明台和程锦云相亲:土壤连作障碍电处理技术的开发研究技术报告

土壤连作障碍电处理技术的开发研究技术报告

一、项目意义

连作问题已经成为农业生产中必须解决的一大障碍，带来了许多弊端：（1）土传病害猖獗，如黄瓜、西瓜重茬时发生的枯萎病，并随重茬次数的增加而增加。连作造成的土传病害还有茄子黄萎病、褐纹病、绵疫病，番茄早疫病、晚疫病、白绢病、青枯病、病毒病，辣椒炭疽病、疫病，豆类锈病，菠菜、葱类的霜霉病等。连作还能造成线虫病害的猖獗。（2）使某种游离态营养元素匮乏，这是由于同一种作物的根系分布范围和深浅一致，吸收肥力相同造成的。（3）根系分泌的有机酸及有毒物质不易清除，造成根系生长不良，如豆类蔬菜的根瘤菌遗留较多的有机酸。（4）土壤pH值有很大改变，如马铃薯会使土壤pH值下降，玉米、南瓜会使土壤pH值上升。上述弊端将使作物菜生育不良，甚至严重减产，品质下降。从以上问题来看，解决连作障碍问题必须解决土壤病原物的杀灭问题、根系分泌的有机酸及有毒物质的消除问题、耕层营养元素的匮乏问题、土壤的pH值问题，这里除了耕层营养元素的匮乏问题能够通过施肥解决以外，其他问题最好能够同时解决。

    近年来，许多农业科技工作者都在尝试使用不同的方式方法来避免连作障碍，比如采用土壤改良剂、换土、高温焖土、火焰消毒等方法，但效果都不理想，不能同时解决引起连作障碍的多种因素，而且能源消耗和操作难度大。土壤连作障碍电处理技术对连作引起的土传病害、线虫病害和前茬作物根系释放的有害物质均有很好的解决效果，而且采用物理方法进行处理，不会产生任何不良影响，操作简单、安全可靠。所以进行该项目的开发研究是十分必要的，将会为解决土壤连作障碍问题提供一种全新的技术手段。

二、工作原理

本装备是依据直流电流土壤相消毒原理、土壤微水分电处理原理、脉冲电冲击原理集成的土壤电化学消毒技术原理开发的一种多功能土壤消毒设备。土壤电化学消毒技术原理指出：

（1）土壤在具有直流电流的作用下，离子发生移动，使阴极带pH增高而中和根系分泌的有机酸，阳极带H＋浓度增高，土壤溶液酸度增加，又可促进难溶矿物质养分的溶解、分解与转化，对土壤有很好的解毒效果，而电极附近的微生物会在电流和高酸高碱的作用下失活。

（2）由于土壤水分中含有含酚、氯化合物，因此，土壤电处理产生的气体中还含有大量酚类气体和原子氯气体，酚类气体和原子氯气体在土壤团粒缝隙逸散过程中可以有效杀灭引起土传病害的病原微生物。

（3）在土壤含水率较低时，流过土壤的定向脉冲电流可以集流于土壤虫体表皮而迅速将其杀死。

（4）电极自身的电解剥离作用会产生许多可以消毒的铜、银、铁的金属离子，这些离子与土壤水形成絮状物，这些絮状微粒吸附在微生物的表面，同时吞下金属离子的微生物改变了微生物与周边土壤水的化学平衡，为恢复平衡，这些絮状微粒释放出离子，从而形成对抗微生物的离子流，另一方面，杀菌效果还取决于银、铜、铁等金属离子对微生物的毒性强弱，通常银最高，铜次之，铁第三。

土壤中的线虫、昆虫以及金属粒子都会成为电解反应源。生成的气体成分以土壤溶液化学成分的不同而有较大的差别，但通常为水和盐的电化学反应产物，比如氧气、氯气、氢气等，同时还有一些金属盐的氧化还原反应。而其中的活生物电解反应源会在短暂的电化学反应中死去。具有氧化性质气体会在土壤中扩散的过程中杀死土壤微生物。

