土壤消毒技術(shù)在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中的研究進(jìn)展

張浩然　楊寧　溫丹　王曉　楊延杰　孫凱寧　陳寧

摘要：設(shè)施蔬菜種植具有集約化、商品化生產(chǎn)的特點(diǎn)，連續(xù)重茬、施肥不當(dāng)?shù)葘?dǎo)致土壤連作障礙加劇，降低作物產(chǎn)量和品質(zhì)。本文從土壤自毒作用、土壤理化性狀、土壤微生物區(qū)系綜述了設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中引起連作障礙的原因;運(yùn)用土壤消毒技術(shù)，分析了物理消毒、化學(xué)藥劑消毒和生物熏蒸消毒3個(gè)應(yīng)用方法;指出土壤消毒技術(shù)在未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，以期為設(shè)施蔬菜的安全生產(chǎn)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：設(shè)施蔬菜;連作障礙;土壤消毒

中圖分類號(hào)：S472文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2020）05-0149-08

Abstract The cultivation of facility vegetables is characterized by intensive and commercial production. Continuous stubble and improper fertilization lead to the aggravation of soil continuous cropping obstacles and the reduction of crop yield and quality. In this paper， the causes of continuous cropping obstacles in the production of protected vegetables were reviewed from the aspects of soil auto-toxicity， soil physical and chemical properties and soil microbial flora. Three application methods of physical disinfection， chemical disinfection and biological fumigation disinfection were analyzed through soil disinfection technology. The development trend of soil disinfection technology in future was also pointed out in order to provide references for the safe production of protected vegetables.

Keywords Protected vegetables; Continuous cropping obstacles; Soil disinfection

連作障礙是指同一植物或近緣植物在同一塊土地上持續(xù)種植兩茬或多茬以后，即使在正常管理的情況下，也會(huì)導(dǎo)致生育狀況變差、病蟲害嚴(yán)重、產(chǎn)量降低、品質(zhì)變劣的現(xiàn)象[1]。國(guó)內(nèi)外眾多研究表明，土壤連作障礙的成因主要包含化感自毒物質(zhì)積累、土壤理化性狀的改變、土壤微生物區(qū)系多樣性發(fā)生[1-5]。連作障礙在水稻、大豆、花生等糧油作物[6]，番茄、黃瓜、草莓等果蔬[2]，三七、人參等中藥材[7]，桉樹[8]、楊樹[9]等林木中表現(xiàn)明顯，且以中藥材和蔬菜作物較為普遍和嚴(yán)重。我國(guó)設(shè)施蔬菜總面積仍保持穩(wěn)定增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，但隨著連作障礙日趨嚴(yán)重，制約了保護(hù)地蔬菜生產(chǎn)的發(fā)展，影響蔬菜的品質(zhì)和產(chǎn)量。土壤消毒是指運(yùn)用化學(xué)、物理和生物等方法，快速、高效殺滅土壤中有害微生物、雜草、土傳病毒、地下害蟲的技術(shù)，能很好地解決作物連續(xù)種植中出現(xiàn)的問(wèn)題[10]。本文根據(jù)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)連作障礙成因的研究進(jìn)展，分析了土壤消毒對(duì)連作障礙的防控效果，以期為設(shè)施蔬菜的安全生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 連作障礙發(fā)生原因

1.1 土壤化感自毒作用

自毒作用的產(chǎn)生途徑主要包括植物地上部揮發(fā)和淋溶、根系分泌物及植株殘茬腐解等，其釋放的物質(zhì)會(huì)對(duì)同茬或者下茬的作物產(chǎn)生抑制作用，并隨年限的增長(zhǎng)逐漸累積[11-13]。目前化感自毒作用研究的重點(diǎn)均為酚酸類物質(zhì)[13-18]。酚酸類自毒物質(zhì)積累到一定濃度會(huì)抑制種子萌發(fā)[14]、阻礙根系發(fā)育[15]、影響作物地上部和地下部的生長(zhǎng)[16]。黃興學(xué)[14]在不同連作年限的豇豆土壤中檢測(cè)出苯乙酸、肉桂酸、4-羥基苯甲酸及鄰苯二甲酸4種酚酸，且4種酚酸含量隨著連作年限的增加抑制了豇豆生長(zhǎng)發(fā)育，降低產(chǎn)量。Van等[17]在實(shí)驗(yàn)室條件下發(fā)現(xiàn)，用高強(qiáng)度的狗舌草（Ragwort）莖提取物顯著降低種子萌發(fā)率，并討論了狗舌草的自毒作用對(duì)植物種群動(dòng)態(tài)的影響。

