强还原土壤处理方案选择及对杂草抑制效果的研究

摘要

近年来，设施农业因复种指数和产量高，在我国得到迅速发展，但高强度农业生产方式及不合理的施肥和灌溉方式，导致土壤退化严重，次生盐渍化和土传病害频发，成为设施农业亟待解决的关键问题。强还原土壤消毒(reductive soildisinfestation，RSD)通过向土壤中添加易分解的有机物料、淹水并覆膜培养，可以在短时间内显著杀灭土传病原菌，同时改善土壤理化性质，使土壤恢复到适于耕种的健康状态。充分认识强还原土壤消毒对于改善农田土壤质量的作用，阐明强还原土壤消毒获得最佳效果的水分和有机物料施用条件，对于强还原土壤消毒方法的推广应用具有促进作用。在前人研究的基础上，本文主要研究强还原土壤消毒获得最佳效果的水分和有机物料施用及其强还原土壤消毒对农田杂草生长的抑制作用。
　　本研究采集南京市八卦洲连续种植芦蒿发生连作障碍的土壤，利用分子生物学技术和稀释平板涂布法，研究不同水分含量和不同秸秆添加量下RSD的杀菌效果及对土壤理化性质的改良效果。结果表明，水分含量为60％最大持水量(water holding capacity，WHC)并添加5 gkg-1玉米秸秆能够有效改善土壤理化性质，显著提升土壤pH和NH4+-N浓度，NO3--N和SO42-浓度显著降低，由此可见，若以改善土壤次生盐渍化为目的，与目前淹水并添加大量有机物料的RSD处理相比，60％ WHC结合5 g kg-1更加经济简便。但是，60％ WHC的RSD处理并不能有效抑制土壤中病原菌的繁殖，甚至会促进病原菌的生长。100％ WHC的RSD处理对尖孢镰刀菌、疫霉菌和腐霉菌的杀菌效果均可达到90％以上，其中在100％WHC+10 g kg-1玉米秸秆处理时对尖孢镰刀菌的杀菌率可达到96％。
　　采集南京市龙潭连续种植西兰花，因严重连作障碍无法继续种植而荒芜的土壤，利用镜检法和诱萌法，研究RSD处理后对杂草的抑制效果，并于常州春江镇设施菜地中实施大田试验，研究RSD在田间环境下对杂草的抑制效果。采集杂草种子，研究RSD过程中产生的有害物质如有机酸、Fe2+和Mn2+等对种子萌发的影响，阐明RSD抑制杂草萌发的机理。结果表明，RSD处理后能显著抑制杂草萌发，降低土壤中杂草密度，即使处理后施肥使杂草数量有所上升，其数量也依然极显著低于未处理的对照组。田间试验进一步验证了这一结果，RSD处理后的土壤在种植芹菜期间，土壤中的杂草依然被显著抑制，萌发率极低。通过对种子萌发抑制机理的研究，有害物质处理后的杂草种子萌发率均得到不同程度的抑制，其中乙酸和丁酸是产生抑制作用的主要贡献者，经0.66％乙酸和0.176％丁酸处理后的杂草种子萌发近乎被完全抑制。
　　综上所述，RSD不仅能杀灭土传病原菌、改善土壤理化性质，而且可以显著抑制杂草生长，因而RSD处理后可减少除草剂的使用或除草需要的劳动力。本项研究结果还表明，因RSD处理的目的不同，可采取不同的水分和有机物料施用量。对于消除酸化和次生盐渍化现象，60％WHC并添加5 g kg-1玉米秸秆的RSD处理即可取得较好的效果;对于土传病害严重的土壤，含水量保持100％WHC并添加10 g kg-1玉米秸秆可以作为田间推广使用的能够显著抑制病原菌的最低水分和秸秆添加量。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 强还原土壤消毒

1．1．1 强还原土壤消毒

1．1．2 强还原土壤消毒改良退化土壤的效果及机理

1．1．3 强还原土壤消毒的应用

1．2 农田杂草的防治

1．2．1 农田杂草防治的重要性

1．2．2 杂草防治方法

1．2．3 农田土壤杂草种子库

1．2．4 强还原土壤消毒法对田间杂草的防控作用研究进展

1．3 研究目标、研究内容及意义

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．3．3 研究意义

1．3．4 技术路线

第2章 强还原土壤消毒修复退化土壤的效果研究

2．1 材料与方法

2．1．1 材料

2．1．2 试验设计

2．1．3 测定方法

2．1．4 数据处理

2．2 结果与分析

2．2．1 土壤pH和EC的变化

2．2．2 土壤SO42-、NH4+-N和NO3--N的变化

2．2．3 土壤中尖孢镰刀菌，腐霉，疫霉数量变化

2．2．4 土壤中有机酸含量变化

2．2．5 土壤中微生物区系变化

2．2．6 土壤微生物群落变化

2．3 讨论

2．4 小结

第3章 强还原土壤消毒对杂草萌发率影响的温室培养试验

3．1 材料与方法

3．1．1 实验材料

3．1．2 试验设计

3．1．3 土壤pH、NH4+-N、NO3--N、TN、TOC和电导率EC的测定方法

3．1．4 数据处理

3．2 结果与分析

3．2．1 土壤杂草种子库的组成

3．2．2 强还原土壤消毒后的土壤理化性质

3．2．3 强还原处理后杂草的密度特征

3．2．4 强还原处理对土壤中杂草群落α多样性指数的影响

3．2．5 强还原处理后土壤种子库的群落相似性指数

3．3 讨论

3．4 小结

第4章 强还原土壤消毒控制杂草萌发的大田试验

4．1 材料与方法

4．1．7 数据处理

4．1．3 土壤样品采集与预处理

4．1．4 土壤理化性质的测定

4．1．5 杂草种类、数量及生物量的测定

4．1．6 尖孢镰刀菌定量

4．2 结果与分析

4．2．1 强还原土壤消毒对土壤理化性质的影响

4．2．2 强还原处理对土传病原菌及芹菜产量的影响

4．2．3 强还原处理对田间杂草的影响

4．2．4 强还原处理对田间杂草α多样性指数和相似性指数的影响

4．3 讨论

4．4 小结

第5章 强还原土壤消毒抑制杂草生长的作用机理

5．1 材料与方法

5．1．1 试验材料的选择

5．1．2 RSD过程中有机酸的浓度测定

5．1．3 RSD过程中Fe2+和Mn2+浓度测定

5．1．4 试验设计

5．1．5 数据处理

5．2 结果与分析

5．2．1 有害物质浸泡种子后的萌发情况

5．2．2 有害物质加入培养基或厌氧状态下杂草种子的萌发情况

5．3 讨论

5．4 小结

第6章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 创新点

6．3 不足与展望

参考文献

附录

致谢