根际调控在缓解连作障碍和提高土壤质量中的作用和机理

吴红淼, 吴林坤, 王娟英, 朱铨, 许佳慧, 郑才亮, 林文雄,*

根际调控在缓解连作障碍和提高土壤质量中的作用和机理

吴红淼1,2,3,**, 吴林坤1,2,3,**, 王娟英1,2,3, 朱铨1,2,3, 许佳慧2,3, 郑才亮1,2,3, 林文雄1,2,3,*

1. 福建农林大学生命科学学院, 福州 350002
2. 福建省农业生态过程与安全监控重点实验室, 福州 350002
3. 福建省高校作物生态与分子生理学重点实验室, 福州 350002

近年来, 世界人口密度的提高, 全球变化的加剧, 对人类赖以生存的自然环境和社会经济的可持续发展构成严重的威胁, 由此而引发的大规模农业生产活动和对土壤资源掠夺性的过度利用导致农业生产中出现了一系列新的问题。其中, 单一化耕作模式的大力推行, 使得土壤品质下降、土壤病虫害大面积爆发; 设施农业的发展尽管取得了一些进步, 但土壤出现次生盐渍化、酸化、养分失调、微生物区系紊乱、土壤板结等问题; 尤其, 在药用植物、农作物和蔬菜栽培中, 还普遍存在严重的连作障碍问题, 导致农作物生长发育不良, 土传病害严重, 极大地降低了农产品、药材等的产量与品质。在这种农业生产问题的背景下, 通过根际调控来改善植物生长, 提高土壤质量, 有助于缓解现在和未来的农业与环境问题。根际作为隐藏在地下的介导植物与土壤环境相互作用的重要媒介, 其对土壤品质和植物养分利用效率的调控有着不可估量的潜力。根际调控作为一种新的调控模式, 对农业生产起着日益重要的作用,这其中包括作物多样性栽培、土壤微生物区系的改良、植物化感作用的利用等, 诸如此类的根际调控在对土壤的改良方面有着重要意义。文章综述了当前农业生产中遇到的新挑战, 从根际调控的角度阐述了相应的应对措施, 并对根际调控在在未来农业发展中的作用进行了展望。

根际调控; 土壤质量; 连作障碍; 植物化感; 综述

1 前言

农用土地作为人类生产经济活动与自然生态过程链接和交互的媒介, 其质量对人类生活、生产实践有着重要影响。随着社会发展的不断加速, 我国农业用地面积在慢慢缩小[1], 农业土地利用方式呈现多样性, 这也导致了耕种土壤侵蚀严重, 土壤的品质和可持续性都受到严重影响。同时, 在药用植物的栽培中, 还存在因在同一块地连续多年种植同种植物, 造成植物生长状况变差、产量和品质降低、土壤病虫害发生加剧的连作障碍(Monoculture Cropping Problem)[2–3]现象。这些农业体系中所涉及的问题都严重制约了现代农业的可持续发展, 也给农业建设的发展带来了新挑战。

根际作为植物根-土之间的界面, 其是各种物质、营养从无机环境进入植物和食物链的重要桥梁。从宏观生态系统角度, 根际生态系统是生物圈、土壤圈、岩石圈、水圈和大气圈共同作用的区域, 其物质循环和能量流动受植物-土壤-微生物及其环境的调控; 从农业生态系统角度, 作物对水分养分资源的利用效率、土传病害的生物防治、环境污染物的生物净化、植物对环境胁迫的适应以及温室效应气体排放的生态效应等问题都与根际环境和根际动态过程密切相关[4]。在此基础上, 根际调控作为一种新的农业调控模式应运而生。根际调控指的是运用现代生物技术和信息技术, 对植物-土壤-微生物之间相互作用的根际过程进行调控, 从而挖掘和利用生物的遗传潜力, 减少外部资源消耗, 有目的地调控作物的生长环境[4–5]。随着现代农业的发展, 根际调控研究在对作物生产的可持续性有着至关重要的作用, 也在为农业资源的高效利用、生态环境的恢复与保护、农业生产技术的改进方面提供新的理论指导和科学依据。本文就当前农业生产中存在的新问题进行综述, 并从根际调控的角度提出了相应的策略和发展方向。

