新型DCF2技术在克服老桃园连作障碍中的应用

陈毓瑾，李节法，曹坳程2，郭美霞2，秦泽冠，王世平，许文平，张才喜

（1.上海交通大学 农业与生物学院，上海 200240；2.中国农业科学院 植物保护研究所，北京 100193）

水蜜桃是上海地区的特色农作物，在当地有着50多年的种植历史，因其形美色艳、味美多汁、营养丰富而久负盛名[1]。而随着上海郊区城市化发展和老桃园经营的延续，劳动力成本不断增高，老旧桃园内土壤和立地环境逐渐恶化，果树连作障碍问题爆发且日趋严重，造成了老桃园果实产量和品质的下降[2]，水蜜桃产业的利润空间受到严重挤压，上海地区水蜜桃产业面临着严峻挑战。果树连作障碍是指果园刨除老树后，重茬栽植新树时出现的树根系发育不良、病虫害严重，幼树成活率低，植株矮小，甚至整株死亡的现象，极大威胁着桃树的发展[3]。长期以来,国内外专家学者对果树连作障碍的形成机理及应对方案进行了大量研究并取得一定进展[4-8]，其中，美、日等国的研究人员采用吸附材料、化学消毒和土壤改良剂相结合的方法，在桃、苹果和梨树的旧园更新改造中取得了显著成效[9-11]，而国内针对以此类成果应用到旧园改造中的研究报道却很少。

为了解决老桃园连作障碍的问题，笔者结合上海水蜜桃生产的实践经验，对上海市浦东新区的老桃园进行了改造试验，形成了一整套较为完善的桃园改造方案，即新型DFC2技术。该技术是指土壤管理、特殊吸附材料、有机肥料，微生物肥料和土壤消毒方法的综合技术的简称。其中的“D”即Deep clean （深度清洁），深耕，清除根系残留物以及为抑制营养生长而采用的PP333（多效唑）等物质的残留物；“F”即Fumigation（消毒）＋ Fertilization（菌肥），消灭或减少线虫、毒素和菌群的种类与含量；分析土壤所缺营养元素，补充微肥；“C”即Charcol （吸收和抗菌材料），采用不同的吸收和抗菌材料抑制有毒物质对新植桃树苗的毒害作用。以此技术进行的初步研究与实践取得了良好效果，与深耕换土及水洗等方法[12-13]相比，该技术具有劳动力成本低、环境污染小、土地利用率高的特点，对上海乃至全国的老桃园改造具有一定的指导作用。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验设计

本试验于2014年冬季在上海浦东新区鹿其果蔬种植专业合作社进行，选取15年生老桃园开展清园改造工作，供试的桃树品种分别为‘红清水’‘湖景蜜露’和‘新凤蜜露’。2013年初拔除试验园的老桃树，深翻后种植一季西瓜。2013年冬（12月）再次翻土、深耕，同时将老桃树残留根系全部拔出，以减少其对新植桃树的影响，2014年3月1日晴天运用DCF2技术对老桃园实施改造，以探究不同的土壤处理对园内供试植株的生长状况和果实品质的影响。试验中采用了PE和TIF两种塑料膜对桃园土壤进行覆盖消毒处理，在以化学消毒剂处理土壤30 d后揭开塑料膜进行观察，并比较不同覆膜材料下灭菌效果的差异。其中，土壤化学消毒剂采用溴甲烷和硫酰氟，炭材料采用果粉炭、果壳炭、煤质炭这3种，有机肥采用菜籽饼，微生物菌肥采用木霉菌肥料，对消毒土壤覆盖PE和TIF塑料膜以增强灭菌效果。土壤化学消毒与中国农业科学院植物保护研究所合作开展，具体使用方法见有关溴甲烷和硫酰氟使用规范[14-15]，据有关国际公约，溴甲烷土壤熏蒸使用时间截止至2018年12月31日，故在今后生产实践中消毒土壤以解除老桃园连作障碍等问题时可选择硫酰氟等化学消毒剂作为替代方案。土壤处理方案设有以下13个组合：（1）硫酰氟；（2）硫酰氟＋果粉炭；（3）硫酰氟＋果壳炭；（4）硫酰氟＋煤质炭；（5）溴甲烷＋果粉炭＋菜饼＋木霉菌；（6）溴甲烷＋果壳炭＋菜饼＋木霉菌；（7）溴甲烷＋煤质炭＋菜饼＋木霉菌；（8）溴甲烷＋菜饼＋木霉菌；（9）果粉炭；（10）果壳炭；（11）煤质炭；（12）对照，即未进行过任何化学土壤消毒剂、肥料、木霉菌、菜籽饼等处理的区域；（13）新建桃园，即在从未种植过桃树的地块首次种植桃树的健康桃园，试验区的布局为行距2 m、株距2 m，每行种桃树60株，且实施同一种土壤处理方案。采用全园调查法调查试验园苗木定植后的成活率，其余项目的调查对象为各处理下定点选取的4株长势良好的健康植株，每株桃树设1个试验重复。

