复合微生物菌剂结合阳光消毒治理设施草莓连作障害的效果

肖 蓉 ，曹秋芬 ，李 倩 ，张春芬 ，邓 舒 ，聂园军 ，李瑞珍 ，赵 佳

（1.山西省农业科学院果树研究所，山西 太原 030031；2.山西省农业科学院生物技术研究中心，山西 太原 030031；3.山西省农业科学院小麦研究所，山西 临汾 041000；4.山西省农业科学院农业资源与经济研究所，山西 太原 030006）

作物连作障害是指同一种作物连续在同一块地上种植，第2个生育周期及以后发生的生长发育不良、病害加重，导致产量和品质严重下降的现象。瓜类、蔬菜、果树、作物等都存在不同程度的连作障害问题。草莓是连作障害较严重的一种植物。连作草莓株高、叶片数、生物量显著下降，生育期延迟，严重减产。连作草莓根系的抗病性明显下降，根部病害和生理病害日趋严重，连作第2年就能减产约10%，连作年限越长减产程度越大[1]。

世界上公认的引起连作障害的主要因子归纳为3个方面：（1）病原真菌增多，有益细菌减少[2-4]；（2）自毒物质积累较多[5]；（3）土壤肥力失调[6]。在生产上，大多数草莓种植户对连作障害已经有广泛的认识，也非常重视连作障害的防治。人们针对这三大障害因子分别开发了不同的防治方法，比如施加有机肥调控土壤肥力、化学药剂杀菌、生物制剂调节生物菌群等。其中，高温闷棚由于简单易行，对克服草莓连作障害具有一定的效果，在生产上深受草莓种植户的欢迎。

高温闷棚是在设施草莓收获完毕后，正逢夏季高温季节，此时将大棚顶部及四周完全覆盖，让设施内温度升高并持续一段时间，以达到杀死病原菌的目的。闷棚虽简单，但它深受环境条件的限制，尤其是气温，倘若闷棚期间气温不高，棚内温度将不能有效杀灭病原菌。针对纯粹依靠阳光闷棚导致的效果不稳定的情况，科研人员及生产者们在闷棚时配合施加化学熏蒸剂（威百亩等）、石灰氮、秸秆等，以保障温度能够有效升高并持续一段时间[7]。但化学熏蒸剂对环境及人体会造成潜在的危害，不符合国家减药减肥、绿色安全生产的要求。石灰氮分解时产生的氰胺也对人体有害。

近年来，生物菌剂防治重茬病害蓬勃发展。研究者们从各种生境中分离出许多具有促进植物生长、提高植物抗病性、杀灭病原菌、培肥土壤的有益菌，并制成具有各种功能的菌剂[8-10]。该方法无毒无害、绿色无污染。山西省农业科学院生物技术研究中心功能微生物课题组前期研制出一种对植物真菌病害具有广谱抗性，同时还具有促进植物生长、发酵有机肥功能的复合微生物菌剂，该菌剂与太阳能高温消毒配合使用，能够有效解决草莓重茬障害问题。该套技术已于2014年获得国家发明专利授权[11]，为了进一步观察该方法在不同年份、不同环境下的表现情况，考察实际生产中该方法效果的稳定性，本研究在山西省不同地方，连续3 a使用该方法，以期积累一些基础数据，也更有利于在生产上推广。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于山西省临汾市洪洞县万安镇曹家庄村（N30°17′，E111°34′）、太原市阳曲县蒲子村蒲丰农林科技有限公司（N38°04′，E112°40′），每一试验点选择种植冬春季草莓的日光温室1座，温室面积666.7 m2左右，已经连续重茬种植草莓3 a。

1.2 土壤处理方法

本试验共设2种土壤处理方法，（1）“复合微生物菌剂＋有机物＋农家肥＋太阳能”综合土壤处理，简称为微生物太阳能法；（2）普通的太阳能法。普通太阳能法即清园后直接覆盖棚顶及四周，密闭大棚闷30 d左右。

