设施连作障碍原因与防治措施研究

1设施连作障碍原因与防治措施研究张培安（南农农业大学园艺学院，南京210095）摘要：设施蔬菜生产中的连作障碍普遍存在，主要因素包括根基微生物影响、次生盐渍化、植物自毒作用等。调控措施包括轮作和间作套种、增施有机肥料、选育抗性品种、嫁接栽培、添加吸附剂、合理灌水和施用化肥、土壤消毒处理等。现概述了设施蔬菜连作障碍成因和缓解措施研究成果，以期为调控设施蔬菜连作障碍提供借鉴，并对未来亟需研究解决的问题进行展望。关键词：设施连作障碍防治措施展望CausesandcontrolmeasuresforcontinuouscroppingobstaclesinprotectedvegetablecultivationZHANGPei-an（CollegeofHorticulture，NanjingAgriculturalUniversity，Nanjing210095，China）Abstract：Commonfacilitiesofcontinuouscroppingobstacleinvegetableproduction,themainfactorsincludethefoundationofmicrobialeffects,secondarysalinization,plantautotoxicity.Controlmeasuresincludecroprotationandintercropping,organicfertilizer,graftingcultivation,breeding,addingadsorbent,reasonableirrigationandfertilization,soildisinfection.Anoverviewoftheresearchresultsofcausesandmitigationmeasuresofcontinuouscroppingobstacleofvegetable,inordertoprovidereferenceforthecontrolofvegetablecontinuouscroppingobstacles,andthefutureneedtostudyandsolvetheproblemwasdiscussed.Keyword：protectedhorticulture；continuouscropping；obstacleprophylactico-therapeutic；measuresforecast连作障碍是指同一作物或近缘作物连作以后，即使在正常管理的情况下，也会产生产量降低、品质变劣、生育状况变差的现象（张学军等，2003）。目前，认为引起作物出现连作障碍具有诸多原因，如根际微生物与其分泌物、盐碱化、植物自毒作用等（高子勤和张淑香，2000；张重义和林文雄，2009；吴志行等，1994），同时，还有诸多的人为因素，如：不合理使用肥料、栽培管理措施不当等，引起养分不均衡、土壤盐分积聚等问题。本文，综观国内学者的研究成果，将设施蔬菜连作障碍的原因综合如下。1.设施蔬菜连作障碍的成因1.1根际微生物的影响许多研究结果表明，连作条件下土壤生态环境对植物生长有很大的影响，尤以植物残体与病原微生物的分解产物，对植物有致毒作用，并影响植物根系分泌物正常代谢（徐瑞富和任永信，2003）。土壤微生物和酶是土壤生态系统的重要动力，土壤中所进行的一切生物学和化学过程都要由微生物和酶作用才能完成。吴凤芝和王伟（1999）的研究表明:大棚蔬菜连作土壤随着连作年限的增加，真菌的种类和数量减少，但有害真菌的种类和数量增加；细菌的种类和数量随着连作年限的增加而减少。唐咏等（1999）研究了日光温室栽培蔬菜条件下土壤微生物的变化，发现日光温室土壤中氨化细菌、硝化细菌和反硝化细菌的数量比露地都有所增加，真菌表现为腐霉数量增加，木霉数量降低，放线菌数量随温室使用年限增加而降低。