煙草種植連作障礙產(chǎn)生的原因及防治對策

李世金 朱啟法 裴洲洋 陳必華 莊舜堯

摘要 煙草種植的連作障礙是煙草生產(chǎn)的難題之一，并嚴(yán)重影響到烤煙產(chǎn)量與質(zhì)量的進(jìn)一步提高。煙草作為我國重要的經(jīng)濟(jì)作物，因連作障礙造成的損失比重有逐年增加的趨勢，解決煙草連作障礙是煙草生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。本文概述了煙草連作障礙在煙草生產(chǎn)中的表現(xiàn)，分析了連作障礙產(chǎn)生的主要原因，介紹了當(dāng)前煙草連作障礙治理的技術(shù)和方法，并對煙草連作障礙的研究及技術(shù)發(fā)展提出展望，以期為更好了解和解決煙草連作障礙提供科學(xué)的理論和依據(jù)。

關(guān)鍵詞 煙草；連作障礙；表現(xiàn)；原因；防治對策；展望

中圖分類號 S572 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）04-0054-03

Abstract Tobacco successive cropping obstacle is one of the problems in tobacco sustainable production and development. It exerts a great influence on yield and quality of flue-cured tobacco. Tobacco is one of the most important cash crops in China. Economic loss induced by the successive cropping obstacle has an increase trend year by year，accordingly，it is important to deal with tobacco successive cropping obstacle. In this paper，the performance and reasons of tobacco successive cropping obstacle were described，the governance technology and methods of tobacco successive cropping obstacle were introduced，in order to provide scientific theory and basis for understanding and solving tobacco successive cropping obstacle.

Key words tobacco；successive cropping obstacle；performance；reason；control countermeasure；expectation

連作障礙主要是指在正常的農(nóng)業(yè)管理措施下，連續(xù)多茬在同一塊土壤中種植相同作物或同科作物而造成作物各種病蟲害頻繁發(fā)生、生育狀況差、品質(zhì)變劣、產(chǎn)量降低的現(xiàn)象。在歐美國家，把這一現(xiàn)象稱為再植病害（replant disease）或再植問題（replant problem），我國常稱為“重茬問題”[1]。隨著人口的增加，受栽培生產(chǎn)條件、經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動、耕地有限等因素的影響，連作和復(fù)種連作的面積日趨加大，加重了連作障礙。發(fā)生連作障礙的作物以茄科作物（辣椒、西紅柿、煙草等）為主，瓜類、豆類、以根部入藥的藥用植物等表現(xiàn)也很突出。連作障礙是一個復(fù)雜又難以解決的歷史性問題，長期以來一直是國內(nèi)外農(nóng)業(yè)發(fā)展中亟需克服的重點(diǎn)與難點(diǎn)[2]。煙草作為我國重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，每年全國在煙草方面的稅收占到全國財(cái)政收入的10%左右，在我國國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。由于目前我國人多地少，加上糧煙土地的競爭等狀況，連作成了我國煙草生產(chǎn)的障礙。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年烤煙的連作面積占到烤煙總種植面積的30%～60%[3]。因此，研究煙草連作障礙產(chǎn)生的原因，探尋連作障礙的治理措施對我國煙草生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

1 煙草連作障礙的表現(xiàn)

1.1 對煙草生長狀況和農(nóng)藝性狀的影響

連作生產(chǎn)對煙草的影響首先表現(xiàn)在對煙草田間長勢和農(nóng)藝性狀的影響方面。晉 艷等[4]研究表明，煙草長期連作會導(dǎo)致煙株的株高、莖圍、節(jié)距、葉面積系數(shù)、產(chǎn)值、產(chǎn)量等較輪作均有不同程度的下降。張長華等[5]研究也表明，隨著煙草連作年限的增加，煙莖、煙根和煙葉重量都呈明顯降低趨勢，可見連作不利于煙草的生長發(fā)育。

