低濃度乙醇消毒技術在設施土壤消毒領域的發(fā)展動態(tài)和展望

李國銘+周清

摘 要：在比較各類消毒方法的基礎上，分析了低濃度乙醇消毒技術的發(fā)展優(yōu)勢和意義，闡述了該方法的研究動態(tài)及其存在的問題，并對該方法的應用前景作出了展望。

關鍵詞：低濃度乙醇；土壤消毒；動態(tài)；展望

中圖分類號：S472 文獻標識碼：A 文章編號：1001-3547（2014）16-0059-04

近10 a來，隨著我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村經(jīng)濟的迅速發(fā)展，保護地栽培作為一項現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施得到了極大推廣。全國設施栽培面積已達350萬hm2，其中設施蔬菜栽培面積約為335萬hm2 [1]。隨著設施栽培面積的擴大和連作重茬，土傳病害的發(fā)生也呈逐年加重趨勢，通常栽種3～5 a后，一般設施作物的產(chǎn)量和品質(zhì)都會受到嚴重的影響，一般減產(chǎn)20%～40%，嚴重的將減產(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消毒劑，優(yōu)點是高效，但殘留嚴重，用藥量逐年增加，嚴重的還會造成設施蔬菜的食品安全問題，近年來有關設施土壤消毒造成的食品安全問題時有報道。雖然利用化學法對土壤首次消毒時效果最佳，但是消毒過后大量消毒劑殘留在土壤當中，使土壤中的病蟲害產(chǎn)生了抗藥性，當有了抗藥性的病蟲害再次為害設施作物時，就需要施用更大劑量的藥劑來防治，如此惡性循環(huán)，作物的化學藥劑殘留就會大大增加，同時這種化學藥劑殘留還會污染地下水質(zhì)、為害空氣質(zhì)量[3]，而這些都已經(jīng)成為制約設施栽培產(chǎn)量和設施農(nóng)產(chǎn)品安全的突出問題。

低濃度乙醇消毒技術是現(xiàn)代土壤消毒技術中比較重要的一項技術，相比于其他物理和化學消毒技術，這種技術具有成本低、低殘留、節(jié)能高效、無污染等優(yōu)點，非常適于大面積推廣應用。本文在比較了化學和物理常見消毒方法的基礎上，對低濃度乙醇消毒技術的發(fā)展優(yōu)勢及意義、發(fā)展動態(tài)及存在的問題和應用前景進行了簡要闡述。

1 低濃度乙醇消毒技術的發(fā)展優(yōu)勢及意義

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

1.1 各類消毒方法優(yōu)缺點比較

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

本文對各類消毒技術的優(yōu)缺點做了比較和分析，具體如表1所示。由表1可知，雖然化學消毒方法對土壤具有較為高效、徹底的消毒效果，但是存在嚴重的殘留，造成食品安全問題，而且化學藥劑也可能會滲入地下水層，污染地下水源，同時還會揮發(fā)至空氣中構成公共衛(wèi)生威脅，因此其應用受到限制。物理消毒方法在實際生產(chǎn)應用中存在諸多限制，需要昂貴的設備并消耗大量能源，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)濟價值非常高的作物。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前景。

1.2 發(fā)展低濃度乙醇消毒技術的意義

目前，我國正處在由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉型的階段，急需改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)嚴重依賴化學藥劑的現(xiàn)狀，構建合理的農(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是一種能夠促使傳統(tǒng)土壤消毒逐步擺脫對化學品的依賴，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。它要求技術、設備、土壤三者高度關聯(lián)，并能以土傳病害因子為控制對象，最大限度地提高產(chǎn)量和杜絕有害化學品為害。推廣低濃度乙醇消毒技術，對促進農(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)實意義[5]。

2 低濃度乙醇消毒技術研究動態(tài)及其存在的問題

低濃度乙醇消毒技術是現(xiàn)代土壤消毒技術中比較重要的一項技術，其造價低廉、使用方便、效果顯著，同時對環(huán)境無副作用。國內(nèi)外研究證明，用低濃度乙醇溶液處理土壤，對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研究動態(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，同樣得到類似結論。由此低濃度乙醇土壤消毒技術被提出。

