低濃度乙醇消毒技術(shù)在設(shè)施土壤消毒領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)態(tài)和展望

李國(guó)銘，周清

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部設(shè)施農(nóng)業(yè)生物環(huán)境工程重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，北京，100083）

近10a來，隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，保護(hù)地栽培作為一項(xiàng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施得到了極大推廣。全國(guó)設(shè)施栽培面積已達(dá)350萬hm2，其中設(shè)施蔬菜栽培面積約為335萬hm2[1]。隨著設(shè)施栽培面積的擴(kuò)大和連作重茬，土傳病害的發(fā)生也呈逐年加重趨勢(shì)，通常栽種3～5a后，一般設(shè)施作物的產(chǎn)量和品質(zhì)都會(huì)受到嚴(yán)重的影響，一般減產(chǎn)20%～40%，嚴(yán)重的將減產(chǎn)60%以上，甚至絕收[2]。

土壤消毒是解決土傳病害的常見方法。通常采用的土壤消毒劑是化學(xué)消毒劑，優(yōu)點(diǎn)是高效，但殘留嚴(yán)重，用藥量逐年增加，嚴(yán)重的還會(huì)造成設(shè)施蔬菜的食品安全問題，近年來有關(guān)設(shè)施土壤消毒造成的食品安全問題時(shí)有報(bào)道。雖然利用化學(xué)法對(duì)土壤首次消毒時(shí)效果最佳，但是消毒過后大量消毒劑殘留在土壤當(dāng)中，使土壤中的病蟲害產(chǎn)生了抗藥性，當(dāng)有了抗藥性的病蟲害再次為害設(shè)施作物時(shí)，就需要施用更大劑量的藥劑來防治，如此惡性循環(huán)，作物的化學(xué)藥劑殘留就會(huì)大大增加，同時(shí)這種化學(xué)藥劑殘留還會(huì)污染地下水質(zhì)、為害空氣質(zhì)量[3]，而這些都已經(jīng)成為制約設(shè)施栽培產(chǎn)量和設(shè)施農(nóng)產(chǎn)品安全的突出問題。

低濃度乙醇消毒技術(shù)是現(xiàn)代土壤消毒技術(shù)中比較重要的一項(xiàng)技術(shù)，相比于其他物理和化學(xué)消毒技術(shù)，這種技術(shù)具有成本低、低殘留、節(jié)能高效、無污染等優(yōu)點(diǎn)，非常適于大面積推廣應(yīng)用。本文在比較了化學(xué)和物理常見消毒方法的基礎(chǔ)上，對(duì)低濃度乙醇消毒技術(shù)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)及意義、發(fā)展動(dòng)態(tài)及存在的問題和應(yīng)用前景進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述。

1 低濃度乙醇消毒技術(shù)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)及意義

由于土傳病害的日趨嚴(yán)重，加之土傳病害類型不一，人們對(duì)不同類型的土傳病害的防治方法有不同的需求，這對(duì)土壤消毒領(lǐng)域提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。隨著人們對(duì)土傳病害類型研究的不斷深入和科技的不斷進(jìn)步，國(guó)內(nèi)外土壤消毒方法也因此能夠不斷進(jìn)步和發(fā)展，呈現(xiàn)多樣化。目前比較常見的土壤消毒技術(shù)主要分為三類，即物理消毒技術(shù)、化學(xué)消毒技術(shù)和生物消毒技術(shù)，各類消毒技術(shù)都分別有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。

1.1 各類消毒方法優(yōu)缺點(diǎn)比較

化學(xué)消毒技術(shù)是一種通過往土壤內(nèi)添加化學(xué)藥劑從而達(dá)到消毒效果的技術(shù)，化學(xué)藥劑主要有溴甲烷、碘甲烷、氯化苦、1，3-二氯丙烯等；物理消毒技術(shù)是一種通過對(duì)土壤加溫灼燒從而達(dá)到消毒效果的技術(shù)，主要方法有蒸汽消毒、熱水消毒、太陽能消毒等；生物消毒技術(shù)是一種利用土壤中微生物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)過程產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體或者有機(jī)酸達(dá)到消毒效果的技術(shù)，主要有生物熏蒸消毒、低濃度乙醇消毒方法[4]。

本文對(duì)各類消毒技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)做了比較和分析，具體如表1所示。由表1可知，雖然化學(xué)消毒方法對(duì)土壤具有較為高效、徹底的消毒效果，但是存在嚴(yán)重的殘留，造成食品安全問題，而且化學(xué)藥劑也可能會(huì)滲入地下水層，污染地下水源，同時(shí)還會(huì)揮發(fā)至空氣中構(gòu)成公共衛(wèi)生威脅，因此其應(yīng)用受到限制。物理消毒方法在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中存在諸多限制，需要昂貴的設(shè)備并消耗大量能源，而且土壤中有益微生物也可能伴隨著消毒過程被消滅，因此不能夠適用于大田或者大面積的植物土壤消毒，只適用于一些經(jīng)濟(jì)價(jià)值非常高的作物。雖然生物消毒方法目前尚處于研究階段，但是潛力巨大，這種方法對(duì)環(huán)境的副作用不大，保留土壤中有益的微生物，而且節(jié)能高效，是未來土壤消毒的方向，具有十分廣闊的市場(chǎng)前景。