微生物太阳能法中所述的菌剂是山西省农业科学院生物技术研究中心功能微生物课题组前期研究并申请了国家发明专利的复合微生物菌剂，由枯草芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、解磷菌、解钾菌、放线菌X等菌种复合而成。其中，解磷菌、解钾菌以麸皮为载体制备成固体菌剂，其余菌种制备成液体菌剂。

微生物太阳能法操作方法为：（1）清园。在前茬草莓收获后，首先清除前作物残体、地膜、滴灌等物件。（2）施肥。将腐熟好的羊粪 150～180 m3/hm2、粉碎后的农作物秸秆75～90 m3/hm2，固体霉菌发酵混合物300 kg/hm2混合均匀，铺撒于地面，立即深翻耙耱土壤，深度为30 cm左右。（3）起垄。耕后起垄，做成小高畦，根据草莓种植距离，小高畦顶宽50～60 cm，下宽 70～80 cm，畦高 25～30 cm，畦沟底宽25 cm。（4）铺膜。用透明塑料薄膜全面覆盖地面。（5）灌水。在膜下灌水，使土壤的湿度达到100%，随水灌入液体复合微生物菌剂300 L/hm2。（6）加温。在地面覆盖7 d后，覆盖温室顶部及四周塑料膜，全天封闭，持续21 d。（7）降温。温室密闭结束后揭开顶部覆盖物，充分降温。（8）补菌。降温后浇水，再次随水补充施入液体复合微生物菌剂300 L/hm2（芽孢杆菌和放线菌，比例1∶1）。于下茬草莓种植前除去地面覆盖物。

1.3 调查与检测

试验从2012年8月开始，至2015年6月结束。分别在2012年8月，2013年8月和2014年8月连续3 a对2个试验点大棚进行高温消毒处理。在整个土壤处理期间，采用全自动温度记录仪对温室内气温、地温变化进行监测。

在阳曲县的试验大棚内，每年消毒处理前、后在每个大棚随机多点（＞5）采取土样，采土深度为5～20 cm。将新鲜土样采用稀释平板计数方法测定土壤中细菌、真菌、放线菌三大菌群数量的变化。其余土样风干后作土壤肥力性质分析，肥力指标包括有机质、碱解N、速效P和速效K含量。测试方法为常规方法[12]。

2015年4月，在阳曲县的试验大棚内，调查采用微生物太阳能法和普通太阳能法处理的试验大棚里草莓的灰霉病、根腐病、白粉病等病害发病情况，并统计草莓产量。

2 结果与分析

2.1 微生物太阳能法对温室中温度的影响

2012—2014年试验期内，连续3 a，洪洞县和阳曲县7月20日至8月20日的平均气温值列于表1。可见，虽然正处盛夏，但由于下雨等原因，气温并不是很高。在这样的外界条件下，如果只靠太阳的热度来杀灭病原菌，显然不可靠。

表1 试验点土壤处理期间气温变化

采用微生物太阳能法处理后，温室内的气温和地温上升快，白天室内气温能达到60℃以上，地下25 cm耕作层温度可以上升到50℃以上。每天温室内最高气温、最高地温的变化趋势基本一致，最高地温随着最高气温变化而变化。以2013年阳曲县蒲子村蒲丰农林科技有限公司试验地为例，采用微生物太阳能法处理后温室内气温与地温上升明显，气温及各土层地温日变化如图1所示。

从图1和表2可以看出，在一天中气温（0 cm土层温度）从8：00开始一直到晚上2：00保持在50℃以上，时间长达18 h。地下10 cm土层温度从10：00一直到晚上2：00保持在50℃以上，长达16h。地下25 cm土层温度从14：00一直到晚上2：00保持在50℃以上，长达12 h。可见，在一天中，耕作层土壤（0～25 cm）温度都可以上升到50℃以上，并保持12～16 h。

