巢湖南路与新港路:植物土传病害预防的新方法---空间电场/强化剂同补法 刘滨疆

植物土传病害预防的新方法---空间电场/强化剂同补法       刘滨疆

空间电场在预防植物气传病害方面可以达到很好的效果，在黄瓜、甜瓜、番茄、辣椒、樱桃树、葡萄树等高杆植物方面几乎可以达到100%的预防效果。在高杆植物的土传病害预防方面，空间电场也显示出了比较显著的效果，特别是在黄瓜、甜瓜、辣椒的枯萎病以及茄子的黄萎病方面有着很好的效果。通过空间电场应用近十年的观察与实践，逐步发现了一些影响空间电场防治土传病害效果的因子，通过对个别因子的调控可以轻松地预防农作物的枯萎病、黄萎病以及果树的根癌病。

1.土传病害发生原因与影响因子

植物土传病害发生与否既和土壤中的病原菌、土壤的理化性状、植物的营养状态相关又与三者或其中的两者互作相关。

1.1.病原菌

土传病害侵染病原包括真菌、细菌、放线菌、线虫等。其中真菌为主，分为非专性寄生与专性寄生两类。非专性寄生是外生的根侵染真菌，如腐霉菌引起苗腐和猝倒病、丝核菌引起苗立枯病。专性寄生是植物微管束病原真菌，典型的象尖孢镰、黄萎轮枝孢等引起的萎蔫、枯死。有害细菌、放线菌的危害在土传病害发生病例中所占比例不到3%，通过改变土壤环境是可以改变这两类有害微生物的感染性态的。线虫的危害在许多地区上升为主要危害，与传统的枯萎病、黄萎病、根腐病相近，但在普通的试验条件下空间电场并未显示出对线虫病的预防效果，在此不进行详细分析。

实验表明，大部分土壤微生物对根际环境中的氧气、氨气、硫化氢、二氧化碳、氯气含量的微量变化敏感，着意改变根际氧含量或氯气含量能够转换微生物优势菌落或调节空间电场极性来调控硝化细菌、硫化细菌、丁酸细菌的活性。另一方面，根系与土壤相之间的薄层界面中钙离子、钾离子浓度的变化以及铜离子在土壤导电颗粒表面上发生的氧化还原反应均对微生物优势群落的转换产生作用。

1.2. 土壤的理化性状

根际环境的PH值、盐度、团聚体结构、含水率以及根系分泌物、矿物质营养含量配比、植物对土壤养分吸收的选择性、单一茬口等对病原微生物的发生与发展都有影响。其中，根病或土传病害的严重程度主要受根端分泌物成分和浓度的左右，利用直流电的电化学效应改变根际离子成分与浓度、改变根际PH值、分解根系分泌物、促使根际土壤矿物质营养游离化以及阴极聚水效应都可以改变土传病害的发病程度，实现预防土传病害的目的。

1.3. 植物的营养状态

光合作用产生的同化产物向根的输送量、胞内外和根与土壤溶液之间的钙离子浓度变化频度、根际水分与氧气的供给量和有效性都对土传病害的产生与发展有影响。尤其是在温室种植方面，二氧化碳的补充有时是至关重要的，许多黄瓜、甜瓜等瓜类温室发生的枯萎病实际上是因为光合产物供应衰竭引起的“伪枯萎病”，整棚的瓜秧和果实需要充足的碳水化合物提供，碳水化合物的缺乏导致根系呼吸的减弱，进而导致根系活力和吸水力的降低而发生枯萎症状。植物体内的钙离子浓度变化的频度对根系活力的影响较为显著，采用锯齿波型变化的正向空间电场能显著地促进根系的生长。同样在正向空间电场环境中，根系与土壤水之间产生的电化学反应能够提高根际的氧气含量。

2.空间电场/强化剂同补法

空间电场在促进植物生长和预防植物病害方面具有显著效能，除了依靠净化空气能力和电离空气产生的臭氧、氮氧化物等强氧化剂的杀菌能力来预防气传病害、气传土传混合病害以外，其预防植物土传病害还依赖于空间电场的强度、土壤溶液的某些盐类，适当地添加这些盐类可以显著提高空间电场预防土传病害的能力。

