设施园艺连作障碍研究进展

胡海军　吴亚男　鄂洋　高智席　关晓溪　张家臣

摘要 随着经济的发展，设施园艺正趋于规模化和产业化。在经济效益的驱使下，设施园艺发生了大面积的连作障碍，从而限制了设施园艺的可持续发展。该研究从土壤的理化性质、生态环境、植物的自毒作用等方面阐述了连作障碍产生的原因，并提出一系列缓解措施，旨在为设施园艺连作障碍的研究提供一定的参考依据。

关键词 设施园艺；连作障碍；原因；调控措施

中图分类号 S344.4 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2016）05-049-03

Abstract With the development of economy， protected horticulture is tending to largescale and industrialization. Under the driving of economic benefits， largearea continuous cropping obstacle appeared， which restricted sustainable development of protected horticulture. The causes for continuous cropping obstacle were elaborated from aspects of soil physical and chemical properties， ecoenvironment， plants selftoxicity， a series of solutions was proposed， so as to provide a certain reference basis for research of continuous cropping obstacle.

Key words Protected horticulture； Continuous cropping obstacle； Reason； Regulation and control measures

连作障碍是指在同一块土壤上连续种植同种或同科作物时，即使在正常的栽培管理条件下，也会出现不同程度的生长缓慢、发育不良、长势变弱、产量和品质降低以及病虫害等现象[1]。目前，我国设施园艺的栽培面积位于世界各国之首，设施园艺产生的经济效益十分可观，其在现代农业、设施农业集约化、规模化发展过程中发挥着重要作用。然而，设施园艺种植系统的连作障碍严重制约了设施园艺的可持续发展和经济效益的日益增长。笔者结合前人的相关研究，对设施园艺栽培植物的生理生化特性及根系微生物等各方面进行深入分析，阐述了连作障碍形成的危害及原因，并提出有效的解决措施，以期为解决设施园艺的连作障碍提供一定的理论依据和实践参考。

1 设施园艺连作的危害

设施园艺作物的栽培品种较为单一，在连作情况下病虫害发生尤为严重，直接危害作物的生长发育，从而造成产量和品质下降，投入产出比升高，经济效益明显降低。连作危害又因作物生长发育时期、作物品种和连作年限不同而有差异。赵春芳等[2]研究表明，土壤恶化会导致作物生长发育受阻，产量降低。吕卫光等[3]研究表明，设施大棚中黄瓜产量和根系活力均随连作年限的增加而降低。马海燕等[4]对设施园艺中栽培的非洲菊进行研究，发现连作土壤中放射菌、脲酶、细菌和中性磷酸酶的活性明显降低，表现为明显的连作障碍。连作危害主要表现为作物长势缓慢、产量降低、品质下降，土壤理化性质遭到破坏、酸化和盐渍化较为严重、土壤养分单一性消耗、病原菌增多，有毒物质富集等[5-7]。

2 设施园艺连作障碍形成的原因

设施园艺连作障碍形成的原因涉及环境、作物、土壤等诸多方面，且不同作物或同种作物在不同生育时期产生连作障碍的主导因素各不相同。研究人员先后提出了毒素学说、植物间“相克”理论等诸多造成连作障碍的因子学说。

2.1 土壤理化性质的改变

2.1.1 土壤结构遭到破坏、物理性质恶化。

在经济效益的驱动下，设施园艺栽培过程中出现严重的化肥施用超量和不平衡现象，加上设施园艺中雨水对土壤的淋溶作用降低，造成土壤板结或团粒结构破坏，产生酸化和次生盐渍化等一系列问题。李欢等[8]对连作土壤的研究表明，随着连作年限的增加，土壤耕层的可溶性盐和硝酸盐含量明显增加，土壤盐渍化成为设施园艺连作障碍之一。设施园艺栽培条件下，土壤通气透水性相对较差，易导致土壤板结，从而影响设施园艺栽培品种生长[9]。

