強(qiáng)還原法處理土壤試驗(yàn)研究

鄭國(guó)強(qiáng)

（1.丹陽市珥陵鎮(zhèn)嘉仙果蔬專業(yè)合作社，江蘇丹陽 212362；2.江蘇碧云天農(nóng)林科技有限公司，江蘇丹陽 212362）

0 引言

甜瓜（Cucumis Melo L.）又稱香瓜，是葫蘆科一年生蔓性草本植物，是中國(guó)最早利用為果品的瓜類，《詩經(jīng)》等古籍多有記載，設(shè)施甜瓜栽培帶來了重大經(jīng)濟(jì)效益。

隨著中國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，設(shè)施農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收的重要手段，不過在利益的驅(qū)動(dòng)下局限于栽培經(jīng)濟(jì)效益高的單一作物，引發(fā)了大面積的連作障礙，限制了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，設(shè)施栽培條件下土壤缺少雨水淋溶與露地栽培有很大區(qū)別［1］。我國(guó)由于勞動(dòng)者對(duì)連作障礙缺乏認(rèn)識(shí)，種植方式和管理制度相對(duì)落后，使連作障礙逐漸成為限制農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)瓶頸，主要表現(xiàn)在：作物長(zhǎng)勢(shì)變?nèi)酢a(chǎn)量和品質(zhì)下降、根系自毒作用增強(qiáng)、根系活力下降；土壤理化性質(zhì)變劣、酸化和次生鹽漬化、土壤養(yǎng)分虧缺或失衡、有害微生物的大量繁殖，形成惡性循環(huán)；植物的抗逆能力下降，土壤病蟲害加劇，化學(xué)農(nóng)藥使用量超標(biāo)、有毒物質(zhì)富集等，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境或?qū)е律鷳B(tài)環(huán)境逐步惡化［2］。

自我國(guó)引進(jìn)設(shè)施栽培技術(shù)以來，因其具有經(jīng)濟(jì)效益高、受季節(jié)影響小等優(yōu)點(diǎn)，不僅大大提高了土地的利用效率，還極大地滿足了人民提高生活水平的需要。但是，為了獲得高的經(jīng)濟(jì)效益，設(shè)施蔬菜生產(chǎn)呈現(xiàn)復(fù)種指數(shù)高、化肥和農(nóng)藥等農(nóng)用化學(xué)品投入量大的特點(diǎn)，絕大部分設(shè)施大棚每年種植三季以上的作物，氮肥施用量超過100 kgN/hm2，受種植經(jīng)驗(yàn)的限制，同一塊土地上種植同一高產(chǎn)蔬菜作物的現(xiàn)象極為普遍，使得土壤連作障礙發(fā)生嚴(yán)重，表現(xiàn)為土壤硝態(tài)氮積累、酸化、次生鹽漬化以及微生物區(qū)系惡化，土傳病害頻發(fā)。

通過利用土壤強(qiáng)還原方法（Reductive Soil Disintestation，RSD），以生態(tài)學(xué)和系統(tǒng)理論為指導(dǎo)，改善設(shè)施甜瓜地土壤環(huán)境條件，消除病原微生物滋生環(huán)境，切斷病原微生物傳播途徑，合理配合施用有機(jī)和無機(jī)、酸性和堿性肥料，鞏固消除連作障礙的效果，實(shí)現(xiàn)甜瓜的可持續(xù)生產(chǎn)。該項(xiàng)技術(shù)的基本原理是：通過添加有機(jī)物料和淹水措施在短時(shí)間內(nèi)創(chuàng)造土壤的強(qiáng)烈還原環(huán)境，反硝化以消除積累在土壤中的硝酸鹽，生成硫化氫等還原性硫化物而脫除硫酸鹽，從而達(dá)到脫鹽的目；利用還原過程中產(chǎn)生的OH-以中和土壤酸性；短時(shí)間內(nèi)強(qiáng)烈的氧化還原條件轉(zhuǎn)變及還原環(huán)境中生成的H2S等物質(zhì)可能抑制甚至殺滅土傳病原微生物；有機(jī)物料轉(zhuǎn)化生成的土壤有機(jī)質(zhì)將改變土壤的物理性質(zhì)，從而徹底修復(fù)退化土壤，為作物創(chuàng)造良好的生長(zhǎng)環(huán)境［3］。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)為丹陽市珥陵鎮(zhèn)嘉仙果蔬專業(yè)合作社甜瓜基地。

