設(shè)施園藝連作障礙研究進(jìn)展

胡海軍　吳亞男　鄂洋　高智席　關(guān)曉溪　張家臣

摘要 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，設(shè)施園藝正趨于規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化。在經(jīng)濟(jì)效益的驅(qū)使下，設(shè)施園藝發(fā)生了大面積的連作障礙，從而限制了設(shè)施園藝的可持續(xù)發(fā)展。該研究從土壤的理化性質(zhì)、生態(tài)環(huán)境、植物的自毒作用等方面闡述了連作障礙產(chǎn)生的原因，并提出一系列緩解措施，旨在為設(shè)施園藝連作障礙的研究提供一定的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 設(shè)施園藝；連作障礙；原因；調(diào)控措施

中圖分類號(hào) S344.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2016）05-049-03

Abstract With the development of economy， protected horticulture is tending to largescale and industrialization. Under the driving of economic benefits， largearea continuous cropping obstacle appeared， which restricted sustainable development of protected horticulture. The causes for continuous cropping obstacle were elaborated from aspects of soil physical and chemical properties， ecoenvironment， plants selftoxicity， a series of solutions was proposed， so as to provide a certain reference basis for research of continuous cropping obstacle.

Key words Protected horticulture； Continuous cropping obstacle； Reason； Regulation and control measures

連作障礙是指在同一塊土壤上連續(xù)種植同種或同科作物時(shí)，即使在正常的栽培管理?xiàng)l件下，也會(huì)出現(xiàn)不同程度的生長(zhǎng)緩慢、發(fā)育不良、長(zhǎng)勢(shì)變?nèi)酢a(chǎn)量和品質(zhì)降低以及病蟲害等現(xiàn)象[1]。目前，我國(guó)設(shè)施園藝的栽培面積位于世界各國(guó)之首，設(shè)施園藝產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀，其在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)集約化、規(guī)?；l(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。然而，設(shè)施園藝種植系統(tǒng)的連作障礙嚴(yán)重制約了設(shè)施園藝的可持續(xù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)效益的日益增長(zhǎng)。筆者結(jié)合前人的相關(guān)研究，對(duì)設(shè)施園藝栽培植物的生理生化特性及根系微生物等各方面進(jìn)行深入分析，闡述了連作障礙形成的危害及原因，并提出有效的解決措施，以期為解決設(shè)施園藝的連作障礙提供一定的理論依據(jù)和實(shí)踐參考。

1 設(shè)施園藝連作的危害

設(shè)施園藝作物的栽培品種較為單一，在連作情況下病蟲害發(fā)生尤為嚴(yán)重，直接危害作物的生長(zhǎng)發(fā)育，從而造成產(chǎn)量和品質(zhì)下降，投入產(chǎn)出比升高，經(jīng)濟(jì)效益明顯降低。連作危害又因作物生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期、作物品種和連作年限不同而有差異。趙春芳等[2]研究表明，土壤惡化會(huì)導(dǎo)致作物生長(zhǎng)發(fā)育受阻，產(chǎn)量降低。呂衛(wèi)光等[3]研究表明，設(shè)施大棚中黃瓜產(chǎn)量和根系活力均隨連作年限的增加而降低。馬海燕等[4]對(duì)設(shè)施園藝中栽培的非洲菊進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)連作土壤中放射菌、脲酶、細(xì)菌和中性磷酸酶的活性明顯降低，表現(xiàn)為明顯的連作障礙。連作危害主要表現(xiàn)為作物長(zhǎng)勢(shì)緩慢、產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降，土壤理化性質(zhì)遭到破壞、酸化和鹽漬化較為嚴(yán)重、土壤養(yǎng)分單一性消耗、病原菌增多，有毒物質(zhì)富集等[5-7]。

2 設(shè)施園藝連作障礙形成的原因

設(shè)施園藝連作障礙形成的原因涉及環(huán)境、作物、土壤等諸多方面，且不同作物或同種作物在不同生育時(shí)期產(chǎn)生連作障礙的主導(dǎo)因素各不相同。研究人員先后提出了毒素學(xué)說(shuō)、植物間“相克”理論等諸多造成連作障礙的因子學(xué)說(shuō)。

