园艺作物连作障碍的发生与防治

园艺作物连作障碍的发生与防治

随着人口的增加，土壤资源面临着巨大的压力。特别是，在正常情况下，每年都要种植不同的农业品种，强调土壤产量，盲目增加肥料投资，加剧土壤养分失衡，导致不同程度的土壤恶化、生理病害、连作障碍、产量和质量下降等问题。在同一块土壤上连续栽培同种或同科的作物时,即使在正常的栽培管理条件下,也会出现生长势变弱、产量降低、品质下降、病虫害严重的现象即为连作障碍。特别是近年来,随着园艺产业集约化生产的发展和设施水平的提高,一些专业化的设施园艺生产基地不断形成。由于耕地数量、气候条件的限制,以及对高经济效益的追求,设施园艺生产中普遍存在超量施用化肥、复种指数高、栽培种类单一等问题,导致连作障碍现象日益加剧,严重影响了设施园艺的可持续发展。为了解决这一难题,必须深入分析连作障碍产生的原因,提出相应的解决措施。1连作障碍的表现在果树中,无花果、枇杷的连作障碍最严重,其次是桃、草莓、苹果、梨、葡萄等,而柑桔、核桃等较轻。近几年蔬菜尤其是设施蔬菜的连作障碍现象报道最多,以番茄[4~6]、辣椒[7~9]等茄果类作物和黄瓜、西瓜等瓜类作物最为常见,另外其它蔬菜如马铃薯[12~13]等也会出现不同程度的连作障碍现象。而观赏园艺作物在这方面研究相对较少,仅见菊花、麦冬、黑麦草等少量报道。连作障碍对园艺作物造成的危害因作物发育时期、作物不同指标和连作年限等不同而异。杨树泉等对环渤海湾苹果栽植区不同位置的连作果园取样研究认为,苹果连作对果园土壤生物环境具有明显的恶化作用,连作果园土壤环境条件恶劣。而土壤恶化就会导致园艺作物生长发育受阻,产量下降,品质变劣,如重茬麦冬的产量仅为正茬的70.6%。随着连作年限的增加,不同刀次的韭菜VC含量、粗纤维含量、可溶性糖含量、叶绿素含量和P含量均下降。马铃薯植株高度、叶面积和日净光合速率随连作年限的增加而降低。另外连作还会导致病虫害发生,随着连作年限的延长,黄瓜主要病害发生程度加重。桃树连作时,幼树表现生长停滞或衰弱,叶片失绿,枝干出现流胶,产量低,甚至死树。据调查,草莓连作种植第2年的发病率达89.2%,第3年发病率可达100.0%。2系统外观表现连作障碍产生的原因是错综复杂的,是作物-土壤两个系统内部诸多因素综合作用的外观表现,是需要栽培学和病理学相结合才能解决的问题。不同的作物其连作障碍的主导因素不同,但各种因素概括起来主要有以下几种。2.1土壤理化性质恶化2.1.1土壤肥力随种植年限的变化连作土壤种植作物种类单一,由于同一种作物的根系分布范围及深浅一致,而且吸收的养分相同,导致根围区域某几种养分消耗增加,造成特定养分缺乏。另外,为了单一追求高产量,农民盲目、无针对性地向土壤施入过量化学肥料,土壤速效氮、磷、钾含量随种植年限增加出现逐渐积累的现象,而某些被消耗的微量元素却得不到补充,导致土壤养分严重失调。有研究表明,土壤有效态锌和铁元素的亏缺是土壤肥力的限制性因子。随着黄瓜连作年限的延长,土壤主要肥力指标明显上升,但N、P肥增加的幅度与K的比例失调,这就是盲目施肥的结果。另外,养分失调会进而导致病害的发生,土壤速效P、速效K含量就与黄瓜枯萎病发生有一定关系,病株根区土中的速效P、速效K含量分别较健株降低了16.3%和16.8%,而病株、健株根区土中速效N、有机质、水溶性盐分含量及pH却无差异。