城市园林土壤板结机理及改良研究

郑浴 张艳丽 王琨 周游 杨晓红 鞠学勇 何炜 张慧心

农学学报. 2011, 1(2): 25-29

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农学学报 ›› 2011, Vol. 1 ›› Issue (2) : 25-29. DOI: 10.11924/j.issn.2095-4050.2011-xb0125
土壤肥料 资源环境 生态

城市园林土壤板结机理及改良研究

  • 郑浴 张艳丽 王琨 周游 杨晓红 鞠学勇 何炜 张慧心
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Hardening Mechanism and the Improvement on the Urban Landscape Greenbelt Soil

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摘要

为了改良城市园林板结土壤的质量,促进城市绿地持续、健康发展,对重庆市主城9区园林绿化板结土壤的容重、粗骨物质、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、微生物种群数量、植物配置等理化及生物学性质进行了研究。结果表明,城市园林绿化土壤板结的主要原因是:(1)人为压实严重,土壤容重总平均值为(1.47±0.05) g/cm3,最高的可达1.72 g/cm3;(2)粗骨物质多,各区含量总平均值为(40.2±4.43)%;(3)有机质含量低,总平均值为(27.2±1.1) g/kg;碱解氮、速效钾等有效养分含量偏低,总平均值分别为(39.4±1.1) mg/kg和(87.3±1.9) mg/kg;(4)植物配置不合理;(5)土壤微生物种群数量少,细菌数量、真菌数量和放线菌数量的总平均值分别为(29.71±7.8)×105 cfu/g、(9.98±1.55)×103 cfu/g和(7.6±1.64)×105 cfu/g。基于城市园林土壤的板结机理,结合景观生态学、共生生物学原理,提出了改良城市园林板结土壤的综合配套改良技术。

Abstract

In order to improve the quality of urban landscape greenbelt soil, to keep the urban greenbelt sustainable and healthy, the important characters of urban greenbelts in the nine main districts of Chongqing, such as the bulk density, anthropic-materials,organic matter, available N, P, K and biological quality, were investigated. The results showed that there were five most significant factors resulting in the hardening of the urban soil. The first was the artificial compaction. The total average value of soil bulk density was (1.47±0.05) g/cm3, the highest one was 1.72 g/cm3. The second was a lot of anthropic-materials. The average number was (40.2±4.43)%. The third was low organic content. The average value was (27.2±1.1) g/kg, available N and K content were low, available N content was (39.4±1.1) mg/kg, while available K was (87.3±1.9) mg/kg. The fourth was the unreasonable plant disposition. The last factor was unbalance in the population of soil microbes. The average number of bacteria, fungi and actinomycete respectively were (29.71±7.8)×105 cfu/g, (9.98±1.55)×103 cfu/g and (7.6±1.64)×105 cfu/g. Based on the principles of landscape ecology and symbiosis science, the integrative techniques were put forward for improving hardened and impervious urban landscape soil. The integrative improved techniques will benefit to the sustainable development of the urban greenbelts.

关键词

风景园林;城市绿地;土壤板结机理;综合改良技术

Key words

Landscape Architecture; Urban Greenbelt; Mechanism of Compacted Soil; Integrative Improved Techniques

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郑浴 张艳丽 王琨 周游 杨晓红 鞠学勇 何炜 张慧心. 城市园林土壤板结机理及改良研究. 农学学报. 2011, 1(2): 25-29 https://doi.org/10.11924/j.issn.2095-4050.2011-xb0125
Hardening Mechanism and the Improvement on the Urban Landscape Greenbelt Soil. Journal of Agriculture. 2011, 1(2): 25-29 https://doi.org/10.11924/j.issn.2095-4050.2011-xb0125

