優(yōu)化重茬土壤環(huán)境，防控蘋果重茬障礙

毛志泉

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安 271018)

中國(guó)蘋果總面積200余萬hm2(3 000余萬畝)，總產(chǎn)量4 200萬t，具有明顯的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)。因樹齡老化，30%以上的園片需淘汰再建，而國(guó)家對(duì)基本農(nóng)田實(shí)行“五不準(zhǔn)”，其中包含不準(zhǔn)占用耕地、基本農(nóng)田進(jìn)行植樹造林，發(fā)展林果業(yè)。將老齡蘋果園更新重建，推廣新品種、新模式，成為蘋果產(chǎn)業(yè)高效、持續(xù)發(fā)展不可或缺的重要途徑。因老齡園地土壤環(huán)境變劣將普遍發(fā)生重茬(連作)或換茬障礙，故優(yōu)化老齡果園土壤環(huán)境，防控栽培障礙，具有重要生產(chǎn)實(shí)踐意義。

1 重茬障礙園的表現(xiàn)

生產(chǎn)實(shí)踐表明，蘋果(或其他果樹)重茬建園若不采取土壤處理措施，將表現(xiàn)一系列障礙，一是園相不整齊，新建果園植株個(gè)體之間高度、粗度、冠幅等差別較大，因老齡果園不同位置土壤環(huán)境有很大差異。二是根系不健康，表現(xiàn)根系生物量小，根系腐爛或其上有瘤狀突起，根系活力降低，嚴(yán)重影響根系的吸收能力，根頸及其以下主根腐爛導(dǎo)致樹體死亡現(xiàn)象普遍發(fā)生。三是樹體矮小、長(zhǎng)勢(shì)弱、病蟲害嚴(yán)重，這與根系不健康，吸收能力、抗性降低直接關(guān)聯(lián)。四是產(chǎn)量降低、品質(zhì)變劣。重茬園比正茬園可減產(chǎn)20%～50%，甚至絕產(chǎn)[1]，且表現(xiàn)果個(gè)小、著色差、糖酸比失調(diào)。

2 重茬障礙的成因

綜合國(guó)內(nèi)外及本實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果表明，引起蘋果重茬障礙的原因包括有害微生物(有害真菌)，根系分泌物和根系、殘枝、落葉腐爛產(chǎn)生的有害物質(zhì)如酚酸類、有機(jī)酸、生物堿等，土壤養(yǎng)分失衡以及土壤酸堿度、土壤物理性狀惡化等。其中，越來越多的研究認(rèn)為，有害微生物，特別是有害真菌的增多是引起蘋果重茬障礙的主要原因。

引起蘋果重茬障礙的有害真菌類型，不同國(guó)家、不同地區(qū)有差別。如美國(guó)大多為柱孢屬、惡疫霉、腐霉屬，加拿大為光澤柱孢菌、畸雌腐霉，德國(guó)、意大利和奧地利為柱孢屬、枝頂孢屬和鐮孢屬，哥倫比亞以疫霉屬為主。在中國(guó)，研究了環(huán)渤海灣和西北黃土高原兩大主產(chǎn)區(qū)的重茬果園表明，引起重茬障礙的主要病原菌[2,3]是鐮孢菌屬，經(jīng)進(jìn)一步分離確定了尖孢、串珠、腐皮和層出鐮孢菌為主要致病菌[4]。

研究發(fā)現(xiàn)，蘋果重茬土壤中的酚酸類物質(zhì)，如根皮苷、根皮素、肉桂酸、苯甲酸等也顯著促進(jìn)了重茬障礙的發(fā)生[5]。這些酚酸類物質(zhì)既能直接作用于再植植株根系，破壞根系線粒體結(jié)構(gòu)，降低再植植株的根系活力和生物量，也能促進(jìn)鐮孢菌菌絲的生長(zhǎng)，加快對(duì)根系的侵染。因此，生產(chǎn)上采取措施，減少重茬土壤中有害微生物數(shù)量、降低酚酸類物質(zhì)含量，優(yōu)化重茬土壤環(huán)境，是防控蘋果重茬障礙的根本所在。

