設(shè)施栽培土壤連作障礙成因分析及其修復(fù)措施

李娟麗, 曹衛(wèi)賢, 賀立虎

(楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100)

設(shè)施栽培是一種在可控環(huán)境下生產(chǎn)蔬菜等的栽培方式，它利用一定的設(shè)施人為控制作物生長需要的光、熱、水、肥等條件來實(shí)現(xiàn)。該技術(shù)緩解了消費(fèi)市場與季節(jié)性蔬菜供應(yīng)和需求的矛盾，滿足了人們的消費(fèi)需求，同時增加了農(nóng)民的收入[1]。設(shè)施栽培土壤也叫保護(hù)地土壤，主要是指大棚溫室、地膜等覆蓋條件下的種植用地內(nèi)土壤。

隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，我國農(nóng)業(yè)發(fā)展已經(jīng)走向設(shè)施栽培和集約化生產(chǎn)的新模式。栽培作物類型也將從單一的蔬菜發(fā)展到花卉、水果和中草藥等多種類型。但是此種生產(chǎn)模式有復(fù)種指數(shù)高、栽培品種單一和相對封閉的特點(diǎn)，這正是土傳病害發(fā)生、蔓延的適宜環(huán)境，長期種植導(dǎo)致連作障礙現(xiàn)象十分嚴(yán)重，導(dǎo)致植物發(fā)育不良，產(chǎn)量和品質(zhì)普遍下降[2]。另外加上土傳病害的隱蔽性，又大多發(fā)生在結(jié)果期，因此造成損失十分巨大。本文探討分析了設(shè)施栽培土壤連作障礙產(chǎn)生的成因及修復(fù)措施，以期為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中設(shè)施栽培提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 連作障礙及其表現(xiàn)

連作是指在一片土地上連續(xù)種植兩季以上的同一作物或相似作物。連作后，即便進(jìn)行正常管理，作物也會出現(xiàn)減產(chǎn)、質(zhì)量下降、生長狀況變差的現(xiàn)象，稱為連作障礙，又稱“重茬病”。而設(shè)施栽培土壤連作障礙通常會導(dǎo)致土壤鹽化、酸化、硬化、有機(jī)質(zhì)含量下降、養(yǎng)分失衡、多種蔬菜病蟲害殘留較多、線蟲病、枯萎病等土傳病害頻發(fā)，且一旦發(fā)生，就難以控制[3]。

2 連作障礙的成因

2.1 土傳病害

土傳病害是來自于土壤中的病蟲害，大概包括了細(xì)菌、致病真菌、線蟲和病毒等病原菌。病原菌主要在土壤中越冬(夏)，能夠在土壤中生活好幾年，例如枯萎病菌作為土壤習(xí)居菌可在土壤中生存5、6年的時間，該類病原菌進(jìn)行傳播主要是靠土壤、有機(jī)肥、灌溉水等方式。在傳染過程中，該類病原菌通常先侵染寄生植物的維管束，通過向上阻礙根部傳送營養(yǎng)物質(zhì)，導(dǎo)致植株在短時間內(nèi)枯萎，造成無法恢復(fù)的病蟲害。

作物是土傳病原微生物的寄主，在傳統(tǒng)的種植模式下，失去了寄主的病原微生物數(shù)量逐漸下降到較低水平，所以即使長期種植，發(fā)生病蟲害的概率也很??；新型種植模式的生長條件好，雖然達(dá)到了作物高產(chǎn)量，但是病原菌的擴(kuò)展速度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)比傳統(tǒng)模式高，即使在某些作物不生長的時候，該病菌的擴(kuò)展速度成負(fù)值，但也難以恢復(fù)到原先的狀態(tài)[4]。在經(jīng)過了寄主作物長時間的生長后，其數(shù)量會越過臨界點(diǎn)，致使作物生病枯萎。

設(shè)施栽培的蔬菜品種單一，如果近親植物連續(xù)重復(fù)地在同一環(huán)境中種植，在這種特殊的環(huán)境下，每種作物都有連作的病蟲雜草，而這些病蟲草會循環(huán)感染新種植的作物。常見的病害包括猝倒病以及立枯病，比如瓜果等的枯萎病，茄果等的青枯病，黃瓜、番茄等的根結(jié)線蟲病等等。這些病害只有猝倒病和立枯病會在幼苗期表現(xiàn)明顯，其余在該時期不會顯現(xiàn)出來的占絕大多數(shù)，被侵染后在體內(nèi)潛伏期較長，通常在作物開花結(jié)果時才表現(xiàn)出來，直至生長后期達(dá)到危害高峰。

