蔬菜作物連作障礙是蔬菜生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展所面臨的一個重要問題,通過查閱有關(guān)克服蔬菜連作障礙的研究報告,結(jié)合作者從事相關(guān)研究的結(jié)論和進展,就蔬菜作物連作障礙產(chǎn)生的原因和克服的途徑進行綜述,以便為相關(guān)研究和類似技術(shù)的實際應(yīng)用提供借鑒。大量的研究表明,引起蔬菜作物連作障礙的主要原因有土壤中有害微生物的積累、土壤的次生鹽漬化、蔬菜作物的自毒作用等。通過輪作、間作套種、生物防治、選育抗重茬品種、嫁接栽培、增施有機肥等措施可以部分或全部解決蔬菜作物的連作障礙問題。
隨著中國蔬菜產(chǎn)業(yè)的持續(xù),加上蔬菜對溫度、光照、水分、土壤種類等自然因素的要求以及生產(chǎn)者的種植習(xí)慣、市場分布等,使得蔬菜生產(chǎn)被限制在一定的區(qū)域內(nèi),全國各地出現(xiàn)的蔬菜連作障礙現(xiàn)象日益嚴重,特別是隨著設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化、專業(yè)化、規(guī)?;陌l(fā)展,更加劇了蔬菜連作障礙的發(fā)生,嚴重地制約了蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。目前研究表明,連作障礙產(chǎn)生的主要原因有土傳性病蟲害的加劇、土壤理化性狀的劣變以及由根系分泌物和殘茬分解物等引起的自毒作用等。 1蔬菜作物連作障礙(Continuouscroppingobstacle)產(chǎn)生的原因 1.1土壤中有害微生物的積累 連作栽培條件下,蔬菜作物根系分泌物和植株殘茬腐解物給某些病原菌生存和繁殖提供了豐富的營養(yǎng)和寄主,如西瓜枯萎病菌在西瓜種植后的8年內(nèi)始終有可能引起西瓜感病并造成損失;辣椒疫病在辣椒種植后的3~5年內(nèi)始終有可能引起辣椒感病并造成損失。在設(shè)施栽培條件下,長期(或周年)適宜的溫、濕度環(huán)境使病原菌具有良好的繁殖條件,從而使得某些病原菌數(shù)量不斷增加,如馬云華等(2004)研究表明,5年黃瓜連作的日光溫室中,土壤中真菌數(shù)量一直呈線性增長,氨化細菌和尖孢鐮刀菌(黃瓜枯萎病由一種尖孢鐮刀菌引起)分別為優(yōu)勢細菌和優(yōu)勢真菌生理群。同時,設(shè)施栽培條件下施用化肥、農(nóng)藥的量相對較大,導(dǎo)致作物生長環(huán)境的故有平衡被打破,對土壤中的微生物種群乃至土壤中的固氮菌、根瘤菌、病原拮抗菌和有機質(zhì)分解菌等有益微生物產(chǎn)生不利的影響。 病原菌不僅可以利用寄主植株的根系分泌物和植株組織及其分解物作為養(yǎng)分來源進行快速繁殖,而且大多數(shù)土傳病原菌可在缺乏寄主的條件下在寄主殘體或土壤中形成耐久性的生存器官,一旦寄主出現(xiàn)便能發(fā)芽侵染寄主從而造成危害。如西瓜枯萎病菌在人工培養(yǎng)基上連續(xù)繁殖3代通常會失去致病性,而在種植過西瓜的土壤中可存活8年且能致病。不同病原菌在土壤中的生存時間有所差異,一般為3~6年。 1.2土壤次生鹽漬化(Salinizationofsoil)及酸化 蔬菜連作條件下,土壤次生鹽漬化及酸化是連作障礙產(chǎn)生的又一主要原因。一般情況下,蔬菜作物的施肥量大于其他大田作物,特別是化肥的大量施用本身就會加劇土壤鹽漬化,加上近年來各種設(shè)施(如地膜、小棚、中棚、大棚、溫室等)栽培的相對高溫增加了相對蒸發(fā)量,改變了自然狀態(tài)下的水分平衡,土壤得不到雨水充分淋洗,下層土壤中的肥料和其它鹽分會隨著深層土壤水分的蒸發(fā),沿土壤毛細管上升,最 終在土壤表面形成一薄層白色鹽分即土壤次生鹽漬化現(xiàn)象。在很多地區(qū)已經(jīng)成為菜地土壤可持續(xù)利用的主要障礙。