植物連作障礙及其調控技術在烤煙栽培中的應用

饒在生，向金友，謝 冰，2，李 輝，楊懿德，唐 明，楊 洋，易 蔓*，周先國

(1.四川省煙草公司宜賓市公司，四川宜賓 644002；2.四川農業大學農學院，四川成都 611130；3.黑龍江煙草工業有限責任公司，黑龍江哈爾濱 150000；4.宜賓市農業科學院，四川宜賓 644000)

?

植物連作障礙及其調控技術在烤煙栽培中的應用

饒在生1，向金友1，謝 冰1，2，李 輝3，楊懿德1，唐 明4，楊 洋1，易 蔓1*，周先國1

(1.四川省煙草公司宜賓市公司，四川宜賓 644002；2.四川農業大學農學院，四川成都 611130；3.黑龍江煙草工業有限責任公司，黑龍江哈爾濱 150000；4.宜賓市農業科學院，四川宜賓 644000)

摘要針對農業生產中普遍存在的連作障礙現象，綜述了連作對作物的影響，從土壤理化性質惡化、土壤微生物變化、化感作用與自毒作用3個方面論述了植物連作障礙的作用機理，從多種作物上證實植物連作障礙的存在。在此基礎上，探討了植物連作障礙調控技術在烤煙栽培中的應用。

關鍵詞植物；連作障礙；烤煙；調控技術

連作障礙(Continuous cropping obstacle)是生產實踐中普遍存在的問題，指在相同地塊連續兩茬以上種植同一作物或同科作物后，即使在正常栽培管理條件下，也會造成生長發育變慢、病蟲害加重、產量降低、品質變劣等問題[1]。目前我國農業生產中無論是蔬菜、果樹栽培，還是糧食作物、藥用植物和園藝作物種植等，連作障礙和“茬口”問題均十分突出。重茬栽培造成植物抗性降低，生長勢變弱，病蟲害嚴重，產量及品質下降，甚至導致植株死亡。經過多年研究，人們對連作障礙的危害、主要形成機制以及調控技術等方面有了一定的認識。

煙草是一種忌連作作物，連作能導致煙田土壤養分失調，有害物質積累，土傳病蟲害增加，造成煙葉產質量明顯下降[2]。筆者綜述了連作障礙方面的研究成果，對連作障礙調控技術在烤煙栽培中的應用進行了介紹，以期完善煙葉生產技術方案、推進現代煙草農業建設。

1連作對作物的影響

1.1連作對作物生長發育的影響連作會對作物根系、光合速率、生理指標等產生不良影響，導致作物生長發育受阻、產量降低、品質下降。大豆種子發芽試驗表明，連作主要影響大豆根系，抑制主根伸長和側根形成，改變根系結構[3]。由于大豆根系生長變慢，根瘤吸收養分的能力明顯減弱，導致其生長緩慢，根瘤數量、根冠比、株高和葉面積等指標降低[4]。連作嚴重阻礙了烤煙正常生長，且抑制作用與連作年限呈正相關[5]。連作花生的光合速率、葉面積系數、群體光合強度降低，且這些指標隨連作年限的增加而急劇下降。花生出現發育不良以及后期早衰等癥狀，主要原因是葉片中的SOD、POD、CAT等酶活性顯著降低[6]。

1.2連作對作物病蟲害發生的影響連作會造成作物抗病能力減弱，導致再植病害加重，尤其是土傳病害發生嚴重。未進行合理輪作的草莓表現出嚴重的根部病害和生理障礙，重茬種植地發病率為可達89.2%，株發病率為55.0%～91.6%，發病較重地塊減產達50%～90%[7-8]。大豆連作后會加重根腐病、根潛蠅、胞囊線蟲和菌核病的發生，這些病害是大豆連作障礙的主要原因。此外，烤煙、高粱、棉花和小麥等連作后發病率也會增加[9-10]。

1.3連作對作物產量及品質的影響連作障礙直接影響作物的產量和品質。晉艷等[11]通過3 a定點試驗，發現連作后烤煙的產量、產值、均價以及上中等煙比例都低于輪作，并且輪作煙葉中致香物質含量高于連作，而煙堿含量呈現相反趨勢。脫毒地黃的產量一般在52 500～75 000 kg/hm2，連作后產量降低85%以上，甚至絕收，造成巨大經濟損失[12]。鄭亞萍等[13]研究結果表明，連作花生的結果數、百果重、產量都不同程度降低，減產量隨連作年限增加而增加。

