設施農(nóng)業(yè)土壤消毒技術(shù)

寧琳懿睿

（內(nèi)蒙古大學生命科學學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070）

在我國設施農(nóng)業(yè)不斷發(fā)展的過程中，為了提高生產(chǎn)效益，農(nóng)戶常采用連茬栽培、連作方式。這種栽培方式會導致土壤環(huán)境高溫高濕，易引起病原菌和蟲卵積聚，同時易產(chǎn)生微生物種群失衡、營養(yǎng)比例失調(diào)、耕層土壤理化性質(zhì)變差等問題［1］。連作障礙不僅限制了土壤的循環(huán)利用，而且阻礙了設施農(nóng)業(yè)發(fā)展。

近年來，國內(nèi)外許多學者針對連作障礙引發(fā)的土壤問題做了大量研究，并取得了顯著進展。這些研究涉及土壤溫度影響因素、不同土壤消毒技術(shù)在栽培上的應用、土壤消毒改良技術(shù)實踐等。其中，設施農(nóng)業(yè)中的土壤消毒技術(shù)可歸納為以下4個方面。

1 物理消毒技術(shù)

物理消毒技術(shù)主要包括太陽能消毒技術(shù)、蒸汽消毒技術(shù)、熱水消毒技術(shù)、土壤循環(huán)消毒技術(shù)和電處理消毒技術(shù)。其基本原理是將熱源聚合，使土壤溫度上升至50℃以上，從而達到消滅土壤病蟲害的目的［2］。

1.1 夏季高溫悶棚技術(shù)

夏季高溫悶棚技術(shù)，即利用夏季棚室內(nèi)較高的溫度對土壤進行嚴格消毒的技術(shù)［2］。具體操作是，7月和8月溫度在35℃以上時，收獲大棚蔬菜后，將棚室內(nèi)殘余農(nóng)作物清除干凈，撒施雞糞、豬糞等糞肥，深翻，澆透水悶棚20 d以上，直至土溫升至55℃以上，達到殺滅土壤病菌的目的［3］。當前，比較常用且效果較好的夏季高溫悶棚技術(shù)是生石灰土壤消毒技術(shù)［3］。該技術(shù)的具體做法如下：首先，選擇炎熱的天氣，即室外溫度超過30℃時開始清除農(nóng)作物的柱樁和雜草，燒掉、深埋或者將其放在距離種植地點較遠的地方；其次，挖好壟溝，鋪上雞糞、牛糞、稻草或者秸稈，并將生石灰撒在上面，深翻，將雞糞、牛糞、稻草或者秸稈、石灰埋于地下30 cm左右，深翻后壓實，地面可用薄膜覆蓋，防止水分蒸發(fā)和溫度降低；最后，完全關(guān)閉溫室，保持溫室入口和灌溉渠不漏氣，封閉15～20 d后，打開溫室進行通風，揭開地膜，晾曬后再將土地進行耕翻整地，7～14 d后可進行栽植［4］。

其中，當生石灰發(fā)生放熱反應之后，會使稻草或麥秸稈腐爛發(fā)酵，轉(zhuǎn)變成肥料。夏季高溫加上地膜的保溫作用，可以使生石灰的消毒效果更好。

1.2 蒸汽消毒技術(shù)

該技術(shù)利用高壓蒸汽鍋爐的高溫蒸汽，通過管道輸送將熱氣輸送至覆有塑料薄膜的土壤表面，提高土壤溫度；也可在土壤深度40 cm處鋪設管道網(wǎng)釋放高溫蒸汽，實現(xiàn)土壤內(nèi)部全面均勻消毒，提高土壤透氣性，預防病蟲害的發(fā)生。

1.3 熱水消毒技術(shù)

該技術(shù)通過熱水管道或熱水孔，將70～90℃的過濾熱水高速噴淋到土壤表面，熱水可通過待處理土壤孔隙下滲擴散，提高土壤溫度，達到土壤消毒目的，提高土壤排水性，從而改變土壤的理化性質(zhì)。

1.4 土壤循環(huán)消毒技術(shù)

土壤循環(huán)消毒技術(shù)是通過對土壤進行旋轉(zhuǎn)翻耕，使土壤與高溫清潔干燥的空氣混合達到消毒目的。作業(yè)時，使用土壤旋耕機內(nèi)的旋耕裝置對處理土壤進行旋耕翻整，釋放高溫干燥、清潔的空氣于土壤中，徹底消滅土壤中的害蟲、病菌，包括昆蟲、線蟲、真菌等，實現(xiàn)旋耕起壟和消毒作業(yè)一次完成。