2.1 土壤理化性質(zhì)的改變

2.1.1 土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞、物理性質(zhì)惡化。

在經(jīng)濟(jì)效益的驅(qū)動(dòng)下，設(shè)施園藝栽培過(guò)程中出現(xiàn)嚴(yán)重的化肥施用超量和不平衡現(xiàn)象，加上設(shè)施園藝中雨水對(duì)土壤的淋溶作用降低，造成土壤板結(jié)或團(tuán)粒結(jié)構(gòu)破壞，產(chǎn)生酸化和次生鹽漬化等一系列問(wèn)題。李歡等[8]對(duì)連作土壤的研究表明，隨著連作年限的增加，土壤耕層的可溶性鹽和硝酸鹽含量明顯增加，土壤鹽漬化成為設(shè)施園藝連作障礙之一。設(shè)施園藝栽培條件下，土壤通氣透水性相對(duì)較差，易導(dǎo)致土壤板結(jié)，從而影響設(shè)施園藝栽培品種生長(zhǎng)[9]。

2.1.2 土壤養(yǎng)分失衡。

設(shè)施園藝連作土壤種植的作物種類單一，根系對(duì)土壤養(yǎng)分吸收的范圍基本一致，且對(duì)養(yǎng)分種類的吸收基本相同，從而導(dǎo)致對(duì)根系周圍某種養(yǎng)分過(guò)度消耗，造成養(yǎng)分單一性缺乏。沈華等[10]研究表明，隨著連作年限的增加，土壤中N、P、K等養(yǎng)分比例嚴(yán)重失調(diào)，Na+、Cl+等殘留較多，土壤鹽漬化嚴(yán)重。耿士均等[11]對(duì)設(shè)施園藝中連作黃瓜的研究表明，連作致使土壤結(jié)構(gòu)破壞，Mn、Cu、Zn等微量元素含量明顯降低。

2.2 土壤生態(tài)環(huán)境的破壞

2.2.1 土壤微生物群落的變化。

設(shè)施園藝連作栽培定向影響著土壤及根際微生物的生長(zhǎng)和繁殖，土傳病害加重，表現(xiàn)為有害微生物數(shù)量增加，土壤原有微生物生態(tài)系統(tǒng)平衡破壞。土壤微生物可以直接影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育，也可通過(guò)與其他微生物作用間接促進(jìn)或抑制植物的生長(zhǎng)發(fā)育。汪世峰等[12]研究表明，隨著連作年限的增加，土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量呈下降趨勢(shì)，但真菌數(shù)量顯著增加。吳艷飛[13]和吳鳳芝等[14]研究認(rèn)為，連作會(huì)使土壤中有益微生物種群密度降低，根際土壤微生物由高肥力的“細(xì)菌型”轉(zhuǎn)向低肥力的“真菌型”。

2.2.2 土傳病蟲害的影響。多年連作同種作物極易產(chǎn)生相同或相似的土傳病害[15]。設(shè)施園藝中，蟲卵和病原菌不僅可以在土壤中生存，也可以在墻壁和支架等園藝設(shè)施上傳播，特殊的生態(tài)環(huán)境致使病蟲害發(fā)生愈加嚴(yán)重[16]。設(shè)施園藝中的土傳蟲害以根結(jié)線蟲和鐮刀菌為主。時(shí)立波等[17]認(rèn)為，番茄根際周圍土壤根結(jié)線蟲的數(shù)量隨種植年限的增加而上升。吳鳳芝等[14]研究發(fā)現(xiàn)，連作25 a的黃瓜，其病蟲害發(fā)病率高達(dá)51.2%。

