设施栽培土壤连作障碍成因分析及其修复措施

李娟丽, 曹卫贤, 贺立虎

(杨凌职业技术学院， 陕西 杨凌 712100)

设施栽培是一种在可控环境下生产蔬菜等的栽培方式，它利用一定的设施人为控制作物生长需要的光、热、水、肥等条件来实现。该技术缓解了消费市场与季节性蔬菜供应和需求的矛盾，满足了人们的消费需求，同时增加了农民的收入[1]。设施栽培土壤也叫保护地土壤，主要是指大棚温室、地膜等覆盖条件下的种植用地内土壤。

随着产业结构的调整，我国农业发展已经走向设施栽培和集约化生产的新模式。栽培作物类型也将从单一的蔬菜发展到花卉、水果和中草药等多种类型。但是此种生产模式有复种指数高、栽培品种单一和相对封闭的特点，这正是土传病害发生、蔓延的适宜环境，长期种植导致连作障碍现象十分严重，导致植物发育不良，产量和品质普遍下降[2]。另外加上土传病害的隐蔽性，又大多发生在结果期，因此造成损失十分巨大。本文探讨分析了设施栽培土壤连作障碍产生的成因及修复措施，以期为农业生产中设施栽培提供技术指导。

1 连作障碍及其表现

连作是指在一片土地上连续种植两季以上的同一作物或相似作物。连作后，即便进行正常管理，作物也会出现减产、质量下降、生长状况变差的现象，称为连作障碍，又称“重茬病”。而设施栽培土壤连作障碍通常会导致土壤盐化、酸化、硬化、有机质含量下降、养分失衡、多种蔬菜病虫害残留较多、线虫病、枯萎病等土传病害频发，且一旦发生，就难以控制[3]。

2 连作障碍的成因

2.1 土传病害

土传病害是来自于土壤中的病虫害，大概包括了细菌、致病真菌、线虫和病毒等病原菌。病原菌主要在土壤中越冬(夏)，能够在土壤中生活好几年，例如枯萎病菌作为土壤习居菌可在土壤中生存5、6年的时间，该类病原菌进行传播主要是靠土壤、有机肥、灌溉水等方式。在传染过程中，该类病原菌通常先侵染寄生植物的维管束，通过向上阻碍根部传送营养物质，导致植株在短时间内枯萎，造成无法恢复的病虫害。

作物是土传病原微生物的寄主，在传统的种植模式下，失去了寄主的病原微生物数量逐渐下降到较低水平，所以即使长期种植，发生病虫害的概率也很小；新型种植模式的生长条件好，虽然达到了作物高产量，但是病原菌的扩展速度也远远比传统模式高，即使在某些作物不生长的时候，该病菌的扩展速度成负值，但也难以恢复到原先的状态[4]。在经过了寄主作物长时间的生长后，其数量会越过临界点，致使作物生病枯萎。

设施栽培的蔬菜品种单一，如果近亲植物连续重复地在同一环境中种植，在这种特殊的环境下，每种作物都有连作的病虫杂草，而这些病虫草会循环感染新种植的作物。常见的病害包括猝倒病以及立枯病，比如瓜果等的枯萎病，茄果等的青枯病，黄瓜、番茄等的根结线虫病等等。这些病害只有猝倒病和立枯病会在幼苗期表现明显，其余在该时期不会显现出来的占绝大多数，被侵染后在体内潜伏期较长，通常在作物开花结果时才表现出来，直至生长后期达到危害高峰。

2.2 自毒作用

自毒作用是一种生长抑制现象，主要发生在作物种内。连作环境下土壤中最易积累自毒物质，自毒物质主要包括植物或微生物分解根系或者植株残茬等产生的一部分化学物质。自毒物质对同种植物会产生不利影响，它可以损坏细胞壁、改变细胞的结构以及抑制细胞分裂，从而使作物体内生长素、脱落酸等的含量，酶的功能以及活性，运输氨基酸和合成蛋白质等受到影响[5]。

2.3 养分不均

设施栽培的蔬菜品种局限于1种或少数几种，总是对土壤中特定的营养元素吸收较多，经过连作后必然造成土壤中的必需养分多寡不均[1]。此外，种植户会比较关心氮、钾等大量元素的含量，却对有机肥和微量元素的使用缺少关注，造成无法及时补充土壤中需要的养分，从而导致作物营养失调甚至发生病害。

2.4 土壤退化

在蔬菜、瓜果的大棚种植中，因为施肥过度以及地面覆盖的缘故，无法通过雨水冲刷调整土壤中可溶性盐的分布情况，加上棚内温度较高，使得土壤水分向上运行，把下层无机盐带至地表形成盐霜，造成次生盐渍化。由于可溶性盐分浓度增大，提高了土壤溶液的渗透压，降低了根系吸收水肥的能力，影响了正常生长，这种现象一般与大棚种植时间长短成正比。

大量施用酸性或生理酸性肥料及未完全腐熟的有机肥，会引起土壤理化性状恶化、酸化、板结、 好气性微生物活动受到抑制、养分转化缓慢、作物生长不良、抗病虫能力下降、感染土传病虫害的机率增加[6]。