1.2 發(fā)展低濃度乙醇消毒技術(shù)的意義

目前，我國(guó)正處在由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型的階段，急需改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)嚴(yán)重依賴化學(xué)藥劑的現(xiàn)狀，構(gòu)建合理的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、安全、無公害的農(nóng)產(chǎn)品。低濃度乙醇消毒技術(shù)是一種能夠促使傳統(tǒng)土壤消毒逐步擺脫對(duì)化學(xué)品的依賴，最終獲取高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、無毒農(nóng)產(chǎn)品的生物消毒技術(shù)。它要求技術(shù)、設(shè)備、土壤三者高度關(guān)聯(lián)，并能以土傳病害因子為控制對(duì)象，最大限度地提高產(chǎn)量和杜絕有害化學(xué)品為害。推廣低濃度乙醇消毒技術(shù)，對(duì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收以及改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[5]。

2 低濃度乙醇消毒技術(shù)研究動(dòng)態(tài)及其存在的問題

低濃度乙醇消毒技術(shù)是現(xiàn)代土壤消毒技術(shù)中比較重要的一項(xiàng)技術(shù)，其造價(jià)低廉、使用方便、效果顯著，同時(shí)對(duì)環(huán)境無副作用。國(guó)內(nèi)外研究證明，用低濃度乙醇溶液處理土壤，對(duì)土壤中常見土傳病害均有良好的殺滅作用[6，7]。

2.1 低濃度乙醇消毒技術(shù)研究動(dòng)態(tài)

早在1999年，Shinmura等[8]在日本通過往病土內(nèi)添加麥麩、米糠和糖漿，加上地膜覆蓋，發(fā)現(xiàn)土壤中有害真菌受到抑制。2000年，Blok等[9]在荷蘭通過往病土內(nèi)添加花椰菜和多年生黑麥草汁，加上地膜覆蓋，同樣得到類似結(jié)論。由此低濃度乙醇土壤消毒技術(shù)被提出。

2005年，Uematsu等[10]在試驗(yàn)中利用不同濃度的乙醇溶液處理病土，同時(shí)檢測(cè)土壤中金屬離子價(jià)態(tài)和數(shù)量的變化，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用濃度為1.0%的乙醇溶液進(jìn)行土壤消毒，對(duì)人為添加非致病性尖孢鐮刀菌和原生尖孢鐮刀菌都具有強(qiáng)烈的抑制作用，這進(jìn)一步驗(yàn)證低濃度乙醇消毒方法的有效性。在處理過程中乙酸發(fā)生累積，在還原性土壤環(huán)境中能夠形成Fe2+和Mn2+等金屬離子，使得病原菌在Fe2+和Mn2+溶液環(huán)境中被有效的抑制。因此，F(xiàn)e2+和Mn2+等金屬離子可能是生物土壤除害處理中誘導(dǎo)抑制腐病菌的試劑。

表1 各類土壤消毒技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

2006年，日本千葉大學(xué)教授Momma等[11]利用麥麩（發(fā)酵后含酒精成分）做土壤消毒試驗(yàn)，同時(shí)觀察土壤中氧化性強(qiáng)的金屬離子和有機(jī)酸的變化，發(fā)現(xiàn)有機(jī)酸在還原性土壤中能起到消滅菌蟲的作用。

2007年，日本園藝生產(chǎn)和研究院的Kobara等[12，13]使用乙醇來處理土壤，觀察到通過這種方法可以殺滅根結(jié)線蟲、尖孢鐮刀菌，解決黑星病以及青枯病。

2010年，日本園藝生產(chǎn)和研究院的Momma等[14]采用聚合酶鏈反應(yīng)-變性梯度凝膠電泳（PCRDGGE）分析認(rèn)為，BSD處理的土壤會(huì)增加潛在有機(jī)酸制造者的相對(duì)豐度，驗(yàn)證了在低濃度乙醇消毒過程中有機(jī)酸具有抑制微生物的作用。