1.2 土壤理化性狀的改變

土壤的物理化學(xué)性質(zhì)直接影響著作物的生長(zhǎng)狀況，優(yōu)良的土壤環(huán)境可以更好地滿足作物對(duì)養(yǎng)分的需求[18-20]。同時(shí)高毓晗[18]研究發(fā)現(xiàn)，黃瓜溫室土壤隨種植年限的增加，含鹽量增高，伴有鹽漬化的傾向;EC值升高;pH值隨連作時(shí)間的增加先降低后回升。長(zhǎng)期連作后土壤比重和容重增大，通氣孔隙減少，另外不合理的施用肥料，不被作物吸收的元素越來(lái)越多，造成土壤養(yǎng)分失衡。Maaroufi等[20]研究表明，土壤因子的變化是氮影響凋落物分解的主要途徑，高氮處理的凋落物分解率比對(duì)照降低約15%。隨著種植年限增加，土壤酶活性逐漸降低阻礙營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，間接加劇土壤自毒物質(zhì)的積累，土壤理化性質(zhì)變差，誘導(dǎo)土壤連作障礙的發(fā)生。

1.3 土壤微生物區(qū)系的改變

另外一些研究表明，連作障礙是由于富集在根系附近的代謝產(chǎn)物及植物組織腐解物為土壤微生物提供營(yíng)養(yǎng)條件和寄主環(huán)境，從而影響微生物種群的分布所致[21-24]。Tan等[4]研究發(fā)現(xiàn)根際和內(nèi)生真菌群落被認(rèn)為對(duì)植物健康和土壤肥力至關(guān)重要。盆栽試驗(yàn)證明，土壤中的根皮苷等酚酸類物質(zhì)均增加了土壤真菌的多樣性，使土壤真菌群落的結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化。在對(duì)設(shè)施連作葡萄[25]、草莓[26]、黃瓜[27]、西瓜[28]等作物的研究中發(fā)現(xiàn)，根際土壤細(xì)菌和真菌的種群結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，因此土壤微生物區(qū)系和多樣性失調(diào)，有益微生物減少。由于多種有益真菌類群數(shù)量減少，種群變化呈現(xiàn)單一化趨勢(shì)，微生物多樣性水平降低。馬寧寧等[29]研究表明，連作20年土壤原菌群落結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，但不同連作年限的田間優(yōu)勢(shì)真菌差異較大;同時(shí)，其他真菌的數(shù)量顯著增加，改變土壤真菌優(yōu)勢(shì)種群平衡可能是導(dǎo)致作物產(chǎn)生連作障礙的重要原因之一。

2 土壤消毒主要技術(shù)

2.1 物理消毒技術(shù)

物理消毒技術(shù)主要包括太陽(yáng)能消毒技術(shù)、蒸汽消毒技術(shù)、熱水消毒技術(shù)和火焰處理消毒技術(shù)等，其基本原理是利用各種熱源使土壤耕層溫度升高到50℃以上，利用調(diào)控病蟲對(duì)溫度、濕度或光譜、顏色、聲音等的反應(yīng)能力，達(dá)到消除土壤中絕大多數(shù)病蟲害的目的[30，31]。

2.1.1 太陽(yáng)能消毒技術(shù) 太陽(yáng)能消毒是指在高溫季節(jié)，長(zhǎng)時(shí)間對(duì)土壤覆蓋塑料薄膜，通過(guò)溫室效應(yīng)吸收太陽(yáng)能輻射熱來(lái)提高土壤溫度，以殺死土壤中病原菌在內(nèi)的多種有害生物[31，32]。李英梅等[33]研究表明，壟溝式太陽(yáng)能消毒處理對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和微團(tuán)聚體的影響最小，較對(duì)照降低9.5%，增產(chǎn)最高為87.1%。此技術(shù)可有效防治草莓土傳病害以及蟲草危害，使草莓增產(chǎn)30%左右，并提高草莓質(zhì)量。利用太陽(yáng)能對(duì)土壤進(jìn)行消毒，可減少不必要的能源消耗，減少化學(xué)藥劑投入[33，34]。但實(shí)際生產(chǎn)中，太陽(yáng)能消毒受天氣狀況的影響較大，效果常不穩(wěn)定。在一年中最熱的季節(jié)，太陽(yáng)能處理6～8周對(duì)大多數(shù)土傳病害均有防治效果，但溫度較低時(shí)需要3個(gè)月左右的時(shí)間[30]。

