臭氧水应用于温室土壤消毒的探究

臭氧水应用于温室土壤消毒的探究

 

        日光温室是我国北方特有的农业设施形式，因其造价较低且节约能源而得到了大面积的推广应用。由于日光温室相对封闭，常面临温湿度高、通风性较差等问题，使得病原微生物极易生存和繁殖，且土传病害病原菌的抗逆性高，存活力强。温室内作物连作生产，土壤中的植株残体及根系分泌物为病原物提供了丰富的营养和寄生载体，导致土壤环境恶化，土传病害严重，对温室土壤进行消毒具有重要意义。

 

        传统土壤消毒方式有物理消毒（如太阳能消毒、蒸汽消毒等）和化学消毒及生物防治等。但太阳能消毒不适宜太阳辐射少的地区，且效果局限于土壤表层。蒸汽消毒要求土温必须在70℃以上保持30min，对消毒温度及时间要求严格，消毒设备成本较高，装配难度大。利用化学农药进行土壤消毒是目前农户的首要选择，但长期使用农药会引起病原物产生抗药性和耐药性，而且农药超标使用导致的农药残留问题，将影响设施产品的商品性。生物熏蒸方式利用植物在有机质分解过程中释放出挥发性物质来抑制或杀死土壤中的有害生物，生物熏蒸剂作用的基本原理以及土壤和植物之间的关系仍有待研究。在有机农业新形势下，作物病害管理应做到“防控为主，治疗为辅”，进而实现园艺产品安全、高品质生产。

 

        臭氧水是臭氧部分溶于水后形成的具有广谱、高效杀菌作用的强氧化剂，常温下可还原为氧气，对环境不会产生污染，无残留毒性。臭氧水杀菌具有破坏微生物遗传物质、细胞膜、及生存所需酶和蛋白质等多种途径，相比杀菌原理单一的农药，可有效减少抗药性的产生。此外，随着经济社会的发展，人们对绿色有机概念的认识逐渐增强。臭氧不但能够降解土壤中的有机农药，还可以降低重金属离子的流动性从而减少重金属离子通过食物链在人体内的积累。将臭氧水用于温室内的土壤浇灌，预期可以达到杀菌消毒，防控病害的效果，具有广阔的应用前景。

 

        目前，关于利用臭氧水防治土传病害的研究多集中于病原菌的离体试验，已证实其对多种植物致病病原菌的杀灭或抑制作用。在盆栽条件下，浇灌臭氧水均可改善西瓜嫁接苗连作土壤的微生物群落结构，降低根结线虫的发病率，在一定程度上缓解西瓜的连作障碍，其中。ρ（O3）=1.5mg/L的臭氧水效果很为显著。当营养液中ρ（O3）=4.0mg/L时，对基质中线虫的灭杀率可达到88.3%。用不同浓度的臭氧水处理灰霉菌（Botrytis cinerea）、叶霉病菌（Fulvia fulva）以及瓜链格孢菌（Alternaria cucumerina），结果显示臭氧水处理组菌落及菌丝生长均得到抑制，其中ρ（O3）=2.5mg/L的臭氧水对菌丝的生长抑制作用很佳。臭氧杀灭营养液中3种植物病原菌所需的残余臭氧浓度与接触时间的研究结果表明，ρ（O3）=0.6mg/L，接触时间5min时，臭氧对10ⁿ（n=3）CFU/mL浓度黄瓜枯萎病、番茄枯萎病和10ⁿ（n=6）CFU/mL浓度十字花科软腐病的杀灭率均接近100%。说明臭氧水在一定程度上可以代替化学农药，用于植物病虫害的防治。

 

        相比传统农药或物理消毒方式，臭氧水浇灌土壤是一种简便易行的替代方式，但尚缺乏系统试验论证。本研究拟针对臭氧水应用于温室土壤消毒的浓度、灌溉周期以及深层土壤的消毒效果进行研究，以期为利用臭氧水防控温室内土传病害提供理论依据和指导。

 

