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物理农业

物理农业与无毒农业

 
 
 

日志

 
 

土壤连作障碍电处理技术的研究  

2011-11-07 07:35:24|  分类: 土壤与水消毒杀虫 |  标签: |举报 |字号 订阅

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摘要  为确定土壤电处理技术对土壤连作障碍的消解效果以及使用的安全性,研究了电处理土壤的呼吸强度以及土壤持水性、播种前后电处理发芽率、在秧电处理秧苗生长速度、根腐病和枯萎病等土传病害的发生率的变化。同时结合不同种类的蔬菜品种研究了强化剂电处理对土壤微生物呼吸强度、种子发芽率、苗的生长速度。在上述研究基础上,给出了能够有效消解土壤连作障碍的电处理方法。

关键词:土壤连作障碍;电处理;发芽率

    土壤连作障碍的消解是一世界性难题,2001年寿光科委曾在国际上招标解决这一问题,火焰消毒土壤的机具、温汤消毒的机具都曾进行了招标示范,但效果不佳未能揭标,而化学的解决方法不仅存在着环保与食品安全问题,而且还存在着土壤连作障碍的死角,生产实践中不推荐使用。土壤连作障碍问题之所以难以解决,关键在于土壤连作障碍是由土壤微生物、前茬作物根系分泌的有毒有机酸、某些营养性元素的缺乏、土壤理化性质的劣化以及线虫的泛滥等多种因子同时作用形成的,因此,解决土壤连作障碍需要同时解决以上几个问题,否则,下茬作物生长仍会面临生长障碍。土壤电处理技术方法已经提出近4年了,其研究正在不断深入,一些蔬菜根结线虫的电处理规程已经标准化,多种蔬菜的土壤有害微生物、自毒物质消解的电处理规程已经建立,随着土壤电处理技术进一步的生产实践,将逐步建立起各种蔬菜、果树、烟草、花卉、中药材的土壤连作障碍电处理规程,彻底解决困扰集约化植物产品生产的土壤重茬问题,最终实现高价值植物产品的连续化、工厂化的生产目标。

1.材料与方法

1.1.土壤连作障碍电处理设备   3DT-480型土壤连作障碍电处理机包括主机、电极线、电极把、移动电极组成。为了增强消解土壤连作障碍的电处理能力,还配备有专用的强化剂。

1.2.试验材料   土壤取自大连市旅顺口区的温室园艺土。试材为油菜、芫荽(香菜)、番茄、黄瓜。

1.3.试验场地  油菜、芫荽(香菜)种植用土壤的电处理采用专用培养箱。番茄、黄瓜种植用土壤的电处理在其种植温室内进行。

1.4.试验方法

1.4.1.空地电处理

电极的铺设:将“草叉”式样的正极、负极钛合金电极丝,以正、负极间距30cm,埋深30-35cm的几何尺寸相互插入对方的方式埋到土壤中,每极引出一条电极线连接在电极把上。

当检测到30cm处土壤相对含水率达到80%以上时可进行土壤的电处理。在预处理的地块上铺上隔热膜,按每120㎡地块处理4~6小时。如果被处理土壤土传病害严重,则须将3%浓度的强化剂按照1kg/m2进行浇灌。

1.4.2.在种电处理

    埋设好电极线后,进行播种。播种后立即进行电处理,按每120㎡地块处理2小时。

1.4.3.在秧电处理

    待出齐苗后的第4周开始进行电处理,电按每120㎡地块处理时间2小时。电极每隔3060㎝。每隔4周重复处理一次。

1.5.观察与检测

1.5.1.土壤微生物量的监测  温室土壤中含有几亿至几十亿个微生物,其中有植物病原微生物和有益微生物等多种类型的微生物。如其他土壤处理的物理方法一样,使用电处理方法处理可将有害和有益的微生物一并杀死,然而,往往是有害微生物造成的危害远较有益微生物的小事造成的损失大。因此,检测土壤微生物的总量损失就可判断土壤有害微生物数量的剩余量,最有效的方法是检测土壤微生物的呼吸强度,其目标值是土壤放出的二氧化碳的总量变化。电处理后的土壤呼吸强度愈低表明电处理杀灭的土壤微生物总量愈大。检测采用红外线二氧化碳分析仪、土壤二氧化碳收集器、葡萄糖。其中,葡萄糖可作为土壤呼吸的诱导物,放大残余土壤微生物的呼吸强度,实现电处理效果的快速检测。

1.5.2.土壤线虫的监测  研究空地电处理、在秧电处理期间植物的根结线虫发生与发展特点,进而确定防止根结线虫电处理的操作规程。

1.5.3.土壤保水率的测定   土壤经过电处理后,其团聚体结构会产生巨大的变化,土壤的保水性能也会随之改变,测定土壤的蒸发量可以确定电处理土壤的保水性能。

1.5.4.种子发芽率的测定  对空地电处理、在种电处理后的种子发芽率进行检测可以确定电处理的土壤是否影响种子的发芽率以及影响程度。

1.5.5.植物生长速度的测定  对出苗后的植株进行生长速度检测可以确定电处理的土壤是否利与植物生长,在秧电处理对植物生长是否具有促进作用。

1.5.6.植物土传病害的检测   对土传病害的检测可以判断土壤电处理消解土壤连作障碍的效能。对空地电处理、在秧电处理预防土传病害的效果检测可以确定土壤电处理的最佳方法。

1.5.7.植物性状的观察  对经过电处理的土壤长出的植物进行植物学性状观察,确定电处理土壤引起的植物性状的特殊变化,进而判断土壤电处理对土壤矿物质营养的活化以及发现新的生长现象,为今后的进一步研究提供素材。