表2 一天中地温升至50℃以上及保持时间

2.2 微生物太阳能法对土壤中微生物区系的影响

2.2.1 微生物太阳能法对土壤中细菌数量的影响

2012—2014年连续3 a试验中，土壤处理前后土壤中细菌数量的变化趋势如图2所示。在2012年试验之初，土壤中的细菌总数为1.3×107个/g，经过土壤处理后，数量锐减为3.2×103个/g，减少了4个数量级，可见，绝大部分细菌在20 d的综合土壤处理期内被高温杀死。经过处理完后微生物的补充与恢复，在2013年处理前土壤中的细菌数量回升，且显著高于2012年处理前细菌数量，达9.0×107个/g。再次处理后，细菌数量又降至2.8×103个/g，与2012年处理后的细菌数量水平相当。随着补充菌剂的施入，土壤中细菌数量迅速回升，至2014年突破1亿个/g。但2014年第3次处理后，细菌数量仍然降至前2 a的水平。

可见，微生物太阳能法处理土壤时，在持续20 d左右的高温及厌氧条件下，在耕作层土壤微生物区系中分布最广、数量最多（占绝大多数）的好氧性无芽孢细菌被杀死，而只占极小比例且多处于休眠状态中的兼性厌氧芽孢细菌和严格厌氧性芽孢细菌存活下来。这类微生物属于土著微生物，受外界环境影响较小，因此，在每年的土壤处理后，数量较稳定。而其他非土著细菌受外界环境影响较大，虽在土壤处理中被杀死，但很快又能恢复，且由于土壤中新增加了有机质，这类以有机质作为碳源和能源的异养型好氧无芽孢细菌快速增殖。有研究表明，这类微生物数量的多少侧面反映了土壤的肥力水平。因此，连续3 a的试验结果中，土壤细菌总数持续升高，也暗示土壤肥力得到持续改善。

2.2.2 微生物太阳能法对土壤中真菌数量的影响图3是2012—2014年连续3 a试验中，土壤处理前后土壤中真菌数量的变化趋势。可以看出，真菌的变化趋势跟细菌截然不同。在2012年土壤综合处理之前，土壤中真菌数量本底值是3a中最高的一年，为1.4×105个/g，处理后，真菌数量急剧下降，只有500个/g，仅为处理前的0.36%。经过1 a的恢复后，真菌数量有一定程度的恢复，达3.0×103个/g，为本底值的2.14%。土壤再次处理后，真菌数量再次降至300个/g。2014年土壤处理前，土壤中真菌数量比2013年还低，仅为本底值的1.43%。第3次处理后，真菌数量与前2 a处理后的水平相当。

可见，微生物太阳能法处理土壤后，土壤中的真菌数量变化总体呈大幅下降的趋势。这与其他研究结果相似。国内外许多研究结果表明，大部分土传病原菌都是真菌属，在多年连作的设施栽培土壤中，由于土壤酸化和土传病原菌的连年累积，导致真菌数量变多。真菌多为好氧性，在pH为5左右的酸性环境中生长旺盛。而在本处理中，水分饱和形成厌氧环境，不利于真菌生长，尤其是持续的高温对真菌有较强杀伤力，因此，经过20 d的处理后，土壤中真菌数量急剧降低。而处理后，加入的有机物腐熟，土壤理化环境朝着较好的方向改变，对真菌常常有拮抗作用的放线菌数量增多（图4），土壤环境的方方面面都不利于真菌的大量增殖，所以，连续3 a的土壤处理使土壤真菌数量持续降低，并始终保持在较低水平。

2.2.3 微生物太阳能法对土壤中放线菌数量的影响 从图4可以看出，放线菌的变化趋势跟细菌相似，表现为2012年土壤处理前，土壤中放线菌本底值为2.3×106个/g，处理后数量急剧锐减为1.12×104个/g，为本底值的0.49%。经过1 a的恢复后，放线菌数量回升，且超过本底值，达3.96×106个/g，为本底值的1.72倍。第2年恢复期后，放线菌数量持续升高，达4.47×106个/g，为本底值的1.94倍。2013，2014年土壤处理后的数量与2012年的水平相当。

