煙草連作障礙因子及其解決途徑研究進(jìn)展

?楊甲華，余佳玲

（1. 長(zhǎng)沙市煙草公司瀏陽(yáng)市分公司，湖南 瀏陽(yáng) 410300；2. 湖南省肥料協(xié)會(huì)，湖南 長(zhǎng)沙 410005）

煙草連作障礙因子及其解決途徑研究進(jìn)展

楊甲華1，余佳玲2

（1. 長(zhǎng)沙市煙草公司瀏陽(yáng)市分公司，湖南 瀏陽(yáng) 410300；2. 湖南省肥料協(xié)會(huì)，湖南 長(zhǎng)沙 410005）

我國(guó)烤煙種植中煙草連作障礙是影響煙葉產(chǎn)量與品質(zhì)的重要因素。綜述了煙草連作障礙的主要因素，即煙草化感自毒作用、根系分泌物與土壤微生物相互影響和土壤酶，總結(jié)了解決的基本途徑，主要是煙草連作不超過(guò)3 a、采用不同種植模式促進(jìn)煙草生長(zhǎng)、利用生物多樣性有效控制煙田病蟲(chóng)害和合理施肥減輕連作障礙，分析了煙田連作的緩解對(duì)于生產(chǎn)的重要性及其今后可發(fā)展方向。

煙草；連作障礙；化感自毒；生物多樣性；綜述

煙草為重要經(jīng)濟(jì)作物，對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)促進(jìn)作用巨大，由于生產(chǎn)需要，烤煙生產(chǎn)中連作現(xiàn)象普遍存在。連作導(dǎo)致植煙土養(yǎng)分耗減、富集不均勻，致使土壤養(yǎng)分失衡劣化［1］，煙草是忌連作作物，連作后對(duì)煙田土壤產(chǎn)生不良影響，使得土壤環(huán)境惡化，進(jìn)而影響烤煙對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收［2］。同時(shí)連作的煙草蒸騰速率降低，光合作用減弱，植株含鉀量減少［3］，對(duì)煙草生長(zhǎng)產(chǎn)生不良影響。連作會(huì)抑制煙草生長(zhǎng)，導(dǎo)致品質(zhì)惡化、病蟲(chóng)害加劇、產(chǎn)量下降，對(duì)煙草產(chǎn)量與品質(zhì)影響較大［4］?？偠灾?，連作障礙已成為限制煙葉生產(chǎn)的主要因素之一，煙草連作給煙草帶來(lái)的負(fù)面影響較大，長(zhǎng)期連作不利于煙草的健康生長(zhǎng)，影響煙葉品質(zhì)與產(chǎn)量，有關(guān)煙草連作障礙的研究越發(fā)廣而深入，由煙草化感自毒作用導(dǎo)致的根際土壤微生態(tài)失衡被認(rèn)為是連作障礙的主要原因。筆者就煙草化感自毒作用、土壤酶活性的下降、根際微生物群落結(jié)構(gòu)變化及種植制度等方面，綜述了目前煙草連作中發(fā)現(xiàn)的主要問(wèn)題以及可解決途徑，以期為煙草的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效栽培措施提供參考。

