根際調控在緩解連作障礙和提高土壤質量中的作用和機理

吳紅淼, 吳林坤, 王娟英, 朱銓, 許佳慧, 鄭才亮, 林文雄,*

根際調控在緩解連作障礙和提高土壤質量中的作用和機理

吳紅淼1,2,3,**, 吳林坤1,2,3,**, 王娟英1,2,3, 朱銓1,2,3, 許佳慧2,3, 鄭才亮1,2,3, 林文雄1,2,3,*

1. 福建農林大學生命科學學院, 福州 350002
2. 福建省農業生態過程與安全監控重點實驗室, 福州 350002
3. 福建省高校作物生態與分子生理學重點實驗室, 福州 350002

近年來, 世界人口密度的提高, 全球變化的加劇, 對人類賴以生存的自然環境和社會經濟的可持續發展構成嚴重的威脅, 由此而引發的大規模農業生產活動和對土壤資源掠奪性的過度利用導致農業生產中出現了一系列新的問題。其中, 單一化耕作模式的大力推行, 使得土壤品質下降、土壤病蟲害大面積爆發; 設施農業的發展盡管取得了一些進步, 但土壤出現次生鹽漬化、酸化、養分失調、微生物區系紊亂、土壤板結等問題; 尤其, 在藥用植物、農作物和蔬菜栽培中, 還普遍存在嚴重的連作障礙問題, 導致農作物生長發育不良, 土傳病害嚴重, 極大地降低了農產品、藥材等的產量與品質。在這種農業生產問題的背景下, 通過根際調控來改善植物生長, 提高土壤質量, 有助于緩解現在和未來的農業與環境問題。根際作為隱藏在地下的介導植物與土壤環境相互作用的重要媒介, 其對土壤品質和植物養分利用效率的調控有著不可估量的潛力。根際調控作為一種新的調控模式, 對農業生產起著日益重要的作用,這其中包括作物多樣性栽培、土壤微生物區系的改良、植物化感作用的利用等, 諸如此類的根際調控在對土壤的改良方面有著重要意義。文章綜述了當前農業生產中遇到的新挑戰, 從根際調控的角度闡述了相應的應對措施, 并對根際調控在在未來農業發展中的作用進行了展望。

根際調控; 土壤質量; 連作障礙; 植物化感; 綜述

1 前言

農用土地作為人類生產經濟活動與自然生態過程鏈接和交互的媒介, 其質量對人類生活、生產實踐有著重要影響。隨著社會發展的不斷加速, 我國農業用地面積在慢慢縮小[1], 農業土地利用方式呈現多樣性, 這也導致了耕種土壤侵蝕嚴重, 土壤的品質和可持續性都受到嚴重影響。同時, 在藥用植物的栽培中, 還存在因在同一塊地連續多年種植同種植物, 造成植物生長狀況變差、產量和品質降低、土壤病蟲害發生加劇的連作障礙(Monoculture Cropping Problem)[2–3]現象。這些農業體系中所涉及的問題都嚴重制約了現代農業的可持續發展, 也給農業建設的發展帶來了新挑戰。

根際作為植物根-土之間的界面, 其是各種物質、營養從無機環境進入植物和食物鏈的重要橋梁。從宏觀生態系統角度, 根際生態系統是生物圈、土壤圈、巖石圈、水圈和大氣圈共同作用的區域, 其物質循環和能量流動受植物-土壤-微生物及其環境的調控; 從農業生態系統角度, 作物對水分養分資源的利用效率、土傳病害的生物防治、環境污染物的生物凈化、植物對環境脅迫的適應以及溫室效應氣體排放的生態效應等問題都與根際環境和根際動態過程密切相關[4]。在此基礎上, 根際調控作為一種新的農業調控模式應運而生。根際調控指的是運用現代生物技術和信息技術, 對植物-土壤-微生物之間相互作用的根際過程進行調控, 從而挖掘和利用生物的遺傳潛力, 減少外部資源消耗, 有目的地調控作物的生長環境[4–5]。隨著現代農業的發展, 根際調控研究在對作物生產的可持續性有著至關重要的作用, 也在為農業資源的高效利用、生態環境的恢復與保護、農業生產技術的改進方面提供新的理論指導和科學依據。本文就當前農業生產中存在的新問題進行綜述, 并從根際調控的角度提出了相應的策略和發展方向。

