 蒸 试 验 试 验 设5 个 处 理 , 分 别 为 : (1 ) 不 熏 蒸 对 照(CK) , (2 ) 木 醋 液750kg/hm 2 ( 木50 ) , (3 ) 木 醋 液1500 kg/hm 2 ( 木100 ) , (4 ) 木 醋 液3000 kg/hm 2 ( 木 200 ) , (5 ) 溴 甲 烷450 kg/hm 2 (MB) 。 随 机 区 组 设 计 , 埋 入塑料布将各小区隔开 , 以减少熏蒸剂扩散的影响 。 耕 地 后 , 表 施 有 机 肥 (N 、 P 、 K 含 量 分 别 为17.49 、 9.21 、 19.26g/kg ) , 用 量 为1800kg/hm 2 。 木 醋 液 均 匀 喷 施于地表 , 溴甲烷条施 , 立即覆盖塑料地膜进行熏蒸处 理 。10 天 后 揭 膜 , 用 土 钻 随 机 多 点 (10 钻 ) 从 各 小 区 立 即 采 集020cm 土 层 土 壤 , 测 定pH 值 、 矿 质 氮 、 细 菌 、 真 菌 、 放 线 菌 、 镰 孢 菌 、 疫 霉 菌 数 量 。1 周 后 移 栽 京 秀 西 瓜 幼 苗 , 收 获 测 定 西 瓜 产 量 , 并 分 别 在 熏 蒸 后 第25 天 和51 天采 集020cm 土层 土壤 , 测定pH 值 、 矿质 氮 、 细 菌 、 真菌 、 放线菌 、 镰孢菌 、 疫霉菌数量 。 1.3.2 测 定 方 法 土 壤pH 值 用2.5:1 水 土 比 浸 提SPM- 10 数 字 式pH 计 测 定 。 矿 质 氮 ( 铵 态 氮+ 硝 态 氮 ) 含 量 用0.5 mol/L 的K2SO4 浸 提 流 动 分 析 仪 测 定 。 土 壤 细 菌 、 真菌和放线菌数量用稀释平板计数法测定 , 细菌用 牛肉膏蛋白胨培养基 , 真菌用马丁氏培养基 , 放线菌用 高 氏 一 号 培 养 基 16 。 镰 孢 菌( Fusariumspp.) 用Komada 方法 17 , 疫霉菌属(Phytophthoraspp.)用Masago 方法 18 。 1.3.3 统 计 分 析 所 有 数 据 均 为3 次 重 复 的 算 术 平 均 值 , 用 烘 干 土 壤 质 量 表 示 。 西 瓜 产 量 用 单 位 面 积 西 瓜 新鲜质量表示 。 用单因素方差分析方法检验各处理之 间 的 显 著 性 差 异 , 用 最 小 显 著 差 异(LSD0.05) 表 示95% 置 信度的显著性差异 。 2 结果与分析 2.1 土壤pH 值和矿质氮含量 木 醋 液 熏 蒸 后 , 土 壤pH 值 显 著 降 低 了0.100.31 个 单 位 , 木 醋 液 用 量 越 大 , 土 壤pH 值 降 低 的 幅 度 越 大 ( 见 图1a ) 。 木 醋 液 为 酸 性 , 这 显 然 是 木 醋 液 的 中 和 效 应 , 但 随 着 中 和 效 应 减 弱 , 木 醋 液 的 有 机 酸 物 质 被 图 1 木醋液和溴甲烷熏蒸后西瓜生长期间土壤 pH 值和矿质氮含量的变化 值 熏 蒸 后 时 间 木 木 木 矿 质 氮 熏 蒸 后 时 间 矿 质 氮 木 木 木 86微 生 物 分 解 , 土 壤pH 值 有 所 升 高 。 令 人 费 解 的 是 喷 施750 kg/hm 2 ( 木50 ) 处 理 , 在25 天 时 土 壤pH 值 降 低 到pH 6.37 , 目 前 还 没 有 合 理 的 解 释 , 可 能 与 喷 施 的 木 醋 液 数 量 以 及 西 瓜 生 长 等 有 关 。 