作物栽培基質消毒技術及其應用前景

作物栽培基質消毒技術已經成為現代設施農業中農作物栽培技術的一項重要內容，利用栽培基質培養出來的農作物產品有著極其豐富的產量優勢，而隨著栽培基質的應用日益廣泛，栽培基質的開發和應用已成為重要的研究領域。在栽培基質使用前，必須預先進行消毒處理，以有效地防止病蟲害的滋生與擴散。通過對栽培基質進行消毒處理，能殺死其中的大量的有害病原菌、蟲卵，進而防止病蟲害傳播，改善栽培基質狀態，解決設施農業基質連作障礙等問題。基質栽培是最重要的作物栽培方式，目前世界上90%以上的商業性栽培是采用無土基質栽培方式，我國大約也有80%采用基質栽培，并且其所占比例正每年呈逐漸上升的趨勢，所以對基質消毒技術的研究仍具有很大的應用空間和前景。

1 基質消毒的概念

傳統的農作物都是生長在土壤中的，而土壤也相當于一種基質，但一般性的土壤是傳播病菌、病蟲的主要媒介，也是提供病蟲生長繁殖的主要場所，許多病菌以及害蟲都在土壤中生存，以農作物為食，而且土壤中還常夾雜有一些雜草種子，嚴重影響作物的良好生長。因此，為了保證農作物的高產和高品質，在使用苗床、盆栽、露地，或是沙石等栽培方式前，都應該對土壤進行徹底消毒。作物栽培基質消毒是關系到作物栽植成敗的一項關鍵性措施。2010 年，張睿等在溫室智能裝備系列之十七———設施栽培基質消毒裝備技術研究中指出：“基質是設施栽培決定植物生長環境的最主要因素之一，也是病蟲害傳播的媒介和繁殖場所”。栽培基質通過固體基質(介質)固定植物根系，并使之通過基質吸收營養液和氧氣。所以，所謂的栽培基質就是指提供作物營養支持和物質供應的固體介質。

2 基質消毒的方法

目前，基質消毒的方法主要可分為物理消毒法和化學消毒法兩大類。

2.1 物理消毒方法

物理消毒法主要是高溫消毒，包括利用太陽能(日光消毒)、蒸汽(蒸汽消毒)、熱水(水煮消毒)等方法進行消毒。日光消毒需要日照，且消毒周期長，水煮消毒在水煮后必須烘干和晾曬，其機械化程度不高，移動不方便。

1) 太陽能(日光)消毒。太陽能土壤消毒(簡稱太陽能消毒) 是指在高溫季節通過較長時間的太陽照射，藉以殺死土壤中包括病原菌在內的許多有害生物。目前太陽能消毒的方式主要有兩種：直接暴曬法和間接加熱法。直接暴曬法主要是將配制好的培養土放在干凈清潔的混凝土地面、鐵皮或是木板上，將之薄薄平攤，連續暴曬3～15 d；間接加熱法主要原理是將培養土放置于特定的容器(如塑料薄膜)中，然后再將容器置于太陽底下，利用太陽直接照射到容器上使容器的內部溫度逐步升高，達到高溫消毒滅菌的目的。李璐提出的太陽能消毒[4]就是采用間接消毒法。太陽能消毒可以殺死大量病菌孢子、菌絲、蟲卵、成蟲和線蟲。

2) 蒸汽消毒。蒸汽消毒是將培養基質放入蒸汽箱中進行消毒。殺毒時把培養土放入蒸籠上鍋，加熱到60～100℃，持續30～60 min。殺滅細菌、害蟲(蟲卵)的溫度一般在40℃以上，當溫度達到50℃時，各發育期的害蟲均可在8h 之內殺死。若一些特殊的病毒需要更高的溫度才能消滅掉，則消毒的時間需越短越好，如可用100℃以上的飽和蒸汽或過熱蒸汽，迅速將織品滅菌消毒。但這種過高溫度的缺點是容易使培養基質脫粘、褪色、發脆、散裂等，加熱時間不宜太長，否則會殺滅能夠分解肥料的有益微生物，因而影響作物的正常發育。還可采用自制消毒柜的方法消毒，即先將一個大汽油桶或箱子等帶蓋容器改裝成蒸汽消毒柜，從柜壁上通入帶孔的管子，并與蒸汽爐(暖氣鍋爐等)接通，把培養基質放入柜(桶)內，打開進氣管的閥門，讓蒸汽進入基質的間隙，不要封蓋太嚴，以防爆炸，30 min 后可殺滅大部分細菌、真菌、線蟲和昆蟲以及大部分草種子。

