蘋果重茬障礙研究進(jìn)展

杜學(xué)梅，高敬東，王 騫，蔡華成，李春燕，王淑婷，楊廷楨

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹研究所/果樹種質(zhì)創(chuàng)制和利用山西省重點(diǎn)實驗室，山西太谷，030815)

重茬也叫連作，是指在一塊田地連續(xù)栽種同一種作物。連續(xù)在同一塊地栽種同一種作物會導(dǎo)致土壤營養(yǎng)不平衡、病蟲害嚴(yán)重，阻礙植物的生長發(fā)育，形成重茬障礙。蘋果的重茬障礙常表現(xiàn)為新栽幼樹根系發(fā)育不好，分生能力差甚至腐爛；地上部生長緩慢，植株矮小，病蟲害嚴(yán)重，甚至不能成活，成齡后果實品質(zhì)下降，給果農(nóng)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

我國為世界上最大的蘋果生產(chǎn)國，產(chǎn)量和面積均占世界50%以上，其中約78%的蘋果種植在陜西、山東、山西、河南、甘肅五省，蘋果產(chǎn)業(yè)已成為產(chǎn)區(qū)農(nóng)民脫貧致富的陽光產(chǎn)業(yè)。目前這些傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)的果園大部分進(jìn)入衰老期，然而優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)土地資源緊張，輪作倒茬困難，老果園更新面臨重茬。因此蘋果重茬障礙成為制約蘋果產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的重要因素。尋求克服或減輕重茬障礙的方法是目前蘋果產(chǎn)業(yè)亟待解決的關(guān)鍵問題。本文綜述了近年有關(guān)蘋果重茬障礙研究方面的進(jìn)展，以期為蘋果重茬障礙的防控提供參考。

1 重茬土壤狀況研究

蘋果的生命周期長達(dá)數(shù)十年，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量也有十?dāng)?shù)年，長期生長在同一位置勢必會造成土壤狀況發(fā)生改變。

重茬改變了土壤微生物量和種群的分布，表現(xiàn)為隨著前茬蘋果樹齡的增大，根際土壤中真菌的種類和數(shù)量增加，細(xì)菌的種類和數(shù)量顯著減少[1]。高華等[2]研究表明，紅富士蘋果園重茬土壤真菌含量明顯增高(對照麥田土壤)，且隨栽培年限的延長增長明顯，而細(xì)菌和放線菌含量出現(xiàn)虧缺。張志敏等[3]研究表明，重茬蘋果園的真菌數(shù)量明顯高于大田，鐮刀菌所占比例最大，根區(qū)40～60 cm土層內(nèi)數(shù)量最多，認(rèn)為鐮刀菌可能是渭北旱地蘋果園根區(qū)土壤中重要的真菌類型。孫海濤[4]、徐文鳳等[5]研究表明，重茬果園土壤真菌群落結(jié)構(gòu)遭到破壞，多樣性和均勻度降低，具有致病作用的真菌類群數(shù)量增多，具有生防作用的真菌群落相對降低，鐮孢屬真菌和輪枝孢菌可能是黃土高原地區(qū)重茬果園的主要致病菌，鐮孢屬真菌是渤海灣地區(qū)重茬果園的主要致病菌。

蘋果園重茬土壤普遍存在危害根系的線蟲。樹盤內(nèi)土壤植食性線蟲的個體密度高于行間，而行間土壤線蟲種類多，多樣性豐富，豐富度指數(shù)高[6]；根際線蟲平行分布以樹干周圍100～150 cm較高，垂直分布以0～20 cm土層較多，且不同品種間存在差異[7]。

重茬土壤累積了大量的根系分泌物。蘋果根系分泌物80%為間苯三酚、根皮素和根皮苷，不同砧木品種根系分泌的酚類物質(zhì)種類和數(shù)量不同，多年生果園根際土壤酚類物質(zhì)含量在根系生長高峰期也出現(xiàn)了高峰，距樹體越遠(yuǎn)，土壤酚含量越低，根際土的酚含量明顯大于非根際土[8]。