2 现代农业生产中面临的新挑战

2.1连作障碍问题

连作障碍, 国外常称为Replant Disease或soil sickness[6], 是药用植物、农作物和蔬菜栽培中的一种常见现象, 很多的粮食作物(如马铃薯、大豆)、经济作物(如烟草、棉花)、蔬菜(如黄瓜、番茄)、园艺作物(如西瓜、草莓)、药用植物(如地黄、人参、三七)等都存在不同程度的连作障碍问题, 尤以根茎或根部入药的中草药植物表现最为突出。据统计, 约占70%的中草药都存在不同程度的连作障碍问题[7],连作障碍导致中药材、农作物、蔬菜的产量、品质明显下降[8–13]。随着研究的深入, 越来越多的专家认为,根系分泌物的间接生态效应及其引起的土壤微生态结构失衡是导致植物连作障碍形成的主要因素。

地黄(Rehmannia glutinosa)为玄参科多年生草本植物, 以干燥块根入药, 是我国著名的“四大怀药”之一, 为我国传统大宗地道中药材, 目前河南省焦作地区年种植面积在12000 hm2以上, 总产值达到数十亿元。近年来福建柘荣县依托太子参(Radix pseudostellariae L.)产业提出了构筑“海西药城”的目标, 目前全县太子参种植面积3.2万亩, 年产量约5000吨, 年种植产值1.48亿元, 药业总产值12亿元,产销量全国第一, 预计“十二五”末期产值可超过50亿元, 到2020年可建成集聚百亿产业的“海西药城”。作为福建省最具特色的大宗道地药材之一, 太子参药材资源的可持续利用及相关产业的健康发展对福建现代大中药产业链发展及推动区域经济发展有着极其重要的作用。但是地黄和太子参都存在着严重的连作障碍问题, 连作导致了产量下降, 同时也对土壤品质造成严重影响, 严重制约了资源的可持续利用, 是我国构建现代产业链亟待解决的重大课题。

2.2当前土地利用方式存在的隐患

2.2.1 单一化耕作模式

随着现代农业的发展, 以及社会生产的需求,人们对一些特定农产品、药材的需求日益增大, 并促使植物的栽培生产具有一些新的特点, 如高度集约化种植、同种植物的复种指数高、栽培植物的种类单一化以及相对封闭性等特点, 从而带来的农业问题也日趋严重。在自然界中, 任何单一生态系统中单一化的耕作模式都存在很大的问题。Ristaino J B等研究表明致使十八世纪“爱尔兰大饥荒”最主要原因就是马铃薯的大面积单一化种植[14]。

而如今, 在农业生产实践中采用“单一化耕作模式”作为一项优胜劣汰的农业增产措施深受人们的青睐, 这也促使了产业带形成、农业区域化管理布局、各类农业科技园区以及集约化、标准化、规模化的设施农业等生产方式正快速发展, 并已成为传统农业生产模式向现代农业发展的重要标志[15]。根据已有的研究统计表明, 世界上主要的农业生产景观大约被35种果树或坚果树类、23种蔬菜类和12种粮食作物类等经济作物所覆盖着, 也就意味着在世界范围内仅有低于70种植物种类分布在大约14.4亿 hm2的耕地上, 在热带雨林中每公顷含有大于100种植物种类, 二者的植物多样性形成了鲜明的反差[16]。在欧美等一些发达国家, 目前已形成了各种产业带, 如棉花带、玉米带、畜牧带等农业带, 随着逐步的发展, 区域化农业生产格局已经逐渐成形,并为世界农业的发展指明了新方向。吴道铭等[17]在研究我国南方红壤时得出: 长期种植单一经济作物,会使土壤结构、通透性失衡, 土壤水分状况失调, 也会使土壤盐基养分过度流失, 进而导致南方红壤酸化加快和铝毒加重。单一化种植在使土壤恶化的同时, 也恶化了天敌的生存环境, 减少了天敌的数量,降低了天敌对有害生物的控制作用。