1.2 對煙草經(jīng)濟(jì)性狀與內(nèi)在化學(xué)品質(zhì)的影響

通常，煙草連作對烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的影響要滯后于對田間長勢的影響。趙 凱等[6]通過研究連作年限對煙草產(chǎn)質(zhì)量的影響發(fā)現(xiàn)，連作1年對煙葉上中等煙比例和內(nèi)在品質(zhì)不會產(chǎn)生很大的影響，但連作3年以上，會顯著降低上中等煙比例和烤煙內(nèi)在品質(zhì)，施木克值（水溶性總糖/蛋白質(zhì)）、糖堿比、氮堿比、鉀氯比均呈現(xiàn)出減少的趨勢，各種主要化學(xué)成分同時趨于非協(xié)調(diào)性，與晉 艷等[7]的研究結(jié)論基本一致。Yu等[8]研究發(fā)現(xiàn)，隨著重茬年限的增加，煙草的產(chǎn)量、質(zhì)量與各種主要化學(xué)品質(zhì)指標(biāo)均呈現(xiàn)下降的趨勢，如煙葉中的總糖、還原糖及鉀素含量都有不同程度的下降，從而導(dǎo)致煙葉的香氣量減少，香氣質(zhì)變差?？梢姡B作不利于烤煙品質(zhì)的保障。

1.3 對煙草抗病蟲害的影響

長期的煙草連作會加劇各種病蟲害的發(fā)生，同時降低煙草的抗病蟲害能力，從而為煙草的很多病原物提供了生長環(huán)境與空間。研究發(fā)現(xiàn)，煙草的病蟲害隨連作年限的增加而迅速增加，但是間隔種植可以降低病蟲害的發(fā)病率[9]。如煙草黑脛病在連作田間的發(fā)病率最高可達(dá)99%，而在間隔種植的田間發(fā)病率均有不同程度的下降，3年兩作的發(fā)病率較4年兩作、5年兩作的發(fā)病率分別要高5、8倍[9]。由此可見，煙草黑脛病發(fā)病率不僅與連作年限有關(guān)，同時也與連作間隔時間相關(guān)[10]。其他煙草害蟲如地老虎、金針蟲、線蟲等，也與煙草連作有著顯著的相關(guān)性，連作年限越長，蟲害越嚴(yán)重。蟲害的增加阻礙了煙苗生長與煙株發(fā)育，破壞了煙葉根系的土壤環(huán)境，導(dǎo)致煙株發(fā)育不良甚至死亡。

2 煙草連作障礙的原因

2.1 土壤微生物區(qū)系及土壤微域環(huán)境的變化

土壤中的微生物主要由真菌、細(xì)菌、放線菌、藻類等活的有機(jī)體構(gòu)成，并且隨著土層深度及成土環(huán)境的變化，土壤中微生物的種類和數(shù)量也有著顯著的差異。土壤微生物通過礦化、硝化、氨化及氧化等理化反應(yīng)，進(jìn)一步加速土壤中有機(jī)物質(zhì)的分解和養(yǎng)分的遷移。細(xì)菌、真菌和放線菌作為三大主要土壤微生物體，能夠表征土壤肥力及活性的微弱變化。研究發(fā)現(xiàn)，隨著連作年限的增加，土壤中細(xì)菌數(shù)量減少而真菌和放線菌的數(shù)量增加[11]。盤莫誼等[12]研究表明，土壤細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量均隨連作年限的增加而表現(xiàn)出上升的趨勢，但土壤中的微生物總量卻呈下降趨勢；土壤微生物與煙草連作有著不同的響應(yīng)機(jī)制，煙草連作對微生物種類影響的程度由高到低為細(xì)菌>真菌>放線菌。陳冬梅等[13]報(bào)道，白肋煙連作會導(dǎo)致煙根部位土壤微生物群落的失衡，使土壤微域環(huán)境惡化。郭 利等[14]表明，連作年限對煙田土壤微生物數(shù)量有著明顯的時間劃分，例如連作年限以10年為節(jié)點(diǎn)，少于10年的，土壤中的細(xì)菌數(shù)量隨年限增加而增加；多于10年的，則呈相反的趨勢；而超過15年的，真菌與放線菌數(shù)量均隨著連作年限的增加而增加。胡汝曉等[15]研究也表明，煙草連作少于5年時，土壤中微生物種類及活性差異不明顯；而超過10年時，土壤微生物的活性明顯降低。薛小平等[16]認(rèn)為，連作明顯阻礙了煙苗的發(fā)育及煙株的生長。由此可見，煙草連作對土壤微生物的種類、數(shù)量及土壤微域環(huán)境的影響機(jī)制與連作年限及間隔顯著相關(guān)，同時可能也與耕作及施肥方式等有間接關(guān)系[17]。