重茬土壤酶活性發(fā)生了變化。研究表明，重茬蘋果園(黃綿土)土壤脲酶活性、磷酸酶活性和過氧化氫酶活性均明顯低于麥田土壤，且連作年限長的果園降低幅度大[2]。土壤脲酶活性在根區(qū)不同區(qū)域也存在差異，水平方向在距樹干基部50～100 cm范圍內(nèi)，垂直方向在20～40 cm土層中，脲酶、蔗糖酶、磷酸酶、蛋白酶的活性均較高，并且同土壤鐮刀菌的數(shù)量呈正相關(guān)[3]。

重茬土壤養(yǎng)分虧缺失衡。高華等[2]研究表明，重茬果園水溶性鈣、水溶性鎂和有效鋅、有效錳的含量虧缺，有機(jī)質(zhì)含量和氮、磷、鐵也出現(xiàn)了虧缺。樊紅科[9]研究表明，重茬土壤養(yǎng)分虧缺同根系密切相關(guān)，在離樹近的根系密集分布區(qū)土壤養(yǎng)分虧缺嚴(yán)重；重茬土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效鋅平均含量低于果樹生長所需要的土壤含量，較虧缺。同時根區(qū)土壤N/P、K/P、Ca/P、Ca/Mg、Ca/Zn養(yǎng)分比例失衡，比值較生茬土壤增加1.42～2.94，整個根區(qū)Ca/Zn養(yǎng)分比例嚴(yán)重失調(diào)，推測Zn元素的絕對消耗和Ca/Zn比例失調(diào)是造成渭北高原果樹再植病發(fā)生的主要原因之一。

2 重茬對再植樹的影響研究

2.1 對再植樹生長影響的研究

重茬會抑制再植樹地上部分的生長，且不同品種間存在差異。郭小靜等[10]研究表明，重茬導(dǎo)致新疆野蘋果和富平楸子砧木苗株高顯著降低，而平邑甜茶重茬前后株高差異不顯著。王樹彤等[1]認(rèn)為，隨前茬樹齡的增加，后茬蘋果砧木株高降低幅度增大，幼苗發(fā)病率增高。劉恩太[11]研究表明，與正茬相比，重茬顯著降低了“皇家嘎拉”(“皇家嘎拉”/M26/平邑甜茶)蘋果植株的株高、地徑及當(dāng)年生枝的長度。張春禹[12]比較了重茬脅迫下Re2、G11等20個蘋果矮化自根砧嫁接富士冠軍的生長發(fā)育情況，表明重茬導(dǎo)致各砧穗組合株高不同程度下降，降幅介于0.41%～34.18%之間。王來平等[13]研究表明，重茬脅迫下，平邑甜茶、八棱海棠和M9T337等3種砧木苗的葉鮮質(zhì)量、新梢生長量顯著低于正常土，但莖粗降低無顯著差異，而AM砧木苗的株高、莖粗、平均單葉面積、葉鮮質(zhì)量、新梢生長量較重茬土雖有所降低，但差異均不顯著。

重茬影響再植果樹根系的生長。重茬使蘋果砧木苗的根系總長度成倍增長，根冠比增大，不同品種間差異顯著，同一品種則隨前茬果樹樹齡的增長地下部干物質(zhì)量減少程度增強(qiáng)[1,10]。王來平等[13]的研究也證實了上述觀點(diǎn)，重茬脅迫下蘋果砧木AM、平邑甜茶、八棱海棠、M9T337的根系總長度、表面積、體積、根系平均直徑及根尖數(shù)均顯著增大，其中重茬導(dǎo)致4種砧木的根系生長量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常土中的生長量。分析原因是重茬脅迫導(dǎo)致砧木根系的吸收能力減弱，只能通過增加根系的生長量滿足地上部的營養(yǎng)需求。郭小靜等[10]的研究也表明，重茬不同程度影響了3種蘋果砧木幼苗對Ca2+和K+的吸收能力，根系活力下降，離子吸收減少，導(dǎo)致根系過度生長、冗余生長，從而影響了地上部的生長。