2.2 自毒作用

自毒作用是一種生長抑制現(xiàn)象，主要發(fā)生在作物種內(nèi)。連作環(huán)境下土壤中最易積累自毒物質(zhì)，自毒物質(zhì)主要包括植物或微生物分解根系或者植株殘茬等產(chǎn)生的一部分化學(xué)物質(zhì)。自毒物質(zhì)對同種植物會產(chǎn)生不利影響，它可以損壞細(xì)胞壁、改變細(xì)胞的結(jié)構(gòu)以及抑制細(xì)胞分裂，從而使作物體內(nèi)生長素、脫落酸等的含量，酶的功能以及活性，運(yùn)輸氨基酸和合成蛋白質(zhì)等受到影響[5]。

2.3 養(yǎng)分不均

設(shè)施栽培的蔬菜品種局限于1種或少數(shù)幾種，總是對土壤中特定的營養(yǎng)元素吸收較多，經(jīng)過連作后必然造成土壤中的必需養(yǎng)分多寡不均[1]。此外，種植戶會比較關(guān)心氮、鉀等大量元素的含量，卻對有機(jī)肥和微量元素的使用缺少關(guān)注，造成無法及時補(bǔ)充土壤中需要的養(yǎng)分，從而導(dǎo)致作物營養(yǎng)失調(diào)甚至發(fā)生病害。

2.4 土壤退化

在蔬菜、瓜果的大棚種植中，因?yàn)槭┓蔬^度以及地面覆蓋的緣故，無法通過雨水沖刷調(diào)整土壤中可溶性鹽的分布情況，加上棚內(nèi)溫度較高，使得土壤水分向上運(yùn)行，把下層無機(jī)鹽帶至地表形成鹽霜，造成次生鹽漬化。由于可溶性鹽分濃度增大，提高了土壤溶液的滲透壓，降低了根系吸收水肥的能力，影響了正常生長，這種現(xiàn)象一般與大棚種植時間長短成正比。

大量施用酸性或生理酸性肥料及未完全腐熟的有機(jī)肥，會引起土壤理化性狀惡化、酸化、板結(jié)、 好氣性微生物活動受到抑制、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化緩慢、作物生長不良、抗病蟲能力下降、感染土傳病蟲害的機(jī)率增加[6]。

2.5 人為原因

大部分土地短期租用者會選擇種植瓜果蔬菜，而他們通常只會一種或幾種有限的種植作物的技術(shù)，所以這些種植者為了最大的經(jīng)濟(jì)效益，只種植一種作物是最優(yōu)的選擇。然而在租用期后，土壤病原微生物數(shù)量通常會比發(fā)病的臨界值高得多，加之不注意土壤修復(fù)，病株殘體和土壤中的有害病菌積聚甚多，結(jié)果不適宜繼續(xù)種植該種作物。

3 連作障礙的防治措施

針對以上原因?qū)е碌耐羵鞑『Γ乐紊弦浴邦A(yù)防為主、綜合治理”為方針，充分利用大棚設(shè)施栽培的光、熱、水資源，優(yōu)化栽培條件，營造不利于土傳病菌生存和侵染的環(huán)境。并結(jié)合安全有效的化學(xué)防治措施，抑制和減輕土傳病害的發(fā)生和危害，主要從以下7個方面采取措施。

3.1 農(nóng)技措施

選用抗病品種，我國已培育出多個抗土傳病害、抗根結(jié)線蟲的蔬菜品種，如抗根結(jié)線蟲的番茄“金棚M6”等[7]。根據(jù)長時間的研究觀察，要減輕下茬作物的病害，可以通過種植抗病品種來實(shí)現(xiàn)。通過采用含Mi基因的品種作接穗來培育抗根結(jié)線蟲的品種，然后用這種抗病品種培育健壯無病種苗。

要達(dá)到增強(qiáng)作物抗病能力的目的，需要在作物前期收獲后，將土壤深翻大概25 cm，暴曬3～5 d，通氣氧化、高溫殺菌來改善土壤環(huán)境。

實(shí)行大棚蔬菜起垅定植，覆膜蓋垅，既便于膜下溝里澆水，減少水分蒸發(fā)，降低棚內(nèi)空氣濕度，也可防止土傳病菌傳播蔓延。另外，前茬作物騰茬后，要及時清潔田園，將病殘體、病果全部帶出棚外焚毀或深埋，以減少病害基數(shù)。

3.2 合理施肥[8]

堅持以有機(jī)肥與化肥相配合的施肥原則，在增施有機(jī)肥料的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格控制化肥施用量。推廣測土配方施肥技術(shù)，根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)量以及蔬菜對氮、磷、鉀養(yǎng)分需求的適宜比例，精準(zhǔn)施肥，不僅能平衡土壤營養(yǎng)狀況，促進(jìn)蔬菜作物生育健壯，還可增強(qiáng)其抗病能力，減少施藥次數(shù)和用量，增產(chǎn)提質(zhì)。

