李永华, 王 慧, 董 丹, 刘 梅, 郭令紫,2, 马继贞, 张 玮*

(1. 北京市农林科学院植物保护环境保护研究所, 北京 100097; 2. 中国农业大学植物保护学院, 北京 100193; 3. 北京田缘农业科技发展有限公司, 北京 101300)

我国是蔬菜生产第一大国,其中茄子是最主要的设施种植蔬菜之一,全球年产量超过5 000万t (FAO,2020年)。根结线虫Meloidogynespp. 是植物根系专性内寄生物,可危害茄子、番茄、黄瓜等多种常见蔬菜[1],是世界性的威胁农业生产的主要病原物,据估计,全球每年因根结线虫感染造成的作物损失约为1 570亿美元[2]。设施温室中温度较高、通风少、栽培单一,十分利于根结线虫的种群积累,因而,近年来设施蔬菜根结线虫病不断发生且呈加重趋势,成为目前危害严重的设施蔬菜土传病害之一[3]。

根结线虫病防治方法主要有农业防治、物理防治、生物防治及化学防治,由于化学防治方法见效快且效果稳定、成本较低,是目前主要的防治方法,但化学农药的施用容易导致线虫抗性增强、污染环境、农药残留、土壤结构越来越差等,不利于设施农业的可持续发展[4]。因而绿色环保、简便易行的根结线虫防治方法是设施蔬菜种植中急需的。

臭氧是一种强氧化剂,具有极强的杀虫杀菌能力,对细菌、真菌、病毒及原生动物具有消杀活性[5],例如,0.5～0.8 mg/L的臭氧水能使胡萝卜软腐欧文氏菌Erwiniacarotovora和青枯病菌Ralstoniasolanacearum彻底失活[6-7],12 mg/L的臭氧水灌溉处理可显著降低土壤中尖孢镰刀菌Fusariumoxysporumf.sp.lycopersici的种群密度[8],并且臭氧在2001年被美国食品和药物管理局批准,可作为直接接触食品的消毒剂使用[5],因此臭氧常被应用于消毒、临床、植物病虫害防治等领域[9],具有广谱、环保、高效的特点[10]。臭氧在蔬菜根结线虫病的防治中发挥重要作用[11-12],可作为防治根结线虫的替代方法[13-14],但其效果因施用次数[15]、浓度[16-18]及作物品种[19]而不同。臭氧消毒功能的发挥主要有气态或溶于水形成液态的臭氧水两种状态[5],臭氧水中较高臭氧浓度的维持是其有效防治病虫害的重要限制因素,因而臭氧制备设备的研发和推广逐渐在高产值蔬菜区成为热点。其中北京田缘农业科技发展有限公司研发的土壤消毒修复一体机(TY-100型)可以产生臭氧,并将臭氧与水混合形成臭氧水,臭氧浓度可稳定维持在约9 mg/L的高水平。茄子是重要的蔬菜作物之一,且受根结线虫为害严重,但目前利用臭氧水灌溉防治茄子根结线虫的研究还未见报道。本研究旨在通过设施温室小区试验,探究由土壤消毒修复一体机(TY-100型)产生的高浓度臭氧水(9 mg/L)对茄子根结线虫的防治效果,以期为根结线虫的绿色防控提供新途径,为臭氧水漫灌法的推广提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试茄子为非抗线虫品种‘京茄黑宝’。

臭氧发生器为土壤消毒修复一体机(TY-100型),由北京田缘农业科技发展有限公司生产并提供,使用电压220 V,水流10～15 m3/h,制备浓度为9 mg/L的臭氧水。

试验地选在北京中农富通园艺有限公司基地的日光温室,前茬作物为番茄,有较严重的根结线虫病。各试验小区的栽培管理条件一致。

1.2 试验处理与调查方法

将温室从西到东划分为处理区和对照区,定植前分别进行臭氧水和自来水漫灌处理,处理区西侧和对照区东侧各留1垄保护行,两者之间保留2垄隔离行。小区面积为32.4 m2,垄宽0.9 m,长6 m,每垄种植30株茄子。2020年9月10日和12日分别进行土壤漫灌处理,两日平均气温为26℃左右,天气晴。对小区进行漫灌处理前后(9月10日和14日),采取5点取样法采集深度为10 cm左右土壤样本,进行虫口基数调查。茄子于9月26日定植,分别于幼苗期(10月15日,定植后19 d)、结果期(11月13日,定植后49 d)和生长后期(12月27日,定植后93 d)对小区进行根结情况、土壤线虫数及茄子生长情况调查。在对照及处理小区每一垄中间位置采样,拔出茄子,记录根结级别,采集根部下方及根抖落土壤,于实验室进行根结线虫计数。试验期间气温范围在2.8～40.1℃,平均气温18.6℃,平均相对湿度为77.7%。