2.2 重茬對再植果樹生理過程的影響

重茬使蘋果砧木幼苗的葉片功能不同程度受到了影響，表現(xiàn)為凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度、蒸騰速率、葉綠素含量不同程度下降[13]，葉綠素含量下降0.09%～19.25%，凈光合速率下降1.12%～9.43%，植株的光合能力受到不同程度影響[12]。重茬影響蘋果砧木光合性能的同時還導(dǎo)致了根系呼吸速率的下降和根系抗氧化酶活性(SOD、POD、CAT)及丙二醛含量(MDA)的升高 ，以及根系多酚氧化酶(PPO)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、幾丁質(zhì)酶和 β-1,3-葡聚糖酶活性增高[14]，表明重茬對砧木根系不同程度造成了傷害。

重茬對蘋果品種生理指標(biāo)和抗氧化酶活性也存在不同程度的影響。倪蔚茹等[15]的研究表明，重茬脅迫不同程度降低了“煙富3”“紅將軍”“富士2001”“宮崎短枝富士”和“首富1號”(基砧均為平邑甜茶)等5個蘋果品種葉片葉綠素含量、葉片凈光合速率、熒光參數(shù)及SOD、POD、CAT酶的活性，重茬對“煙富3”“紅將軍”“首富1號”的影響大于“富士2001”“宮崎短枝富士”，認(rèn)為“富士2001”“宮崎短枝富士”可在一定程度上抵抗重茬障礙的影響，用作蘋果老果園更新的首選品種。

3 減輕重茬障礙措施研究

3.1 抗性砧木品種和蘋果品種的評價篩選

蘋果是由地上部和地下部共同組成的，普遍認(rèn)為減輕蘋果重茬障礙最有效的措施之一是選擇抗重茬的砧木品種和蘋果品種。對蘋果砧木和品種資源進(jìn)行評價鑒定篩選，選育耐重茬、適應(yīng)性強(qiáng)的砧木和品種可以從根本上解決蘋果重茬障礙問題。趙新[16]研究表明，平邑甜茶抗重茬能力較強(qiáng)，楸子、八棱海棠和新疆野蘋果抗性中等，山定子和平頂海棠抗性較弱。同時對各砧木根系分泌物中的酚類物質(zhì)與連作障礙抗性關(guān)系進(jìn)行了研究，認(rèn)為根系分泌物苯甲酸、咖啡酸、水楊酸含量及酚類物質(zhì)總量與化感綜合效益指數(shù)呈極顯著或顯著正相關(guān)。張春禹[12]通過比較20個蘋果矮砧嫁接富士冠軍的生長發(fā)育情況及葉綠素含量、光合指標(biāo)等生理指標(biāo)，并采用隸屬函數(shù)法對其進(jìn)行綜合分析，將G41、Rel:54-118和G11組合歸為耐重茬砧木，較耐重茬砧木為G935、G30、GX和T337，Pajam2、B9、Pajam1和M9為不耐重茬砧木。高付鳳[17]通過分析重茬脅迫下砧木優(yōu)系葉片病情指數(shù)，認(rèn)為E2-23和平邑甜茶高抗，31和2-11中抗，12-2BJ為抗?。恢夭缤量剐詸z測也表明，E2-23、12-2BJ、31和2-11表現(xiàn)出較好的重茬抗性。王來平等[18]通過對4種砧木生長量、葉片光合能力、抗氧化酶活性及根系生長活力的研究，認(rèn)為AM1抗重茬能力最好，平邑甜茶、八棱海棠次之，M9T337最弱。尹承苗等[19]從砧木影響根際土壤微生物量及酶活性角度評價了不同蘋果砧木對重茬障礙的防控性能，表明用平邑甜茶做基砧的土壤真菌數(shù)量少，土壤總酚酸含量低，且相關(guān)土壤酶活性較高，對連作土壤環(huán)境的改變效果最佳，更適合用作防控蘋果重茬障礙的砧木。姜中武等[20]則采用在重茬土上對初選出的八棱海棠實生砧苗進(jìn)行硬枝扦插，篩選既抗重茬又易扦插繁殖的砧木優(yōu)系。倪蔚茹等[15]通過對嫁接在平邑甜茶上的5個蘋果品種的幼苗生長量、葉綠素含量、葉片凈光合速率動態(tài)變化等生理指標(biāo)及葉片抗氧化酶活性進(jìn)行研究，認(rèn)為“煙富3”“紅將軍”“首富1號”蘋果品種受重茬障礙影響較大，“富士2001”“宮崎短富”可在一定程度上抵抗重茬障礙的影響，建議作為老果園更新的首選品種。