2 現代農業生產中面臨的新挑戰

2.1連作障礙問題

連作障礙, 國外常稱為Replant Disease或soil sickness[6], 是藥用植物、農作物和蔬菜栽培中的一種常見現象, 很多的糧食作物(如馬鈴薯、大豆)、經濟作物(如煙草、棉花)、蔬菜(如黃瓜、番茄)、園藝作物(如西瓜、草莓)、藥用植物(如地黃、人參、三七)等都存在不同程度的連作障礙問題, 尤以根莖或根部入藥的中草藥植物表現最為突出。據統計, 約占70%的中草藥都存在不同程度的連作障礙問題[7],連作障礙導致中藥材、農作物、蔬菜的產量、品質明顯下降[8–13]。隨著研究的深入, 越來越多的專家認為,根系分泌物的間接生態效應及其引起的土壤微生態結構失衡是導致植物連作障礙形成的主要因素。

地黃(Rehmannia glutinosa)為玄參科多年生草本植物, 以干燥塊根入藥, 是我國著名的“四大懷藥”之一, 為我國傳統大宗地道中藥材, 目前河南省焦作地區年種植面積在12000 hm2以上, 總產值達到數十億元。近年來福建柘榮縣依托太子參(Radix pseudostellariae L.)產業提出了構筑“海西藥城”的目標, 目前全縣太子參種植面積3.2萬畝, 年產量約5000噸, 年種植產值1.48億元, 藥業總產值12億元,產銷量全國第一, 預計“十二五”末期產值可超過50億元, 到2020年可建成集聚百億產業的“海西藥城”。作為福建省最具特色的大宗道地藥材之一, 太子參藥材資源的可持續利用及相關產業的健康發展對福建現代大中藥產業鏈發展及推動區域經濟發展有著極其重要的作用。但是地黃和太子參都存在著嚴重的連作障礙問題, 連作導致了產量下降, 同時也對土壤品質造成嚴重影響, 嚴重制約了資源的可持續利用, 是我國構建現代產業鏈亟待解決的重大課題。

2.2當前土地利用方式存在的隱患

2.2.1 單一化耕作模式

隨著現代農業的發展, 以及社會生產的需求,人們對一些特定農產品、藥材的需求日益增大, 并促使植物的栽培生產具有一些新的特點, 如高度集約化種植、同種植物的復種指數高、栽培植物的種類單一化以及相對封閉性等特點, 從而帶來的農業問題也日趨嚴重。在自然界中, 任何單一生態系統中單一化的耕作模式都存在很大的問題。Ristaino J B等研究表明致使十八世紀“愛爾蘭大饑荒”最主要原因就是馬鈴薯的大面積單一化種植[14]。

而如今, 在農業生產實踐中采用“單一化耕作模式”作為一項優勝劣汰的農業增產措施深受人們的青睞, 這也促使了產業帶形成、農業區域化管理布局、各類農業科技園區以及集約化、標準化、規模化的設施農業等生產方式正快速發展, 并已成為傳統農業生產模式向現代農業發展的重要標志[15]。根據已有的研究統計表明, 世界上主要的農業生產景觀大約被35種果樹或堅果樹類、23種蔬菜類和12種糧食作物類等經濟作物所覆蓋著, 也就意味著在世界范圍內僅有低于70種植物種類分布在大約14.4億 hm2的耕地上, 在熱帶雨林中每公頃含有大于100種植物種類, 二者的植物多樣性形成了鮮明的反差[16]。在歐美等一些發達國家, 目前已形成了各種產業帶, 如棉花帶、玉米帶、畜牧帶等農業帶, 隨著逐步的發展, 區域化農業生產格局已經逐漸成形,并為世界農業的發展指明了新方向。吳道銘等[17]在研究我國南方紅壤時得出: 長期種植單一經濟作物,會使土壤結構、通透性失衡, 土壤水分狀況失調, 也會使土壤鹽基養分過度流失, 進而導致南方紅壤酸化加快和鋁毒加重。單一化種植在使土壤惡化的同時, 也惡化了天敵的生存環境, 減少了天敵的數量,降低了天敵對有害生物的控制作用。

