茄果類蔬菜連作障礙成因及防治措施的研究進(jìn)展

基金項(xiàng)目：駐馬店市重大科技專項(xiàng)“茄果類蔬菜優(yōu)異種質(zhì)創(chuàng)制及專用新品種選育與示范推廣”（ ZMDSZSZX2022005 ）。

李陽奇等

茄果類蔬菜是我國(guó)蔬菜產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中重要組成之一，主要有番茄、辣椒、茄子等日常常見蔬菜，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、產(chǎn)量好、經(jīng)濟(jì)效益穩(wěn)定，在市場(chǎng)上廣受歡迎。隨著設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展， 茄果類蔬菜生產(chǎn)規(guī)模化、專一化模式逐漸成熟，但集約化種植、頻繁復(fù)種與品種單一導(dǎo)致的連作障礙也日趨嚴(yán)重。

連作障礙是指在同一田塊多年連續(xù)種植相同或近緣作物導(dǎo)致的土壤退化、降質(zhì)減產(chǎn)、土傳病害與相關(guān)蟲害頻發(fā)等問題增多的現(xiàn)象 。 本文作者通過多元分析與總結(jié)當(dāng)前研究進(jìn)展，總結(jié)其形成主要原因： ①土壤理化性質(zhì)惡化； ② 土壤微生物結(jié)構(gòu)變化與劣變；③ 化感物質(zhì)積累與植物自毒作用 。 此外還指出，不是所有連作系統(tǒng)都會(huì)被土傳病原體所影響， 在針對(duì)性解決連作障礙地過程中， 須從植物—土壤—生物體相互作用的角度出發(fā)，以合理輪間作、植物抗性、土壤改良、微生物生態(tài)構(gòu)建多個(gè)方面出發(fā)，通過科學(xué)合理的管理手段與有效的技術(shù)方法共同減少或避免連作障礙的發(fā)生。

1 連作障礙的危害

連作障礙在茄果類蔬菜如辣椒上表現(xiàn)為產(chǎn)量降低 、果實(shí)短小畸形 、土傳病害發(fā)病率上升 、植株干鮮重與株高莖粗均顯著下降等 ；在番茄上表現(xiàn)為果實(shí)硝酸鹽含量增加、商品價(jià)值下降 、土壤缺鈣引發(fā)臍腐病等 。 多年連續(xù)栽種后土傳病害的發(fā)病率大大提高，其中根腐病、青枯病、枯萎病、疫病等在生產(chǎn)中危害較大，導(dǎo)致植株出現(xiàn)生長(zhǎng)不良、葉片黃化、根部腐爛等，嚴(yán)重時(shí)枯萎死亡。 根結(jié)線蟲主要侵染作物根系造成傷口，導(dǎo)致吸收功能喪失、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流出。 傷口出現(xiàn)為病原菌侵入創(chuàng)造了有利條件， 表現(xiàn)為其他土傳病害加重發(fā)生，與根結(jié)線蟲共同危害。 在養(yǎng)分失衡、土傳病害加劇等問題的治理過程中，大量化學(xué)肥料、化學(xué)農(nóng)藥的施用又引起土壤 pH 改變、鹽堿化、藥物殘留等問題出現(xiàn)。 農(nóng)資投入增多，增加了種植戶的成本，打擊了生產(chǎn)積極性，不利于產(chǎn)業(yè)未來的健康、可持續(xù)發(fā)展。

2 連作障礙成因

植物、 土壤與微生物相互作用共同發(fā)生變化形成了連作障礙，主要包括土壤理化性質(zhì)變化、植物自毒與化感作用、土壤生態(tài)環(huán)境變化，其中生物因素占主要作用，成為導(dǎo)致連作障礙的最關(guān)鍵因素。

2.1 土壤理化性質(zhì)的變化

2.1.1 土壤物理性狀的變化 土壤結(jié)構(gòu)變化會(huì)導(dǎo)致土壤透水保水性、通氣性、養(yǎng)分涵蓄能力發(fā)生改變 , 影響植物根系的穿透能力與對(duì)養(yǎng)分的吸收能力， 直接或間接降低茄果類蔬菜產(chǎn)量與品質(zhì)。 在設(shè)施內(nèi)隨著連作年限的增加， 0.5～1.0 mm 和 0.25～0.50 mm 粒徑的水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量增加， 微團(tuán)粒向大團(tuán)粒不斷轉(zhuǎn)化 。 研究設(shè)施番茄連作 0 、 1 、 3 、 5 、 8 年的日光溫室土壤樣品發(fā)現(xiàn)， 在連作年限梯度增加條件下土壤容重呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在 1 、 3 、 5 、 8 年分別比對(duì)照下降 4.3% 、6.9% 、 7.2% 、 7.8% 。 設(shè)施內(nèi)茄果類蔬菜日常田間管理頻率較高，由于管理過程中人員踩踏，土壤板結(jié)更為嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致土壤有效孔隙減少，通氣性降低、透水性變差 。 由此可見，多年連作后茄果類蔬菜種植管理特性會(huì)導(dǎo)致土壤耕層物理結(jié)構(gòu)發(fā)生不同程度變化，土壤容重持續(xù)下降，毛管系統(tǒng)減少，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，造成嚴(yán)重連作障礙。