0 引言

镰刀菌(Fusarium)是一种世界性分布的真菌,无性时期属于半知菌亚门,有性时期为子囊菌亚门,不仅能在土壤中越冬越夏,还可以引起多种土传病害的发生,常见的有枯萎病、猝倒病、立枯病、疫病、根腐病、青枯病、根结线虫病、软腐病、菌核病等[1],由镰刀菌侵染引起大豆镰刀菌根腐病是一种分布广、危害重、且难以防治的世界性土传病害,广泛分布于世界各大豆产区,目前该病已经对中国的大豆生产造成严重危害[2]。由镰刀菌侵染引起的香蕉枯萎病已在世界各地大面积发生,被喻为香蕉的“癌症”,一旦发生无药可治,造成了严重的经济损失[3]。镰刀菌能在土壤中存活多年,一旦有适合的时机就会侵入寄主植物,因而均有很强的传染性和隐蔽性,目前很难在农业生产上进行有效地防控,而土壤消毒是目前防治由镰刀菌等引起的土传病害较为有效的措施之一[4]
土壤熏蒸剂一般在作物种植之前进行施用。按熏蒸剂在常温下的物理状态,可以分为气态熏蒸剂、液态熏蒸剂和固态熏蒸剂3种类型,熏蒸前灌溉可有效降低通过注射方式施入土壤的熏蒸剂的散失[5]。利用熏蒸剂处理土壤能不同程度地防治作物土传病害的发生,有利于作物的生长,提高作物的产量,并且影响土壤中微生物数量的变化(在整个处理期内,细菌和放线菌的数量大多呈先抑制后激活状态,而真菌大多表现为长期抑制状态)[6]。在土壤熏蒸剂中效果最好且应用最广的溴甲烷能防治多种细菌、真菌、线虫引起的病虫害[7],但是相关科学家们研究发现溴甲烷是一种消耗臭氧层物质(ODS),长期使用会破坏大气中的臭氧层,从而形成“臭氧空洞”[8],2015年1月1日中国全面禁止溴甲烷在农业行业中使用。氯化苦熏蒸土壤可杀灭土壤微生物,对细菌(芽胞杆菌除外)、放线菌、真菌的杀灭率均在85%以上,有效地减少土传病害病原菌的数量,从而降低土传病害的侵染率[9]。1,3-二氯丙烯被用作一种优良的杀线虫剂,同时对一些地下害虫有效,但对一些杂草和病原真菌的抑制作用有限[10,11,12,13]。将1,3-二氯丙烯与氯化苦混用后可以拓宽其防治效果,氯化苦加1,3-二氯丙烯的混剂已在国外很多国家得到了广泛应用,对镰刀菌、黄萎病菌和杂草都有良好的防效[14]
目前,土壤熏蒸剂在病虫害防控中存在效果不稳定,持效期短的问题[15]。笔者猜测不同的环境因子胁迫下,病原菌对熏蒸剂的抵抗能力不同,从而影响了熏蒸效果。因此,笔者先对病原菌进行胁迫处理(pH、盐胁迫、温度),然后再熏蒸,再接种后正常培养,以此揭示胁迫处理后对熏蒸效果是否产生影响,以期为田间熏蒸提供更好的方案,从而提高熏蒸效果。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

室内试验于2017年3月在云南农业大学植物保护学院2楼杂草实验室进行。

1.2 试验材料

1.2.1 供试药剂与菌株
(1)供试药剂。30%氯化苦乳油,山东圣泰农业开发有限公司;30% 1,3-二氯丙烯油悬浮剂,山东圣泰农业开发有限公司;50%氰氨化钙颗粒剂,宁夏大荣化工冶金有限公司。
(2)供试菌株。由云南农业大学杂草实验室保存的镰刀菌株(Fusarium oxysporum f.sp.)。
1.2.2 供试培养基 PDA培养基:葡萄糖20 g,马铃薯200 g ,琼脂16 g,用纯水定容到1000 mL。