徐瑞富和王小龙（2003）研究发现:花生种植年限对土壤微生物区系的变化有显著的影响，真菌数量随连作年限的增加呈上升趋势，细菌数量随连作年限的增加呈下降趋势。连2作3年后根际土壤中细菌数量减少了73%；土壤中细菌的变化直接影响着速效磷和速效钾的变化，二者呈显著正相关关系。邹春娇等（2016）发现，采用营养基质栽培黄瓜，连作第5茬黄瓜产量显著高于其他茬次，微生物碳代谢能力、微生物多样性各项指标及对单一碳源的高利用碳源数均在各茬中最高；在连作第11茬后微生物碳代谢能力显著下降，微生物多样性水平显著降低。综上所述，微生物对根分泌作用的影响，包括4个方面：1、影响根细胞渗透性；2、影响根的代谢活动；3、对根分泌的某些化合物吸收与转化；4、改变根际营养物质对植物的有效性。1.2次生盐碱化对于土壤连作的影响连作影响土壤养分的分配和平衡。在设施内植物对所需养分年年不断吸取，土壤营养元素必然缺乏，而对其不需要或需要较少的元素则积累过多，土壤内养分平衡必然失调，得不到充分利用。其次，各种植物根系分布有深有浅，年年连作根系吸收范围较为固定，造成营养缺乏。连作使土壤板结，有机质含量下降。随着连作年限的增加，土壤质地变得粘重，土壤砂粒含量下降，粉粒和黏粒含量增加；土壤pH和全盐含量显著增加，有机质、速效钾和速效磷含量持续下降。雷金银等（2014）通过连作4a后，发现土壤中盐分离子SO42-、HCO3-、Cl-、Ca2+、Mg2+含量呈增加的趋势，Na+、K+含量呈下降趋势，土壤微量元素含量显著降低。同时大棚内多为人为浇水，而得不到雨水淋洗，造成次生盐渍化。土壤表层水分不断蒸发，深层水分通过毛细管作用上移，致使深层土壤盐分积聚到表层。土壤溶液浓度增加，使土壤的渗透压加大，根系的吸收能力减弱，严重影响蔬菜生长，易受病害侵染。温室土壤次生盐渍化出现不同程度的盐害，减产幅度逐年增大（童有为等，1991）。土壤耕作层变浅，大棚内多为人工操作翻挖，翻耕深度不够，使土壤耕层固定在一定的范围内，影响根系的伸展，造成植株生长发生障碍。徐小军等（2016）研究发现设施甜瓜连作后土壤逐渐酸化并伴随盐渍化趋势，氮、磷、钾比例失调，连作3-5a后大部分土壤酶活性开始下降，土壤真菌数量快速增加，土传病害病原菌不断累积，表现出明显的连作障碍。1.3植物自毒作用的影响某些植物可通过地上部淋溶、根系分泌和植株残茬腐解等途径来释放一些物质对同茬或下茬同种或同科植物生长产生抑制作用，这种现象被称为自毒作用。如果进行同一蔬菜作物的连作，就会因根系长期分泌同一物质而影响土壤中微生物的种类和数量，破坏土壤微生物相互间平衡，使土传病害和虫害增加。Yu和Matsui（1997）从黄瓜的根系分泌物中分离出11种酚类物质，其中10种酚类具有生物毒性。当黄瓜连续种植时，根系释放的酚类物质积累到一定程度就会抑制下茬作物的生长，并证明它们可抑制黄瓜根系对NO3-、SO42-、K+、Ca2+、Mg2+和Fe2+的吸收。吕卫光、张春兰（2002）研究发现黄瓜根系分泌物主要的化感物质组分苯丙烯酸和对羟基苯甲酸强烈抑制黄瓜根系脱氢酶、根系结合ATP酶、硝酸还原酶、超氧化物歧化酶的活性，从而抑制根系对K+、NO3-、H2PO4-的吸收。周志红等（1997）证明番茄植物不仅具有自毒作用，其植株的水提液对黄瓜、萝卜、生菜、白菜、甘蓝的幼苗生长均有显著的抑制作用。杜英君、靳月华（1999）研究大豆根系分泌物和大豆组织水浸液对“下茬”大豆苗的生长和某些生理活性均有显著影响；从根系分泌物和植株水浸液中均分离出了已知酚酸类化感物质香草酸、香草醛和对羟基苯甲酸；这类物质的影响对大豆连作障碍有直接关系，这一现象在西瓜、茄子、南瓜和番茄等植物中同样存在，他们根系分泌物明显地抑制了自身种子的发芽及幼苗生长（邹丽芸和喻景权，2004；杨广超等，2004；王芳和王敬国，2005）。2.设施连作障碍的治理措施2.1轮作和间作套种轮作和间作套种能显著增加基质中微生物总量和细菌数量，降低真菌数量，土壤微生态3得到极大改善，对减轻连作障碍效果显著。