除Ca2+和NO3-外,SO42-和Cl-也是導(dǎo)致土壤次生鹽漬化的主要因素。這些離子濃度的增加引起土壤滲透勢加大,不僅使作物根系的吸水、吸肥能力減弱,而且由于土壤溶液濃度過高,營養(yǎng)元素之間的拮抗作用常影響到作物對某些元素的吸收,從而出現(xiàn)缺素癥狀,最終使生育受阻,產(chǎn)量及品質(zhì)下降,同時,隨著鹽濃度的升高,土壤微生物活動受到抑制,銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化速度下降,導(dǎo)致作物被迫吸收銨態(tài)氮,葉色變深,生育不良。土壤鹽分積累后,造成土壤溶液濃度增加使土壤的滲透勢加大,作物種子的發(fā)芽、根系的吸水吸肥均不能正常進行。 過量施用化肥,土壤的緩沖能力和離子平衡能力將遭到破壞而導(dǎo)致土壤pH下降,而伴隨土壤pH的下降,導(dǎo)致南方酸性土壤中Mn2+和Al3+的有效性增加而使作物遭受Mn或Al毒害。土壤病害的發(fā)生除同寄主的抗病性和病原的致病性有關(guān)外,還同土壤種類、土壤pH、有機肥和化肥種類等有關(guān)。如番茄青枯病在酸性土壤中的發(fā)生率顯著高于中性和堿性土壤中的發(fā)病率,西瓜枯萎病在酸性環(huán)境下較易發(fā)病。過量施肥也會導(dǎo)致植株根系活力的下降而使作物抗病性下降,最后導(dǎo)致病害的蔓延。在白菜生產(chǎn)中,施用銨態(tài)氮田塊的白菜黃化病發(fā)生率顯著高于施用硝態(tài)氮的田塊,辣椒(特別是燈籠椒)生產(chǎn)中銨態(tài)氮施用較多易出現(xiàn)畸形果和臍腐病即Blossom-endrot(BER)。 1.3蔬菜作物的自毒作用(Autotoxicity) 某些蔬菜作物可通過地上部淋溶、根系分泌(Rootexudates)和植株殘茬腐解等途徑來釋放一些物質(zhì)對同茬或下茬同種或同科植物生長產(chǎn)生抑制作用,這種現(xiàn)象被稱為自毒作用。自毒作用是一種發(fā)生在種內(nèi)的生長抑制作用。連作條件下土壤生態(tài)環(huán)境對植物生長有很大的影響,尤其是植物殘體與病原微生物的代謝產(chǎn)物對植物有致毒作用,并連同植物根系分泌的自毒物質(zhì)一起影響植株代謝,最后導(dǎo)致自毒作用的發(fā)生。 近年來,在研究蔬菜作物自毒作用時,根系殘留物已經(jīng)成為該領(lǐng)域的研究熱點之一。根系殘留物包括根系滲出物(Exudation)、排泄物(Frass)、分泌物(Exu-dates)和脫落物(Deciduousmaterials),滲出物主要有:糖類、有機酸、氨基酸、水、無機離子、氧氣、維生素等;排泄物主要有:CO2、HCO3、乙烯等;分泌物主要有:粘液、質(zhì)子、酶類、鐵載體、激素、酚類物質(zhì)等;脫落物主要有:根冠細胞、細胞內(nèi)含物、根毛等。根系分泌物(低分子量根分泌物、有機酸、酚酸、氨基酸、可溶性糖、高分子粘液、細胞脫落物等)在有關(guān)微生物的作用下釋放CO2等,最終以低分子量有機物質(zhì)存在于土壤之中,這些物質(zhì)的存在,對根際pH、礦質(zhì)養(yǎng)分的活化、根際微生物活性影響較大,有些有機酸(如檸檬酸、酒石酸等)是一類很好的金屬鰲合物,它們在吸收根際難溶性養(yǎng)分方面起著十分重要的作用。低分子量的有機分泌物還可以活化重金屬元素如鉛和鎘,這種活化作用可以導(dǎo)致植物重金屬的毒害。YuJQ等(1997)研究表明,黃瓜根系分泌物中有對-羥基苯甲酸、苯甲酸等酚酸化合物,這些物質(zhì)對黃瓜吸收養(yǎng)分有直接的阻礙作用。 目前已經(jīng)證實,番茄、茄子、辣椒、西瓜、甜瓜和黃瓜等作物極易產(chǎn)生自毒作用,而與西瓜同科的絲瓜、南瓜、瓠瓜和黑籽南瓜則不易產(chǎn)生自毒作用,其生長有時反而被其它瓜類的根系分泌物所促進。目前,已在番茄、黃瓜和辣椒等園藝作物的組織和根系分泌物中分離出包括苯甲酸、肉桂酸和水楊酸在內(nèi)的十余種自毒物質(zhì)(Autotoxin)。