2.1.2 土壤养分失衡。

设施园艺连作土壤种植的作物种类单一，根系对土壤养分吸收的范围基本一致，且对养分种类的吸收基本相同，从而导致对根系周围某种养分过度消耗，造成养分单一性缺乏。沈华等[10]研究表明，随着连作年限的增加，土壤中N、P、K等养分比例严重失调，Na+、Cl+等残留较多，土壤盐渍化严重。耿士均等[11]对设施园艺中连作黄瓜的研究表明，连作致使土壤结构破坏，Mn、Cu、Zn等微量元素含量明显降低。

2.2 土壤生态环境的破坏

2.2.1 土壤微生物群落的变化。

设施园艺连作栽培定向影响着土壤及根际微生物的生长和繁殖，土传病害加重，表现为有害微生物数量增加，土壤原有微生物生态系统平衡破坏。土壤微生物可以直接影响植物的生长发育，也可通过与其他微生物作用间接促进或抑制植物的生长发育。汪世峰等[12]研究表明，随着连作年限的增加，土壤中细菌和放线菌数量呈下降趋势，但真菌数量显著增加。吴艳飞[13]和吴凤芝等[14]研究认为，连作会使土壤中有益微生物种群密度降低，根际土壤微生物由高肥力的“细菌型”转向低肥力的“真菌型”。

2.2.2 土传病虫害的影响。多年连作同种作物极易产生相同或相似的土传病害[15]。设施园艺中，虫卵和病原菌不仅可以在土壤中生存，也可以在墙壁和支架等园艺设施上传播，特殊的生态环境致使病虫害发生愈加严重[16]。设施园艺中的土传虫害以根结线虫和镰刀菌为主。时立波等[17]认为，番茄根际周围土壤根结线虫的数量随种植年限的增加而上升。吴凤芝等[14]研究发现，连作25 a的黄瓜，其病虫害发病率高达51.2%。

2.3 设施园艺连作植物的自毒作用

自毒作用是指植物通过地上淋溶、根系分泌、植物残茬等途径释放或分泌出一些物质，该物质对同茬或下茬同种或科植物的生长产生抑制作用，这种现象通常被称为植物的自毒作用。设施园艺连作栽培条件下，微生态环境对植物生长的影响尤为重要，特别是植物残体与病原微生物的代谢产物，对植物生长表现为明显的自毒作用。Yoneyama等[18]研究认为，自毒物质主要包括有机酸、醛类、芳香酸、香豆素和醌类等物质，可直接导致连作障碍，影响植物生长发育。研究已证实，豌豆、番茄、黄瓜等根系分泌物和残茬均能对下茬作物的细胞膜透性、酶的活性及光合速率等产生严重的阻碍作用。随种植年限的增加，连作土壤中对羟基苯甲酸、阿魏酸和苯甲酸等累积量明显提高，连作黄瓜的自毒作用明显增强。

3 缓解设施园艺连作障碍的措施

连作障碍的发生不仅影响设施园艺农产品的产量和品质，而且降低了农产品的安全性。因此，克服连作障碍是实现设施园艺可持续发展的当务之急。

3.1 土壤改良和优化土壤管理方式

3.1.1 加强土壤消毒和改良工作。

土壤消毒及改良是一种高效、快速杀灭土壤中病原菌及地下害虫的实用技术，能够很好地解决高附加值作物在设施园艺栽培中连作障碍的问题。土壤消毒主要包括物理、化学和生物三大方面。蒸汽消毒和土壤日晒可有效地控制土传病原微生物[19]；生石灰对防治地下害虫线虫和土传病害具有一定的作用[20]；高温闷棚技术的应用，可有效灭除致病微生物及部分地下害虫，获得局部良好的生态防治效果[21]。利用硫磺粉熏蒸、福尔马林拌土、二氯丙烯灭菌等进行土壤化学消毒，可有效缓解连作障碍，但盲目使用可能会削弱土壤生物转化能力与养分协调供应能力，甚至会破坏微生态平衡，具有潜在的生态风险[21]。另外，可以借助生物技术手段，引入或激活拮抗细菌，或通过增加有机物等提高原有拮抗细菌活性，抑制病原菌活动，减轻病害发生。

