我國人地矛盾突出及片面追求經(jīng)濟(jì)效益的最大化,迫使我國難以參考發(fā)達(dá)國家采用的合理輪作及休耕制度養(yǎng)護(hù)我國有限的耕地。因此我國農(nóng)田,尤其是設(shè)施栽培多采取連作種植模式。狹義的連作是指在同一塊地里連續(xù)種植同種作物(或同科作物),而廣義的連作是指同一種作物或感染同一種病原菌或線蟲的作物連續(xù)種植。同種作物或近緣作物連作以后,即使在正常管理的情況下,也會產(chǎn)生產(chǎn)量降低、品質(zhì)變劣、生育狀況變差的現(xiàn)象,這就是連作障礙。土傳病害是土壤連作障礙中目前發(fā)生最為嚴(yán)重、形勢最為嚴(yán)峻的表現(xiàn)形式,例如糧油作物中的花生,果蔬中的黃瓜、番茄、西瓜,中藥材三七、地黃等因土傳病害的發(fā)生導(dǎo)致其產(chǎn)量下降甚至絕收,成為農(nóng)民增產(chǎn)增收的重要限制因子。
一、土壤連作障礙的成因
五壤連作障礙產(chǎn)生的原因有很多,例如土壤理化性狀的惡化、土壤次生鹽漬化、作物自毒作用、土壤生物活性下降或區(qū)系平衡被打破等,目前未能清晰表述出連作障礙的單一原因,因作物及土壤不同,各種主要影響因素有所區(qū)別。
1.土壤理化性狀的惡化
連作過程會逐漸導(dǎo)致土壤孔隙度降低、容重增大、透氣性降低、板結(jié)等問題,進(jìn)而影響植株生長。另外,同種作物或類似作物的養(yǎng)分吸收規(guī)律類似,連作作物對某些養(yǎng)分有著特殊需求,易造成土壤養(yǎng)分不均衡,從而致使作物體內(nèi)各種養(yǎng)分比例失調(diào)而出現(xiàn)生理和功能性障礙。
2.土壤次生鹽漬化
土壤內(nèi)可溶性鹽類隨水向土壤表層(0~20cm)運(yùn)移并積累,會導(dǎo)致土壤鹽分含量過高,這是土壤鹽漬化過程,其嚴(yán)重影響作物根系生長、作物產(chǎn)量及品質(zhì),導(dǎo)致土壤連作障礙發(fā)生。
3.作物自毒作用
化感作用是指植物或微生物向其周圍的環(huán)境中釋放化學(xué)物質(zhì),造成周圍植物或微生物表現(xiàn)出促進(jìn)或抑制效應(yīng),而自毒作用是化感作用的一種特殊表現(xiàn)形式。自毒作用是作物自身產(chǎn)生的物質(zhì)抑制自身或同科植物的正常生長發(fā)育,主要包括作物殘?bào)w腐解產(chǎn)生的有毒害作用的物質(zhì)、根系分泌物等。自毒作用可能是造成土壤連作障礙的重要因素。
4.土壤生物活性下降或區(qū)系平衡被打破
棲居在土壤中的有機(jī)活體主要可分為微生物及土壤動物。土壤微生物又包含細(xì)菌、真菌、原生動物、藻類等類群,而土壤動物包含無脊椎動物等。土壤微生物及動物不僅參與土壤養(yǎng)分循環(huán),還對土壤健康起決定性的作用。隨著連作障礙程度的增加,土壤生物種群組成平衡被打破,細(xì)菌與真菌間的互作關(guān)系趨于減弱,從而造成有害生物,尤其是土傳病原菌逐漸積累,最終導(dǎo)致土壤連作障礙的發(fā)生。
土壤連作障礙的防治措施目前主要有物理防治措施、化學(xué)防治措施、生物防治措施及綜合防治措施:
一、物理防治措施
