低浓度乙醇消毒技术在设施土壤消毒领域的发展动态和展望

李国铭，周清

（中国农业大学农业部设施农业生物环境工程重点开放实验室，北京，100083）

近10a来，随着我国农业生产和农村经济的迅速发展，保护地栽培作为一项现代农业生产措施得到了极大推广。全国设施栽培面积已达350万hm2，其中设施蔬菜栽培面积约为335万hm2[1]。随着设施栽培面积的扩大和连作重茬，土传病害的发生也呈逐年加重趋势，通常栽种3～5a后，一般设施作物的产量和品质都会受到严重的影响，一般减产20%～40%，严重的将减产60%以上，甚至绝收[2]。

土壤消毒是解决土传病害的常见方法。通常采用的土壤消毒剂是化学消毒剂，优点是高效，但残留严重，用药量逐年增加，严重的还会造成设施蔬菜的食品安全问题，近年来有关设施土壤消毒造成的食品安全问题时有报道。虽然利用化学法对土壤首次消毒时效果最佳，但是消毒过后大量消毒剂残留在土壤当中，使土壤中的病虫害产生了抗药性，当有了抗药性的病虫害再次为害设施作物时，就需要施用更大剂量的药剂来防治，如此恶性循环，作物的化学药剂残留就会大大增加，同时这种化学药剂残留还会污染地下水质、为害空气质量[3]，而这些都已经成为制约设施栽培产量和设施农产品安全的突出问题。

低浓度乙醇消毒技术是现代土壤消毒技术中比较重要的一项技术，相比于其他物理和化学消毒技术，这种技术具有成本低、低残留、节能高效、无污染等优点，非常适于大面积推广应用。本文在比较了化学和物理常见消毒方法的基础上，对低浓度乙醇消毒技术的发展优势及意义、发展动态及存在的问题和应用前景进行了简要阐述。

1 低浓度乙醇消毒技术的发展优势及意义

由于土传病害的日趋严重，加之土传病害类型不一，人们对不同类型的土传病害的防治方法有不同的需求，这对土壤消毒领域提出了严峻的考验。随着人们对土传病害类型研究的不断深入和科技的不断进步，国内外土壤消毒方法也因此能够不断进步和发展，呈现多样化。目前比较常见的土壤消毒技术主要分为三类，即物理消毒技术、化学消毒技术和生物消毒技术，各类消毒技术都分别有不同的优缺点。

1.1 各类消毒方法优缺点比较

化学消毒技术是一种通过往土壤内添加化学药剂从而达到消毒效果的技术，化学药剂主要有溴甲烷、碘甲烷、氯化苦、1，3-二氯丙烯等；物理消毒技术是一种通过对土壤加温灼烧从而达到消毒效果的技术，主要方法有蒸汽消毒、热水消毒、太阳能消毒等；生物消毒技术是一种利用土壤中微生物发生化学反应过程产生的挥发性气体或者有机酸达到消毒效果的技术，主要有生物熏蒸消毒、低浓度乙醇消毒方法[4]。

本文对各类消毒技术的优缺点做了比较和分析，具体如表1所示。由表1可知，虽然化学消毒方法对土壤具有较为高效、彻底的消毒效果，但是存在严重的残留，造成食品安全问题，而且化学药剂也可能会渗入地下水层，污染地下水源，同时还会挥发至空气中构成公共卫生威胁，因此其应用受到限制。物理消毒方法在实际生产应用中存在诸多限制，需要昂贵的设备并消耗大量能源，而且土壤中有益微生物也可能伴随着消毒过程被消灭，因此不能够适用于大田或者大面积的植物土壤消毒，只适用于一些经济价值非常高的作物。虽然生物消毒方法目前尚处于研究阶段，但是潜力巨大，这种方法对环境的副作用不大，保留土壤中有益的微生物，而且节能高效，是未来土壤消毒的方向，具有十分广阔的市场前景。

1.2 发展低浓度乙醇消毒技术的意义

目前，我国正处在由传统农业向现代农业转型的阶段，急需改变传统农业严重依赖化学药剂的现状，构建合理的农业产业链，生产优质、安全、无公害的农产品。低浓度乙醇消毒技术是一种能够促使传统土壤消毒逐步摆脱对化学品的依赖，最终获取高产、优质、无毒农产品的生物消毒技术。它要求技术、设备、土壤三者高度关联，并能以土传病害因子为控制对象，最大限度地提高产量和杜绝有害化学品为害。推广低浓度乙醇消毒技术，对促进农业增效、农民增收以及改善农业生态环境具有十分重要的现实意义[5]。

2 低浓度乙醇消毒技术研究动态及其存在的问题

低浓度乙醇消毒技术是现代土壤消毒技术中比较重要的一项技术，其造价低廉、使用方便、效果显著，同时对环境无副作用。国内外研究证明，用低浓度乙醇溶液处理土壤，对土壤中常见土传病害均有良好的杀灭作用[6，7]。

2.1 低浓度乙醇消毒技术研究动态

早在1999年，Shinmura等[8]在日本通过往病土内添加麦麸、米糠和糖浆，加上地膜覆盖，发现土壤中有害真菌受到抑制。2000年，Blok等[9]在荷兰通过往病土内添加花椰菜和多年生黑麦草汁，加上地膜覆盖，同样得到类似结论。由此低浓度乙醇土壤消毒技术被提出。