1.5 電處理消毒技術(shù)

電處理消毒技術(shù)是通過埋設在土壤中相距一定距離的兩塊極板，利用直流電或正負脈沖電流在土壤中引起的電化學反應和電擊殺效應，消滅對植物生長有礙的細菌、真菌、線蟲及韭蛆等生物，并消解前茬作物根系分泌的有毒有機酸的物理植保技術(shù)。該技術(shù)還能改變土壤的團聚結(jié)構(gòu)，有利于作物根系生長。應用時，將處理后的電極埋入15～50 cm深的土壤中。為了達到理想的消毒效果，土壤含水量應保持在35%～70%，消毒電壓設定為最大值，消毒時間應持續(xù)至少5 min。簡單、清潔、低成本是電處理滅菌技術(shù)的優(yōu)勢，但應用該技術(shù)時不銹鋼焊條中的鎳等重金屬通常會進入土壤，對土壤造成危害。

1.6 微波消毒技術(shù)

微波消毒，即通過照射微波產(chǎn)生熱量從而達到殺菌殺毒目的。微波是指頻率為300 MHz至300 GHz的電磁波。使用微波消毒時，經(jīng)過高頻振動、摩擦生熱，會影響微生物的分子結(jié)構(gòu)，如蛋白質(zhì)和核酸會變性失活，導致微生物死亡。雖然微波消毒效率高、對環(huán)境友好，但是操作比較復雜，必須由專業(yè)的技術(shù)人員進行操作，而且設備制造成本和操作成本均較高，因此，不適合棚內(nèi)使用。

1.7 遠紅外線消毒技術(shù)

遠紅外線消毒技術(shù)是以遠紅外線作為熱源產(chǎn)生高溫進行滅菌消毒，即采用英電熱管產(chǎn)生120℃以上高溫來對土壤基質(zhì)進行消毒。遠紅外線作為一種磁波，以輻射方式向外傳播熱量，熱效應好，且易被生物體如各種病菌吸收。病菌吸收熱能超過其承受極限后會喪失活性，從而達到殺菌消毒目的。

1.8 火焰高溫消毒技術(shù)

火焰高溫消毒技術(shù)是在旋耕過程中利用燃燒液化氣的辦法，把深度30 cm以內(nèi)的土壤加熱，達到讓根結(jié)線蟲死亡的溫度，再結(jié)合太陽能高溫悶棚，徹底殺死根結(jié)線蟲與其他病原微生物［5］?！爸袊卟酥l(xiāng)”山東省壽光市引進的火焰高溫土壤消毒+微生物防控技術(shù)，在根結(jié)線蟲防治工程和耕地質(zhì)量提升工程中的應用取得了顯著效果［6］。該技術(shù)在不使用農(nóng)藥的前提下，能在高溫下將殘留在土壤中的部分農(nóng)藥分解，有利于實現(xiàn)綠色防控目標?；鹧娓邷叵镜木唧w流程如下：首先，用旋耕機深旋土壤35～40 cm，直至土壤顆粒小于2 cm（土塊過大不利于殺滅蟲卵），深耕的同時打破了原來的犁底層，消除了土壤板結(jié)，增加了土壤透水性和透氣性，降低了土壤酸化、次生鹽漬化；其次，用火焰高溫消毒器消毒除蟲，滅菌殺蟲，利用取土壤板、飛輪對30～40 cm深層土壤進行散揚烘燒，進入烘箱，下落出土板時再進行火焰烘燒，使土壤經(jīng)過火焰噴燒，火焰溫度超過1 000℃；再次，配合高溫悶棚進一步滅殺病菌、害蟲，可以使土壤保持較長時間的高溫，效果更明顯；最后，作物定植后再沖施或滴灌針對性的微生物菌劑蠟質(zhì)芽孢桿菌、淡紫擬青霉等防控線蟲，增施枯草芽孢桿菌、多黏芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌等防控土傳病害，起到以菌抑菌的作用，防控效果在10個月以上。

該方法操作簡單、成本低廉，更重要的是不受季節(jié)和作物數(shù)量的限制，是保證農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)的有效土壤消毒方法之一［7］。

1.9 土壤射頻消毒技術(shù)

