优化重茬土壤环境，防控苹果重茬障碍

毛志泉

(山东农业大学园艺科学与工程学院，山东泰安 271018)

中国苹果总面积200余万hm2(3 000余万亩)，总产量4 200万t，具有明显的产业优势。因树龄老化，30%以上的园片需淘汰再建，而国家对基本农田实行“五不准”，其中包含不准占用耕地、基本农田进行植树造林，发展林果业。将老龄苹果园更新重建，推广新品种、新模式，成为苹果产业高效、持续发展不可或缺的重要途径。因老龄园地土壤环境变劣将普遍发生重茬(连作)或换茬障碍，故优化老龄果园土壤环境，防控栽培障碍，具有重要生产实践意义。

1 重茬障碍园的表现

生产实践表明，苹果(或其他果树)重茬建园若不采取土壤处理措施，将表现一系列障碍，一是园相不整齐，新建果园植株个体之间高度、粗度、冠幅等差别较大，因老龄果园不同位置土壤环境有很大差异。二是根系不健康，表现根系生物量小，根系腐烂或其上有瘤状突起，根系活力降低，严重影响根系的吸收能力，根颈及其以下主根腐烂导致树体死亡现象普遍发生。三是树体矮小、长势弱、病虫害严重，这与根系不健康，吸收能力、抗性降低直接关联。四是产量降低、品质变劣。重茬园比正茬园可减产20%～50%，甚至绝产[1]，且表现果个小、着色差、糖酸比失调。

2 重茬障碍的成因

综合国内外及本实验室的研究结果表明，引起苹果重茬障碍的原因包括有害微生物(有害真菌)，根系分泌物和根系、残枝、落叶腐烂产生的有害物质如酚酸类、有机酸、生物碱等，土壤养分失衡以及土壤酸碱度、土壤物理性状恶化等。其中，越来越多的研究认为，有害微生物，特别是有害真菌的增多是引起苹果重茬障碍的主要原因。

引起苹果重茬障碍的有害真菌类型，不同国家、不同地区有差别。如美国大多为柱孢属、恶疫霉、腐霉属，加拿大为光泽柱孢菌、畸雌腐霉，德国、意大利和奥地利为柱孢属、枝顶孢属和镰孢属，哥伦比亚以疫霉属为主。在中国，研究了环渤海湾和西北黄土高原两大主产区的重茬果园表明，引起重茬障碍的主要病原菌[2,3]是镰孢菌属，经进一步分离确定了尖孢、串珠、腐皮和层出镰孢菌为主要致病菌[4]。

研究发现，苹果重茬土壤中的酚酸类物质，如根皮苷、根皮素、肉桂酸、苯甲酸等也显著促进了重茬障碍的发生[5]。这些酚酸类物质既能直接作用于再植植株根系，破坏根系线粒体结构，降低再植植株的根系活力和生物量，也能促进镰孢菌菌丝的生长，加快对根系的侵染。因此，生产上采取措施，减少重茬土壤中有害微生物数量、降低酚酸类物质含量，优化重茬土壤环境，是防控苹果重茬障碍的根本所在。

3 重茬障碍的防控

3.1 传统的防控措施

国内外已有的苹果重茬障碍防控技术较多。传统的防控措施包括轮作、大量施用有机肥、客土等。轮作防控重茬障碍简单有效，其机理是利用1年生作物的根系分泌物，改变、优化原有微生物的结构，降解有害化学物质含量，起到克服重茬障碍的效果[6]。但通常需要轮作3～ 5年，时间长，生产中并不常用，且不同作物轮作效果差别大，如轮作植物选择不当其效果并不理想。大量施用有机肥，充分腐熟的农家肥含有丰富的微生物，可以起到优化重茬土壤中微生物结构的作用，其不足在于受资源限制，实施有难度。客土更新了重茬土中的微生物群落，可有效防控重茬障碍，但工作难度大，不宜大面积实施。在日本的苹果产区，有采用在老龄树去除后种植1年水稻再建园的做法，防控重茬障碍效果良好，还常通过在树穴土壤范围拌入生石灰和磷肥防控苹果重茬障碍。

3.2 现代的防控技术

防控苹果重茬障碍的现代技术有化学熏蒸、生物熏蒸、施用菌肥、应用抗重茬砧木等。

化学熏蒸(消毒)是最有效防控连作障碍的方法之一，常用的化学熏蒸剂包括棉隆、氯化苦、威百亩等，可以有效灭杀土壤中的微生物，克服苹果重茬障碍，未来开发省力化施用技术是大面积应用熏蒸剂的重要前提。重茬果园中的卵菌、真菌导致了大部分幼树根系坏死，降低苹果产量。Tilston等研究发现在重茬苹果园中提前用氨基乙二酰颗粒、噁唑酮+三乙磷酸铝、咪鲜胺和甲基立枯磷等化学试剂，对灭杀土壤中的卵菌、真菌效果良好[7]。