3 重茬障礙的防控

3.1 傳統(tǒng)的防控措施

國(guó)內(nèi)外已有的蘋果重茬障礙防控技術(shù)較多。傳統(tǒng)的防控措施包括輪作、大量施用有機(jī)肥、客土等。輪作防控重茬障礙簡(jiǎn)單有效，其機(jī)理是利用1年生作物的根系分泌物，改變、優(yōu)化原有微生物的結(jié)構(gòu)，降解有害化學(xué)物質(zhì)含量，起到克服重茬障礙的效果[6]。但通常需要輪作3～ 5年，時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)中并不常用，且不同作物輪作效果差別大，如輪作植物選擇不當(dāng)其效果并不理想。大量施用有機(jī)肥，充分腐熟的農(nóng)家肥含有豐富的微生物，可以起到優(yōu)化重茬土壤中微生物結(jié)構(gòu)的作用，其不足在于受資源限制，實(shí)施有難度?？屯粮铝酥夭缤林械奈⑸锶郝?，可有效防控重茬障礙，但工作難度大，不宜大面積實(shí)施。在日本的蘋果產(chǎn)區(qū)，有采用在老齡樹去除后種植1年水稻再建園的做法，防控重茬障礙效果良好，還常通過在樹穴土壤范圍拌入生石灰和磷肥防控蘋果重茬障礙。

3.2 現(xiàn)代的防控技術(shù)

防控蘋果重茬障礙的現(xiàn)代技術(shù)有化學(xué)熏蒸、生物熏蒸、施用菌肥、應(yīng)用抗重茬砧木等。

化學(xué)熏蒸(消毒)是最有效防控連作障礙的方法之一，常用的化學(xué)熏蒸劑包括棉隆、氯化苦、威百畝等，可以有效滅殺土壤中的微生物，克服蘋果重茬障礙，未來開發(fā)省力化施用技術(shù)是大面積應(yīng)用熏蒸劑的重要前提。重茬果園中的卵菌、真菌導(dǎo)致了大部分幼樹根系壞死，降低蘋果產(chǎn)量。Tilston等研究發(fā)現(xiàn)在重茬蘋果園中提前用氨基乙二酰顆粒、噁唑酮+三乙磷酸鋁、咪鮮胺和甲基立枯磷等化學(xué)試劑，對(duì)滅殺土壤中的卵菌、真菌效果良好[7]。

生物熏蒸是有效緩解連作障礙的方法之一。Mazzola等通過溫室試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，芥菜菜籽粉中含有異硫氰酸酯，可有效抑制連作土壤中的有害菌，結(jié)合其他措施并用，改變連作土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，即可有效控制蘋果連作障礙[8]。王曉芳等研究發(fā)現(xiàn)，萬壽菊植株干粉施入樹穴土壤可有效減輕蘋果重茬障礙[9]。馬子清等提出了再植幼樹樹盤范圍混作蔥，能優(yōu)化土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)，減輕蘋果重茬障礙[10]。與化學(xué)熏蒸相比，生物熏蒸效果尚顯不足，需結(jié)合相關(guān)措施加以利用，以達(dá)到理想效果。

菌肥是防控蘋果重茬障礙的措施之一，有關(guān)的研究報(bào)道較多。王義坤等研究發(fā)現(xiàn)連作土壤中施用圓弧青霉D12、哈茨木霉、草酸青霉A1均可提高根系保護(hù)酶活性和根系活力，降低土壤中鐮孢菌豐度，其中哈茨木霉和草酸青霉A1效果較好[11]。但截止目前，僅靠菌肥防控蘋果重茬障礙并取得理想效果的研究尚未見報(bào)道。

不同砧木對(duì)重茬環(huán)境的反應(yīng)不同。中國(guó)實(shí)生蘋果砧木有平邑甜茶、八棱海棠、山丁子、新疆野蘋果等，以平邑甜茶較為耐重茬環(huán)境[12]。美國(guó)康奈爾大學(xué)和Geneva試驗(yàn)站育成了CG系列砧木，其中CG935具有良好的抗重茬障礙性能。選育抗性砧木是防控蘋果重茬障礙的有效措施之一。

4 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代防控技術(shù)取得的成果

10多年來，受國(guó)家蘋果產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系經(jīng)費(fèi)資助，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)蘋果重茬障礙防控技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)，創(chuàng)新形成了三套防控技術(shù)，并在生產(chǎn)中示范應(yīng)用。

4.1 重茬障礙農(nóng)業(yè)防控技術(shù)