1.4連作對作物生理生化特性的影響連作造成的逆境條件會影響作物的生理生化特性，最終對作物正常生長發育產生脅迫。裴國平等[14]通過調查馬鈴薯大西洋品種不同生育期的MDA、Pro和SOD變化情況，發現連作1～3 a后葉片中SOD活性得到增強，MDA、Pro含量升高。由于馬鈴薯在受到連作逆境傷害時，膜脂過氧化作用加強，致使其分解產物MDA含量增加[15]。抗連作植物大蒜經過15～25 a連作后，SOD、POD和CAT活性與對照相比均明顯降低[16]。

2植物連作障礙的作用機理

連作障礙產生的原因復雜多樣，是土壤系統—植物系統內部多方面因素綜合作用的外觀表現。國內外學者從不同角度研究了連作障礙的作用機理，獲得了大量研究成果。縱觀近年來的研究結果，植物連作障礙作用機理主要有以下方面。

2.1土壤理化性質惡化土壤理化性質對其呼吸作用、微生物種群數量以及酶活性等起著決定性作用，是評價耕作層土壤質量的重要指標[17]。

2.1.1形態結構劣化。保護地土壤形態結構不斷劣化主要是長期連作造成的，且與作物栽培管理措施密切相關[18]。日光溫室大棚連作番茄超過4 a后，土壤結構和孔隙出現劣化趨勢，即土壤結構體逐漸變差[19]。煙農重茬栽培烤煙會大量施用化肥，造成非活性孔隙比例降低，保水保肥能力減弱[20]。這是由于長期連作后鹽類累積會造成土壤板結，致使土壤水穩性團粒和活性孔隙比例下降，保水通氣性降低。

2.1.3pH變化。隨著連作年限的增加，土壤pH降低，導致土壤微生物群發生變化，病原微生物繁衍加快，有益微生物受到抑制，這可能是馬鈴薯連作障礙的原因[24]。大棚菜地的土壤酸化程度尤為明顯，熊漢琴等[25]研究表明，隨著種植年限的延長，土壤酸化程度加劇，大棚菜地土壤的pH明顯低于露天菜地土壤。連作番茄土壤pH為5.5，低于蔬菜正常生長的臨界值，從而抑制蔬菜對Ca、Mg、P等元素的吸收[26]。

有些研究得出了不同結果，發現連作使土壤pH升高、破壞耕作層土壤理化性質，從而對烤煙生長發育產生不良影響[27]。此外，有學者研究表明連作對土壤pH影響不顯著，該結論從連作胡椒土壤pH變化試驗[28-29]中得以驗證。

2.1.4酶活性改變。土壤酶是表征土壤質量和生產力的重要指標，其活性與土壤理化性質、土壤類型密切相關。土壤中物質的積累、轉換、分解等代謝特性是多種生物化學反應綜合作用的結果，而酶在這些過程中起著重要作用。連作會對土壤酶活性產生一定影響，隨著連作年限的延長，其活性通常呈下降趨勢。于寧等[30]研究發現，連作烤煙土壤中的脲酶、過氧化氫酶、中性磷酸酶活性均降低。連作多年辣椒土壤中的蔗糖酶、脲酶以及過氧化氫酶活性顯著低于辣椒—小麥輪作土壤。但也有學者研究得出不同結果，認為連作后土壤酶活性呈先升后降的“倒馬鞍形”[31]。