利用浅盘法对土壤中的根结线虫进行分离。具体操作如下:将待测土样进行清理,去除其中的石粒及非土壤杂物,准确称取100 g土壤于大烧杯中,利用2 L水进行淘洗,快速搅拌5 min打散土块并使线虫悬浮于水中,静置1 min使泥沙沉降但线虫仍漂浮于水中,将上清缓缓倒入嵌套的筛盘上(由80、200目和500目筛盘由上至下嵌套)进行过滤,使线虫被截留于筛子上,以上操作重复3～5次至上清液中无线虫存在,使用蒸馏水冲洗500目筛盘,将冲洗所得液体收集于量筒中,并记录体积。吸取冲洗液100 μL于载玻片上,并于光学显微镜下进行计数,共取10次计算平均值,根据100 μL所含线虫数量、冲洗液总体积及称取土壤样本重量折合计算每克土壤中所含根结线虫条数。

参照文献[20]中根结分级方法来对臭氧水的防效进行评价。

茄子株高为茄子植株最高位置距离地面的垂直距离。

1.3 统计方法

病情指数=∑(根结级别值×该发病级别株数)/(最高级别值×调查总株数)×100;

防效=(对照病情指数-处理病情指数)/对照病情指数×100%。

采用SPSS(IBM SPSS Statistics 19)软件进行t测验分析。

2 结果与分析

2.1 臭氧水漫灌处理对根结线虫病的防治效果

在进行臭氧水漫灌处理之前,试验棚中线虫基数为(20.00±7.27)条/g土壤。经过2次臭氧水漫灌后,9月14日采集的处理样本的线虫数量显著下降到(2.67±2.53)条/g土壤(P=0.039,t测验),而自来水漫灌的对照组线虫数量下降到(8.00±3.86)条/g土壤,与处理前相比未达到显著水平(P=0.285,t测验)。茄子定植后,在幼苗期处理和对照样本土中均未检测到线虫,说明此时土壤中线虫数量很少,推测根结线虫遇到植物时,成功侵染进入茄子根部。随着线虫的生长和繁殖,在结果期和生长后期土壤中的根结线虫数量呈现不断增加趋势(图1),但臭氧水漫灌处理样本的线虫增加不明显,两个时期的线虫数量分别为(3.00±1.16) 条/g和(7.50±2.37)条/g土壤,而对照样本中两个时期的线虫数量分别为(36.00±4.47) 条/g和(186.00±19.92)条/g土壤,显著高于处理样本(P=0.000,t测验),说明臭氧水漫灌处理2次能够显著降低土壤中的线虫数量,在结果期和生长后期根结线虫数量的分别下降91.67%和95.97%。

图1 不同调查时期土壤根结线虫数量变化趋势Fig.1 The variation trend of soil root-knot nematodes in different investigation stages

对茄子幼苗期、结果期和生长后期的对照和臭氧水漫灌处理样本根部进行观察,以株为单位进行根结分级,并计算病情指数和防效。结果显示,在幼苗期,臭氧水漫灌处理组病情指数为0,对照组为63,防效为100%;在结果期,臭氧水漫灌处理组和对照组的病情指数分别为20和45,防效为55.56%;在生长后期,臭氧水漫灌处理组和对照组的病情指数分别为20和58,防效为65.52%(表1)。与土壤中根结线虫数量增长趋势一致,根结指数最大的时期为生长后期,对照样本中根结现象非常严重,而在臭氧水漫灌处理样本中根部正常(图2)。

表1 臭氧水漫灌处理对茄子根结线虫病的防效Table 1 Control effect of ozone water flooding treatment on root-knot nematode disease of eggplant

图2 茄子生长后期对照和臭氧水漫灌处理样本的根结发生情况Fig.2 Root nodes occurred in control and ozone water flooding treatment samples at later growth stage of eggplants