2.2 根系的化感與自毒作用

作物根系的分泌物是作物生長過程中根部不同部位向土壤中釋放的一類物質(zhì)的總稱[18]。這一類物質(zhì)包括各種細(xì)胞及組織的脫落物、根部黏液物及分泌的有機(jī)酸易溶物，甚至包括土壤酶類等其他物質(zhì)。作物根系分泌物能夠促進(jìn)土壤養(yǎng)分的遷移及轉(zhuǎn)化，降低有關(guān)重金屬等物質(zhì)對作物本身的毒害，影響作物之間的化感作用[19]。這些根系分泌物積累到一定量時就會對作物生長產(chǎn)生抑制作用，其中以低分子量的酚酸類分泌物影響最為顯著[8]。于會泳等[20]研究結(jié)果表明，對烤煙根系起化感作用的物質(zhì)具有累積性，尤其隨著連作年限的延長，土壤中的化感物質(zhì)隨之增加且不易轉(zhuǎn)化，其中對煙草化感作用最強(qiáng)的物質(zhì)為苯甲酸，而化感作用較弱的為羥基丁酸，但也不能排除其間接影響作用。郭亞利等[20]指出，烤煙幼苗的生長發(fā)育會受到根系分泌物明顯的抑制作用，同時降低了幼苗根系對NO3-和K+的吸收速率，從而降低了幼苗的微生物量。張克勤等[20]研究發(fā)現(xiàn)，連作田間土壤較易累積阿魏酸及肉桂酸，而阿魏酸屬于具有明顯生物毒性的酚酸類，同時阿魏酸的分泌速率均高于其他生物毒性的酚酸類，表明阿魏酸屬于烤煙連作的主要生物毒素。根系分泌物的化感與自毒作用會隨著根系分泌物數(shù)量的增加而呈上升的趨勢，而化感與自毒作用會在土壤中不斷累積影響當(dāng)期甚至下茬作物的生長。酚酸類分泌物會抑制土壤硝化過程和氮素形態(tài)的轉(zhuǎn)化，破壞細(xì)胞的完整性，抑制過氧化氫酶與過氧化物酶的活性，抑制作物根系對土壤養(yǎng)分的吸收，減少作物光合產(chǎn)物與葉綠素含量[21]。

