强还原土壤灭菌法防控瓜菜土壤连作障碍效果的影响因素

摘    要：强还原土壤灭菌法（reductive soil disinfestation，RSD）是一种作物种植前的土壤处理方法，也是目前快速、有效防控土传病害和消除设施蔬菜土壤连作障碍的新方法。该法具有杀灭土传病原菌和改善土壤理化性质等特点，已成功用于设施蔬菜土壤连作障碍的防控。RSD的防控效果受到有机物料、土壤温度、土壤处理时间、土壤水分含量、石灰添加量、前茬土壤性质、前茬作物类型、后茬作物类型、土壤内部环境因素及外源添加物等10个方面因素的影响。综述了RSD防控瓜菜土壤连作障碍效果的影响因素及研究进展，以期为RSD应用提供理论参考，促进设施瓜菜绿色和可持续生产。

关键词：强还原土壤灭菌法；设施土壤；连作障碍；有机物料；土传病害

中图分类号：S606+.1 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2023）02-011-08

The factors affecting reductive soil disinfection（RSD）on overcoming mono-cropping obstacles of cucurbits and vegetables

WANG Guangyin1， GUO Weili1， CHEN Bihua1， PAN Feifei1， HUANG Xinqi2，3， CAI Zucong2，3， ZHOU Jianhua4， GU Guilan5

（1.School of Horticulture Landscape Architecture， Henan Institute of Science and  Technology/Henan Horticultural Plant Resources Utilization and Germplasm Innovation Engineering Research Center， Xinxiang 453003， Henan， China; 2.School of Geography Science， Nanjing Normal University， Nanjing 210023， Jiangsu， China; 3.Yunnan Liran Agricultural Technology Development Co.，Ltd.， Honghe 662200， Yunnan， China; 4.Zhengzhou Vegetable Research Institute， Zhengzhou 450015， Henan， China; 5.Puyang Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Puyang 457000， Henan， China）

Abstract： Reductive soil disinfection（RSD）is is a new method for rapid and effective managing soil borne diseases and overcoming mono-cropping obstacles of vegetables in protected production. This method has the characteristics of inhibiting soil-borne pathogens and improving soil physicochemical properties and has been successfully applied to protected vegetable production for overcoming mono-cropping obstacles. The effectiveness of RSD is affected by organic materials， soil temperature， soil treatment time， soil moisture content， lime addition， previous soil properties， previous crop types， subsequent crop types， soil internal environmental factors and exogenous additives. This review summarized the influencing factors and research progress of RSD application on cucurbits and vegetables to provide references for the use of RSD and promote green and sustainable production of protected cucurbits and vegetables.

Key words： Reductive soil disinfestation（RSD）; Facility soil; Mono-cropping obstacle; Organic materials; Soil borne diseases

近些年来，研究者普遍认为设施蔬菜土壤连作障碍是自毒作用、土传病原菌积累、土壤微生物区系变化、土壤养分不平衡及土壤理化性状变化（包括土壤板结、次生盐渍化和酸化）等多因子综合作用的结果[1]。目前，在防控设施瓜菜连作障碍及土传病害方面，研究者及生产者曾采取了不少技术措施，主要有物理措施（轮作、高温闷棚等）[2-4]、化学措施[5-6]、生物措施（施有机肥、生物有机肥、拮抗菌等）[7-9]、抗性品种[10-11]及嫁接措施[12-13]等。但这些技术措施大多针对某一特定障碍因素，如抑制土传病原菌生长、降低土壤酸化程度和提高有机质含量等，也都具有一定的防控或缓解土壤连作障碍的效果[14-19]。由于这些技术措施作用比较单一，均有其局限性，因此并没有彻底改变土壤微生物的生长环境，未能从根本上修复退化的设施瓜菜土壤，也不能彻底解决诸多因素成因的土壤连作障碍问题[14-19]。

近10年来，针对设施瓜菜土壤连作障碍防控效果不理想的状况，国内发展与研究了一种强还原土壤灭菌法（reductive soil disinfestation，RSD）[14-16，18，20]，经实践证明是目前防治土传病害和消除连作障碍的新方法，防控设施蔬菜及其他作物土壤连作障碍成效显著[14，17，21-27]。笔者在本文中重点概述RSD防控瓜菜土壤连作障碍效果的影响因素，以期为RSD应用提供理论依据与实践指导。

1 RSD的特点

RSD是一种作物种植前的土壤处理方法[15，18，28]，即在发生连作障碍和土传病害的土壤中，添加大量的易分解有机物料，通过灌溉至土壤水分饱和、覆盖塑料薄膜或淹水阻隔与大气的气体交换，快速创造土壤强还原（厌氧）环境，短期内快速杀灭土传病原菌，并消减连作障碍的危害[14，29-30]。

RSD处理的步骤[15，18，28]包括以下四步：第一步，向土壤中大量施用易降解有机物料，并将固体粉末状有机物料均匀翻耕入土，或采用灌溉设备将液体物料冲施到土壤中；第二步，淹水或灌溉至土壤水分饱和；第三步，地面覆盖农膜以隔绝土壤与大气的气体交换；第四步，到预定时间结束处理，并排水、撤膜和晾干土壤。

