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1 南京師范大學地理科學學院，南京210023

2 江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，南京210023

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摘要：

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作物土傳病是由生活于土壤中的植物病原性 真菌、細菌、病毒和線蟲侵染植物根、莖部而發(fā)生的病害。作物土傳病害極其普遍，如大宗作物水稻、小麥、玉米的紋枯病，馬鈴薯黃萎病，大豆根腐病，棉花立枯病、黃萎病，甘薯根腐病，煙草猝 倒病等，土傳病在果樹、蔬菜上的發(fā)病率更高。近年來，我國作物土傳病發(fā)病率不斷上升，已經嚴重 地威脅作物的高產、穩(wěn)產和農產品品質，所以，有關土傳病害的研究也日益受到重視。

令人意外的是，在這3386篇中文期刊文章中：

土傳病害的病原微生物生活在土壤中，或其生命周期的其中一個階段生活在土壤中，是土壤微生物的組成部分，土壤微生物更是當前的研究熱點，與生產實際密切相關的土傳病原微生物研究在 土壤學中被忽視到如此的程度令人不可思議。我國當前土壤學研究與生產實際嚴重脫離的現狀，由此也可窺一斑。

近年來，作物土傳病害發(fā)生率逐年上升，大宗作物、瓜果、蔬菜生產者為了減少作物土傳病害導 致的產量損失，不斷地加大農藥的投入，增加農藥使用頻次。據筆者對種植戶的了解，蔬菜等作物用藥頻次達到每周一次，嚴重時達到一周二次。農產品農藥殘留而導致的農藥中毒事件時有發(fā)生。無論是發(fā)病面積還是相對比例，我國是目前世界上作物土傳病害發(fā)生率最高和最嚴重的國家。造成我國作物土傳病害發(fā)生率升高的原因眾多，其中以下幾個因素可能是最主要的。 

隨著農村燃料、飼料構成、建筑材料等的改變，曾經是農村重要生活和生產資源的作物秸稈成了廢棄物。為減少秸稈焚燒對空氣的污染，秸稈還田成為主要的處理方式。在全球變化成為全球熱點的大背景下，為提高農田土壤的固碳量，秸稈還田也成為科學工作者大力提倡的處理方式。但是，秸稈還田與農藥、化肥等的使用相同，均具有二面 性。秸稈還田增加土壤有機碳貯量，提高土壤微生物活性，部分歸還作物養(yǎng)分，但同時，秸稈攜帶的大量植物病原菌和蟲卵，增加了土傳病原微生物的數量和作物發(fā)病率。遺憾的是，在大力提倡作物秸稈還田的大背景下，科學工作者對秸稈還田不利因素的研究極其有限。

作物是土傳病原微生物的寄主，作物的生長促 進土傳病原微生物的繁殖；作物收獲后，失去了寄主的病原微生物數量將逐漸下降。如圖3所示，在 傳統(tǒng)的種植模式下，作物產量較低，在作物生長過 程中，病原微生物的生長繁殖比較緩慢。作物收獲 后，經過休閑期或非寄主作物生長期，病原微生物 數量逐漸下降到原有水平。所以，即使長期種植， 病原微生物數量始終維持在作物發(fā)病的臨界水平以 下，作物土傳病害發(fā)生的可能性較小。在現代種植 模式下，作物產量大幅度提高，作物生長期病原微 生物的生長和繁殖速率遠高于傳統(tǒng)種植模式。雖然 在休閑期或非寄主作物生長期，病原微生物的數量 也將下降，但很難回復到原有水平。隨著寄主作物 種植時間的延長，病原微生物數量最終超過發(fā)病臨 界值，發(fā)生作物土傳病害。同一作物連續(xù)種植時， 因無病原微生物數量的自然衰減過程，在更短的種植時間內，土傳病原微生物的數量即可達到使作物 致病的臨界水平。所以，單一作物連續(xù)種植最容易 導致發(fā)生作物土傳病害。作物土傳病害是連作 障礙最主要的表現形式。

目前，我國瓜果、蔬菜種植戶中有相當大部分是短期土地租用者，他們往往只掌握一種或有限 的幾種作物種植技術，為了追求最大經濟收益，在租用期內種植同一作物是他們的必然選擇。當租用期滿時，被租用土地的土壤病原微生物數量往往已 經超過發(fā)病的臨界水平，不適宜于繼續(xù)種植該種作物。 

在瓜果、蔬菜的大棚種植中，大量施用酸性或生理酸性肥料，土壤酸化、次生鹽漬化、養(yǎng)分供 應失衡現象極為突。土壤理化性質退化脅迫 作物生長，導致作物生長緩慢、抗病、抗蟲能力下 降，感染土傳病原微生物的機率增加。 