2.1.2 土壤化學(xué)性質(zhì)的變化 長(zhǎng)期連作導(dǎo)致土壤pH 降低與鹽漬化。 近年來， 中國(guó)農(nóng)田平均土壤 pH降低 0.13～0.80 ， 與非連作相比中國(guó)土壤 pH 平均降低 8% ， 且 pH 的變化幅度隨著連作年限的增長(zhǎng)而加劇。 銨態(tài)氮肥等生理酸性肥料在實(shí)際應(yīng)用中不科學(xué)的施用量是導(dǎo)致土壤 pH 降低的一個(gè)重要原因 。 番茄與辣椒種植過程中， 硝態(tài)氮與銨態(tài)氮的積累容易導(dǎo)致土壤酸化， 加之電導(dǎo)率增加， 一般 5 年內(nèi)土壤就會(huì)酸化 。 土壤酸化會(huì)影響金屬離子含量，限制作物生長(zhǎng)， 引發(fā)鐵、 鋁、 鎘污染現(xiàn)象， 降低作物產(chǎn)量與品質(zhì)。

2.1.3 土壤養(yǎng)分含量與作物吸收能力變化 多年連作下同種作物對(duì)于土壤中元素的吸收比例大致相同，造成特定養(yǎng)分在土壤中含量連年降低，再加之不科學(xué)施用肥料與設(shè)施蔬菜內(nèi)溫度高、 水分蒸發(fā)量大等特點(diǎn)，極易造成養(yǎng)分缺失與冗余，供需出現(xiàn)失衡，抑制作物對(duì)養(yǎng)分的吸收與利用。 在溫室栽培模式中，氮、磷、鉀三元素利用率分別僅為 24% 、 8% 、 46% ，養(yǎng)分施用比例（ 1∶0.9∶0.8 ）與作物對(duì)其需求比例（ 1∶0.3∶1.4 ）長(zhǎng)期錯(cuò)位，大量氮、磷、鉀元素在土壤中積累 ，而多年連作與化肥的大量施用也會(huì)導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量逐年降低 。土壤中作物所需元素的降低和其他元素的冗余致使作物出現(xiàn)一系列缺素與毒害癥狀，生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)茄果類蔬菜出現(xiàn)相關(guān)癥狀后大多并不會(huì)對(duì)癥下藥，而是施用復(fù)合肥或復(fù)合營(yíng)養(yǎng)液，這會(huì)導(dǎo)致冗余元素的含量進(jìn)一步升高。

2.2 植物自毒與化感作用

自毒作用是有的物種通過釋放某些化學(xué)物質(zhì)從而干擾自身或同種物種的生長(zhǎng)與繁殖的現(xiàn)象 。研究表明， 茄果類蔬菜連作會(huì)導(dǎo)致分泌的酚酸類物質(zhì)等化學(xué)物質(zhì)在土壤中積累， 從而抑制作物的生長(zhǎng)， 具體癥狀表現(xiàn)為光合速率下降、 種子與幼苗萌發(fā)性降低， 對(duì)于細(xì)胞通透性、 離子吸收能力、 酶活性等多項(xiàng)指標(biāo)均有影響， 最終導(dǎo)致作物的產(chǎn)量與品質(zhì)降低。 植物間的化學(xué)通訊是促進(jìn)植物生長(zhǎng)、 防御策略啟動(dòng)與化感物質(zhì)產(chǎn)生的重要原因， 了解更多化感物質(zhì)的產(chǎn)生與作用原理對(duì)于自毒作用的緩解具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

2.3 微生物群體結(jié)構(gòu)

2.3.1 土壤病原物增加 鐮刀菌是引起茄果類蔬菜枯萎病、 根腐病的病原菌， 主要包括尖孢鐮刀菌（ Fusarium oxysporium ）、茄病鐮刀菌（ Fusarium solani ）等，不僅可以感染茄果類蔬菜，對(duì)于十字花科等多種作物均有影響，主要為害根莖部及維管束，造成植物萎蔫甚至死亡 。 青枯病是一種細(xì)菌性病害，病原菌經(jīng)土壤越冬傳播，病菌多由傷口與自然孔口侵入，高溫高濕天氣極易發(fā)病 。根結(jié)線蟲病由南方根結(jié)線蟲引起 ，受害植株表現(xiàn)為葉片發(fā)黃、萎蔫，嚴(yán)重時(shí)植物矮化、葉片枯萎、結(jié)果率低、果實(shí)小。 根結(jié)線蟲病主要以 2 齡幼蟲或卵在土壤與糞便中越冬， 多年連作會(huì)導(dǎo)致病害大幅度上升。