另外，趙續(xù)生等[21]利用組織培養(yǎng)同自毒物質(zhì)根皮苷脅迫誘變相結(jié)合，成功篩選出了2株抗根皮苷突變體，為抗重茬品種的選育提供了新思路。倪偉等[22]運(yùn)用蛋白質(zhì)非標(biāo)注定量技術(shù)(label-free)分析了蘋果植株應(yīng)答連作障礙差異蛋白的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)抗重茬能力強(qiáng)的品種植物能量及物質(zhì)代謝、植物防御和抗逆性相關(guān)的蛋白表達(dá)明顯高于抗重茬能力弱的品種，為提高蘋果抗重茬障礙種質(zhì)的改良提供了理論基礎(chǔ)。

3.2 農(nóng)業(yè)防治及生物防治

引起蘋果再植障礙的原因較復(fù)雜，普遍認(rèn)為土壤中的微生物群落結(jié)構(gòu)失衡，有害真菌數(shù)量增加以及根際土壤營養(yǎng)不平衡，理化性質(zhì)惡化和化感物質(zhì)自毒作用是引起蘋果再植障礙的主要原因。因此，對蘋果再植障礙的研究主要針對以上問題開展。

土壤化學(xué)熏蒸可以有效殺死土壤中有害真菌，有效減輕土壤再植障礙。但由于化學(xué)熏蒸劑毒性大污染環(huán)境且處理土壤所需設(shè)備昂貴，大田應(yīng)用成本較高，將會逐漸被其他措施所取代。

3.2.1 農(nóng)業(yè)防治 合理輪作間作、混作以及客土等栽培措施均可改良土壤，從而有效防控蘋果再植障礙。郭小靜[23]研究表明，在重茬栽培的平邑甜茶和珠美海棠植株兩側(cè)間作小蔥可有效緩解重茬脅迫對砧木根系的傷害，2種砧木苗的生長量同正茬相比無顯著差異。呂毅等[24]研究表明，平邑甜茶與蔥輪作可明顯減輕蘋果再植障礙，但輪作年限以不小于3年為宜。李家家等[25]研究表明，將平邑甜茶與蔥輪作，讓平邑甜茶幼樹長在蔥里面，可避免輪作時間長給生產(chǎn)者帶來的不便，同時還能有效改良土壤，減少土壤中尖孢鐮孢菌等有害菌數(shù)量，提高土壤酶活性，減輕再植障礙。王曉芳[26]研究表明，蘋果“煙富3”/M9T337與萬壽菊混作可提高土壤酶活性，改善土壤根區(qū)微生物環(huán)境，但應(yīng)注意混作量和混作物同果樹的距離。劉小勇等[27]研究表明，客土和曬土均可有效改良重茬蘋果園土壤，促進(jìn)重茬蘋果幼樹營養(yǎng)生長和花芽形成，但大面積客土受新土資源的影響，曬土是一種簡單有效的方法。

