茄果類蔬菜連作障礙成因及防治措施的研究進展

基金項目：駐馬店市重大科技專項“茄果類蔬菜優異種質創制及專用新品種選育與示范推廣”（ ZMDSZSZX2022005 ）。

李陽奇等

茄果類蔬菜是我國蔬菜產業結構中重要組成之一，主要有番茄、辣椒、茄子等日常常見蔬菜，其營養價值高、產量好、經濟效益穩定，在市場上廣受歡迎。隨著設施蔬菜產業快速發展， 茄果類蔬菜生產規模化、專一化模式逐漸成熟，但集約化種植、頻繁復種與品種單一導致的連作障礙也日趨嚴重。

連作障礙是指在同一田塊多年連續種植相同或近緣作物導致的土壤退化、降質減產、土傳病害與相關蟲害頻發等問題增多的現象 。 本文作者通過多元分析與總結當前研究進展，總結其形成主要原因： ①土壤理化性質惡化； ② 土壤微生物結構變化與劣變；③ 化感物質積累與植物自毒作用 。 此外還指出，不是所有連作系統都會被土傳病原體所影響， 在針對性解決連作障礙地過程中， 須從植物—土壤—生物體相互作用的角度出發，以合理輪間作、植物抗性、土壤改良、微生物生態構建多個方面出發，通過科學合理的管理手段與有效的技術方法共同減少或避免連作障礙的發生。

1 連作障礙的危害

連作障礙在茄果類蔬菜如辣椒上表現為產量降低 、果實短小畸形 、土傳病害發病率上升 、植株干鮮重與株高莖粗均顯著下降等 ；在番茄上表現為果實硝酸鹽含量增加、商品價值下降 、土壤缺鈣引發臍腐病等 。 多年連續栽種后土傳病害的發病率大大提高，其中根腐病、青枯病、枯萎病、疫病等在生產中危害較大，導致植株出現生長不良、葉片黃化、根部腐爛等，嚴重時枯萎死亡。 根結線蟲主要侵染作物根系造成傷口，導致吸收功能喪失、營養物質流出。 傷口出現為病原菌侵入創造了有利條件， 表現為其他土傳病害加重發生，與根結線蟲共同危害。 在養分失衡、土傳病害加劇等問題的治理過程中，大量化學肥料、化學農藥的施用又引起土壤 pH 改變、鹽堿化、藥物殘留等問題出現。 農資投入增多，增加了種植戶的成本，打擊了生產積極性，不利于產業未來的健康、可持續發展。

2 連作障礙成因

植物、 土壤與微生物相互作用共同發生變化形成了連作障礙，主要包括土壤理化性質變化、植物自毒與化感作用、土壤生態環境變化，其中生物因素占主要作用，成為導致連作障礙的最關鍵因素。

2.1 土壤理化性質的變化

2.1.1 土壤物理性狀的變化 土壤結構變化會導致土壤透水保水性、通氣性、養分涵蓄能力發生改變 , 影響植物根系的穿透能力與對養分的吸收能力， 直接或間接降低茄果類蔬菜產量與品質。 在設施內隨著連作年限的增加， 0.5～1.0 mm 和 0.25～0.50 mm 粒徑的水穩性團聚體數量增加， 微團粒向大團粒不斷轉化 。 研究設施番茄連作 0 、 1 、 3 、 5 、 8 年的日光溫室土壤樣品發現， 在連作年限梯度增加條件下土壤容重呈現下降趨勢，在 1 、 3 、 5 、 8 年分別比對照下降 4.3% 、6.9% 、 7.2% 、 7.8% 。 設施內茄果類蔬菜日常田間管理頻率較高，由于管理過程中人員踩踏，土壤板結更為嚴重，進而導致土壤有效孔隙減少，通氣性降低、透水性變差 。 由此可見，多年連作后茄果類蔬菜種植管理特性會導致土壤耕層物理結構發生不同程度變化，土壤容重持續下降，毛管系統減少，團粒結構發生改變，造成嚴重連作障礙。

2.1.2 土壤化學性質的變化 長期連作導致土壤pH 降低與鹽漬化。 近年來， 中國農田平均土壤 pH降低 0.13～0.80 ， 與非連作相比中國土壤 pH 平均降低 8% ， 且 pH 的變化幅度隨著連作年限的增長而加劇。 銨態氮肥等生理酸性肥料在實際應用中不科學的施用量是導致土壤 pH 降低的一個重要原因 。 番茄與辣椒種植過程中， 硝態氮與銨態氮的積累容易導致土壤酸化， 加之電導率增加， 一般 5 年內土壤就會酸化 。 土壤酸化會影響金屬離子含量，限制作物生長， 引發鐵、 鋁、 鎘污染現象， 降低作物產量與品質。

