设施农业作物连作障碍与对策措施研究.pdf

马 跃 刘爱群 滕 龙 杨 光 辽宁省农业科学院蔬菜研究所 辽宁沈阳 110161 摘 要 连作障碍一直是制约设施农业高质量发展的突出问题之一 该文概述了连作障碍对设施农业作物的影 响 从土壤酸化或次生盐渍化 土壤养分失衡 自毒物质与化感作用 土壤微生物区系劣变等方面分析了连作障碍 的影响因素 并提出了选择抗病品种或嫁接 改良土壤 改善种植制度 微生物调节等对策措施 关键词 连作障碍 设施农业 对策措施 中图分类号 S62 文献标识码 A 文章编号 2095 0896 2020 04 031 03 MA Yue et al Institute of Vegetable Crops Liaoning Academy of Agricultural Sciences Shenyang Liaoning 110161 Abstract The continuous cropping obstacle was one of the outstanding problems which restricted the high quality development of protected agriculture The effects of continuous cropping obstacles on protected agricultural crops were summarized and the influencing factors of continuous cropping obstacles were analyzed from the aspects of soil acidification or secondary salinization soil nutrient imbalance autotoxic substances and allelopathy soil microbial flora deterioration etc Some countermeasures were put forward such as selecting resistant varieties or grafting improving soil improving planting system and microbial regulation Keywords Continuous cropping obstacle Protected agriculture Technical measures E ffect of Continuous Cropping Obstacle and Technical Measures in Protected Agriculture 设施农业作物连作障碍与对策措施研究 连作是指一年内或连年在同一块田地上连续种植同 一种或同一科作物的种植方式 也有把一年内或连年在 同一块田地上连续种植易感染相同线虫或病原菌的作物 也称为连作 1 连作障碍是指同种作物或近缘作物在同一 土壤上连续种植引起的作物生长发育异常的现象 症状 一般为生长发育不良 产量和品质下降 病虫害加剧 极 端情况下不出苗或局部死苗 苗弱等现象 2 泷岛在前人 研究基础上提出了连作障碍五大因子学说 包括土壤养 分失衡 土壤理化性状恶化 土壤有害生物积聚 植物产 生的有害物质在土壤中积累 土壤微生物区系劣变5个 方面 1 目前很多作物被发现存在连作障碍问题 其影响 因素也各有差异 3 4 设施农业由于受场地和生产经济效 益的影响或驱动 作物连作较为普遍 连作障碍造成的生 产问题和经济损失也较为突出 因此 关于连作障碍的研 究一直是农业生产尤其是设施农业中的重要研究内容 如何解决连作障碍问题对于促进设施农业高质量发展具 有重要意义 1 连作障碍对作物的影响 设施栽培条件下受微气候因素 如光照强度 温度 湿度 通气性等影响 土壤环境更容易恶化 连作障碍对 作物产量和品质影响更加严重 5 6 设施黄瓜连作达3年 以上时便表现出明显的连作障碍现象 随种植年限的延 长 连作障碍范围和严重程度不断加剧 导致黄瓜产量和 品质严重降低 7 刘娇娇等 8 对设施条件下番茄连作的植 株生长发育和产量进行了研究 相对连作1茬的番茄 连 作7茬的株高和茎粗显著降低 连作番茄叶片和果实中 的全钾含量显著降低 连作7茬的番茄较连作4茬的产量降 低了15 9 连作障碍会减小百合叶面积 降低光合作用 影响体内活性氧代谢 并导致干物质积累和鳞茎产量降 低 10 连作条件下草莓生长发育不良 黄萎病和根腐病等 病害发病率增加 