在這種“單一化”的背后存在著巨大的隱患, 如:病、蟲、鼠、草害頻發逐年嚴重, 化學農藥使用量逐年攀升; 生物多樣性遭到嚴重破壞、生態失衡; 農業生態環境和農產品安全等問題日益突出; 農業可持續發展受到前所未有的威脅和挑戰。“單一化耕種”模式的生態負效應越來越受到人們的重視[18–19](圖1) 2.2.2 設施農業的發展

設施農業作為一種現代農業生產方式, 其綜合應用多種工程技術和管理技術、生物技術、環境改善技術、特定的性能和結構設施, 在此基礎上構建最佳的人工環境, 在一定程度上擺脫對自然環境的依賴性[20], 并為種植業、養殖業及其產品的儲藏保鮮等提供相對可控制的最適宜溫度、濕度、光照度等環境條件。設施農業作為一種高效的農業生產方式, 具有物質和能力投入較大, 抵御外界風險能力強, 知識與技術高度密集, 地區差異性顯著以及包含經濟、社會和生態三重性等特點[21]。

盡管國內外設施農業的發展取得巨大進步, 但仍有許多問題亟待解決。主要問題在于長期覆蓋栽培模式, 設施環境內水、熱失衡等原因, 使得設施土壤中出現次生鹽漬化、酸化、養分失調、微生物區系破壞嚴重等[22–23]。由于社會和經濟需求, 溫室栽培大部分為單一物種種植, 土傳病害嚴重, 同時也造成土壤營養元素失衡、土壤板結等問題[22]。

另外設施農業監控系統的精度和性能還并不完善; 設施農業中的能源消耗比較嚴重, 運行和維護成本也較高。我國設施農業的發展在這幾十年取得了舉世矚目的成就, 但與設施農業比較發達的國家相比, 仍有較大差距, 主要體現在以下幾個方面[24–26]: 設施規模小, 機械化程度低, 勞動生產率低; 設施水平低下, 抗御自然災害能力弱; 溫室能源消耗嚴重、生態環境惡化; 設施農業技術不配套、不規范、科技含量低, 缺乏相應量化指標, 在技術應用推廣和生產實踐中存在一定的盲目性, 難以發揮設施農業的整體效益功能和大規模商品生產潛力; 部分地區設施結構缺乏統一的完型設計, 導致調控功能不完善; 設施栽培管理主要依靠自身經驗; 栽培技術相對落后, 管理簡單, 致使設施條件下農產品產量和品質始終在低水平上徘徊。這些因素都逐漸成為制約設施農業可持續發展的瓶頸, 同時也為農業土地利用的發展帶來新的挑戰。

3 根際調控的新視野

3.1作物多樣性栽培

圖1 單一種植模式的生態負效應[18–19]Fig. 1 The negative ecological effect of monoculture[18–19]