2.1.2 熱水消毒技術(shù) 熱水消毒是將常壓熱水鍋爐產(chǎn)生的80～95℃熱水，通過(guò)開孔灑水管灌注到土壤中，為增強(qiáng)保溫效果，在土壤表面鋪蓋保溫膜，此法可使30 cm深處的土壤溫度達(dá)50℃以上，從而起到消滅土壤中病蟲害的作用[35]。王懷松等[36]研究表明，熱水處理土壤可有效控制土壤中根結(jié)線蟲的數(shù)量，在30 cm土層范圍內(nèi)能達(dá)到根結(jié)線蟲致死溫度43.3℃、4 h或54.4℃、1 min[37]。趙超等[38]研究發(fā)現(xiàn)，在保證消毒機(jī)電力、水量及燃料供應(yīng)充足的情況下，機(jī)具能持續(xù)提供85～90℃熱水，出水量提高到3.5 t/h及以上，在夏季處理土壤時(shí)，完成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溫室地下30 cm處地溫達(dá)到50℃以上處理需要2天。由于設(shè)備投資大，成本較高，因此需要專業(yè)人員操作，作業(yè)費(fèi)用每次每公頃需9 000元以上。此外該技術(shù)耗水量較大，需水量100～200 L/m2，不適宜在水資源短缺的地區(qū)使用[38，39]。

2.1.3 蒸汽消毒技術(shù) 蒸汽消毒技術(shù)是通過(guò)高壓密集的蒸汽，殺死土壤中的病原生物，可提高土壤的排水性和通透性。卓杰強(qiáng)等[40]研究表明，蒸汽消毒機(jī)生產(chǎn)率達(dá)到2.8 m3/h，消毒效果好，滅菌檢測(cè)達(dá)到99.9%以上，且保證設(shè)施農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。蒸汽消毒有以下優(yōu)點(diǎn)：①消毒速度快，均勻有效;②無(wú)殘留藥害;③對(duì)人畜安全;④無(wú)有害生物的抗藥性問(wèn)題。其缺點(diǎn)是蒸汽不易到達(dá)土壤深層，對(duì)20 cm以下土層消毒不徹底，且成本較高，其僅適合在一些現(xiàn)代化智能溫室和小范圍苗床應(yīng)用[41]。

2.1.4 電處理消毒技術(shù) 電處理消毒技術(shù)是指土壤水分中含有的氯、酚化合物，經(jīng)埋設(shè)在土壤中的電極線通直流電后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生含有大量氯和酚類氣體，這兩類氣體在土壤團(tuán)?？p隙逸散過(guò)程中能有效殺滅病原微生物;另一方面，土壤團(tuán)聚體以及土壤膠體結(jié)構(gòu)和特性、土壤氧化還原特性以及水環(huán)境的劇烈變化改變了土壤微生物的生活環(huán)境，進(jìn)而導(dǎo)致微生物種群活性的巨大改變，最終消解重茬病癥[42，43]。其優(yōu)點(diǎn)：①促進(jìn)難溶礦物質(zhì)養(yǎng)分的溶解、分解與轉(zhuǎn)化，使土壤有解毒效果;②酚類氣體和原子氯氣體在土壤團(tuán)粒縫隙逸散過(guò)程中，可以殺滅引起土傳病害的病原微生物;③使土壤結(jié)構(gòu)疏松、孔隙增大、滲透性提高和保水能力提高。陳穎[44]研究發(fā)現(xiàn)，在連作土壤中應(yīng)用電處理消毒技術(shù)，可減少土傳病害，節(jié)省用藥成本，增加種植茬數(shù)，進(jìn)而增加收入。使用電處理消毒時(shí)注意土壤含水量應(yīng)低于40%，并使用安全電壓消除短路故障。