与 之 不 同 , 溴 甲 烷 熏 蒸 后 , 土 壤pH 值 升 高 了0.120.31 个 单 位 。 这 种 现 象 目 前 还 没 有 合 理 的 解 释 , 可 能 与 土 壤 微 生 物 群 落 结 构 改 变 有 关 , 这 种 变 化 可 能 导 致 有 机 物 质 分 解 过 程 中 质 子的释放与消耗 。 无 论 是 木 醋 液 还 是 溴 甲 烷 熏 蒸 处 理 的 土 壤 , 其 矿 物 质 氮 含 量 与 对 照 十 分 接 近 , 说 明 熏 蒸 处 理 对 土 壤 矿 质 氮 含 量 没 有 显 著 的 直 接 的 影 响 ( 见 图1b ) 。 但 是 , 在 试 验 结 束 时 , 溴 甲 烷 熏 蒸 处 理(MB) 和 对 照 土 壤(CK) 矿 质 氮 含 量 相 近 , 比 木 醋 液 熏 蒸 处 理 的 土 壤 高48% 82% 。 这 可 能 是 由 于 熏 蒸 结 束 以 后 , 木 醋 液 处 理 的 土 壤微生物活性仍然很低 , 土壤有机氮矿化作用比较弱 ; 而 溴 甲 烷 熏 蒸 的 土 壤 微 生 物 逐 渐 恢 复 活 力 , 土 壤 有 机 氮 矿 化 作 用 逐 渐 增 强 , 以 致 熏 蒸 结 束 约20 天 , 土 壤 矿 质氮含量逐渐升高 , 并达到未熏蒸土壤水平 。 2.2 土壤可培养微生物 木 醋 液 熏 蒸10 天 , 土 壤 细 菌 ( 见 图2a ) 、 真 菌 ( 见 图 2b ) 和 放 线 菌 ( 见 图2c ) 的 数 量 , 分 别 比 对 照 土 壤 增 加 了101%132% 、 38%204% 和10%58% , 并 且 在 西 瓜 生 长 期 间 , 土 壤 可 培 养 微 生 物 也 比 较 多 。 溴 甲 烷 熏 蒸 的 土 壤 , 真 菌 几 乎 没 有 , 并 且 在 西 瓜 生 长 期 仍 然 很 低 ( 见 图2b ) ; 而 细 菌 和 放 线 菌 比 较 多 , 如 熏 蒸10 天 后 , 土 壤 细 菌 含 量 达2.110 8 cfu/g , 比 对 照 土 壤 高966% ( 见 图 2c ) 。 这 说 明 溴 甲 烷 熏 蒸 基 本 杀 灭 了 土 壤 真 菌 , 恢 复 需 要比较长的时间 , 但有利于细菌和放线菌生长 ; 而木醋 液 不 仅 没 有 杀 灭 土 壤 中 可 培 养 的 微 生 物 , 而 且 可 作 为 土壤微生物的基质 , 有利于微生物生长繁殖 。 2.3 镰孢菌和疫霉菌 无 论 是 木 醋 液 还 是 溴 甲 烷 熏 蒸 , 均 显 著 地 降 低 了 土 壤 镰 孢 菌 ( 见 图3a ) 和 疫 霉 菌 数 量 ( 见 图3a ) , 尤 其 是 溴 甲 烷 熏 蒸 的 土 壤 , 几 乎 检 测 不 到 这2 种 病 原 真 菌 , 并 且在西瓜生长期间仍然保持很低的水平 。这体现出溴 甲烷强烈的杀灭病原真菌的作用与效果 。木醋液熏蒸 的 土 壤 , 其 镰 孢 菌 和 疫 霉 菌 数 量 比 对 照 土 壤 分 别 降 低 了64%316% 和12%38% 。 对 于 镰 孢 菌 来 说 , 木 醋 液 用量越大 , 其杀灭镰孢菌的效果越好 ; 而疫霉菌的杀灭 效 果 与 木 醋 液 用 量 没 有 显 著 的 关 系 。 