2.2土壤微生物變化土壤微生物主要分布在根表面、根際、非根際，在有機質降解、腐殖質的形成、養分轉換以及能量轉換中起著十分重要的作用[32]。在土壤生態系統中，微生物可作為植物病原菌或者生長因子，對植物正常的生長發育起到抑制或者促進作用[33]。連作使土壤微生物結構及數量發生變化，表現為微生物區系擾亂，多樣性、均勻性指數降低；微生物總量減少；病原拮抗菌數量明顯減少，而病原菌數量增加。烤煙連作栽培會造成土壤微生物群落失衡，使根際土壤由“細菌型”轉變為“真菌型”，造成土壤質量嚴重下降[34]。連作花生根際土壤細菌、放線菌數量明顯減少，而真菌數量顯著增加[35]。孟品品等[36]研究表明，馬鈴薯連作5 a時生防菌、球毛殼菌數量顯著減少，病原菌尖孢鐮刀菌、茄病鐮刀菌數量明顯增加，造成土傳病害加重[33]。作物連作還對土壤微生物種群產生影響，但種群變化趨勢差異顯著。

2.3化感作用與自毒作用化感作用(Allelopathy)是指植物或微生物通過產生化學物質并向周圍環境釋放，該化學物質直接或間接對自身及其他生物產生促進或者抑制作用[37]。受體和供體為同種植物時產生抑制作用的現象稱為植物的自毒作用(Allelopathic autotoxicity)，它是化感作用的一種特殊方式。研究發現自毒作用是導致植物連作障礙的一個主要因子。自毒物質的來源主要有作物自身分泌物、地上部淋溶物和植株殘茬分解物等，其中研究報道較多的為酚酸類物質。Pateron[38]研究證實酚酸類物質是一種典型的根系分泌物，能使大豆光合作用降低，抑制大豆生長。研究人員對不同生育期黑麥組織降解產物分析發現不同組織降解過程中會產生對羥基苯甲酸、五倍子酸、紫丁香酸、香豆酸和苯甲酸等，這些化學物質對作物生長發育產生抑制作用[39]。煙草根系自身釋放的一些物質會對下茬產生抑制作用，導致煙草抗性減弱，病蟲發病率增加。水稻殘茬分解時能產生有毒物質，抑制秧苗生長，最終降低水稻有效穗數、千粒重以及產量[40]。

3連作障礙調控技術在烤煙栽培中的應用

對連作障礙研究的報道主要集中在大豆、馬鈴薯、花生以及黃瓜等作物，并取得大量研究成果，但對烤煙連作障礙研究不夠深入。研究烤煙連作障礙調控技術，對完善煙葉生產技術方案、推進現代煙草農業建設具有重要現實意義。

3.1合理輪作合理輪作能抑制非寄主植物病原菌的繁殖，降低病害發病率，減少化學農藥施用量。輪作還能顯著改善土壤微生態環境[41]、保持土壤肥力，是避免連作障礙發生的有效措施。在烤煙輪作、間作、套作植物體系中，煙草工作者要利用非寄主根系分泌物抑制病原菌及線蟲病害繁育，明確煙草適宜的茬口作物，建立合理的耕作制度及栽培方式。

3.2培育抗性品種大量研究發現，產生化感物質是植物的遺傳特性，不同植物或不同品種間的差別較大[42]。培育抗性強的煙草品種，能減少煙草生產過程中化學農藥的施用量，改善農田生態系統。不同煙草中存在抗自毒作用的品種，利用化感育種克服自毒作用的發生可能是未來解決連作障礙問題的最佳方法。

3.3合理施用有機肥施用有機肥可增加土壤有機質含量，提高土壤微生物多樣性，改善土壤生態環境，防治煙草土傳病害。邵孝侯等[43]研究發現施用生物有機肥可提高連作土壤的pH、有機質含量、堿解N和速效K含量，促進烤煙對N、K素的吸收，有利于優質煙葉的生產。合理使用秸稈和綠肥等有機肥能增加土壤肥力、改善土壤結構，進而增加烤煙產量，但有機肥還田時間與煙草的移栽時間應有合理的間隔。由此可見，施用有機肥是現代煙草農業的基本措施，也是生產無公害和生態煙葉的根本保證。

3.4土壤改良研究表明，土壤耕作層經深翻處理后，真菌數量與連作相比可降低29.59%～51.63%[44]。于寧[30]通過研究石灰對連作煙田的影響，發現土壤酸化現象得到明顯改善，土壤中的轉化酶、脲酶、中性磷酸酶和過氧化氫酶的活性均得到提高，因此可采取多種有效措施進行土壤改良，抑制或殺滅土壤中的病原菌，降低土傳病害發病率。

參考文獻

[1] 張曉玲，潘振剛，周曉峰，等.自毒作用與連作障礙[J].土壤通報，2007，38(4)：781-784.