土壤射頻消毒，即在交變電場作用下，土壤介質(zhì)被消耗，引起土壤升溫，從而消滅害蟲和細菌。其作用原理是土壤中的極性分子板在高頻交變電場的作用下來回移動，通過電流產(chǎn)生大量熱量，使土壤中的害蟲和農(nóng)藥不斷受熱，而害蟲、細菌等微生物蛋白質(zhì)受熱失去活性，從而達到土壤消毒目的。張學進等研究表明，如果使用輸出功率12 kW的射頻發(fā)生器對土壤加熱消毒15 min，土壤溫度會上升至52.6℃，此時大部分根線蟲能被消滅；加熱18 min后，土壤溫度上升至61.7℃，可殺死土壤中的各種線蟲和病原體［8］。

2 化學消毒技術(shù)

化學消毒技術(shù)是將熏蒸劑注入土壤中達到消毒效果，常用的熏蒸劑有氯化苦、呋喃丹、棉酚、碘甲烷和福爾馬林等。

2.1 注射消毒技術(shù)

注射熏蒸劑消毒是常用的化學消毒方法。藥物從注射裝置注入土壤，注射深度一般為30 cm。以常見的氯化物為例，具體消毒方法如下：觀測消毒前7～14 d的天氣變化，保證空氣溫度、土壤溫度達到要求；清除植物病殘體，適時施肥，充分旋耕，深度至少20 cm，將土壤徹底耙平，再清除土壤中的泥土、石頭和植物殘留物，并選擇專門的土壤消毒機進行消毒；使用氯化物后應及時覆蓋塑料薄膜，地溫15～25℃保持7～10 d，地溫6～15℃保持14 d［9］；之后揭膜敞氣，進行翻地排氣［10］。

湖北省來鳳縣在解決“鳳頭姜”連作障礙問題上進行了大面積試驗和示范，5 a的實踐證明，利用棉隆微粒劑對土壤進行消毒能有效控制姜瘟病、莖基腐病等病害［11］。近年來，該技術(shù)措施在綠水鎮(zhèn)香溝村“鳳頭姜”栽培上發(fā)揮了顯著的示范作用，累積應用面積在12 hm2以上，具有較好的社會、生態(tài)和經(jīng)濟效益。

2.2 化學灌溉消毒技術(shù)

在滴灌條件下，結(jié)合化學灌溉技術(shù)，具有良好的消毒效果。灌溉時需要將熏蒸劑（如威百畝、氯化苦）制成乳劑，使其與水混合并施于土壤［12］。例如，新疆維吾爾自治區(qū)阜康市九運街鎮(zhèn)設施基地采用氰氨化鈣（石灰氮）配合滴灌技術(shù)進行土壤消毒，取得了良好成效。

2.3 毒土消毒技術(shù)

毒土消毒技術(shù)是將藥劑按一定比例混合后施于土壤中，溝施、穴施、撒施均可。例如，1 m2苗床用40%五氯硝基苯8 g，拌入40～50 kg干細土蓋籽［13］。

3 生物熏蒸技術(shù)

生物熏蒸技術(shù)是一種自然、環(huán)保、可替代溴甲烷的熏蒸技術(shù)，其是指通過分解植物代謝產(chǎn)物，產(chǎn)生揮發(fā)性氣體，抑制或殺死土傳病蟲害的土壤熏蒸技術(shù)。蕓薹屬植物，如甘藍型油菜、芥菜型油菜和花椰菜，常被用作生物熏蒸材料。這些植物可以作為輪作或間作作物來控制土傳病害［14］。生物熏蒸材料的副產(chǎn)品也可以用作土壤熏蒸劑，如榨菜籽或芥菜籽制成的餅和籽可以用作園藝作物的土壤改良劑，其均可以用來預防病蟲害，增加作物產(chǎn)量。

最佳熏蒸時間為每年7—8月，推薦熏蒸時間為20～30 d。新鮮畜禽糞便與土壤混合后，用適量清水澆灌，以利于糞便在高溫下發(fā)酵，并立即用聚氯乙烯薄膜覆蓋，以防止熏蒸材料產(chǎn)生的有效氣體成分流失，保證膜下氣體累積量達到致死劑量；或在下一茬作物播種前，將蕓薹植物種子播種于土壤中，待植株生長至下一茬作物播種日起40 d左右時，澆水，將植物和土壤碾碎混合，立即覆蓋地膜，待其發(fā)酵。用上述兩種生物熏蒸方法除去地膜后，在種植下一茬作物之前，應透氣7 d左右。