2.2 臭氧水漫灌处理对茄子生长的影响

对结果期和生长后期茄子的株高进行测量,结果如图3所示,在结果期,对照样本茄子株高为(56.04±1.91) cm,臭氧水漫灌处理样本为(63.02±1.12) cm,差异显著(P=0.002,t测验)。在生长后期,对照和臭氧水漫灌处理样本的茄子株高分别为(76.16±1.22)cm和(84.06±1.05)cm,臭氧水漫灌处理样本显著高于对照样本(P=0.000,t测验),说明本研究中臭氧水漫灌处理可以促进茄子生长。

图3 臭氧水漫灌处理后茄子结果期和生长后期株高差异Fig.3 Differences of stem lengths of eggplants at fruit-bearing and later growth stages after ozone water flooding treatment

3 结论与讨论

根结线虫病是设施蔬菜种植中普遍发生且难以控制的主要病害之一。由于其危害严重且化学防治容易造成农药残留及土壤污染,不利于设施种植的可持续发展,因此高效环保的防治技术一直广受关注。臭氧具有强氧化性,可以有效破坏生物细胞结构,被应用于多种消毒领域,其中臭氧溶于水后形成臭氧水,通过臭氧水灌溉处理进行土壤消毒,可有效减少农药使用,且无毒环保,对于土传病虫害的防治具有重要潜力,但在设施茄子生产中的应用还未见报道。本研究通过设施温室小区试验探究高浓度臭氧水(9 mg/L)漫灌处理土壤对于茄子根结线虫病的防治效果,并对处理前后及茄子整个生长期进行跟踪调查,结果显示,在茄子定植前连续2次漫灌臭氧水,可以有效减少土壤根结线虫数量,并且能够提高茄子长势,说明该方法对茄子的根结线虫病具有较好防效,值得进一步推广。

虽然臭氧水具有安全、高效、环保等特点,在农业病虫害防治应用方面具有良好的前景,但当臭氧达到一定浓度时也会对植物细胞造成不可逆的损伤,且当其溶于水形成臭氧水时,其对微生物的灭活特性可能会发生改变[21],因此,臭氧水在作物生产中的具体应用需综合考虑其使用效果、使用方法、浓度及其对植物和靶标微生物的影响。根结线虫病是设施蔬菜生产中的重要病害,已有研究对臭氧水在生姜、西瓜、番茄、山药[11, 14-16, 18, 22-25]等生产中根结线虫病的防治应用进行了探索,研究了不同作物对臭氧的耐受力及臭氧水的使用浓度、使用时间、次数对防治效果的影响。臭氧水漫灌处理土壤后,当臭氧浓度较高时,臭氧水分解产生的臭氧会对植物造成灼伤,不利于植物生长,例如,4.0～4.3 mg/L的臭氧水对草莓叶片有较严重的腐蚀作用[27];但臭氧浓度较低时,杀菌作用较低,需要配合多次漫灌处理来保证灭菌消毒效果,例如,利用1.5 mg/L臭氧水漫灌处理生姜20次后,根际土壤线虫数量降低88.3%,漫灌处理番茄11次后,根际土壤线虫数量降低92.2%[16],费时、费力且会增加成本,因此,本研究从臭氧水应用的轻简化及安全性角度出发,探索了作物定植前土壤漫灌处理对茄子根结线虫的防治效果,结果表明,在茄子定植前对土壤进行高浓度臭氧水(9 mg/L)漫灌处理,对土壤中根结线虫的消杀效果好,同时可避免臭氧水对茄子植株根系及地上部分的灼烧影响,且只需要连续灌溉2次,即可达到在生长后期减少根结线虫95.97%、防效65.52%、增高10.37%的效果,实现了操作简便、防效好的目的。

使用臭氧水漫灌对土壤进行消毒依赖于臭氧发生器的即时工作,但臭氧发生器的正常工作通常需要配套的水电条件设备,例如本研究中所使用的土壤消毒修复一体机(TY-100型)只有在电压稳定于220 V、水流10～15 m3/h时才可以稳定产生较高浓度的臭氧水,因此,该方法目前较适合在设备及管理条件较好的设施大棚中推广,而大多数露地农田由于地势、水电设备等条件的限制,推广存在一定难度。此外,臭氧水处理对真菌、细菌、放线菌等微生物均有杀伤作用[28],在消除有害生物影响的同时,可能也会减少有益菌群,虽然利用臭氧水喷施的方法对土壤微生物物种及其相对丰度的影响不大[29],但臭氧水漫灌法对土壤微生物群落结构的影响还未见报道,相对于喷施法,漫灌法对土壤微生物的杀伤作用可能更强,对土壤微生物群落结构影响更大,因此,臭氧水处理可配合施用含有有益菌群的生物肥料。