[2] 張繼光，申國明，張久權，等.煙草連作障礙研究進展[J].中國煙草科學，2011，32(3)：95-99.

[3] 阮維斌.大豆連作障礙機理及調控措施的研究[D].北京：中國農業大學，2000.

[4] 王晶英，鄭桂萍，張紅燕，等.連作大豆根冠比增大原因研究[J].耕作與栽培，1997(5)：17-19.

[5] 張翼，張長華，王振民，等.連作對烤煙生長和土壤酶活性的影響[J].中國農學通報，2007，12(23)：214-215.

[6] 王才斌，吳正鋒，成波，等.連作對花生光合特性和活性氧代謝的影響[J].作物學報，2007，33(8)：1304-1309.

[7] 李漢霞.草莓四季栽培[M].北京：科學技術文獻出版社，1998：1-7.

[8] 劉喜更.草莓重茬土壤病害防治技術研究取得新突破[J].北京農業，1998(8)：30.

[9] 楊之為，王汝賢，宗兆峰，等.棉花枯萎病抑菌土成因初探[J].西北農業學報，1995，4(4)：63-68.

[10] 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，2004，17(S1)：267-271.

[11] 晉艷，楊宇虹，段玉琪，等.烤煙連作對煙葉產量和質量的影響研究初報[J].煙草科技，2002(1)：41-45.

[12] 劉峰.地黃連作障礙機理研究-水蘇糖和梓醇對土壤細菌的影響研究[D].泰安：山東農業大學，2007.

[13] 鄭亞萍，王才斌，黃順之，等．花生連作障礙及其緩解措施研究進展[J]．中國油料作物學報，2008，30(3)：384-388.

[14] 裴國平，王蒂，張俊蓮.連作馬鈴薯對抗性酶及生物學特性變化的研究[J].湖南農業科學，2010(11)：34-37.

[15] 魯黎明.煙草科學研究與方法論[M].北京：科學出版社，2013.

[16] 尉輝，張自坤，劉素慧，等.連作對大蒜生長及生理生化指標的影響[J].中國農學通報，2010，26(19)：239-242.

[17] 張心煜，陳利頂.土壤質量評價指標體系與評價方法研究進展與展望[J].水土保持研究，2006，13(3)：30-34.

[18] 彭有才，劉挺，趙俊杰，等.連作對土壤性狀影響的研究進展[J].江西農業學報，2009，21(9)：100-103.

[19] 閆立梅，王麗華.不同齡溫室土壤微形態結構與特征[J].山東農業科學，2004(3)：60-61.

[20] 顧懷勝，郭懷，曾中林，等.烤煙連作障礙產生機制及其調控研究進展[J].湖南農業科學，2003(1)：25-28.

[21] 吳鳳芝，劉德，王東凱，等.大棚番茄不同連作年限對根系活力及其品質的影響[J]．東北農業大學學報，1997，28(1)：33-38.

[22] 張瑞明，朱建華，高善民.滬郊設施菜地連作土壤鹽分積累及離子組成變化的研究[J].上海農業學報，2011，27(4)：76-79.

[23] 孫權，陳茹，宋乃平，等.寧南黃土丘陵區馬鈴薯連作土壤養分、酶活性和微生物區系的演變[J].水土保持學報，2010，24(6)：208-212.

[24] 馬琨，張麗，杜茜，等.馬鈴薯連作栽培對土壤微生物群落的影響[J].水土保持學報，2010，24(4)：229-233.

[25] 熊漢琴，徐凱明，張安.不同種植年限大棚土壤微量元素狀況研究[J].陜西農業科學，2011(12)：36- 44.

[26] 李春格，李曉鳴，王敬國.大豆連作對土體和根際微生物群落功能的影響[J].生態學報，2006，26(4)：1144-1150.

[27] 孫冰玉，于方玲，元野，等.烤煙連作對耕層土壤理化性質和土壤脲酶的影響[J].安徽農業科學，2010，38(4)：1826-1827.