3) 水煮消毒。目前國內用戶所采用的水煮消毒法，溫度一般在80～100℃，時間在30～120 min 左右。消毒的方法很簡單，就是把培養土倒入鍋內水中進行加熱，煮后濾去水分晾干到適中濕度即可使用。由于水煮消毒的方法仍舊無法殺死、消除或充分抑制部分微生物，只能使之在短期內不發生危害作用，而不能清除或殺滅所有微生物(如芽苞等)，因此，殘存在包裝內培養土中的未被殺滅的微生物(如如芽苞等)在適宜的條件下仍然會繁殖。

4) 微波爐消毒。微波爐在工作時，微波與光波同時以3×105 km/s 的速度進行里外交錯加熱，溫度可迅速達到120℃，相當于高壓蒸汽滅菌的溫度。微波爐消毒方便快捷，在對培養基質進行消毒時只需放進微波爐5 分鐘左右即可。

5) 火燒消毒。對于保護地苗床或盆插、盆播用的少量土壤，可放入鐵鍋或鐵板上加火燒灼，待土粒變干后再燒0.5～2 h，可將土中的病蟲全部徹底消滅干凈。它可將土壤中的有機物燒成灰分。在露地苗床上，將干柴草平鋪在田面上點燃，這樣不但可以消滅表土中的病菌、蟲和蟲卵，翻耕后還能增加一部分鉀肥。

2.2 化學消毒法

化學消毒法主要是藥劑消毒，通常利用甲醛、溴甲烷、氯化苦、敵克松等藥劑對基質進行消毒。這種消毒方法較為簡便，特別是在大規模生產上使用較方便，因此使用很廣泛。但對操作人員有一定的副作用，不容易殺滅基質中的雜草種子，且藥劑存在環境污染，因而此方法將逐漸被淘汰。

1) 甲醛(福爾馬林)消毒。甲醛消毒滅菌的作用機制是凝固蛋白質，直接作用于有機物氨基、巰基、羥基、羧基，生成次甲基衍生物，從而破壞蛋白質和酶，導致微生物死亡。甲醛消毒方法有幾種：①每1 m2 用50 mL 的甲醛加水6～12 L，在播種前10～12 d 噴灑在土壤上，并用塑料薄膜覆蓋，保持密不通風。在播種前一周揭開塑料薄膜，讓藥液揮發掉；②在每1 m3 培養土中均勻撒上40%的福爾馬林400～500 mL，再進行50 倍稀釋，然后用土堆積，蓋上塑料薄膜，密閉24～48h 后去掉覆蓋物并攤開土壤，等到氣體完全揮發后便可使用；③將0.5%福爾馬林噴灑床土，拌勻后堆置，用薄膜密封5～7 d，揭去薄膜并待藥味完全揮發后使用。若是對沙石類消毒，則可以用50～100 倍福爾馬林溶液持續浸泡2～4 h，后用清水沖洗2～3 遍，即可使用。甲醛的殺菌作用受溫度、濕度和有機物影響明顯，所以使用時要保持一定的溫濕環境。