2005年，Uematsu等[10]在試驗中利用不同濃度的乙醇溶液處理病土，同時檢測土壤中金屬離子價態(tài)和數(shù)量的變化，試驗發(fā)現(xiàn)，采用濃度為1.0%的乙醇溶液進行土壤消毒，對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烈的抑制作用，這進一步驗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抑制腐病菌的試劑。

2006年，日本千葉大學教授Momma等[11]利用麥麩（發(fā)酵后含酒精成分）做土壤消毒試驗，同時觀察土壤中氧化性強的金屬離子和有機酸的變化，發(fā)現(xiàn)有機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-變性梯度凝膠電泳（PCR-DGGE）分析認為，BSD處理的土壤會增加潛在有機酸制造者的相對豐度，驗證了在低濃度乙醇消毒過程中有機酸具有抑制微生物的作用。

2010年，江蘇淮陰工學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，試驗驗證了土壤微生物生物量碳含量是評價土壤肥力和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要指標，同時，也探究出了以2%酒精溶液抑制根結線蟲效果最佳，為后續(xù)土壤消毒研究提供了理論和數(shù)據(jù)基礎。

2011年，江蘇淮陰工學院園藝與景觀系的陳伯清等[7]在將乙醇溶液體積分數(shù)設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，結果顯示，在處理后15 d，2.5%乙醇溶液降低土壤根結線蟲數(shù)量效果最佳，2.0%乙醇溶液對微生物量碳變化的影響最小。這個試驗說明了地膜覆蓋對乙醇溶液防治根結線蟲有增強作用，并能增加微生物量碳。

近年來，此技術越來越受到人們關注，對更好地開發(fā)利用此技術具有較大的現(xiàn)實意義。

2.2 低濃度乙醇消毒技術目前存在的問題

從上面關于乙醇消毒技術的研究動態(tài)可以看出，關于低濃度乙醇消毒機理存在著兩種主流看法，一種是Shinmura[8]的有機酸理論，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。

盡管現(xiàn)今有很多關于低濃度乙醇消毒技術方面的研究，但是這種消毒技術體系還是存在著很多問題，主要集中在以下方面。在技術研究上，基礎研究薄弱。有些技術的應用還未從理論上得到嚴格論證，有待科學技術研究的進一步突破，同時，技術研究缺乏針對性，體系化程度弱，例如，對該消毒方式處理不同土壤時具體工藝參數(shù)、作用機理的研究較少，以及對處理后所種作物生長的影響研究也較少。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。在技術推廣上，還處在試驗示范階段，缺乏系統(tǒng)的應用及評估體系。低濃度乙醇消毒技術的發(fā)展時間不長，各方面對其應用效果的認識程度不同，有待農(nóng)業(yè)工作者進一步完善和積極示范推廣。

3 總結和展望

隨著蔬菜設施栽培面積不斷擴大，蔬菜設施栽培受高溫、高濕、封閉和連茬種植等因素影響，根結線蟲病等土傳病害呈逐年加重趨勢，可造成減產(chǎn)20%～30%，重者達50%以上，甚至絕收。同時，根結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菌性病害的發(fā)生，增加和擴大了病害的發(fā)生，已成為當前蔬菜生產(chǎn)的一大障礙。防治土傳病害的技術也體現(xiàn)了溫室生產(chǎn)管理的最高水平。化學消毒技術雖然能很好地解決土傳病害的問題，但是化學消毒劑高殘留會對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)上對無殘留、低毒害的高效安全土壤消毒技術的要求十分迫切，對此類技術的研究越來越受到人們的重視。作為現(xiàn)代消毒技術領域中的一項重要技術，低濃度乙醇消毒技術可改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)對化肥和農(nóng)藥的過度依賴，能在保護環(huán)境的前提下，達到土壤高效消毒的效果，從而實現(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，低濃度乙醇消毒技術可促進農(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是一項新興技術，其相關科學機理研究尚未深入，物理作用機制尚不十分清楚。但從目前已知的試驗結果來看，這是一項具有重大社會、經(jīng)濟和生態(tài)價值的新技術，具有很好的發(fā)展?jié)摿褪袌銮熬啊?/p>

參考文獻

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