間作、混作、套作和輪作作為中國傳統農藝的精華, 有著悠久的歷史, 也蘊含著厚重的根際調控原理, 其可以有效地改善植株群體結構、植物對養的吸收以及土壤微生物區系[27]。黃國勤等[28]在研究稻田輪作系統時結果表明: 相比單一耕作模式, 稻田輪作能顯著改善土壤的理化性質, 使得土壤隨著連作年限的不斷增加, 其相應的孔隙度也變大, 氣相比率上升, 固相比率下降, 容重下降, 氣液比值增大,土壤通透性提高, 這種種植模式有效阻止土壤酸化和次生潛育化, 使得土壤pH值提高; 植株病原菌的寄生降低, 植株抵抗力提升。人造溫室在夏季休閑期間, 種植菠菜、大蒜及白菜可以使土壤鹽分積累顯著降低, 土壤微生物種類和數量增加, 并且能有效抑制致病菌(如鐮刀菌)的增殖[29]。番茄輪作能降低黃瓜連作土壤電導度和容重, 增加土壤孔隙度和pH值, 提高土壤中堿解氮、有效磷和有效鉀的含量[30]。吳鳳芝等研究連作黃瓜表明, 小麥、毛苕子與黃瓜間作均能提高黃瓜根際土壤微生物群落多樣性, 其中, 小麥-黃瓜間作對黃瓜根際土壤微生物群落結構多樣性的影響最為顯著[31]。在研究西瓜與旱作水稻間作模式時, 結果表明其能促使西瓜根際尖孢鐮刀菌數量顯著降低, 有效防止了西瓜枯萎病的發生, 同時根際微生物區系種類向細菌與放線菌占主導的趨勢發展[32]。

近年來, 國內外學者在通過利用農業生物多樣性來改善土壤、控制病蟲害爆發方面取得了較好的進展。農業生物多樣性(agrobiodiversity)指的是以自然生物多樣性為基礎, 以人類的生存和發展為動力而形成的人與自然相互作用的多樣性系統, 是生物多樣性的重要組成部分[33]。朱有勇教授團隊在利用水稻遺傳多樣性控制稻瘟病方面進行了較深入研究,明確了農業生態系統中作為作物品種多樣性是調控病蟲害的基本要素[34]。稻鴨共作作為一種歷史悠久的農業生產模式, 能夠提供綠色無公害的農業產品、有效控制病蟲草害、改善土壤品質。章家恩等試驗結果表明, 稻鴨共作后的土壤容重降低, 土壤有機質、全氮和有效氮降低幅度比非共作模式小;水稻根系體積、根系活力、根系總吸收面積和根系比表面積都相應的增加[35–36]。

3.2土壤根際微生物區系的改良

土壤根際微生物主要是指土壤中聚居的微生物群落, 主要包括細菌、放線菌、真菌、藻類、原生動物和病毒等。它在植物根系與土壤中充當著橋梁作用, 主要是植物體進行光合作用并固定碳, 再通過根系分泌物的形式釋放到土壤中, 進而為土壤微生物提供豐富的營養, 然而部分土壤微生物可憑借自身的趨化感應(chemotaxisresponse), 游向富含根系分泌物的根際及根表面進行定殖與繁殖, 同時改變土壤的環境[37]。隨著研究的深入, 有學者甚至認為, 根際微生物群落的宏基因組是植物體的第二基因組[38]。研究根際土壤微生物群落有著重要的意義。

本研究團隊多年來一直致力于研究植物根際生物學特性, 結果表明, 植物化感作用、連作障礙、連作促進或是間套作增產耕種模式等, 都是由其根系分泌物介導下的植物與特異微生物共同作用的結果。

