强还原处理改良西瓜连作土壤

周开胜

(1.蚌埠学院 环境科学实验中心，安徽 蚌埠 233030； 2.南京师范大学 地理科学学院，江苏 南京 210046)

强还原处理改良西瓜连作土壤

周开胜1，2

(1.蚌埠学院 环境科学实验中心，安徽 蚌埠 233030； 2.南京师范大学 地理科学学院，江苏 南京 210046)

采用强还原土壤灭菌法(reductive soil disinfestation，RSD)，对西瓜连作土壤分别添加稻草、氨水、乙酸、酒精及其不同组合，加水密封处理，通过盆栽试验对RSD处理效果进行验证。试验结果表明，强还原处理西瓜连作土壤，可调节土壤pH值和电导率(EC)，除添加乙酸的土样pH值显著(P<0.05)低于对照土样pH值外，其他处理样品pH值均高于对照，各处理土样Ec值均较对照有不同程度地升高。各处理对土壤可培养微生物中的细菌含量影响不显著(P>0.05)，而对真菌、放线菌和尖孢镰刀菌影响较大，尤其是添加氨水、乙酸及氨水、乙酸与稻草的组合处理土样中均未检测出真菌、放线菌和尖孢镰刀菌。盆栽试验结果表明，各处理组西瓜死亡株数和死亡率均较对照组低(其中有3组死亡率为0，2组死亡率不到7%，而对照组死亡率高达43.3%)；各处理组的西瓜长势均好于对照，西瓜产量亦高于对照，有3组西瓜产量与对照差异达显著(P<0.05)水平。总体来看，RSD能有效抑制尖孢镰刀菌，调节土壤微生物组成和结构，改良西瓜连作土壤，防治西瓜连作障碍。

强还原土壤灭菌；连作障碍；有机物料

强还原土壤灭菌(reductive soil disinfestation，RSD)能有效地抑制西红柿专化型尖孢镰刀菌(Fusariumoxysporumf. sp.lycopersici)[7]、草莓专化型尖孢镰刀菌(Fusariumoxysporumf. sp.fragariae)[8]及香蕉专化型尖孢镰刀菌(Fusariumoxysporumf. sp.cubense)[9-10]。近年来，RSD在荷兰、美国和日本等国得到广泛运用和发展。RSD抑制尖孢镰刀菌的可能机理包括：土壤还原形成的Fe2+和 Mn2+等离子是抑制尖孢镰刀菌的诱导因子[11]；有机物料腐解产生的挥发性物质(如乙酸、丁酸和丙酸等有机酸及NH3和H2S等[10])对尖孢镰刀菌具有毒杀作用；强还原环境[12]、土壤 pH值升高[13]、硝态氮减少等也可抑制尖孢镰刀菌[9]。

本研究旨在探讨RSD改良西瓜连作土壤的效果，优选RSD抑制FON的方法，防治西瓜连作障碍，尤其是为枯萎病防治提供应用基础研究。此外，作物秸秆可用作RSD的有机物料，若能推广应用，既可减轻秸秆焚烧造成的大气污染，又可培肥土壤，在发展生态农业、实现农业废弃物资源化利用等方面具有重要的现实意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

于2015年8月在蚌埠学院西瓜试验田(已连作3 a)取土约7 kg，用于实验室内土壤处理试验。稻草取自蚌埠市李楼乡张巷村(总碳337.15 g·kg-1、总氮14.54 g·kg-1、碳氮比23.19)，试验所用酒精、氨水和冰乙酸均购于安徽省蚌埠市华昌化工站。另于2016年5月取蚌埠学院西瓜试验田(已连作3 a)约540 kg土样用于盆栽试验。

1.2 试验设计

前期已有研究发现，淹水对西瓜、设施蔬菜地连作土壤尖孢镰刀菌、真菌等微生物及土壤Eh、pH值、铵态氮、硝态氮等影响不显著[13-14]，故本研究无论室内试验还是盆栽试验均未设计淹水对照。