1.2 甜瓜土壤處理

利用RSD處理方法，2018年6月20日采集土壤樣本作為對(duì)照，隨后對(duì)土壤添加物料處理，每棚面積480 m2。物料處理：（1）蠶沙處理（每棚1 000 kg）兩個(gè)棚。（2）葡萄枝粉處理（每棚800 kg）兩個(gè)棚，將物料均勻地鋪在土壤表面，壤表面覆蓋一層0.1～0.2 mm的生石灰，維持3～5天后翻耕。覆蓋生石灰薄層的目的：一是起到進(jìn)一步的殺菌、殺蟲作用；二是將強(qiáng)還原后的土壤暫時(shí)處在一個(gè)半封閉的環(huán)境中，防止塑料薄膜揭除后還原環(huán)境中的有毒物質(zhì)猛烈地進(jìn)入周圍空氣中，迫使部分物質(zhì)進(jìn)入略深層的土壤中，從而達(dá)到土壤的深度修復(fù)的目的，3～5天后翻耕入土壤中則能夠中和土壤酸性。利用旋耕機(jī)將其與耕作層土壤混合均勻，隨后灌水至飽和，施藥覆膜，處理土壤溫度為30～40℃，時(shí)間為35天，在發(fā)生連作障礙的土壤中翻耕入有機(jī)物料，并在土壤表面緊密覆蓋塑料薄膜，維持強(qiáng)還原環(huán)境2～4周后揭除薄膜；有機(jī)物料由以質(zhì)量份數(shù)計(jì)的以下成分組成：DDGS7.5份、秸稈75份、白蘿卜皮4份，所述有機(jī)物料的添加比例為0.8 kg/m2，處理結(jié)束后，揭開覆膜，采集土壤樣本。

1.3 土壤pH值、電導(dǎo)率（EC）微生物、病原菌測(cè)定

pH值用S200KPH計(jì)測(cè)定，水土比1∶1.25，EC用電導(dǎo)儀測(cè)定，水土比1∶5，土壤微生物活性熒光素二乙酸水解法測(cè)定，土壤病原菌測(cè)定：（1）提取土壤DNA。（2）通過尖孢鐮刀菌特異引物（ITS1F/AFP308R）對(duì)土壤中尖孢鐮刀菌數(shù)量進(jìn)行定量，添加后能夠大大縮短強(qiáng)還原處理時(shí)間，在24 h內(nèi)即可使土壤的氧化還原電位降低至-200 mV，還原氛圍強(qiáng)烈，能夠獲得勞爾氏菌、茄鐮刀菌、立枯絲核菌含量極地的土壤。同時(shí)，本研究的有機(jī)物料中還添加了白蘿卜皮，其含有芥子油，對(duì)茄鐮刀菌具有致死效果，白蘿卜皮與DDGS同時(shí)施用還能夠發(fā)揮協(xié)同增效作用，進(jìn)一步激發(fā)DDGS中促進(jìn)發(fā)酵反應(yīng)因子的活性，從而縮短強(qiáng)還原進(jìn)程。（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行計(jì)算。測(cè)定時(shí)間為2018年8月20日。

2 測(cè)定結(jié)果

RSD處理后，土壤pH值與電導(dǎo)率（EC）如表1所示；土壤微生物活性如圖1所示；土壤病原菌數(shù)量如圖2所示。

3 具體實(shí)施步驟

一種基于強(qiáng)還原土壤修復(fù)技術(shù)的甜瓜連續(xù)栽培方法，包括以下步驟：

（1）7～8月，溫度超過25℃的情況下，在發(fā)生連作障礙的土壤中翻耕入有機(jī)物料，并在土壤表面緊密覆蓋塑料薄膜，維持強(qiáng)還原環(huán)境2～4周后揭除薄膜；有機(jī)物料由以質(zhì)量份數(shù)計(jì)的以下成分組成：DDGS7.5份、秸稈75份、白蘿卜皮4份，所述有機(jī)物料的添加比例為0.8 kg/m2