2.3 設(shè)施園藝連作植物的自毒作用

自毒作用是指植物通過(guò)地上淋溶、根系分泌、植物殘茬等途徑釋放或分泌出一些物質(zhì)，該物質(zhì)對(duì)同茬或下茬同種或科植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，這種現(xiàn)象通常被稱為植物的自毒作用。設(shè)施園藝連作栽培條件下，微生態(tài)環(huán)境對(duì)植物生長(zhǎng)的影響尤為重要，特別是植物殘?bào)w與病原微生物的代謝產(chǎn)物，對(duì)植物生長(zhǎng)表現(xiàn)為明顯的自毒作用。Yoneyama等[18]研究認(rèn)為，自毒物質(zhì)主要包括有機(jī)酸、醛類、芳香酸、香豆素和醌類等物質(zhì)，可直接導(dǎo)致連作障礙，影響植物生長(zhǎng)發(fā)育。研究已證實(shí)，豌豆、番茄、黃瓜等根系分泌物和殘茬均能對(duì)下茬作物的細(xì)胞膜透性、酶的活性及光合速率等產(chǎn)生嚴(yán)重的阻礙作用。隨種植年限的增加，連作土壤中對(duì)羥基苯甲酸、阿魏酸和苯甲酸等累積量明顯提高，連作黃瓜的自毒作用明顯增強(qiáng)。

3 緩解設(shè)施園藝連作障礙的措施

連作障礙的發(fā)生不僅影響設(shè)施園藝農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)，而且降低了農(nóng)產(chǎn)品的安全性。因此，克服連作障礙是實(shí)現(xiàn)設(shè)施園藝可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

3.1 土壤改良和優(yōu)化土壤管理方式

3.1.1 加強(qiáng)土壤消毒和改良工作。

土壤消毒及改良是一種高效、快速殺滅土壤中病原菌及地下害蟲的實(shí)用技術(shù)，能夠很好地解決高附加值作物在設(shè)施園藝栽培中連作障礙的問(wèn)題。土壤消毒主要包括物理、化學(xué)和生物三大方面。蒸汽消毒和土壤日曬可有效地控制土傳病原微生物[19]；生石灰對(duì)防治地下害蟲線蟲和土傳病害具有一定的作用[20]；高溫悶棚技術(shù)的應(yīng)用，可有效滅除致病微生物及部分地下害蟲，獲得局部良好的生態(tài)防治效果[21]。利用硫磺粉熏蒸、福爾馬林拌土、二氯丙烯滅菌等進(jìn)行土壤化學(xué)消毒，可有效緩解連作障礙，但盲目使用可能會(huì)削弱土壤生物轉(zhuǎn)化能力與養(yǎng)分協(xié)調(diào)供應(yīng)能力，甚至?xí)茐奈⑸鷳B(tài)平衡，具有潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[21]。另外，可以借助生物技術(shù)手段，引入或激活拮抗細(xì)菌，或通過(guò)增加有機(jī)物等提高原有拮抗細(xì)菌活性，抑制病原菌活動(dòng)，減輕病害發(fā)生。

3.1.2 加強(qiáng)土壤養(yǎng)分的管理。

實(shí)行科學(xué)用肥，建立合理施肥制度。不同設(shè)施園藝栽培作物養(yǎng)分需求差異很大，應(yīng)根據(jù)作物需肥規(guī)律、土壤供肥特性與肥料性能，實(shí)現(xiàn)測(cè)土配方施肥。同時(shí)，增加有機(jī)肥用量，可以改善土壤理化性質(zhì)，緩解連作障礙。另外，根據(jù)不同作物需肥要求及土壤供肥能力，選擇連作專用肥料，合理配比N、P、K，補(bǔ)足Fe、Mn、Zn等作物必需微量元素，并適當(dāng)添加生物調(diào)節(jié)劑。沈?qū)氃频萚22]研究表明，合理配施有機(jī)肥、腐殖酸銨、微生物肥等是緩解設(shè)施園藝連作障礙的有效措施之一。