1.2.1 室内试验

共设计22组处理，每处理重复3次，每个土样折合干土重100 g。各处理按如下设计添加物料：(1)原土(OS，未添加任何物料，未加水，直接用于样品分析)；(2)对照(CK，未添加任何物料，未淹水，但与各处理样品一并置入恒温培养箱培养14 d)；(3)1%稻草(1%RS)；(4)3%稻草(3%RS)；(5)1%酒精(1%Et)；(6)3%酒精(3%Et)；(7)1%氨水(1%AW)；(8)3%氨水(3%AW)；(9)1%乙酸(1%Ac)；(10)3%乙酸(3%Ac)；(11)1%稻草+1%酒精(1%RS+1%Et)；(12)1%稻草+3%酒精(1%RS+3%Et)；(13)1%稻草+1%氨水(1%RS+1%AW)；(14)1%稻草+3%氨水(1%RS+3%AW)；(15)1%稻草+1%乙酸(1%RS+1%Ac)；(16)1%稻草+3%乙酸(1%RS+3%Ac)；(17)3%稻草+1%酒精(3%RS+1%Et)；(18)3%稻草+3%酒精(3%RS+3%Et)；(19)3%稻草+1%氨水(3%RS+1%AW)；(20)3%稻草+3%氨水(3%RS+3%AW)；(21)3%稻草+1%乙酸(3%RS+1%Ac)；(22)3%稻草+3%乙酸(3%RS+3%Ac)。各土样分别装入自封塑料袋内，按上述方案添加物料混匀后，加水并密封，置于恒温培养箱35 ℃恒温培养14 d。

1.2.2 盆栽试验

盆栽试验共设计6组处理，每组30个平行样，每盆土样折合干土重约3 kg。由于盆栽试验所用有机物料量大，故将稻草改为市售的紫花苜蓿粉。各处理分别按如下设计添加物料：(1)对照(CK，未添加任何物料，未淹水)；(2)1%紫花苜蓿粉末(1%Al)；(3)0.25%乙酸(0.25%Ac)，(4)0.25%氨水(0.25%AW)；(5)1%紫花苜蓿粉末+0.25%乙酸(1%Al+0.25%Ac)；(6)1%紫花苜蓿粉+0.25%氨水(1%Al+0.25%AW)。各土样分别装入大号塑料袋内，按上述方案添加物料混匀后，加水并密封，置入户外培养21 d，晾干后，栽种西瓜直播苗，并跟踪观察西瓜长势，以验证RSD处理改良西瓜连作土壤的效果。

1.3 土壤可培养微生物分析

土壤可培养细菌采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基[13-15]、放线菌采用高氏1号培养基[13-15]、真菌采用孟加拉红培养基(沃凯国药集团化学试剂有限公司)、尖孢镰刀菌采用改良的Komada＇s培养基[13-15]，平板涂布计数法，35 ℃恒温培养，细菌培养2 d后计数，放线菌、真菌、尖孢镰刀菌培养4 d后计数。

1.4 土壤pH值和电导率(EC)分析

土壤pH值用ST320pH计(奥豪斯仪器有限公司)测定，水土体积质量比为2.5∶1；电导率(EC)用DDS-307A电导率仪(上海佑科仪器仪表公司)测定，水土体积质量比为5∶1。

1.5 数据分析

采用SPSS 16.0和Microsoft Excel 2007进行数据统计分析，并用独立样本T检验对样品各指标做差异显著性分析(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 土壤pH值及电导率

OS和CK的pH值分别为5.3和5.1，呈酸性。添加物料处理的各样品的pH值在3.8～10.3之间变化，除添加含有乙酸物料的土样pH低于4.2外，其余各处理土样pH均高于5.8，其中添加氨水处理的土样pH值最高，在8.7～10.3之间变化(图1)。

OS与CK的EC均值分别为0.08和0.15 mS·cm-1，电导率低。仅添加稻草、酒精处理的土壤电导率低于0.25 mS·cm-1。添加稻草后再添加酒精的各处理，电导率小于0.65 mS·cm-1。当添加稻草量相同时，添加高量酒精的土样电导率高；当添加酒精量相同时，添加高量稻草的土样电导率高。添加有氨水的土样，电导率在1.38～2.61 mS·cm-1之间变化。添加稻草后再添加氨水的土样电导率升高，添加等量氨水的土样，加高量稻草土样电导率较添加低量稻草高。添加了乙酸处理的土样电导率在0.63～1.33 mS·cm-1之间变化。同时添加稻草和乙酸的土样电导率高于仅添加乙酸处理的土样；添加同量稻草后，加高量乙酸的土样电导率较加低量乙酸的土样高；添加等量乙酸后的土样，加高量稻草的土样电导率较加低量稻草的高(图2)。

图1 各处理土壤样品中pH值Fig.1 pH value in soil samples

图2 土壤样品中EC值Fig.2 EC value in soil samples

2.2 土壤可培养微生物

2.2.1 细菌和放线菌

OS和CK样品中细菌含量分别为1.97×108和1.33×108cfu·g-1(图3)，放线菌含量分别为1.95×106和6.20×106cfu·g-1(图4)。添加稻草、氨水、乙酸、酒精及其不同组合的各样品中细菌含量在0.23×108～5.87×108cfu·g-1之间变化，有82%的样品细菌含量高于1×108cfu·g-1(图3)。仅加稻草处理的土样中放线菌含量为0.48×106(加1%稻草)和0.34×106cfu·g-1(加3%稻草)(图4)。添加酒精及酒精和稻草的各组合处理中，除添加1%稻草和1%酒精、1%稻草和3%酒精、3%稻草和1%酒精的3个组合外，其余各处理土样放线菌均未检测到(图4)。添加氨水及稻草和氨水的各组合处理土样，除添加1%稻草+1%氨水、3%稻草+1%氨水2个组合外，其他各处理土样放线菌均未检测到(图4)。添加乙酸及稻草和乙酸的各组合处理土样中，除添加1%稻草+1%乙酸和3%乙酸的2个处理土样放线菌未检测到外，其他各组合处理土样中放线菌含量在0.03×106～0.46×106cfu·g-1之间变化(图4)。