近年來，大棚種植迅速發(fā)展，習慣于大田作 物種植的農戶大量轉向大棚種植，但是，他們往往 對大棚種植中防止土傳病原微生物傳播和擴散的重 要性認識不足。帶病的作物殘體隨意丟棄現象極為 普遍。在傳統(tǒng)種植中，水分循環(huán)利用是提高水分利 用率和流失到地表水體中的養(yǎng)分再利用的有效手 段，但在大棚生產中，水分循環(huán)利用可能成為土傳 病原微生物傳播、擴散的重要途徑。如筆者的調查 發(fā)現，云南一花卉種植戶，將大棚的徑流水貯蓄于大棚附近的池塘中，再以該池塘的水作為灌溉水， 灌溉水成了重要的病原菌傳播源。種植花卉僅僅4 年，約13 hm2 大棚全部被病原菌侵染，且池塘淤泥 與大棚土壤中的病原菌數量相當。

土傳植物病原微生物生活在土壤中或其生命中的某一階段生活在土壤中。當土傳病原微生物侵染作物，進入到作物維管束時，一般的用藥方式很難使農藥進入維管束殺滅病原微生物。所以，作物一 旦發(fā)生土傳病害幾乎很難控制。目前常用的防控作物土傳病害的方法：一是土壤滅菌，在作物種 植之前，將土傳病原微生物數量降低到安全水平； 二是在土壤中接種有益微生物，抑制土傳病原微生 物的活性，甚至殺滅土傳病原微生物；三是大量施用有機肥或作物促生素，提高作物抵抗土傳病原微 生物侵染的能力；四是嫁接或選育抗病品種，抵御土傳病原菌的侵害。 

土壤滅菌方法包括物理方法、化學方法和強還原方法。物理方法如高溫悶棚、蒸汽滅菌、太陽 輻射滅菌等。蒸汽滅菌較徹底，但需要較高 的成本。高溫悶棚和太陽輻射滅菌的成本較低，但 效果較差，處理的持續(xù)時間長?；瘜W滅菌是目前廣 泛采用的方法。在作物種植之前，使用農藥熏蒸土 壤，殺滅土傳病原微生物，包括病原真菌、細菌和 線蟲，滅菌效果因使用的農藥而異。溴甲烷是高效 的土壤熏蒸滅菌農藥，但由于其破壞大氣臭氧層而 被《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》列 入禁止使用的農藥。強還原土壤滅菌是替代農 藥熏蒸滅菌而發(fā)展起來的方法。該方法不僅具有 殺滅病原真菌、細菌和線蟲的作用，而且改善土 壤理化性質，提高土壤肥力，抑制雜草生長等的作用。 

根據相生相克原理，在理論上，存在著抑制 甚至殺滅每一種病原微生物的拮抗微生物。隨著研究的深入，登記注冊的拮抗微生物數量日益增加。 針對土壤中特定的病原微生物，接種抑制該病原微 生物活性，甚至殺滅該病原微生物的拮抗微生物， 或使用從拮抗微生物中提取的抗生物質防控作物土 傳病害是目前研究最為廣泛，并寄于很大期望的生物學防控土傳病害方法。在我國的市場上也已經出現了大量以有機肥為基質，接種拮抗微生物 的商品化生物有機肥。在實際應用中，生物抑菌或 滅菌的最大挑戰(zhàn)是拮抗微生物在土壤中的存活和繁 殖，只有當拮抗微生物在土壤中的數量達到一定水 平后，它們才有可能真正發(fā)揮抑制甚至殺滅土傳病 原微生物的作用。 

大量使用有機肥、作物生長調節(jié)劑或能引起 作物系統(tǒng)免疫的微生物，促進作物的生長，增強作物的抗病性，在一定程度上可以減少土傳病害 造成的損失。這一方法相當于人類的保健措施，可 以稱之為作物的保健方法。在土傳病原微生物數量 還不是很大時，這一方法往往能起到較好的防病作 用，但在病原微生物嚴重侵染的土壤中，增施有機 肥、作物生長調節(jié)劑或能引起作物系統(tǒng)免疫的微生 物不足以消除作物土傳病害。 

在短期內，通過嫁接和培育抗病性強的作物 品種可以很好地抵御土傳病害，一個成功的案例是 西瓜。以南瓜、葫蘆等為砧木，嫁接后的西瓜可以 大大提高抵抗土傳病害的能力。當前，防控香 蕉枯萎病主要也依賴于不斷培育出的抗病性強的新品種。 

