植物連作障礙及其調(diào)控技術(shù)在烤煙栽培中的應(yīng)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(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，四川成都 611130；3.黑龍江煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150000；4.宜賓市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，四川宜賓 644000)

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植物連作障礙及其調(diào)控技術(shù)在烤煙栽培中的應(yīng)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(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，四川成都 611130；3.黑龍江煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150000；4.宜賓市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，四川宜賓 644000)

摘要針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍存在的連作障礙現(xiàn)象，綜述了連作對作物的影響，從土壤理化性質(zhì)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(jī)理，從多種作物上證實(shí)植物連作障礙的存在。在此基礎(chǔ)上，探討了植物連作障礙調(diào)控技術(shù)在烤煙栽培中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞植物；連作障礙；烤煙；調(diào)控技術(shù)

連作障礙(Continuous cropping obstacle)是生產(chǎn)實(shí)踐中普遍存在的問題，指在相同地塊連續(xù)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?xiàng)l件下，也會造成生長發(fā)育變慢、病蟲害加重、產(chǎn)量降低、品質(zhì)變劣等問題[1]。目前我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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?nèi)?，病蟲害嚴(yán)重，產(chǎn)量及品質(zhì)下降，甚至導(dǎo)致植株死亡。經(jīng)過多年研究，人們對連作障礙的危害、主要形成機(jī)制以及調(diào)控技術(shù)等方面有了一定的認(rèn)識。

煙草是一種忌連作作物，連作能導(dǎo)致煙田土壤養(yǎng)分失調(diào)，有害物質(zhì)積累，土傳病蟲害增加，造成煙葉產(chǎn)質(zhì)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(diào)控技術(shù)在烤煙栽培中的應(yīng)用進(jìn)行了介紹，以期完善煙葉生產(chǎn)技術(shù)方案、推進(jìn)現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)建設(shè)。

1連作對作物的影響

1.1連作對作物生長發(fā)育的影響連作會對作物根系、光合速率、生理指標(biāo)等產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致作物生長發(fā)育受阻、產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降。大豆種子發(fā)芽試驗(yàn)表明，連作主要影響大豆根系，抑制主根伸長和側(cè)根形成，改變根系結(jié)構(gòu)[3]。由于大豆根系生長變慢，根瘤吸收養(yǎng)分的能力明顯減弱，導(dǎo)致其生長緩慢，根瘤數(shù)量、根冠比、株高和葉面積等指標(biāo)降低[4]。連作嚴(yán)重阻礙了烤煙正常生長，且抑制作用與連作年限呈正相關(guān)[5]。連作花生的光合速率、葉面積系數(shù)、群體光合強(qiáng)度降低，且這些指標(biāo)隨連作年限的增加而急劇下降。花生出現(xiàn)發(fā)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(fā)生的影響連作會造成作物抗病能力減弱，導(dǎo)致再植病害加重，尤其是土傳病害發(fā)生嚴(yán)重。未進(jìn)行合理輪作的草莓表現(xiàn)出嚴(yán)重的根部病害和生理障礙，重茬種植地發(fā)病率為可達(dá)89.2%，株發(fā)病率為55.0%～91.6%，發(fā)病較重地塊減產(chǎn)達(dá)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(fā)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(fā)病率也會增加[9-10]。

1.3連作對作物產(chǎn)量及品質(zhì)的影響連作障礙直接影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。晉艷等[11]通過3 a定點(diǎn)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)連作后烤煙的產(chǎn)量、產(chǎn)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(zhì)含量高于連作，而煙堿含量呈現(xiàn)相反趨勢。脫毒地黃的產(chǎn)量一般在52 500～75 000 kg/hm2，連作后產(chǎn)量降低85%以上，甚至絕收，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失[12]。鄭亞萍等[13]研究結(jié)果表明，連作花生的結(jié)果數(shù)、百果重、產(chǎn)量都不同程度降低，減產(chǎn)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(fā)育產(chǎn)生脅迫。裴國平等[14]通過調(diào)查馬鈴薯大西洋品種不同生育期的MDA、Pro和SOD變化情況，發(fā)現(xiàn)連作1～3 a后葉片中SOD活性得到增強(qiáng)，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(qiáng)，致使其分解產(chǎn)物MDA含量增加[15]?？惯B作植物大蒜經(jīng)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(jī)理

連作障礙產(chǎn)生的原因復(fù)雜多樣，是土壤系統(tǒng)—植物系統(tǒng)內(nèi)部多方面因素綜合作用的外觀表現(xiàn)。國內(nèi)外學(xué)者從不同角度研究了連作障礙的作用機(jī)理，獲得了大量研究成果?？v觀近年來的研究結(jié)果，植物連作障礙作用機(jī)理主要有以下方面。