合理施肥也可一定程度上解除蘋果再植障礙。樊紅科等[28]研究表明，抗重茬肥賽眾28可提高根際土壤細(xì)菌放線菌數(shù)量，降低真菌數(shù)量，提高土壤有效養(yǎng)分，在重茬地栽植蘋果樹時采用挖80 cm見方的坑，將賽眾28按每株500 g的量與表土攪拌均勻回填，可顯著促進(jìn)再植樹的生長，再植樹的株高、新梢長度和粗度均顯著高于重茬地和麥田地，減輕了再植障礙。劉威[29]研究表明，各施肥處理組合均能顯著提高富士/楸子蘋果幼樹的葉片鮮質(zhì)量和干物質(zhì)量，增強(qiáng)葉片光合能力，增加葉片全N、全P、全K含量，增加0～40 cm土層中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效磷含量，以夏季坑施化肥(三元素復(fù)合肥)結(jié)合秋季坑施有機(jī)肥(蚯蚓糞)5 kg/株處理效果最好，可顯著改善重茬蘋果園土壤，提高蘋果幼樹的株高和莖粗的年增長量，效果優(yōu)于非重茬；顯著提高幼樹的著果率，效果同非重茬一致，減輕蘋果重茬障礙。

在土壤中施入有機(jī)物料可以減輕蘋果再植障礙的程度。尹承苗等[30]研究表明，盆栽蘋果幼樹施入有機(jī)物料發(fā)酵的流體可促進(jìn)盆栽蘋果幼樹株高增長，促進(jìn)根系抗氧化酶活性及葉綠素含量和光合速率提高，高濃度則表現(xiàn)出抑制效應(yīng)，3%的有機(jī)物料發(fā)酵流體可有效減輕蘋果再植障礙。黃翠香等[31]研究表明，用有機(jī)營養(yǎng)活化發(fā)酵液處理重茬土壤，可改良土壤理化性狀，促進(jìn)蘋果幼樹中短枝數(shù)量及枝條粗度、株高、地徑、新梢長度和葉綠素含量的增長，從而有效克服再植障礙。建議在有灌溉條件的地區(qū)大面積推廣。毛云飛等[32]研究發(fā)現(xiàn)，在重茬土壤中施麥芽糖、果糖、葡萄糖、阿拉伯糖等4種糖類物質(zhì)，可抑制土壤真菌數(shù)量，提高細(xì)菌和放線菌數(shù)量以及土壤中有機(jī)碳含量，改良土壤效果顯著。以土施100 mg/kg麥芽糖效果最好，可顯著提高平邑甜茶砧木苗的生長，緩解重茬土壤對蘋果砧木苗生長的影響，為減輕或解除蘋果再植障礙提供了新途徑。

3.2.2 生物防治 一些天然拮抗微生物或其代謝產(chǎn)物能夠增強(qiáng)植物抵抗病害的能力[33]，重茬種植蘋果樹時向土壤中施入一些對病原菌具有拮抗作用的細(xì)菌或真菌可改善土壤環(huán)境，改變土壤微生物群落組成，一定程度上控制蘋果再植障礙，而且生防菌劑對環(huán)境友好，受到了廣大學(xué)者和生產(chǎn)經(jīng)營者們的歡迎。王佳佳[34]團(tuán)隊從蘋果根部重茬土中篩選出1株具有較強(qiáng)抑菌活性的生防菌株，Bs-0728(枯草芽孢桿菌)，對19種蘋果再植病害病原菌有抑制作用，其標(biāo)記菌株能成功定殖于蘋果根際土壤中達(dá)120 d。 Bs-0728可促進(jìn)海棠胚根生長，減弱蘋果再植病病原菌的致病力。張一等[35]從蘋果園土壤中篩選出一株根皮苷降解菌6-3，可有效降低土壤中根皮苷的含量，并在一定程度上促進(jìn)蘋果砧木苗平邑甜茶的生長。胡秀娜[36]研究表明，多黏類芽孢桿菌PY7、甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌FKM10、路德維希腸桿菌KD49均可改善盆栽平邑甜茶根際土壤環(huán)境，促進(jìn)平邑甜茶根莖葉生長，誘導(dǎo)植株系統(tǒng)抗性，緩解蘋果連作障礙，以PY7和FKM10效果更好。Ju等[37]研究發(fā)現(xiàn)，枯草芽孢桿菌Y-1能夠抑制蘋果幼苗根霉病，減輕蘋果再植障礙。張先富等[38]研究表明，草酸青霉A1菌肥可減輕蘋果再植障礙。楊興洪等[39]研究表明，土壤消毒后接種VAM菌根真菌，可提高蘋果定植成活率并能促進(jìn)再植樹生長，較早獲得經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，大大減輕蘋果再植障礙。