但 是 , 木 醋 液 熏 图 2 木醋液和溴甲烷熏蒸后土壤细菌 、 真菌和放线菌在西瓜生长期间的变化 细 菌 熏 蒸 后 时 间 细 菌 木 木 木 真 菌 熏 蒸 后 时 间 真 菌 木 木 木 放 线 菌 熏 蒸 后 时 间 放 线 菌 木 木 木 张 文 丽 等 : 木 醋 液 熏 蒸 对 大 棚 土 壤 及 西 瓜 生 长 的 影 响 87中国农学通报 http:/www.casb.org.cn 蒸结束后 , 土壤镰孢菌和疫霉菌数量迅速增加 , 有些处 理 甚 至 超 过 对 照 水 平 。 其 中 木 醋 液750kg/hm 2 ( 木50 ) 处 理 的 土 壤 镰 孢 菌 含 量 在25 天 时 比 对 照 土 壤 高 89% 。 木 醋 液1500kg/hm 2 ( 木100 ) 处 理25 天 后 , 土 壤 疫 霉 菌 数 量 比 对 照 土 壤 高36% , 到 试 验 结 束 时 , 仍 然 比 对 照土壤高 。 这说明木醋液尽管具有一定的杀灭镰孢菌 和 疫 霉 菌 的 作 用 , 但 效 果 很 有 限 , 而 且 时 效 也 比 较 短 。 2.4 西瓜产量 由于移栽比较晚 , 夏季大棚温度比较高 , 致使西瓜 遭 受 高 温 危 害 , 产 量 比 常 规 大 棚 低 。 但 图4 的 结 果 显 示 , 溴 甲 烷 熏 蒸 处 理 的 西 瓜 产 量 比 对 照 提 高 了18% , 而 喷 施 木 醋 液3000kg/hm 2 ( 木200 ) 处 理 西 瓜 产 量 不 到 对 照 的 一 半 。 这 说 明 溴 甲 烷 熏 蒸 可 以 提 高 西 瓜 产 量 , 而 喷 施 少 量 木 醋 液 对 西 瓜 产 量 没 有 显 著 的 影 响 , 但 喷 施 过 多 产 生 负 面 效 应 。 其 原 因 可 能 是 木 醋 液 用 量 过 大 时 , 抑 制 作 用 增 强 , 破 坏 了 土 壤 的 生 态 平 衡 , 导 致 土 壤 养分失衡 , 所以对西瓜产生了负面影响 。 3 讨论与结论 连 作 障 碍 是 限 制 设 施 果 蔬 生 产 的 重 要 因 素 之 一 , 其中土传病害最为严重 。 镰孢菌和疫霉菌是影响西瓜 等 瓜 类 生 长 重 要 的 土 传 病 原 菌 , 常 常 导 致 瓜 类 生 产 严 重损失 19-20 。土传病害非常难以防治 , 土壤灭菌是最常 用 而 有 效 的 方 法 之 一 21 。 土 壤 灭 菌 方 法 有 多 种 , 包 括 物 理 22 、 化 学 23 和 生 物 学 24 等 25 , 在 一 定 程 度 上 均 可 杀 死 土 传 病 菌 , 降 低 其 病 原 菌 指 数 。 但 主 要 是 由 于 其 成 本 、 可 操 作 性 、 安 全 性 及 其 灭 菌 效 果 , 利 用 化 学 药 剂 进 行 土 壤 熏 蒸 显 得 快 速 、 简 便 且 有 效 26 , 发 达 国 家20 世 纪 中 期 就 已 经 大 量 使 用 , 中 国 改 革 开 放 后 才 引 进 相 关 技 术 , 近10 多 年 才 在 一 些 地 区 应 用 27-29 。 溴 甲 烷 曾 经 是 广 泛 施 用 而 极 其 有 效 的 化 学 熏 蒸 剂 之 一 , 但 由 于 其 对臭氧层的破坏作用 , 全球已经禁止使用 30-31 。尽管氯 化 苦 、 棉 隆 、 威 百 亩 、 1,3- 二 氯 丙 烯 和 碘 甲 烷 等 具 有 良 好 的 潜 力 , 但 目 前 还 没 有 非 常 合 适 的 溴 甲 烷 替 代 品 32-33 , 寻找廉价的 、 多功能的 、 低负面效应的新型熏蒸 剂仍然很有必要 。 