2.1空间电场

空间电场调控植物生长的基础理论实验研究和生产实践均证明了大气电场以及模拟其变化的正向空间电场既是植物进行光合作用的促进因子又是植株、植株与土壤之间钙离子、HCO3-阴离子转运的调节因子，同时也证明了该因子能够显著提高根系活力以及根际氧气含量。空间电场调控植物生长因子在温室黄瓜、甜瓜、番茄、辣椒、莴苣、葡萄、樱桃、菊花、玫瑰、百合等生产中得到了应用，其间的生长状态优于常规环境。在空间电场环境中补充二氧化碳可以显著地提高同化产物向根的运输，彻底杜绝二氧化碳亏缺引起的“伪枯萎病”。

在空间电场的实践中，另一重要的发现是其预防气传病害和枯萎病的效用。空间电场从理论上能够预防任何依靠气流传播的细菌、真菌、病毒病害，实践中，除了白粉病的预防需要特殊配置以外，诸如霜霉病、灰霉病、早疫病等气传病害都可以得到很好的防治。空间电场对枯萎病的预防效果是在黄瓜、尖辣椒的种植中发现的，预防效果重现率高于86%。

在空间电场环境中，大地相当于阴极，根据阴极聚水原理，空间电场辐射区域外的水分会向辐射区内移动，移动量受泄露电流强度和作用时间限制，因此，空间电场的设置具有显著的节水效能，可保障植物对水分的需求，并可保证根系与土壤接触界面的电化学反应需要的水分要求，并间接地影响接触界面中的微生物生存状态。

2.2.强化剂

与空间电场配合使用的强化剂是由K+、Ca++和一个阴离子R-组成，其中R-组成也是植物生长需要的微量营养元素，对土壤和植物产品不产生任何污染。当阴离子R-溶于土壤水中，空间电场中的泄漏电流由根系流入土壤的时候，阴离子R-优先失去一个电子变为气体并在根际环境中上溢，上溢的过程既是杀菌的过程。当R-含量不足时，土壤中的水成为电化学反应的主要物质，根系表面的水分就会在电流的作用下生成大量的氧气，进而极大地提高根际的含氧量。

2.3.同补法

在空间电场环境中，在植物周围浇灌2%的KR或CaR水溶液或按每m3土壤撒施200-35OgKR或CaR2。空间电场强度一般为+（30～50）KV/m或电极线携带+40 KV。见图1。

 图1 空间电场/强化剂同补法示意图

图1中空间电场的建立是由常用的3DFC-450型温室电除雾防病促生系统提供的，其电极线携带有50KV高电压，它与地面组成类似于静电学中的线—板电容器，电场强度E0近似于+50KV/m。由于空气具有微弱的导电性，特别是在温室的潮湿环境中，其内的空间电场中存在着较大的泄漏电流，因此这个空间电场不是静电学意义上的完全的静电场，而是一个能引起植物以及植物与土壤组成的生态系统发生微弱电化学反应的空间电场环境。泄漏电流由根系流入土壤，并引起根系-土壤界面发生电化学反应，其反应系统和产物见图2。

 图2 空间电场引起的根际环境的电化学反应模型

图2中所示根际发生的水电解、KR电解都是能够产生强氧化剂的电化学反应，这些氧化剂会在根系与土壤接触的薄层中产生强烈的杀菌过程，其上溢的过程又将杀灭土壤团聚体间隙中的病原菌。施加KR或CaR2愈多，杀菌效果愈好，但过多会发生盐害，因此必须严格按照前述浓度、投放量要求进行操作。

3.应用

空间电场/强化剂同补法已在黄瓜、甜瓜、西瓜、桃树、樱桃等植物产品的生产中应用，其预防土传病害的能力优于单独使用空间电场的效能。

黄瓜、甜瓜枯萎病、蔓枯病的预防效率在94-99%之间，效果优异。西瓜在77%左右，这可能与西瓜的匍匐栽培方式有关，立式栽培有利于提高泄漏电流强度增大根际的电化学反应量。茄子黄萎病、立枯病的预防效率一般高于93%。桃树、樱桃根癌病的预防试验已经开展了2年多，目前展示出的预防效率高于84%，远优于农药灌根的方法。