在这种“单一化”的背后存在着巨大的隐患, 如:病、虫、鼠、草害频发逐年严重, 化学农药使用量逐年攀升; 生物多样性遭到严重破坏、生态失衡; 农业生态环境和农产品安全等问题日益突出; 农业可持续发展受到前所未有的威胁和挑战。“单一化耕种”模式的生态负效应越来越受到人们的重视[18–19](图1) 2.2.2 设施农业的发展

设施农业作为一种现代农业生产方式, 其综合应用多种工程技术和管理技术、生物技术、环境改善技术、特定的性能和结构设施, 在此基础上构建最佳的人工环境, 在一定程度上摆脱对自然环境的依赖性[20], 并为种植业、养殖业及其产品的储藏保鲜等提供相对可控制的最适宜温度、湿度、光照度等环境条件。设施农业作为一种高效的农业生产方式, 具有物质和能力投入较大, 抵御外界风险能力强, 知识与技术高度密集, 地区差异性显著以及包含经济、社会和生态三重性等特点[21]。

尽管国内外设施农业的发展取得巨大进步, 但仍有许多问题亟待解决。主要问题在于长期覆盖栽培模式, 设施环境内水、热失衡等原因, 使得设施土壤中出现次生盐渍化、酸化、养分失调、微生物区系破坏严重等[22–23]。由于社会和经济需求, 温室栽培大部分为单一物种种植, 土传病害严重, 同时也造成土壤营养元素失衡、土壤板结等问题[22]。

另外设施农业监控系统的精度和性能还并不完善; 设施农业中的能源消耗比较严重, 运行和维护成本也较高。我国设施农业的发展在这几十年取得了举世瞩目的成就, 但与设施农业比较发达的国家相比, 仍有较大差距, 主要体现在以下几个方面[24–26]: 设施规模小, 机械化程度低, 劳动生产率低; 设施水平低下, 抗御自然灾害能力弱; 温室能源消耗严重、生态环境恶化; 设施农业技术不配套、不规范、科技含量低, 缺乏相应量化指标, 在技术应用推广和生产实践中存在一定的盲目性, 难以发挥设施农业的整体效益功能和大规模商品生产潜力; 部分地区设施结构缺乏统一的完型设计, 导致调控功能不完善; 设施栽培管理主要依靠自身经验; 栽培技术相对落后, 管理简单, 致使设施条件下农产品产量和品质始终在低水平上徘徊。这些因素都逐渐成为制约设施农业可持续发展的瓶颈, 同时也为农业土地利用的发展带来新的挑战。

3 根际调控的新视野

3.1作物多样性栽培

图1 单一种植模式的生态负效应[18–19]Fig. 1 The negative ecological effect of monoculture[18–19]

