果树连作障碍研究进展

张立恒，杨凤英，马海峰，赵娜

(大连市现代农业生产发展服务中心，辽宁大连 116023)

改革开放以来，中国果树产业已跻身世界前列，绝大多数果树产量早已位居世界首位[1]。截至2015年中国果品产量1.74亿t；人均水果占有量超过120kg[2]。但随着果树产业的发展，传统老果园势必被新型果园所取代，其原因有以下几点：①果树从业者的老龄化、转型缺失、劳动力成本上涨等原因，促使果园栽培模式急需由传统模式转变为省工省力的机械化生产模式。②随着国民对果品质量及风味要求逐年增高，加上国内外果品产业竞争压力，使得传统果园面临果树品种的更新换代问题。③传统果园化肥、农药施用不合理，造成环境污染，迫使传统果园树向新型果园转变。但受用地的影响及产业发展需求，很多果园都需要在原地基础上重建，因此连作障碍成为中国果园转型期亟待解决的问题。

连作障碍是指同种类作物多年栽培于同一土地，即便进行专业的栽培管理也会使作物生长势衰弱甚至死亡，果实品质和产量逐年下降的现象[3]。果树连作障碍的症状表现：果树幼苗生长迟缓、整齐度差；幼树新梢抽枝力不强、抗病性差；成龄树寿命短、产量低、果实品质差等(图1)。因此，加强对连作障碍的研究，不仅对中国传统老果园转型以及提高果品质量有重要意义，而且对果树产业可持续发展有促进作用。

1 连作障碍的成因

1.1 土壤理化性质

土壤理化性质决定了果树生存环境，进而决定了果品质量及果品生产者的收益率，但随着种植时间的增长，土壤物理结构会发生恶劣变化不利于果树生长[4-5]。土壤酶活性是土壤肥力的一项重要指标，土壤产生连作障碍以后会导致土壤酶活性降低，进而使得土壤肥力下降，肖宏[6]对比轮作、连作、非连作苹果园发现，连作苹果园土壤酶活性最低。果树生长所需要的养分主要来源于土壤，在生产中果树从业者往往只重视对氮、磷、钾的供应，忽视了微量元素对果树的重要性，从而造成果树出现生理障碍。研究人员发现苹果[7]、葡萄[8]的连作障碍与锌元素的亏缺及钙、镁、铁的比例失调有关。

1.2 生物因素

土壤生物的失衡是导致连作障碍发生的主要原因之一，连作土壤中有益生物减少，有害生物增加，最终影响到果树的生长与产量[9]。谢洪刚[4]指出连作使土壤有益微生物比例降低，由“细菌型土壤”向“真菌型土壤”转变从而导致果树连作障碍的发生；孙英妮[10]研究发现葡萄土壤中的细菌数量与根系分泌物浓度呈负相关，而真菌占微生物总数的比例与根系分泌物浓度呈正相关；张志敏[11]对比苹果园连作土壤和非连作土壤中镰刀菌数量，同样证明了微生物的变化会导致果园土壤连作障碍的发生。为进一步证明土壤连作障碍与土壤微生物有关，研究人员将连作土壤经过有效灭菌发现连作障碍得以控制或减轻[12]。

图1 连作障碍对苹果幼树的伤害

线虫作为土壤中的有害生物，主要对果树根系造成危害，还能将病原菌携带到健康根系传播病原菌。闫淑侠[13]指出桃、葡萄的连作土壤中都存在大量线虫，其寄生在根部或地下茎中，造成根系畸形、衰弱或腐烂，严重时造成果树死亡。线虫也会随土壤的连作发生结构性的变化，白春启[14]对草莓连作土壤研究发现，食细菌线虫类群与食真菌线虫类群比值发生改变，加速了土壤由“细菌性”向“真菌性”的转变，进而使土壤连作化。

1.3 自毒作用

自毒作用是连作障碍产生的重要因素之一，通过根系分泌释放或根茬腐解后产生有毒化学物质，对同种作物生理生长起抑制作用。自毒物质包括有机酸、直链醇、简单酚类、酚酸、单宁、醛类、萜类、氨基酸和生物碱等[15]。酚酸是报道最多的自毒物质，酚酸能够直接影响土壤养分状况、改变土壤微生物活性、增加病虫害威胁，影响果树生长发育，导致连作障碍发生[16]。朱炜[17]研究指出，苯甲酸浓度与毛桃实生幼苗的生长状况呈负相关；王艳芳[18]、尹承苗[19]均指出导致苹果产生连作障碍的主要酚酸类物质为根皮苷。