一般来讲，这种土壤电处理方式可导致土壤分散性降低，膨胀性减弱，团聚体增加，结构疏松、孔隙增大，渗透性提高和保水能力提高。

    对于盐化土、碱化土的处理，该机具主要依据的是土壤溶液的电解原理。在直流电流的作用下，引起土壤盐害、碱害的金属离子会在金属电极附近发生还原作用而成为原子。而碳酸根、氯离子会发生氧化作用而成为气体从土壤中排出。随着电解的继续，土壤的钠化率将逐渐降低，即盐碱度减小。在盐土、碱土、盐化土、碱化土的盐渍环境中，盐类的溶解度愈大，其对作物的危害性愈大，碱性愈大，毒害也愈大。一般情况下，含盐量、碱化度没有达到一定量的盐化土、碱化土是电处理的对象，通常盐类的毒害排序为：Na2CO3>MgCl2>NaHCO3>NaCl>CaCl2> MgSO4>Na2SO4。实践证明，电流密度超过0.5mA/cm2时，盐碱土的电处理效果最好。

三、设备介绍

3DT-480型土壤连作障碍电处理机、3DT-480型土壤连作障碍电处理机标准配置是以1亩地为标准，每套设备均由主机（带有2个电极钳）、电极钢板2组，35㎏介导颗粒以及专用的强化剂30㎏组成。实际使用中可采用1台主机控制3-14亩的总控方案。

       1、特点

主机重量轻，可便携移动处理；

处理电极耐腐蚀、防钝化能力强；

处理电压/电流可调，0～100V/0～40A；

倒极时间可调，0～60min；

耐用、可靠。

软件特点

有详实的使用图表做指导；

明确的土壤微水分处理要求；

确实可靠的应用范围。

2、性能指标

3DT-480型土壤连作障碍电处理机实际上是一套配合组件，除了主机以外，其他配置物均需埋入土中，主机和土壤埋入组件通过电缆夹相连，通电后即可按规程进行处理。其技术性能指标见下表。

备注：常规的电极板采用不锈钢板，其每块规格为1000mm×250mm,每台处理机需要12块，按规程进行处理可保证板寿命10年。推荐采用价格昂贵的石墨电极。介导颗粒粒径为8～35mm，其使用寿命设计为10年。强化剂为粉粒体，可增强电化学反应强度，对环境无害，其投放量第一年可按30㎏/亩，次年为5㎏/亩，三年及以后则为2㎏/亩。

 两种机型的安全保障方式：通过隔离变压器进行电网隔离。

         四、作业程序：

         1、强化剂和介导颗粒的撒施

    1.1 介导颗粒的撒施

    在茬口闲地期间介导颗粒按35㎏/亩的投入量均匀埋入土壤表面以下30cm处，建议每平米按5粒埋入。

    介导颗粒埋入土壤后，其深度可保证不被旋耕机旋至土壤表面。介导颗粒一旦埋入后，10年内不需再补充。

    1.2 强化剂的投放

    在茬口闲地期间按30kg/667m2的投入量均匀撒布在土壤表面并漫水灌溉，或溶于水随水灌溉。电处理使用的强化剂对环境无任何污染问题，其作用可显著提高土壤电处理的灭菌消毒效率。

    对于连作障碍严重的地块，其投放量第一年可按30㎏/亩，次年为5㎏/亩，三年及以后则为2㎏/亩。非严重地块其投放量第一年可按20㎏/亩，次年为2㎏/亩，三年及以后则可不用。

    2、电极板铺设方法

就1亩(667m2)的标准配置而言，1亩地需要2组电极板，每组电极板为6块，两组为12块。将6块电极板用螺栓连接好且每组电极板由1块接线片引出，然后将电极板埋入地下。对于前述的两种机型来讲，埋入电极板之间的距离均为9～75m。

      3、电处理程序

3.1 育苗土

育苗土的处理对于生产无毒苗至为重要。育苗土的灭菌消毒和杀虫作业分为90型机、480型机两种处理方式。其中90型机、480型机的处理方式见下图，处理时可将定时器“拨动开关”拨至自动工作状态，并将表盘周边的定时拨片连续拨够所需的处理时间。

