土壤通气系统通过调控微生物群落抑制番茄枯萎病并促进植株生长的机制研究

为解决设施番茄生产中由土传真菌（如Fusarium spp.）引起的根腐病问题，石家庄市农林科学研究院的研究团队创新性地开发了土壤通气系统。研究表明，每日15-20分钟的通气处理可使土壤O2含量提升1.38%，显著降低Fusarium相对丰度达91.84%，同时促进有益微生物（如Lysobacter和Streptomyces）增殖，使根腐病指数降低85.36%。该技术通过改善根际微环境，同步实现增产9.76%和光合效率提升47.32%，为设施农业绿色防控提供了新策略。

　　

番茄作为全球重要经济作物，其生产长期受到土传病害的威胁。其中由镰刀菌（Fusarium spp.）引起的根腐病尤为严重，可导致根系褐变、维管束坏死，最终造成植株死亡。传统防治依赖化学药剂和抗病育种，但存在环境污染、病原体抗性等问题。更棘手的是，设施农业中覆膜连作、大水漫灌等操作会加剧土壤缺氧，进一步助长厌氧性病原菌繁殖。如何通过物理调控改善根际环境，成为突破土传病害防治瓶颈的新思路。

石家庄市农林科学研究院的科研团队在《Scientia Horticulturae》发表的研究中，构建了一套集成灌溉与通气的自动化系统，通过埋设于15-20 cm深度的滴灌管道，以270 L/min的流量向土壤输送空气。研究采用三阶段实验设计：首先验证通气对番茄生长的促进作用，随后通过接种Fusarium equiseti诱导根腐病，最终评估不同通气模式（接种前/后通气、间歇通气）的防控效果。关键技术包括光纤氧传感器（FireSting-O₂）实时监测土壤含氧量、高通量测序分析微生物群落、TTC法测定根系活力以及光合作用参数测定系统。

3.1 通气提升土壤氧环境
持续5天的监测显示，通气15分钟可使土壤O₂含量稳定增加1.38%，延长通气时间未产生叠加效应。这表明短时通气即可满足作物需氧阈值。

3.2 促生与增产效应
每日20分钟通气使番茄茎粗增加19.96%，净光合速率提升47.32±5.15%，果实产量提高9.76±1.48%。气孔导度和SPAD值同步上升，证实通气通过优化气体交换促进碳同化。

3.3 微生物群落重构
高通量测序显示，通气处理使放线菌门（Actinobacteria）相对丰度增加，其中生防菌Lysobacter和抗生素产生菌Streptomyces显著增殖。Chao1指数上升表明群落丰富度改善，但Shannon指数无显著变化，说明通气未破坏生态平衡。

3.4 病原菌抑制机制
接种Fusarium后，20分钟通气处理使其相对丰度降低91.84%。平板计数显示，持续通气组（I组）在接种后12天病原菌数量稳定下降，而提前通气组（II组）因停止通气出现反弹。

3.5 病害防控效果
I-25处理组的根腐病指数降低85.36%，根系活力恢复至健康植株水平。解剖学观察发现，通气处理植株的茎基褐变程度轻，且次生根系再生明显。

该研究首次阐明土壤通气通过三重机制协同防控土传病害：物理层面提升O₂含量抑制厌氧病原菌；生物层面促进有益微生物定植；植物层面增强根系活力与抗性。相比化学熏蒸，该技术无残留风险，且增产效应可抵消设备投入成本。研究提出的"水-气分施"模式（即灌溉与通气错时进行）操作简便，特别适合中国设施农业高密度种植的特点，为实现"减药增效"提供了可推广的解决方案。未来研究可进一步优化通气参数，并探索该技术对其他土传病害（如Pythium和Rhizoctonia）的普适性。