图3 不同土壤样品中细菌含量Fig.3 Bacteria content in different soil samples

图4 不同土壤样品中放线菌含量Fig.4 Actinomycetes content in different soil samples

2.2.2 FON和真菌

OS和CK中FON含量分别为8.87×105和6.80×105g-1(图5)，真菌含量分别为1.09×105和1.77×105g-1(图6)。在本研究中，培养真菌的培养基为沃凯国药集团化学试剂有限公司生产的孟加拉红培养基，该培养基主要用于霉菌和酵母菌等的测定，不能测定土样中FON，而Komada’s培养基(K2培养基)经过改良后仅能检测土样中的FON，由于用于处理的土样是已连作3 a西瓜的土壤，FON增殖严重；因此，OS与CK处理的FON数量比真菌数量要多。添加稻草、酒精及稻草和酒精的各组合处理土样中FON含量在0.02×105～1.65×105g-1之间变化，其中仅添加1%酒精处理的土样FON含量高达1.65×105g-1，添加3%稻草+3%酒精的处理土样FON含量为0.02×105g-1(图5)。添加有氨水、乙酸及稻草和氨水、稻草和乙酸的各组合处理土样中，FON均未检测到(图5)。添加稻草、酒精及稻草和酒精组合处理的土样中，真菌含量在0.13×105～1.34×105g-1之间变化(3%稻草+3%酒精的组合处理土样真菌未检测到)。除添加1%稻草+1%氨水、3%稻草+1%氨水及1%稻草+1%乙酸的3个组合处理外，添加氨水、乙酸及其他稻草和氨水、稻草和乙酸的组合处理土样中真菌均未检测到(图6)。

2.3 盆栽试验结果

2016年5月1日至5月21日，对盆栽西瓜试验土壤采用RSD法进行处理，6月初栽植西瓜直播苗，至8月中旬收获西瓜，期间跟踪观察西瓜长势和发病情况，结果如表1所示。对照死亡11株，死亡率达43.3%，分别添加1%紫花苜蓿粉、0.25%乙酸及1%紫花苜蓿粉+0.25%乙酸组合的3组处理无死苗现象；仅用0.25%氨水的处理组西瓜死1株，死亡率为3.3%；1%紫花苜蓿粉+0.25%氨水处理组，西瓜死亡2株，死亡率为6.6%(表1)。从各处理组西瓜总产量来看，1%Al+0.25%Ac>0.25%Ac>1%Al>1%Al+0.25%AW>0.25%AW>CK。此外，西瓜生长过程中，对照组西瓜秧苗泛黄且瘦弱，添加0.25%氨水、1%紫花苜蓿粉末+0.25%氨水的2组处理，早期西瓜秧苗健壮且生长快，但到生长中后期，正午过后会出现萎蔫现象。

图5 不同土样样品中FON含量Fig.5 FON content in different soil samples

图6 不同土样样品中真菌含量Fig.6 Fungi content in different soil samples

表1 西瓜盆栽试验结果

Table 1 Experiment result of pot incubation test of watermelon

处理Treatment死亡率Deathrate/%抗旱能力Droughtresistance西瓜产量Yield/kgCK43.3弱Weak8.6101%Al0较强Strongerthannormal12.49*0.25%Ac0较强Strongerthannormal15.99*0.25%AW3.3较弱Weakerthannormal9.841%Al+0.25%Ac0较强Strongerthannormal16.16*1%Al+0.25%AW6.6弱Weak10.23

*表示与对照差异显著。

* represented significant difference (P<0.05) with CK.