（2）土壤表面覆蓋一層0.1～0.2 mm的生石灰，維持3～5天后翻耕；覆蓋生石灰薄層的目的一是起到進(jìn)一步殺菌、殺蟲的作用，二是將強(qiáng)還原后的土壤暫時(shí)處在一個(gè)半封閉的環(huán)境中，防止塑料薄膜揭除后還原環(huán)境中的有毒物質(zhì)猛烈地進(jìn)入周圍的空氣中，而迫使部分物質(zhì)進(jìn)入略深層的土壤中，從而進(jìn)行土壤的深度修復(fù)，3～5天后翻耕入土壤中則能夠中和土壤酸性。

（3）化肥減施?；蕿槊慨€施腐熟的有機(jī)肥料2 500 kg、過磷酸鈣50 kg，定植后5～8天內(nèi)開始追肥，每畝施用水溶性肥料2～3 kg，其中氮磷鉀肥比例為1∶1∶2，水溶性肥料由硝酸銨、過磷酸鈣、氯化鉀組成，待第一穗果膨大后，每畝施腐熟糞尿400～500 kg，腐熟糞尿?yàn)榧仪菁S尿與魚糞便的混合物，隨水沖入。到第二、三穗果膨大時(shí)，每畝施用水溶性肥料5～10 kg，其中氮、磷、鉀肥比例為2∶1∶2。隨著作物的生長(zhǎng)，土壤中的原有的有機(jī)質(zhì)部分被吸收，故后期追肥時(shí)氮、磷、鉀比例重新恢復(fù)甜瓜最佳肥料比。追肥方法與常規(guī)方法的區(qū)別在于：一是降低了每畝施用水溶性肥料的重量。二是調(diào)整了肥料中氮、磷、鉀的施用比例，由于經(jīng)過強(qiáng)還原后的土壤對(duì)肥料，尤其是氮肥的利用率大大提高，故在保證作物產(chǎn)量與品質(zhì)的基礎(chǔ)上可大大降低水溶性肥料的用量。

表1 RSD處理后土壤pH值與電導(dǎo)率（EC）

圖1 土壤微生物活性

圖2 土壤病原菌數(shù)量（尖孢鐮刀菌數(shù)量）

RSD處理具有廣譜性，但對(duì)不同作物的不同土傳病原菌的致死效果并不完全相同，只有通過對(duì)特定病害的病原菌進(jìn)行毒理分析，并選用精確的有機(jī)物料，才能以最低的成本獲得最佳的連作障礙治理方案。本次研究的有機(jī)物料選用DDGS為酒精糟，添加后能夠大大縮短強(qiáng)還原處理時(shí)間，在24 h內(nèi)即可使土壤的氧化還原電位降低至-200 mV，還原氛圍強(qiáng)烈，能夠獲得勞爾氏菌、茄鐮刀菌、立枯絲核菌含量極地的土壤；同時(shí)，本研究的有機(jī)物料中還添加了白蘿卜皮，其含有芥子油，對(duì)茄鐮刀菌具有致死效果，白蘿卜皮與DDGS同時(shí)施用還能夠發(fā)揮協(xié)同增效作用，進(jìn)一步激發(fā)DDGS中促進(jìn)發(fā)酵反應(yīng)因子的活性，從而縮短強(qiáng)還原進(jìn)程。

（4）采收后管理：當(dāng)年果實(shí)采收完畢后，有機(jī)物料減按步驟（1）中1/4的質(zhì)量再次進(jìn)行強(qiáng)還原，維持1周，連續(xù)栽培前1周執(zhí)行步驟（2）、連續(xù)栽培過程中仍執(zhí)行步驟（3）的施肥方法。水溶性肥料由硝酸銨、過磷酸鈣、氯化鉀組成。選用硝酸銨是由于：（1）其吸收率高。（2）相比其他形態(tài)的氮肥，硝酸鹽更容易被后續(xù)的強(qiáng)還原處理消除，對(duì)土壤的后續(xù)影響小，腐熟糞尿?yàn)榧仪菁S尿與魚糞便的混合物。