21世纪初期，RSD在日本、荷兰和美国等国家较早研究与推广应用[15，30]。我国科学工作者也在2010年前后开始系统研究RSD处理连作土壤，取得了杀菌和改良退化土壤的显著效果[14-16，20，30-34]。近年来，将RSD成功应用于防控设施土壤连作障碍和瓜菜及其他作物土传病害中[14，16，21-27]，使RSD发展为一种广谱、高效、环保和新型的连作土壤处理技术。RSD不同于单纯土壤淹水、施用有机肥、秸秆还田和高温闷棚等常规防控措施，它是一种作物种植前的土壤处理方法[15，18]，具有速效、处理时间短、要求温度不高、有机物料来源广泛、环保无污染、作用广谱和高效等优点。因此，RSD处理技术必将在快速、有效改良退化土壤[16]和克服连作障碍中发挥重要作用。

2 RSD防控瓜菜土壤连作障碍的基本机制

2.1 RSD处理可有效杀灭土壤中的多种土传病原菌

土传病害是公认的作物连作障碍的主要因子[1，29，35]。对RSD的杀菌作用，国内学者[15，20，29-31，36-37]进行了深入探讨，主要有以下几个方面。

2.1.1 厌氧环境抑菌 在RSD处理时添加有机物料、覆膜和淹水，形成土壤的厌氧环境，不但能杀灭好氧病原菌，而且土壤中的许多厌氧微生物还能分解有机质，并产生大量对病原菌具有毒害作用的代谢产物，如氨、甲烷、有机酸和硫化氢等[34]。Fusarium oxysporum（尖孢镰刀菌）是连作障碍的主要致病菌，RSD处理形成的厌氧还原环境对F. oxysporum具有很强的抑制效果[38]。

2.1.2 土壤高pH值抑菌 在RSD处理中添加大量易分解有机物料和淹水，创造了剧烈的土壤强还原条件，提高了土壤pH值[37，39]。由于土壤pH值与尖孢镰刀菌数量呈显著负相关[37-38]，因此土壤pH值的提高即可抑制该病原菌[29]。

2.1.3 有机酸对土传病原菌的抑制作用 在RSD处理过程中，缺氧或厌氧条件能使微生物分解有机物料产生挥发性有机酸，尤其是乙酸和丁酸等，对于杀菌有重要的作用[20，39-41]。

2.1.4 有害气体对土传病原菌的抑制作用 在RSD处理土壤过程中，土壤中的NH4+大量增加，且土壤中的SO42-（硫酸根）和NO3－（硝态氮）也被强还原，从而使土壤中挥发出的NH3（氨气）、H2S（硫化氢）和N2O（氧化亚氮）等气体大量增加[37]，而这些气体对土传病原菌（如尖孢镰刀菌等）具有明显的毒害（杀菌、抑制）作用[15，18，20，40，42]。

2.1.5 Fe2+抑制病原菌的增殖 研究表明，强还原和淹水处理均有效提高了地黄连作土壤中的Fe2+和有机酸含量[43]，而土壤中Fe2+和有机酸含量的提升能够有效抑制病原菌的增殖[44-45]。可见，土壤Fe2+和有机酸含量的提升消减了尖孢镰刀菌导致的地黄连作障碍。

2.1.6 土壤微生物群落结构改变的抑菌作用 短时间和强烈的还原环境对土壤微生物群落结构的影响是RSD处理防控土传病害的可能机制之一[15]。RSD处理能够在高效杀灭土传病原真菌的同时，还能维持或刺激土壤中其他真菌类群的存活与增殖，从而通过加剧其他真菌类群与病原菌在养分和生态位上的竞争，以增强RSD处理后土壤微生物的整体抑菌（病）能力[29]。

2.2 RSD处理使土壤理化性质发生变化

RSD处理能显著提高酸化土壤的pH值[14，16-17，26-29，32，40，46-50]，降低土壤电导率（EC）[14，17，28，32，40，46]，这都表明RSD处理可降低土壤酸化和盐渍化程度。RSD处理还可使土壤氧化还原电位（Eh）迅速下降至0 mV以下[14，16，46]，而土壤Eh的显著下降[51]创造了土壤的厌氧还原条件，土壤反硝化作用增强，使NO3-浓度迅速降低，这对于酸性土壤的改良具有显著的效果[34]。

RSD处理能快速有效消减土壤所积累的致酸离子NO3-[16-17，25-26，29，39-40，49]和降低SO42-离子[16-17，49]。RSD处理也能增加土壤NH4+含量[14，29，39，46，49]，这有利于土壤中挥发出NH3，其对土壤病原菌具有毒杀作用。

RSD处理能显著增加土壤中有机质[27，29，43，48，50]、全氮[29，50，52]、碱解氮[17，27，29，43，48]、有效磷[17，27，43，48，52]及速效钾[17，27，29，40，43，48，52]的含量。另外，RSD处理时加入的有机物料，经高温腐解转化生成土壤有机质，还可以改善土壤结构[14-15，28]。