3 讨论

研究表明，添加有机物料加水密封后，30 ℃恒温处理土壤的Eh值会快速降低至-100～-200 mV，可创造强烈的土壤还原环境[13-14]，使酸性土壤pH值升高[13]、碱性土壤pH值降低[14]。本研究土壤pH值为5.3，土壤显酸性；添加物料加水密封，35 ℃恒温培养14 d后，除添加乙酸的土壤样品pH<4.2外，其余各处理土样的pH值均较OS和CK升高(图1)。可见，RSD处理西瓜连作土样，可调节土壤的pH，与已有研究结果一致[9，13，15]。

EC值常用于间接指示土壤中水溶性离子的相对含量，高EC值说明土壤中水溶性离子含量高，相反，则低。RSD处理西瓜连作土壤通过改变土壤水溶性离子存在状态及其含量，进而调节土壤EC值。各组合处理中，添加相同比例的酒精、氨水或乙酸的处理，其对应土样EC值分别呈现添加高量稻草的土样较添加低量稻草土样高的现象(图2)。

在OS与CK土样中，FON、放线菌、真菌和细菌含量分别为105g-1、106cfu·g-1、105g-1和108cfu·g-1数量级；仅添加氨水和乙酸土样中FON、放线菌和真菌均未检测到，显著(P<0.05)低于OS和CK中FON含量，3%酒精处理样品中FON和真菌含量较OS和CK降低1个数量级，放线菌未检测到，而1%酒精处理的土样中FON和真菌虽比CK减少，但数量级没有变化(图5、图6)。以稻草为有机物料，添加氨水、乙酸土样中FON未检测到，显著(P<0.05)低于OS和CK中FON含量；真菌在添加3%氨水和3%乙酸的土样中未检测到，亦显著(P<0.05)低于OS和CK中真菌含量，而在添加1%氨水和1%乙酸土样中均能被检测出，差异不显著(P>0.05)；添加酒精的土样中均检测出FON，较OS和CK差异不显著(P>0.05)，但高量稻草效果较低量稻草、高量酒精较低量酒精效果好。所有土样中均能检测出细菌，且82%的土样中细菌数量级在108cfu·g-1，仅18%的土样中细菌数量级在107cfu·g-1，与对照相比差异不显著(P>0.05)。

在盆栽试验中，添加有氨水的2个处理组，西瓜秧苗早期长势很旺，但因其土壤电导率高(自始至终都高，多在0.5 mS·cm-1以上)，西瓜秧苗抗旱能力较其他处理组差。虽乙酸易使土壤pH降低，但土壤pH在处理结束后会恢复到6.5以上，而且乙酸杀灭FON的效果好，栽种后期西瓜秧长势亦较氨水处理的好，尤其是1%紫花苜蓿粉末+0.25%乙酸处理下，西瓜产量最高，显著(P<0.05)高于对照，抗旱能力较强，在试验条件下无病死株，表明其具有较好的改良连作土壤、克服连作障碍的效果，具有推广潜力。

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(责任编辑 高 峻)

Improving quality of watermelon continuous cropping soil by reductive soil disinfestation

ZHOU Kaisheng1，2

(1.CenterofEnvironmentScienceExperiment，BengbuUniversity，Bengbu233030，China; 2.SchoolofGeographyScience，NanjingNormalUniversity，Nanjing210046，China)

In the present study， the reductive soil disinfestation (RSD) was used to improve the quality of watermelon continuous cropping soil. The watermelon continuous cropping soil samples were incorporated with rice straw， ammonia， acetic acid， alcohol or different combinations， and then were used to test the effect of RSD treatment by planting watermelon seedling. It was shown that the pH values in soil samples added with acetic acid were significantly (P<0.05) lower than those in the samples of the original soil (OS) and controls (CK)， but the pH values in other treated soil samples were all higher than those in OS and CK. The values of electrical conductivity (EC) increased in all treated soil samples. All treatments had no significant influence on soil bacteria. But，Fusariumoxysporumf. sp.niveum(FON)， fungi and actinomyces were not detected in the soil samples added with ammonia， ammonia plus acetic acid， ammonia plus rice straw. The results of pot experiment showed that the number of death and mortality of watermelon in all treatment groups were lower than those in the control， as there were 3 groups with 0 mortality， and other 2 groups with mortality less than 7%， while the mortality rate in the control group was 43.3%. The watermelon growth momentum in all treatment groups was obviously better than that in the control group. The watermelon yields of all the treatment groups were also higher than that of control group， and there were 3 groups with significantly (P<0.05) higher watermelon yields than that of CK. It was concluded that RSD could effectively inhibit FON， alter soil microbial composition and structure， improve soil quality， and then control the obstacle of watermelon continuous cropping soil.

reductive soil disinfestation; continuous cropping soil; organic materials

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.06.18

2016-12-28

安徽省级质量工程项目(2015zy068)；蚌埠学院优秀人才计划项目([2014]182)；安徽省振兴计划项目(2014zdjy137)；安徽省大学生创新创业计划项目(201611305073)

周开胜(1970—)，男，安徽凤阳人，博士研究生，副教授，研究方向为基于土壤改良的西瓜连作障碍防治。E-mail: zks606@sina.com

S471

A

1004-1524(2017)06-0982-06