1.3 试验方法

1.3.1 不同浓度的药剂制备 将3种熏蒸剂加水分别稀释到500倍、1000倍、1500倍、2000倍、2500倍,制成不同稀释倍数的熏蒸剂。
1.3.2 3种熏蒸剂对镰刀菌的毒力测定 将上述配制好的药剂倒入自制简易干燥器中180 mL(约1/4),取直径为1 cm的打孔器将镰刀菌打孔取出接种于PDA培养基中,将已接种的培养基放入干燥器中密闭熏蒸处理,3次重复,并设置空白对照,每24 h取出用十字交叉法测量菌饼直径并记录。
1.3.3 30%氯化苦乳油对经过pH胁迫处理的镰刀菌的熏蒸效果 采用PDA培养基培养,在PDA培养基中加入NaOH或HCl,分别调配成pH 5、6、7、8、9的培养基,用直径为1 cm的打孔器将培养好的镰刀菌打孔取出,接种于上述不同pH的培养基中放置于电热恒温培养箱(温度:28℃)培养120 h,直至对照组(CK)pH 7的培养基已基本长满。即获得不同pH下培养的镰刀菌。将在不同pH下培养好的镰刀菌放置于干燥器中,内置有效成分含量为0.21 mg/L的30%氯化苦乳油进行熏蒸处理,处理时间为72 h。
处理结束后将其取出,接种直径为1 cm的镰刀菌菌饼于培养基中央并放置于恒温培养箱(温度28℃)培养120 h,3次重复,并设置空白对照,每24 h取出用十字交叉法测量菌饼直径并记录,计算其抑制率。
1.3.4 30%氯化苦乳油对经过不同盐浓度胁迫处理的镰刀菌的熏蒸效果 采用PDA培养基培养,在PDA培养基中加入NaCl,分别配成含盐量为10、100、200、400、800 mmol/L的培养基,用直径为1 cm的打孔器将事先培养的镰刀菌打孔取出,接种于上述不同含盐量的培养基中并放置于电热恒温培养箱(温度28℃)培养120 h,直至对照组含盐量为0 mmol/L的培养基已基本长满。即获得不同含盐量下培养的镰刀菌。将在不同含盐量下培养好的镰刀菌放置于干燥器中,内置有效成分含量为0.21 mg/L的30%氯化苦乳油进行熏蒸处理,处理时间为72 h。处理结束后将其取出,接种直径为1 cm的镰刀菌菌饼于培养基中央并放置于恒温培养箱(温度28℃)培养,3次重复,并设置空白对照,每24 h取出用十字交叉法测量菌饼直径并记录,直至空白对照菌落长满整个培养皿为止。计算其抑制率。
1.3.5 30%氯化苦乳油对经过极端温度胁迫处理的镰刀菌的熏蒸效果 采用PDA培养基培养,将镰刀菌接种与培养基培养,分别放置于4℃冰箱、40℃恒温培养箱培养5、10、15天。对照组镰刀菌置于28℃恒温培养箱培养120 h,3次重复,待培养结束后,即获得4、40℃温度下培养的镰刀菌。将在不同温度下培养好的镰刀菌放置于干燥器中,内置有效成分含量为0.21 mg/L的30%氯化苦乳油进行熏蒸处理,处理时间为72 h。处理结束后将其取出,接种直径为1 cm的镰刀菌菌饼于培养基中央并放置于恒温培养箱(温度28℃)培养,3次重复,并设置空白对照,每24 h取出用十字交叉法测量菌饼直径并记录,直至空白对照菌落长满整个培养皿为止,计算其抑制率。
1.3.6 统计与分析 抑制率的计算见公式(1)。
抑制率=对照组菌落直径-处理组菌落直径对照组菌落直径×100%
(1)
使用Excel 2010、SPSS 1.9统计分析试验数据,并用DPS 7.5 Duncan新复极差法进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 3种熏蒸剂对镰刀菌的抑制率

通过表1可以看出,30%氯化苦乳油对镰刀菌的熏蒸效果比较明显,同一个稀释倍数下抑制率显著高于其他2种药剂。30%氯化苦乳油在稀释2000倍时的抑菌率都高于30% 1,3-二氯丙烯油悬浮剂和50%氰氨化钙颗粒剂稀释500倍时的抑菌率,30% 1,3-二氯丙烯油悬浮剂和50%氰氨化钙颗粒剂稀释倍数很低时,熏蒸效果也不好,同一种药剂对镰刀菌的熏蒸效果随着稀释倍数的增加而降低。
表1 3种熏蒸剂对镰刀菌的抑制率 %
稀释
倍数
30%氯化苦
乳油
30% 1,3-二氯丙烯
油悬浮剂
50%氰氨化钙
颗粒剂
500 85.44±0.66a 32.60±2.22b 14.42±1.47c
1000 70.75±3.00a 12.74±1.18b 13.25±0.60b
1500 51.57±2.57a 11.05±1.50b 8.88±1.29b
2000 38.37±1.33a 7.07±1.25b 6.62±1.49b
2500 19.98±0.97a 6.17±1.86b 5.94±0.89b
注:表中数据为抑制率均值±标准误差,同一行不同字母表示存在显著差异(P<0.05)。下同。

2.2 3种熏蒸剂对镰刀菌的毒力

表2表明,30%氯化苦乳油对镰刀菌的毒力最高,EC50为0.21 mg/L,30% 1,3-二氯丙烯油悬浮剂的毒力次之,EC50为1.05 mg/L,50%氰氨化钙颗粒剂对镰刀菌毒力最低,EC50为20.61 mg/L,故本研究后续试验选取30%氯化苦乳油作为试验药剂。
表2 3种熏蒸剂对镰刀菌的毒力测定
供试药剂 斜率 相关系数r EC50/(mg/L) 95%置信区间
30%氯化苦乳油 2.420 0.996 0.21 0.19~0.26
30% 1,3-二氯丙烯油悬浮剂 2.071 0.991 1.05 0.84~1.99
50%氰氨化钙颗粒剂 1.411 0.989 20.61 15.55~34.77

