設(shè)施土壤連作障礙及其防控措施研究進(jìn)展

郭佩瑤 劉美玲 曾玉華

設(shè)施農(nóng)業(yè)可以人為控制溫度、光照、濕度等環(huán)境條件，通過(guò)改變作物生長(zhǎng)環(huán)境，使其品質(zhì)不受種植季節(jié)環(huán)境的明顯影響，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效、可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)不斷發(fā)展，面積超過(guò)400萬(wàn)hm2，成為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)。

我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)主要通過(guò)土培形式栽培作物。據(jù)調(diào)查，設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，連作栽培5年及以上，出現(xiàn)嚴(yán)重連作種植障礙情況的超過(guò)80%，而連作種植超過(guò)20年的，全部出現(xiàn)了連作種植障礙。針對(duì)此，我們從土壤性質(zhì)的重大改變、生物因素、植物自毒作用、主要土傳病蟲(chóng)害因素等多個(gè)方面，分析了引起設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤連作障礙的原因，并從合理施肥、改良耕作制度、生物防治等方面總結(jié)完善了防控土壤連作障礙的措施，以期為當(dāng)前設(shè)施農(nóng)業(yè)健康發(fā)展提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 設(shè)施土壤連作障礙的危害

因自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件限制，連作是設(shè)施生產(chǎn)中最常見(jiàn)的種植方式。連作的危害有土壤板結(jié)、土壤養(yǎng)分失衡、酶活性降低、土壤病原菌增加、土壤鹽分積累，作物生長(zhǎng)緩慢、產(chǎn)量品質(zhì)下降、病蟲(chóng)害蔓延并加劇等。

因連作年限、作物品種和同種作物不同生長(zhǎng)發(fā)育階段存在差異，連作障礙產(chǎn)生的危害不同。對(duì)栽培非洲菊的土壤進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，相比對(duì)照組，連作土壤中微生物菌群與酶的活性顯著降低。設(shè)施番茄連作7茬的株高與莖粗，比連作1茬的明顯降低，分別降低了21.43%與21.3%；連作7茬的產(chǎn)量比連作4茬的降低15%。連作條件下，百合葉面積明顯減少，間接影響光合作用和活性氧化合物正常含量，有效物質(zhì)含量自然積累效率降低，影響產(chǎn)量。張愛(ài)君研究前茬苗木對(duì)后茬苗木的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同果樹(shù)品種受到的連作障礙的危害程度不同，對(duì)比空白組，各組果樹(shù)苗木生長(zhǎng)量均降低，其中桃、蘋(píng)果下降幅度最大，分別為27.1%和24.8%，其次是杏、葡萄和梨，分別為20.9%、20.6%和16%，受影響最小的是山楂，為14.3%。

綜上，土壤連作時(shí)間越長(zhǎng)對(duì)作物危害越大。尤其是果樹(shù)，生長(zhǎng)發(fā)育周期較長(zhǎng)，在缺少自然淋溶條件的設(shè)施生產(chǎn)環(huán)境中，無(wú)法做到及時(shí)更換樹(shù)種減輕連作障礙，需采取一系列措施來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

2 設(shè)施土壤連作障礙發(fā)生原因

2.1 土壤理化性質(zhì)改變

1）物理性質(zhì)改變。連作后的設(shè)施土壤結(jié)構(gòu)惡化。設(shè)施栽培追求經(jīng)濟(jì)效益，過(guò)量施肥使土壤出現(xiàn)板結(jié)、透氣性差等現(xiàn)象。隨著連作年限的延長(zhǎng)，土壤物理結(jié)構(gòu)惡化，不利于作物生長(zhǎng)。相同栽培管理?xiàng)l件下，相比黏質(zhì)土，沙土的通氣性和透水性較好且不易積累有毒物質(zhì)，對(duì)植物根系毒害較小，但其保水能力差，土壤肥力低，植物長(zhǎng)勢(shì)弱。

2）化學(xué)性質(zhì)改變。連作后的設(shè)施土壤化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，具體表現(xiàn)在土壤酸化、次生鹽漬化、土壤代謝失衡，植物根系周圍不斷積累有毒物質(zhì)，最終引起根中毒。

隨著連作年限的延長(zhǎng)，土壤pH值逐漸降低。土壤長(zhǎng)期酸化對(duì)土壤結(jié)構(gòu)形態(tài)和穩(wěn)定性有影響，植物無(wú)法正常生長(zhǎng)發(fā)育。土壤過(guò)度酸化還容易使堿性離子迅速流失，使植物出現(xiàn)缺鈣、缺鎂等現(xiàn)象。辣椒連作6年后，土壤pH值比對(duì)照組降低7.49%。