1.2 调查方法

1.2.1 植株营养生长状况的调查

在桃树苗木定植后的第2年和第3年的秋冬季节对供试桃树品种的植株生长状况进行调查，用卷尺、游标卡尺测量株高和基部粗度。

1.2.2 桃苗成活率和叶片缺素症状的调查

桃树于当年春季定植后，在夏季8月和冬季12月进行2次植株死亡率的全园调查，同时对园内‘红清水’‘湖景蜜露’和‘新凤蜜露’3个供试桃树品种的缺素症状进行调查并记录。

1.2.3 土壤中病菌和线虫的调查

选择桃园土壤消毒前和消毒处理30 d揭膜后这两个时期对距树干基部15 cm、深为10～30 cm范围内的土壤进行多点随机取样，采用稀释平板法将土层深度分别为0～10、10～20、20～40 cm的不同土壤样品中的疫霉菌、镰刀菌进行分离，计数，每个稀释度重复3次；不同深度土层各选取100 g 新鲜土样，利用改良的浅盘法分离提取线虫，并用显微镜观察虫的总数[16]。

1.2.4 物候期的记录及果实品质等指标的测定

根据桃树植株物候调查的标准，从春季萌芽开始详细记录各土壤处理下‘红清水’‘湖景蜜露’和‘新凤蜜露’3个供试品种桃树的周年物候期。在桃树果实成熟期，在每个处理桃树植株上选取20个不同部位中心枝上的健康果实，称量单果重后置于-20 ℃冰箱中保存，用于后续可溶性固形物含量的测定[17]。

1.3 数据处理

所有数据皆取3次重复试验的均值，采用Microsoft Excel 2010和SPSS 21.0软件对试验数据进行记录和LSD（P＜0.05）方差分析。

2 结果与分析

2.1 植株营养生长状况的调查结果

在桃树苗木定植后第2和第3年的秋冬季节，调查桃园内不同土壤处理下‘湖景蜜露’和‘新凤蜜露’桃树的生长状况，结果分别如图1～4所示。‘红清水’桃树在试验期间因管理不当而出现了死树现象，故其数据未计入。

图1 TIF膜覆盖处理对‘湖景蜜露’桃树1年生芽苗苗木大小的影响Fig.1 Effects of covering TIF plastic film treatments on tree size of ‘Hujingmilu’ peach seedlings(one-year bud seedlings)

图2 PE膜覆盖处理对‘湖景蜜露’桃树1年生芽苗苗木大小的影响Fig.2 Effects of covering PE plastic film treatments on tree size of ‘Hujingmilu’ peach seedlings(one-year bud seedlings)

图3 TIF膜覆盖处理对‘新凤蜜露’桃树1年生芽苗苗木大小的影响Fig.3 Effects of covering TIF plastic film treatments on tree size of ‘Xinfengmilu’ peach seedlings(one-year bud seedlings)

主干基部粗度和株高两个指标能反映土壤改良后桃树的生长势。从图1～4中可以看出，在覆膜处理下，与对照相比，无论单一或组合使用溴甲烷与菜饼、炭和木霉菌等材料的各处理均能促进苗木的营养生长。在TIF膜覆盖处理下，单一使用果粉、果壳炭对新植的‘湖景蜜露’桃树苗木的效果较好，而使用硫酰氟、果壳炭及硫酰氟、煤质炭的组合处理对苗木的生长却起到了抑制作用；在对‘新凤蜜露’桃树苗木的调查中发现，以溴甲烷＋菜饼＋果粉炭＋木霉菌混合处理后的桃树苗木生长最好，就其主干基部粗度而言，各土壤处理较对照均表现出了促进作用。在PE膜覆盖处理下，与对照组相比，各土壤处理均表现出良好的效果，其中，以溴甲烷+菜饼+炭材料+木霉菌的几个组合处理对桃树的营养生长效果均好于其他土壤处理。总的来看，就苗木栽植成活率和植株长势而言，TIF膜的处理效果比PE膜处理的效果更好一些。

图4 PE膜覆盖处理对‘新凤蜜露’桃树1年生芽苗苗木大小的影响Fig.4 Effects of covering PE plastic film treatments on tree size of ‘Xinfengmilu’ peach seedlings(one-year bud seedlings)

2.2 桃苗成活率和叶片缺素症状的调查结果

在清除老桃园内的杂草、土壤消毒和施用炭材料之后，对桃树苗木进行肥水管理，具体方法参照浦东水蜜桃栽培技术规范DB31/T347-2005。2014年7月3日对桃树苗木的成活率和生长状况进行了调查，结果见表1。