2.1.5 火焰消毒技術(shù) 火焰高溫消毒技術(shù)是利用短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生1 000℃的瞬時(shí)高溫導(dǎo)致生物體內(nèi)蛋白質(zhì)變性不可逆的原理，達(dá)到滅菌殺蟲的目的。在生姜、草莓、大棚蔬菜試驗(yàn)中得出火焰消毒土壤中線蟲的滅殺率分別為100%、100%、98%[45]。試驗(yàn)證明，該技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①處理后土壤中的病原菌、線蟲及蟲卵等殺滅率達(dá)85%以上;②無(wú)二次污染，無(wú)農(nóng)藥殘留;③操作簡(jiǎn)便，成本較低;④不受地域限制;⑤消毒后即可種植下茬作物。因此這種消毒技術(shù)對(duì)一些有機(jī)質(zhì)含量低的砂性土壤效果更顯著。

2.1.6 微波消毒技術(shù) 微波消毒土壤的機(jī)理包括微波的熱效應(yīng)和生物效應(yīng)（非熱效應(yīng)）。蓋志武等[46]對(duì)比了不同功率的微波輻射消毒和常規(guī)加熱消毒，結(jié)果表明，微波輻射消毒殺菌率明顯高于常規(guī)加熱消毒，微波功率越高殺菌效果越好。其優(yōu)點(diǎn)：①溫度高于50℃時(shí)將使細(xì)菌中蛋白質(zhì)凝固而導(dǎo)致細(xì)菌死亡;②生物效應(yīng)使得土壤在微波電磁場(chǎng)照射下，土壤中微生物受到熱力、電磁力雙重作用，具有熱效應(yīng)和生物效應(yīng)雙重效應(yīng);③采用微波消毒土壤可殺滅其中的成蟲、蟲卵、有害微生物、病菌及草子。④不污染環(huán)境，消毒效率高、效果好。但其操作相對(duì)復(fù)雜，且設(shè)備造價(jià)及運(yùn)行成本較高，土壤濕度過(guò)高會(huì)減弱土壤消毒效果[47]。

2.1.7 射頻消毒技術(shù) 射頻消毒技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展的一種高效消毒技術(shù)，利用射頻產(chǎn)生的熱效應(yīng)和生物效應(yīng)殺滅土壤中的害蟲以及病原微生物等，具有快速均勻加熱、土壤含自平衡及選擇性加熱的特點(diǎn)。張學(xué)進(jìn)等[48]利用輸出功率為12 kW的射頻發(fā)生器對(duì)土壤進(jìn)行加熱消毒，加熱15 min土壤溫度可至52.6℃，可殺死大部分的根結(jié)線蟲;加熱18 min時(shí)，土壤的溫度達(dá)到61.7℃，可殺死土壤中所有的根結(jié)線蟲和各種病原菌，起到土壤消毒的目的。美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校已研制成射頻商業(yè)樣機(jī)，目前機(jī)器成本較高，但運(yùn)行成本較低。

2.1.8 遠(yuǎn)紅外線消毒技術(shù) 遠(yuǎn)紅外線消毒是以遠(yuǎn)紅外線作為熱源，可短時(shí)間產(chǎn)生120℃以上高溫進(jìn)行土壤滅菌消毒的技術(shù)。遠(yuǎn)紅外線作為一種磁波，它以輻射方式向外傳播，熱效應(yīng)好，且特別易被微生物體（如各種病菌）吸收。病菌吸收熱能超過(guò)它的承受極限，因此喪失活性，用在基質(zhì)消毒上，這種方式具有速度快、穿透力強(qiáng)的特點(diǎn)，能使得基質(zhì)充分吸收熱能，加熱效率高，短時(shí)間內(nèi)達(dá)到殺菌所需的溫度[49]。但該消毒方式在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中尚未見研究報(bào)道。

2.2 化學(xué)藥劑消毒技術(shù)