         3.2 植物生长全程处理程序

  重茬3年以上空地的处理，土壤持水量在30～80%之间进行土传病害的电处理效果最好。即手握成团且有微量水分排出，松手后触碰不松散为最佳处理时机。

    对于线虫发生严重的在秧地块，必须严格按照处理规程图处理。必要的话每天调整为早晚两个时间段，每段时间作业时间仍保持图中所示时间。这是由于线虫卵很难通过电处理杀死，必须待其孵化为幼虫时才可以杀灭，因此，必须采用短时间段间断处理方式进行处理。

    3.3 韭蛆等根际微小害虫的处理程序

    韭蛆危害在北方地区韭菜田内相当普遍，且十分严重,一般农药极难防治这种害虫。一些菜农为片面追求韭蛆的杀灭效果，大量使用呋喃丹、3911、甲胺磷等高毒、高残留农药，甚至私造暗用一些早已禁用的剧毒农药（菜农私下称之为“黑药”）。韭菜就此成为蔬菜中药残、毒性最大的蔬菜种类，这种毒韭菜严重侵害了广大人民的身体健康，因此，为了食品安全则必须采用电处理的方法。

3.4 地老虎、蝼蛄的处理

    依靠农药灭杀这类害虫会造成严重的食品安全问题。这类大型害虫的处理只能依靠3DT-480型土壤连作障碍电处理机进行灭杀。

3.5 特别提醒：

    （1）所有连作地区必须使用强化剂进行土壤电处理；

    （2）移栽的种苗必须为不带菌不带毒的安全苗；

    （3）播种的种子必须经过严格的消毒处理。

    3.6 土壤改良

    提高处理电压和延长处理时间是提高盐渍土改良效果的重要方法。建议采用3DT-480型土壤连作障碍电处理机，处理时间10小时，介导颗粒用量40～60kg/667m2。应该注意的是土壤改良的电处理过程不得使用强化剂。

    3.7 大面积土壤的电处理方法

    对于温室群、连栋温室、露地等种植面积较大的田地实
行电处理可采用比较经济的方法进行。

该方法需要按照每亩的电极板、介导颗粒、强化剂用量进行统一施工，期间需要一定数量的防水线，并通过14路循环控制器进行轮替处理。

   五、应用效果举例

   （1）克服前茬作物根系分泌的有害有机酸的累积毒害作用  

    香菜是一种忌连作的作物，其原因主要是香菜根系可分泌多种有害有机酸，这类有机酸积累到一定程度就可强烈地抑制下茬香菜的发芽与生长，消除这些有机酸就可实现连续生产。采用3DT－90型土壤连作障碍电处理机及其种植前强化剂辅助处理可以有效的分解有害有机酸和降低其浓度，香菜连续三茬种植实践确定了土壤电处理能够很好地解决香菜的连作障碍。

    （2）土壤有害微生物的危害控制

    黄瓜、茄子均为忌连作作物，其连作危害主要是土壤有害菌(镰刀菌)引起的枯萎病、黄萎病，有效降低有害菌浓度或抑制有害菌的活动既可实现土传病害的预防。对付枯萎病、黄萎病最有效的办法是在种植前采用2%的强化剂进行灌溉，待4-5天时进行10小时电处理，同时按照处理规程进行在秧处理，上下叠层式电处理电极线的布设方法好于交叉式。经过电处理的土壤栽种的黄瓜的产量与嫁接方式相当。

   （3）根结线虫的预防控制

    根结线虫病已严重地危害着温室种植业和露地蔬菜、花卉、果木的栽培，而对于此病的化学防治造成的环境污染严重，禁用呼声愈来愈高涨。根结线虫病最大的防治难题就是卵虫叠现，卵是很难用药和物理方法处理的，只有当其成为幼虫时才能有效毒杀和电杀。

    采用土壤电处理方法，尤其是按照土壤连作处理规程采用上下叠层式电机布设方式以及种植或移栽前使用2%浓度的强化剂可以有效预防番茄和黄瓜根结线虫病的发生。根结线虫病发病率可下降90%以上。