去除老樹，每666.7 m2撒施土雜肥5 000 kg，全園旋耕。開挖定植溝深60～80 cm，寬不低于100 cm，將耕作層土(0～40 cm)與下層土(40～80 cm)分別放置于定植溝兩側(cè)。掌握3個(gè)技術(shù)要點(diǎn)：①?gòu)?qiáng)調(diào)冬前開挖定植溝(穴)，清除殘根[13]。經(jīng)過一個(gè)冬季的凍融和春天的干燥，能顯著降低土壤微生物的數(shù)量。殘根存在于土壤中腐爛后增加了土壤中有害微生物數(shù)量和酚酸類物質(zhì)的含量，研究表明，當(dāng)土壤中木質(zhì)根達(dá)到土壤重量的0.3%時(shí)，開始抑制再植植株的生長(zhǎng)，因此須結(jié)合開溝撿除殘根。微生物大部分存在于耕作層土壤，春季回填時(shí)，盡量使生土在上，并注意結(jié)合回填，定植溝底部施足底肥。②栽植前樹穴土拌入專用菌肥或多菌靈。在定植溝處挖40 cm見方的樹穴，將1 kg(拮抗菌含量2億/g)專用菌肥與穴土充分混勻，或者定植前將多菌靈拌入40 cm見方的樹穴土壤中，用量為有效成分80%的多菌靈40 g或有效成分50%的多菌靈60 g，與穴土充分混勻。選根系良好的大苗、壯苗、整齊苗定植建園。③定植后前2～3年，每年9月上旬至翌年5月上旬，在距樹干30 cm左右的范圍內(nèi)，每株撒播4～5 g蔥種，可減輕重茬障礙，促進(jìn)再植植株的生長(zhǎng)。蔥樹混栽能減輕重茬障礙的原理在于，一是優(yōu)化了土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)，增加了土壤乳酸菌、枯草芽孢桿菌和密螺旋體屬等有益菌數(shù)量，減少了根瘤菌、迪茨氏等有害菌的數(shù)量。二是蔥根系分泌物的主要成分(二甲基二硫醚等)能抑制鐮孢菌菌絲的生長(zhǎng)，抑制率可達(dá)21%～38%。三是降低了土壤中酚酸類物質(zhì)的含量。與對(duì)照相比，蔥樹混栽土壤中的根皮苷、間苯三酚含量分別下降了83.22%和 44.81%。優(yōu)化了重茬土壤環(huán)境，進(jìn)而減輕了重茬障礙現(xiàn)象[14]，此技術(shù)可實(shí)現(xiàn)秋末冬初刨樹第2年春季栽樹。

4.2 棉隆熏蒸防控蘋果重茬障礙技術(shù)

棉隆作為土壤熏蒸劑，具有安全、無殘留、對(duì)人體安全、防控重茬障礙效果好等特點(diǎn)[15]，但熏蒸范圍小、所需熏蒸溫度要求高，已有的使用方法費(fèi)時(shí)費(fèi)工，不易推廣，很少用于蘋果(果樹)重茬障礙防控。對(duì)此，本團(tuán)隊(duì)提出了冬季棉隆旋耕熏蒸法，秋末冬初盡早去除老樹，全園撒施農(nóng)家肥每666.7 m2用量5 000 kg，旋耕，深度40 cm。于定植溝底部(40 cm以下)施足有機(jī)肥，土壤熏蒸只在定植溝范圍進(jìn)行。技術(shù)要點(diǎn)：①調(diào)整土壤濕度，旋耕耙平定植溝。秋末冬初去除老樹后，根據(jù)土壤墑情，調(diào)整定植溝(寬1 m)范圍土壤相對(duì)含水量為50%～70%，即手握成團(tuán)，松手即散為度，因棉隆在土壤中氣化需要一定含水量。旋耕定植溝深度35 cm，耙平。②撒施適量棉隆，再次旋耕。在已旋耕耙平的定植溝表面，撒施棉隆(98%制劑)每平方米120 g，之后旋耕2遍，深度35 cm，使棉隆和土壤充分混合接觸，克服了棉隆熏蒸范圍小的缺點(diǎn)，保證熏蒸效果。③覆膜熏蒸。對(duì)土壤、棉隆已混合的定植溝進(jìn)行覆膜熏蒸，膜厚度不低于0.6 mm(6絲),四周用土壓嚴(yán)，以防漏氣。覆膜熏蒸時(shí)間自秋末冬初開始至翌年4月中旬結(jié)束，實(shí)施長(zhǎng)時(shí)間熏蒸目的是此期間如遇較高氣溫，可使部分棉隆氣化、熏蒸，即充分利用、累積短時(shí)間的有效氣溫完成熏蒸過程。④去掉覆膜、通氣、定植。于定植前2周去掉覆膜并對(duì)定植溝再旋耕2遍，深度35 cm，以使土壤中殘留棉隆充分揮發(fā)。2周后定植幼樹，定植前以清水浸泡幼苗根系48 h，脫毒苗更有利于重茬建園。建園后前3年，加強(qiáng)土肥水管理，重視幼樹樹形構(gòu)建，及時(shí)防控病蟲草害。如此，一改傳統(tǒng)棉隆熏蒸需隔年建園，實(shí)現(xiàn)了秋末冬初刨樹、春季建園。