间作、混作、套作和轮作作为中国传统农艺的精华, 有着悠久的历史, 也蕴含着厚重的根际调控原理, 其可以有效地改善植株群体结构、植物对养的吸收以及土壤微生物区系[27]。黄国勤等[28]在研究稻田轮作系统时结果表明: 相比单一耕作模式, 稻田轮作能显著改善土壤的理化性质, 使得土壤随着连作年限的不断增加, 其相应的孔隙度也变大, 气相比率上升, 固相比率下降, 容重下降, 气液比值增大,土壤通透性提高, 这种种植模式有效阻止土壤酸化和次生潜育化, 使得土壤pH值提高; 植株病原菌的寄生降低, 植株抵抗力提升。人造温室在夏季休闲期间, 种植菠菜、大蒜及白菜可以使土壤盐分积累显著降低, 土壤微生物种类和数量增加, 并且能有效抑制致病菌(如镰刀菌)的增殖[29]。番茄轮作能降低黄瓜连作土壤电导度和容重, 增加土壤孔隙度和pH值, 提高土壤中碱解氮、有效磷和有效钾的含量[30]。吴凤芝等研究连作黄瓜表明, 小麦、毛苕子与黄瓜间作均能提高黄瓜根际土壤微生物群落多样性, 其中, 小麦-黄瓜间作对黄瓜根际土壤微生物群落结构多样性的影响最为显著[31]。在研究西瓜与旱作水稻间作模式时, 结果表明其能促使西瓜根际尖孢镰刀菌数量显著降低, 有效防止了西瓜枯萎病的发生, 同时根际微生物区系种类向细菌与放线菌占主导的趋势发展[32]。

近年来, 国内外学者在通过利用农业生物多样性来改善土壤、控制病虫害爆发方面取得了较好的进展。农业生物多样性(agrobiodiversity)指的是以自然生物多样性为基础, 以人类的生存和发展为动力而形成的人与自然相互作用的多样性系统, 是生物多样性的重要组成部分[33]。朱有勇教授团队在利用水稻遗传多样性控制稻瘟病方面进行了较深入研究,明确了农业生态系统中作为作物品种多样性是调控病虫害的基本要素[34]。稻鸭共作作为一种历史悠久的农业生产模式, 能够提供绿色无公害的农业产品、有效控制病虫草害、改善土壤品质。章家恩等试验结果表明, 稻鸭共作后的土壤容重降低, 土壤有机质、全氮和有效氮降低幅度比非共作模式小;水稻根系体积、根系活力、根系总吸收面积和根系比表面积都相应的增加[35–36]。

3.2土壤根际微生物区系的改良

土壤根际微生物主要是指土壤中聚居的微生物群落, 主要包括细菌、放线菌、真菌、藻类、原生动物和病毒等。它在植物根系与土壤中充当着桥梁作用, 主要是植物体进行光合作用并固定碳, 再通过根系分泌物的形式释放到土壤中, 进而为土壤微生物提供丰富的营养, 然而部分土壤微生物可凭借自身的趋化感应(chemotaxisresponse), 游向富含根系分泌物的根际及根表面进行定殖与繁殖, 同时改变土壤的环境[37]。随着研究的深入, 有学者甚至认为, 根际微生物群落的宏基因组是植物体的第二基因组[38]。研究根际土壤微生物群落有着重要的意义。

本研究团队多年来一直致力于研究植物根际生物学特性, 结果表明, 植物化感作用、连作障碍、连作促进或是间套作增产耕种模式等, 都是由其根系分泌物介导下的植物与特异微生物共同作用的结果。

本课题组采用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)和变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术研究不同连作年限下地黄根际土壤细菌群落结构, 结果表明地黄长期连作使其根际土壤中细菌种类大量减少, 群落结构趋于简单, 同时根际土壤微生态功能也逐渐降低[39–40]。当比较河南省焦作地区(地黄道地产区)和山西省临汾地区(地黄主产区)连作地黄的根际微生态特性及土壤酶进行分析时, 结果表明连作确实造成根际土壤中细菌数量减少, 真菌和放线菌数量增多, 土壤微生物类型由“细菌型”逐渐向“真菌型”过渡[41]。林茂兹等[42–43]运用传统微生物培养方法研究太子参根际微生物区系, 也发现连作导致根际土壤细菌和好气性自生固氮菌数量极显著下降, 真菌、放线菌、厌气性纤维素分解菌数量极显著增加, 其中尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)数量极显著增多, 是对照土壤的13倍。吴凤芝团队[44–46]通过外源添加黄瓜自毒物质–肉桂酸至土壤中, 也发现肉桂酸对土壤细菌和真菌群落结构都产生显著影响, 导致厚壁菌门(Firmicutes)、β-变形菌门(Betaproteobacteria)等细菌和接合菌门(Zygomycota)等真菌大量增加, 而使拟杆菌门(Bacteroidetes)、δ-变形菌门(Deltaproteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)等细菌和Pezizomycete等真菌显著下降, 同时还造成土壤中尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)大量繁殖增长, 在研究黄瓜连作土壤中微生物的动态变化时, 也证实了根际微生物的失衡与黄瓜的连作障碍有着相应的关联。Mendes等[47]运用phylochip芯片技术对抑病型土壤(disease suppressive soil)和利病性土壤(disease conducive soil)中微生物群落结构进行分析, 发现种植于抑病型土壤的甜菜其根际优势群落普遍为拮抗病原菌相关的微生物, 如放线菌门(Actinobacteria)、γ-变形菌门(Gammaproteobacteria)等, 尤其是其中的假单胞菌(Pseudomonadaceae)在抑病型土壤中的数量极显著高于利病性土壤中。

