乙蒜素熏蒸对有机农业园区土传病害及番茄生长的影响

《Agriculture》：Effects of Ethylicin Fumigation on Soil-Borne Diseases and Tomato Growth in an Organic Agricultural Park

　　

长期连作会加剧土传病害，严重影响作物生长、产量和品质。土壤熏蒸是在作物种植前降低土传病原菌压力的有效方法，但仍需开发环境友好的替代熏蒸剂。本研究旨在评估乙蒜素作为土壤熏蒸剂在有机温室生产条件下防治主要土传病原菌的田间效果，并确定其对土壤理化性质及番茄生长和产量的影响。研究人员在延庆有机农业园连续开展了两年田间试验。熏蒸期间，土壤表层最高温度达到50.8?°C，10?cm深处最高温度为42.6?°C，这可能有助于抑制病原菌并增强乙蒜素的熏蒸效果。乙蒜素显著降低了镰刀菌属（Fusarium spp.）、疫霉菌属（Phytophthora spp.）和根结线虫属（Meloidogyne spp.）的数量，防治效果分别达到96.44%–97.73%、68.12%–95.30%和72.12%–96.91%。熏蒸还改变了土壤理化性质和养分状况，降低了硝态氮（NO3?–N）含量和电导率，同时提高了铵态氮（NH4+–N）、有机质和速效钾的含量。番茄株高、茎粗和叶绿素含量分别增加了16.52%、20.71%和6.73%，两年产量分别增加了35.28%–38.83%。乙蒜素熏蒸后，由寄生疫霉（Phytophthora parasitica）引起的根腐病也有所减轻，病情指数从2023年的3.75?±?3.23降至1.25?±?2.50，2024年从5.56?±?1.92降至0；2024年乙蒜素处理组未观察到可见的根腐症状。总体而言，乙蒜素在稳定抑制主要土传病原菌的同时，改善了土壤养分条件和番茄的生长表现。这些结果支持乙蒜素作为种植前土壤熏蒸剂在温室蔬菜生产中的应用潜力，尤其是在对农药残留控制和环境安全性要求较高的生产体系中。

一、研究背景与目的

近年来，中国设施农业发展迅速，尤其在高附加值作物如番茄和草莓生产中。然而，长期连作导致土传病害日益严重，严重威胁作物生长、产品质量和土壤生产力。连作促进了土传病原菌和植物寄生线虫的积累，破坏了土壤微生物平衡，增加了土传病害暴发的风险，可能导致大幅减产甚至绝收，造成重大经济损失。中国作为全球主要番茄生产国之一，番茄连作带来的土传病虫害问题愈发突出，导致产量和果实品质下降。随着温室番茄生产的快速扩张，土传病害的发生率和严重程度持续上升，有效的病害管理已成为制约可持续生产的重要因素。常见的番茄病害包括晚疫病、灰霉病、枯萎病、溃疡病和猝倒病等，而连作则进一步加剧了枯萎病等土传病害。

目前，种植前土壤熏蒸是控制土传病虫害的有效手段。溴甲烷曾广泛用作土壤熏蒸剂，但因破坏臭氧层而被逐步淘汰。目前国内常用的土壤熏蒸剂包括氯化苦、威百亩、二甲基二硫（DMDS）、棉隆、乙蒜素、1,3-二氯丙烯（1,3-D）和异硫氰酸烯丙酯等。乙蒜素是中国自主研发的植物源农药，因其广谱抗菌活性、快速降解和环境残留较低而受到越来越多的关注，可能具备作为替代土壤熏蒸剂的潜力。已有研究表明乙蒜素能有效抑制镰刀菌属和疫霉菌属等土传病原菌。此外，乙蒜素在土壤中消散较快，不易在环境中长期残留。由于其挥发性，乙蒜素可以气态形式在土壤孔隙中迁移扩散，可能对不同土层分布的病原菌均有作用。这些特性使其在病害防控与环境安全之间可能具有良好的平衡优势。然而，此前关于乙蒜素的研究主要集中在抑菌活性、消散行为及可控条件下的表现，其在田间熏蒸条件下的综合效果评估仍不充分，特别是对主要土传病原菌、土壤理化与养分性状以及后续作物生长和产量的同步影响尚需深入探究。