对于低矮植物，特别是一些植物苗期的猝倒病、根腐病，该方法的预防效率不高，可能与低矮苗木未能引起足够的泄漏电流流过根系有关，但在实际生产中，通过提高苗期环境中的二氧化碳浓度可以较显著地提高空间电场的预防效果，这与同化产物向根输运增强有关。同样，对于植物生物量颇大的甜瓜、西瓜温室，在空间电场环境中补充二氧化碳也能显著提高空间电场预防土传病害的能力。空间电场/强化剂同补法的发现与实践不仅对温室植物产品的无药残生产有益，也适用于大田植物的病害预防。对解决我国南方香蕉枯萎病、大田黄瓜、番茄等露地枯萎病有着重大的科学指导价值。

刘滨疆

在设施园艺中，植物全生育期病虫害的防治效果决定着设施农业的生产效益和生态安全，植物从种到收要经历多种病虫害的侵袭，而最难控制的往往是种传、土传、气传广泛混合感染的病害以及地下地上的虫害实时控制。许多传统的单一渠道、单一季节传播的病害随着设施农业的普及都已转为没有时空限制的混合感染，一两种农药已难于凑效。根结线虫病的普遍爆发，再加上白粉虱、蚜虫、红蜘蛛等微小害虫的群发，已形成无法应对环境安全要求的防治难点，单一的化学农药以及被动的病发后才诊治的方法已经很难应对病害的发生与发展。

然而经过近二十年的技术积累，包括种子消毒、土壤消毒、空气病原微生物杀灭等技术的一整套能够实施植物全生育期病害预防的物理性自动技术业已成熟，目前，这一技术已经开始用于叶菜、果菜类蔬菜全生育期的病害自动预防，预防效果优异，并不会对植物产品造成任何药物残留，并将成为温室生产优质绿色植物产品的核心技术或者关键技术。

1．病害发生特点与预防方式

种传、土传、气传病害是温室植物产品生产过程中都会遇到的滞障因子，单一的处理一种滞障因子无法有效地保障植物正常生长，比如，使用完全消毒的土壤栽培携带镰刀菌的种子形成的茄苗仍然会在40-50天时发病，另一方面，在已经发生了严重的黄萎病、根腐病的地区，即使进行了种子、土壤消毒处理，但仍然会普遍发病，能够导致这些病害重新出现的原因是残余的病菌重新繁殖与扩散的结果。另一值得注意的是传统定义的气传病害也呈现出了多渠道传播的新特性，许多植物的霜霉病、灰霉病、白粉病等表现出了强烈的好土特性，掉落于土壤表面的叶片很快就会受到这类霉菌的侵染，并很快成熟发射孢子进行再传播，苗期看到的茎腐病成片爆发就与此有关。因此，任何种植者欲依靠定植前种子、土壤的一次消毒处理或全生育期某阶段的一、两次处理就想获得良好的土壤病害预防效果均是冒险行为，合理的预防处理程序应该完全遵守病害的发生规律，进行实时的自动预防。

2．自动预防技术

这种技术是种子消毒灭菌技术、土壤连作障碍处理技术、气传病害预防技术的集成，是多种物理性质的即时消毒技术的有机结合。由于这种集成的物理技术不会像农药那样产生持久地药效，因此，对植物病害的预防必须采用实时预防的工作方式，其中的土壤连作障碍处理技术、气传病害预防技术的操作均采用了节能的自动循环控制技术。

2.1种子灭菌消毒技术

种子带菌带毒的处理是任何植物病害自动预防技术系统首先需要配置的技术工艺，种子带菌带毒就意味着种苗的带菌带毒，现有的化学农药、物理消毒技术仍然无法消解种苗自身内部的带菌带毒问题，也就是说，种苗带菌带毒就意味着迟早要发病，而且一旦发病就无法防治。目前，能够进行种子内部灭菌消毒的技术多数属于电磁辐射、核辐射消毒领域，最实用的是介电+静电+强化气体联合处理技术，实用的机型为3DJ系列介静电气化种子消毒系统。

2.2土壤连作障碍处理技术

土壤连作障碍是土壤有害微生物、前茬作物根系分泌的有毒有机酸的累积和土壤线虫以及缺素现象的出现等造成的，这种土壤因素形成的植物生长障碍很难通过化学方法获得根治，另一方面，土壤有害微生物、根结线虫具有实时发生的特点，因此，必须采用实时预防技术方法才可能有效，否则损失巨大。目前，土壤处理技术，特别是土壤微生物、土壤线虫、土壤团聚体结构、土壤游离态养分的调控技术有了飞跃发展，其中能够在土壤中产生灭杀微生物、分解有毒有机酸、提高土壤肥料游离化水平、优化土壤团聚体结构的土壤电处理技术已经能够有效地控制土壤微生物种群浓度或数量、土壤有害有机酸的分解、土壤线虫的发生与发展以及土壤团聚体结构的改善。植物全生育期病害自动预防技术系统的土壤处理技术配置采用了土壤连作障碍电处理技术方法，其型号为3DT系列土壤连作障碍电处理机。