1　煙草連作障礙主要發(fā)生因素

1.1煙草化感自毒作用

根系分泌的化感自毒作用為連作障礙主要成因機(jī)制之一，化感作用即植物向外界釋放次生代謝物質(zhì)進(jìn)而促進(jìn)或抑制其余植物生長(zhǎng)的現(xiàn)象［5］，作物由于化感作用對(duì)連茬或下茬的同種或同科作物生長(zhǎng)產(chǎn)生不良影響進(jìn)而抑制的現(xiàn)象即為自毒作用［6］，煙草根系分泌物有一定的自毒作用，植煙土壤根際對(duì)煙草化感自毒潛力較強(qiáng)［7］，郭亞利等［8］通過(guò)向煙草幼苗中加入烤煙根系分泌物培養(yǎng)研究發(fā)現(xiàn)根系分泌物抑制幼苗對(duì)NO-、3H2PO4-、與K+的吸收，同時(shí)較大幅度降低了根系活力，影響幼苗根系生長(zhǎng)。研究發(fā)現(xiàn)萜類(lèi)化感毒性物質(zhì)對(duì)ATP形成與植物生長(zhǎng)有抑制作用、干擾細(xì)胞膜功能影響礦物質(zhì)的吸收、影響線(xiàn)粒體功能進(jìn)而妨礙作物代謝，同時(shí)抑制營(yíng)養(yǎng)吸收中的絡(luò)合作用［9］，對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生顯著的負(fù)面影響。對(duì)于有關(guān)化感自毒物質(zhì)的研究中，目前多以酚類(lèi)物質(zhì)為主［10］。酚酸為作物根系所分泌的連作主要障礙物［11］，煙草在不同時(shí)期分泌不同的酚酸，有香草酸、肉桂酸、阿魏酸與苯甲酸等，阿魏酸與香草酸的化感相應(yīng)指數(shù)最大，各酚酸生物毒性不同，其中阿魏酸是主要酚酸，阿魏酸對(duì)煙草出芽率與胚根生長(zhǎng)有的負(fù)面影響較大，對(duì)煙草生物毒性明顯，可能是煙草連作中的主要障礙物［12］。而于會(huì)泳等［13］通過(guò)分析連作1～3 a的煙草根系分泌物發(fā)現(xiàn)煙草自毒物質(zhì)的富集是造成連作障礙的主要原因，物質(zhì)發(fā)揮化感作用需達(dá)到一定的濃度以上，易分解的物質(zhì)化感作用的可能性較小，煙草分泌物中轉(zhuǎn)化分解率小于50%的酸、脂、酰胺、酚等物質(zhì)對(duì)煙草具有化感作用，其中苯甲酸為最可能使煙草具有化感作用的物質(zhì)，而肉桂酸、羥基丁酸、4-羥基丁酸、3-甲基-2-羥基丁酸、硬脂酸酰胺以及油酸對(duì)煙草化感無(wú)直接作用，煙草自毒作用隨著所分泌自毒物質(zhì)濃度的增強(qiáng)而增強(qiáng)。煙草自毒物質(zhì)殘留于土壤累積隨著年限增漲濃度增加，對(duì)煙草連作產(chǎn)生不利影響。

1.2煙草根系分泌物與土壤微生物相互影響

土壤微生物在物質(zhì)分解與轉(zhuǎn)化中起著重要作用，連作作物中，前茬作物根系的某些分泌物促進(jìn)不利微生物的繁殖與生長(zhǎng)進(jìn)而影響同一作物下茬的生長(zhǎng)，造成連作障礙［14］，煙草根系分泌物與根際微生物關(guān)系密切，土壤微生物對(duì)酚酸類(lèi)與糖類(lèi)物質(zhì)的利用效率與土壤化感自毒作用潛力關(guān)系密切［15］。煙草根際中細(xì)菌在微生物類(lèi)群中有突出優(yōu)勢(shì)，煙草根際微生物的狀態(tài)對(duì)磷素營(yíng)養(yǎng)的影響較大，解磷細(xì)菌與真菌數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系［16］，煙草連作影響土壤微生物多樣性與數(shù)量，其中對(duì)細(xì)菌產(chǎn)生的影響最大，進(jìn)而破壞土壤微生物生態(tài)平衡，但對(duì)微生物的活性影響不大［17］。郭利等［18］研究發(fā)現(xiàn)相似規(guī)律：煙草連作將導(dǎo)致土壤中微生物多樣性與均勻度減小。元野等［19］研究發(fā)現(xiàn)煙草根際的微生物群落結(jié)構(gòu)改變可能在連作障礙中作用較大，尤其是根際真菌。當(dāng)植煙土壤有病原微生物存在時(shí)，受病原菌侵染的根系將分泌更多的物質(zhì)促進(jìn)病原物的繁衍以及土傳病害的發(fā)生［20］，微生物代謝作用進(jìn)一步增強(qiáng)根系分泌物的毒性。顯然根系分泌物抑制有益微生物的生長(zhǎng)減少其多樣性，而其分泌的有毒物質(zhì)與相關(guān)有害微生物相互促進(jìn)生長(zhǎng)從而導(dǎo)致根際微生態(tài)環(huán)境條件惡化，進(jìn)而抑制煙草生長(zhǎng)。