2 调控连作障碍的措施

2.1 土壤消毒

土壤灭菌可以有效杀死或控制有害生物对果树造成的危害。化学消毒主要通过化学试剂对土壤进行处理，其中化学熏蒸消毒一直是克服连作障碍的有效措施，溴甲烷、氯化苦、1，3-二氯丙烯是常用的土壤灭菌剂，其控制土壤病菌等方面效果明显，但存在环境污染等问题；其次在土壤中施入化学药剂对土壤进行灭菌效果也十分明显，刘勇[20]利用四种杀菌剂(代森锰锌、多菌灵、咯菌腈、福美双)、付风云[21]利用多菌灵分别对苹果和平邑甜茶幼苗连作土壤进行处理，均能够促进生长，减轻土壤连作障碍问题。

物理消毒也具有显著的效果，对葡萄连作土壤进行蒸汽灭菌，可促进葡萄生长、减轻连作障碍[12]；日晒既能够有效控制设施草莓土壤病原菌数量[22]，又能缓解草莓腐烂病[23]；微波[24]消毒通过改善土壤微生物结构进而缓解连作障碍。土壤消毒虽然容易操作，但费时费工，同时对果树根系也会造成影响，因此想要推广存在一定困难。

2.2 合理间作

在果树行间种植适宜的农作物，不仅可以改善土壤结构，保持土壤肥力，提高土壤利用率，而且能够促进果树生长。谢洪刚[4]指出在连作苹果园间种豌豆可以减轻苹果连作障碍；Zhang[25]在香蕉树下间作韭菜，能有效防治香蕉巴拿马病害，并提高土壤生物多样性。李家家[26]将平邑甜茶幼苗与小葱间作，均可缓解土壤连作障碍对果树造成的危害。

果园生草栽培模式于20世纪80年代从国外引入中国，经过多年的实践探索，果园生草栽培不仅将费时费力的“清耕制”操作改变成省时省力的机械化管理，而且还改善了土壤环境以及果园微生态系统(图2)。寇建村[27]对苹果园进行生草试验研究发现果园生草栽培后土壤环境变好，有机质含量增加。孙霞[28]对苹果园研究发现生草栽培提高了土壤酶活性。岳泰新[29]研究表明，生草栽培可以改变果园土壤微生物结构，土壤细菌数量有所提高。从以上研究可以发现，果园生草栽培可增加土壤养分、提高土壤有机质和微生物数量，从而缓解土壤连作障碍。

图2 果园生草缓解连作障碍.

2.3 生物防治

生物防治目前已成为备受果品生产者青睐的一种土壤改良方式，不仅可以减少化肥污染，而且是农业可持续发展的新手段。连作土壤中接种三种有益微生物(EB真菌、木霉和淡紫拟青霉)，可有效缓解土壤连作障碍对葡萄的危害[30]；李兴发[31]研究指出，接种丛枝菌根真菌可以减轻外源酚酸对梨幼苗的伤害；张先富[32]用草酸青霉改善了平邑甜茶幼苗连作土壤的微生物环境；解灵军[33]筛选的B3512菌株能有效缓解对羟基苯甲酸对草莓植株的影响；宋富海[34]利用内生真菌ND35菌肥改善连作土壤酶活性、微生物环境和根系活力。

2.4 选育抗性砧木

目前生产中果树苗木大部分为嫁接苗，通过杂交育种筛选适应当地连作土壤条件的砧木尤为重要，也是解决果树连作障碍问题最经济、最有效的途径。郭小静[35]通过比较4个初选优系砧木在连作土和灭菌土的生长差异，筛选出抗连作砧木。苹果砧木平邑甜茶具有较好的抗连作能力[19]。Mazzola[36]在华盛顿州连作苹果园中发现Geneva系列砧木抗根霉腐菌能力高于M26、MM111和MM166。王志强[37]指出红根甘肃桃作砧木抵抗根结线虫的能力较强。抗性选育能够最直接地解决土壤连作障碍对果树带来的不利影响，但其需要科研人员长期的大量工作，周期长、见效慢成为其最大的弊端。

2.5 土壤添加剂

土壤添加剂可改善土壤结构、调节土壤微生物群落、促进果树生长。因此，土壤添加剂的使用成为缓解果园连作障碍的一种有效手段。Zhang[38]在平邑甜茶幼苗连作土壤中添加有机物料或其发酵液可改善微生物群落，提高土壤酶活性，并促进植株生长；连作土壤中添加生物炭可以增加土壤酶活性、改善土壤微生物结构，提高平邑甜茶幼苗的光合速率、抗氧化酶活性[39]；Mazzola[40]在苹果连作土壤中添加绿肥后，能明显促进嘎拉/M26幼苗生长，控制连作障碍造成的伤害；郭小静[35]在平邑甜茶幼苗连作土壤中施入不同种糖类化合物(葡萄糖、果糖、麦芽糖和阿拉伯糖)，有效改善了土壤微生物结构；将不同比例的有机物料(玉米秸秆和水稻秸秆)施入葡萄连作土壤中，可促进葡萄生长和叶片酶活性，同时提高土壤有机质含量和土壤酶活性[41,42]。土壤添加剂符合当前农业可持续发展的理念，同时其成本低廉，推广应用前景较好。