2.3气传病害的预防技术

植物的气传病害多数为真菌类病害，只要环境条件适宜，真菌病害就会产生，因此，真菌病害的预防同样应有实时性。植物病害自动预防技术系统采用了气传病害空间电场实时预防技术装备，该技术系统不仅能够实时预防植物气传病害，而且能够调控植物的光合作用以及根系的生长，当空间电场与高浓度二氧化碳同时设置于温室内就会产生植物生物产量倍增效应，而当两者分开设置时均不会产生显著的增产与快速生长效应。因此，在实际的温室植物产品，特别是根菜类、果菜类的生产中应该采用既能防病又能促进生长的空间电场/二氧化碳同补技术系统。气传病害空间电场实时预防技术装备主要为3DFC系列温室电除雾防病促生系统，也称空间电场防病促生系统。

3.全程病害预防流程

能够有效地预防植物全生育期病害的技术流程如下：种子消毒---育苗土的消毒---温室（大田）土壤消毒---气传病害的防控，见图1。

3DJ系列介静电气化种子消毒系统---3DT系列土壤连作障碍电处理机---3DFC系列温室电除雾防病促生系统。

3.1种子消毒：带毒带菌种子能否得到彻底灭菌消毒处理决定着全程病害预防处理作业的成败。如果种子仅种皮带菌带毒，仅采用介电、静电处理技术就可获得完美的解决。但当种内带菌带毒时，必须经过介静电气化种子消毒系统才能够获得无毒种子，见图2。

种内病菌病毒灭活率受电离放电处理时间、处理气体成分和温度决定。电晕电场越强、处理气体浓度越高且温度保持在45-50℃之间时，种内灭菌消毒效率最高时的处理时间7-12分钟时。经过介静电气化种子消毒系统消毒灭菌的种子在处理后的3-15天后播种其苗期长势显著优于未处理种子，而发芽势和发芽率也表现出略有提高。经过介静电气化种子消毒可完全消除枯萎病镰刀菌带来的种传病害。

3.2土壤消毒

土壤消毒包括育苗土、栽种前的土壤、植物生长期间的三个处理程序，任何一个环节的缺失都可能造成土传病害的重新爆发。

3.3育苗土的消毒

育苗土是否带菌带毒直接关系到移栽时的根部感病率，任何移栽行为都会造成伤根现象的发生。优质的无毒无菌育苗土壤可采用两种方法获得：（1）电处理的方法。在土箱底部插入电处理电极，另一电极置于土壤表面，土壤水分含量应保持在积水状态，处理时间不低于10小时，强化剂用量每公斤干土不大于25g，处理温度最终达到60度为宜。（2）高温法。将土壤至于加热容器中进行土壤加热，土壤温度最低应保证在87℃以上，否则一些毒素难于分解，有害菌杀灭率不够高，最好还应加入一些化学药剂辅助处理。

3.4栽种前的土壤处理  移栽前必须进行土壤的消毒处理，否则，土壤有害菌会通过伤根侵入植株体内并潜伏起来。采用土壤电处理的方法可以显著降低土壤有害菌浓度以及土壤有害有机酸的含量。此时期的处理需特别注意的是要按照土壤电处理标准规范进行操作，当采用3DT-90型土壤连作障碍电处理机进行处理时，每平米土壤按100-150g强化剂随水灌溉施入，每330m2处理10-12小时，处理1-3天内既可移栽。

3.5生长期的土壤处理  由于土传病害的病原普遍存在于种植区内，种植者、收购者等都可能因串棚导致再感染，另一方面，有机肥的使用、土壤随风扬起的粉尘都可能将病原重新带入棚内而造成二次或多次感染，因此，生长期的土壤处理格外重要，并不是一次处理就能保证全生育期不再感染患病。最佳的处理时间间隔一般为4-5周，每次处理时应按10g/m2的强化剂用量均匀散布在土壤中，并在灌溉后4-12小时内进行4个小时的处理。