2.3 連作造成土壤養(yǎng)分含量的失調(diào)和土壤酶活性的變化

作物常常是選擇性地吸收土壤中的養(yǎng)分；另一方面，隨著不同作物的根系在深度上分布的深淺不一，長期的連作還會導(dǎo)致作物長期吸收固定土層中的養(yǎng)分，造成在同一土層中某些養(yǎng)分的缺乏，從而引發(fā)作物的營養(yǎng)不良、生長遲緩甚至停止生長或死亡。何俊瑜等[22]通過研究不同連作年限的烤煙根際與非根際土壤養(yǎng)分發(fā)現(xiàn)，在烤煙整個生育期，烤煙根際、非根際土壤pH值及非根際土壤有機(jī)質(zhì)均呈先降低后增加的趨勢，而根際土壤有機(jī)質(zhì)含量則呈現(xiàn)出遞增趨勢；根際與非根際土壤全鉀、速效鉀、全氮、堿解氮含量總體上均不同程度地呈現(xiàn)出先降低后增加而后再降低的變化趨勢；根際土壤全磷含量呈先升后降的趨勢，非根際土壤全磷含量呈緩慢下降趨勢；根際土壤全鉀含量、速效鉀、速效磷及非根際土壤速效磷含量則呈現(xiàn)先增加后降低趨勢。隨著烤煙連作年限的增加，烤煙根際和非根際土壤pH值均呈下降趨勢，其中根際土壤pH值低于非根際土壤；根際與非根際的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀及速效氮、速效磷、速效鉀含量均呈現(xiàn)出增加的趨勢，而根際土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀及有效態(tài)氮、有效態(tài)磷、有效態(tài)鉀含量均高于非根際土壤?？緹煾H和非根際土壤有效態(tài)氮、有效態(tài)磷、有效態(tài)鉀比例隨連作年限的增減及生育期進(jìn)程的推進(jìn)而呈上升趨勢，主要的影響表現(xiàn)在烤煙連作導(dǎo)致根際、非根際土壤中有效態(tài)氮、有效態(tài)磷、有效態(tài)鉀比例的失調(diào)，其中速效氮、速效磷變化較小且穩(wěn)定性較好，而根際土壤速效鉀含量則出現(xiàn)顯著下降。劉 方等[22]研究發(fā)現(xiàn)，正常施肥條件下的土壤速效養(yǎng)分累積以磷離子、硫離子最多，而鈣離子、鎂離子易流失。然而植煙土壤中元素富集與缺失易導(dǎo)致養(yǎng)分的失衡，從而抑制了煙株的正常生長發(fā)育[23]。王連君等[24]研究也發(fā)現(xiàn)，土壤中的硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和有效磷含量均隨烤煙種植年限的增加而呈現(xiàn)出不同程度的累積，而速效鉀含量則表現(xiàn)出相反的趨勢。何 琳等[25]指出，連作障礙與土壤耕層有著顯著相關(guān)，在0～20 cm土層，土壤中有機(jī)質(zhì)、氮、鉀含量均隨連作年限增加而呈現(xiàn)出不同程度的累積；在20～40 cm土層，土壤中氮、磷、鉀含量均隨連作年限增加而呈現(xiàn)出呈現(xiàn)不同程度的虧缺；同時，硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、有效磷和速效鉀含量在0～20、20～40 cm土層中的分布出現(xiàn)了失衡。土壤微量元素的活性與豐度也隨著連作年限的增加而出現(xiàn)不同程度的變化。土壤中微量元素的活性主要與pH值有關(guān)，土壤中的Fe和Zn的有效性在酸性土壤中較強(qiáng)，而Mo的活性在中性、堿性土壤中較高，這一系列的變化都會造成作物根系對微量元素的吸收變化[26]。

土壤酶作為土壤肥力的重要指標(biāo)，是促進(jìn)有機(jī)質(zhì)與礦物質(zhì)礦化的主要動力，同時能夠促進(jìn)土壤的養(yǎng)分遷移與循環(huán)[27]。婁翼來等[28]發(fā)現(xiàn)，連作煙田的主要障礙因子是土壤酶活性下降。張 翼等[29]研究表明，隨著煙田連作年限的增加，土壤中一些重要的土壤酶活性均呈降低趨勢，其中包括酸性磷酸酶、蔗糖酶及脲酶等。于 寧等[30]研究發(fā)現(xiàn)，連作煙田土壤中的過氧化氫酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶、中性磷酸酶活性均有不同程度的下降。賈新民[31]研究結(jié)果表明，土壤中多糖含量降低，也會影響酶活性。此外，土壤酶的活性受根系分泌物和根際微生物活動的影響也很明顯。另一方面，由于pH值的變化、土壤的酸化或鹽漬化，作物對肥料吸收的選擇性甚至微生物數(shù)量和豐度的變化，都會直接或間接地造成土壤中酶活性的變化[32]。

3 煙草連作障礙的防治對策

3.1 實(shí)行合理的耕作制度

合理地實(shí)行輪作制度能夠有效防止連作障礙的發(fā)生。輪作能夠改良土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力和改善土壤微域環(huán)境[33]。通過特殊方式的輪作，能夠明顯降低土壤中的病原菌數(shù)量。董 艷等[34]研究結(jié)果表明，輪作能夠顯著增加土壤中細(xì)菌及放線菌數(shù)量、調(diào)節(jié)微生物總量、控制細(xì)菌與真菌的比值，從而有利于解決連作障礙的發(fā)生。有些研究則認(rèn)為，可以采用間作與套作的方式來解決連作障礙的問題[35]，不僅可以提高土壤養(yǎng)分與增加微生物豐度、活性，而且對防治病蟲害也有顯著的效果[36]。通過輪作和田間套作，使一些土傳病害失去滋生的空間，能夠?yàn)闊煵萆L提供良好的微域生態(tài)環(huán)境。徐國祥等[37]研究表明，通過煙稻復(fù)種能夠進(jìn)一步均衡土壤中的各種養(yǎng)分，從而克服連作障礙，實(shí)現(xiàn)煙草—糧食的增產(chǎn)增收。