2) 硫磺粉消毒。在對葡萄進行消毒時，入窖前要先對窖內進行消毒，按每1 m3、30 g 硫磺粉的比例和干木屑相互混合點燃，使其產生二氧化硫氣體殺菌，密閉1～2 d 后，開窖門通風換氣，之后還要再熏一次，每1 m3 用4～5 g 硫磺粉與干木屑混合，灑上少量酒精，點燃后密閉1 h，以后每隔10 d 重復熏一次。在翻耕后的土地上對土壤進行消毒時，按每1 m2、25～300 g 的劑量撒入硫磺粉并耙地進行土壤消毒，或在每1 m3 培養土施入硫磺粉80～90 g 并混勻。用硫磺粉進行土壤消毒的好處在于在殺死病菌的同時，又能中和土壤中的鹽堿，使其呈酸性反應。因此，該方法多在

北方偏堿性土壤中使用。

3) 石灰粉消毒。石灰粉是堿類物品，遇水產生高溫可以把細菌殺死，生石灰(CaO)與水接觸后生成熟石灰，有很強的堿性，熟石灰再和水結合后水解出氫氧根離子，作用于病原體能使蛋白質發生變質，從而達到殺菌的目的。在翻耕后的土地上，按每1 m2、30～40 g 的劑量撒入石灰粉進行消毒，或每1 m3 培養土中施入石灰粉90～120 g 進行消毒，充分拌勻。與硫磺粉相反，用石灰粉進行土壤消毒，既可殺蟲滅菌，又能中和土壤的酸性，因此，該方法多在南方針葉腐殖質土中使用。

4) 多菌靈消毒。每1 m3 培養土上施50%多菌靈粉劑40 g，拌勻后用塑料薄膜覆蓋2～3 d，揭去薄膜后待藥味揮發掉再使用。

5) 五氯硝基苯混合劑消毒。五氯硝基苯混合劑，是以五氯硝基苯作為主要原料，并加入代森鋅或蘇代911、敵克松等配成的混合劑，其配比一般為五氯硝基苯占3 份，其他藥為1 份。每1 m2 用量為5 g 左右，與細沙混勻施入播種溝，播后用藥土覆蓋種子。

6) 敵克松消毒。敵克松對某些水生霉菌、疫霉菌和腐霉菌有較好的滅殺效果。每1 m2 用量約在4～6g之間，其使用方法與五氯硝基苯混合劑基本一致，或每1 m2 苗床撒施20 g、70%的敵克松粉劑，施后輕耙覆蓋一次。

7) 硫酸亞鐵(又稱黑礬)消毒。一般可用粉劑，也可用其水溶液進行消毒。在雨天用細干土加入2%～3%的用硫酸亞鐵制成的藥土按每1 m2、100～220 g 撒入土中，或將硫酸亞鐵配成2%～3%的溶液，并每1 m2用9 L 進行土壤消毒。

8) 甲霜靈、代森錳鋅消毒。每1 m2 苗床用25%甲霜靈可濕性粉劑9 g，加70%代森錳鋅可濕性粉劑10 g 兌細土4～5 kg 拌勻，用其1/3 撒在種子下面，即撒即播種，播種后用剩下的2/3 蓋在種子上面。

9) 氯化苦消毒。將培養土或基質層層堆放，每層20～30 cm，每堆一層按照每1 m2、50 mL 的量均勻地撒布氯化苦，最高堆3～4 層，快速堆好后，用塑料薄膜蓋好密閉。氣溫連續10 d 保持20℃以上，15 d 保持20℃以上，然后揭去薄膜，并多次翻動，使氯化苦充分分散盡即可使用。

10) 百菌清消毒。用百菌清消毒時每1 m2 用1 g、45%的百菌煙劑熏棚5 h。

11) 辛硫磷和敵百蟲消毒。土壤蟲害較為嚴重時，可用50%的辛硫磷0.1 kg，加餌料10 kg 制成毒餌，撒在苗床上進行誘殺；也可用90%敵百蟲晶體0.5 kg，加餌料50 kg 制成毒餌，撒在苗床上進行誘殺。