根际微生物群落在植物根系分泌物释放、土壤物质循环、能量流动、信息传递中有着重要作用, 进而影响植物生长发育过程[48–50]。研究土壤根际微生物的区系有助于探索植物—微生物—土壤之间根际相互关系机制, 并研发相应的菌剂产品进而改良土壤。

目前, 生物修复已经在生产实践中起着日益重要的作用。生物修复是指以某一类型的致病因子为靶标进行目的菌株筛选和研发, 并将其用于改善土壤环境的一种生物学方法, 如EM(Effective Microorganisms) 是日本学者比嘉照夫将厌氧和好氧等10 属80 余种微生物复合而成的一种生物制剂, 研究表明施用EM 能有效克服连作障碍, 增加土壤中速效养分含量和土壤微生物总量[51]。美国的“亚联1号”微生物肥和浙江大学农业与生物技术学院研制的有机生物菌肥均能在改善土壤pH值、营养失衡以及土壤病虫害的防治方面有着重要的作用, 研究表明这两种菌肥在一定程度上对豇豆连作地的土壤修复有一定的作用[52]。由郑州牧业工程高等专科学校研制的ZZMZ微生物菌剂(该制剂含有4种微生物), 其能够有效地在怀山药、怀地黄土壤中定植, 并有效地降解土壤中的化感物质香草酸、对羟基苯甲酸以及阿魏酸总量[53–54]。微生物土壤修复改良剂(上海创博生物技术有限公司), 该产品含有芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌等有益微生物及其活性代谢产物, 其能改善土壤环境,增加黄瓜株高和叶面积, 同时可显著提高黄瓜产量[55]。

微生物在根际生态学中充当的作用日益受到人们的重视, 对根际微生物的深入研究以及开发相应的改良土壤菌剂势必成为农业应用的趋势。

3.3无土栽培模式

随着现代农业的发展以及土地资源的束缚作用日益增加, 土地的利用需要采取资源节约的模式。在此背景下, 无土栽培的发展将打破土地资源受束缚的僵局。无土栽培是指用营养液或固体基质加营养液取代天然土壤进行作物栽培的技术[56], 通过采用人工制造的植物根系环境取代土壤环境, 使植物根系处于最适宜的环境中, 改变了植物根际周围的条件, 从而使植物的生产潜力发挥到极致, 可有效解决传统土壤栽培中的水分、空气、养分的供应矛盾。无土栽培技术发展已有150余年, 这种栽培模式正在逐步取代传统种植模式, 成为飞速发展的新兴学科, 在园艺、农业及林业的生产发展和农业现代化方面有着日益重要的作用。据统计表明, 目前世界上将近100 多个国家和地区应用无土栽培技术的。美国无土栽培作物主要有黄瓜、番茄等蔬菜, 其集中在干旱、沙漠地区, 种植面积超过2000 hm2, 是世界上发展无土栽培商业化生产最早的国家。作为最发达的无土栽培国家——荷兰, 其无土栽培面积已达4 000 hm2, 而中国无土栽培的总面积约为315 hm2[57]。