1.3土壤酶

土壤酶作為土壤組分中最活躍的有機(jī)成分之一，不僅可以表征土壤物質(zhì)能量代謝旺盛程度，而且可以作為評(píng)價(jià)土壤肥力高低、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量?jī)?yōu)劣的一個(gè)重要生物指標(biāo)。張翼等［21］對(duì)貴州煙草研究發(fā)現(xiàn)，煙草連作后蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶的活性呈下降趨勢(shì)，導(dǎo)致土壤肥力的下降、氮素與磷酸的供給能力減弱，對(duì)煙草品質(zhì)與產(chǎn)量形成產(chǎn)生不良影響，過(guò)氧化氫酶活性增加，土壤氧化增強(qiáng)；焦永吉等［22］得出相似結(jié)論，土壤淀粉酶、蔗糖酶與纖維素酶活性呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì)。古戰(zhàn)朝等［23］在重慶對(duì)煙草連作研究發(fā)現(xiàn)土壤磷酸酶、脲酶與蔗糖酶活性呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì)。各研究均顯示，長(zhǎng)期連作對(duì)土壤酶活性負(fù)面影響顯著。

2 克服煙草連作障礙的基本途徑

2.1煙草連作不超過(guò)3 a

研究表明煙草連作2 a磷素利用率與pH值有所下降，速效鉀含量升高，烤煙連作3 a后磷素吸收減少明顯，磷素出現(xiàn)富集現(xiàn)象，速效磷減少，土壤全氮減少明顯，有機(jī)質(zhì)含量減少，pH值開(kāi)始升高，速效鉀含量減少，土壤中緩效鉀轉(zhuǎn)換為速效鉀受到抑制［3］，由此可見(jiàn)，連作2 a以上對(duì)煙草生長(zhǎng)負(fù)面影響較大，煙草對(duì)土壤各養(yǎng)分的吸收能力下降較為明顯。短期連作的植煙土壤保持著較高的微生物活性及多樣性，對(duì)碳源的利用較強(qiáng)，連作期限超過(guò)3 a的土壤中微生物活性與多樣性急劇下降［24］。與頭茬植煙土壤相比，有利于土壤物質(zhì)循環(huán)的微生物數(shù)量減少而病原菌的種類(lèi)及數(shù)量呈上升趨勢(shì)［25］，連作為病害提供了繁殖場(chǎng)所與寄主，導(dǎo)致相關(guān)土傳病原菌的繁殖，且病害程度隨著連作年限增漲而加強(qiáng)［20］。短期連作土壤有機(jī)碳量與酶活性有所加強(qiáng)［26］，小于3 a的連作能使土壤蔗糖酶與淀粉酶活性上升［22］。因此，煙草連作年限不宜較長(zhǎng)，控制在3 a之內(nèi)較利于煙草的生長(zhǎng)。

2.2采用不同種植模式促進(jìn)煙草生長(zhǎng)