在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，缺少自然降水淋溶的特殊環(huán)境使鹽分聚集在土壤表面，導(dǎo)致土壤次生鹽漬化，植物體內(nèi)積累大量的鈉離子，而鉀離子含量減少。全國(guó)設(shè)施蔬菜土壤中，達(dá)到中度和輕度鹽漬化的土壤分別占4.7%和38.2%。云南設(shè)施土壤鹽分累積達(dá)到強(qiáng)度、中度、輕度的比例分別為2%、28%、54%，非鹽漬化土壤僅占16%。土壤連作年限越長(zhǎng)，土壤鹽漬化程度越嚴(yán)重。

在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，作物對(duì)土壤元素進(jìn)行選擇性吸收，長(zhǎng)期連作會(huì)使土壤養(yǎng)分不均衡，土壤中的氮、磷、鉀含量顯著升高，鋅、鐵、硼、錳含量降低。王瑛等研究發(fā)現(xiàn)，隨著葡萄連作年限的增加，土壤元素含量、產(chǎn)量、果實(shí)甜度總體指數(shù)均出現(xiàn)先連續(xù)增加而后持續(xù)降低的趨勢(shì)，連作到第3年達(dá)到峰值。

3）土壤酶活性改變。土壤中多種微生物酶的活性主要反映了在生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)中化學(xué)代謝過(guò)程基本變化動(dòng)向和綜合活性變化強(qiáng)度。研究發(fā)現(xiàn)，在設(shè)施生產(chǎn)中，一系列生產(chǎn)管理會(huì)降低土壤酶活性，包括化肥長(zhǎng)期過(guò)量施用、再生水灌溉，從而引發(fā)土壤養(yǎng)分利用率低等問(wèn)題。郭紅偉等研究了連作1、4、6、8年的土壤對(duì)辣椒葉片中的抗氧化酶SOD（超氧化物歧化酶）、POD（過(guò)氧化物酶）和CAT（過(guò)氧化氫酶）活性的影響，結(jié)果表明，連作1、4、6、8年的土壤葉片SOD活性分別增加2.58%、1.98%、5.2%和4.63%；連作8年的土壤葉片POD和CAT活性分別增加41.27%和26.75%。

2.2 生物因素變化 土壤微生物會(huì)影響作物生長(zhǎng)發(fā)育與產(chǎn)量。設(shè)施農(nóng)業(yè)作物連作栽培會(huì)影響土壤及根周微生物生長(zhǎng)，具體表現(xiàn)為土壤有益微生物數(shù)量逐漸減少，有害微生物逐步增加。相關(guān)學(xué)者發(fā)現(xiàn)，加速設(shè)施土壤連作障礙產(chǎn)生的原因之一是土壤微生物的改變。隨著連作年限的延長(zhǎng)，土壤細(xì)菌數(shù)量逐步減少，真菌數(shù)量增加，作物根部微生物群落功能喪失。閆淑俠研究發(fā)現(xiàn)，桃和葡萄連作土壤中存在大量線蟲(chóng)，會(huì)造成根系腐爛，甚至導(dǎo)致植株死亡。長(zhǎng)期連作還會(huì)導(dǎo)致土壤細(xì)菌多樣性降低。

2.3 自毒作用加劇 植物自毒作用是化感作用的一種，指在連作的耕作制度下，前茬作物產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)對(duì)后茬作物生長(zhǎng)發(fā)育起到抑制作用。如前茬種植的是葡萄、番茄、桃和黃瓜，需要清除根系，以免根系分泌物影響再植作物生長(zhǎng)。

酚酸類、醇類、吡喃類、胺類、醛類、烷烴等多種物質(zhì)常被認(rèn)為是根系分泌物中最主要的化感物質(zhì)，園藝作物連作可直接增加上述多種根系分泌物，引起自毒作用，從而影響作物生長(zhǎng)，降低產(chǎn)量。在前人關(guān)于自毒物質(zhì)的研究中，酚酸是研究最多的。

酚酸類影響土壤理化性質(zhì)，增加作物感染病蟲(chóng)害的風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)直接影響果樹(shù)等園藝作物根系的正常生長(zhǎng)。王艷芳等相關(guān)人員指出，根皮苷是引起蘋(píng)果發(fā)生連作障礙的一種酚酸類化合物。