2010年，江蘇淮陰工學(xué)院園藝與景觀系的陳伯清等[15]通過黃瓜與草菇輪作及酒精溶液處理土壤，發(fā)現(xiàn)黃瓜草菇輪作能有效地遏制根結(jié)線蟲數(shù)量的快速上升，并明顯降低微生物生物量碳的含量，試驗(yàn)驗(yàn)證了土壤微生物生物量碳含量是評(píng)價(jià)土壤肥力和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)，同時(shí)，也探究出了以2%酒精溶液抑制根結(jié)線蟲效果最佳，為后續(xù)土壤消毒研究提供了理論和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2011年，江蘇淮陰工學(xué)院園藝與景觀系的陳伯清等[7]在將乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)設(shè)置為不同濃度后撒到黃瓜病土中，并加上地膜覆蓋，然后在不同天數(shù)取樣觀察，結(jié)果顯示，在處理后15 d，2.5%乙醇溶液降低土壤根結(jié)線蟲數(shù)量效果最佳，2.0%乙醇溶液對(duì)微生物量碳變化的影響最小。這個(gè)試驗(yàn)說明了地膜覆蓋對(duì)乙醇溶液防治根結(jié)線蟲有增強(qiáng)作用，并能增加微生物量碳。

近年來，此技術(shù)越來越受到人們關(guān)注，對(duì)更好地開發(fā)利用此技術(shù)具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。

2.2 低濃度乙醇消毒技術(shù)目前存在的問題

從上面關(guān)于乙醇消毒技術(shù)的研究動(dòng)態(tài)可以看出，關(guān)于低濃度乙醇消毒機(jī)理存在著兩種主流看法，一種是Shinmura[8]的有機(jī)酸理論，這種理論被Momma等[11，16]證明和論證。另外一種看法是Kobara等[12]及Momma等[14]的還原態(tài)金屬離子理論，但是這種理論現(xiàn)今還沒能夠被很好地證實(shí)。

盡管現(xiàn)今有很多關(guān)于低濃度乙醇消毒技術(shù)方面的研究，但是這種消毒技術(shù)體系還是存在著很多問題，主要集中在以下方面。在技術(shù)研究上，基礎(chǔ)研究薄弱。有些技術(shù)的應(yīng)用還未從理論上得到嚴(yán)格論證，有待科學(xué)技術(shù)研究的進(jìn)一步突破，同時(shí)，技術(shù)研究缺乏針對(duì)性，體系化程度弱，例如，對(duì)該消毒方式處理不同土壤時(shí)具體工藝參數(shù)、作用機(jī)理的研究較少，以及對(duì)處理后所種作物生長(zhǎng)的影響研究也較少。在裝備研發(fā)上，生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小、科研能力弱、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問題普遍存在。在技術(shù)推廣上，還處在試驗(yàn)示范階段，缺乏系統(tǒng)的應(yīng)用及評(píng)估體系。低濃度乙醇消毒技術(shù)的發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，各方面對(duì)其應(yīng)用效果的認(rèn)識(shí)程度不同，有待農(nóng)業(yè)工作者進(jìn)一步完善和積極示范推廣。

3 總結(jié)和展望

隨著蔬菜設(shè)施栽培面積不斷擴(kuò)大，蔬菜設(shè)施栽培受高溫、高濕、封閉和連茬種植等因素影響，根結(jié)線蟲病等土傳病害呈逐年加重趨勢(shì)，可造成減產(chǎn)20%～30%，重者達(dá)50%以上，甚至絕收。同時(shí)，根結(jié)線蟲等為害又加重了枯萎病、根腐病等土傳性真菌病害和部分細(xì)菌性病害的發(fā)生，增加和擴(kuò)大了病害的發(fā)生，已成為當(dāng)前蔬菜生產(chǎn)的一大障礙。防治土傳病害的技術(shù)也體現(xiàn)了溫室生產(chǎn)管理的最高水平?；瘜W(xué)消毒技術(shù)雖然能很好地解決土傳病害的問題，但是化學(xué)消毒劑高殘留會(huì)對(duì)土壤和水資源造成污染，引起食品安全和環(huán)境污染雙重問題。

生產(chǎn)上對(duì)無殘留、低毒害的高效安全土壤消毒技術(shù)的要求十分迫切，對(duì)此類技術(shù)的研究越來越受到人們的重視。作為現(xiàn)代消毒技術(shù)領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要技術(shù)，低濃度乙醇消毒技術(shù)可改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)對(duì)化肥和農(nóng)藥的過度依賴，能在保護(hù)環(huán)境的前提下，達(dá)到土壤高效消毒的效果，從而實(shí)現(xiàn)作物、蔬菜、畜禽的穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)，是發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)和無公害農(nóng)業(yè)的有力保障。同時(shí)，低濃度乙醇消毒技術(shù)可促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展及降低農(nóng)業(yè)耗能。低濃度乙醇消毒技術(shù)是一項(xiàng)新興技術(shù)，其相關(guān)科學(xué)機(jī)理研究尚未深入，物理作用機(jī)制尚不十分清楚。但從目前已知的試驗(yàn)結(jié)果來看，這是一項(xiàng)具有重大社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值的新技術(shù)，具有很好的發(fā)展?jié)摿褪袌?chǎng)前景。

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