强还原法处理土壤试验研究

郑国强

（1.丹阳市珥陵镇嘉仙果蔬专业合作社，江苏丹阳 212362；2.江苏碧云天农林科技有限公司，江苏丹阳 212362）

0 引言

甜瓜（Cucumis Melo L.）又称香瓜，是葫芦科一年生蔓性草本植物，是中国最早利用为果品的瓜类，《诗经》等古籍多有记载，设施甜瓜栽培带来了重大经济效益。

随着中国农村经济结构的调整，设施农业是农业增效、农民增收的重要手段，不过在利益的驱动下局限于栽培经济效益高的单一作物，引发了大面积的连作障碍，限制了农业可持续发展，设施栽培条件下土壤缺少雨水淋溶与露地栽培有很大区别［1］。我国由于劳动者对连作障碍缺乏认识，种植方式和管理制度相对落后，使连作障碍逐渐成为限制农业可持续发展的一个瓶颈，主要表现在：作物长势变弱、产量和品质下降、根系自毒作用增强、根系活力下降；土壤理化性质变劣、酸化和次生盐渍化、土壤养分亏缺或失衡、有害微生物的大量繁殖，形成恶性循环；植物的抗逆能力下降，土壤病虫害加剧，化学农药使用量超标、有毒物质富集等，严重破坏生态环境或导致生态环境逐步恶化［2］。

自我国引进设施栽培技术以来，因其具有经济效益高、受季节影响小等优点，不仅大大提高了土地的利用效率，还极大地满足了人民提高生活水平的需要。但是，为了获得高的经济效益，设施蔬菜生产呈现复种指数高、化肥和农药等农用化学品投入量大的特点，绝大部分设施大棚每年种植三季以上的作物，氮肥施用量超过100 kgN/hm2，受种植经验的限制，同一块土地上种植同一高产蔬菜作物的现象极为普遍，使得土壤连作障碍发生严重，表现为土壤硝态氮积累、酸化、次生盐渍化以及微生物区系恶化，土传病害频发。

通过利用土壤强还原方法（Reductive Soil Disintestation，RSD），以生态学和系统理论为指导，改善设施甜瓜地土壤环境条件，消除病原微生物滋生环境，切断病原微生物传播途径，合理配合施用有机和无机、酸性和碱性肥料，巩固消除连作障碍的效果，实现甜瓜的可持续生产。该项技术的基本原理是：通过添加有机物料和淹水措施在短时间内创造土壤的强烈还原环境，反硝化以消除积累在土壤中的硝酸盐，生成硫化氢等还原性硫化物而脱除硫酸盐，从而达到脱盐的目；利用还原过程中产生的OH-以中和土壤酸性；短时间内强烈的氧化还原条件转变及还原环境中生成的H2S等物质可能抑制甚至杀灭土传病原微生物；有机物料转化生成的土壤有机质将改变土壤的物理性质，从而彻底修复退化土壤，为作物创造良好的生长环境［3］。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验为丹阳市珥陵镇嘉仙果蔬专业合作社甜瓜基地。

1.2 甜瓜土壤处理

利用RSD处理方法，2018年6月20日采集土壤样本作为对照，随后对土壤添加物料处理，每棚面积480 m2。物料处理：（1）蚕沙处理（每棚1 000 kg）两个棚。（2）葡萄枝粉处理（每棚800 kg）两个棚，将物料均匀地铺在土壤表面，壤表面覆盖一层0.1～0.2 mm的生石灰，维持3～5天后翻耕。覆盖生石灰薄层的目的：一是起到进一步的杀菌、杀虫作用；二是将强还原后的土壤暂时处在一个半封闭的环境中，防止塑料薄膜揭除后还原环境中的有毒物质猛烈地进入周围空气中，迫使部分物质进入略深层的土壤中，从而达到土壤的深度修复的目的，3～5天后翻耕入土壤中则能够中和土壤酸性。利用旋耕机将其与耕作层土壤混合均匀，随后灌水至饱和，施药覆膜，处理土壤温度为30～40℃，时间为35天，在发生连作障碍的土壤中翻耕入有机物料，并在土壤表面紧密覆盖塑料薄膜，维持强还原环境2～4周后揭除薄膜；有机物料由以质量份数计的以下成分组成：DDGS7.5份、秸秆75份、白萝卜皮4份，所述有机物料的添加比例为0.8 kg/m2，处理结束后，揭开覆膜，采集土壤样本。