種植模式的改變會(huì)影響化感作用、微生物生存條件以及土壤各理化性質(zhì)，從而對(duì)土壤中微生物的結(jié)構(gòu)與功能產(chǎn)生影響，作物不同產(chǎn)生的影響不同［27-28］。輪作能促進(jìn)煙草產(chǎn)量，黃光榮等［29］在貴州對(duì)煙草與大蒜、油菜及小麥的輪作試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)輪作促進(jìn)煙草生長(zhǎng)有益于增產(chǎn)，大蒜與烤煙的輪作促進(jìn)了煙葉的前期生長(zhǎng)，有益于煙株前期養(yǎng)分的充分吸收以提高煙葉的產(chǎn)量與品質(zhì)，增產(chǎn)效果顯著。輪作對(duì)煙草病害有控制作用，方樹(shù)民等［30］發(fā)現(xiàn)煙草與多種作物的輪作減輕了煙草青枯病的發(fā)生，其中稻煙輪作對(duì)煙草青枯病控制效果較好。種植模式對(duì)烤后煙葉的化學(xué)成分與經(jīng)濟(jì)性狀有顯著影響，張繼光等［31］通過(guò)研究不同種植模式下煙葉產(chǎn)質(zhì)量發(fā)現(xiàn)，相比于連作，輪作與套作模式明顯有利于促進(jìn)煙葉對(duì)鉀的積累、提高煙草等級(jí)結(jié)構(gòu)以及均價(jià)，其中輪作的產(chǎn)量最高，麥茬煙與麥套煙為較優(yōu)植煙的模式。親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，輪作效果越好。劉麗芳等［32］在云南對(duì)草木犀與煙草間作的研究表明，間作有效抑制了煙草病毒病的發(fā)生，對(duì)煙草蝕紋病與普通花葉病的抑制效果尤為明顯，不同種屬間作效果更好。

2.3利用生物多樣性有效控制煙田病蟲(chóng)害

土傳的病蟲(chóng)害是引起煙草連作障礙因素之一，利用生物多樣性對(duì)蟲(chóng)害種群進(jìn)行生態(tài)調(diào)控是目前得到較為廣泛認(rèn)可的方法，連作種植方式使得種植農(nóng)田作物單一化，排除物種間競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí)導(dǎo)致了農(nóng)田生態(tài)環(huán)境與物種的多樣性降低，加劇了病蟲(chóng)害問(wèn)題。生物多樣性的種植方式能有效控制作物病蟲(chóng)害［33］。朱罡等［34］在云南種植煙草發(fā)現(xiàn)，品種多樣性越強(qiáng)越有利于煙草生長(zhǎng)，且有效控制了氣候斑點(diǎn)病與炭疽病的發(fā)生。煙田生態(tài)環(huán)境中施用農(nóng)藥控制病蟲(chóng)害較難達(dá)到理想效果且易對(duì)環(huán)境造成污染，利用生物多樣性對(duì)煙田的蟲(chóng)害的控制效果顯著［35］，且有助于提高農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性［36］，利用生物多樣性控制植煙土壤的病蟲(chóng)害是一條可行的可持續(xù)發(fā)展道路。

2.4合理施肥減輕煙草連作障礙

段玉琪等［37］通過(guò)對(duì)12 a煙草土施用不同肥料發(fā)現(xiàn)，施用農(nóng)家肥時(shí)根際微生物量碳氮、微生物呼吸強(qiáng)度及土壤抗性相關(guān)酶的活性最大，對(duì)煙草產(chǎn)量的提高有促進(jìn)作用。楊宇虹等［15］發(fā)現(xiàn)，農(nóng)家肥與有機(jī)肥有益于減輕煙草連作障礙，農(nóng)家肥可通過(guò)促進(jìn)相關(guān)微生物的繁殖以促進(jìn)土壤酚酸類(lèi)物質(zhì)消耗。徐潔等［16］表明添加不同配比生物有機(jī)肥的肥料能改變土壤中的微生物尤其是有益微生物的數(shù)量與結(jié)構(gòu)，進(jìn)而減少農(nóng)藥等對(duì)土壤環(huán)境的破壞，同時(shí)促進(jìn)煙草生長(zhǎng)。張翼［38］在貴州對(duì)煙草進(jìn)行不同基質(zhì)盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同土壤類(lèi)型受連作障礙影響程度不同，灰?guī)r黃壤相比于第四紀(jì)黃壤對(duì)連作障礙的緩解能力較強(qiáng)，更利于煙草的連作。