因此，本研究在延庆有机生态园开展，该地长期连作导致严重的土传病害压力，常规防控措施往往无法提供足够稳定的病害抑制效果。主要目标是评估乙蒜素作为土壤熏蒸剂在此类生产条件下的田间效果和应用潜力。研究人员连续两年开展田间试验，测定乙蒜素熏蒸对镰刀菌属、疫霉菌属和根结线虫属种群数量的影响，监测覆膜熏蒸期间的土壤温度，评估土壤理化性质和养分指标（包括pH、电导率EC、有机质OM、硝态氮NO₃^?–N、铵态氮NH₄⁺–N和速效钾），以及番茄株高、茎粗、叶绿素含量、发病情况和产量。研究人员假设乙蒜素熏蒸能有效抑制主要土传病原菌和植物寄生线虫，改善土壤理化与养分条件，从而促进番茄生长和增产；同时假设塑料薄膜覆盖下升高的土壤温度有助于熏蒸过程中的病原抑制。本研究旨在评估乙蒜素能否为温室蔬菜生产体系提供一种有效的土壤熏蒸选择，特别是在病害防控、农药残留和环境安全性方面有严格要求的生产系统中。该论文发表于《Agriculture》。

二、主要关键技术方法

1. 1.
   田间熏蒸试验设计：于2023年和2024年8月在延庆有机生态园连续开展两年田间试验。试验设空白对照和乙蒜素熏蒸两个处理，乙蒜素通过滴灌施入，用量为20?g·m^?2，施药后立即覆盖聚乙烯薄膜，30天后揭膜，再晾晒15–30天以消除残留药害。
2. 2.
   病原菌检测：采用选择性培养基平板计数法检测土壤中镰刀菌属和疫霉菌属数量；采用改良贝曼漏斗法提取并镜检根结线虫属数量。
3. 3.
   土壤理化性质测定：按照标准土壤分析方法测定pH、电导率EC、有机质OM、硝态氮NO₃^?–N、铵态氮NH₄⁺–N和速效钾。
4. 4.
   植株生长与产量测定：在结果期随机选取植株测量株高、茎粗和叶片叶绿素含量；记录每次采收的果重并计算总产量。
5. 5.
   病害与线虫发生评估：收获后调查番茄根部由寄生疫霉引起的根腐病和根结线虫引起的根瘤症状，按分级标准计算病情指数和防治效果。

三、研究结果

3.1 乙蒜素熏蒸期间的土壤温度

在乙蒜素施用量为20?g·m^?2的条件下，连续监测覆膜下空气及不同土层深度的温度变化。膜上最高气温达47.5?°C，地表0?cm、5?cm、10?cm、15?cm和20?cm处的最高土壤温度分别为50.8?°C、45.0?°C、42.6?°C、37.1?°C和37.3?°C；监测期间平均气温为26.9?°C，各土层平均温度分别为31.0?°C、31.0?°C、31.0?°C、30.4?°C和29.8?°C。结果表明覆膜熏蒸可维持较高土壤温度。

3.2 乙蒜素熏蒸对土传病原菌的影响

与对照相比，乙蒜素熏蒸降低了镰刀菌属、疫霉菌属和根结线虫属的种群数量。2023年，对三种病原物的防治效果分别为96.44%、68.12%和72.12%，其中根结线虫属的减少达到显著水平。2024年，防治效果分别提升至97.73%、95.30%和96.91%，三种病原物的减少均达到显著水平。表明乙蒜素在两个田间季节均能持续抑制这三种土传有害生物，且在2024年效果尤为稳定和显著。

3.3 乙蒜素熏蒸对土壤理化性质的影响

2024年的测定显示，乙蒜素熏蒸显著影响了多项土壤理化性质。与对照相比，硝态氮NO₃^?–N含量显著降低59.67%，铵态氮NH₄⁺–N含量显著增加167.40%；速效钾呈增加趋势但未达显著水平；土壤有机质显著增加26.98%。土壤pH值升高5.45%，电导率EC显著降低52.58%。表明乙蒜素熏蒸改变了土壤养分循环和化学特征。

3.4 乙蒜素熏蒸对番茄生长的影响

2024年的田间测定显示，乙蒜素熏蒸显著促进了番茄生长。与对照相比，株高增加16.52%（平均增加18.49?cm），茎粗增加20.71%（平均增加2.04?mm），叶片叶绿素含量增加6.73%（平均增加2.65 SPAD单位），差异均达显著水平。

3.5 乙蒜素熏蒸对番茄产量的影响

乙蒜素熏蒸在两个年份均显著提高了番茄产量。2023年，乙蒜素处理平均单株产量达0.56?kg，较对照增产38.83%，总产量显著高于对照。2024年，平均单株产量增至0.22?kg，增产35.28%，总产量仍显著高于对照。表明乙蒜素熏蒸可稳定提高番茄产量。