2.1.2设施土壤盐分含量的改变土壤次生盐渍化现象在我国设施园艺作物中普遍发生,以连栋大棚和温室最为明显。引起土壤次生盐渍化的原因是:(1)为了追求产量,施用较多的自然腐熟厩肥和氮素化肥等,超出了植物的利用量,导致养分在土壤中有较明显的表聚现象;(2)设施由于长年覆盖或季节性覆盖改变了自然状态下的水分平衡,土壤得不到雨水淋洗;(3)设施土壤中水分向上运动的程度即土壤蒸发比露地明显强烈,因而引起养分在表土层中积累;(4)另外,棚室内温度显著高于露地,土壤矿物的分解明显加剧,土壤高矿化度也是设施土壤盐分增加的一个重要原因[24~26]。土壤盐类积累后,造成土壤溶液浓度增加,使土壤的渗透势加大,影响土壤化学特性和微生物群落分布,作物种子的萌发、根系的吸水吸肥均不能正常进行。同时,随着盐浓度的升高,土壤微生物活动受到抑制,铵态氮向硝态氮的转化速度下降,导致作物被迫吸收铵态氮,叶色变深,生育不良。而且由于土壤溶液浓度过高,营养元素之间的拮抗作用也会影响作物对某些元素的吸收,从而出现缺素症状,最终使作物生育受阻,产量及品质下降。2.1.3不同连作类型黄瓜土壤微生物数量和土壤酶活性受到影响连作障碍的一个重要原因是土壤中微生物区系异常,表现为病原微生物数量大幅增加,有益微生物数量下降,以致土壤原有的微生物生态系统遭到破坏。连作改变了麦冬根际细菌群落的多样性变化趋势和结构组成,氨化细菌和好气性纤维素分解菌数量增加,而硝化细菌和固氮菌的数量减少。韭菜连作使土壤中真菌和放线菌数量均下降,放线菌数量下降较为明显,细菌数量急剧增加,微生物总量降低。大蒜连作5~10年,根际土壤微生物数量和土壤酶活性上升,未发生连作障碍;但连作15~20年,根际土壤微生物结构失调,土壤酶活性下降,连作障碍明显。而在黄土高原的延安日光温室条件下,随着黄瓜连作年限的延长,土壤中细菌和真菌数量明显增加,但放线菌数量无明显增加,甚至降低。马铃薯连作会使土壤类型从细菌型向真菌型转化。另外,根区土和根表土中的微生物区系异常是黄瓜枯萎病发生的主要原因:连作黄瓜根区土中的细菌数量大幅度下降,真菌数量大幅度增加;黄瓜根系染病溃烂导致黄瓜根表土中的细菌、真菌和放线菌数量急剧增加。2.2立地条件对土壤根结线虫数量的影响多年连作同种或同科作物,极易产生相同的土传病虫害。而在保护地中,病原菌和虫卵不仅可在土壤中积累,也可保存在支架和墙壁上,因而更加严重。随种植年限的延长,土壤中病原微生物数量增加,是导致黄瓜土传病害加重的主要原因。不同病原菌在土壤中生存时间有所差异,一般轮作3~6年才能避免土传病害的发生。土传虫害主要是线虫,时立波等研究表明,不同连作年限番茄根围土壤根结线虫J2的数量随种植年限的增加而上升,但自由生活线虫数量与根结线虫数量呈现相反的趋势,并建议将自由生活线虫与根结线虫的比值及根结线虫J2占土壤线虫总数的比例,作为判断保护地土壤根结线虫病发生程度的综合指标。但杨树泉等对环渤海湾苹果栽植区土壤不同食性线虫数量统计结果显示,植食性线虫数量未达线虫伤害阈值,线虫不是引起环渤海湾地区苹果连作障碍的主要原因。由此可见,引发不同作物病虫害的原因是不同的,要有针对性地防治。