无土栽培主要分为基质栽培与营养液培养, 这两种方式都是通过模拟植物生长所需的最优根系环境, 为植物的生长创造良好的根际条件, 进而对对植物的根际进行人为调控。基质栽培是指用固体基质(介质)固定植物根系, 并通过基质吸收营养液和氧的一种无土栽培方式。基质栽培相对于水培具有性质稳定、设备简单、投资少、管理容易等优点[58],目前90%以上的商业性无土栽培是采用基质栽培方式。基质栽培代表了现代设施农业发展的趋势。这种土地资源节约型的种植模式代表着未来农业的发展趋势, 但是无土栽培中基质特性还有待更深一步的研究[58]以及基质配方、营养液配方以及管理技术等还急需不断地完善。

3.4植物化感作用

植物与植物间的化感作用是当今科学研究的前沿之一。“化感作用”指的是一种植物(包括微生物)通过其本身的挥发、分泌、淋溶和降解等方式产生的、并释放到周围环境中去的化学物质, 从而对临近生物生长发育造成影响的化学生态学现象[59–60],这种植物自身的根际调控现象是植物对环境的一种适应和防御机制, 同时也是植物通过次生代谢物质与周围的生物群落建立的稳固的化学作用关系[61]。最早研究化感作用的是公元77年的罗马自然科学作家 Pliny the Elder, 他在著作中就描述过黑胡桃(Juglans nigra L., black walnut)对邻近植物的毒害作用现象, 直到1937年, 德国科学家 Molisch才首次把这种现象称为化感作用(allelopathy)[60]。

本课题组一直致力于利用水稻化感作用(Allelopathy)来控制田间杂草, 水稻的化感抑草作用自19世纪80年代被发现后, 一直引起国内外许多专家学者的关注, 化感抑草作用被认为是环境友好型的可持续生态农业技术。王海斌等[62]研究化感水稻抑草结果表明, 非化感水稻“Lemont”抑草效果最弱, 化感潜力水稻以化感水稻“PI-1”化感抑草作用最强, 并且还得出不同化感潜力水稻产量的大小与化感潜力大小存在极显著正相关。已有研究表明,水稻的化感物质主要可分为三大类, 即黄酮类、酚酸类和萜类物质, 这三类物质对稗草均有一定的抑制作用, 但其中酚酸类物质抑草效果最为明显[63–64]。方长旬等[65–66]在应用RNAi抑制化感水稻苯丙氨酸解氨酶( PAL) 基因时, 水稻化感抑草潜力下降, 然而PAL基因调控酚酸类化感物质的合成代谢。本课题组进一步研究还发现, 化感水稻分泌的酚酸类物质诱导根际粘细菌的大量增殖, 然而粘细菌与酚酸等相互作用后增强了稗草中相关基因的表达, 抑制了稗草的生长、发育过程。但是土壤中的微生物如何感应化感物质, 根系分泌的酚酸对何种微生物起何种作用, 又如何参与信号的传导以及抑制稗草生长的机制还有待更深一步的研究。

4 展望

世界人口的剧增和与此密切相关的全球环境变化已经是一个不再能阻止的过程。在这种全球变化背景下, 通过减少原材料和其它不可更新资源(主要包括自然和农业可利用土地)的消耗, 有助于缓解现在和未来的环境问题。当前农业生产模式的变化赋予了土壤新的含义, 土壤品质的内涵与外延都将会发生深刻的变化。

随着近些年来新技术的发展, 宏蛋白组学、宏基因组学和转录组学等组学方法逐渐运用到根际土壤学中[67–68], 从分子水平到生态系统水平上系统研究其响应未来环境变化的生态学过程及其分子机制,这对土壤这个“黑匣子”的了解上了一个大的台阶。根际研究与解决资源和环境问题紧密相连, 并逐步深