值得注意的是电极线的布设方案的选用。当采用3DT系列进行处理660m2土壤时，电极线最好按每330m2（半亩）一组进行布设为独立的两组。每组电极线的埋设方法分为鱼骨相叉式、上下叠层式两种，见图3、4。

最好的埋设方法是上下叠层时，分成上下两层布设，这种埋设方法既有利于土传病害的预防又有利于根接线虫的防控，弊端是不利于机械化耕作。鱼骨相叉式易于机械化耕作但不利于线虫的防控。

3.6气传病害的防控

种传病害、土传病害得到预防性处理以后，气传病害的预防可采用3DFC系列温室电除雾防病促生系统进行预防，且十分有效的。该系统采用自动间歇工作方式建立空间电场，并以此应对气传病害的发生与发展。这种系统建立的空间电场除了能够预防植物气传病害以外，该系统还在植物的光合作用、空气的氮肥化、根系活力与发根方面具有显著的正向调控功能，因此，这一系统还可以从植物的健壮程度方面来提高植物对气传、土传病害的抗病力。

另一方面，当前很多表现为气传病害的疫病往往还具有土传的特点，特别是土壤表面与空气相接触的气固界面是气传与土传混合病害的发源地，对于匍匐于地面生长的植株或其他处于苗期和生长初期的植物罹患气土混合传播病害的发生概率远远高于单纯的气传病害和土传病害，将土壤电处理与空间电场联合使用是有效预防这种病害的唯一有效的物理方法，在这种情况下，空间电场的电极线往往需要使用悬挂垂线至地面30cm高度的位置处进行防控。

特别需要提醒的是，在温室内为了实现空间电场/二氧化碳同补的植物生物产量倍增效应，应该在此空间电场中采用能够间歇循环供给的烟气电净化二氧化碳增补机进行二氧化碳的增施，见图5。

在空间电场环境中采用昼夜间歇供给电净化烟气二氧化碳的工作方式可以强烈地促进根系的生长以及新枝的发生，同时还能够很好地预防植物白粉病的发生。不过，同补技术系统的使用需要有产生烟气的发生源，比如温室耳房、操作间的能够生火做饭、住人取暖的煤炉、园区集中供热的锅炉房等。

4．应用

在温室植物产品生产中，许多植物病害有多种传播渠道，往往会发生许多防治无效的植物病害，比如，黄瓜黑星病、炭疽病、褐斑病、枯萎病和茄子褐纹病、绵疫病、黄萎病、根腐病以及草莓黄萎病、立枯病的病原既可由种子带菌又可土壤带菌、植株带菌甚至是气溶胶带菌进行扩散传播，仅处理土壤或仅处理了种子均不能达到有效预防的目的。因此，在温室植物产品生产过程中必须按全生育期植物病害自动预防技术规程进行各种病害的实施预防，任何一个环节的缺失都可能造成巨大的经济损失。

黄瓜、茄子、西瓜、草莓等植物产品的生产已经成为我国北方地区温室获取较高利润的主打种植项目，其中种传、土传、气传以及多渠道混合传染的病害已成为制约温室生长效益的主要障碍因子，虽然有些品种的作物采用了嫁接方式，但种植业是一种依靠规模经营获益的产业，嫁接方式并不适合农业企业的规模化生产要求，为了解决这一问题，我们进行了多种作物的嫁接加农药、原种栽培加农药、不加任何杀菌剂的全生育期植物病害预防技术自动管理的三种栽培生产方式的病害发生规律、产量的对比试验。从土传、种传病害的预防效果来看，全生育期植物病害预防技术自动管理与嫁接栽培方式相当，但在气传病害以及混合传染病害的预防效果方面，全生育期植物病害预防技术自动管理方法优于嫁接方法，而且产量要显著高于嫁接与原种栽培，差异最大的是空间电场/烟气二氧化碳同补与嫁接、原种栽培环境中的草莓、西瓜、茄子的产量表现，前者产量远远高于后者，而且最难防治的草莓、黄瓜白粉病均未发生于前者环境中。 实践证明，按照全生育期植物病害自动预防技术操作规程进行植物生产能够非常有效地解决种传病害、土壤连作障碍、气传病害以及传播途径复杂的植物病害的预防，随着这一技术的不断实践和操作规范的丰富完善，将为建立大规模植物产品生产设施植物生长安全提供可靠的技术保障。

辽宁省大连市农业机械化研究所刘滨疆