表1 不同土壤处理对不同品种桃树苗木栽植成活率的影响†Table 1 Effect of different soil treatments on survival rate of peach trees %

从2014年3月进行DCF2技术改造至同年7月，经过了3个月的生长，不同土壤处理方式下的桃树苗木在成活率上表现出了明显的差别。由表1可知，对照区域内桃树成活率仅为13.6%～18.3%，而化学消毒和综合处理区的桃苗成活率都在80%以上，显著高于对照区域的桃苗成活率。

不同土壤处理对桃树叶片黄化症状发生率的影响情况如表2。由表2可知，采用化学消毒+炭颗粒+木霉菌综合处理后的桃树植株缺素症状的发生率极低，经过化学消毒处理或者化学消毒+炭颗粒混合处理的桃树苗木缺素比例也仅为1%～3%，说明其生长状况较好。而与对照地块相比，经化学消毒+炭颗粒+木霉菌综合处理后的桃树缺素症状比例降低了32.7%，呈极显著差异。观察根域限制处理的桃树生长状况后发现，尽管第1年苗木的成活率可以到达60%～80%，但在随后的一年中植株缺素症状的发生率却达到了30.2%～50.4%，且第2年植株的成活率在20%以下，故采用根域限制+部分原土回填方式处理的桃树，虽然能在短期内保持良好生长状态，但最终也会出现严重的缺素黄化症状，进而影响到桃树的正常生产。

2.3 土壤中病菌和线虫的调查结果

分别在土壤消毒处理前和处理30 d后揭膜的两个时期对桃园内土壤进行采样，运用稀释平板法和改良浅盘法将深度分别为0～10、10～20、20～40 cm的土层土壤样品中的疫霉菌、镰刀菌和线虫进行分离计数，统计结果如图5所示。由图5可知，消毒处理对土壤中疫霉菌的杀灭效果，以同种覆膜材料覆盖且土壤深度为0～20 cm时，硫酰氟效果较溴甲烷更好，而在以硫酰氟处理的20～40 cm深的土壤中疫霉菌的数量更多。针对疫霉菌灭杀效果而言，以PE膜覆盖后使用同种化学消毒剂的效果要优于覆盖TIF膜。就消毒处理对不同深度土壤中镰刀菌的灭杀效果来看，在同种覆膜材料下且不论土壤深度如何，溴甲烷的灭菌效果都比硫酰氟更强。在对土壤使用同种化学消毒剂的条件下，以PE和TIF两种覆膜材料覆盖的不同深度土壤下其灭杀效果各有优劣。比较不同处理的线虫灭杀率后可以发现，消毒剂的杀灭效果随着土壤深度的增加而降低，且同种覆膜材料下不论土壤多深，溴甲烷的灭杀能力都比硫酰氟更强。若考虑到杀灭土壤中的线虫，在使用同种化学消毒剂的条件下，优先选择TIF薄膜对土壤进行覆盖消毒处理。

表2 不同土壤处理对桃树叶片黄化症状发生率的影响Table 2 Effects of different soil treatments on the symptoms of peach leaves yellows %

图5 两种覆膜材料和不同消毒处理对桃园内不同深度土壤疫霉菌、镰刀菌及土壤线虫数量的影响Fig.5 Effects of covering two kinds of plastic films and various disinfection treatments on density of phytophthora,fusarium and nematode in different depth of soil

2.4 物候期及果实品质等指标的观测结果

2.4.1 物候期

2016年观测到的供试桃树品种的物候期见表3。由表3可知，‘红清水’的初花期比‘新凤蜜露’和‘湖景蜜露’要提早2 d左右，其成熟期要早4～5 d。调查中发现，虽然处理不同，但相同桃树品种其物候期无明显差别。

表3 供试桃树品种的物候期（2016年）Table 3 The trial peach phenology (2016)

2.4.2 坐果率及果实品质

由于对照区、PE膜处理区的桃树苗木在2015年相继死亡，仅有TIF膜处理区的苗木生长正常，因此仅对TIF膜处理区桃树的坐果率和果实品质进行了调查，结果见表4～6。表4～6中的果粉炭、果壳炭和煤质炭均表示单一的炭材料处理。

表4 不同土壤处理方式对TIF膜覆盖区供试桃树品种坐果率的影响†Table 4 Effect of different soil treatments on fruit setting rate of peach trees: TIF membrane %

表5 不同土壤处理方式对TIF膜覆盖区供试桃树品种单果质量的影响Table 5 Effect of different soil treatments on single fruit weight of peach: TIF membrane g

