設施蔬菜連作障礙的研究進展

摘 要：連作障礙已成為我國設施蔬菜發展的技術瓶頸。該文從土壤理化性質、土壤養分、土壤微生物、土壤酶活性及作物自毒作用等方面綜述了設施蔬菜連作障礙產生的機理，并提出了相應的防治措施。

關鍵詞：設施蔬菜；連作障礙；研究進展

中圖分類號 S626 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）01-02-56-03

隨著設施蔬菜生產的規模化、專業化、設施化發展進程的加快，導致連作蔬菜面積不斷增加，引起了土壤質量退化嚴重，土壤營養失衡、病蟲害加劇、微生物種群結構失衡，進而導致蔬菜產量和品質下降，嚴重阻礙了設施蔬菜生產的發展。設施蔬菜的連作障礙已成為制約我國蔬菜產業可持續健康發展的首要問題。

1 連作障礙的定義及危害

連作障礙 （Continuous Cropping Barrier）是指因連續種植某種（乃至同一科）作物而出現的生長發育不良，品質、產量下降等現象[1]。連作障礙不僅發生在同一種蔬菜的連年種植，甚至還包括親緣關系較近的同科作物連年種植，例如辣椒、茄子、番茄等茄科作物的連年種植，西瓜、黃瓜、甜瓜等瓜類作物的連年種植，白菜、菜苔、蘿卜等十字花科等蔬菜的連年種植。

目前，我國已成為世界上設施栽培面積最大的國家，設施蔬菜生產的產量穩定、附加值較高，已成為現代農業、設施農業中集約經營的重要組成部分。然而，設施大棚連作種植系統的連作障礙表現相當普遍，嚴重限制了設施農業可持續發展，而且連作年限越長其連作障礙就越嚴重[2]，連作障礙已成為制約設施農業可持續發展的瓶頸。

2 設施蔬菜連作障礙產生的機理

關于連作障礙機理的研究，學者先后提出了毒素學說、作物間的“相克”作用和作物連作障礙的五大因子學說[3]。以前的學者對多年連作障礙進行過多方面的研究，發現造成作物連作障礙的原因主要有：（1）土壤理化性質下降；（2）土壤病原微生物數量、種類增加[4-5]； （3） （土壤酶活性降低；（4）作物根系分泌物的自毒作用[6]。

2.1 設施蔬菜連作使土壤物理性狀變差 設施蔬菜生產中化肥使用量大，雨水對土壤淋溶等作用降低，引起土壤物理結構的破壞和鹽分積累。連作后土壤的pH、有機質及陽離子交換量（Ca2+， Mg2+及K+）比對照顯著性降低[7]。吳鳳芝[8]和朱林[9]等研究了黃瓜連作對土壤理化性狀的影響；范小峰[10]等對大棚黃瓜的研究表明：隨著連作年限的增加，水穩性團粒增加，土壤孔隙度提高，通透性增加；土壤耕層的可溶性鹽含量和硝酸鹽含量累積，土壤鹽漬化成為大棚蔬菜連作的障礙之一。隨著大豆連作年限的增加，耕層土壤的容重增大、非毛細管孔隙表層增大、大孔隙多，三相比不協調等[11]。設施大棚內土壤通氣透水性變差，最終會導致土壤的板結[12]，不利于蔬菜的生長。

2.2 設施蔬菜連作使土壤有效養分不均衡 有研究發現，土壤養分虧缺是設施蔬菜產生連作障礙的重要因素，連作土壤中的有效磷和有效鉀含量明顯高于輪作土壤[13]。連作蔬菜土壤缺鈣會引起大白菜的干燒心，番茄、甜椒的臍腐病等；缺硼會引起蘿卜、萵苣褐心，芹菜莖裂病；缺鉀會引起黃瓜真菌性霜霉病；缺硼會出現番茄的裂果病等[14-15]。重茬大豆的根際土中速效氮含量略高于正茬區，速效鉀低于正茬區，而重茬區根系和冠部全氮含量高于正茬區，全磷和全鉀含量低于正茬區[16]。劉方[17]等對烤煙的研究表明連作土壤的有效養分出現不同程度的積累，使土壤P、S含量顯著積累、養分的比例失調，大量元素含量呈現增加的趨勢。農田種植煙草1a的表層土壤腐殖質含量松結態>穩結態，連作5～23a表層腐殖質含量則為穩結態>松結態[18]。范婭娜等[19]研究表明：隨著連作年限的增加土壤養分失衡，N、P、K比失調，鈉、氯等鹽分離子殘留較多，土壤鹽漬化程度高。