2.3根及其系统发育作用自毒作用是指一些植物通过地上部淋溶、根系分泌物和植物残茬等途径释放出来的一些物质对下茬同种或同科植物生长产生抑制的现象。KoichiYoneyama研究认为化感类物质有生物碱、萜类化合物、酚类化合物、苯并恶唑嗪酮类、芥子油甙和异硫氰酸盐等,并且这些物质大多数能抑制种子萌发和幼苗生长[33~34]。酚酸类化感物质能够通过多种途径对一些植物产生不利影响,被认为是一些根分泌物中的主要化感因子,是连作障碍的主导因素。有研究认为水杨酸也是根系分泌的重要自毒物质,它能抑制草莓的光合作用和正常生长。桃的连作之害在于土壤中残留有前作的桃根,而根中含有大量的苦杏仁甙,能在土壤中分解成Phlogin、苦扁桃油、苯甲醛及氢氰酸而抑制再植桃树根系的呼吸甚至造成新根的死亡。不同作物的自毒物质来源不同,而且危害性因作物部位、自毒物质浓度等而异。加工番茄根系分泌物具有自毒作用,用其处理后的加工番茄种子的发芽率和发芽指数明显降低,且随着根系分泌物溶液浓度的增加,受抑制程度越显著。西瓜根浸出液抑制西瓜和莴苣幼苗生长,而且浓度越高,抑制作用越强。韭菜的自毒物质存在于整个植株中,但在根中含量最高。辣椒叶具有很强的自毒作用,根次之,茎最弱。菊花地上部和根际土水浸液可能通过抑制其扦插苗根系脱氢酶与叶片硝酸还原酶活性,降低叶片叶绿素、可溶性糖和可溶性蛋白的含量,在营养水平上抑制不定根的形成而产生明显的自毒效应,且该自毒作用也表现出明显的浓度梯度效应和部位差异。3园林艺术连通性的预防和管理3.1改变土壤条件产生连作障碍的化感物质,主要以根系分泌、残体腐解等方式进入土壤环境中,通过影响根系的生长发育,进而导致植株生长受到抑制,因而土壤质地对连作胁迫引起的化感效应有直接影响。土壤质地有粘质土、壤质土和砂质土之分,相同的肥、水管理,粘质土的通气和透水性差,使连作产生的化感物质在土壤中积累,表现出较强的抑制作用;而在质地为沙土条件下,这种有毒物质很容易流失,前作的残体反而具有施用有机肥料的效果。但沙土保肥力低,苗木生长差,因此,建园以肥力较高且土质疏松的砂壤土为宜,并要求土壤排水良好,以便在自然条件下能利用雨水将有毒物质排走,减轻苗木连作的自毒作用。另外,可以利用其他物质改良土壤结构,如营养基质(稻草与土2∶1)连作栽培黄瓜可以改善微量元素的供应,降低尖孢镰刀菌数量的增长速度,从而减缓产量下降速度,减轻连作障碍。同样,在果园的更新改植中也要认识到这一点,可以在果园的前作旧址上先种植对果树来说为休闲的一、二年生其它类作物,或者避开前作的旧树穴在原树行间挖新穴,也可将旧树穴中的土移走,更换新土。另外,水旱轮作也是一种很好的克服连作障碍的方法,既可防治土壤病害、草害,又可防治土壤酸化、盐化。因此,选择既能防止或减轻连作障碍,又能增进收益的轮作或间套作植物,是这方面研究的重点。3.3加强区域体系3.3.1生物化学成分恢复技术张爱君等研究认为合理施肥具有明显缓解连作障碍的作用。针对施肥中存在的问题,应推广平衡施肥技术,以土壤养分测定分析结果和作物需肥规律为基础确定肥料施用种类和施用量,并在生长过程中施用叶面肥以补充微量元素,调节作物生长,防治生理病害。