2.1.3 土壤養分含量與作物吸收能力變化 多年連作下同種作物對于土壤中元素的吸收比例大致相同，造成特定養分在土壤中含量連年降低，再加之不科學施用肥料與設施蔬菜內溫度高、 水分蒸發量大等特點，極易造成養分缺失與冗余，供需出現失衡，抑制作物對養分的吸收與利用。 在溫室栽培模式中，氮、磷、鉀三元素利用率分別僅為 24% 、 8% 、 46% ，養分施用比例（ 1∶0.9∶0.8 ）與作物對其需求比例（ 1∶0.3∶1.4 ）長期錯位，大量氮、磷、鉀元素在土壤中積累 ，而多年連作與化肥的大量施用也會導致土壤有機質含量逐年降低 。土壤中作物所需元素的降低和其他元素的冗余致使作物出現一系列缺素與毒害癥狀，生產中發現茄果類蔬菜出現相關癥狀后大多并不會對癥下藥，而是施用復合肥或復合營養液，這會導致冗余元素的含量進一步升高。

2.2 植物自毒與化感作用

自毒作用是有的物種通過釋放某些化學物質從而干擾自身或同種物種的生長與繁殖的現象 。研究表明， 茄果類蔬菜連作會導致分泌的酚酸類物質等化學物質在土壤中積累， 從而抑制作物的生長， 具體癥狀表現為光合速率下降、 種子與幼苗萌發性降低， 對于細胞通透性、 離子吸收能力、 酶活性等多項指標均有影響， 最終導致作物的產量與品質降低。 植物間的化學通訊是促進植物生長、 防御策略啟動與化感物質產生的重要原因， 了解更多化感物質的產生與作用原理對于自毒作用的緩解具有重要現實意義。

2.3 微生物群體結構

2.3.1 土壤病原物增加 鐮刀菌是引起茄果類蔬菜枯萎病、 根腐病的病原菌， 主要包括尖孢鐮刀菌（ Fusarium oxysporium ）、茄病鐮刀菌（ Fusarium solani ）等，不僅可以感染茄果類蔬菜，對于十字花科等多種作物均有影響，主要為害根莖部及維管束，造成植物萎蔫甚至死亡 。 青枯病是一種細菌性病害，病原菌經土壤越冬傳播，病菌多由傷口與自然孔口侵入，高溫高濕天氣極易發病 。根結線蟲病由南方根結線蟲引起 ，受害植株表現為葉片發黃、萎蔫，嚴重時植物矮化、葉片枯萎、結果率低、果實小。 根結線蟲病主要以 2 齡幼蟲或卵在土壤與糞便中越冬， 多年連作會導致病害大幅度上升。

2.3.2 群體結構改變 多年連作使土壤中微生物種類趨于單一，食物網被破壞，穩定性降低。 土壤微生物群落結構被破壞會導致微生態功能被擾亂， 更有利于土壤內病原菌的繁殖， 最終引起有益菌的減少及病原物的增加。 如延長辣椒連作年限后，細菌群落結構改變與多樣性下降會導致土壤微生物群落功能失調，進而引起辣椒的連作障礙 。 設施內番茄在多年連作后表現為土壤細菌數量隨連作年限而逐年減少， 其中芽孢桿菌與假單胞菌數量在少于 6 年時增加，超過 10 年后減少 。 在連作中，微生物結構改變引起土傳病害暴發主要有 3 種表現形式。 一是持續嚴重性，表現為整個連作期間植物病害持續加重，最終導致作物減產甚至絕收， 如西瓜與黃瓜的連作會導致產量下降 25%～50% 。 二是后期減輕型，表現為前期病害嚴重，多年連作后病害有所減輕，這可能與土壤對微生物結構的自我修復有關。 但也有部分作物連作后可引起產量增加， 如大豆產量不受連作影響，這可能與土壤內有益菌數量穩定增長有關。 三是連續波動型， 表現為病害嚴重期和減輕期在連作過程中交替出現。

3 連作障礙防治措施

3.1 合理輪作與間作

與連作相比，輪作與間作增加了作物多樣性，可以充分利用土壤養分，改善土壤肥力，避免了同種作物生長發育過程中對于單一元素持續吸收， 而其他營養元素過量積累。 另外，不同作物促進土壤內不同微生物生長，可有效增加土壤微生物種類，提高微生物群體結構穩定性。 茄果類蔬菜可與十字花科、石蒜科蔬菜輪作，也可套種莧菜、茼蒿等速生蔬菜，在增加經濟效益的同時減少土傳病害發生率， 提高產量與品質。

3.2 利用植物抗性

選用抗性品種是應對茄果類蔬菜連作障礙的重要手段，具有經濟、環保、快速、安全等特點，對于降低田間病害發生率具有重要作用。邵穎等 的研究發現，攜帶 Mi 基因的番茄品種對于南方根結線蟲具有良好的抗性，具體品種有天寶 316 、以色列 A316 等。