這些物質(zhì)通過影響離子吸收、水分吸收、光合作用、蛋白質(zhì)和DNA合成等多種途徑來影響植物生長。同時,植物根系分泌物的組成成分及數(shù)量與土壤營養(yǎng)狀況有關(guān),營養(yǎng)不均衡(營養(yǎng)虧缺)不但直接導(dǎo)致作物連作障礙,而且也可通過改變根系分泌物的種類和數(shù)量來間接地影響植物生長。 2連作障礙的防治措施 蔬菜連作障礙及其危害十分普遍,除長期輪作外,很難通過一種或少數(shù)幾種措施完全解決問題。目前生產(chǎn)上常用的克服連作障礙的技術(shù)有輪作、間作套種、選用抗(耐)重茬品種、嫁接、無土栽培、合理的土壤管理、生物防治等。 2.1輪作 在解決蔬菜作物連作障礙方面,輪作是目前應(yīng)用比較廣泛且效果明顯的一種方法,西瓜、辣椒、黃瓜、番茄等蔬菜作物的輪作技術(shù)已經(jīng)被廣大生產(chǎn)者所接受并廣泛應(yīng)用。輪作可以有效地解決土傳病害問題,根系分泌物及自毒問題以及作物殘體所致的非土傳病害問題。如西瓜實行5~8年輪作不僅可以有效地解決西瓜枯萎病的問題,而且對西瓜的單果重,果實商品性、可溶性固形物含量等均有效果;線辣椒實行3~5年輪作既可有效地解決疫病問題,又可以提高產(chǎn)量和果實的商品性(如果實較長,畸形果率下降等)。 2.2間作套種 間作套種不僅可以提高土地利用率和單位面積的產(chǎn)出,而且可以部分解決連作障礙問題。如在蔬菜生產(chǎn)中,蔥蒜類與其它蔬菜作物間作,蔥蒜類根系分泌物可以有效地殺滅某些有害病菌,減少相關(guān)病害的發(fā)生。在陜西省關(guān)中地區(qū),冬小麥與線辣椒的間作套種,可以明顯減少線辣椒病毒病發(fā)病率,同時使線辣椒整體生長量增加,產(chǎn)量提高,畸形果減少,緩解線辣椒連作所引起的若干障礙,盡管某些機理尚待進一步研究,但這一技術(shù)因其顯著的效果而在陜西省線辣椒產(chǎn)區(qū)廣泛應(yīng)用。線辣椒與玉米間作套種可以部分地降低線辣椒疫病的發(fā)病機率,雖然其機理尚待進一步探索,但其效果是顯而易見的。 2.3生物防治 將培養(yǎng)好的拮抗微生物以一定方式施入土壤中或通過在土壤中加入有機物提高拮抗微生物的活性,可以降低土壤中病原菌的密度,抑制病原菌的活動,減輕病害的發(fā)生;拮抗菌也可以通過連續(xù)種植某些特定作物而獲得,利用單一種植特定作物,形成有利于拮抗菌生長的微生態(tài)環(huán)境,使其大量繁殖,從而抑制病原菌的生長。 土壤中既存在對病原菌產(chǎn)生拮抗作用的微生物種群,也存在一些具有分解自毒物質(zhì)能力的微生物。通過從土壤中篩選有益微生物來克服自毒現(xiàn)象,也是生物防治蔬菜作物連作障礙的途徑之一。 通過接種有益微生物來分解連作土壤中存在的有害物質(zhì),或通過與特定的病原菌競爭營養(yǎng)和空間來減少病原菌的數(shù)量和對根系的感染,從而減少根部病害發(fā)生,其中包括接種一些有益的菌根菌或其它有益菌群以便在根際形成生物屏障;接種致病菌弱毒菌株以促進幼苗產(chǎn)生免疫機能也可由于解決蔬菜作物連作障礙問題;使用含有有益微生物種群的生物有機肥抑制土壤致病菌的發(fā)展也是生物防治的途徑之一。 利用植物間的化學(xué)他感作用原理進行有益組合,不僅可有效地提高作物產(chǎn)量,并且在減少根部病害方面也可取得令人滿意的效果。如某些十字花科作物分解過程中會產(chǎn)生含硫化合物,因此向土壤中施入這種作物的殘渣能減少下茬作物根部病害的發(fā)生;蔥蒜類蔬菜作物的根系分泌物對多種細菌和真菌具有較強的抑制作用,而常被用于間作或套種以解決土傳病害問題。 2.4抗重茬品種的選用和嫁接栽培 不同作物及同一作物的不同品種對重茬的抗性和耐性差異較大,所以,選育、選擇抗(耐)重茬的品種也是解決蔬菜作物重茬障礙的一個重要途徑。