2.3 30%氯化苦乳油对经过pH胁迫处理的镰刀菌的熏蒸效果

表3表明,不管培养时间多长,30%氯化苦乳油对经过pH 5、6、8、9处理的镰刀菌熏蒸效果都比对照pH 7的熏蒸效果差,表现出显著性差异,4个处理在培养48 h时抑菌率差异不显著。培养120 h以后pH 6的处理表现出最小的抑制率,菌丝生长最快。pH 5、9的处理对镰刀菌的抑制率基本相同,都显著小于pH 7的抑制率。随着培养时间的增加,所有处理对镰刀菌的抑菌率基本都呈下降的趋势,在培养120 h以后抑制率达到最小。
表3 30%氯化苦乳油对经过pH值胁迫处理的镰刀菌的熏蒸效果
时间/h 抑制率/%
pH 5 pH 6 pH 7(CK) pH 8 pH 9
24 54.84±1.58b 37.62±1.90d 61.32±1.52a 50.97±1.45b 41.53±2.03c
48 51.14±1.94b 53.73±0.97b 64.53±1.53a 51.24±1.74b 52.19±1.41b
72 46.17±2.13b 42.11±1.93c 53.12±1.49a 42.10±1.88c 40.36±1.55c
96 32.50±1.60c 33.11±2.34c 42.08±1.03a 31.76±1.45c 37.16±1.23b
120 15.82±1.86c 10.42±0.61d 24.37±1.76a 19.52±1.64b 15.13±1.54c

2.4 30%氯化苦乳油对经过不同盐浓度胁迫处理的镰刀菌的熏蒸效果

表4表明,培养时间在96 h之前对照组对镰刀菌的抑制率都是最高的,而且显著高于经过不同盐胁迫的各处理。随着盐浓度的增加,抑制率呈下降趋势,盐浓度为800 mmol/L时菌丝生长最好,抑制率达到最小。培养48 h以后各处理对镰刀菌的抑制率随时间的增加呈下降趋势,在培养120 h时达到最低值。
表4 30%氯化苦乳油对经过不同盐浓度胁迫处理的镰刀菌的熏蒸效果
时间/h 抑制率/%
0(CK) 10 mmol/L 100 mmol/L 200 mmol/L 400 mmol/L 800 mmol/L
24 57.44±1.40a 51.49±0.74b 51.21±1.05b 47.52±1.84c 44.49±1.53d 44.75±1.48d
48 68.64±1.53a 59.58±1.83b 60.07±1.48b 47.85±0.65c 44.62±1.60d 36.39±1.77e
72 54.30±0.95a 41.97±1.50b 40.03±2.14b 36.92±1.47c 31.59±2.21d 35.85±1.78c
96 43.44±2.45a 35.95±2.06b 31.63±1.52c 29.15±2.10c 30.00±2.21c 29.22±1.87c
120 27.04±1.84a 28.84±0.93a 15.60±1.49c 21.33±1.84b 14.38±1.84c 11.12±1.25d

2.5 30%氯化苦乳油对经过极端温度胁迫处理的镰刀菌的熏蒸效果

表5数据表明,对照组28℃(5天)对镰刀菌的抑制率与极端温度处理组40℃(10天)、40℃(5天)、4℃(15天)、4℃(10天)相比都表现出显著性差异,极端温度4℃(5天)处理组除96 h时,其他时间段对镰刀菌的抑制率也都显著低于对照组。处理组40℃(15天)菌丝生长最慢、最少,抑菌率达到最大。除了处理组40℃(15天)外,其他处理在培养48 h以后抑菌率都呈下降趋势,在培养120 h时都达到最小抑菌率,极端温度4℃处理随着处理时间的增加,对镰刀菌的抑制率呈下降趋势。
表5 30%氯化苦乳油对经过极端温度胁迫处理的镰刀菌的熏蒸效果
时间/h 抑制率/%
40℃(15 d) 40℃(10 d) 40℃(5 d) 4℃(15 d) 4℃(10 d) 4℃(5 d) 28℃(5 d)
24 68.20±1.94a 48.08±1.27e 53.75±1.81c 49.99±0.85de 51.04±0.87d 54.34±1.63c 57.90±1.17b
48 79.22±1.32a 52.91±2.12c 52.96±1.54c 47.55±1.22d 49.79±2.14cd 51.77±1.69c 60.63±1.76b
72 84.54±1.79a 42.96±1.64d 45.95±2.62c 41.49±1.78d 45.26±0.45c 44.56±1.26cd 54.87±2.40b
96 90.91±1.55a 34.81±1.87d 40.64±1.62c 38.65±0.98c 44.06±1.25b 46.15±1.25b 46.46±0.66b
120 87.52±0.96a 21.65±1.25e 26.85±0.92d 24.17±1.42d 24.35±0.30d 29.14±1.49c 33.08±1.61b