玉米、大豆根系分泌物可促进马铃薯块茎萌发和萌芽生长（李翠萍，2014）。大蒜与瓜类轮作可显著减轻连作造成的瓜类枯萎病害；黄瓜和番茄交替种植能显著提高黄瓜根际细菌和放线菌的数量（金扬秀等，2003）。番茄轮作能降低黄瓜连作土壤容重和电导率，提高土壤pH，增加碱解N、有效P和有效K的含量（吴艳飞等，2004）。由此可见，合理的轮作和间作套种对改善土壤微生物群落结构作用明显，可减少病原真菌数量，优化土壤微生物区系结构和土壤理化性状，提高土壤中有效养分含量，使土壤环境向有利于作物生长的方向发展。2.2增施有机肥料有机肥料富含生理活性物质，施用后能提高根际土壤和根系酶活性，提高有机质和土壤速效养分含量，促进根系生长和对养分的吸收，还可以提高连作土壤微生物活性，减轻自毒作用。增施有机肥可有效提高土壤微生物生物量碳、氮和土壤酶活性，同时可减少设施甜瓜土壤中根结线虫二龄幼虫的密度和根中卵块的数量，直接或间接提高防治根结线虫的效果（唐海明等，2015）。辣椒结果期施用有机肥可显著降低果实中硝酸盐的含量（要晓玮等，2011）。施用专用微生物肥后，连作番茄土壤的有机质、全N、速效P、速效K均有提升。增施有机肥不仅可改善根系生长状况，提高土壤速效养分含量，增加根际土壤微生物含量，改善土壤微生物区系，减轻根结线虫危害，提高作物抗性（刘刊等，2012）。2.3选用抗性品种利用生物技术进行抗性育种，深入揭示寄生线虫与作物间互作的分子机制，被认为是最有前景的抗线虫策略。针对设施蔬菜的凋萎病、黄萎病、黑腐病、根结线虫等问题，可以通过选育有针对性和抗性的蔬菜品种，用于消除其危害。盐渍化较严重的设施土壤，可选种菠菜、芹菜、韭菜、茄子、番茄和莴苣等强耐盐能力的蔬菜，而对南方根结线虫发病率较高的设施番茄可引种筛选高抗线虫的品种。不同作物、同一作物的不同品种对连作障碍的抗性和耐性差异较大，黄瓜、番茄和辣椒等蔬菜的抗连作品种已经在生产实践中发挥作用，所以选育抗性品种也是解决设施蔬菜连作障碍的重要途径（白春明等，2010）。2.4嫁接栽培嫁接栽培对防治茄果类和瓜类黄萎病、枯萎病、青枯病、根腐病、根结线虫等土传病害效果良好，26℃条件下“线虫绝”系列番茄砧木对根结线虫和根腐病有较好抗性，其抗青枯病砧木嫁接苗比自根苗增产明显（冯春梅等，2006）。嫁接可促进连作黄瓜根系对土壤养分的吸收，降低黄瓜根际土壤电导率，减轻次生盐渍化危害，显著提高茄子和黄瓜根际土壤微生物数量及活性同时提高保护酶活性，改变内源激素相对含量，改善植株根系对养分和水分的吸收特性，从而增强蔬菜的抗性（于贤昌等，1998；孙艳等，2002）。嫁接栽培技术的关键在于砧木的选择。通过生理生化指标与田间自然鉴定相结合，加速高抗砧木的筛选是蔬菜砧木品种开发研究的必然趋势。2.5添加土壤吸附剂吸附剂有巨大的比表面积，可吸附土壤中某些化感物质和体量较小的微生物，适当缓解连作障碍。常用的吸附剂有碳化玉米芯、煤粉、凹凸棒、活性炭、沸石等。不同吸附剂对土壤中氟磺胺草醚的吸附能力有明显差异,其中煤粉的吸附能力最大,其次是壳聚糖,沸石最小（陶波等，2010）。添加了碳化玉米芯的土壤，细菌数量增加，真菌数量减少，促进了过氧化氢酶的活性，抑制了土壤脲酶的活性，降低了保护酶活性变化的幅度和番茄幼苗体内丙二醛的含量，提高了幼苗的生物量、光合作用指标及叶绿素b含量。向设施土壤中施加生物炭、凹凸棒、活性炭等可提高酸性土壤pH，改善土壤水热条件，提升土壤肥力和作物产量，高量的活性炭对降低土壤容重，提高孔隙度作用明显，少量活性炭在不改变土壤水分入渗规律的同时能在一定程度上提高土壤入渗能力。2.6合理灌水和施用化肥4合理的水肥措施是缓解连作障碍的重要手段。设施土壤无法获得充分的雨水淋溶，及时灌水能够将盐分从土表引入土壤深层，减轻耕层盐渍化程度。但灌水并非解决次生盐渍化的根本手段。过量施用化肥是设施土壤连作障碍的重要诱因，应打破传统施肥观念，控制化肥用量，精准施肥，平衡施肥，配方施肥，并采用水肥一体化高