在藥劑組合方面，龍國等在研究基質消毒對脫毒馬鈴薯原原種生產中瘡痂病的防效過程中采用藥劑組合和單用硫磺粉5 個用量水平的兩類組合處理對單位體積連作松針土基質進行了熏蒸消毒實驗。實驗結果表明：每1 m3 用藥劑組合加上硫磺粉5 個用量水平均比單用硫磺粉對應用量水平的發病率低，硫磺粉水平用量為20～80 g/m3 時，隨用量增加防治效果漸好，但用量達80 g/m3 之后，結薯個數顯著低于其他水平。此外，還有一些物理和化學的消毒方法也已經被采用。

3 基質消毒裝備

目前基質消毒裝備的研究主要集中于蒸汽消毒法。在20 世紀50 年代，英國就有關于蒸汽消毒法詳細的研究數據。蒸汽消毒設備主要分為牽引式、自走式和車上搭載式。此外，研究人員按照每小時蒸汽蒸發量不同和大小型機重，研發了各類型號的適用蒸汽消毒裝置。在日本還有專用的移動式全自動蒸汽消毒機生產，日本蒸汽基質消毒機大體分為兩類：一類是帶消毒箱，其下部為蒸汽室，上部為基質室，主要用于育苗、盆栽；另一類不帶蒸汽室，工作室是把帶孔的管子埋在基質中，向管道通入蒸汽。
在國內，也曾使用過蒸汽消毒法防治枯萎病、黃萎病、根腐病、根結線蟲，并取得了很好的防效。浙江大學蔣煥煜、王竣設計了一種移動式基質蒸汽消毒機，其原理主要是基質通過基質輸送機輸送至移動小車，蒸汽鍋爐產生的高溫高壓蒸汽通過蒸汽管通入消毒小車，達到對基質進行高溫蒸汽消毒的目的。但是，由于國內對蒸汽消毒技術掌握的水平還不夠好，研究的知識還很缺乏，在實際生產中，國內的無土栽培基質消毒基本上還是得依靠人工進行操作，效率低下，安全性差，易對操作者產生不良影響，且對環境影響大。采用進口的基質消毒設備，也存在著設備價格昂貴、占地面積大、售后服務無法保證等弊端。
歐長勁等開發了一種蒸汽—熱風混流消毒設備，對設備中基質與混流氣體之間的傳熱過程進行了分析，通過與蒸汽—熱風的混流氣體進行充分的熱交換，使基質達到高溫狀態，實現對栽培基質的消毒。基于CFD 技術建立了基質顆粒在升舉和撒落運動階段的傳熱過程模型，得到了采用滾筒式消毒室結構和高溫蒸汽熱風混流氣體進行基質消毒可提高消毒生產率和消毒效果的結論。包應時，吳曉蓮設計制造了一種移動式基質消毒設備，并對該樣機消毒的基質進行檢測，結果表明：能殺死當地設施園藝基質中的病菌、蟲卵、害蟲和雜草種子，并能滿足當地設施園藝種植的要求。彭樺提出了用硬質微波爐容器(玻璃、陶瓷)進行消毒的方法，可消毒家庭栽花用腐葉土、堆肥土、泥炭土等盆栽基質，效果良好。林善斌[13]利用臭氧快速徹底滅菌，設計了一款具有結構簡單、省工省時、低成本優質滅菌和安全衛生等優點的消毒滅菌裝置。姜小文、周仁貴、孫鹿鳴[14]設計的一種基質殺菌消毒裝備能有效地解決設施換土、重茬、根結線蟲病等土傳達式病害問題。

4 研究與發展方向

目前為止，總體來說，國內作物栽培基質消毒技術的研究與發展同發達國家相比還處于較低水平，隨著我國對農業的不斷重視和加大投入，基質消毒技術的研究和發展也日漸迫切，所以它具有十分廣闊的空間。而其主要不足是基質消毒技術的應用推廣還不夠廣泛全面，消毒技術的研究還有待于進一步拓展，應及時研究推出往綠色高效的消毒以代替化學品消毒的方向發展的新產品；研究的消毒裝備還不多，很多裝備作用單一，所以，多功能、多品種處理裝置是今后發展的一大方向。

來源：網絡