另外，一些拮抗植物如菊科植物、蔥屬植物等可拮抗與再植病害相關(guān)的病原菌的生長，一定程度上緩解再植障礙。王曉芳[27]研究表明，萬壽菊揮發(fā)成分能夠抑制鐮孢菌菌絲的生長和孢子萌發(fā)，大田條件下土壤中添加0.5%～1.0%的萬壽菊秸稈粉碎顆?？擅黠@促進(jìn)“煙富3”蘋果植株的生長。王功帥[40]研究發(fā)現(xiàn)，蔥根系分泌物二甲基二硫醚和二烯丙基二硫醚具有明顯的抑菌效果，進(jìn)一步盆栽試驗表明，蔥根系分泌物能抑制土壤中尖孢鐮孢菌、層出鐮孢菌、腐皮鐮孢菌和串珠鐮孢菌的數(shù)量，顯著提高連作蘋果幼苗的株高和鮮質(zhì)量，從而有效抑制蘋果再植障礙。

4 結(jié)語

蘋果重茬障礙是制約蘋果產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。在我國土地資源有限，且又有大部分老果園需要更新，新建園無法避免重茬栽植，這就使得對重茬障礙的防控研究顯得尤為重要和必要。到目前為止，對蘋果重茬障礙機(jī)理的認(rèn)識還不十分深刻，這也使得蘋果重茬障礙的防控成為一個世界性難題。未來必須加強(qiáng)對蘋果重茬障礙機(jī)理的縱深研究，進(jìn)一步明確重茬障礙的發(fā)病機(jī)制。目前對重茬土壤狀況的研究較為單一，多集中在重茬土壤微生物環(huán)境及理化性狀變化等方面，而重茬對再植果樹的影響研究則更多體現(xiàn)在對再植樹生理生化及生長影響等方面，但重茬障礙是植物有機(jī)體同土壤等多因素綜合作用的結(jié)果。因此，必須綜合分析各個因素的聯(lián)系及相互影響，包括土壤、微生物、作物等，并通過微生物和現(xiàn)代分子生物學(xué)手段，找出與蘋果重茬障礙直接相關(guān)的病原菌及其致病機(jī)理，從而找到有效緩解蘋果重茬障礙的措施。另外，選育抗重茬的砧木以及分離鑒定拮抗菌并進(jìn)行利用將是未來蘋果重茬障礙防控研究的重點(diǎn)。蘋果重茬障礙是一個多因素綜合作用的結(jié)果，因此對其有效防控也應(yīng)是多項技術(shù)的集成應(yīng)用，如抗重茬砧木+根際土壤修復(fù)，包括減少或消除土壤中的有毒化感物質(zhì)，利用物理化學(xué)或生物的方法殺滅病原菌等多項措施綜合應(yīng)用。相信隨著科技的發(fā)展和研究的深入，蘋果重茬障礙將會被有效控制，實現(xiàn)土地資源的持續(xù)高效利用和蘋果生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。