入到植物学、微生物学、土壤学、植物病理学、遗传学、植物生理学、分子生物学、生态学等诸多学科, 形成了多学科的交叉研究前沿[4,69]。根际调控在农业生产中的作用日益凸显, 它是连接植物与土壤之间的枢纽, 在提高作物品质和产量的同时, 也能降低对土壤的负效应程度。由于社会经济的发展和资源环境瓶颈, 未来农业发展势必要处理好“环境”、“生物”、“环境与生物”之间的相互关系, 实现产业循环、高品质以及融合传统农业知识和现代科学技术的农村可持续发展[70–71], 并且在提高农业资源的利用效率、保障粮食安全与质量、改善农业污染、发展低碳经济等领域作出相应的贡献。总之, 根际调控势必引领新一轮的绿色革命, 将对农业的发展产生巨大的影响。

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The mechanisms of the rhizosphere management on the remission in consecutive monoculture problem and the improvement of soil quality

WU Hongmiao1,2,3**, WU Linkun1,2,3**, WANG Juanying1,2,3, ZHU Quan1,2,3, XU Jiahui2,3,
ZHENG Cailiang1,2,3, LIN Wenxiong1,2,3*
1.College of Life Sciences,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou350002,China
2.Fujian Provincial Key Laboratory of Agroecological Processing and Safety Monitoring,Fuzhou350002,China
3.Key Laboratory of Crop Ecology and Molecular Physiology,Fuzhou350002,China

In recent years, the increase in world population density and global changes have posed a serious threat to the human survival which involves in the sustainable development of the natural environment and social economy. The large-scaleagricultural activities and the excessive utilization of the soil resource also led to new problems of the agricultural production. The vigorous implementation of the monoculture mode has resulted in serious decline in soil quality, soil diseases and pests. Although some progresses have been made with the development of facility agriculture, the soil was subject to many problems such as acidification, salinization, nutrient imbalance and the destruction of microbial community. The cultivation of medicinal plants, crops and vegetables was prone to continuous cropping obstacles which seriously affected the quality and the output. Under the background of the agricultural production problems, the improvement of plant growth and soil quality by rhizosphere management will be very beneficial for alleviating the current and future agricultural and environmental problems. The rhizosphere interactions between plants and soil environment have great potential to improve the soil quality and the efficiency of nutrient utilization by plants. The rhizosphere management, a new regulation pattern, has played important roles in agricultural production, which include the crop diversification, utilization of microbial fertilizer and plant allelopathy. The rhizosphere management is crucial for the improvement of soil quality. This paper reviews the new problems of soil quality under the current agricultural production and their coping strategies. And we look far ahead into the development of rhizosphere management in agricultural production.

rhizosphere management; soil quality; consecutive monoculture problem; plant allelopathy; review

10.14108/j.cnki.1008-8873.2016.05.031

Q5

A

1008-8873(2016)05-225-08

吴红淼, 吴林坤, 王娟英, 等. 根际调控在缓解连作障碍和提高土壤质量中的作用和机理[J]. 生态科学, 2016, 35(5): 225-232. WU Hongmiao, WU Linkun, WANG Juanying, et al. The mechanisms of the rhizosphere management on the remission in

consecutive monoculture problem and the improvement of soil quality[J]. Ecological Science, 2016, 35(5): 225-232.

2015-07-01;

2015-09-01

促进海峡两岸科技合作联合基金(U1205021); 国家自然科学基金项目(81573530, 31401950); 闽台作物特色种质创制与绿色栽培协同创新中心(NO.2015-75)

吴红淼(1990—), 男, 安徽芜湖人, 博士生, 主要从事药用植物连作障碍下根际互作与作用机制的研究, E-mail:wuhongmiao2010@163.com; ** 同等贡献

*通信作者: 林文雄, 男, 博士, 教授, 主要从事农业生态学研究, E-mail: wenxiong181@163.com