2.5 人为原因

大部分土地短期租用者会选择种植瓜果蔬菜，而他们通常只会一种或几种有限的种植作物的技术，所以这些种植者为了最大的经济效益，只种植一种作物是最优的选择。然而在租用期后，土壤病原微生物数量通常会比发病的临界值高得多，加之不注意土壤修复，病株残体和土壤中的有害病菌积聚甚多，结果不适宜继续种植该种作物。

3 连作障碍的防治措施

针对以上原因导致的土传病害，防治上要以“预防为主、综合治理”为方针，充分利用大棚设施栽培的光、热、水资源，优化栽培条件，营造不利于土传病菌生存和侵染的环境。并结合安全有效的化学防治措施，抑制和减轻土传病害的发生和危害，主要从以下7个方面采取措施。

3.1 农技措施

选用抗病品种，我国已培育出多个抗土传病害、抗根结线虫的蔬菜品种，如抗根结线虫的番茄“金棚M6”等[7]。根据长时间的研究观察，要减轻下茬作物的病害，可以通过种植抗病品种来实现。通过采用含Mi基因的品种作接穗来培育抗根结线虫的品种，然后用这种抗病品种培育健壮无病种苗。

要达到增强作物抗病能力的目的，需要在作物前期收获后，将土壤深翻大概25 cm，暴晒3～5 d，通气氧化、高温杀菌来改善土壤环境。

实行大棚蔬菜起垅定植，覆膜盖垅，既便于膜下沟里浇水，减少水分蒸发，降低棚内空气湿度，也可防止土传病菌传播蔓延。另外，前茬作物腾茬后，要及时清洁田园，将病残体、病果全部带出棚外焚毁或深埋，以减少病害基数。

3.2 合理施肥[8]

坚持以有机肥与化肥相配合的施肥原则，在增施有机肥料的基础上，严格控制化肥施用量。推广测土配方施肥技术，根据目标产量以及蔬菜对氮、磷、钾养分需求的适宜比例，精准施肥，不仅能平衡土壤营养状况，促进蔬菜作物生育健壮，还可增强其抗病能力，减少施药次数和用量，增产提质。

3.3 科学灌溉

科学灌溉的基本原理是利用灌溉水将表土中的盐分淋洗至土壤深层，以减轻土壤次生盐渍化。具体方法是：在大棚周围及棚内建立排灌系统，利用蔬菜收获后的换茬时间，灌水浸泡20 d左右，通过淋洗以减轻土壤表层的盐分含量；在夏季倒棚换茬期间要灌水闷棚，于棚内气温50 ℃左右进行，时间约10 d，这种方式有效减少土壤中病原菌的数量[9]。

3.4 轮作换茬

轮作是在同一块地上有序轮换种植不同作物或复种组合的栽培方式[10]。轮作有利于均衡利用土壤养分，使生物多样性增加并让因连作带来的病虫草害得到有效控制。利用灭菌素可以降低后茬作物的病害率，而这种灭菌素可由前茬作物的根部分泌出来。例如前茬作物为甜菜、胡萝卜、洋葱、大蒜，后茬作物若种植马铃薯，其很少会发生病虫害。轮作倒茬后能使一些寄主植物种类单一、寄生性强、以及迁移能力差的病虫大量死亡。除此之外，轮作倒茬还能通过促进具有颉抗作用微生物的活动来抑制病原菌的滋生蔓延。

目前，常见作物的轮作旱地多以禾谷类作物与豆类作物相轮换，水田采用稻麦轮作，蔬菜作物最好与禾本科作物轮作。各种蔬菜之间的轮作搭配主要为4种：深根与浅根的轮种，需肥多与需肥少的轮种，茄科、葫芦科作物和十字花科或豆科作物的轮种，十字花科作物与百合科的轮种。比如番茄和白菜，番茄生长周期较长根系分布较深，大白菜生长期短根系分布浅；再比如西兰花与四季豆[11]。

3.5 嫁接栽培

嫁接栽培是将一种植物的枝或芽接到另一种植物的茎或根上，通过生物培育使其长成一个完整的植株。这种繁殖方式可以通过改变植物根系的吸收特性来调节植株内激素含量从而增强该植物的抗病能力[12]。

3.6 土壤灭菌

3.6.1 物理灭菌 物理灭菌法系指采用物理因素如高温、辐射等达到杀灭病菌的方法。比如加热可破坏微生物的酶、蛋白质和核酸，导致其死亡。

(1)蒸汽消毒。蒸汽消毒具有高效、清洁、无毒、无残留的特点，这种消毒方式可以杀灭病菌虫卵和蛴螬等地下害虫，提高土壤的通透性，并且在消毒处理后短时间就可播种，还具有消毒无土基质等优点。一般消毒前要将土壤翻耕疏松，通入蒸汽，用帆布或耐高温的塑料薄膜覆盖，四周密闭。土壤消毒时土温应达70 ℃以上并保持30 min。