辣椒、西瓜等蔬菜作物的抗重茬品種已經(jīng)在生產(chǎn)上發(fā)揮了很大的作用。西瓜與葫蘆、南瓜或野生西瓜的嫁接,黃瓜與黑籽南瓜的嫁接,茄子與野生茄子的嫁接等已經(jīng)在蔬菜生產(chǎn)上發(fā)揮了重要的作用。關(guān)于嫁接防連作障礙的機理已部分搞清,主要是通過解決土傳病害問題和蔬菜根系分泌物、殘體分解物自毒問題來解決連作障礙。 2.5增施有機肥 增施有機肥對解決幾乎所有蔬菜作物的連作障礙均有效,所以目前在生產(chǎn)上被普遍采用。總體而言,其機理主要是通過解決土壤次生鹽漬化來緩解連作障礙,如呂衛(wèi)光等(2002)研究表明,增施有機肥可以解決連作黃瓜自毒作用,主要機理是有機肥改善了土壤微生態(tài)環(huán)境,提高了土壤中微生物的數(shù)量并增強其活力,土壤活性增強,促進了根系生長,提高了根系活性,黃瓜根系對N、P、K等養(yǎng)分的吸收能力增強,減輕了苯丙烯酸等自毒物質(zhì)對黃瓜的自毒作用。 3討論 連作障礙的產(chǎn)生涉及到作物、土壤、環(huán)境等生物的、非生物的諸多復(fù)雜因素,加上這些因素的相互影響,使得解決這一問題更加復(fù)雜,任何單一的措施或通過少數(shù)幾個措施都很難收到理想的效果。僅就自毒作用的研究來看,目前有關(guān)自毒作用的試驗大多是在微生物種群結(jié)構(gòu)較為簡單的水培中完成的,而在土壤中,由于土壤的吸附、螯合以及微生物的相互作用,這些物質(zhì)可能發(fā)生數(shù)量和結(jié)構(gòu)上的變化,從而加劇或緩解自毒作用。因此,今后在研究自毒現(xiàn)象時,應(yīng)在根系分泌物、植株淋洗物和殘茬腐解物中分離鑒定自毒物質(zhì)的基礎(chǔ)上,進一步深入探索自毒物質(zhì)在根際中的消化規(guī)律。由于作物種類和栽培條件不同,作物發(fā)生連作障礙的主要原因也各有不同,而迄今為止有關(guān)連作障礙的研究大都停留在單因子水平上,缺乏對其內(nèi)在相互關(guān)系、相互影響的深入了解,這方面的研究有待進一步加強??朔卟俗魑镞B作障礙問題的研究起碼應(yīng)集中在兩個方面,一是針對蔬菜作物本身的研究,二是針對土壤營養(yǎng)、土壤環(huán)境、土壤微生物等有關(guān)方面的研究。 關(guān)于蔬菜作物本身的研究,連作障礙因作物不同而異,有些作為連作障礙相對較輕,如小麥、玉米等,在同一作物中不同品種對連作障礙的反應(yīng)不同,如許多作物將抗重茬育種作為重要的育種目標并且已經(jīng)取得了一定的進展。 關(guān)于非土傳病害,在研究蔬菜作物連作障礙時,人們將注意力的重點放在了土傳病害上,但事實上非土傳病害也應(yīng)該引起重視,某些病害(如炭疽病、葉霉病、病毒病等)均隨著連作而加重,筆者認為,非土傳病害的加重可能主要有兩方面的原因,一是上茬殘體的存在,二是上述連作障礙所引起的作物抗性下降。因此,在研究連作障礙問題時,非土傳病害的加重及解決途徑也應(yīng)該作為研究重點之一而予以重視。 蔬菜作物的連作是否會引起某種元素的相對貧乏,回答應(yīng)該是肯定的。但是由于土壤環(huán)境的復(fù)雜性和研究的單因素或寡因素性,人們將更多的注意力集中到土壤中各種元素的有效性上,而在某種元素的相對貧乏方面報導(dǎo)很少,筆者認為,要進一步研究連作障礙的發(fā)生機理并解決這一問題,某些特定元素的相對貧乏以及通過增施某種元素來解決連作障礙問題應(yīng)該給予更多的關(guān)注。 長期提倡的農(nóng)作物秸稈還田在增加土壤有機質(zhì)方面起到了許多積極的作用,但從連作障礙和作物自毒作用方面考慮,這一長期提倡的技術(shù)應(yīng)該有選擇性地慎重采用。對蔬菜作物而言,筆者認為整體上應(yīng)該以“堅持清園為上策”,利用殘枝落葉作為機肥源應(yīng)該有選擇性地慎重使用。 |
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