2.4 土傳病蟲(chóng)害加重 設(shè)施土壤主要有害病原菌有細(xì)菌、真菌、病毒、根結(jié)線蟲(chóng)等。相比傳統(tǒng)種植方式，園藝作物設(shè)施栽培環(huán)境較為封閉，土壤中的病原菌傳播速度快，作物因連作更易感染猝倒病、枯萎病、根結(jié)線蟲(chóng)病等病害。

隨著連作年限延長(zhǎng)，土壤環(huán)境中大量有害病原菌不斷積累。設(shè)施生產(chǎn)長(zhǎng)期過(guò)量循環(huán)使用各種化肥農(nóng)藥，會(huì)使有害病原菌抗藥性明顯增加，有效拮抗菌數(shù)量減少。病原菌通過(guò)傷害植物的維管束，使地下部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)無(wú)法傳送到地上，導(dǎo)致植物體枯萎。

3 設(shè)施土壤連作障礙防控措施

3.1 合理施肥 設(shè)施生產(chǎn)中過(guò)量施肥問(wèn)題嚴(yán)重，常導(dǎo)致土壤營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩，土壤板結(jié)和鹽漬化。需要通過(guò)合理施肥來(lái)改善土壤理化性質(zhì)，調(diào)節(jié)土壤微生物平衡，增加有益微生物群落和保護(hù)酶的活性。

加施腐熟有機(jī)肥可加速土壤物質(zhì)循環(huán)，增強(qiáng)葡萄根系吸收能力，促進(jìn)葡萄生長(zhǎng)，有效緩解土壤連作障礙。加入以秸稈、糠皮等為原料的緩釋肥，可以增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤表面透氣性，有利于促進(jìn)根系生長(zhǎng)，增強(qiáng)根系對(duì)養(yǎng)分的吸收；可以增加CO2濃度，提高光合效能，促進(jìn)有機(jī)產(chǎn)物積累；還可以增加土壤微生物數(shù)量，提高細(xì)菌比值和多酚氧化酶、蔗糖酶活性及有機(jī)物含量，提高土壤肥力。

3.2 改良耕作制度 實(shí)行輪作、套作、間作，可有效緩解連作障礙。大蔥與桔梗、花生與甘蔗、小麥與蠶豆、蠶豆與馬鈴薯、玉米與大豆間作，可降低土壤自毒物質(zhì)含量，改善作物生長(zhǎng)環(huán)境，緩解連作對(duì)作物的影響，提高產(chǎn)量。

在種植了平邑甜茶幼苗的地塊間作小蔥，在蘋(píng)果園間種豌豆，在香蕉樹(shù)下栽種韭菜，可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力，促進(jìn)作物健康生長(zhǎng)，緩解或消除連作障礙造成的潛在危害。果園種草可明顯提高土壤中酶的活性，增加土壤微生物多樣性，從而大大提高土壤養(yǎng)分循環(huán)利用率。

綜上，較為合理的間作和套作可有效改善土壤環(huán)境，提高作物對(duì)養(yǎng)分的有效吸收能力，從而提高化肥利用率，減少植物自毒作用，改善土壤鹽漬化。

3.3 嫁接栽培 利用抗鹽堿、抗重茬砧木嫁接優(yōu)良品種，可以克服連作障礙。關(guān)俊英以河岸葡萄作為嫁接砧木得到的葡萄苗木，可以顯著提高對(duì)葡萄根線蟲(chóng)抗性；以SO4、5BB、1103P等抗性砧木嫁接良種葡萄，可以顯著提高抗旱、抗鹽能力，大大提高葡萄對(duì)連作土壤的適應(yīng)性；以黑籽南瓜作為砧木嫁接甜瓜，可提高植株對(duì)多種土傳病害的抗性，有效減輕枯萎病的發(fā)生，克服連作障礙，提高甜瓜產(chǎn)量和品質(zhì)。

實(shí)踐證明，選育抗性砧木嫁接園藝作物優(yōu)良品種用于生產(chǎn)，可直接減少土壤連作障礙造成的損失，是一項(xiàng)低成本高效益的技術(shù)措施。