由表4可知，试验的3个桃树品种其坐果率总体偏低，这与2016年上海市桃树开花期间低温阴雨的天气密切相关，当年上海市水蜜桃的整体产量只有正常年份的20%～30%。试验区3个桃树品种的坐果率均在5%以下，有的植株甚至只有2～3个果实。在供试的3个桃树品种中，‘红清水’的总体坐果率最高。同一桃树品种在溴甲烷、菜饼、炭材料和木霉菌等混合处理下其坐果率均明显高于单一材料处理的植株坐果率。在所有的土壤处理中，采用溴甲烷、菜饼、果粉炭和木霉菌等材料混合处理土壤后供试的3个桃树品种均表现出最高的坐果率，且非常接近新建桃园同品种的坐果率。

表6 不同土壤处理方式对TIF膜覆盖区供试桃树品种果实可溶性固形物的影响Table 6 Effect of different soil treatments on total soluble solids of peach (Brix): TIF membrane %

由表5可知，供试3个桃树品种在不同土壤处理下其单果质量均值之间存在显著性差异，且平均单果质量均在180 g以上。在所有的土壤处理中，采用溴甲烷、菜饼、果粉炭和木霉菌等材料混合处理土壤后供试的3个桃树品种均表现出相对较高的平均单果质量，其中‘新凤蜜露’和‘湖景蜜露’这2个桃树品种较新建桃园同品种桃树的单果质量均值更大。针对‘湖景蜜露’桃树品种而言，与其他处理的相比，采用硫酰氟＋煤质炭＋木霉菌混合处理土壤后其平均单果质量最高，这一试验结果表明，新型DCF2技术对老桃园中桃树果实的膨大有促进作用。

表6为供试桃树品种果实可溶性固形物的测定结果。表6表明，同一桃树品种在溴甲烷、炭材料、木霉菌等材料混合处理下其果实可溶性固形物含量较单一炭材料处理的均更高。其中，以溴甲烷+菜饼+果粉炭+木霉菌组合处理区的桃树其果实可溶性固形物含量最高，且非常接近新建桃园同品种果实的含量值。

综合表4～6的数据分析可知，在炭材料中小颗粒的果粉炭是一种较好的桃园改造复配材料。

3 小结与讨论

目前，国外的专家学者针对老桃园、梨园等老果园的更新改造开展了大量的研究工作，而国内对此领域的研究较少。本试验结果表明，从植株生长状况来看，桃园改造方案中的溴甲烷与菜饼、炭材料和木霉菌组合处理能够极大地提高苗木成活率，增强桃苗在田间的生长势[18-21]。其树体长势、分枝能力比单独应用硫酰氟、果粉炭、果壳炭、煤质炭或溴甲烷与木霉菌等处理的效果更好。试验中采用PE和TIF两种塑料膜覆盖在化学消毒过的土壤表面，并在消毒剂处理结束30 d后揭开塑料膜，观察其对应处理的苗木后发现，无论从栽植成活率还是植株经年长势，TIF膜覆盖处理的植株均表现较好。总体而言，混合处理区的桃树成枝力较单一材料处理区的的桃树要强，其长势更旺。就果实品质而言，比较DCF2技术改造后的老桃园和新植桃园的相关数据可知，两者在开花结果、果实品质等方面基本一致，表明该技术对旧园的更新改造起到了重要作用。而在2016年，经改造后老桃园与新植桃园都出现了总体坐果率极低的现象，这是由于当年春季桃树开花期间出现的低温阴雨天气影响了桃树的坐果和发育，导致整个上海市栽培区的桃树均严重减产。由表4～6可知，在实施溴甲烷＋菜饼＋果粉炭＋木霉菌混合处理后的桃树，其坐果率高，单果质量也最大，果实中的可溶性固形物含量也最高；替代溴甲烷而使用硫酰氟＋果粉炭＋木霉菌的混合处理也能达到较好效果；采用果粉炭组合处理的桃树的果实品质较果壳炭、煤质炭组合处理的更好。这一试验结果表明，在桃树生产中小颗粒的果粉炭是一种相对较好的复配材料，值得推广应用。总体而言，与单种材料处理区的桃树相比，混合处理区的桃树其果实较大，品质更佳。结合经济效益来说，采用DCF2技术改造后老桃园所需的新型材料（吸附材料、菌肥、消毒材料）成本控制在69 000元/hm2，相较于熏蒸、换土等传统土壤处理方法[22-23]，DCF2技术具有低成本、污染小、土地利用效率高的特点。

综上所述，在桃园更新改造中采用混合处理的桃树较单种材料处理土壤后的桃树其生长效果更好，以TIF膜覆盖土壤的消毒效果较PE膜更佳，在多种炭材料中，颗粒较小的果粉炭吸附效果优于较大颗粒的其他炭材料，同时木霉菌的使用能加快土壤根际微生物的活动，对植株的生长具有促进作用。本研究结果对上海乃至全国的老桃园改造均有一定的参考价值和指导作用，对于老桃园寿命的延续和桃产业的振兴意义重大。

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