化學(xué)藥劑消毒是指通過(guò)噴淋、澆灌、混土和熏蒸等方式，可以產(chǎn)生具有殺蟲、殺菌或除草等作用的氣體，從而在密閉空間中防止土傳病、蟲、草等危害的一類農(nóng)藥[50，51]。溴甲烷（methyl bromide）是世界上公認(rèn)的最為優(yōu)良的化學(xué)土壤消毒劑，但其對(duì)大氣臭氧層有破壞作用，我國(guó)已于2015年禁用[52]。聯(lián)合國(guó)甲基溴技術(shù)選擇委員會(huì)（MBTOC）推薦的甲基溴替代品有氯化苦、1，3-二氯丙烯、二甲基二硫、碘甲烷、1，3-二氯丙烯和氯化苦混劑、碘甲烷和氯化苦混劑、異硫氰酸甲酯（MITC）產(chǎn)生物（如棉隆和威百畝等）、硫酰氟、氰氨化鈣等主要化學(xué)熏蒸劑，這些甲基溴的替代品均具有殺線蟲、殺菌和除草的效果[50-52]。現(xiàn)將國(guó)內(nèi)已經(jīng)商品化的4種化學(xué)熏蒸劑氯化苦、威百畝、棉隆和硫酰氟研究進(jìn)展綜述如下。

2.2.1 氯化苦 氯化苦（chloropicrin），化學(xué)名稱為三氯硝基甲烷，無(wú)色或微黃色油狀液體，有催淚性，屬劇毒品[53]。Csinos[54]、Gullino[55]等研究證明氯化苦能夠有效防控土傳真菌和細(xì)菌，主要用于煙草、番茄、辣椒、草莓、馬鈴薯和生姜等作物。但氯化苦存在土壤中易漂移，易逃逸到大氣中，對(duì)根結(jié)線蟲和雜草防治效較差的缺點(diǎn)[53]。王海濤等[56]以99.5%氯化苦原液熏蒸防治煙草根結(jié)線蟲，苗床防效為80.66%～92.49%，而田間實(shí)際防效為53.60%～65.70%。遲麗達(dá)[57]研究表明，氯化苦與碘甲烷混配（5∶1）熏蒸，根結(jié)線蟲減退率高達(dá)87.5%，優(yōu)于氯化苦與1，3-二氯丙烯處理。因此，氯化苦多與其他熏蒸劑混配以保證對(duì)土壤病害的綜合防效。

2.2.2 棉隆 棉?。╠azomet）又稱必速滅，低毒、顆粒型，化學(xué)名稱為四氫化-3，5-二甲基-2H-1，3，5噻二嗪-2-硫酮，在潮濕的土壤中分解成有毒的異硫氰酸甲酯、甲醛和硫化氫等，擴(kuò)散至土壤顆粒間，能有效殺滅土壤中各種線蟲、病原菌、地下害蟲及萌發(fā)的雜草種子，從而有清潔土壤的效果[52，57]。劉恩太等[58]研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用棉隆微粒劑可降低連作土壤中真菌數(shù)量幅度達(dá)到58.8%，細(xì)菌和放線菌數(shù)量降低15.3%、8.5%，細(xì)菌/真菌增加108.8%，放線菌/真菌增加124.2%。張慶華等[59]發(fā)現(xiàn)，通過(guò)撒施98%棉隆微粒劑（300 kg/hm2）雖然能在短期內(nèi)大量抑制或殺死土壤中的致病微生物，但其滅殺效果的持效性較短。同時(shí)，如果棉隆不能與土壤混勻，無(wú)法接觸到足夠水分，就會(huì)將異硫氰酸甲酯殘留在土壤中，這會(huì)對(duì)種植的作物產(chǎn)生毒害[60]。

2.2.3 硫酰氟 硫酰氟（sulfuryl fluoride）是一種廣譜熏蒸劑，化學(xué)分子式為SO2F2，常溫常壓下為無(wú)色無(wú)味氣體，多用于倉(cāng)庫(kù)熏蒸、建筑物空間熏蒸、木材防腐、輕紡、外貿(mào)、圖書檔案和古建筑熏蒸等[50，61]。因此硫酰氟具有廣譜殺蟲性、較強(qiáng)擴(kuò)散滲透性、毒性殘留低、使用溫度范圍廣、無(wú)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)[50]。曹坳程等[62]首次嘗試用硫酰氟25～50 g/m2防治土壤線蟲，發(fā)現(xiàn)硫酰氟對(duì)線蟲防治效果良好，田間試驗(yàn)也有很好的增產(chǎn)效果。王佩圣等[63]研究表明，99%硫酰氟50 g/m2和25 g/m2處理在自根黃瓜區(qū)病指防效達(dá)72.95%和66.67%，其中50 g/m2處理增產(chǎn)和嫁接區(qū)病指防效較高。此外需關(guān)注硫酰氟作為溫室氣體對(duì)環(huán)境的影響。