[28] 胡宇，郭天文，張緒成.旱地馬鈴薯連作對土壤養分的影響[J].安徽農業科學，2009，37(12)：5436-5439.

[29] 李志剛，劉愛勤，祖超.不同種植年限胡椒園土壤理化性質及微生物生態特征研究初報[J].熱帶作物學報，2012，33(7)：1245-1249.

[30] 于寧，關連株，婁翼來，等.施石灰對北方連作煙田土壤酸度調節及酶活性恢復研究[J].土壤通報，2008，39(4)：849-851.

[31] 賀麗娜，梁銀麗，高靜，等.連作對設施黃瓜產量和品質及土壤酶活性的影響[J].西北農林科技大學學報(自然科學版)，2008，36(5)：155-159.

[32] YAO H，HE Z，WILSON M，et al.Microbial biomass and community structure in asequence of soils with increasing fertility and changing land use[J].Microb Ecol，2000，40：223-237.

[33] COMPANT S，DUFFY B，NOWAK E，et al.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.

[34] 胡汝曉，趙松義，譚周進，等.煙草連作對稻田土壤微生物及酶的影響[J].核農學報，2007，21(5)：494-497.

[35] 孫秀山，封海勝，萬書波，等.連作花生田主要微生物類群與土壤酶活性變化及其交互作用[J].作物學報，2001，27(5)：816-820.

[36] 孟品品，劉星，邱慧珍，等.連作馬鈴薯根際土壤真菌種群結構及其生物學效應[J].應用生態學報，2012(11)：3079-3086.

[37] 孔垂華，胡飛.植物化感相生相克作用及其應用[M].北京：中國農業出版社，2001.

[38] PATERON R P.Growth and specific nodule activity of soybean during application and recovery of leaf moisture stress[J].Plant physiol，1997，64：551-556.

[39] WOJCIK-WOJTKOWIAK D.Phenolic substance as allelopathic agents arising during the gradation of ryeSecalecerealetissues [J].Plant and soi1，1997，124：143-147.

[40] CHON C H.Allelopathy in relation to agricultural productivity in Taiwan：Problems and prospects[M]//RIZVI S J H，RIZVI V.Allelopathy：Basic and applied aspects [M].London：Chapman and Hall，1992：179-203.

[41] 吳鳳芝，王學征．黃瓜與小麥和大豆輪作對土壤微生物群落物種多樣性的影響[J]．園藝學報，2007，34(6)：1543-1546.

[42] CHUNG I M，MILLER D A.Nature heribicide potential and alfafa residue on selected weed species[J].Apron J，1995，87：920-925.

[43] 邵孝侯，劉旭，周永波，等.生物有機肥改良連作土壤及烤煙生長發育的效應[J].中國土壤與肥料，2011(2)：65-67.

[44] 謝奎忠，陸立銀，羅愛花.不同栽培措施對連作馬鈴薯土壤真菌、真菌性病害和產量的影響[J].中國蔬菜，2013(2)：70-75.

Research on Plants Continuous Cropping Obstacle and Its Application in Flue-cured Tobacco Cultivation

RAO Zai-sheng1, XIANG Jin-you1, XIE Bing1,2, YI Man1*et a

(1.Yibin Branch of Sichuan Tobacco Company, Yibin, Sichuan 644002; 2. College of Agronomy, Sichuan Agricultural University, Chengdu, Sichuan 611130)

AbstractObstacle of continuous cropping is an ordinary phenomenon in agriculture production. The effect of continuous cropping on crops was reviewed. The formation mechanism of plants continuous cropping obstacle was reviewed from aspects of soil physical and chemical properties deterioration, soil microbial change, allelopathy and allelopathic autotoxicity. And the existence of continuous cropping obstacle was confirmed on many crops. The application of continuous cropping obstacles in flue-cured tobacco cultivation was also discussed in this paper.

Key wordsPlants; Continuous cropping obstacle; Flue-cured tobacco; Regulation and control technology

作者簡介饒在生(1987- )，男，重慶人，助理農藝師，碩士，從事煙草科研工作。*通訊作者，助理農藝師，從事煙草科研管理工作。

收稿日期2016-03-09

中圖分類號S 344.4

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)10-047-03