3.1.2 加强土壤养分的管理。

实行科学用肥，建立合理施肥制度。不同设施园艺栽培作物养分需求差异很大，应根据作物需肥规律、土壤供肥特性与肥料性能，实现测土配方施肥。同时，增加有机肥用量，可以改善土壤理化性质，缓解连作障碍。另外，根据不同作物需肥要求及土壤供肥能力，选择连作专用肥料，合理配比N、P、K，补足Fe、Mn、Zn等作物必需微量元素，并适当添加生物调节剂。沈宝云等[22]研究表明，合理配施有机肥、腐殖酸铵、微生物肥等是缓解设施园艺连作障碍的有效措施之一。

3.1.3 优化土壤管理方式。

传统的土壤管理方式易造成土壤板结、硬化，影响连作土壤肥力状况和后茬作物的生长发育。改善土壤的翻耕技术，可打破犁底层，增加活土层，促进根系发育，减少病虫害发生。宋尚成等[23]提出了免耕、清耕、深耕翻土和生草、覆草、秸秆还田的土壤管理方式，不仅有利于保护土层，而且增加了土壤通透性和微生物的活性。同时，有利于提高连作土壤保水、保肥能力，改善土壤结构，以及改良微生物菌落，对设施园艺连作障碍的减缓极为有利[24]。

3.2 优化种植制度和种植方式

3.2.1 调整栽培制度，合理轮作与间种套作。

合理轮作、倒茬能在一定程度上减缓连作障碍，协调不同作物对土壤养分吸收的局限性和单一性，减少连作植物的自毒作用，改善根系微生物群落结构，提高土壤酶活性，减轻设施园艺连作植物病虫害的发生几率，从而有效改善设施园艺栽培作物的产量和品质。Nanjappa[25]研究发现，花生与辣椒轮作的土壤，其产量和效益明显增加。合理轮作、间种套作均可有效增加农产品的产量，改善其品质。

3.2.2 发展无土栽培技术。无土栽培主要包括基质滴灌、营养液膜和深液流3种栽培形式，其优点是经济环保、易于管理、操作简单，能够变废为宝。

无土栽培技术不使用天然土壤，而使用基质，可有效避免设施园艺栽培作物连作障碍中土壤退化和土传病害加剧等问题。

3.3 选育耐连作抗病虫品种和利用嫁接技术

3.3.1 选育抗性优质品种。

不同作物或同种作物的不同品种耐连作障碍的能力有所不同，应通过抗性筛选，选择抗性较强、耐连作栽培的作物新品种。侯永侠等[26]对不同辣椒品种连作抗耐性效果进行研究，结果表明牛角王辣椒抗连作能力最强，连作单株产量仅减少2.45%；朝天椒不耐连作，单株减产高达14.80%。选育耐连作能力强的作物新品种，可有效减轻连作障碍的影响。值得注意的是即使是耐连作抗性品种，也不能保证其完全不受连作障碍的影响。

3.3.2 利用嫁接技术。嫁接的目的是减轻和避免根腐病、枯萎病、青枯病等土传病害，从而有效减缓连作的危害。在设施园艺连作中，常采用云南黑子南瓜作砧木与丰产型黄瓜进行嫁接，从而减轻黄瓜根线虫病的危害，提高根系活力，促进根系对土壤养分的吸收及利用，减缓连作障碍[3]。另有研究表明，设施园艺连作茄子借助红茄或者野生茄子作砧木进行嫁接，可有效减轻黄萎病和枯萎病的危害[23]。

3.4 其他方面

生物技术手段也是设施园艺栽培系统减缓连作障碍常采用的技术措施，其基本原理是利用野生近缘种的引种、驯化，天敌的引入，有益微生物的培养或基因转化与克隆等，直接或间接减缓设施园艺的连作障碍[27-28]。

4 展望

综上所述，设施园艺连作障碍是由多种原因造成的，各因素之间相互联系、共同作用又增加了这一现象的复杂性。随着科学技术的发展和研究水平的不断深入，应加强对设施园艺连作障碍机理的深入探讨，找到克服设施园艺连作障碍的根本途径和方法，使农业生产达到经济效益、生态效益和社会效益和谐统一。

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