2005年，Uematsu等[10]在试验中利用不同浓度的乙醇溶液处理病土，同时检测土壤中金属离子价态和数量的变化，试验发现，采用浓度为1.0%的乙醇溶液进行土壤消毒，对人为添加非致病性尖孢镰刀菌和原生尖孢镰刀菌都具有强烈的抑制作用，这进一步验证低浓度乙醇消毒方法的有效性。在处理过程中乙酸发生累积，在还原性土壤环境中能够形成Fe2+和Mn2+等金属离子，使得病原菌在Fe2+和Mn2+溶液环境中被有效的抑制。因此，Fe2+和Mn2+等金属离子可能是生物土壤除害处理中诱导抑制腐病菌的试剂。

表1 各类土壤消毒技术的优缺点

2006年，日本千叶大学教授Momma等[11]利用麦麸（发酵后含酒精成分）做土壤消毒试验，同时观察土壤中氧化性强的金属离子和有机酸的变化，发现有机酸在还原性土壤中能起到消灭菌虫的作用。

2007年，日本园艺生产和研究院的Kobara等[12，13]使用乙醇来处理土壤，观察到通过这种方法可以杀灭根结线虫、尖孢镰刀菌，解决黑星病以及青枯病。

2010年，日本园艺生产和研究院的Momma等[14]采用聚合酶链反应-变性梯度凝胶电泳（PCRDGGE）分析认为，BSD处理的土壤会增加潜在有机酸制造者的相对丰度，验证了在低浓度乙醇消毒过程中有机酸具有抑制微生物的作用。

2010年，江苏淮阴工学院园艺与景观系的陈伯清等[15]通过黄瓜与草菇轮作及酒精溶液处理土壤，发现黄瓜草菇轮作能有效地遏制根结线虫数量的快速上升，并明显降低微生物生物量碳的含量，试验验证了土壤微生物生物量碳含量是评价土壤肥力和生态环境质量的重要指标，同时，也探究出了以2%酒精溶液抑制根结线虫效果最佳，为后续土壤消毒研究提供了理论和数据基础。

2011年，江苏淮阴工学院园艺与景观系的陈伯清等[7]在将乙醇溶液体积分数设置为不同浓度后撒到黄瓜病土中，并加上地膜覆盖，然后在不同天数取样观察，结果显示，在处理后15 d，2.5%乙醇溶液降低土壤根结线虫数量效果最佳，2.0%乙醇溶液对微生物量碳变化的影响最小。这个试验说明了地膜覆盖对乙醇溶液防治根结线虫有增强作用，并能增加微生物量碳。

近年来，此技术越来越受到人们关注，对更好地开发利用此技术具有较大的现实意义。

2.2 低浓度乙醇消毒技术目前存在的问题

从上面关于乙醇消毒技术的研究动态可以看出，关于低浓度乙醇消毒机理存在着两种主流看法，一种是Shinmura[8]的有机酸理论，这种理论被Momma等[11，16]证明和论证。另外一种看法是Kobara等[12]及Momma等[14]的还原态金属离子理论，但是这种理论现今还没能够被很好地证实。

尽管现今有很多关于低浓度乙醇消毒技术方面的研究，但是这种消毒技术体系还是存在着很多问题，主要集中在以下方面。在技术研究上，基础研究薄弱。有些技术的应用还未从理论上得到严格论证，有待科学技术研究的进一步突破，同时，技术研究缺乏针对性，体系化程度弱，例如，对该消毒方式处理不同土壤时具体工艺参数、作用机理的研究较少，以及对处理后所种作物生长的影响研究也较少。在装备研发上，生产企业规模小、科研能力弱、产品质量不稳定等问题普遍存在。在技术推广上，还处在试验示范阶段，缺乏系统的应用及评估体系。低浓度乙醇消毒技术的发展时间不长，各方面对其应用效果的认识程度不同，有待农业工作者进一步完善和积极示范推广。

3 总结和展望

随着蔬菜设施栽培面积不断扩大，蔬菜设施栽培受高温、高湿、封闭和连茬种植等因素影响，根结线虫病等土传病害呈逐年加重趋势，可造成减产20%～30%，重者达50%以上，甚至绝收。同时，根结线虫等为害又加重了枯萎病、根腐病等土传性真菌病害和部分细菌性病害的发生，增加和扩大了病害的发生，已成为当前蔬菜生产的一大障碍。防治土传病害的技术也体现了温室生产管理的最高水平。化学消毒技术虽然能很好地解决土传病害的问题，但是化学消毒剂高残留会对土壤和水资源造成污染，引起食品安全和环境污染双重问题。

生产上对无残留、低毒害的高效安全土壤消毒技术的要求十分迫切，对此类技术的研究越来越受到人们的重视。作为现代消毒技术领域中的一项重要技术，低浓度乙醇消毒技术可改变传统农业对化肥和农药的过度依赖，能在保护环境的前提下，达到土壤高效消毒的效果，从而实现作物、蔬菜、畜禽的稳产和增产，是发展绿色农业和无公害农业的有力保障。同时，低浓度乙醇消毒技术可促进农业可持续发展及降低农业耗能。低浓度乙醇消毒技术是一项新兴技术，其相关科学机理研究尚未深入，物理作用机制尚不十分清楚。但从目前已知的试验结果来看，这是一项具有重大社会、经济和生态价值的新技术，具有很好的发展潜力和市场前景。

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