分析出现这种变化的原因在于：放线菌喜欢中性至微碱性环境，在有机质含量高的耕作层中发育较好。经常出现于有机质腐解后期，能产生各种各样的生物活性物质，这些物质对植物的生长有利，对细菌和真菌常有拮抗作用。研究表明，1/2以上的放线菌能产生抗生素类物质，这些物质是抵抗土壤病原真菌的“良药”。因此，在土壤处理干预下，土壤放线菌数量持续升高，这有利于土传病害的防治，是土壤整体环境得到改善所带来的良性发展。

2.2.4 微生物太阳能法对土壤菌群结构的影响 从图5可以看出，2012年土壤中细菌、真菌、放线菌三大类菌群总体数量本底值为1.54×107个/g，其中，细菌所占比例为84.2%，放线菌所占比例为14.9%，真菌所占比例为0.9%。2012年土壤处理后经过1 a的恢复，2013年土壤中三大类菌群总体数量为9.39×107个/g，细菌所占比例增大为95.7%，放线菌数量虽然增多，但由于细菌增加的数量呈108数量级，所以，放线菌所占比例有所减少，而真菌不论是数量还是比例都大幅降低。至2014年细菌所占比例持续升高，真菌所占比例持续降低。

可见，在3 a的连续试验中，土壤中总的微生物数量增多，细菌和放线菌数量增多，真菌数量减少。这种情况有利于重茬病害的防治。许多研究表明，随着重茬种植年限的延长，重茬土壤由细菌主导型转变为真菌主导型，即重茬土壤中真菌所占比例逐渐增大。因此，杀灭土壤中的病原真菌，培养能带给土壤高肥力的有益细菌是防治重茬病害的要领之一。

2.3 微生物太阳能法对土壤肥力的影响

为了比较采用微生物太阳能法对重茬草莓种植连续进行3 a土壤处理后，土壤肥力的变化情况，在2012年第1次土壤处理前测定了试验温室土壤肥力本底值，并在2014年土壤第3次处理后再一次对温室中的土壤养分指标进行了测定（表3）。为方便比较，引用文献[13]的数据作为参考。

表3 土壤消毒处理对温室土壤肥力的影响

可见，处理前后，土壤中的各养分指标差异均达到显著水平（P＜0.05）。处理前温室中的有机质本底值为22.19 g/kg，处于中等水平，经连续3次土壤处理后上升为38.92 g/kg，达到稍丰水平，有机质提高了75.4%。碱解氮含量提高了150%，直接由稍缺水平变为丰富水平，改善效果显著。速效磷含量也提高了55.3%。变化最大的是速效K含量，由处理前的73.73 mg/kg增长至处理后的395.93 mg/kg，提高了437%，极大地改善了温室中普遍存在的钾素亏缺的状况。

2.4 微生物太阳能法对草莓重茬病害及产量的影响

从表4可以看出，采用普通太阳能法并不能有效控制重茬病害，结果后期草莓灰霉病、根腐病、白粉病等病害严重，总发病率为35.2%。采用微生物太阳能法处理的大棚发病率只有14.2%。2种土壤处理方法的草莓发病率之间差异显著。从产量看，微生物太阳能法处理的大棚草莓平均单果质量为19.3 g，普通太阳能法处理后的大棚草莓个头明显较小，单果质量为13.2 g。再加上病害的影响，普通太阳能法处理后的大棚草莓每公顷产量显著低于微生物太阳能法处理的产量。

表4 不同处理方式对草莓病害及产量的影响

3 结论与讨论

3.1 结论

（1）在外界气温33℃以下的情况下，微生物太阳能法能够让温室气温和耕作层土温迅速达到50℃以上，并保持12～16 h。

（2）微生物太阳能法对温室土壤中的微生物影响巨大，高温不仅能够杀灭大部分的病原真菌，也能杀死其他细菌、放线菌。所以，闷棚后及时补充有益菌群非常重要。连续3 a“杀菌-补菌”让土壤中细菌数量得到提升，真菌数量大幅度减小，放线菌数量持续升高，重茬土壤微生物菌群结构由易发病害的真菌主导型转变为健康的细菌主导型。