綜觀上述4種方法，在思路上可以分成二類。 一是土壤滅菌和接種拮抗微生物，降低土傳病原菌 數量或活性；二是作物保健和嫁接、培育抗病性強 的品種提高作物抵御土傳病原微生物侵害的能力。 顯然，前者在根本上防控作物土傳病害，后者在短 期內可以取得很好的效果，但存在極為嚴重的遠期 風險。病原微生物數量隨著寄主作物生長而增長是 客觀自然規(guī)律（圖3）。僅僅依靠提高作物的抗病 性而抵御土傳病原微生物的侵害，當土傳病原微生 物數量增長到一定程度時，最終必然會出現最強抗 病性的作物品種和嫁接作物均無法抵御土傳病原微 生物侵害的那一天，到那時土傳病害的危害將是毀 滅性的。事實上，長期種植西瓜的田塊，已經出現 了嫁接苗均無法抵御土傳病害的現象。解決土傳病 害的根本出路在于將土壤中病原微生物數量控制在 對作物安全的范圍內。對于土傳病原微生物和拮抗 微生物賴以生長、繁殖的土壤環(huán)境認識不足是當前 防控土傳病原微生物效果不很理想的最主要原因。 為此，必須充分認識土傳病原微生物和拮抗微生物 的生長、繁殖規(guī)律及其需要的土壤環(huán)境條件。這是 土壤學范疇內的研究領域，土壤科學有責任和義務 去揭示土傳病原微生物的生長規(guī)律及其適宜生長的土壤環(huán)境條件，探索通過改變土壤環(huán)境條件控制土 傳病原微生物數量的途徑。在土壤環(huán)境背景下研究 土傳病原微生物的生長規(guī)律和生長條件，利用改變 土壤特性控制土傳病原微生物數量，土壤學具有獨 特的優(yōu)勢。

土壤學雖然是農業(yè)科學中的基礎科學，但本質上仍是一門應用科學。在人類社會發(fā)展進程中， 不斷出現與土壤學有關的農業(yè)生產、環(huán)境保護和生 態(tài)安全問題，土壤科學工作者在解決這些問題的同 時，推動了土壤學的發(fā)展。集約化種植中出現的土 傳病害已經嚴重地威脅到我國農業(yè)生產的可持續(xù)性 發(fā)展。解決集約化種植中的土傳病害問題，不僅可 以極大地發(fā)展適應于集約化農業(yè)生產的現代土壤學，特別是現代土壤生物學，而且可以為我國農業(yè) 的可持續(xù)發(fā)展，為實現到2020年我國農藥使用量零 增長目標做出重大貢獻。 

現代生物學技術的快速發(fā)展為土壤生物學的研 究提供了有效的分析手段，在基因水平上研究土壤 微生物多樣性成為了現實。由于土壤微生物的同一 功能常常有多種微生物參與，所以，研究土壤微生 物多樣性與功能的關系面臨著很大的挑戰(zhàn)。例如， 即使如土壤的硝化過程，參與的土壤微生物（硝化 細菌和硝化古菌）相對比較單一，但仍然難以確定 特定條件下參與硝化過程的具體硝化菌種類及其相 對貢獻。以功能明確的特定土傳病原菌為研究 對象，將有可能揭示土壤微生物多樣性與病原菌侵 害作物的關系，進而推進土壤微生物多樣性與功能 關系的研究。 

土傳病原菌大多有明確且專一性很強的寄主 作物，是土壤微生物與植物相互關系的理想研究對象。

當前關于寄主植物與病原菌關系的研究， 主要關注：（1）寄主植物根分泌物對土傳病原微 生物的營養(yǎng)作用；（2）分離鑒定根分泌物中促進 病原微生物生長的成分；（3）病原微生物對寄主 的侵染途徑和過程。顯然，寄主植物不僅為土傳病 原微生物創(chuàng)造營養(yǎng)環(huán)境，而且也為土傳病原微生物 創(chuàng)造適宜生長的土壤物理和化學環(huán)境。以土壤學為背景，可以更加深入、全面地認識寄主植物與病原 微生物的相互關系。 

幾乎每一種土傳病原微生物都有與之相克的 拮抗微生物，是土壤微生物相生相克的理想研究對象。當前，拮抗微生物抑制土傳病原微生物的 研究主要集中于篩選拮抗微生物及分離拮抗微生物 抑制病原微生物生長的抗生物質方面，這些研究已 經取得了長足的進展。但是生產中的應用效果遠沒 有實驗室中的那么顯著。只有在明確拮抗微生物生 長的土壤物理、化學、生物和營養(yǎng)環(huán)境的基礎上，為接種到土壤的拮抗微生物創(chuàng)造適宜生長的土壤環(huán) 境條件，它們才有可能在接種的土壤中存活、繁殖，并發(fā)揮其抑制甚至殺滅病原微生物的功能。 

可以預期，以土傳病原微生物為研究對象， 土壤學不僅可以為防控作物土傳病害、減少農藥使用、保障農產品安全和生態(tài)環(huán)境安全發(fā)揮不可替代的作用，對土傳病原微生物的深入研究也將極大地 促進土壤科學，特別是土壤生物學的發(fā)展。