3.2 選育和栽種抗病品種

選育和種植抗連作病害的品種也可以克服連作障礙。培育一些抗自毒作用的品種是一種防止連作障礙發(fā)生的新途徑；同時，研究連作土壤較易發(fā)生的病蟲害，針對性地選育與栽種抗連作病害的品種，從而增加作物的產(chǎn)量，提高作物的品質(zhì)。當(dāng)前，利用品種間的差異性化感作用來解決連作障礙已經(jīng)成為一種行之有效的途徑。

3.3 培肥及改良土壤

通過合理施肥及改良土壤能夠減輕連作障礙。由于長期施用化肥易導(dǎo)致土壤發(fā)生酸化、板結(jié)、鹽漬化等退化問題。在合理施用化肥的前提下增加有機(jī)肥的用量，不僅可以提高土壤養(yǎng)分含量，還可以改良土壤結(jié)構(gòu)。由此可見，合理地搭配氮、磷、鉀及各種微量元素，實(shí)施有機(jī)+無機(jī)的配施模式，是培肥與改良土壤及提高土壤肥力、地力的重要手段。

3.4 物理、化學(xué)及生物防治措施

目前，物理與化學(xué)防治技術(shù)是一種簡單而直接的針對性防治技術(shù)。通過徹底拔除煙田病株，周期性使用石灰消毒煙田，可以防止一些土傳病害及惡性病蟲害的發(fā)生；清理帶病煙葉及對田間常見性害蟲進(jìn)行誘殺或捕捉，可以有效地減輕病蟲害的發(fā)生程度。針對煙草大田生育期進(jìn)行的大規(guī)模及常見性病蟲害可以噴灑化學(xué)試劑，在一定程度上減少病蟲害的發(fā)生和危害程度。

生物防治技術(shù)一種新興的防治農(nóng)作物病蟲害的措施。如通過接種一些有益微生物，可以分解根系的分泌物質(zhì)，減輕作物的化感自毒作用，可以提高作物產(chǎn)量，增加土壤中微生物的豐度與活性。有益的微生物能夠與特定的病原菌對養(yǎng)分和空間進(jìn)行針對性競爭，以及分解一些土傳病原菌等途徑來減少病原菌的數(shù)量，從而減輕連作障礙的發(fā)生[38]。

4 展望

連作障礙是制約烤煙產(chǎn)量和質(zhì)量提升的關(guān)鍵因素之一。連作障礙的發(fā)生與土壤的理化性狀、土壤酶活性、根系分泌物、土壤微生物的變化有著緊密聯(lián)系。然而，當(dāng)前對煙草連作障礙的研究主要是集中在土壤養(yǎng)分狀況與病蟲害等方面，然而根系分泌物、土壤微生物及土壤酶活性對連作障礙發(fā)生的影響有著不可忽視的作用，同時對連作障礙的機(jī)理研究還有待深入。加強(qiáng)對根系分泌物的種類、數(shù)量等的認(rèn)識，研究煙草根系分泌物質(zhì)與相關(guān)土壤養(yǎng)分狀況、土壤酶活性及土壤微生物之間的作用機(jī)制，從而為煙草生長提供良好的土壤環(huán)境。從治理措施上看，一方面，存在合理施肥、耕作和病蟲害防治等傳統(tǒng)的防治方法；另一方面，有開發(fā)出的微生物調(diào)控肥料、生物農(nóng)藥及土壤健康調(diào)理新技術(shù)，2種類型的防治措施均各有優(yōu)缺點(diǎn)，仍需要進(jìn)一步深化與集成更加高效的治理技術(shù)。因此，通過深入研究明確煙草連作障礙的產(chǎn)生機(jī)理，研發(fā)出連作障礙的各項(xiàng)農(nóng)藝、化學(xué)和生態(tài)調(diào)控措施，加快土壤綜合治理技術(shù)的配套集成與推廣力度，可能是解決煙草連作障礙的最佳途徑。

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