太阳灸图片:(转)克服蔬菜作物连作障碍问题之研究进展

来源:百度文库 编辑:偶看新闻 时间:2024/05/01 10:37:08
蔬菜作物连作障碍是蔬菜生产持续发展所面临的一个重要问题,通过查阅有关克服蔬菜连作障碍的研究报告,结合作者从事相关研究的结论和进展,就蔬菜作物连作障碍产生的原因和克服的途径进行综述,以便为相关研究和类似技术的实际应用提供借鉴。大量的研究表明,引起蔬菜作物连作障碍的主要原因有土壤中有害微生物的积累、土壤的次生盐渍化、蔬菜作物的自毒作用等。通过轮作、间作套种、生物防治、选育抗重茬品种、嫁接栽培、增施有机肥等措施可以部分或全部解决蔬菜作物的连作障碍问题。
  
  随着中国蔬菜产业的持续,加上蔬菜对温度、光照、水分、土壤种类等自然因素的要求以及生产者的种植习惯、市场分布等,使得蔬菜生产被限制在一定的区域内,全国各地出现的蔬菜连作障碍现象日益严重,特别是随着设施蔬菜生产的产业化、专业化、规模化的发展,更加剧了蔬菜连作障碍的发生,严重地制约了蔬菜产业的可持续发展。目前研究表明,连作障碍产生的主要原因有土传性病虫害的加剧、土壤理化性状的劣变以及由根系分泌物和残茬分解物等引起的自毒作用等。
  
  1蔬菜作物连作障碍(Continuouscroppingobstacle)产生的原因
  
  1.1土壤中有害微生物的积累
  
  连作栽培条件下,蔬菜作物根系分泌物和植株残茬腐解物给某些病原菌生存和繁殖提供了丰富的营养和寄主,如西瓜枯萎病菌在西瓜种植后的8年内始终有可能引起西瓜感病并造成损失;辣椒疫病在辣椒种植后的3~5年内始终有可能引起辣椒感病并造成损失。在设施栽培条件下,长期(或周年)适宜的温、湿度环境使病原菌具有良好的繁殖条件,从而使得某些病原菌数量不断增加,如马云华等(2004)研究表明,5年黄瓜连作的日光温室中,土壤中真菌数量一直呈线性增长,氨化细菌和尖孢镰刀菌(黄瓜枯萎病由一种尖孢镰刀菌引起)分别为优势细菌和优势真菌生理群。同时,设施栽培条件下施用化肥、农药的量相对较大,导致作物生长环境的故有平衡被打破,对土壤中的微生物种群乃至土壤中的固氮菌、根瘤菌、病原拮抗菌和有机质分解菌等有益微生物产生不利的影响。
  
  病原菌不仅可以利用寄主植株的根系分泌物和植株组织及其分解物作为养分来源进行快速繁殖,而且大多数土传病原菌可在缺乏寄主的条件下在寄主残体或土壤中形成耐久性的生存器官,一旦寄主出现便能发芽侵染寄主从而造成危害。如西瓜枯萎病菌在人工培养基上连续繁殖3代通常会失去致病性,而在种植过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时间有所差异,一般为3~6年。
  
  1.2土壤次生盐渍化(Salinizationofsoil)及酸化
  
  蔬菜连作条件下,土壤次生盐渍化及酸化是连作障碍产生的又一主要原因。一般情况下,蔬菜作物的施肥量大于其他大田作物,特别是化肥的大量施用本身就会加剧土壤盐渍化,加上近年来各种设施(如地膜、小棚、中棚、大棚、温室等)栽培的相对高温增加了相对蒸发量,改变了自然状态下的水分平衡,土壤得不到雨水充分淋洗,下层土壤中的肥料和其它盐分会随着深层土壤水分的蒸发,沿土壤毛细管上升,最
  