（3）微生物太阳能法处理后，土壤有机质、碱解N、速效P和速效K含量分别提高了75.4%，150%，55.3%和437%。养分水平得到显著提高。

（4）微生物太阳能法能够有效控制草莓重茬病害，提高产量。与普通太阳能法处理相比，微生物太阳能法处理的草莓重茬病害发病率显著降低，果实单果质量增加，产量显著提高。

3.2 讨论

闷棚处理中，棚内气温及土壤（尤其是耕作层）温度的高低是能否有效解决重茬障害的关键因子。随着温度的升高，大部分病原菌的致死时间逐渐缩短。韩娟等[14]研究指出，温湿度对保护地黄瓜霜霉病病菌孢子囊存活情况影响较大，同一相对湿度条件下，随着温度的上升，孢子囊存活率逐渐降低；温度45℃以上、湿度75%左右处理霜霉病病菌超过1 h可将其杀死。段显德等[15]研究高温闷棚对黄瓜霜霉病的致病菌——古巴假霜霉菌的影响时发现，45℃处理10 min，黄瓜发病部分3 d后干枯，病菌被杀死。陈志杰等[16]研究指出，55℃高温处理5 h对黄瓜猝倒病、菌核病、根腐病、疫病和蔓枯病的防控效果分别为 100%，97.1%，81.4%，80.3%和81.5%。曹秋芬等[11]以草莓重茬种植中发生较严重的真菌属病害：灰霉病、黄萎病、炭疽病、枯萎病、褐斑病等为研究对象，对这些病害的病原菌进行致死温度和时间的试验。结果表明，温度在45℃以上就能杀死土壤中的这些病菌及孢子，温度越高，致死时间就越短。温度在50℃以上时，很容易杀死病菌及其孢子。所以，50℃是一个关键温度，关系着土壤消毒处理的成败。

从20世纪80年代开始，生产上就逐渐开始推行高温闷棚杀灭病原菌的方法，但直到现在，仍然有一些种植户放弃这种简单经济的方法而采用其他处理方法。究其原因，主要是该方法效果不稳定。不同的年份、地域，甚至同一地方的小气候都可能会影响到大棚内温度的升高。李佳川等[17]对温室进行灌水高温闷棚处理，白天棚内气温最高能达到60～70℃，但地温最高温度超不过40℃。郑建秋等[18]在土壤中投入稻草和石灰，并结合灌水和高温对蔬菜大棚进行闷棚处理，测得5～25 cm耕作层土壤温度平均值为35.6℃，最高为39～50℃。赵文峰等[19]采用石灰氮+太阳能的方法对延安市的日光温室进行闷棚处理，记录到棚内气温最高可达67.8℃，5 cm深度地温最高可达48.2℃，15 cm深度地温最高可达40.9℃。在这些案例中，耕作层土壤温度均未超过50℃，而土传病害的病原菌主要集中在土壤里，很显然，这些案例中的温度不能彻底杀灭土传病原菌。

本研究提出的微生物太阳能法除了常规处理中所述的施加有机物、灌水、覆膜、起垄、密闭温室外，最主要的是还加入了专利复合微生物菌剂。随菌加入的有机肥和秸秆为微生物的生长繁殖提供氮素和碳素，其中的芽孢杆菌、酵母菌大量繁殖起来，使有机物快速发酵、腐烂、分解，产热。该菌剂中的真菌类在高温、高湿环境下，也大量生长繁殖产酶生热。生物因子（菌）和环境因子（气温、有机质腐熟）协同作用，有力促进了温度的升高。重茬病原菌被有效杀灭，真菌在整个微生物群体中所占比例下降到0.1%以下，重茬障碍得到有效控制。

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