3.4 土壤消毒 土壤消毒可以顯著減輕設(shè)施土壤有害微生物數(shù)量多、土傳病害嚴(yán)重等連作障礙。

土壤消毒包括物理和化學(xué)兩個(gè)方面。郭修武等研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)土壤進(jìn)行蒸汽消毒可以促進(jìn)葡萄生長(zhǎng)，改善葡萄連作障礙。太陽(yáng)能加熱消毒可以殺滅大棚內(nèi)土壤表層殘留的病菌蟲(chóng)卵，有效降低草莓連作土壤中有害微生物的含量，并控制草莓腐爛病的發(fā)生。使用多菌靈等化學(xué)藥劑處理蘋(píng)果和平邑甜茶連作土壤，可有效緩解土壤連作帶來(lái)的一系列問(wèn)題。用福爾馬林噴灑土壤，可高效防治炭疽病、褐斑病、立枯病等。雖然使用化學(xué)藥劑可殺蟲(chóng)殺菌、除草，可防控根腐病、炭疽病、灰斑病、立枯病等，但也會(huì)污染環(huán)境、降低生物轉(zhuǎn)化能力、破壞土壤生態(tài)平衡，需要合理科學(xué)應(yīng)用。

3.5 生物防治 生物防治的原理是利用有益拮抗微生物或植物對(duì)土壤中有害病原菌進(jìn)行的寄生，通過(guò)互相競(jìng)爭(zhēng)利用營(yíng)養(yǎng)條件、空間條件等生物途徑，消滅有害微生物類群，從而減少土壤病原菌的發(fā)生和植株根系真菌的感染，有助于植物正常生長(zhǎng)發(fā)育，減少病害發(fā)生。前人研究發(fā)現(xiàn)，接種細(xì)菌或真菌可改善葡萄、梨、蘋(píng)果、平邑甜茶、草莓等的連作障礙。

許多專家將一些長(zhǎng)期快速且有效地拮抗多種有害病原菌生長(zhǎng)和繁殖的植物，稱為拮抗性植物，這些拮抗性植物通常能夠迅速產(chǎn)生大量含揮發(fā)性有機(jī)物的氣體，抑制某種土壤微生物，或殺死某些有害微生物群落以及有害致病生物。家禽糞便、蔥屬植物、菊科植物等常被當(dāng)作天然生物熏蒸性材料廣泛應(yīng)用，可以安全有效地用于防治設(shè)施栽培中的土傳病蟲(chóng)害。

3.6 應(yīng)用土壤調(diào)理劑 土壤調(diào)理劑具有抗旱、保水、增肥、中和酸性土壤、改良表層土質(zhì)、提高表面土壤有機(jī)質(zhì)、平衡底層土壤養(yǎng)分損失、進(jìn)一步增強(qiáng)土壤透氣性等作用。礦物型土壤調(diào)理劑（如脫硫廢棄物、石灰、堿渣等），可以中和酸性物質(zhì)，改良酸性土壤；若與各種天然活性生物有機(jī)肥混合使用，可以增加有益土壤微生物量，提高抗氧化酶活性；添加有機(jī)活性物料，可以顯著提高平邑甜茶幼苗連續(xù)旱作期間土壤基質(zhì)細(xì)胞中抗氧化酶的活性；在連作土壤中均勻施入富含不同可溶性糖類化合物或可溶性糖類化合物原料液（葡萄糖、果糖、麥芽糖、阿拉伯糖）等，可有效改善連作土壤微生物結(jié)構(gòu)條件；按不同比例混合處理有機(jī)脫碳物料（玉米秸稈、水稻秸稈），并將其均勻地施入葡萄連作土壤基質(zhì)中，可在短期內(nèi)明顯促進(jìn)葡萄幼苗快速生長(zhǎng)、有效增強(qiáng)葉片酶活性、迅速提高土壤酶活性與有機(jī)質(zhì)含量。土壤調(diào)理劑生產(chǎn)成本低，可快速緩解土壤連作障礙，有助于我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。

4 展望

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)設(shè)施連作土壤障礙原因及防控措施已有大量研究，但設(shè)施連作土壤障礙發(fā)生的原因較為復(fù)雜，確定各種原因（土壤理化性質(zhì)、生物因素、自毒作用、土傳病蟲(chóng)害等）與連作障礙的關(guān)系應(yīng)是未來(lái)的研究方向。通過(guò)合理施肥、改良耕作制度、選育優(yōu)良品種、土壤消毒、生物防治、添加土壤調(diào)理劑等措施可改善設(shè)施土壤連作障礙。對(duì)于改良不同園藝植物的連作障礙，防治措施應(yīng)有一定的差異，需要進(jìn)一步研究篩選。