  终在土壤表面形成一薄层白色盐分即土壤次生盐渍化现象。在很多地区已经成为菜地土壤可持续利用的主要障碍。除Ca2+和NO3-外,SO42-和Cl-也是导致土壤次生盐渍化的主要因素。这些离子浓度的增加引起土壤渗透势加大,不仅使作物根系的吸水、吸肥能力减弱,而且由于土壤溶液浓度过高,营养元素之间的拮抗作用常影响到作物对某些元素的吸收,从而出现缺素症状,最终使生育受阻,产量及品质下降,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。土壤盐分积累后,造成土壤溶液浓度增加使土壤的渗透势加大,作物种子的发芽、根系的吸水吸肥均不能正常进行。
  
  过量施用化肥,土壤的缓冲能力和离子平衡能力将遭到破坏而导致土壤pH下降,而伴随土壤pH的下降,导致南方酸性土壤中Mn2+和Al3+的有效性增加而使作物遭受Mn或Al毒害。土壤病害的发生除同寄主的抗病性和病原的致病性有关外,还同土壤种类、土壤pH、有机肥和化肥种类等有关。如番茄青枯病在酸性土壤中的发生率显著高于中性和碱性土壤中的发病率,西瓜枯萎病在酸性环境下较易发病。过量施肥也会导致植株根系活力的下降而使作物抗病性下降,最后导致病害的蔓延。在白菜生产中,施用铵态氮田块的白菜黄化病发生率显著高于施用硝态氮的田块,辣椒(特别是灯笼椒)生产中铵态氮施用较多易出现畸形果和脐腐病即Blossom-endrot(BER)。
  
  1.3蔬菜作物的自毒作用(Autotoxicity)
  
  某些蔬菜作物可通过地上部淋溶、根系分泌(Rootexudates)和植株残茬腐解等途径来释放一些物质对同茬或下茬同种或同科植物生长产生抑制作用,这种现象被称为自毒作用。自毒作用是一种发生在种内的生长抑制作用。连作条件下土壤生态环境对植物生长有很大的影响,尤其是植物残体与病原微生物的代谢产物对植物有致毒作用,并连同植物根系分泌的自毒物质一起影响植株代谢,最后导致自毒作用的发生。
  
  近年来,在研究蔬菜作物自毒作用时,根系残留物已经成为该领域的研究热点之一。根系残留物包括根系渗出物(Exudation)、排泄物(Frass)、分泌物(Exu-dates)和脱落物(Deciduousmaterials),渗出物主要有:糖类、有机酸、氨基酸、水、无机离子、氧气、维生素等;排泄物主要有:CO2、HCO3、乙烯等;分泌物主要有:粘液、质子、酶类、铁载体、激素、酚类物质等;脱落物主要有:根冠细胞、细胞内含物、根毛等。根系分泌物(低分子量根分泌物、有机酸、酚酸、氨基酸、可溶性糖、高分子粘液、细胞脱落物等)在有关微生物的作用下释放CO2等,最终以低分子量有机物质存在于土壤之中,这些物质的存在,对根际pH、矿质养分的活化、根际微生物活性影响较大,有些有机酸(如柠檬酸、酒石酸等)是一类很好的金属鳌合物,它们在吸收根际难溶性养分方面起着十分重要的作用。低分子量的有机分泌物还可以活化重金属元素如铅和镉,这种活化作用可以导致植物重金属的毒害。YuJQ等(1997)研究表明,黄瓜根系分泌物中有对-羟基苯甲酸、苯甲酸等酚酸化合物,这些物质对黄瓜吸收养分有直接的阻碍作用。
  
  目前已经证实,番茄、茄子、辣椒、西瓜、甜瓜和黄瓜等作物极易产生自毒作用,而与西瓜同科的丝瓜、南瓜、瓠瓜和黑籽南瓜则不易产生自毒作用,其生长有时反而被其它瓜类的根系分泌物所促进。目前,已在番茄、黄瓜和辣椒等园艺作物的组织和根系分泌物中分离出包括苯甲酸、肉桂酸和水杨酸在内的十余种自毒物质(Autotoxin)。这些物质通过影响离子吸收、水分吸收、光合作用、蛋白质和DNA合成等多种途径来影响植物生长。同时,植物根系分泌物的组成成分及数量与土壤营养状况有关,营养不均衡(营养亏缺)不但直接导致作物连作障碍,而且也可通过改变根系分泌物的种类和数量来间接地影响植物生长。
  