本課題組采用末端限制性片段長度多態性(T-RFLP)和變性梯度凝膠電泳(DGGE)技術研究不同連作年限下地黃根際土壤細菌群落結構, 結果表明地黃長期連作使其根際土壤中細菌種類大量減少, 群落結構趨于簡單, 同時根際土壤微生態功能也逐漸降低[39–40]。當比較河南省焦作地區(地黃道地產區)和山西省臨汾地區(地黃主產區)連作地黃的根際微生態特性及土壤酶進行分析時, 結果表明連作確實造成根際土壤中細菌數量減少, 真菌和放線菌數量增多, 土壤微生物類型由“細菌型”逐漸向“真菌型”過渡[41]。林茂茲等[42–43]運用傳統微生物培養方法研究太子參根際微生物區系, 也發現連作導致根際土壤細菌和好氣性自生固氮菌數量極顯著下降, 真菌、放線菌、厭氣性纖維素分解菌數量極顯著增加, 其中尖孢鐮刀菌(Fusarium oxysporum)數量極顯著增多, 是對照土壤的13倍。吳鳳芝團隊[44–46]通過外源添加黃瓜自毒物質–肉桂酸至土壤中, 也發現肉桂酸對土壤細菌和真菌群落結構都產生顯著影響, 導致厚壁菌門(Firmicutes)、β-變形菌門(Betaproteobacteria)等細菌和接合菌門(Zygomycota)等真菌大量增加, 而使擬桿菌門(Bacteroidetes)、δ-變形菌門(Deltaproteobacteria)、浮霉菌門(Planctomycetes)等細菌和Pezizomycete等真菌顯著下降, 同時還造成土壤中尖孢鐮刀菌(Fusarium oxysporum)大量繁殖增長, 在研究黃瓜連作土壤中微生物的動態變化時, 也證實了根際微生物的失衡與黃瓜的連作障礙有著相應的關聯。Mendes等[47]運用phylochip芯片技術對抑病型土壤(disease suppressive soil)和利病性土壤(disease conducive soil)中微生物群落結構進行分析, 發現種植于抑病型土壤的甜菜其根際優勢群落普遍為拮抗病原菌相關的微生物, 如放線菌門(Actinobacteria)、γ-變形菌門(Gammaproteobacteria)等, 尤其是其中的假單胞菌(Pseudomonadaceae)在抑病型土壤中的數量極顯著高于利病性土壤中。

根際微生物群落在植物根系分泌物釋放、土壤物質循環、能量流動、信息傳遞中有著重要作用, 進而影響植物生長發育過程[48–50]。研究土壤根際微生物的區系有助于探索植物—微生物—土壤之間根際相互關系機制, 并研發相應的菌劑產品進而改良土壤。

目前, 生物修復已經在生產實踐中起著日益重要的作用。生物修復是指以某一類型的致病因子為靶標進行目的菌株篩選和研發, 并將其用于改善土壤環境的一種生物學方法, 如EM(Effective Microorganisms) 是日本學者比嘉照夫將厭氧和好氧等10 屬80 余種微生物復合而成的一種生物制劑, 研究表明施用EM 能有效克服連作障礙, 增加土壤中速效養分含量和土壤微生物總量[51]。美國的“亞聯1號”微生物肥和浙江大學農業與生物技術學院研制的有機生物菌肥均能在改善土壤pH值、營養失衡以及土壤病蟲害的防治方面有著重要的作用, 研究表明這兩種菌肥在一定程度上對豇豆連作地的土壤修復有一定的作用[52]。由鄭州牧業工程高等專科學校研制的ZZMZ微生物菌劑(該制劑含有4種微生物), 其能夠有效地在懷山藥、懷地黃土壤中定植, 并有效地降解土壤中的化感物質香草酸、對羥基苯甲酸以及阿魏酸總量[53–54]。微生物土壤修復改良劑(上海創博生物技術有限公司), 該產品含有芽孢桿菌、酵母菌、乳酸菌等有益微生物及其活性代謝產物, 其能改善土壤環境,增加黃瓜株高和葉面積, 同時可顯著提高黃瓜產量[55]。

微生物在根際生態學中充當的作用日益受到人們的重視, 對根際微生物的深入研究以及開發相應的改良土壤菌劑勢必成為農業應用的趨勢。

3.3無土栽培模式

隨著現代農業的發展以及土地資源的束縛作用日益增加, 土地的利用需要采取資源節約的模式。在此背景下, 無土栽培的發展將打破土地資源受束縛的僵局。無土栽培是指用營養液或固體基質加營養液取代天然土壤進行作物栽培的技術[56], 通過采用人工制造的植物根系環境取代土壤環境, 使植物根系處于最適宜的環境中, 改變了植物根際周圍的條件, 從而使植物的生產潛力發揮到極致, 可有效解決傳統土壤栽培中的水分、空氣、養分的供應矛盾。無土栽培技術發展已有150余年, 這種栽培模式正在逐步取代傳統種植模式, 成為飛速發展的新興學科, 在園藝、農業及林業的生產發展和農業現代化方面有著日益重要的作用。據統計表明, 目前世界上將近100 多個國家和地區應用無土栽培技術的。美國無土栽培作物主要有黃瓜、番茄等蔬菜, 其集中在干旱、沙漠地區, 種植面積超過2000 hm2, 是世界上發展無土栽培商業化生產最早的國家。作為最發達的無土栽培國家——荷蘭, 其無土栽培面積已達4 000 hm2, 而中國無土栽培的總面積約為315 hm2[57]。