2.2.4 威百畝 威百畝（metham sodium），學(xué)名甲基二硫代氨基甲酸鈉，原藥外觀為白色具刺激氣味的結(jié)晶樣粉末狀物，是一種低毒、無(wú)殘留并廣泛使用的熏蒸劑，制劑外觀為淺黃綠色穩(wěn)定均相液體，無(wú)可見的懸浮物，35%或42%可用作農(nóng)藥劑型為水劑[50，51]。它和其分解產(chǎn)物對(duì)多種病原菌、雜草、地下害蟲等有良好的防治效果[55]。王惟萍等[64]?研究發(fā)現(xiàn)在25℃條件下用威百畝12 mg（a·i）/kg對(duì)尖孢鐮刀菌的抑制率為78.82%，對(duì)黃瓜枯萎病的防治效果為87.03%。卜東欣等[65]研究發(fā)現(xiàn)威百畝對(duì)土壤真菌種群和脲酶活性的影響較大，而對(duì)土壤細(xì)菌、放線菌及蔗糖酶、磷酸酶和過(guò)氧化氫酶活性的影響是暫時(shí)性的，隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，微生物種群及酶活性可恢復(fù)，不會(huì)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)及土壤環(huán)境造成潛在危害。其施用過(guò)程中要注意土壤溫度、濕度、翻耕深度、使用時(shí)間、封閉條件、操作方法等多種因素，施用不當(dāng)直接影響其藥效的發(fā)揮[66]。

2.3 生物熏蒸防治

生物熏蒸的機(jī)理是含有硫代葡萄糖苷（glucosinolates，GSLs）的液泡位于植物中，當(dāng)植物組織被破壞后，液泡和黑芥子酶細(xì)胞破裂，黑芥子酶分解GSLs，產(chǎn)生大量唑烷硫（oxazliidenhitobes）、睛（initrles）、硫氰酸酯（hitocyanates）和不同結(jié)構(gòu)的異硫酸氰酯類物質(zhì)（isothiocyanates，ITCs）。生物熏蒸就是利用這些植物有機(jī)質(zhì)分解過(guò)程中釋放出揮發(fā)性物質(zhì)，抑制或殺死土壤中有害生物的一種土壤消毒方法[67]。

2.3.1 生物熏蒸材料 Fahey等[68]曾系統(tǒng)報(bào)道了十字花科（Brassicaceae）、山柑科（Capparaceae）、番木瓜科（Caricaceae）等16個(gè)科500種植物中的約120種GSLs結(jié)構(gòu)，并指出這些植物至少含有一種或多種GSLs。硫代葡萄糖苷及其分解產(chǎn)物長(zhǎng)期以來(lái)因其具有殺菌、殺菌、殺線蟲和化感作用而為人所知，目前生物熏蒸材料研究最為深入的是含有GSLs的十字花科類和菊科（Compositae）植物等。