1.3 土壤pH值、电导率（EC）微生物、病原菌测定

pH值用S200KPH计测定，水土比1∶1.25，EC用电导仪测定，水土比1∶5，土壤微生物活性荧光素二乙酸水解法测定，土壤病原菌测定：（1）提取土壤DNA。（2）通过尖孢镰刀菌特异引物（ITS1F/AFP308R）对土壤中尖孢镰刀菌数量进行定量，添加后能够大大缩短强还原处理时间，在24 h内即可使土壤的氧化还原电位降低至-200 mV，还原氛围强烈，能够获得劳尔氏菌、茄镰刀菌、立枯丝核菌含量极地的土壤。同时，本研究的有机物料中还添加了白萝卜皮，其含有芥子油，对茄镰刀菌具有致死效果，白萝卜皮与DDGS同时施用还能够发挥协同增效作用，进一步激发DDGS中促进发酵反应因子的活性，从而缩短强还原进程。（3）根据实验室构建的标准曲线进行计算。测定时间为2018年8月20日。

2 测定结果

RSD处理后，土壤pH值与电导率（EC）如表1所示；土壤微生物活性如图1所示；土壤病原菌数量如图2所示。

3 具体实施步骤

一种基于强还原土壤修复技术的甜瓜连续栽培方法，包括以下步骤：

（1）7～8月，温度超过25℃的情况下，在发生连作障碍的土壤中翻耕入有机物料，并在土壤表面紧密覆盖塑料薄膜，维持强还原环境2～4周后揭除薄膜；有机物料由以质量份数计的以下成分组成：DDGS7.5份、秸秆75份、白萝卜皮4份，所述有机物料的添加比例为0.8 kg/m2

（2）土壤表面覆盖一层0.1～0.2 mm的生石灰，维持3～5天后翻耕；覆盖生石灰薄层的目的一是起到进一步杀菌、杀虫的作用，二是将强还原后的土壤暂时处在一个半封闭的环境中，防止塑料薄膜揭除后还原环境中的有毒物质猛烈地进入周围的空气中，而迫使部分物质进入略深层的土壤中，从而进行土壤的深度修复，3～5天后翻耕入土壤中则能够中和土壤酸性。

（3）化肥减施。基肥为每亩施腐熟的有机肥料2 500 kg、过磷酸钙50 kg，定植后5～8天内开始追肥，每亩施用水溶性肥料2～3 kg，其中氮磷钾肥比例为1∶1∶2，水溶性肥料由硝酸铵、过磷酸钙、氯化钾组成，待第一穗果膨大后，每亩施腐熟粪尿400～500 kg，腐熟粪尿为家禽粪尿与鱼粪便的混合物，随水冲入。到第二、三穗果膨大时，每亩施用水溶性肥料5～10 kg，其中氮、磷、钾肥比例为2∶1∶2。随着作物的生长，土壤中的原有的有机质部分被吸收，故后期追肥时氮、磷、钾比例重新恢复甜瓜最佳肥料比。追肥方法与常规方法的区别在于：一是降低了每亩施用水溶性肥料的重量。二是调整了肥料中氮、磷、钾的施用比例，由于经过强还原后的土壤对肥料，尤其是氮肥的利用率大大提高，故在保证作物产量与品质的基础上可大大降低水溶性肥料的用量。