(2)太阳能消毒。在夏秋季大棚闲置时期，覆盖塑料棚膜密闭大棚5～7 d[13]，使棚内气温达60～70 ℃，可有效地杀灭棚内及土壤表层的病菌和病虫。

(3)高温堆肥灭菌。有机肥多带有病菌和虫害，在施用前1～2个月可将其拌湿堆积，上盖塑膜，使其充分发酵腐熟，当堆内温度升高达60～70 ℃时，能有效地杀灭病虫害，腐熟后的肥料施入棚内不会发生蔬菜烧根和有毒气体危害等不良影响。

3.6.2 化学灭菌 使用化学农药熏蒸土壤，可直接杀灭土传病原微生物，灭菌效果因农药种类不同而异。由于作物收获后，根结线虫大多处于表土层，此时进行化学消毒可以取得更好的效果。化学消毒的化学药品有以下几种：

(1)98%棉隆颗粒剂。该药是一种低毒熏蒸剂，可以消灭土传真菌、细菌以及线虫。但是由于棉隆对植株根部也具有伤害性，该种药品需要在移栽或播种前大概15 d左右使用。每亩用药量为6.6～8 kg，使用时先按剂量与细土拌匀，再均匀撒施到土壤表面，然后在土壤表面洒水，盖上塑料薄膜，尽可能使地温达到12～18 ℃，播种前务必进行揭膜、松土、换气。

(2)硫酰氟。硫酰氟在常温常压下为无色无臭气体，具有扩散性强、杀虫速度快、散气时间短、广谱杀虫、毒性较低、用药省、残留少、对发芽率没有影响等特点。每亩按17～33 kg的剂量调均，然后将其通过分布带施入土壤中。由于其蒸汽压高，穿透性强，可杀死深层土壤中的线虫。

(3)威百亩。威百亩是通过在土壤中生成异硫氰酸甲酯，然后通过熏蒸达到杀虫、杀菌、杀线虫和除草的目的。使用时先整好地，再盖好塑料薄膜，然后根据土壤湿度，每平方米用水量为20～40 L，用药量为17.5～35 g进行灌溉施肥。夏季一般盖膜4～6周，在播种或移栽前1周揭膜敞气。

(4)多菌灵。多菌灵的作用是消灭多种真菌病害, 特别是子囊菌和半知菌。使用时利用1.50 % 的多菌灵可湿性粉剂，每平方米拌药1.5 g，用此方法可防治根腐病、茎腐病、叶枯病、灰斑病等；也可以按1∶20 的比例配制成毒土撒在苗床上，用此方法可防治苗期病害。

(5)五氯硝基苯。五氯硝基苯为有机氮保护性杀菌剂，其杀菌机制是影响菌丝细胞的有丝分裂。使用时以每平方米苗圃地计算利用75 % 五氯硝基苯4 g、代森锌5 g混合后与12 kg细土拌匀，播种后下垫上盖。此方法对炭疽病、立枯病、猝倒病、菌核病等作物病虫防害有特效。

(6)福尔马林。福尔马林即为成分为35%～40%的甲醛水溶液，其杀菌机理是组成病菌的蛋白质与甲醛发生反应而变性。使用时以每平方米苗圃地计算利用50 mL福尔马林、10 kg水混匀，均匀喷洒在地表，再用草袋或塑料薄膜覆盖，闷10 d后揭掉覆盖物，散发气体，两天后播种作物。此方法对立枯病、褐斑病、角斑病、炭疽病的防治作用有特效。

(7)过氧乙酸。过氧乙酸属强氧化剂，是替代农药熏蒸土壤灭菌的新方法。主要靠其遇到有机物时能分解释放氧而起强氧化作用，1 g过氧乙酸的杀毒作用相当于10 g来苏尔、17 g石碳酸、28 g酒精。利用过氧化酸灭菌既可以杀灭真菌、细菌、病毒和线虫及芽孢，使杂草生长状况得到抑制，又能提供满足作物根系呼吸的活性态氧气，价格便宜。总而言之，过氧乙酸是一种高效、速效、低毒、广谱杀菌剂。通常利用浓度为0.2%过氧化酸溶液接触10 min即可达到灭菌目的。

3.7 生物修复

接种拮抗微生物(抑制或消灭病原菌)或者使用抗生物质(提取自拮抗微生物)来预防作物土传病害，是当前技术上研究最为深入，最有发展前景的生物修复技术。这种技术杀灭病原菌的主要方法是利用有益微生物与病原菌之间对营养和空间的竞争来预防病虫害的发生[4,14]。复合微生物制剂是一种有益菌群，主要包括光合菌、酵母菌、乳酸菌、芽孢杆菌等，它们不仅在杀菌、防虫、促长、抗旱方面有重要作用，还能固氮、增加根系量、解磷、增加光合作用、活钾、提高叶片透气性，改善了土壤生态环境，提高了植物的抗病力和抗逆能力,减少了病虫害,可不用或少用化肥、农药和抗生素类药物，是生产绿色食品的第一选择[15]。