十字花科作物通常為一年生、二年生或多年生植物，如蕓薹屬、蘿卜屬等主產(chǎn)蔬菜和油料作物，其中最重要的芥屬類作物（甘藍(lán)、芥菜及油菜等）通常具有特殊辛辣氣味，這種辛辣氣味降解所產(chǎn)生的次生代謝物有較強(qiáng)的抗菌、抑病、防蟲的作用[68-70]。Mullin等[71]對(duì)7種常見十字花科蔬菜硫苷含量的研究表明，不同作物之間的差異很大;在某些情況下，品種之間的差異也很大。陳新娟[72]試驗(yàn)證明，不同蔬菜總硫苷含量最為豐富的是含8～13 mg/gDW的蕪菁（Brassica rapa）和紫菜薹（Brassica compestris），其次是6.5～7.5 mg/gDW的芥菜（Brassica juncea）和芥藍(lán)（Brassica alboglabra），然后為3～7 mg/gDW的大白菜（Brassica pekinensis）和菜心（Brassica campestris），最低為2.0～3.5 mg/gDW的小白菜（Brassica chinensis）。范成明等[69]分別用芥藍(lán)、結(jié)球甘藍(lán)、白花椰菜、球莖甘藍(lán)、苦菜、芹菜、黃瓜和大蔥對(duì)白菜根系非致病鐮刀菌、棉花枯萎菌和黃瓜腐霉菌進(jìn)行了生物熏蒸的抑制試驗(yàn)，其中5種蕓薹屬蔬菜的熏蒸抑菌效果顯著地好于非蕓薹屬蔬菜。李世東等[70]分別將甘藍(lán)、芥菜、雪里蕻的葉及芥菜疙瘩的塊根組織以3.5 kg/m2的量分別施入嚴(yán)重感染根結(jié)線蟲的土壤中，植物材料熏蒸效果好的是芥菜。結(jié)果表明大多數(shù)生物熏蒸劑以蕓薹屬植物消毒效果顯著。

現(xiàn)已知菊科作物中抗菌、殺菌物質(zhì)的主要類型有萜類化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物和含氮化合物，具有抗菌活性的植物有效成分結(jié)構(gòu)類型較多，如生物堿、萜類、黃酮、酚、醇和酯等[73]。菊科中重要的一種殺菌或驅(qū)蟲的植物-除蟲菊（Pyrethrum），可在自然的條件下進(jìn)行廣泛分解，對(duì)害蟲有較高的防治效果，且不會(huì)產(chǎn)生有毒有害的物質(zhì)[73，74]。另外李玉平[73]研究得出，所選菊科15屬25種菊科植物有10種植物在活體試驗(yàn)中也有較高的殺菌活性，其中大花金挖耳（Carpesium macrocephalum）、蓼子樸（Polygonum）、臭蒿（Artemisia hedinii）、蒼耳（Xanthium sibiricum）、旋覆花（Inula）、天明精（Carpesium abrotanoides）等6種植物在離體和活體生測(cè)中抑菌作用顯著，具有很高的研究?jī)r(jià)值。

2.3.2 生物熏蒸對(duì)土壤環(huán)境及作物的影響 肖長(zhǎng)坤等[75]通過(guò)滴灌施藥方法得出，20%辣根素水劑（異硫氰酸酯）對(duì)土壤真菌和細(xì)菌有明顯的控制作用，其對(duì)土壤鐮刀菌滅殺效果達(dá)到了100%。王曉芳等[74]研究發(fā)現(xiàn)，萬(wàn)壽菊（Tagetes）生物熏蒸處理能顯著提高連作土壤中平邑甜茶幼苗地上部及根系干重，促進(jìn)根系生長(zhǎng);脲酶、磷酸酶活性分別較對(duì)照高103.6%、77.6%，提高土壤酶活性;土壤細(xì)菌/真菌為219.9，真菌多樣性、均勻度和豐富度指數(shù)均降低，優(yōu)勢(shì)度指數(shù)增加。另外隨著花椒籽餅施用量增多，土壤pH值顯著增加，熏蒸后土壤中全氮、堿解氮、全鉀、速效鉀含量均呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)[76]。同樣薺菜浸提液通過(guò)提高連作豇豆土壤脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶和蔗糖酶活性，維持土壤養(yǎng)分平衡，改善土壤理化性狀，其中以10 g/L芥菜浸提液處理對(duì)豇豆連作脅迫緩解效果最好;澆灌芥菜水浸提液可不同程度地增加豇豆幼苗株高、莖粗、干質(zhì)量、鮮質(zhì)量和壯苗指數(shù)，在低濃度處理下豇豆生長(zhǎng)指標(biāo)均顯著增加[77]。可見生物熏蒸不僅改善了土壤環(huán)境減輕連作障礙，還有利于作物的生長(zhǎng)發(fā)育。