        传统的土壤物理消毒方法消毒效果往往只停留在土壤表层。本研究检验了臭氧水对于土壤消毒的作用效果对土壤微生物的消减效果至少可达15~20cm的土层，可以覆盖番茄黄瓜等常见蔬菜作物的根际土壤，是一种有效的土壤消毒措施。臭氧难溶于水且极不稳定，出于对臭氧水使用安全和臭氧水制备难度方面的考虑，研究中设计了较低浓度臭氧水重复灌溉的试验。在此土壤条件下，本研究得到采用。ρ（O3）=5mg/L的臭氧水3次浇灌的杀菌效果显著高于。ρ（O3）=20mg/L的臭氧水浇灌1次效果的结果。与已有研究结论相似，即采用低浓臭氧水进行多次浇灌处理，浇灌次数的增加可以促进根结线虫的防治效果和作物的生长，实现更好的土传病害防治效果。由此可知，在生产中可采用低浓度臭氧水重复浇灌的方法，既可以降低作业难度，减少对工作人员和植物的伤害，又可以实现更好地土壤消毒效果。

低浓度3次浇灌和高浓度1次浇灌土壤中微生物数量

        在此土壤条件下，本研究结果显示ρ（O3）=20mg/L的高浓度臭氧水浇灌消减效果是很好的，除了间隔3d浇灌第60天真菌减退率和间隔7d浇灌第60天线虫减退率略低，其余均高于其他浓度处理。但臭氧水浓度过高可能破坏植物的根系，植物根系组织的修复能力难以抵抗高浓度臭氧水的胁迫伤害，从而出现高浓度臭氧水处理的植物生长量低于较低浓度臭氧水处理的现象。除间隔10d浇灌第30天和第60天对放线菌消减效果。ρ（O3）=

20mg/L区显著高于ρ（O3）=15mg/L区，其他并未出现显著性差异。同时，制备高浓度臭氧水所耗费电能多成本相对较高。综合考虑，选用ρ（O3）=10~15mg/L的臭氧水浇灌很适宜。而不同种类的微生物对浇灌时间间隔的反应不同，间隔7~10d浇灌，可达到更好的消减细菌、真菌和线虫效果，间隔3~7d浇灌可达到更好的放线菌消减效果。消减不同种类微生物的适宜浇灌间隔不同，与不同微生物的繁殖速度和生长曲线相关。综上，用ρ（O3）=10~15mg/L的臭氧水间隔7d浇灌1次，消毒效果较好，利用该制度进行臭氧水浇灌用于土壤消毒后60d内，仍可保持较好的杀菌消毒效果。

 

        从石灰氮和臭氧水对土壤细菌的杀灭情况看，对照组对土壤细菌的杀灭率比处理组的杀灭率低，分析认为这与浇灌臭氧水的pH有关。这可能是由于土壤中的细菌、真菌等微生物对pH4.0弱酸性水的耐受性比更低，因此用弱酸性的臭氧水浇灌土壤可以从微生物对弱酸环境耐受性低和臭氧的氧化杀菌两个方面来保证土壤消毒效果。此外，在原始土壤和臭氧水处理组土壤样品的测序结果中，本研究选择含量在1%以上的益生菌进行分析和比较。

 

        结果显示，原始土壤细菌含量总和为5.2%；处理组土壤细菌含量总和为7.4%。臭氧水处理提升了土壤中硝酸菌属和亚硝酸菌属2种硝化细菌的比例促进土壤消化作用，使土壤中芽孢杆菌比例增加提高作物的抗性。

 

        因此，在本试验的条件下，采用臭氧水灌溉温室土壤，用于防治土传病害有可行性。后续研究及应用仍需注意几方面问题：首先，应进行必要的具体的病害感染现场试验，以进一步验证臭氧水实际防治病害的效果；其次，臭氧水可以迅速杀灭病原微生物，但不具选择性，在应用中可能会造成有益微生物的减少，可适当的使用有益微生物菌剂或使用健康的有机肥，来提升土壤中有益菌数量。另外，臭氧水制备中产生的逸散臭氧可能会对环境产生污染，在后续实际应用中，可以在臭氧水制备设备的出气口安装含有催化剂的过滤网，将逸散臭氧迅速转化为氧气，从而减少臭氧逸散对人员和环境的伤害。

 

关键词:温室土壤消毒；臭氧水；土传病原菌；灭菌率；浇灌制度

中国农业大学学报2021，26（11）：189-199

张涵 郑亮 黄卓 宋卫堂 

（1.中国农业大学水利与土木工程学院，北京100083；

2.农业农村部设施农业工程重点实验室，北京100083