作物种植基质消毒技术已经作为现代设备农业中农作物种植技术的一项重要内容，利用种植基质培养出来的农作物产品有着非常丰富的数量优势，而随着栽培基质的应用逐渐广泛，栽培基质的研发和应用已变成重要的研究领域。在栽培基质使用前，必须预先进行消毒处理，以有效地避免病虫害的消弭与扩散。通过对种植基质进行杀菌处理，能杀死其中的长期的有害病原菌、虫卵，进而避免虫害害传播，改善栽培基质状态，解决设备农业基质连作障碍等弊端。基质种植是最重要的小麦栽培方法，目前全球上90%以上的商业性种植是运用无土基质种植方法，我国至少还有80%采用基质栽培，并且其所占比重正每年呈逐步回升的态势，所以对基质消毒技术的研究仍带有巨大的应用空间和前景。
1基质消毒的概念
传统的农作物都是生长在根系中的，而土壤也非常于一种基质，但通常性的根系是传播病毒、病虫的主要媒介，也是提供病虫生长繁衍的主要场所，许多细菌或者杂草都在水体中生存，以农作物为食，而且土壤中还常夹杂有一些害虫种子，严重制约作物的良好生长。因此，为了确保农作物的稳产和高质量，在使用分株、盆栽、露地，或是沙石等栽培方法前，都必须对土壤进行彻底消毒。作物种植基质消毒是关系到植株栽植成败的一项关键性举措。2010年，张睿等在温室智能装备系列之十七———设施栽培基质消毒装备科技研究中指出：“基质是设施栽培决定动物生长环境的最主要原因之一，也是病虫害传播的媒介和饲养场所”。栽培基质通过液态基质(介质)固定植物根系，并使之通过基质吸附营养液和气体。所以，所谓的栽培基质就是指提供小麦营养支持和物质供应的固体介质。
2基质消毒的步骤
现在，基质消毒的方式主要可分为生物消毒法和物理消毒法两大类。
2.1物理消毒方法
化学杀菌法主要是低温消毒，包括借助太阳能(日光消毒)、蒸汽(蒸气杀菌)、热水(腌渍消毒)等方式进行杀菌。日光消毒需要日照，且消毒周期长植物营养液包装设计，水煮杀菌在腌渍后需要干燥和晒干，其机械化程度不高，移动不方便。
1)太阳能(日光)消毒。
太阳能土壤消毒(简称太阳能消毒)是指在低温季节通过较长时间的太阳照射，藉以杀死土壤中比如病原菌在内的许多有害生物。目前太阳能消毒的方法主要有两种：直接暴晒法和间接加温法。直接暴晒法主要是将配制好的培养土放在干净清洁的混凝土路面、铁皮或是木头上，将之薄薄平摊，连续暴晒3～15d；间接加热法主要机理是将培养土存放于特定的容器(如金属薄膜)中，然后再将容器放在太阳上面，利用太阳直接照射到容器上使容器的外部频率逐渐下降，达到高温杀菌消毒的目的。李璐提出的太阳能消毒[4]就是运用间接消毒法。太阳能杀菌可以杀死大量细菌孢子、菌丝、虫卵、成虫和线虫。
2)蒸汽消毒。
蒸汽灭菌是将培养基质放入蒸汽箱中进行杀菌。杀毒时把培养土置于蒸笼上锅，加热到60～100℃，持续30～60min。杀灭病毒、害虫(虫卵)的湿度通常在40℃以上，当气温超过50℃时，各发育期的害虫均可在8h之内杀死。若一些特殊的病毒必须更高的频率能够消除掉，则消毒的时间需越短越好，如可用100℃以上的饱和蒸汽或过低蒸汽，迅速将织品灭菌消毒。但这些过热温度的特点是易于使培养基质脱粘、褪色、发脆、散裂等，加热时间不宜太长，否则会杀灭才能分解肥料的有益微生物，因而妨碍作物的正常发育。还可选用特制消毒柜的方式消毒，即先将一个大汽油桶或盒子等带盖容器改装成蒸气杀菌柜，从柜壁上通入带孔的管子，并与蒸气炉(暖气锅炉等)接通，把培养基质放入柜(桶)内，打开进气管的气阀，让蒸气进入基质的缝隙，不要封盖太严，以防爆炸，30min后可杀灭大部分病毒、真菌、线虫和动物或者大个别草种子。
3)水煮消毒。
现在中国用户所采取的水煮杀菌法，温度通常在80～100℃，时间在30～120min左右。消毒的方式很简单，就是把培养土倒入锅内水中进行烘烤，煮后滤去水份晾干到适中湿度即可使用。由于水煮杀菌的方式仍然能够杀死、消除或充分促进个别微生物，只能使之在短期内不出现弊端作用，而不能消除或杀灭所有微生物(如芽苞等)，因此，残存在包装内培养土中的未被杀灭的微生物(如如芽苞等)在适合的条件下依然会繁殖。