4 結(jié)語

（1）土壤pH值和電導(dǎo)率EC是反映土壤理化性質(zhì)的重要指標(biāo)，設(shè)施栽培隨著耕種年限的增加土壤pH值會(huì)有所降低，而電導(dǎo)率EC會(huì)有所增加，這說明土壤不斷酸化和次生鹽漬化，阻礙植物根系生長(zhǎng)，降低產(chǎn)品品質(zhì)，從而形成土壤連作障礙。土壤酸性增加會(huì)對(duì)土壤中大量元素產(chǎn)生影響，有些離子會(huì)被置換移動(dòng)，甚至被淋溶，在低pH值條件下有些重金屬活性增加，加速有毒金屬離子釋放，進(jìn)而影響植物生長(zhǎng)，土壤酸化也會(huì)導(dǎo)致土壤結(jié)團(tuán)板結(jié)，影響通透性，從而阻止植物根系生長(zhǎng)，同時(shí)酸化也會(huì)對(duì)部分有益微生物活性和酶產(chǎn)生抑制影響［4］。試驗(yàn)表明，添加蠶沙和葡萄枝粉的RSD處理能顯著提升土壤pH值，降低土壤EC，這說明幾種處理能緩解土壤酸化和鹽漬化，如表1所示。

（2）土壤可為微生物提供礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分，土壤微生物的存在又對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的形成、土壤理化性質(zhì)的改善有著密切關(guān)系，土壤微生物活性可直接反應(yīng)土壤的理化性質(zhì)，蠶沙和葡萄枝粉強(qiáng)還原處理能夠顯著增加土壤微生物活性，表明RSD處理能增加土壤微生物活性，改善土壤理化性質(zhì)，從而土壤養(yǎng)分利用率提高，如圖1所示。

（3）尖孢鐮刀菌是一類既可侵染植物又可在土壤內(nèi)生存的兼性寄生真菌。和其他植物病原菌一樣，尖孢鐮刀菌存在著種下分化，可侵染許多植物寄主，具有多種轉(zhuǎn)化型，是一種世界性分布的土傳病原真菌，可引起瓜類枯萎病的發(fā)生。處理前土壤中尖孢鐮刀菌的含量較高，而蠶沙和葡萄枝粉的強(qiáng)還原處理土壤后，其數(shù)量均顯著下降，如圖2所示。

綜上所述，強(qiáng)還原方法處理土壤可有效改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤微生物活性，對(duì)尖孢鐮刀菌等土傳病菌有顯著殺滅效果。

強(qiáng)還原土壤修復(fù)技術(shù)為在土壤-蔬菜作物-微生物的關(guān)系中創(chuàng)造有利于蔬菜作物生長(zhǎng)、不利于病原微生物生長(zhǎng)的土壤環(huán)境條件，已達(dá)到提高作物產(chǎn)量、降低土傳疾病的發(fā)生概率的目的，理論上有利于實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)、高效、減少化肥農(nóng)藥施用量。該項(xiàng)技術(shù)的基本原理是：通過添加有機(jī)物料和淹水措施在短時(shí)間內(nèi)創(chuàng)造土壤的強(qiáng)烈還原環(huán)境，反硝化以消除積累在土壤中的硝酸鹽，生成硫化氫等還原性硫化物而脫除硫酸鹽，從而達(dá)到脫鹽的目的；利用還原過程中產(chǎn)生的OH-以中和土壤酸性；短時(shí)間強(qiáng)烈的氧化還原條件轉(zhuǎn)變及還原環(huán)境中生成的H2S等物質(zhì)可抑制甚至殺滅土傳病原微生物，有機(jī)物料轉(zhuǎn)化生成的土壤有機(jī)物質(zhì)將改變土壤的物理性質(zhì)，從而修復(fù)退化土壤。