3.3 科學(xué)灌溉

科學(xué)灌溉的基本原理是利用灌溉水將表土中的鹽分淋洗至土壤深層，以減輕土壤次生鹽漬化。具體方法是：在大棚周圍及棚內(nèi)建立排灌系統(tǒng)，利用蔬菜收獲后的換茬時間，灌水浸泡20 d左右，通過淋洗以減輕土壤表層的鹽分含量；在夏季倒棚換茬期間要灌水悶棚，于棚內(nèi)氣溫50 ℃左右進(jìn)行，時間約10 d，這種方式有效減少土壤中病原菌的數(shù)量[9]。

3.4 輪作換茬

輪作是在同一塊地上有序輪換種植不同作物或復(fù)種組合的栽培方式[10]。輪作有利于均衡利用土壤養(yǎng)分，使生物多樣性增加并讓因連作帶來的病蟲草害得到有效控制。利用滅菌素可以降低后茬作物的病害率，而這種滅菌素可由前茬作物的根部分泌出來。例如前茬作物為甜菜、胡蘿卜、洋蔥、大蒜，后茬作物若種植馬鈴薯，其很少會發(fā)生病蟲害。輪作倒茬后能使一些寄主植物種類單一、寄生性強(qiáng)、以及遷移能力差的病蟲大量死亡。除此之外，輪作倒茬還能通過促進(jìn)具有頡抗作用微生物的活動來抑制病原菌的滋生蔓延。

目前，常見作物的輪作旱地多以禾谷類作物與豆類作物相輪換，水田采用稻麥輪作，蔬菜作物最好與禾本科作物輪作。各種蔬菜之間的輪作搭配主要為4種：深根與淺根的輪種，需肥多與需肥少的輪種，茄科、葫蘆科作物和十字花科或豆科作物的輪種，十字花科作物與百合科的輪種。比如番茄和白菜，番茄生長周期較長根系分布較深，大白菜生長期短根系分布淺；再比如西蘭花與四季豆[11]。

3.5 嫁接栽培

嫁接栽培是將一種植物的枝或芽接到另一種植物的莖或根上，通過生物培育使其長成一個完整的植株。這種繁殖方式可以通過改變植物根系的吸收特性來調(diào)節(jié)植株內(nèi)激素含量從而增強(qiáng)該植物的抗病能力[12]。

3.6 土壤滅菌

3.6.1 物理滅菌 物理滅菌法系指采用物理因素如高溫、輻射等達(dá)到殺滅病菌的方法。比如加熱可破壞微生物的酶、蛋白質(zhì)和核酸，導(dǎo)致其死亡。

(1)蒸汽消毒。蒸汽消毒具有高效、清潔、無毒、無殘留的特點(diǎn)，這種消毒方式可以殺滅病菌蟲卵和蠐螬等地下害蟲，提高土壤的通透性，并且在消毒處理后短時間就可播種，還具有消毒無土基質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。一般消毒前要將土壤翻耕疏松，通入蒸汽，用帆布或耐高溫的塑料薄膜覆蓋，四周密閉。土壤消毒時土溫應(yīng)達(dá)70 ℃以上并保持30 min。

(2)太陽能消毒。在夏秋季大棚閑置時期，覆蓋塑料棚膜密閉大棚5～7 d[13]，使棚內(nèi)氣溫達(dá)60～70 ℃，可有效地殺滅棚內(nèi)及土壤表層的病菌和病蟲。

(3)高溫堆肥滅菌。有機(jī)肥多帶有病菌和蟲害，在施用前1～2個月可將其拌濕堆積，上蓋塑膜，使其充分發(fā)酵腐熟，當(dāng)堆內(nèi)溫度升高達(dá)60～70 ℃時，能有效地殺滅病蟲害，腐熟后的肥料施入棚內(nèi)不會發(fā)生蔬菜燒根和有毒氣體危害等不良影響。

3.6.2 化學(xué)滅菌 使用化學(xué)農(nóng)藥熏蒸土壤，可直接殺滅土傳病原微生物，滅菌效果因農(nóng)藥種類不同而異。由于作物收獲后，根結(jié)線蟲大多處于表土層，此時進(jìn)行化學(xué)消毒可以取得更好的效果?；瘜W(xué)消毒的化學(xué)藥品有以下幾種：