4)微波炉消毒。
微波炉在工作时，微波与光波同时以3×105km/s的速率进行里外交错加热，温度可快速超过120℃，相当于低压蒸汽灭菌的湿度。微波炉消毒方便快捷，在对培养基质进行消毒时只需放进微波炉5分钟左右就能。
5)火烧消毒。
针对保护地苗床或盆插、盆播用的少量土壤，可放在锅子或铁板上加火烧灼，待土粒变干后再烧0.5～2h，可将土中的病虫全部彻底清除干净。它可将土壤中的有机物烧成灰分。在栽种苗床上，将干柴草平铺在田面上点燃，这样不但可以消除表土中的细菌、虫和成虫，翻耕后才能降低一部分钾肥。
2.2化学消毒法
化学消毒法主要是药剂消毒，通常利用甲醛、溴丁烷、氯化苦、敌克松等药剂对基质进行杀菌。这种灭菌手段较为简便，特别是在大体量生产上使用较便捷，因此使用很广泛。但对操作人员有一定的副作用，不容易杀灭基质中的害虫种子，且药剂存在环境污染，因而此方式将逐步被淘汰。
1)甲醛(福尔马林)消毒。
甲醛消毒杀菌的功效机制是凝固蛋白质，直接作用于有机物甲基、巯基、羟基、羧基，生成次氨基衍生物，从而破坏蛋白质和酶，导致微物理死亡。甲醛消毒手段有几种：
①每1m2用50mL的甲醛加水6～12L，在播种前10～12d喷洒在土壤上，并用金属薄膜覆盖，保持密不通风。在播种前一周揭开塑料薄膜，让药液挥发掉；
②在每1m3培养土中均匀撒上40%的福尔马林400～500mL，再进行50倍稀释，然后用土堆积，盖上金属薄膜，密闭24～48h后去除覆盖物并摊开土壤，等到气体完全挥发后便可使用；
③将0.5%福尔马林喷洒床土，拌匀后堆置，用薄膜密封5～7d，揭去薄膜并待药味完全挥发后使用。若是对沙石类消毒，则可以用50～100倍福尔马林溶液持续浸泡2～4h，后用温水浸洗2～3遍，即可使用。甲醛的灭菌作用受频率、湿度和有机物妨碍明显，所以使用时要维持一定的温湿环境。
2)硫磺粉消毒。
在对葡萄进行消毒时，入窖前要先对窖内进行消毒，按每1m3、30g硫磺粉的比重和干木屑相互混合点燃，使其形成二氧化碳气体杀菌，密闭1～2d后，开窖门通风换气，之后需要再熏一次，每1m3用4～5g硫磺粉与干木屑混合，洒上少量乙醇，点燃后密闭1h，以后每隔10d重复熏一次。在翻耕后的耕地上对土壤进行消毒时，按每1m2、25～300g的用量撒入硫磺粉并耙地进行土壤消毒，或在每1m3培养土施入硫磺粉80～90g并混匀。用硫磺粉进行土壤消毒的弊端在于在杀死病菌的同时，又能中和土壤中的壤土，使其呈酸性反应。因此，该原则多在
北方偏碱性土壤中使用。
3)石灰粉消毒。石灰粉是碱类物品，遇水形成高温可以把病毒杀死，生石灰(CaO)与水接触后生成熟石灰，有很强的碱性，熟石灰再和水结合后水解出硫化氢离子，作用于病真菌能使多肽质出现变质，从而超过杀菌的目的。在翻耕后的土地上，按每1m2、30～40g的用量撒入石灰粉进行消毒，或每1m3培养土中施入石灰粉90～120g进行消毒，充分洗净。与硫黄粉相反，用白灰粉进行土壤消毒，既可驱虫灭菌，又能中和土壤的酸性，因此，该方法多在北方针叶腐殖质土中使用。
4)多菌灵消毒。每1m3培养土上施50%多菌灵粉剂40g，拌匀后用塑料薄膜覆盖2～3d，揭去薄膜后待药味挥发掉再使用。
5)五氯甲基苯混合剂消毒。五氯甲基苯混合剂，是以五氯甲基苯作为主要原料，并加入代森锌或苏代911、敌克松等配成的混和剂，其配比一般为五氯甲基苯占3份，其他药为1份。每1m2用量为5g左右，与细沙混匀施入播种沟，播后用药土覆盖种子。
6)敌克松消毒。敌克松对这些水生霉菌、疫霉菌和腐霉菌有较多的灭杀效果。每1m2用量约在4～6g之间，其使用方法与五氯甲基苯混合剂基本一致，或每1m2苗床撒施20g、70%的敌克松粉剂，施后轻耙覆盖一次。
7)硫酸亚铁(又称黑矾)消毒。一般可用粉剂，也只用其水溶液进行杀菌。在雨天用细干土加入2%～3%的用硫酸亚铁制成的药土按每1m2、100～220g撒入土中植物营养液包装设计，或将硫酸亚铁配成2%～3%的溶液，并每1m2用9L进行土壤消毒。