3 展 望

煙草連作障礙是熱點(diǎn)問(wèn)題，煙草作為重要經(jīng)濟(jì)作物，在國(guó)民生產(chǎn)中占重要比份。生產(chǎn)的需要使得連作成為煙草生產(chǎn)中使用較多的方式，而連作帶來(lái)的負(fù)面影響不僅降低煙草產(chǎn)量與品質(zhì)，同時(shí)影響植煙中微生物活性與多樣性以及土壤酶的活性。如何減輕煙草連作帶來(lái)的不良影響以及保證煙葉的生產(chǎn)成為目前國(guó)內(nèi)較為關(guān)心的問(wèn)題。

筆者認(rèn)為，煙草根系分泌的化感自毒物質(zhì)是煙草連作障礙產(chǎn)生的基礎(chǔ)與源頭，該類(lèi)物質(zhì)在土壤里逐年累積到達(dá)一定的濃度直接對(duì)煙草產(chǎn)生危害，且該類(lèi)物質(zhì)的累積促進(jìn)相關(guān)有害微生物種類(lèi)的擴(kuò)大與繁衍，而有害微生物的增殖又促進(jìn)煙草根系有害物質(zhì)的分泌，破壞土壤生態(tài)環(huán)境同時(shí)對(duì)土壤的理化性質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。目前研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)家肥的施用有利于化感自毒物質(zhì)的消耗，對(duì)植煙土壤起到改良作用。輪作間作等種植模式可減輕煙草連作障礙，提高煙葉產(chǎn)量與品質(zhì)，不同地區(qū)土壤結(jié)構(gòu)與生態(tài)環(huán)境不同，病蟲(chóng)害對(duì)于不同基因品種作物的喜好不同，當(dāng)?shù)貞?yīng)根據(jù)具體情況選擇性的挑選配合輪、間作的作物；生物多樣性種植模式有效控制煙田病蟲(chóng)害，生產(chǎn)實(shí)踐中準(zhǔn)確辨識(shí)有益于煙田生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性類(lèi)型是關(guān)鍵，恢復(fù)農(nóng)田系統(tǒng)的生物多樣性是可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的主要策略之一［36］，生物多樣性種植對(duì)于蟲(chóng)害的有效控制可減少化肥農(nóng)藥的施用，促進(jìn)生產(chǎn)的同時(shí)保障人畜的健康，該栽培方式控制蟲(chóng)害實(shí)現(xiàn)“綠色植?！钡挠行Э尚型緩街?，合理的施肥、種植模式有利于降低煙田連作障礙。

避免煙草連作障礙可從避免煙田單一作物著手，異源物種的種植有益于增加生物多樣性從而增加微生物種類(lèi)，提升煙田質(zhì)量，較好控制煙草的自毒作用更好地促進(jìn)煙葉高效優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。

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（責(zé)任編輯：肖彥資）

Advance?in?Obstruction?Factor?and?Solution?Ways?of?Tobacco?Continuous?Cropping

YANG Jia-hua1，YU Jia-ling2
（1. Liuyang Branch of Changsha Tobacco Company， Liuyang 410300， PRC；2. Fertilizer Association of Hunan Province， Changsha 410005， PRC）

Continuous cropping problems have bad influence on yield and qualities of tobacco production. The main factors of tobacco continuous cropping problems are summarized， which are allelopathic autotoxicity， root exudates， soil microbial interactions and soil enzyme. The basic ways are summed up to solve tobacco continuous cropping problems， including tobacco continuous cropping in 3 years， using different planting patterns， and biological diversity to effectively control the pests and diseases of tobacco field and rational fertilization. Finally， it is discussed the significance of continuous cropping obstacles remission about tobacco and its tendency.

tobacco； continuous cropping problems； allelopathic autotoxicity； biodiversity； review

S572

A

1006-060X（2016）08-0113-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.08.033

2016-06-02

楊甲華（1984-），男，山東臨沂市人，技術(shù)員，從事煙草土壤肥力研究。