生物熏蒸是有效缓解连作障碍的方法之一。Mazzola等通过温室试验发现，芥菜菜籽粉中含有异硫氰酸酯，可有效抑制连作土壤中的有害菌，结合其他措施并用，改变连作土壤微生物群落结构，即可有效控制苹果连作障碍[8]。王晓芳等研究发现，万寿菊植株干粉施入树穴土壤可有效减轻苹果重茬障碍[9]。马子清等提出了再植幼树树盘范围混作葱，能优化土壤中微生物群落结构，减轻苹果重茬障碍[10]。与化学熏蒸相比，生物熏蒸效果尚显不足，需结合相关措施加以利用，以达到理想效果。

菌肥是防控苹果重茬障碍的措施之一，有关的研究报道较多。王义坤等研究发现连作土壤中施用圆弧青霉D12、哈茨木霉、草酸青霉A1均可提高根系保护酶活性和根系活力，降低土壤中镰孢菌丰度，其中哈茨木霉和草酸青霉A1效果较好[11]。但截止目前，仅靠菌肥防控苹果重茬障碍并取得理想效果的研究尚未见报道。

不同砧木对重茬环境的反应不同。中国实生苹果砧木有平邑甜茶、八棱海棠、山丁子、新疆野苹果等，以平邑甜茶较为耐重茬环境[12]。美国康奈尔大学和Geneva试验站育成了CG系列砧木，其中CG935具有良好的抗重茬障碍性能。选育抗性砧木是防控苹果重茬障碍的有效措施之一。

4 山东农业大学现代防控技术取得的成果

10多年来，受国家苹果产业技术体系经费资助，山东农业大学苹果重茬障碍防控技术研究团队，创新形成了三套防控技术，并在生产中示范应用。

4.1 重茬障碍农业防控技术

去除老树，每666.7 m2撒施土杂肥5 000 kg，全园旋耕。开挖定植沟深60～80 cm，宽不低于100 cm，将耕作层土(0～40 cm)与下层土(40～80 cm)分别放置于定植沟两侧。掌握3个技术要点：①强调冬前开挖定植沟(穴)，清除残根[13]。经过一个冬季的冻融和春天的干燥，能显著降低土壤微生物的数量。残根存在于土壤中腐烂后增加了土壤中有害微生物数量和酚酸类物质的含量，研究表明，当土壤中木质根达到土壤重量的0.3%时，开始抑制再植植株的生长，因此须结合开沟捡除残根。微生物大部分存在于耕作层土壤，春季回填时，尽量使生土在上，并注意结合回填，定植沟底部施足底肥。②栽植前树穴土拌入专用菌肥或多菌灵。在定植沟处挖40 cm见方的树穴，将1 kg(拮抗菌含量2亿/g)专用菌肥与穴土充分混匀，或者定植前将多菌灵拌入40 cm见方的树穴土壤中，用量为有效成分80%的多菌灵40 g或有效成分50%的多菌灵60 g，与穴土充分混匀。选根系良好的大苗、壮苗、整齐苗定植建园。③定植后前2～3年，每年9月上旬至翌年5月上旬，在距树干30 cm左右的范围内，每株撒播4～5 g葱种，可减轻重茬障碍，促进再植植株的生长。葱树混栽能减轻重茬障碍的原理在于，一是优化了土壤中微生物群落结构，增加了土壤乳酸菌、枯草芽孢杆菌和密螺旋体属等有益菌数量，减少了根瘤菌、迪茨氏等有害菌的数量。二是葱根系分泌物的主要成分(二甲基二硫醚等)能抑制镰孢菌菌丝的生长，抑制率可达21%～38%。三是降低了土壤中酚酸类物质的含量。与对照相比，葱树混栽土壤中的根皮苷、间苯三酚含量分别下降了83.22%和 44.81%。优化了重茬土壤环境，进而减轻了重茬障碍现象[14]，此技术可实现秋末冬初刨树第2年春季栽树。