3.1.3 優(yōu)化土壤管理方式。

傳統(tǒng)的土壤管理方式易造成土壤板結(jié)、硬化，影響連作土壤肥力狀況和后茬作物的生長(zhǎng)發(fā)育。改善土壤的翻耕技術(shù)，可打破犁底層，增加活土層，促進(jìn)根系發(fā)育，減少病蟲害發(fā)生。宋尚成等[23]提出了免耕、清耕、深耕翻土和生草、覆草、秸稈還田的土壤管理方式，不僅有利于保護(hù)土層，而且增加了土壤通透性和微生物的活性。同時(shí)，有利于提高連作土壤保水、保肥能力，改善土壤結(jié)構(gòu)，以及改良微生物菌落，對(duì)設(shè)施園藝連作障礙的減緩極為有利[24]。

3.2 優(yōu)化種植制度和種植方式

3.2.1 調(diào)整栽培制度，合理輪作與間種套作。

合理輪作、倒茬能在一定程度上減緩連作障礙，協(xié)調(diào)不同作物對(duì)土壤養(yǎng)分吸收的局限性和單一性，減少連作植物的自毒作用，改善根系微生物群落結(jié)構(gòu)，提高土壤酶活性，減輕設(shè)施園藝連作植物病蟲害的發(fā)生幾率，從而有效改善設(shè)施園藝栽培作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。Nanjappa[25]研究發(fā)現(xiàn)，花生與辣椒輪作的土壤，其產(chǎn)量和效益明顯增加。合理輪作、間種套作均可有效增加農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量，改善其品質(zhì)。

3.2.2 發(fā)展無(wú)土栽培技術(shù)。無(wú)土栽培主要包括基質(zhì)滴灌、營(yíng)養(yǎng)液膜和深液流3種栽培形式，其優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)環(huán)保、易于管理、操作簡(jiǎn)單，能夠變廢為寶。

無(wú)土栽培技術(shù)不使用天然土壤，而使用基質(zhì)，可有效避免設(shè)施園藝栽培作物連作障礙中土壤退化和土傳病害加劇等問(wèn)題。

3.3 選育耐連作抗病蟲品種和利用嫁接技術(shù)

3.3.1 選育抗性優(yōu)質(zhì)品種。

不同作物或同種作物的不同品種耐連作障礙的能力有所不同，應(yīng)通過(guò)抗性篩選，選擇抗性較強(qiáng)、耐連作栽培的作物新品種。侯永俠等[26]對(duì)不同辣椒品種連作抗耐性效果進(jìn)行研究，結(jié)果表明牛角王辣椒抗連作能力最強(qiáng)，連作單株產(chǎn)量?jī)H減少2.45%；朝天椒不耐連作，單株減產(chǎn)高達(dá)14.80%。選育耐連作能力強(qiáng)的作物新品種，可有效減輕連作障礙的影響。值得注意的是即使是耐連作抗性品種，也不能保證其完全不受連作障礙的影響。

3.3.2 利用嫁接技術(shù)。嫁接的目的是減輕和避免根腐病、枯萎病、青枯病等土傳病害，從而有效減緩連作的危害。在設(shè)施園藝連作中，常采用云南黑子南瓜作砧木與豐產(chǎn)型黃瓜進(jìn)行嫁接，從而減輕黃瓜根線蟲病的危害，提高根系活力，促進(jìn)根系對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收及利用，減緩連作障礙[3]。另有研究表明，設(shè)施園藝連作茄子借助紅茄或者野生茄子作砧木進(jìn)行嫁接，可有效減輕黃萎病和枯萎病的危害[23]。

3.4 其他方面

生物技術(shù)手段也是設(shè)施園藝栽培系統(tǒng)減緩連作障礙常采用的技術(shù)措施，其基本原理是利用野生近緣種的引種、馴化，天敵的引入，有益微生物的培養(yǎng)或基因轉(zhuǎn)化與克隆等，直接或間接減緩設(shè)施園藝的連作障礙[27-28]。

4 展望

綜上所述，設(shè)施園藝連作障礙是由多種原因造成的，各因素之間相互聯(lián)系、共同作用又增加了這一現(xiàn)象的復(fù)雜性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和研究水平的不斷深入，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)設(shè)施園藝連作障礙機(jī)理的深入探討，找到克服設(shè)施園藝連作障礙的根本途徑和方法，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益和諧統(tǒng)一。

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