微生物有机肥(BOF)的使用也可以有效防止连作障碍,有研究证明采用营养钵育苗和移栽时都施用BOF的方法种植西瓜,能有效促进西瓜植株生长,防止西瓜枯萎病发生,克服西瓜连作障碍。另外,农业生产中的很多生物有机肥料具有低成本、安全、有效等特点,要加以合理利用。利用秸秆还田的形式补充土壤中的有机质,是减轻连作障碍的有效措施。秸秆、糠皮等作物原料可以作为缓释肥施入连作土壤中来改善土壤结构,因为秸秆等材料含有大量营养物质,其分解过程中会缓慢向土壤释放有机质和矿物质,并且秸秆等还可以提高地温,提高设施内CO2浓度,增加土壤孔隙度和通透性,丰富土壤微生物的种类和数量。目前,秸秆生物反应堆技术在保护地栽培上应用取得了理想的效果,西瓜大棚内使用秸秆生物反应堆1年或2年之后,连作土壤有机质含量、土壤微生物数量、土壤多酚氧化酶、蔗糖酶活性等显著提高;郭修武等在葡萄连作土中施入稻草和玉米秸秆后,均增加了细菌的比值,逆转了连作造成的不利影响,从而使土壤肥力得到提高。除了秸秆,其它有机肥也要发掘和利用,如茶渣有机无机复混肥能改良小菘菜连作障碍,显著提高小菘菜产量,当使用水平为1125kg/hm2时,获得最大经济效益;蚯蚓粪可以显著改善黄瓜和番茄的生长状况,提高根际土壤的肥力,可明显减轻连作障碍问题。3.3.2适时培肥、培肥和除草技术控制盐分积累是防止或减轻设施中土壤次生盐渍化的最根本措施。大棚内土表用地膜或切碎的稻草等覆盖,可以减少水分蒸发,增加表土水分,并且可利用凝结在地膜上的水汽洗盐。夏秋高温季节大棚应在棚顶用遮阳网降温,并结合喷灌降温洗盐。或者采收结束后,及时清洁田园,利用夏、秋多雨季节揭膜灌水,把浮在水面上的枯枝残叶、落果杂草等捞起集中晒干烧毁,以降低盐分浓度,减少病虫残留。试验证明,甜瓜采收后清理植株残体,翻地后平整土地,漫灌降盐3次,降盐效果可达60%~70%。大棚内盐分较重的土块,可以灌淡水4~6cm深,浸泡6~7d,待水分渗到深层及时排除浸水,晒田后耕翻耙平种植;也可采用深耕的办法,降低土壤盐分浓度,一般深翻25cm左右,将上、下土壤对换,并结合灌水洗盐,效果更佳。3.3.3设施蔬菜消毒如不能换土,则尽可能进行土壤消毒以消除或削弱再植病害。土壤消毒能够有效灭除致病微生物及部分地下害虫,获得局部生态防治的效果。常用的土壤消毒剂为溴甲苯、氯化苦(三氯硝基甲烷)、D-P混合剂(二氯丙烯与二丙烷和三碳烃混合而成)和福尔马林等。除了消毒剂,高温、日光和蒸汽等也具有良好的土壤消毒效果。高温闷棚能明显减轻设施蔬菜的连作障碍,严格处理后,有些大棚能够恢复到新建棚时的蔬菜产量与品质水平。用高温闷棚技术克服连作障碍虽经济有效,但需每年同期严格处理1次,隔年处理的控防效果比较差。通过在土壤中施入添加剂且经过日光消毒后,对于黄瓜连作造成的病害问题有明显的防治作用,其中以施入石灰氮和生鸡粪的效果最佳。对葡萄连作土壤进行蒸汽灭菌,可以改变根际微生态的核心因素即根系分泌物的成分及含量,促进植株的生长,减轻葡萄的连作障碍。3.4提高作物的品质3.4.1种、根系混合物不同品种抗连作障碍能力不同,因此可以筛选抗性强的品种来减轻连作障碍产生的影响。可以选育无自毒或很少有自毒作用的品种、能产生有益的化感物质的品种、根系分泌物能提高土壤团粒结构的品种和耐盐品种等。