表1 RSD处理后土壤pH值与电导率（EC）

图1 土壤微生物活性

图2 土壤病原菌数量（尖孢镰刀菌数量）

RSD处理具有广谱性，但对不同作物的不同土传病原菌的致死效果并不完全相同，只有通过对特定病害的病原菌进行毒理分析，并选用精确的有机物料，才能以最低的成本获得最佳的连作障碍治理方案。本次研究的有机物料选用DDGS为酒精糟，添加后能够大大缩短强还原处理时间，在24 h内即可使土壤的氧化还原电位降低至-200 mV，还原氛围强烈，能够获得劳尔氏菌、茄镰刀菌、立枯丝核菌含量极地的土壤；同时，本研究的有机物料中还添加了白萝卜皮，其含有芥子油，对茄镰刀菌具有致死效果，白萝卜皮与DDGS同时施用还能够发挥协同增效作用，进一步激发DDGS中促进发酵反应因子的活性，从而缩短强还原进程。

（4）采收后管理：当年果实采收完毕后，有机物料减按步骤（1）中1/4的质量再次进行强还原，维持1周，连续栽培前1周执行步骤（2）、连续栽培过程中仍执行步骤（3）的施肥方法。水溶性肥料由硝酸铵、过磷酸钙、氯化钾组成。选用硝酸铵是由于：（1）其吸收率高。（2）相比其他形态的氮肥，硝酸盐更容易被后续的强还原处理消除，对土壤的后续影响小，腐熟粪尿为家禽粪尿与鱼粪便的混合物。

4 结语

（1）土壤pH值和电导率EC是反映土壤理化性质的重要指标，设施栽培随着耕种年限的增加土壤pH值会有所降低，而电导率EC会有所增加，这说明土壤不断酸化和次生盐渍化，阻碍植物根系生长，降低产品品质，从而形成土壤连作障碍。土壤酸性增加会对土壤中大量元素产生影响，有些离子会被置换移动，甚至被淋溶，在低pH值条件下有些重金属活性增加，加速有毒金属离子释放，进而影响植物生长，土壤酸化也会导致土壤结团板结，影响通透性，从而阻止植物根系生长，同时酸化也会对部分有益微生物活性和酶产生抑制影响［4］。试验表明，添加蚕沙和葡萄枝粉的RSD处理能显著提升土壤pH值，降低土壤EC，这说明几种处理能缓解土壤酸化和盐渍化，如表1所示。

（2）土壤可为微生物提供矿物质、有机质等养分，土壤微生物的存在又对土壤结构的形成、土壤理化性质的改善有着密切关系，土壤微生物活性可直接反应土壤的理化性质，蚕沙和葡萄枝粉强还原处理能够显著增加土壤微生物活性，表明RSD处理能增加土壤微生物活性，改善土壤理化性质，从而土壤养分利用率提高，如图1所示。

（3）尖孢镰刀菌是一类既可侵染植物又可在土壤内生存的兼性寄生真菌。和其他植物病原菌一样，尖孢镰刀菌存在着种下分化，可侵染许多植物寄主，具有多种转化型，是一种世界性分布的土传病原真菌，可引起瓜类枯萎病的发生。处理前土壤中尖孢镰刀菌的含量较高，而蚕沙和葡萄枝粉的强还原处理土壤后，其数量均显著下降，如图2所示。

综上所述，强还原方法处理土壤可有效改善土壤理化性质，提高土壤微生物活性，对尖孢镰刀菌等土传病菌有显著杀灭效果。

强还原土壤修复技术为在土壤-蔬菜作物-微生物的关系中创造有利于蔬菜作物生长、不利于病原微生物生长的土壤环境条件，已达到提高作物产量、降低土传疾病的发生概率的目的，理论上有利于实现作物高产、高效、减少化肥农药施用量。该项技术的基本原理是：通过添加有机物料和淹水措施在短时间内创造土壤的强烈还原环境，反硝化以消除积累在土壤中的硝酸盐，生成硫化氢等还原性硫化物而脱除硫酸盐，从而达到脱盐的目的；利用还原过程中产生的OH-以中和土壤酸性；短时间强烈的氧化还原条件转变及还原环境中生成的H2S等物质可抑制甚至杀灭土传病原微生物，有机物料转化生成的土壤有机物质将改变土壤的物理性质，从而修复退化土壤。