严重影响产量和品质 11 12 西瓜连作导 致枯萎病发病率较高 产量和品质下降严重 13 大量研究 表明 番茄 黄瓜 冬瓜等作物连作枯萎病发生率也会不同 程度增加 并且连作还会增加根腐病发病率 进而使作物 产量和品质受到严重影响 14 15 2 连作障碍主要影响因素 目前 针对连作障碍国内外诸多学者做了大量的研 究工作 多种研究表明连作障碍产生的因素非单一 多种 园艺与种苗 Horticulture Seed 2020 40 04 31 33 36 doi 10 16530 21 1574 s 2020 04 013 作者简介 马跃 1984 女 辽宁沈阳人 硕士 助理研究员 主要从事果蔬栽培研究 通讯作者 刘爱群 1971 男 辽宁抚顺 人 研究员 主要从事蔬菜栽培研究工作 收稿日期 2019 12 05 园艺与种苗 2020年 因素相互影响 较为复杂 2 1 土壤酸化或次生盐渍化 大量的研究表明长期连作会导致土壤酸化 土壤酸 化是连作障碍的主要表现 16 17 马灿等 18 对连作番茄土壤 pH研究表明 随着连作年限增加 土壤pH不断下降 郭 红伟等 19 研究辣椒连作1年 4年和6年后的土壤pH分 别降低了5 93 6 35 和7 49 土壤pH的下降 会影响 土壤结构 养分状况和生物学特性 从而对作物生长造成 影响 20 孙雪婷等 21 分析了连作三七土壤理化性质和酶活 性的变化 随着连作年限的增加 土壤pH显著下降 土壤 脲酶 过氧化氢酶 蔗糖酶 蛋白酶及磷酸酶活性也呈下 降趋势 土壤有机质含量连作1年 2年和3年分别降低 了73 87 和83 22 刘来 23 研究发现连作导致的土壤酸 化加快盐基离子的流失 引起作物缺钙 缺镁 同时活化 释放土壤中难溶性铝 导致植物生长受到限制 24 土壤连 作还会造成某些作物对土壤中养分偏好吸收 导致土壤 盐渍化 25 次生盐渍化会造成植物体内大量积累Na Na 与K 之间有竞争作用 则导致植物体内K 数量下降 而 Na 还会代替K 参与细胞质和液泡膜的形成 产生一系 列生理毒害问题 同时Na 与K 作用不同会钝化某些酶 活性 也不参与蛋白质合成及调控气孔开关 由此造成植 物生理代谢紊乱 26 2 2 土壤养分失衡 土壤养分失衡是产生连作障碍的重要原因之一 设 施农业连作土壤中 养分失衡主要表现为大量元素不断 富集 而部分中微量元素有所降低 20 姜佰文等 27 研究证 明随着连作年限的增加 土壤中不同形态的氮 磷 钾含 量显著升高 而随着连作年限的增长 土壤中锌 铁 硼和 锰的含量出现降低现象 28 茄子连作4茬后土壤中钙镁元 素含量显著下降 29 番茄长期连作 降低土壤有效态钙含 量 导致番茄脐腐病发病率显著增加 30 土壤养分失衡与 土壤酸化导致盐基离子流失以及作物带走大量盐基离子 和微量元素有关 20 也有研究表明连作后土壤中部分微量 元素含量增加 31 山东寿光设施番茄土壤铁 锰 铜 锌 硼 等微量元素含量随连作年限而升高 可能也与土壤酸化 后加快土壤中部分矿物质溶解有关 32 33 2 3 自毒物质与化感作用 一些植物能够释放一些化学物质而抑制自身及下茬 同类植物的生长 这种现象被称为自毒作用 酚酸类 醇 类 吡喃类 胺类 醛类 烷烃等物质被认为是根系分泌物 中的主要化感物质 连作可增加上述根系分泌物引起作 物产生自毒作用 导致连作障碍发生 影响作物生长并降 低作物产量 34 番茄自毒物质主要是肉桂酸等物质 黄瓜 植株残体和根系也会分泌酚酸类物质 当自毒物质积累 一定程度 就会对番茄和黄瓜产生抑制和毒害作用 一般 随着连作年限增加 化感物质的作用增强 37 主要是因为 很多有毒物质不容易分解 随着连作年限增加 土壤中有 害物质积累越来越多 自毒作用也越明显 35 38 某些根系 分泌物的化感物质还会对一些微生物产生毒害作用 抑 制它们的生长繁殖 显著抑制以某些特定物质为代谢基 质的微生物类群 20 2 4 土壤微生物区系劣变 土壤微生物对作物生长和土壤健康起着重要作用 张重义等 39 研究认为连作条件下微生物群落结构失衡和功 能失调是引起连作障碍的重要原因之一 与轮作相比 连 作导致细菌群落多样性和植物促生菌数量显著降低 而 土壤中病原菌数量增加 20 马宁宁等 40 41 采用PCR DGGE 技术研究了设施番茄连作土壤微生物群落结构变化 连 作土壤微生物多样性显著下降 设施番茄连作6年以上 后 土壤中根结线虫急剧增加 42 相对于总微生物群落结 构 连作对土壤活性微生物群落结构的影响程度更大 连 作土壤脲酶 碱性磷酸酶和过氧化氢酶的活性也显著下 降 43 土壤微生物区系劣变还表现在放线菌和真菌丰度增 