8)甲霜灵、代森锰锌消毒。每1m2苗床用25%甲霜灵可湿性粉剂9g，加70%代森锰锌可湿性粉剂10g兑细土4～5kg拌匀，用其1/3撒在种子下面，即撒即播种，播种后用剩下的2/3盖在种子上面。
9)氯化苦消毒。将培育土或基质层层堆积，每层20～30cm，每堆一层根据每1m2、50mL的量均匀地撒布氯化苦，最高堆3～4层，快速堆好后，用金属薄膜盖好密闭。气温连续10d保持20℃以上，15d保持20℃以上，然后揭去薄膜，并多次翻动，使氯化苦充分分散尽即可使用。
10)百菌清消毒。用百菌清消毒时每1m2用1g、45%的百菌烟剂熏棚5h。
11)辛硫磷和异烟肼消毒。土壤病虫较为严重时，可用50%的辛硫磷0.1kg，加饵料10kg制成毒饵，撒在苗床上进行诱杀；也可用90%敌百虫晶体0.5kg，加饵料50kg制成毒饵，撒在苗床上进行诱杀。
在药剂组合方面，龙国等在研究基质消毒对脱毒马铃薯原原种生产中疮痂病的防效过程中引入药剂组合和单用硫磺粉5个用量水平的两类组合处理对单位重量连作竹子土基质进行了熏蒸杀菌实验。实验结果说明：每1m3用药剂组合加上硫磺粉5个用量水平均比单用硫磺粉对应用量水平的发病率低，硫磺粉水平用量为20～80g/m3时，随剂量降低治疗效果渐好，但用量达80g/m3之后，结薯个数明显高于其它水平。此外，还有一些生物和物理的消毒手段也终于被采取。
3基质消毒装备
现在基质消毒装备的研究主要集中于蒸汽消毒法。在20世纪50年代，英国就有关于蒸汽消毒法具体的研究数据。蒸汽消毒设施主要分为牵引式、自走式和车上采用式。此外，研究人员根据每小时蒸汽蒸发量不同和大中型机重，研发了各种类号的适用蒸汽消毒装置。在中国也有专用的移动式全手动蒸汽灭菌机制造，日本蒸汽基质消毒机大体分为两类：一类是带消毒箱，其根部为蒸汽室，上部为基质室，主要适于种植、盆栽；另一类不带蒸汽室，工作室是把带孔的管子埋在基质中，向管道通入蒸汽。
在中国，也曾使用过蒸汽灭菌法治疗枯萎病、黄萎病、根腐病、根结线虫，并拿到了很高的防效。浙江大学蒋焕煜、王竣设计了一种移动式基质蒸汽灭菌机，其机理主要是基质通过基质输送机输送至移动车辆，蒸汽机组造成的低温低压蒸汽通过蒸气管通入消毒小车，达到对基质进行低温蒸汽消毒的目的。但是，由于中国对蒸汽消毒技术掌握的水准还不够好，研究的知识还很欠缺，在实际制造中，国内的无土栽培基质消毒基本上而是得借助人工进行操作，效率低下，安全性差，易对操作者造成不良影响，且对环境制约大。采用国产的基质消毒设施，也存在着设备费用昂贵、占地面积大、售后服务能够确保等问题。
欧长劲等开发了一种蒸汽—热风混流消毒设施，对仪器中基质与混流气体之间的传质过程进行了探讨，通过与蒸气—热风的混流气体进行充分的热交换，使基质达到高温状况，实现对种植基质的消毒。基于CFD技术构建了基质颗粒在升举和撒落运动阶段的传热过程建模，得到了运用滚筒式灭菌室结构和低温蒸汽热风混流气体进行基质消毒可增加消毒生产率和消毒效果的结论。包应时，吴晓莲设计生产了一种移动式基质消毒设施，并对该样机消毒的基质进行测试，结果证实：能杀死当地设施园艺基质中的细菌、虫卵、害虫和蚜虫种子，并能满足当地设备园艺种植的要求。彭桦提出了用硬质微波炉容器(玻璃、陶瓷)进行消毒的方式，可消毒家庭栽花用腐叶土、堆肥土、泥炭土等花卉基质，效果良好。林善斌[13]利用臭氧迅速彻底灭菌，设计了一款带有结构简洁、省工省时、低费用优质灭菌和安全卫生等特点的杀菌消毒装置。姜小文、周仁贵、孙鹿鸣[14]设计的一种基质杀菌消毒装备能有效地缓解设施换土、重茬、根结线虫病等土传达式病害问题。
4研究与发展方向
现在为止，总体来说，国内玉米种植基质消毒技术的研究与演进同发达国家相比还进入较低水准，随着我国对农业的不断加强和加大投入，基质消毒技术的探究和演进也逐渐迫切，所以它带有非常广阔的空间。而其主要不足是基质消毒技术的应用推广还不够广泛全面，消毒技术的研究也有待于进一步拓宽，应立即研究推行往绿色高效的消毒以取代化学品消毒的方向演进的新产品；研究的消毒装备还不多，很多装备作用单一，所以，多用途、多种类处理装置是未来发展的一大方向。