2.3 設施蔬菜連作土壤有害微生物增加，土傳病加重 土壤微生物在能量轉換、營養元素循環和有機物質分解等方面發揮重要的作用[20]。土壤微生物可作為植物病原菌直接影響植物生長，也可通過與其他微生物的間接互作對植物起到促進和抑制作用[21]。隨著連作年限的增加，細菌和放線菌隨呈下降趨勢，但真菌卻顯著增加[22]。正茬與連作大豆根際微生物數量都明顯高于非根際土壤[23]。棉花連作使土壤真菌數量有所增加，細菌、放線菌、固氮細菌、無機磷細菌、解鉀細菌數量相對減少[24]。隨著花生連作年限的增加，根際土壤中的真菌數量顯著增加，細菌數量明顯減少，土壤及根際的放線菌明顯減少[25]。煙草長期連作將改變土壤微生物的數量及多樣性，不利于土壤生態系統的健康發展[26]。西瓜大棚土壤隨著種植年限的增加，土壤中細菌、放線菌呈現先升后降趨勢；真菌數量變化趨勢則與之相反[27]。

2.4 設施蔬菜連作對土壤酶活性的影響 土壤酶是表征土壤物質、能量代謝旺盛程度和土壤質量水平的一個重要生物指標[28]。連作會影響土壤酶活性，但很多研究表明不同作物乃至同一作物連作后土壤酶活性的研究結果不一致[29]。土壤多酚氧化酶活性的變化直接影響土壤中酚類物質的含量，從而妨礙植株的正常生長發育[30]。棉花連作后土壤過氧化氫酶、轉化酶、脲酶、堿性磷酸酶活性隨連作年限的增加逐年增大[24]。連作地黃的根系分泌物對脲酶、多酚氧化酶、蛋白酶、蔗糖酶和纖維素酶活性都具有促進作用，而對過氧化氫酶則呈抑制作用[31]。施肥可提高土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶的活性，但對過氧化氫酶影響較小[32]。施用有機肥可提高脲酶和磷酸酶活性，但化肥和沼肥對脲酶和磷酸酶活性無明顯影響[33]。

2.5 設施蔬菜連作障礙的自毒作用 自毒作用是指某種作物釋放出的一些物質對同茬或下茬同種或同科植物的生長產生抑制作用的現象。設施蔬菜連作條件下土壤微生態環境對植物生長有很大影響，尤其是植物殘體與病原微生物的代謝產物對植物有致毒作用，并連同植物根系分泌的自毒物質一起影響植株代謝，最終導致作物自毒作用的發生。已有學者先后證實了豌豆、番茄、黃瓜、西瓜和甜瓜根系分泌物和殘茬能引起作物的自毒作用[34]，Chon[35]等研究發現，香豆素對玉米、黃瓜、菜豆根系的生長具有明顯的抑制作用。馬云華[36]研究結果顯示對羥基苯甲酸、阿魏酸、苯甲酸均隨黃瓜種植年限的增加呈明顯的積累，吳宗偉[37]從重茬地黃土壤中檢測出阿魏酸、香草酸、香草醛和對羥基苯甲酸4種酚酸物質的積累。

3 設施蔬菜連作障礙的綜合防治措施

連作障礙的發生，不僅影響農作物產品的產量和品質，也降低了農產品的安全性。因此，克服連作障礙是實現設施農業生產可持續發展的當務之急。

3.1 實行科學用肥，建立合理輪作倒茬制度 多年實踐證明，氮肥用量過度，土壤中的可溶性鹽和硝酸鹽含量會明顯增加，病蟲害顯著加重，蔬菜的產量及品質逐漸降低。 因此，應增施有機肥，在測土配方施肥的基礎上合理施用氮磷鉀肥，根據不同蔬菜需肥要求及土壤供肥能力，確定肥料種類和數量，減少土壤的養分障礙。

不同作物輪間作是連作障礙的最有效的防范措施。輪作可斷絕同類病原菌的營養來源，減輕病蟲害的發生。我們應該根據不同蔬菜的特性，制定合理的輪間作制度，將蔬菜和一些糧食作物輪作，效果十分明顯，能有效防止連作障礙的發生。