砧木嫁接是影響番茄抗性和果實品質的重要因素之一，對于防治茄果類蔬菜黃萎病、枯萎病、青枯病、根結線蟲等具有良好的效果。 李蝶等 的研究發現，砧木對于番茄抗性具有一定影響，砧木勇士 6 號與接穗品種南國紅 1 號進行嫁接后表現為高抗青枯病與枯萎病。 砧木作為一種提高茄果類蔬菜病害抗性的有效手段，其環保、安全特性使其市場競爭力與發展潛力不容小覷。 未來，高抗砧木的開發與應用是茄果類蔬菜病害防治的發展方向。

3.3 調節土壤理化性質

通過合理的管理與施用土壤改良劑， 可有效緩解土壤理化性質失衡，減少連作障礙的發生。 連作土壤中施用由農林有機廢棄物制作的生物炭可調節酸性土壤 pH 、活化土壤養分、吸附重金屬、增加土壤酶活性 。 較高比重活性炭可降低土壤容重、提高孔隙度、 增加土壤透氣性和水分滲入能力。 有機肥富含氮、磷、鉀等常規養分，肥效長、養分釋放速度均勻，可提高土壤中有益菌相對豐度，改善土壤理化性質。通過完善排灌系統，及時排出積水，避免澇害可有效控制土壤鹽分積累， 夏季高溫多雨季節也可打開棚膜，清理田園，讓雨水淋洗棚內土壤，利用水平徑流與垂直滲透作用共同降低土壤養分含量， 可減少鹽漬化現象出現 。

3.4 微生物生態構建

土壤中存在著對于植物生長有促進作用的有益菌，也有部分微生物會產生化學物質，其直接侵入植物造成植物的生長發育被阻礙。 通過鑒別或篩選對當前作物有益微生物， 利用接種等手段可增加土壤中有益菌的數量， 通過拮抗作用抑制土壤中病原菌的生長與繁殖 。有益菌還可以分解連作土壤中的有害物質，以改善土壤結構。

土壤消毒是防治連作障礙的重要手段之一，通過土壤消毒與田間病殘體清除可以有效殺滅在其中越冬的病原菌、線蟲等 。 目前常用的土壤消毒方法有三大類，分別為物理消毒、化學藥劑處理、生物技術應用。 其中物理消毒包括夏季暴曬、高溫悶棚、冬季深翻凍土、電處理技術等。 夏季農閑時進行高溫悶棚，具有操作簡單、環保無污染、效果好等優點。 高溫悶棚 + 灌水 + 覆膜處理可以有效降低土壤中根結線蟲的數量，蟲口減退率達 100% 。茄果類蔬菜種植前進行土壤熏蒸消毒是當前解決連作障礙最有效的方法之一， 化學藥劑在熏蒸過程中可以進入土壤細小空間內揮發與移動，能在極大程度上殺死病原微生物。常見的土壤熏蒸劑包括甲基溴、威百畝、棉隆、二甲基二硫等，其中棉隆對細菌、真菌、根結線蟲及雜草均具有較高防效， 能顯著減少土壤疫霉菌屬真菌和鐮刀菌屬真菌，減退率分別為 78.6%～84.2% 和 55.9%～90.7% ，加之固體顆粒安全及使用方便的特性，被廣泛用于土傳病蟲害的防治 。但長期使用土壤熏蒸劑會使病原菌產生抗藥性，降低熏蒸效果，也會對土壤中的微生態造成影響。 生物技術包括生物熏蒸、厭氧消毒、生物防治制劑等 。

4 結語

連作障礙是影響茄果類蔬菜產量與品質不可忽視的因素之一，因其主要與土壤有關，但又不僅僅是土壤單個因素的影響。 因此，防治具有較大難度。 本文作者對茄果類蔬菜連作障礙發生的成因做了多方面分析，闡述了植物、土壤、微生物之間的綜合作用，即連作會導致土壤結構、 理化性質及微生物群落改變，同時植物自身的自毒作用也會有一定的影響。 但是也有研究表明，連作并不是單純的土壤條件惡化，也有可能形成小范圍的抑菌土壤， 特定條件下有利于植物的生長與發育。 為解決連作障礙，土壤生物對土壤健康至關重要， 必須重視生物指標在連作障礙修復中的作用，通過合理施肥、灌溉、優化種植模式和保護性耕作等多種手段共同發力。 因此，要充分挖掘土壤、植物、微生物、生態環境四者在連作條件下的關系，利用植物本身抗性、土壤自修復能力、土壤調理劑使用及人工微生態群落調節等策略， 從而實現作物穩產，促進農業可持續發展。