2.3.2 群體結(jié)構(gòu)改變 多年連作使土壤中微生物種類趨于單一，食物網(wǎng)被破壞，穩(wěn)定性降低。 土壤微生物群落結(jié)構(gòu)被破壞會(huì)導(dǎo)致微生態(tài)功能被擾亂， 更有利于土壤內(nèi)病原菌的繁殖， 最終引起有益菌的減少及病原物的增加。 如延長(zhǎng)辣椒連作年限后，細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)改變與多樣性下降會(huì)導(dǎo)致土壤微生物群落功能失調(diào)，進(jìn)而引起辣椒的連作障礙 。 設(shè)施內(nèi)番茄在多年連作后表現(xiàn)為土壤細(xì)菌數(shù)量隨連作年限而逐年減少， 其中芽孢桿菌與假單胞菌數(shù)量在少于 6 年時(shí)增加，超過 10 年后減少 。 在連作中，微生物結(jié)構(gòu)改變引起土傳病害暴發(fā)主要有 3 種表現(xiàn)形式。 一是持續(xù)嚴(yán)重性，表現(xiàn)為整個(gè)連作期間植物病害持續(xù)加重，最終導(dǎo)致作物減產(chǎn)甚至絕收， 如西瓜與黃瓜的連作會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量下降 25%～50% 。 二是后期減輕型，表現(xiàn)為前期病害嚴(yán)重，多年連作后病害有所減輕，這可能與土壤對(duì)微生物結(jié)構(gòu)的自我修復(fù)有關(guān)。 但也有部分作物連作后可引起產(chǎn)量增加， 如大豆產(chǎn)量不受連作影響，這可能與土壤內(nèi)有益菌數(shù)量穩(wěn)定增長(zhǎng)有關(guān)。 三是連續(xù)波動(dòng)型， 表現(xiàn)為病害嚴(yán)重期和減輕期在連作過程中交替出現(xiàn)。

3 連作障礙防治措施

3.1 合理輪作與間作

與連作相比，輪作與間作增加了作物多樣性，可以充分利用土壤養(yǎng)分，改善土壤肥力，避免了同種作物生長(zhǎng)發(fā)育過程中對(duì)于單一元素持續(xù)吸收， 而其他營(yíng)養(yǎng)元素過量積累。 另外，不同作物促進(jìn)土壤內(nèi)不同微生物生長(zhǎng)，可有效增加土壤微生物種類，提高微生物群體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。 茄果類蔬菜可與十字花科、石蒜科蔬菜輪作，也可套種莧菜、茼蒿等速生蔬菜，在增加經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)減少土傳病害發(fā)生率， 提高產(chǎn)量與品質(zhì)。

3.2 利用植物抗性

選用抗性品種是應(yīng)對(duì)茄果類蔬菜連作障礙的重要手段，具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、快速、安全等特點(diǎn)，對(duì)于降低田間病害發(fā)生率具有重要作用。邵穎等 的研究發(fā)現(xiàn)，攜帶 Mi 基因的番茄品種對(duì)于南方根結(jié)線蟲具有良好的抗性，具體品種有天寶 316 、以色列 A316 等。

砧木嫁接是影響番茄抗性和果實(shí)品質(zhì)的重要因素之一，對(duì)于防治茄果類蔬菜黃萎病、枯萎病、青枯病、根結(jié)線蟲等具有良好的效果。 李蝶等 的研究發(fā)現(xiàn)，砧木對(duì)于番茄抗性具有一定影響，砧木勇士 6 號(hào)與接穗品種南國(guó)紅 1 號(hào)進(jìn)行嫁接后表現(xiàn)為高抗青枯病與枯萎病。 砧木作為一種提高茄果類蔬菜病害抗性的有效手段，其環(huán)保、安全特性使其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力與發(fā)展?jié)摿Σ蝗菪∮U。 未來，高抗砧木的開發(fā)與應(yīng)用是茄果類蔬菜病害防治的發(fā)展方向。

3.3 調(diào)節(jié)土壤理化性質(zhì)