2.3.3 生物熏蒸對(duì)作物病蟲害的防治效果 馬艷等[78]研究發(fā)現(xiàn)，菜粕對(duì)辣椒疫病的平均防治效果為82%，并使辣椒增產(chǎn)16.4%。Ren等[79]在破碎的蕓薹組織獲得天然物質(zhì)烯丙基異硫基氰酸鹽（AITC），生物測(cè)定表明AITC對(duì)根結(jié)線蟲（LC50值為18.046 mg/kg）、真菌病原體（LC50值為27.999～29.479 mg/kg）和雜草（LC50值為17.300～47.660 mg/kg）均具有療效。何川等[76]研究證實(shí)，花椒籽餅中含有28種揮發(fā)性物質(zhì)，其中具有殺線蟲作用的D-檸檬烯和芳樟醇兩種物質(zhì)之和占總成分的13.53%，當(dāng)二者濃度為50 mL/L時(shí)對(duì)根結(jié)線蟲的校正死亡率分別為91.08%和88.92%。因此不同生物熏蒸劑對(duì)作物病蟲害的防治效果存在顯著差異，應(yīng)以設(shè)施中作物防治對(duì)象的不同選擇合適的生物熏蒸材料。

3 展望

3.1 對(duì)連作障礙發(fā)生機(jī)理深入研究

大量研究表明導(dǎo)致連作障礙的3個(gè)因素之間存在協(xié)同作用，土壤理化性狀變差造成化感自毒物質(zhì)積累，因此土壤微生物區(qū)系發(fā)生改變，導(dǎo)致連作障礙的發(fā)生，反之這些變化又影響土壤理化性狀，循環(huán)往復(fù)導(dǎo)致土壤連作障礙的加劇[2-6]。單純的土壤滅菌只能短期控制作物的病蟲害蔓延，而從根本上解決作物發(fā)病機(jī)理還需多因素綜合研究治理。

3.2 消毒方法的合理選擇

隨著現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)具的不斷試驗(yàn)研發(fā)，如土壤消毒機(jī)蒸汽輸送裝置的設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬[41]、土壤連作障礙電處理機(jī)對(duì)日光溫室土壤進(jìn)行消毒技術(shù)[42]等，未來(lái)應(yīng)加大物理農(nóng)業(yè)設(shè)備的推廣，逐步降低前期成本。受自然條件與經(jīng)濟(jì)能力的制約，我國(guó)目前還是應(yīng)用化學(xué)試劑消毒較多，主要是農(nóng)民使用在設(shè)施蔬菜連年種植中，這種方法作用效果好，操作方法簡(jiǎn)單。但化學(xué)熏蒸劑暴露環(huán)境中后對(duì)人體會(huì)造成不同的傷害（如灼傷感、喉嚨不舒服、頭疼、惡心、嘔吐、虛弱、動(dòng)作失調(diào)、眼睛損傷和腐蝕皮膚等）[50]。

田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，生物熏蒸各處理對(duì)番茄根結(jié)線蟲的防治效果高于太陽(yáng)能和土壤還原消毒法，其中芥菜添加麥麩在番茄開花期和盛果期進(jìn)行熏蒸處理對(duì)根結(jié)線蟲病的防效與對(duì)照藥劑98%棉隆防效無(wú)顯著差異[70]。因此與其他的土壤消毒方法相比，生物熏蒸有潛在的優(yōu)點(diǎn)，如花費(fèi)少、無(wú)有毒物質(zhì)、安全無(wú)污染、環(huán)境友好、可改善土壤性質(zhì)（如持水性、有機(jī)質(zhì)含量、通透性等）。

綜上所述，未來(lái)設(shè)施蔬菜土壤消毒將會(huì)采用以生物熏蒸為主，物理消毒為輔的聯(lián)合消毒方式，根據(jù)種植作物的不同合理進(jìn)行篩選。生物熏蒸技術(shù)為減輕設(shè)施蔬菜土壤連作障礙提供了一條較好的路徑，但由于生物熏蒸劑種類繁多，防治效果各有不同，因此應(yīng)深入研究生物熏蒸劑的基本原理和其應(yīng)用土壤及植物之間的關(guān)系。如何提高生物熏蒸劑的效果，并逐步取代化學(xué)消毒是人們所希望的，這將為生物熏蒸劑種類的選擇和研發(fā)提供新的理論依據(jù)。

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