加 而细菌丰度降低 马灿等 18 研究表明 连作8年的土壤 中真菌数量增加了183 79 甄文超等 44 对草莓连作土壤 微生物区系进行研究 连作草莓土壤真菌数量增加 细菌 和放线菌数量则降低 3 连作障碍的缓解措施 连作障碍严重影响了设施农业生产 在不降低作物 产量品质和不增加经济成本的基础下 解决连作障碍问 题一直是农业科研人员努力的方向 45 3 1 选择抗病品种或嫁接 随着育种专业技术的快速发展 国内外相继培育出 多种抗病品种 或利用砧木的抗病性 采用嫁接技术来防 治土传病害 3 2 改良土壤 合理施用有机肥 蚓粪和畜禽粪便 生物碳和秸秆 等有机碳源 可改善土壤理化性质 增加土壤及根际有益 微生物的种群和活性 促进土壤健康 46 土壤物理消毒或 化学消毒 以及调节土壤pH等方法也可有效缓解连作障 碍 如在酸化土壤中施用生石灰调节土壤 pH 通过高温 对土壤进行杀菌 在土壤中喷洒浓度为2 的酒精进行消 毒等 3 3 改善种植制度 改善种植制度 如轮作 套作 间作等可有效缓解连 作障碍 47 杨尚东等 48 对轮作后番茄土壤细菌群落结构进 行研究 轮作显著提高了土壤微生物多样性和部分酶活 性 并发现部分促生菌出现 3 4 微生物调节 通过施用微生物菌肥 生物调节剂等方式 利用微生 物营养竞争或拮抗作用等途径提高有益微生物数量和活 性 抑制或消除病原微生物生长繁殖 进而调节土壤微生 物群落结构和功能 32 4期 下转第36页 参考文献 1 泷岛 防治连作障碍的措施 J 日本土壤肥料学杂志 1983 2 170 178 2 LI C LI X KONG W et al Effect of monoculture soybean on soil microbialcommunityintheNortheastChina J PlantandSoil 2010 330 423 433 3 FU HD ZHANG GX ZHANG F et al Effects of continuous tomato monocultureonsoilmicrobialpropertiesandenzymeactivitiesinasolar greenhouse J Sustainability 2017 9 317 4 吴洪生 西瓜连作土传枯萎病微生物生态学机理及其生物防治 D 南京 南京农业大学 2008 5 SRINIVASARAO C KUNDU S SHANKER AK et al Continuous croppingunder elevatedCO 2 DifferentialeffectsonC4andC3 crops soilpropertiesandcarbondynamicsinsemi aridalfisols J Agriculture EcosystemsandEnvironment 2016 218 73 86 6 TIANY WANGQ ZHANGW et al Reducingenvironmentalriskof excessivelyfertilizedsoilsandimprovingcucumbergrowthbyCaragana microphylla strawcompostapplicationinlong termcontinuouscropping systems J ScienceoftheTotalEnvironment 2016 544 251 261 7 贺丽娜 梁银丽 高静 等 连作对设施黄瓜产量和品质及土壤酶活 性的影响 J 西北农林科技大学学报 自然科学版 2008 36 5 156 159 8 刘姣姣 杨丽娟 李振涛 等 连作对设施栽培番茄生长发育及产量 的影响 J 沈阳农业大学学报 2013 44 581 584 9 张一鸣 杨丽娟 郭小鸥 等 钙素及秸秆物料对40茬番茄连作土 壤的修复效应初报 J 沈阳农业大学学报 2013 44 594 598 10 孙鸿强 连作对兰州百合生理特性及土壤环境效应的影响 D 兰 州 甘肃农业大学 2017 12 14 43 11 葛会波 高志华 李青云 等 AS818菌剂对连作草莓影响的研究 J 河北科技师范学院学报 2004 18 2 14 17 12 齐永志 甄文超 代丽 等 连作条件下不同品种草莓生长发育和 根部病害发生状况的研究 J 中国农学通报 2008 24 6 374 378 13 王瑞珍 李国军 许丽 等 设施西瓜连作障碍防控技术研究 不同栽培措施对西瓜产量及品质的影响 J 上海蔬菜 2019 4 72 74 77 14 MCGOVERNR