3.2 使用嫁接技術及抗性品種 嫁接的目的是為了減輕和避免土傳病害、克服連作障礙。 在設施蔬菜連作中，茄果類黃萎病、瓜類枯萎病，青枯病、根腐病等土傳病害危害嚴重，采用嫁接栽培技術是有效的防治措施之一。選用對病蟲害具有抗性的蔬菜新品種，如黃瓜的霜霉、白粉病，番茄的凋萎、黃萎病等，生產上均有抗性相對較好的蔬菜品種以供選擇，也是行之有效的方法之一。

3.3 采用無土栽培技術 無土栽培不用土壤，可避免設施蔬菜連作障礙中土壤退化和土傳病害等問題。 無土栽培的主要形式有基質滴灌栽培、營養液膜栽培和深液流栽培等。其中，基質栽培正向經濟型、易管理、環保型復合有機基質的方向發展，對有機廢棄物的再利用成為未來發展的主要方向。

3.4 引入拮抗菌，接種有益微生物 利用拮抗菌防治植物根部病害，是將培養好的拮抗菌以一定方式施入土壤，或通過在土壤中加入有機物等措施提高原有拮抗菌的活性，從而降低土壤中病原菌的密度，抑制病原菌的活動，減輕病害的發生。在設施栽培條件下，可通過接種有益微生物來分解連作土壤中存在的有害分泌物或與特定的病原菌競爭營養和空間等，以減少病原菌的數量和根系的感染，從而減少根際病害發生。接種有益菌群可以在根際形成生物屏障；使用含有有益微生物種群的生物有機肥抑制土壤致病菌的發展，也能夠在一定程度上分解土壤中存在的自毒物質。

3.5 利用化學他感作用原理防治土傳病害 許多植物和微生物可通過自身分泌一些次生代謝產物來促進或抑制同種或異種植物及微生物生長，這種現象稱為化學他感作用。利用農作物間的化學他感作用原理進行有益組合和間作，不僅可提高設施蔬菜的產量和品質，也可減少根部病害的發生。

參考文獻

[1]劉鳳淮，文廷剛，杜小鳳，等.蔬菜連作障礙因子分析及其防治措施[J].江西農業學報，2008，20（5）：41-43.

[2]董小艷，程智慧，張亮.百合根系分泌物對4種觀賞植物的化感作用[J].西北農林科技大學學報，2008，36 （9）： 113-117.

[3]Hoestra H. General Remarks on Replant Disease[J]. Aeta Hortieult Urae，1988，233：11-16.

[4]Larkin R P， Griffin T S. Control of soil borne potato diseases using Brassica green manures[J]. Crop Protection，2007，26：1067-1077.

[5]Sun G W， Chen R Y， Liu H C. Causes and control measures for continuous cropping obstacles in protected vegetable cultivation[J]. Transactions of the CSAE，2005，21：184-188.

[6]吳鳳芝，王偉.大棚番茄土壤微生物區系研究[J].北方園藝， 1999 （3）：1-2.

[7]Mubyana T， Krah M， Totolo O， Bonyongo M. Influence of seasonal flooding on soil total nitrogen， organic phosphorus and microbial populations in the Okavango Delta， Botswana[J].Journal of Arid Environments，2003，54：359-369.

[8]吳鳳芝，趙鳳艷，谷思玉.保護地黃瓜連作對土壤生物化學性質的影響[J]. 農業系統科學與綜合研究， 2002，18（1）：20-22.

[9]朱林，張春蘭，沈其榮.施用稻草等有機物料對黃瓜連作土壤 pH、EC 值和微生物的影響[J].安徽農業大學學報， 2001，28（4）：350-353.

[10]范小峰，俞詩源，范亞娜.黃土高原大棚黃瓜不同年限連作對土壤主要理化性狀的影響[J].中國土壤與肥料，2006 （6）：20-22.

[11]于廣武，許艷麗，劉曉冰，等.大豆連作障礙機制研究初報[J].大豆科學，1993，12（3）：237-243.

[12]黃春生，熊明.連作障礙的產生原因及改善途徑[J].上海蔬菜，2010（5）：62-64.

[13]晉艷，楊宇虹，段玉琪，等.烤煙輪作、連作對煙葉產量質量的影響[J].西南農業學報， 2004， （增刊）267-271.