  2连作障碍的防治措施
  
  蔬菜连作障碍及其危害十分普遍,除长期轮作外,很难通过一种或少数几种措施完全解决问题。目前生产上常用的克服连作障碍的技术有轮作、间作套种、选用抗(耐)重茬品种、嫁接、无土栽培、合理的土壤管理、生物防治等。
  
  2.1轮作
  
  在解决蔬菜作物连作障碍方面,轮作是目前应用比较广泛且效果明显的一种方法,西瓜、辣椒、黄瓜、番茄等蔬菜作物的轮作技术已经被广大生产者所接受并广泛应用。轮作可以有效地解决土传病害问题,根系分泌物及自毒问题以及作物残体所致的非土传病害问题。如西瓜实行5~8年轮作不仅可以有效地解决西瓜枯萎病的问题,而且对西瓜的单果重,果实商品性、可溶性固形物含量等均有效果;线辣椒实行3~5年轮作既可有效地解决疫病问题,又可以提高产量和果实的商品性(如果实较长,畸形果率下降等)。
  
  2.2间作套种
  
  间作套种不仅可以提高土地利用率和单位面积的产出,而且可以部分解决连作障碍问题。如在蔬菜生产中,葱蒜类与其它蔬菜作物间作,葱蒜类根系分泌物可以有效地杀灭某些有害病菌,减少相关病害的发生。在陕西省关中地区,冬小麦与线辣椒的间作套种,可以明显减少线辣椒病毒病发病率,同时使线辣椒整体生长量增加,产量提高,畸形果减少,缓解线辣椒连作所引起的若干障碍,尽管某些机理尚待进一步研究,但这一技术因其显著的效果而在陕西省线辣椒产区广泛应用。线辣椒与玉米间作套种可以部分地降低线辣椒疫病的发病机率,虽然其机理尚待进一步探索,但其效果是显而易见的。
  
  2.3生物防治
  
  将培养好的拮抗微生物以一定方式施入土壤中或通过在土壤中加入有机物提高拮抗微生物的活性,可以降低土壤中病原菌的密度,抑制病原菌的活动,减轻病害的发生;拮抗菌也可以通过连续种植某些特定作物而获得,利用单一种植特定作物,形成有利于拮抗菌生长的微生态环境,使其大量繁殖,从而抑制病原菌的生长。
  
  土壤中既存在对病原菌产生拮抗作用的微生物种群,也存在一些具有分解自毒物质能力的微生物。通过从土壤中筛选有益微生物来克服自毒现象,也是生物防治蔬菜作物连作障碍的途径之一。
  
  通过接种有益微生物来分解连作土壤中存在的有害物质,或通过与特定的病原菌竞争营养和空间来减少病原菌的数量和对根系的感染,从而减少根部病害发生,其中包括接种一些有益的菌根菌或其它有益菌群以便在根际形成生物屏障;接种致病菌弱毒菌株以促进幼苗产生免疫机能也可由于解决蔬菜作物连作障碍问题;使用含有有益微生物种群的生物有机肥抑制土壤致病菌的发展也是生物防治的途径之一。
  
  利用植物间的化学他感作用原理进行有益组合,不仅可有效地提高作物产量,并且在减少根部病害方面也可取得令人满意的效果。如某些十字花科作物分解过程中会产生含硫化合物,因此向土壤中施入这种作物的残渣能减少下茬作物根部病害的发生;葱蒜类蔬菜作物的根系分泌物对多种细菌和真菌具有较强的抑制作用,而常被用于间作或套种以解决土传病害问题。
  