4.3 高效輪作植物短期內(nèi)接茬種植防控蘋果連作障礙技術(shù)

輪作是傳統(tǒng)防控連作障礙的有效措施，但存在周期長(zhǎng)(3～5年)、不同作物輪作效果差異大等問題[16]。據(jù)此，研究提出了小麥、芥菜、蔥等高效輪作植物1年內(nèi)接茬種植，防控蘋果連作障礙技術(shù)，達(dá)到了1年替代3～5年的效果。技術(shù)要點(diǎn)：①冬前開始。采后去掉果樹，開挖定植溝，施足底肥。11月上旬至翌年4月，種植小麥并翻入地中；5月上旬至9月初，種植葉用芥菜并翻入地中；9月中旬至翌年4月，種蔥并收獲蔥。蔥、芥菜和小麥揮發(fā)性成分和根系分泌物對(duì)4種鐮孢菌菌絲生長(zhǎng)和孢子萌發(fā)均有明顯抑制作用，作用大小表現(xiàn)為蔥>芥菜>小麥的趨勢(shì)。蔥-芥菜-小麥輪作后，提高了土壤中有機(jī)質(zhì)的含量和土壤pH值，土壤真菌數(shù)量減少達(dá)50%，細(xì)菌/真菌增加70%。尖孢鐮孢菌和腐皮鐮孢菌的基因拷貝數(shù)分別降低50%和43%左右。三者輪作后，鐮孢菌屬的相對(duì)豐度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，總體降低量達(dá)20%，被孢霉屬呈現(xiàn)波動(dòng)上升；土壤中脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶的酶活性呈先升高后降低趨勢(shì)，且在輪作芥菜后土壤酶活性達(dá)到最大值。根皮苷等酚酸類物質(zhì)含量呈現(xiàn)不同程度降低，其中輪作蔥后降低的幅度最大，3種作物輪作后酚酸類物質(zhì)的總量降低60%左右。與對(duì)照相比，輪作建園后第3年,果實(shí)產(chǎn)量提高50%左右。②春季開始。去掉果樹，開挖定植溝，施足底肥，在定植溝范圍種植：4月初至7月，蔥；7月上旬至10月初，葉用芥菜，翻入地中；10月上旬至翌年4月，小麥。將小麥苗翻入地中建園。利用此技術(shù)防控重茬障礙需隔年建園。

5 未來研究重點(diǎn)

研究綠色、高效、使用方便的蘋果重茬障礙防控技術(shù)，是生產(chǎn)所需也是永恒的研究主題。以下幾個(gè)方面仍需加強(qiáng)攻關(guān)：一是菌肥研制。分離、鑒定能拮抗幾種主要病原菌且在土壤中較好定殖的拮抗菌，進(jìn)一步研制菌肥用于生產(chǎn)。二是生物熏蒸劑的研制。與化學(xué)熏蒸劑相比，生物熏蒸劑具有安全、綠色等特點(diǎn)，但殺菌效果較差，結(jié)合其他措施，集成創(chuàng)新生物熏蒸技術(shù)體系，具有重要意義。三是安全高效化學(xué)殺菌劑的研發(fā)。研發(fā)安全、無殘留、殺菌效果好的化學(xué)制劑，結(jié)合機(jī)械化使用技術(shù)，更好地防控重茬障礙。在研究?jī)?yōu)化重茬土壤微生物群落結(jié)構(gòu)技術(shù)的同時(shí)，開展抗重茬蘋果砧木選育工作，相關(guān)技術(shù)結(jié)合抗性砧木將取得重茬障礙防控的更佳效果。