(1)98%棉隆顆粒劑。該藥是一種低毒熏蒸劑，可以消滅土傳真菌、細(xì)菌以及線蟲。但是由于棉隆對植株根部也具有傷害性，該種藥品需要在移栽或播種前大概15 d左右使用。每畝用藥量為6.6～8 kg，使用時先按劑量與細(xì)土拌勻，再均勻撒施到土壤表面，然后在土壤表面灑水，蓋上塑料薄膜，盡可能使地溫達(dá)到12～18 ℃，播種前務(wù)必進(jìn)行揭膜、松土、換氣。

(2)硫酰氟。硫酰氟在常溫常壓下為無色無臭氣體，具有擴(kuò)散性強(qiáng)、殺蟲速度快、散氣時間短、廣譜殺蟲、毒性較低、用藥省、殘留少、對發(fā)芽率沒有影響等特點(diǎn)。每畝按17～33 kg的劑量調(diào)均，然后將其通過分布帶施入土壤中。由于其蒸汽壓高，穿透性強(qiáng)，可殺死深層土壤中的線蟲。

(3)威百畝。威百畝是通過在土壤中生成異硫氰酸甲酯，然后通過熏蒸達(dá)到殺蟲、殺菌、殺線蟲和除草的目的。使用時先整好地，再蓋好塑料薄膜，然后根據(jù)土壤濕度，每平方米用水量為20～40 L，用藥量為17.5～35 g進(jìn)行灌溉施肥。夏季一般蓋膜4～6周，在播種或移栽前1周揭膜敞氣。

(4)多菌靈。多菌靈的作用是消滅多種真菌病害, 特別是子囊菌和半知菌。使用時利用1.50 % 的多菌靈可濕性粉劑，每平方米拌藥1.5 g，用此方法可防治根腐病、莖腐病、葉枯病、灰斑病等；也可以按1∶20 的比例配制成毒土撒在苗床上，用此方法可防治苗期病害。

(5)五氯硝基苯。五氯硝基苯為有機(jī)氮保護(hù)性殺菌劑，其殺菌機(jī)制是影響菌絲細(xì)胞的有絲分裂。使用時以每平方米苗圃地計算利用75 % 五氯硝基苯4 g、代森鋅5 g混合后與12 kg細(xì)土拌勻，播種后下墊上蓋。此方法對炭疽病、立枯病、猝倒病、菌核病等作物病蟲防害有特效。

(6)福爾馬林。福爾馬林即為成分為35%～40%的甲醛水溶液，其殺菌機(jī)理是組成病菌的蛋白質(zhì)與甲醛發(fā)生反應(yīng)而變性。使用時以每平方米苗圃地計算利用50 mL福爾馬林、10 kg水混勻，均勻噴灑在地表，再用草袋或塑料薄膜覆蓋，悶10 d后揭掉覆蓋物，散發(fā)氣體，兩天后播種作物。此方法對立枯病、褐斑病、角斑病、炭疽病的防治作用有特效。

(7)過氧乙酸。過氧乙酸屬強(qiáng)氧化劑，是替代農(nóng)藥熏蒸土壤滅菌的新方法。主要靠其遇到有機(jī)物時能分解釋放氧而起強(qiáng)氧化作用，1 g過氧乙酸的殺毒作用相當(dāng)于10 g來蘇爾、17 g石碳酸、28 g酒精。利用過氧化酸滅菌既可以殺滅真菌、細(xì)菌、病毒和線蟲及芽孢，使雜草生長狀況得到抑制，又能提供滿足作物根系呼吸的活性態(tài)氧氣，價格便宜?？偠灾?，過氧乙酸是一種高效、速效、低毒、廣譜殺菌劑。通常利用濃度為0.2%過氧化酸溶液接觸10 min即可達(dá)到滅菌目的。

3.7 生物修復(fù)

接種拮抗微生物(抑制或消滅病原菌)或者使用抗生物質(zhì)(提取自拮抗微生物)來預(yù)防作物土傳病害，是當(dāng)前技術(shù)上研究最為深入，最有發(fā)展前景的生物修復(fù)技術(shù)。這種技術(shù)殺滅病原菌的主要方法是利用有益微生物與病原菌之間對營養(yǎng)和空間的競爭來預(yù)防病蟲害的發(fā)生[4,14]。復(fù)合微生物制劑是一種有益菌群，主要包括光合菌、酵母菌、乳酸菌、芽孢桿菌等，它們不僅在殺菌、防蟲、促長、抗旱方面有重要作用，還能固氮、增加根系量、解磷、增加光合作用、活鉀、提高葉片透氣性，改善了土壤生態(tài)環(huán)境，提高了植物的抗病力和抗逆能力,減少了病蟲害,可不用或少用化肥、農(nóng)藥和抗生素類藥物，是生產(chǎn)綠色食品的第一選擇[15]。