無土栽培主要分為基質栽培與營養液培養, 這兩種方式都是通過模擬植物生長所需的最優根系環境, 為植物的生長創造良好的根際條件, 進而對對植物的根際進行人為調控。基質栽培是指用固體基質(介質)固定植物根系, 并通過基質吸收營養液和氧的一種無土栽培方式。基質栽培相對于水培具有性質穩定、設備簡單、投資少、管理容易等優點[58],目前90%以上的商業性無土栽培是采用基質栽培方式。基質栽培代表了現代設施農業發展的趨勢。這種土地資源節約型的種植模式代表著未來農業的發展趨勢, 但是無土栽培中基質特性還有待更深一步的研究[58]以及基質配方、營養液配方以及管理技術等還急需不斷地完善。

3.4植物化感作用

植物與植物間的化感作用是當今科學研究的前沿之一。“化感作用”指的是一種植物(包括微生物)通過其本身的揮發、分泌、淋溶和降解等方式產生的、并釋放到周圍環境中去的化學物質, 從而對臨近生物生長發育造成影響的化學生態學現象[59–60],這種植物自身的根際調控現象是植物對環境的一種適應和防御機制, 同時也是植物通過次生代謝物質與周圍的生物群落建立的穩固的化學作用關系[61]。最早研究化感作用的是公元77年的羅馬自然科學作家 Pliny the Elder, 他在著作中就描述過黑胡桃(Juglans nigra L., black walnut)對鄰近植物的毒害作用現象, 直到1937年, 德國科學家 Molisch才首次把這種現象稱為化感作用(allelopathy)[60]。

本課題組一直致力于利用水稻化感作用(Allelopathy)來控制田間雜草, 水稻的化感抑草作用自19世紀80年代被發現后, 一直引起國內外許多專家學者的關注, 化感抑草作用被認為是環境友好型的可持續生態農業技術。王海斌等[62]研究化感水稻抑草結果表明, 非化感水稻“Lemont”抑草效果最弱, 化感潛力水稻以化感水稻“PI-1”化感抑草作用最強, 并且還得出不同化感潛力水稻產量的大小與化感潛力大小存在極顯著正相關。已有研究表明,水稻的化感物質主要可分為三大類, 即黃酮類、酚酸類和萜類物質, 這三類物質對稗草均有一定的抑制作用, 但其中酚酸類物質抑草效果最為明顯[63–64]。方長旬等[65–66]在應用RNAi抑制化感水稻苯丙氨酸解氨酶( PAL) 基因時, 水稻化感抑草潛力下降, 然而PAL基因調控酚酸類化感物質的合成代謝。本課題組進一步研究還發現, 化感水稻分泌的酚酸類物質誘導根際粘細菌的大量增殖, 然而粘細菌與酚酸等相互作用后增強了稗草中相關基因的表達, 抑制了稗草的生長、發育過程。但是土壤中的微生物如何感應化感物質, 根系分泌的酚酸對何種微生物起何種作用, 又如何參與信號的傳導以及抑制稗草生長的機制還有待更深一步的研究。

4 展望

世界人口的劇增和與此密切相關的全球環境變化已經是一個不再能阻止的過程。在這種全球變化背景下, 通過減少原材料和其它不可更新資源(主要包括自然和農業可利用土地)的消耗, 有助于緩解現在和未來的環境問題。當前農業生產模式的變化賦予了土壤新的含義, 土壤品質的內涵與外延都將會發生深刻的變化。

隨著近些年來新技術的發展, 宏蛋白組學、宏基因組學和轉錄組學等組學方法逐漸運用到根際土壤學中[67–68], 從分子水平到生態系統水平上系統研究其響應未來環境變化的生態學過程及其分子機制,這對土壤這個“黑匣子”的了解上了一個大的臺階。根際研究與解決資源和環境問題緊密相連, 并逐步深