如果土壤有积盐现象时,可选择耐盐性较强的蔬菜,如菠菜、芹菜、韭菜、茄子等;土壤酸性较强时,应种植空心菜、芋头、西洋菜等耐酸性较强的蔬菜。侯永侠等以特大茄门甜椒、特选牛角王、朝天椒3个辣椒品种为试材,研究了不同辣椒品种抗连作障碍的效果,结果表明,3个品种中以特选牛角王抗连作障碍能力较强,单株产量减少2.45%,朝天椒抗性最差,单株产量减少14.8%,特大茄门甜椒抗性居中。3.4.2生长文化景观采用抗性砧木进行嫁接栽培,能有效防治多种土传病虫害,嫁接已在黄瓜、甜瓜、西瓜、茄子和番茄等作物上利用,起到很好的效果,并且也可加强作物抗逆性,增加产量和改进品质。嫁接后改善了植株根部的生长条件,提高了对逆境的适应能力,增强了对水分和矿质营养的吸收能力,使根系发达,植株生长健壮。用云南黑子南瓜做砧木与丰产型黄瓜做接穗进行嫁接,嫁接植株能促进连作黄瓜的生长,减轻黄瓜根结线虫病害,促进连作黄瓜根系对土壤养分的吸收,使黄瓜根际土壤电导率降低,减轻由于土壤次生盐渍化所造成的盐害,提高黄瓜根际土壤微生物活性,对减轻黄瓜连作障碍,提高连作黄瓜的产量,具有一定的效果。桃树可选择红根甘肃桃作砧木,能提高植株抗根结线虫的能力。选用黑籽南瓜和日本白籽南瓜专用砧木,可有效防治甜瓜枯萎病,并提高产量。茄子的黄萎病、枯萎病可以用红茄或野茄作砧木嫁接进行防治。3.5加快水生植物生长和盐渍化病根的种植,减轻设施蔬菜连作土的自毒作用生物防治是利用对土壤中的特定病原菌的寄生、产生有害物质或通过竞争营养和空间等途径具有拮抗作用的特定微生物来减少病原菌的数量和根系的感染,促进植物健康生长,达到减少病害发生的方法。解灵军等研究筛选出对羟基苯甲酸降解菌菌株B3512,在48h内降解率达95.7%,说明菌株B3512能有效缓解对羟基苯甲酸的自毒作用。在黄瓜的生殖生长时期,向营养液中加入二氯苯甲酸降解菌,能够提升黄瓜产量,因为这种菌株可以将有毒的根浸出液转化为无毒物质。在蔬菜育苗过程中给幼苗接种AM菌根,形成菌根化植株幼苗,可促进蔬菜幼苗抵御各种生物逆境和非生物逆境等不良环境的伤害,从而减轻设施蔬菜连作障碍;葡萄连作土灭菌后接种AM菌根真菌促进了葡萄的生长,其中地表球囊霉Glomusversiforme和摩西球囊霉Glomusmosseae处理效果较好。草莓移栽时接种放线菌制剂Act11和Act12能显著改善连作草莓根域微生物生态,促进草莓生长,提高抗病性;并且将Act12蘸根接种、撒施+蘸根接种连作草莓,草莓开花数分别较对照提高60.9%、80.4%,结果数较对照分别提高43.4%、40.0%。根围促生细菌(PGPR)菌剂可减轻黄瓜枯萎病发病率,降低土壤EC值,减轻土壤盐渍化程度,提高产量。另外,稻草配施生物菌剂能够缓解大棚土壤连作障碍,减轻黄瓜枯萎病,促进黄瓜生长发育,特别是经稻草+EM菌处理的黄瓜产量增加达到了极显著水平。3.6土传病害的防治无土栽培不用土壤,分为水培和基质栽培,可以避免温室蔬菜栽培中的土壤恶化和土传病害等问题,是防止连作障碍的有效方法。无土栽培的主要形式有基质滴灌栽培、营养液膜栽培和深液流栽培等。其中,基质栽培正向着低成本、易管理、环保型复合有机基质的方向发展,对有机废弃物的再利用可能成为未来的主要发展方向。4土壤连作障碍的解决方法建议对连作障碍机理的研究,