J ManagementoftomatodiseasescausedbyFusarium oxysporum J CropProtection 2015 73 78 92 15 ZHOU X LIU J WU F Soil microbial 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李志刚 王灿 杨建峰 等 连作对胡椒园土壤和植株中微量元素 含量的影响及相关特征分析 J 热带作物学报 2017 38 12 2215 2220 29 李戌清 张雅 田忠玲 等 茄子连作与轮作土壤养分 酶活性及微 生物群落结构差异分析 J 浙江大学学报 农业与生命科学版 2017 43 5 561 569 30 KADIRSA Fruitqualityatharvestof Jonathan appletreatedwith foliarly appliedcalciumchloride J JournalofPlantNutrition 2005 27 1991 2006 31 王娟 刘补成 马铃薯连作年限对土壤氮磷钾及微量元素的影响 J 甘肃农业科技 2014 1 20 22 32 曾路生 高岩 李俊良 等 寿光大棚菜地酸化与土壤养分变化关 系研究 J 水土保持学报 2010 24 4 157 161 33 HANJ SHIJ ZENGL et al Effects of nitrogen fertilization on the acidityandsalinityofgreenhousesoils J EnvironmentalScienceand PollutionResearch 2015 22 2976 2986 34 刘艳霞 李想 蔡刘体 等 烟草根系分泌物酚酸类物质的鉴定及 其对根际微生物的影响 J 植物营养与肥料学报 2016 22 418 428 35 李明 税军峰 马永清 化感作用在设施黄瓜连作中的应用研究 J 中国生态农业学报 2006 14 4 25 28 36 谢东锋 朱振家 王国强 拉萨设施蔬菜连作症状及综合防治措施 J 中国果菜 2018 38 8 59 61 37 王劲松 樊芳芳 郭珺 等 不同作物轮作对连作高粱生长及其根 际土壤环境的影响 J 应用生态学报 2016 27 2283 2291 38 陈军华 吴剑锋 方洁 等 百合连作障碍形成机制及防治技术研 究进展 J 长江蔬菜 2019 20 14 41 47 39 张重义 陈慧 杨艳会 等 连作对地黄根际土壤细菌群落多样性 的影响 J 应用生态学报 2010 21 11 2843 2848 40 马宁宁 李天来 设施番茄长期连作土壤微生物群落结构及多样 性分析 J 园艺学报 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乙烯和赤霉素在打破杜梨种子休眠中的相互 作用 D 西安 陕西师范大学 2010 41 刘芳 南京椴组织培养的研究 D 南京 南京林业大学 2007 42 KUNNEMANBPAM ALBERSMRJ Lindentrees Tiliaspp J BiotechnologyinAgricultureandForestry 1991 16 152 163 43 杨建平 小叶椴种子休眠的解除及播种育苗的研究 J 北京林学院 学报 1983 2 56 67 44 SPAETHJN Dormancyin seed ofbasswood Tilia amerocana L J AmericanJournalofBotany 1932 19 835 45 HEITCE Propagation from seed 27 Collecting testingand growing Tilialindenspecies J AmericanNurseryman 1977 146 7 10 11 100 110 46 SUSZKAB MULLERC BONNET MASIMBERTM Seeds of forest broadleaves fromharvesttosowing M Paris InstitutNational dela RechercheAgronomique 1996 47 DIRRMA HEUSERCWJr The reference manual ofwoodyplant propagation fromseedtotissueculture M Athens GA VarsityPress Inc 1987 239 责任编辑 刘赟 36