4.2 棉隆熏蒸防控苹果重茬障碍技术

棉隆作为土壤熏蒸剂，具有安全、无残留、对人体安全、防控重茬障碍效果好等特点[15]，但熏蒸范围小、所需熏蒸温度要求高，已有的使用方法费时费工，不易推广，很少用于苹果(果树)重茬障碍防控。对此，本团队提出了冬季棉隆旋耕熏蒸法，秋末冬初尽早去除老树，全园撒施农家肥每666.7 m2用量5 000 kg，旋耕，深度40 cm。于定植沟底部(40 cm以下)施足有机肥，土壤熏蒸只在定植沟范围进行。技术要点：①调整土壤湿度，旋耕耙平定植沟。秋末冬初去除老树后，根据土壤墒情，调整定植沟(宽1 m)范围土壤相对含水量为50%～70%，即手握成团，松手即散为度，因棉隆在土壤中气化需要一定含水量。旋耕定植沟深度35 cm，耙平。②撒施适量棉隆，再次旋耕。在已旋耕耙平的定植沟表面，撒施棉隆(98%制剂)每平方米120 g，之后旋耕2遍，深度35 cm，使棉隆和土壤充分混合接触，克服了棉隆熏蒸范围小的缺点，保证熏蒸效果。③覆膜熏蒸。对土壤、棉隆已混合的定植沟进行覆膜熏蒸，膜厚度不低于0.6 mm(6丝),四周用土压严，以防漏气。覆膜熏蒸时间自秋末冬初开始至翌年4月中旬结束，实施长时间熏蒸目的是此期间如遇较高气温，可使部分棉隆气化、熏蒸，即充分利用、累积短时间的有效气温完成熏蒸过程。④去掉覆膜、通气、定植。于定植前2周去掉覆膜并对定植沟再旋耕2遍，深度35 cm，以使土壤中残留棉隆充分挥发。2周后定植幼树，定植前以清水浸泡幼苗根系48 h，脱毒苗更有利于重茬建园。建园后前3年，加强土肥水管理，重视幼树树形构建，及时防控病虫草害。如此，一改传统棉隆熏蒸需隔年建园，实现了秋末冬初刨树、春季建园。

4.3 高效轮作植物短期内接茬种植防控苹果连作障碍技术

轮作是传统防控连作障碍的有效措施，但存在周期长(3～5年)、不同作物轮作效果差异大等问题[16]。据此，研究提出了小麦、芥菜、葱等高效轮作植物1年内接茬种植，防控苹果连作障碍技术，达到了1年替代3～5年的效果。技术要点：①冬前开始。采后去掉果树，开挖定植沟，施足底肥。11月上旬至翌年4月，种植小麦并翻入地中；5月上旬至9月初，种植叶用芥菜并翻入地中；9月中旬至翌年4月，种葱并收获葱。葱、芥菜和小麦挥发性成分和根系分泌物对4种镰孢菌菌丝生长和孢子萌发均有明显抑制作用，作用大小表现为葱>芥菜>小麦的趋势。葱-芥菜-小麦轮作后，提高了土壤中有机质的含量和土壤pH值，土壤真菌数量减少达50%，细菌/真菌增加70%。尖孢镰孢菌和腐皮镰孢菌的基因拷贝数分别降低50%和43%左右。三者轮作后，镰孢菌属的相对丰度呈现下降趋势，总体降低量达20%，被孢霉属呈现波动上升；土壤中脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶的酶活性呈先升高后降低趋势，且在轮作芥菜后土壤酶活性达到最大值。根皮苷等酚酸类物质含量呈现不同程度降低，其中轮作葱后降低的幅度最大，3种作物轮作后酚酸类物质的总量降低60%左右。与对照相比，轮作建园后第3年,果实产量提高50%左右。②春季开始。去掉果树，开挖定植沟，施足底肥，在定植沟范围种植：4月初至7月，葱；7月上旬至10月初，叶用芥菜，翻入地中；10月上旬至翌年4月，小麦。将小麦苗翻入地中建园。利用此技术防控重茬障碍需隔年建园。

5 未来研究重点

研究绿色、高效、使用方便的苹果重茬障碍防控技术，是生产所需也是永恒的研究主题。以下几个方面仍需加强攻关：一是菌肥研制。分离、鉴定能拮抗几种主要病原菌且在土壤中较好定殖的拮抗菌，进一步研制菌肥用于生产。二是生物熏蒸剂的研制。与化学熏蒸剂相比，生物熏蒸剂具有安全、绿色等特点，但杀菌效果较差，结合其他措施，集成创新生物熏蒸技术体系，具有重要意义。三是安全高效化学杀菌剂的研发。研发安全、无残留、杀菌效果好的化学制剂，结合机械化使用技术，更好地防控重茬障碍。在研究优化重茬土壤微生物群落结构技术的同时，开展抗重茬苹果砧木选育工作，相关技术结合抗性砧木将取得重茬障碍防控的更佳效果。