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

2.1.1形態(tài)結(jié)構(gòu)劣化。保護(hù)地土壤形態(tài)結(jié)構(gòu)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(guān)[18]。日光溫室大棚連作番茄超過4 a后，土壤結(jié)構(gòu)和孔隙出現(xiàn)劣化趨勢，即土壤結(jié)構(gòu)體逐漸變差[19]。煙農(nóng)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(jié)，致使土壤水穩(wěn)性團(tuán)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(dǎo)致土壤微生物群發(fā)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(jié)果，發(fā)現(xiàn)連作使土壤pH升高、破壞耕作層土壤理化性質(zhì)，從而對烤煙生長發(fā)育產(chǎn)生不良影響[27]。此外，有學(xué)者研究表明連作對土壤pH影響不顯著，該結(jié)論從連作胡椒土壤pH變化試驗(yàn)[28-29]中得以驗(yàn)證。

2.1.4酶活性改變。土壤酶是表征土壤質(zhì)量和生產(chǎn)力的重要指標(biāo)，其活性與土壤理化性質(zhì)、土壤類型密切相關(guān)。土壤中物質(zhì)的積累、轉(zhuǎn)換、分解等代謝特性是多種生物化學(xué)反應(yīng)綜合作用的結(jié)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(chǎn)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(fā)現(xiàn)，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(xué)者研究得出不同結(jié)果，認(rèn)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(jī)質(zhì)降解、腐殖質(zhì)的形成、養(yǎng)分轉(zhuǎn)換以及能量轉(zhuǎn)換中起著十分重要的作用[32]。在土壤生態(tài)系統(tǒng)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(fā)育起到抑制或者促進(jìn)作用[33]。連作使土壤微生物結(jié)構(gòu)及數(shù)量發(fā)生變化，表現(xiàn)為微生物區(qū)系擾亂，多樣性、均勻性指數(shù)降低；微生物總量減少；病原拮抗菌數(shù)量明顯減少，而病原菌數(shù)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(xì)菌型”轉(zhuǎn)變?yōu)椤罢婢汀?，造成土壤質(zhì)量嚴(yán)重下降[34]。連作花生根際土壤細(xì)菌、放線菌數(shù)量明顯減少，而真菌數(shù)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(shù)量顯著減少，病原菌尖孢鐮刀菌、茄病鐮刀菌數(shù)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(chǎn)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(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)并向周圍環(huán)境釋放，該化學(xué)物質(zhì)直接或間接對自身及其他生物產(chǎn)生促進(jìn)或者抑制作用[37]。受體和供體為同種植物時產(chǎn)生抑制作用的現(xiàn)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(fā)現(xiàn)自毒作用是導(dǎo)致植物連作障礙的一個主要因子。自毒物質(zhì)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(zhì)。Pateron[38]研究證實(shí)酚酸類物質(zhì)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(chǎn)物分析發(fā)現(xiàn)不同組織降解過程中會產(chǎn)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(xué)物質(zhì)對作物生長發(fā)育產(chǎn)生抑制作用[39]。煙草根系自身釋放的一些物質(zhì)會對下茬產(chǎn)生抑制作用，導(dǎo)致煙草抗性減弱，病蟲發(fā)病率增加。水稻殘茬分解時能產(chǎn)生有毒物質(zhì)，抑制秧苗生長，最終降低水稻有效穗數(shù)、千粒重以及產(chǎn)量[40]。

3連作障礙調(diào)控技術(shù)在烤煙栽培中的應(yīng)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(diào)控技術(shù)，對完善煙葉生產(chǎn)技術(shù)方案、推進(jìn)現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)建設(shè)具有重要現(xiàn)實(shí)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(fā)病率，減少化學(xué)農(nóng)藥施用量。輪作還能顯著改善土壤微生態(tài)環(huán)境[41]、保持土壤肥力，是避免連作障礙發(fā)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(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生化感物質(zhì)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(qiáng)的煙草品種，能減少煙草生產(chǎn)過程中化學(xué)農(nóng)藥的施用量，改善農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。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(fā)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(jī)肥施用有機(jī)肥可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤微生物多樣性，改善土壤生態(tài)環(huán)境，防治煙草土傳病害。邵孝侯等[43]研究發(fā)現(xiàn)施用生物有機(jī)肥可提高連作土壤的pH、有機(jī)質(zhì)含量、堿解N和速效K含量，促進(jìn)烤煙對N、K素的吸收，有利于優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)。合理使用秸稈和綠肥等有機(jī)肥能增加土壤肥力、改善土壤結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增加烤煙產(chǎn)量，但有機(jī)肥還田時間與煙草的移栽時間應(yīng)有合理的間隔。由此可見，施用有機(jī)肥是現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)的基本措施，也是生產(chǎn)無公害和生態(tài)煙葉的根本保證。

3.4土壤改良研究表明，土壤耕作層經(jīng)深翻處理后，真菌數(shù)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(fā)現(xiàn)土壤酸化現(xiàn)象得到明顯改善，土壤中的轉(zhuǎn)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(jìn)行土壤改良，抑制或殺滅土壤中的病原菌，降低土傳病害發(fā)病率。

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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(nóng)藝師，碩士，從事煙草科研工作。*通訊作者，助理農(nóng)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(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)10-047-03