本 研 究 结 果 显 示 , 木 醋 液 熏 蒸 处 理 对 土 壤 可 培 养 微 生 物 区 系 有 正 面 影 响 , 也 能 够 显 著 降 低 镰 孢 菌 和 疫 霉菌数量 , 但比起溴甲烷的杀灭作用 , 木醋液杀灭病原 菌的作用不仅很微弱 , 而且时效也很短 ; 还可能抑制土 壤有机氮矿化 , 降低土壤矿质氮含量 , 施用量过大还会 降 低 西 瓜 产 量 。 所 以 , 木 醋 液 不 能 作 为 设 施 大 棚 土 壤 熏蒸剂 。 参考文献 1 李 景 锁, 刘 海 河. 氯 化 苦 防 治 麻 山 药 土 传 病 害 新 技 术J. 营 销 界( 农 资与市场),2017(13):106. 2 范 昆, 王 开 运, 夏 晓 明, 等. 溴 甲 烷 土 壤 消 毒 替 代 品 的 研 究 进 展J. 图 3 加入木醋液和溴甲烷熏蒸熏蒸后西瓜生长期间土壤镰孢菌和疫霉菌数量的变化 镰 孢 菌 数 量 熏 蒸 后 时 间 镰 孢 菌 木 木 木 疫 霉 菌 数 量 熏 蒸 后 时 间 疫 霉 菌 木 木 木 图中小写字母表示不同处理之间的显著性差异 , P0.05 图 4 加入木醋液和溴甲烷熏蒸处理的西瓜产量 木 木 木 处 理 产 量 88世界农药,2006,28(2):45-48,50. 3 王 惟 萍, 石 延 霞, 赵 一 杰, 等. 土 壤 环 境 条 件 对 威 百 亩 熏 蒸 防 治 黄 瓜 枯萎病的影响J. 植物保护学报,2017,44(1):159-167. 4 张 超, 卜 东 欣, 张 鑫, 等. 棉 隆 对 辣 椒 疫 霉 病 的 防 效 及 对 土 壤 微 生 物 群落的影响J. 植物保护学报,2015,42(5):834-840. 5 朴 哲, 闫 吉 昌, 崔 香 兰, 等. 木 醋 液 的 精 制 及 有 机 成 分 研 究J. 林 产 化学与工业,2003,23(2):17-20. 6 程 虎. 木 醋 液 对 碱 性 土 壤 微 生 物 数 量 及 酶 活 性 的 影 响J. 中 国 环 境科学,2017,37(2):696-701. 7 崔义, 王海英, 方娇阳, 等. 木醋液及 其复配精 油的杀虫 活性分析J. 广东化工,2016,43(6):24-25. 8 潘 洋. 木 醋 液 在 农 业 生 产 中 的 应 用 研 究 进 展J. 现 代 园 艺,2017 (21):34. 9 杜 相 革, 史 咏 竹. 木 醋 液 及 其 主 要 成 分 对 土 壤 微 生 物 数 量 影 响 的 研究J. 中国农学通报,2004,20(2):59. 10 易 允 喻. 苦 杏 壳 木 醋 液 最 小 抑 菌 浓 度 及 其 抑 菌 活 性 的 稳 定 性J. 西北林学院学报,2014,29(6):127-131. 11 张 亚 兰. 木 醋 液 对 盐 碱 土 改 良 效 果 研 究J. 中 国 农 机 化 学 报,2014, 35(6):292-295. 12 范 春 丽, 雷 志 华, 曲 金 柱. 灌 施 石 榴 皮 木 醋 液 对 盐 碱 地 土 壤 性 质 及 石榴果实品质的影响J. 中国南方果树,2018,47(1):97-100,103. 13 Chen J, Wu J H, Si H P, et al. 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