  2.4抗重茬品种的选用和嫁接栽培
  
  不同作物及同一作物的不同品种对重茬的抗性和耐性差异较大,所以,选育、选择抗(耐)重茬的品种也是解决蔬菜作物重茬障碍的一个重要途径。辣椒、西瓜等蔬菜作物的抗重茬品种已经在生产上发挥了很大的作用。西瓜与葫芦、南瓜或野生西瓜的嫁接,黄瓜与黑籽南瓜的嫁接,茄子与野生茄子的嫁接等已经在蔬菜生产上发挥了重要的作用。关于嫁接防连作障碍的机理已部分搞清,主要是通过解决土传病害问题和蔬菜根系分泌物、残体分解物自毒问题来解决连作障碍。
  
  2.5增施有机肥
  
  增施有机肥对解决几乎所有蔬菜作物的连作障碍均有效,所以目前在生产上被普遍采用。总体而言,其机理主要是通过解决土壤次生盐渍化来缓解连作障碍,如吕卫光等(2002)研究表明,增施有机肥可以解决连作黄瓜自毒作用,主要机理是有机肥改善了土壤微生态环境,提高了土壤中微生物的数量并增强其活力,土壤活性增强,促进了根系生长,提高了根系活性,黄瓜根系对N、P、K等养分的吸收能力增强,减轻了苯丙烯酸等自毒物质对黄瓜的自毒作用。
  
  3讨论
  
  连作障碍的产生涉及到作物、土壤、环境等生物的、非生物的诸多复杂因素,加上这些因素的相互影响,使得解决这一问题更加复杂,任何单一的措施或通过少数几个措施都很难收到理想的效果。仅就自毒作用的研究来看,目前有关自毒作用的试验大多是在微生物种群结构较为简单的水培中完成的,而在土壤中,由于土壤的吸附、螯合以及微生物的相互作用,这些物质可能发生数量和结构上的变化,从而加剧或缓解自毒作用。因此,今后在研究自毒现象时,应在根系分泌物、植株淋洗物和残茬腐解物中分离鉴定自毒物质的基础上,进一步深入探索自毒物质在根际中的消化规律。由于作物种类和栽培条件不同,作物发生连作障碍的主要原因也各有不同,而迄今为止有关连作障碍的研究大都停留在单因子水平上,缺乏对其内在相互关系、相互影响的深入了解,这方面的研究有待进一步加强。克服蔬菜作物连作障碍问题的研究起码应集中在两个方面,一是针对蔬菜作物本身的研究,二是针对土壤营养、土壤环境、土壤微生物等有关方面的研究。
  
  关于蔬菜作物本身的研究,连作障碍因作物不同而异,有些作为连作障碍相对较轻,如小麦、玉米等,在同一作物中不同品种对连作障碍的反应不同,如许多作物将抗重茬育种作为重要的育种目标并且已经取得了一定的进展。
  
  关于非土传病害,在研究蔬菜作物连作障碍时,人们将注意力的重点放在了土传病害上,但事实上非土传病害也应该引起重视,某些病害(如炭疽病、叶霉病、病毒病等)均随着连作而加重,笔者认为,非土传病害的加重可能主要有两方面的原因,一是上茬残体的存在,二是上述连作障碍所引起的作物抗性下降。因此,在研究连作障碍问题时,非土传病害的加重及解决途径也应该作为研究重点之一而予以重视。
  
  蔬菜作物的连作是否会引起某种元素的相对贫乏,回答应该是肯定的。但是由于土壤环境的复杂性和研究的单因素或寡因素性,人们将更多的注意力集中到土壤中各种元素的有效性上,而在某种元素的相对贫乏方面报导很少,笔者认为,要进一步研究连作障碍的发生机理并解决这一问题,某些特定元素的相对贫乏以及通过增施某种元素来解决连作障碍问题应该给予更多的关注。
  
  长期提倡的农作物秸秆还田在增加土壤有机质方面起到了许多积极的作用,但从连作障碍和作物自毒作用方面考虑,这一长期提倡的技术应该有选择性地慎重采用。对蔬菜作物而言,笔者认为整体上应该以“坚持清园为上策”,利用残枝落叶作为机肥源应该有选择性地慎重使用。