[14]Wang Yu， Zhang Yi-ping. Quantitative Effect of Soil Texture Composition on Retardation Factor of K+ Transport[J]. Pedosphere，2001，11（4）：377-382.

[15]夏立忠，楊林章，王德建.蘇南設施栽培中旱作人為土養分與鹽分狀況的研究[J].江蘇農業科學，2001 （6）：43-46.

[16]鄭桂萍，趙九州，王立發，等.連作大豆根際土及根系、冠部三要素含量變化動態的研究[J].大豆科學， 1995， 14 （4）：310-315.

[17]劉方，何騰兵.長期連作黃壤煙地養分變化及其施肥效應分析[J].煙草科技，2002，6：30-33.

[18]王鑫，劉建新.黃土高原溝壑區煙草連作對土壤腐殖質性質的影響[J].水土保持學報，2007，21（6）：126-129.

[19]范亞娜，趙國棟.隴東地區設施蔬菜連作土壤性質變化趨勢[J].水土保持通報，2007，27（6）：116-119.

[20]Dekker M， New Y. Schutter M E. Seasonal， soil type， alternative management influences on microbial communities of vegetable cropping systems[J]. Biol Fertil Soils，2001，34：397-410.

[21]Compant S， Duffy B， Nowak J， Clément C. Use of plant growth-promoting bacteria for biocontrol of plant diseases： principles， mechanisms of action， and future prospects[J]. Appl Environ Microbiol，2005，71：4951-4959.

[22]李瓊芳.不同連作年限麥冬根際微生物區系動態研究[J].土壤通報，2006，37（3）：563-565.

[23]鄒莉，袁曉穎，李玲，等.連作對大豆根部土壤微生物的影響研究[J].微生物學雜志， 2005，25（3）：27-30.

[24]范君華，龔明福，劉明.棉花連作對土壤養分、微生物及酶活性的影響[J].塔里木大學學報，2008，20（3）： 36-40.

[25]徐瑞富，王小龍.花生連作田土壤微生物群落動態與土壤養分關系研究[J].花生學報，2003，32（3）：19-24.

[26]盤莫誼，張楊珠，肖嫩群，等.煙草連作對旱地土壤微生物及酶活性的影響[J].世界科技研究與發展，2008， 30（3）：295-297.

[27]趙萌，李敏，王淼焱，等.西瓜連作對土壤主要微生物類群和土壤酶活性的影響[J].微生物通報，2008，35（8）： 1251-1254.

[28]邱莉萍，劉軍，王益權，等.土壤酶活性與土壤肥力的關系研究[J].植物營養與肥料學報，2004，10（3）： 277-280.

[29]Daniel L M， Peter D S， Jeffrey S B. Microbial biomarkers as an indicator of ecosystem recovery following surface mine reclamation[J]. Applied Soil Ecology，2002，21：251-259.

[30]賈新民，于泉林，沙永平.大豆連作土壤多酚氧化酶研究[J].黑龍江八一農墾大學學報，1995，8（2）：40-43.

[31]陳慧，郝慧榮，熊君.地黃連作對根際微生物區系及土壤酶活性的影響[J].應用生態學報，2007，18（12）： 2755-2759.

[32]徐福利，梁銀麗，張成娥，等.日光溫室土壤生物學特性與施肥的關系[J].水土保持研究，2004，11（1）：20-22.

[33]杜社妮，張成娥，徐福利，等.不同施肥對日光溫室西紅柿菜地土壤酶活性的影響[J].西北植物學報，2003， 23（8）：1467-1470.

[34]喻景權，杜堯舜.蔬菜設施栽培可持續發展中的連作障礙[J].沈陽農業大學學報， 2000，31（1）： 124-126.

[35]Chon S U， Jang H G， Kim Y M. Allelopathic potential in lettuce （Lactuca sativa L）plants[J]. Scientia Horticulture， 2005，106（3）：309-317.

[36]馬云華，王秀峰，魏珉，等.黃瓜連作土壤酚酸類物質積累對土壤微生物和酶活性的影響[J].應用生態學報， 2005，16 （11）： 2149-2153.

[37]吳宗偉，王明道，劉新育，等.重茬地黃土壤酚酸的動態積累及其對地黃生長的影響[J].生態學雜志， 2009，28（4）：660-664.

（責編：施婷婷）