入到植物學、微生物學、土壤學、植物病理學、遺傳學、植物生理學、分子生物學、生態學等諸多學科, 形成了多學科的交叉研究前沿[4,69]。根際調控在農業生產中的作用日益凸顯, 它是連接植物與土壤之間的樞紐, 在提高作物品質和產量的同時, 也能降低對土壤的負效應程度。由于社會經濟的發展和資源環境瓶頸, 未來農業發展勢必要處理好“環境”、“生物”、“環境與生物”之間的相互關系, 實現產業循環、高品質以及融合傳統農業知識和現代科學技術的農村可持續發展[70–71], 并且在提高農業資源的利用效率、保障糧食安全與質量、改善農業污染、發展低碳經濟等領域作出相應的貢獻。總之, 根際調控勢必引領新一輪的綠色革命, 將對農業的發展產生巨大的影響。

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The mechanisms of the rhizosphere management on the remission in consecutive monoculture problem and the improvement of soil quality

WU Hongmiao1,2,3**, WU Linkun1,2,3**, WANG Juanying1,2,3, ZHU Quan1,2,3, XU Jiahui2,3,
ZHENG Cailiang1,2,3, LIN Wenxiong1,2,3*
1.College of Life Sciences,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou350002,China
2.Fujian Provincial Key Laboratory of Agroecological Processing and Safety Monitoring,Fuzhou350002,China
3.Key Laboratory of Crop Ecology and Molecular Physiology,Fuzhou350002,China

In recent years, the increase in world population density and global changes have posed a serious threat to the human survival which involves in the sustainable development of the natural environment and social economy. The large-scaleagricultural activities and the excessive utilization of the soil resource also led to new problems of the agricultural production. The vigorous implementation of the monoculture mode has resulted in serious decline in soil quality, soil diseases and pests. Although some progresses have been made with the development of facility agriculture, the soil was subject to many problems such as acidification, salinization, nutrient imbalance and the destruction of microbial community. The cultivation of medicinal plants, crops and vegetables was prone to continuous cropping obstacles which seriously affected the quality and the output. Under the background of the agricultural production problems, the improvement of plant growth and soil quality by rhizosphere management will be very beneficial for alleviating the current and future agricultural and environmental problems. The rhizosphere interactions between plants and soil environment have great potential to improve the soil quality and the efficiency of nutrient utilization by plants. The rhizosphere management, a new regulation pattern, has played important roles in agricultural production, which include the crop diversification, utilization of microbial fertilizer and plant allelopathy. The rhizosphere management is crucial for the improvement of soil quality. This paper reviews the new problems of soil quality under the current agricultural production and their coping strategies. And we look far ahead into the development of rhizosphere management in agricultural production.

rhizosphere management; soil quality; consecutive monoculture problem; plant allelopathy; review

10.14108/j.cnki.1008-8873.2016.05.031

Q5

A

1008-8873(2016)05-225-08

吳紅淼, 吳林坤, 王娟英, 等. 根際調控在緩解連作障礙和提高土壤質量中的作用和機理[J]. 生態科學, 2016, 35(5): 225-232. WU Hongmiao, WU Linkun, WANG Juanying, et al. The mechanisms of the rhizosphere management on the remission in

consecutive monoculture problem and the improvement of soil quality[J]. Ecological Science, 2016, 35(5): 225-232.

2015-07-01;

2015-09-01

促進海峽兩岸科技合作聯合基金(U1205021); 國家自然科學基金項目(81573530, 31401950); 閩臺作物特色種質創制與綠色栽培協同創新中心(NO.2015-75)

吳紅淼(1990—), 男, 安徽蕪湖人, 博士生, 主要從事藥用植物連作障礙下根際互作與作用機制的研究, E-mail:wuhongmiao2010@163.com; ** 同等貢獻

*通信作者: 林文雄, 男, 博士, 教授, 主要從事農業生態學研究, E-mail: wenxiong181@163.com