3 结论

3.1 30%氯化苦乳油对经过pH值胁迫处理的镰刀菌的熏蒸效果

30%氯化苦乳油对镰刀菌有较好的直接熏蒸效果,但经pH(偏酸或偏碱)胁迫处理后的镰刀菌对30%氯化苦乳油表现出不敏感,反而比对照生长更好,熏蒸效果变差。近年来,随着长期连作,大量农药的不合理使用,导致土壤pH值多偏酸性,有些地块土壤pH 5以下,用土壤熏蒸剂对其治理时,镰刀菌对熏蒸剂表现不敏感,从而导致防治效果大大降低,这就给由镰刀菌引起的多种土传病害的治理提出了更大的挑战。

3.2 30%氯化苦乳油对经过不同盐浓度胁迫处理的镰刀菌的熏蒸效果

试验结果表明,经盐胁迫下的镰刀菌对30%氯化苦乳油不敏感,熏蒸再接种后菌丝生长率比对照更好,随着盐浓度的增加抑制率逐渐降低,说明高盐条件下土壤熏蒸剂对镰刀菌的熏蒸效果变差,而随着化肥和农药的大量使用,盐碱地日益增多,使得镰刀菌对熏蒸剂表现越来越不敏感,对田间防治效果产生了巨大的影响。

3.3 30%氯化苦乳油对经过极端温度胁迫处理的镰刀菌的熏蒸效果

病原菌的越冬越夏环节是病原菌完成其生活史的重要步骤,探究镰刀菌在极端温度下对药剂的敏感性至关重要。本试验结果显示,在极端温度下镰刀菌对土壤熏蒸剂的敏感程度并不同,经过高温和低温处理后镰刀菌对外界有更好的抵抗能力。

4 讨论

中国是一个农业大国,农业的安全与发展关乎国家经济的发展与国家安全,改革开放以来由于保护地栽培技术在中国的普及和应用,极大地加快了农业经济的发展,但是随着重茬种植的大面积推广,农药化肥的大量使用,使得土壤中的病原菌、害虫、杂草日益增多,给农业经济的发展造成了巨大影响。土壤熏蒸是目前保护地农业生产中防治土传病害最经济最有效的措施,可有效控制土壤中的连茬病虫害[16]。土壤熏蒸剂能有效防治由腐霉菌镰刀菌丝核菌等引起的沤根烂秧病、猝倒病、立枯病、软腐病、根腐病、枯萎病、黄萎病等土传病害及预防根结线虫,清洁土壤,为植株创造良好的生长环境[17-18]。从十字花科蔬菜中提取的辣根素对多种土传病害和部分气传病害有防控作用[19],威百亩进行土壤消毒后施用生物菌肥能明显提高番茄产量[20],使用棉隆对草莓地消毒以后能使草莓增产20%以上[21],威百亩处理土壤能有效防治由尖孢镰刀菌引起的黄瓜枯萎病和瓜果腐霉引起的黄瓜猝倒病,有效提高黄瓜品质与产量[22],二甲基二硫熏蒸土壤后,能有效防治线虫、土传真菌、杂草等[23]
土壤熏蒸剂在土壤中的分解强度取决于土壤的理化性质和熏蒸剂的类型。理想的熏蒸剂需要靶标有害生物尽可能长时间地暴露于药剂中,而且病原菌要对熏蒸剂敏感,才能取得较好的防效[15]。土壤质地不同,栽培管理模式不同,相应的理化指标如土壤的pH、有机质含量、盐含量等也会有很大差异,这些都会对土壤熏蒸剂的熏蒸效果产生重要的影响。本研究结果表明,在相应的土壤理化性质改变后(土壤pH偏酸偏碱,土壤盐含量增加),能够使得土壤病原菌(镰刀菌)对土壤熏蒸剂(30%氯化苦乳油)表现出不敏感,降低了防治效果,增加了防治难度。假设通过某种物理或者化学的方法让镰刀菌重新对熏蒸剂敏感,这样就能在很小的用药量下取得很好的防治效果,这也是笔者下一步将会开展的研究工作。

参考文献

郑浴 张艳丽 王琨 周游 杨晓红 鞠学勇 何炜 张慧心 .城市园林土壤板结机理及改良研究.农学学报 ,2011,1(2): 25-29
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