已應用于湖南省沅江市農(nóng)村的辣根素作為新型植物源藥劑，能有效地殺死土壤中的各種害蟲，且不影響農(nóng)作物生長。其使用方法是將苗床起壟后，在地塊表面覆蓋塑料薄膜，并用土壤壓實，進行滴灌；用清水滴灌10 min后，每667 m2使用20%辣根5 L，配適量溶液，再次滴灌直至水量達標；封閉覆蓋3 d后，揭膜一兩天，開始播種。

4 土壤消毒改良技術(shù)

4.1 光熱改性氰胺鈣土壤消毒法+土壤菌群調(diào)控法

2016年，采用土壤消毒劑（改性氰胺鈣）和改性劑（bc568）在沈陽保護果蔬科技示范園的溫室內(nèi)進行了示范試驗，具體操作如下。

清理地塊，平整壟溝，均勻撒播玉米秸稈1 200 kg，施用蚯蚓糞3 000 L，改性氰胺鈣60 kg。用旋耕機將土壤翻耕30～40 cm，使改性氰胺鈣與土壤顆粒完全接觸。用廢塑料薄膜密封，在塑料薄膜下澆灌土壤，直至地界表面濕潤。將太陽能與改性氰胺鈣相結(jié)合，可殺菌除蟲，使30 cm土層維持在50℃左右，地表溫度達到70℃。30 d后，打開溫室的門窗和通風口后，即可打開塑料薄膜，并進行翻土［15］。10 d后，結(jié)合整地，施10 kg播可潤C568，再過5 d即可定植草莓。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，示范溫室的3種害蟲對草莓的危害率分別比對照溫室低100.0%、72.3%、63.6%。

4.2 增施有機肥（或秸稈還田）+石灰氮太陽能高溫悶棚+生物菌肥

2013—2017年，如皋市依托江蘇省農(nóng)業(yè)“三新”項目和江蘇省農(nóng)業(yè)科技入戶項目總結(jié)出了一套程序化、實用化的技術(shù)模式，并應用于當?shù)夭葺N植基地。結(jié)果表明，草莓采收后及時種植青玉米或甜高粱，將秸稈還田進行高溫悶棚和土壤消毒，與無秸稈還田處理相比，土壤有機質(zhì)含量上升10.4%，接茬種植第3年草莓植株田間長勢健壯、未出現(xiàn)因連作造成的缺棵斷壟等現(xiàn)象［16］。

該技術(shù)的應用大大降低了草莓病蟲害發(fā)生率，大大減少了化學農(nóng)藥用量，在保證產(chǎn)品安全的基礎上，為設施草莓綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展建立了良好的土壤基礎條件。該綜合性土壤消毒技術(shù)模式，顯著提升了當?shù)氐慕?jīng)濟、社會和生態(tài)效益。

5 結(jié)語

目前，土壤消毒技術(shù)主要涉及物理、化學和生物三大類。在物理方面，太陽能消毒的效果受氣候條件的影響很大；蒸汽消毒技術(shù)是一種高效、清潔的消毒技術(shù)，但存在對深層土壤消毒不徹底、消毒流程復雜等問題，即便鋪設地下管道，也會出現(xiàn)成本高、不利于后期田間作物管理的狀況；熱水消毒技術(shù)在消毒的同時可以改變土壤透氣透水性，但該方法耗水量大、機器造價昂貴、資源耗費嚴重；火焰高溫消毒法環(huán)保、高效，對地域要求低且消毒效果明顯，但成本高。在化學方面，主要利用各種化學藥劑對土壤進行熏蒸，可以殺蟲、殺滅細菌或雜草，但化學藥劑毒性大，對環(huán)境和人體有害，需要專人操作。在生物方面，使用生物熏蒸可以有效控制土傳病害，改善化學熏蒸劑對土壤環(huán)境的不利影響，同時可以降低種植成本，增加農(nóng)民收入。但生物熏蒸材料從播種到收獲一般需要較長時間，因此，生物熏蒸技術(shù)仍難以廣泛推廣。

綜上所述，要想科學有效地進行土壤消毒、解決連作障礙，除了探索試驗新型高科技技術(shù)外，更重要的是參考實際情況，在目前已有的土壤消毒技術(shù)基礎上，合理搭配多種消毒方法，平衡利弊，開展適合當?shù)卦O施農(nóng)業(yè)的土壤消毒技術(shù)實踐，總結(jié)一套專業(yè)化、程序化、實用化的土壤消毒改良技術(shù)模式，并在相關(guān)基地推廣應用，解決連作障礙引發(fā)的問題，獲得更好的滅菌除害效果，保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。