3.6 乙蒜素熏蒸对根结线虫属和寄生疫霉的防治效果

寄生疫霉引起的根腐病在对照区较重，乙蒜素处理区较轻。2023年，对照区根腐病严重度等级为0–3级，乙蒜素处理区为0–1级，病情指数分别为3.75±3.23和1.25±2.50，差异未达显著水平。2024年，对照区根腐病严重度为1–2级，乙蒜素处理区未见任何可见根腐症状，病情指数从5.56±1.92降至0，差异显著。两个年度均未在番茄根部观察到由根结线虫引起的可见根瘤症状，病情指数均为0，与该试验点根结线虫症状发生率较低一致。

四、讨论与结论

讨论部分总结：在长期连作条件下，镰刀菌属、疫霉菌属和根结线虫属等土传病原菌在土壤中累积，成为温室蔬菜生产的主要限制因素。土壤熏蒸可在种植前快速降低病原菌数量，仍是控制土传病害的重要手段。本研究中乙蒜素熏蒸对镰刀菌属的防治效果两年均超过96%，对疫霉菌属和根结线虫属也表现出高效性，显示了广谱且稳定的田间表现，与传统熏蒸剂的效果相当。乙蒜素熏蒸还显著改变了土壤养分状况：硝态氮降低、铵态氮积累，这与其它熏蒸剂处理后的氮转化响应类似，更可能反映了硝化作用的暂时抑制而非整体氮肥力的改善；有机质增加可能与熏蒸导致的微生物死亡释放细胞物质有关；速效钾增加和电导率降低进一步表明其对土壤养分循环和理化性质的影响。土壤养分可利用性的变化也有助于作物生长，乙蒜素处理使番茄株高、茎粗和叶绿素含量分别增加16.52%、20.71%和6.73%，两年产量分别提高38.83%和35.28%，这些改善可能是病原压力降低与土壤养分和微生物条件变化的共同结果。覆膜产生的高温可能进一步增强了病原抑制效果，土壤表面最高温度达50.8?°C，10?cm处达42.6?°C，结合60–70%的土壤湿度，可能有利于乙蒜素释放和移动，同时增强对病原繁殖体的热胁迫。尽管乙蒜素提供了强效的病原抑制，但单一熏蒸难以在整个生育期内维持低病原水平，残余病原可能恢复，外来病原也可能重新定殖，因此乙蒜素更适合作为种植前快速降低初始病原基数的措施，后续病害控制应与生长期管理相结合。试验地点位于有机农业生态园，对农药残留和环境安全性要求严格，乙蒜素在此条件下表现出的强效病原抑制和稳定增产具有重要实践意义。

研究结论翻译：本研究在温室田间条件下评估了乙蒜素作为土壤熏蒸剂的应用潜力，施用量为20?g·m^?2。熏蒸期间，塑料覆膜维持了相对较高的土壤温度，10?cm深度最高温度达42.6?°C，0–10?cm土层平均温度约为31.0?°C，这些条件可能有助于病原抑制并增强乙蒜素的熏蒸效果。连续两年的田间试验表明，乙蒜素有效抑制了镰刀菌属、疫霉菌属和根结线虫属，最大防治效果分别达到97.73%、95.30%和96.91%。乙蒜素熏蒸还改变了土壤理化性质和养分状况，降低了硝态氮和电导率，同时提高了铵态氮、有机质和速效钾。番茄生长得到改善，表现为株高、茎粗和叶绿素含量增加，2023年和2024年产量分别提高38.83%和35.28%。此外，乙蒜素熏蒸在两个年份均减轻了寄生疫霉引起的根腐病，进一步支持了其田间有效性。总体而言，乙蒜素同时降低了土传病原压力，改变了土壤养分条件，并改善了番茄生长表现。这些结果表明，乙蒜素作为种植前土壤熏蒸剂在温室蔬菜生产中具有相当大的应用潜力，尤其是在对农药残留和环境安全性要求较高的生产体系中。不过，本研究仅在单个试验点进行，只评估了一种施用量，且未设置常规熏蒸剂作为阳性对照；此外，乙蒜素对病原菌再定殖、非靶标微生物和土壤生态恢复的长期影响尚不清楚。未来研究应侧重于多点验证、施用量和熏蒸条件的优化、与标准熏蒸剂的比较，以及对土壤微生物群落和养分循环的长期监测，以进一步建立可靠且可持续的基于乙蒜素的土传病害管理策略。