通過合理的管理與施用土壤改良劑， 可有效緩解土壤理化性質(zhì)失衡，減少連作障礙的發(fā)生。 連作土壤中施用由農(nóng)林有機(jī)廢棄物制作的生物炭可調(diào)節(jié)酸性土壤 pH 、活化土壤養(yǎng)分、吸附重金屬、增加土壤酶活性 。 較高比重活性炭可降低土壤容重、提高孔隙度、 增加土壤透氣性和水分滲入能力。 有機(jī)肥富含氮、磷、鉀等常規(guī)養(yǎng)分，肥效長(zhǎng)、養(yǎng)分釋放速度均勻，可提高土壤中有益菌相對(duì)豐度，改善土壤理化性質(zhì)。通過完善排灌系統(tǒng)，及時(shí)排出積水，避免澇害可有效控制土壤鹽分積累， 夏季高溫多雨季節(jié)也可打開棚膜，清理田園，讓雨水淋洗棚內(nèi)土壤，利用水平徑流與垂直滲透作用共同降低土壤養(yǎng)分含量， 可減少鹽漬化現(xiàn)象出現(xiàn) 。

3.4 微生物生態(tài)構(gòu)建

土壤中存在著對(duì)于植物生長(zhǎng)有促進(jìn)作用的有益菌，也有部分微生物會(huì)產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)，其直接侵入植物造成植物的生長(zhǎng)發(fā)育被阻礙。 通過鑒別或篩選對(duì)當(dāng)前作物有益微生物， 利用接種等手段可增加土壤中有益菌的數(shù)量， 通過拮抗作用抑制土壤中病原菌的生長(zhǎng)與繁殖 。有益菌還可以分解連作土壤中的有害物質(zhì)，以改善土壤結(jié)構(gòu)。

土壤消毒是防治連作障礙的重要手段之一，通過土壤消毒與田間病殘?bào)w清除可以有效殺滅在其中越冬的病原菌、線蟲等 。 目前常用的土壤消毒方法有三大類，分別為物理消毒、化學(xué)藥劑處理、生物技術(shù)應(yīng)用。 其中物理消毒包括夏季暴曬、高溫悶棚、冬季深翻凍土、電處理技術(shù)等。 夏季農(nóng)閑時(shí)進(jìn)行高溫悶棚，具有操作簡(jiǎn)單、環(huán)保無污染、效果好等優(yōu)點(diǎn)。 高溫悶棚 + 灌水 + 覆膜處理可以有效降低土壤中根結(jié)線蟲的數(shù)量，蟲口減退率達(dá) 100% 。茄果類蔬菜種植前進(jìn)行土壤熏蒸消毒是當(dāng)前解決連作障礙最有效的方法之一， 化學(xué)藥劑在熏蒸過程中可以進(jìn)入土壤細(xì)小空間內(nèi)揮發(fā)與移動(dòng)，能在極大程度上殺死病原微生物。常見的土壤熏蒸劑包括甲基溴、威百畝、棉隆、二甲基二硫等，其中棉隆對(duì)細(xì)菌、真菌、根結(jié)線蟲及雜草均具有較高防效， 能顯著減少土壤疫霉菌屬真菌和鐮刀菌屬真菌，減退率分別為 78.6%～84.2% 和 55.9%～90.7% ，加之固體顆粒安全及使用方便的特性，被廣泛用于土傳病蟲害的防治 。但長(zhǎng)期使用土壤熏蒸劑會(huì)使病原菌產(chǎn)生抗藥性，降低熏蒸效果，也會(huì)對(duì)土壤中的微生態(tài)造成影響。 生物技術(shù)包括生物熏蒸、厭氧消毒、生物防治制劑等 。

4 結(jié)語

連作障礙是影響茄果類蔬菜產(chǎn)量與品質(zhì)不可忽視的因素之一，因其主要與土壤有關(guān)，但又不僅僅是土壤單個(gè)因素的影響。 因此，防治具有較大難度。 本文作者對(duì)茄果類蔬菜連作障礙發(fā)生的成因做了多方面分析，闡述了植物、土壤、微生物之間的綜合作用，即連作會(huì)導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)、 理化性質(zhì)及微生物群落改變，同時(shí)植物自身的自毒作用也會(huì)有一定的影響。 但是也有研究表明，連作并不是單純的土壤條件惡化，也有可能形成小范圍的抑菌土壤， 特定條件下有利于植物的生長(zhǎng)與發(fā)育。 為解決連作障礙，土壤生物對(duì)土壤健康至關(guān)重要， 必須重視生物指標(biāo)在連作障礙修復(fù)中的作用，通過合理施肥、灌溉、優(yōu)化種植模式和保護(hù)性耕作等多種手段共同發(fā)力。 因此，要充分挖掘土壤、植物、微生物、生態(tài)環(huán)境四者在連作條件下的關(guān)系，利用植物本身抗性、土壤自修復(fù)能力、土壤調(diào)理劑使用及人工微生態(tài)群落調(diào)節(jié)等策略， 從而實(shí)現(xiàn)作物穩(wěn)產(chǎn)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。