物理防治措施有客土法、隔地栽培、深翻、日曬、淹水等??屯练ㄊ侵咐眯峦林脫Q連作表土,從而達(dá)到緩解連作障礙的目的。但客土法需要消耗大量的資源,而且此法并未從根本上解決連作障礙,達(dá)到生態(tài)可持續(xù)的目的。隔地栽培是針對土壤連作障礙,采用塑料薄膜隔絕根系與外界土壤間的聯(lián)系,使用園土或園土基質(zhì)的混合物為栽培介質(zhì),從而克服土壤連作障礙的技術(shù)。深翻可以加厚土層,疏松土質(zhì),從而有利于土壤熟化,增加土壤肥力,同時(shí)還可增加土層通氣性和透水性,升高土壤溫度,提高土壤微生物的活力,克服土壤連作障礙。日曬法是指利用太陽能悶棚暴曬土壤以減少土傳病原微生物的數(shù)量而達(dá)到緩解土壤連作障礙的目的。此外,使連作土壤處于淹水狀態(tài),并添加有機(jī)物料,使其處于強(qiáng)還原狀態(tài),也是有效防控連作障礙的物理措施之一,物理防治措施較少單獨(dú)使用,常配合其他措施進(jìn)行綜合防洽。
二、化學(xué)防治
化學(xué)防治措施是指施用化學(xué)藥劑處理土壤。在連作障礙嚴(yán)重發(fā)生的土壤上,使用咪鮮胺、丙環(huán)唑、多菌靈、甲基托布津、五氯硝基苯、普克、敵克松等化學(xué)殺菌劑可有效殺滅病原微生物或降低土壤中病原微生物的種群數(shù)量,從而緩解土壤連作障礙。此外,針對連作障礙發(fā)生較重的土壤,還可采取土壤熏蒸的防治技術(shù)。常用的土壤熏蒸劑有澳甲烷及其衍生替代品、棉隆、石灰氮、高氮化肥及有機(jī)物料、氯化苦等。然而澳甲烷、氯化苦等高毒性物質(zhì)因其破壞環(huán)境已被禁止使用或限制使用。此外,化學(xué)防治措施易造成土壤生物活性的下降,熏蒸后如不注意調(diào)理土壤,防控效果存在一定的風(fēng)險(xiǎn)?;瘜W(xué)防治措施雖見效快,但是毒性強(qiáng)、破壞環(huán)境,仍需研發(fā)低毒、高效、綠色環(huán)保的化學(xué)藥劑。
三、生物防治
措施生物防治措施有選育抗性品種、輪作、間套作、施用生物防治菌劑及生物有機(jī)肥等。針對以土傳病害為主要形式的連作障礙,抗性品種選育是效果較好的防治措施,其不僅可通過抗性基因的表達(dá)緩解連作障礙,還可招募特定的微生物種群在其根際定殖,構(gòu)成抵御病原菌侵染的“前沿”陣地。輪作及間套作可以通過根系分泌物改善連作作物根際土壤微生態(tài)環(huán)境,優(yōu)化微生物的種類及數(shù)量,減輕連作危害,促進(jìn)植物生長,已證明是緩解連作障礙的有效模式之一。向連作土壤中直接使用生物防治菌劑(例如芽孢桿菌、假單胞菌、放線菌、黃桿菌、木霉及復(fù)合生物防治菌劑等),已成為生物防治連作障礙的常見措施。然而直接施用生物防治菌劑,常因與土著微生物存在營養(yǎng)競爭、生態(tài)位競爭等問題,生物防治菌劑在土壤中的存活受限,進(jìn)而影響防治效果。由根際促生菌或生物防治菌劑與氨基酸有機(jī)肥二次發(fā)酵而成的生物有機(jī)肥,可通過降低土壤病原微生物數(shù)量、刺激土著有益微生物的生長、修復(fù)菌群之間的互作關(guān)系,進(jìn)而調(diào)控土壤微生物區(qū)系,最終緩解土壤連作障礙。施用生物有機(jī)肥調(diào)控土壤微生物區(qū)系已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)防控土傳病害最為重要的手段之一。
四、綜合防治
措施綜合防治,即不同方法結(jié)合使用,以達(dá)到緩解土壤連作障礙的目的。例如土壤熏蒸聯(lián)合施用生物有機(jī)肥、輪作及間套作時(shí)施用生物有機(jī)肥、利用秸桿及淹水使土壤發(fā)生強(qiáng)還原后施生物有機(jī)肥等,可增加土壤連作障礙的防治效果。
土壤肥力衰遲主要是指土壤養(yǎng)分貧瘠化。為了維持綠色植物生產(chǎn),土壤就必須年復(fù)一年地消耗它有限的物質(zhì)儲庫,特別是作物所需的那些必要的營養(yǎng)元素,一旦土壤中營養(yǎng)元素被耗竭,土壤就不能滿足作物生長。