1.5.8.功耗成本的检测  对土壤电处理进行功耗检测,确定土壤电处理的经济性、可行性以及推广的可行性。

2.结果及分析

2.1.土壤微生物量的检测   通过空地土壤的电处理,检测处理后土壤的呼吸强度、葡萄糖诱导呼吸强度,其随时间累计增加的呼吸强度数值变化见图12。其中,曲线起始点为土壤二氧化碳收集器插入时测的初始值。

   空地土壤经过电处理,其土壤呼吸强度会有较大幅度的变化,特别是经过葡萄糖诱导呼吸后其呼吸强度变化更为剧烈。从图1可以看到,土壤电处理的时间长短对土壤呼吸强度有很大的影响,时间越长处理效果愈好。从图2可以看出,在同样的处理时间内,加强化剂电处理组的呼吸强度显著低于电处理组。电处理组土壤呼吸强度的显著降低代表着土壤中的活的微生物数量较电处理前大幅度减少了。

2.2.土壤线虫的监测  对感染番茄根结线虫的温室土壤进行空地电处理、在秧电处理,其中在秧电处理每隔4周进行一次,对重茬番茄全生育期进行线虫病跟踪,其结果见表1

          1   土壤电处理/对照温室番茄感染线虫病的观测结果    发病率:  %

对比

4

8

12

16

20

空地电处理

0

0

0

9

17

在秧电处理

0

0

0

0

0

对照

0

0

0

23

74

由上表可以看到,多次进行的在秧电处理能够预防蕃茄根结线虫的危害,该处理间隔周期是最大的间隔周期,因此,实际处理时可缩短至2-3周一次。

2.3.土壤保水率的测定  选择电处理10h的土壤和对照土壤各10cm3左右,风干称等重(100g)并置于Ф110mm培养皿中,各注入50毫升蒸馏水,每日测量培养皿的重量,其值绘于图3

    由图3可以清楚地观察到,经过10h电处理的土壤其保水性显著优于对照,重要的原因在于土壤团聚结构在直流电场、直流电流形成的磁场的作用下发生了变化,这种变化有助于土壤的保水性能的提高,这一现象说明了土壤电处理可起到节水作用。

2.4.种子发芽率的测定  空地电处理组、在种电处理组、对照组的发芽率测定见表2

2  电处理土壤对种子发芽率的影响测定

品种

空地电处理土壤

强化剂+空地电处理

强化剂+在种电处理

对照

芫荽

57

51

21

54

油菜

     97

      84

      76

      93

黄瓜

   99

     96

    88

    98

茄子

   83

     84

    46

    83

   由表2首先可以看出,强化剂+电处理组无论在种或是处理后播种都会造成这四种植物种子发芽率的降低,但纯粹的电处理却可以提高植物种子的发芽率。其中主要的原因在于强化剂的组成成分能够抑制种子的发芽,因此,3%的强化剂的使用量应当每千克风干土壤低于1kg

2.5.植物生长速度的测定  对空地电处理、强化剂+电处理后播种的植物进行的生长测定结果绘制于图4

从图4可以发现强化剂+电处理后播种的植物后期生长速度明显高于空地电处理组、对照组,其原因在于强化剂的有益成分促进了油菜的生长,而电处理组的油菜长势在第4周也开始超过对照,其主要原因可能在于电处理活化了土壤中的矿物质营养元素,试验中空地电处理组、强化剂+电处理组的油菜苗呈现浓绿的叶片也说明了这一点。

2.6.植物土传病害的检测  针对油菜茎腐病、根腐病监测空地电处理、强化剂+电处理、强化剂+多次电处理、对照组的发病情况,其结果见表3

 3   油菜茎腐病的不同电处理方式预防效果测定值 

   处理方式

取样株数 

发病率   %

病情指数  %

空地电处理

50

      2

     2

强化剂+电处理

      50

      0

    ----

强化剂+多次电处理

      50

      0

    ----

对照

      50

      94

      94

    3说明了任何电处理方式都可以预防油菜的茎腐病,从最安全的角度出发,采用强化剂+电处理、强化剂+多次电处理是防控土传病害的最佳方式。

2.7.植物性状的观察   强化剂+多次电处理条件下,根、茎、叶等植物性状的观察结果见表4

                 4  电处理/对照土壤条件下植物性状的观察结果

品种

  (试验/对照)

茎(试验/对照)

叶(试验/对照)

油菜

健壮/较健壮

/较粗

浓绿/淡绿

芫荽

无显著差别

无显著差别

无显著差别

青椒

健壮/较健壮

/较粗

浓绿/淡绿

    土壤电处理一般主要影响植株的根和叶片,根的发达、叶片的浓绿主要得益于土壤团聚结构的有利变化和矿物质营养的游离化。

2.8.功耗成本的检测  土壤电处理的功率消耗取决于土壤相对含水率以及土壤的含盐量。对于相对含水率为95%的土壤,每亩处理10h的电耗约在10-15KWH之间,相当于支出10元左右。每茬处理4次,则总费用约在40元左右。

3.结论

3.1.对土壤进行46小时的电处理,能够有效控制土壤微生物的总量,进而控制土传病害病原的发生与发展。

3.2.生长期多次电处理可预防根结线虫的危害,而危害初期可通过电处理的方法进行有效防治。

3.3.土壤电处理是改变土壤团聚结构,提高土壤保水能力的有效方法。

3.4.强化剂+电处理应该在播种前进行,在种情况下加强化剂进行的电处理可显著抑制种子的发芽率。

3.5.任何形式的土壤电处理能够促进后期植物的生长,而不对生长造成阻碍。

3.6.土壤电处理可以有效控制土传病害。

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