果樹連作障礙研究進展

張立恒，楊鳳英，馬海峰，趙娜

(大連市現代農業生產發展服務中心，遼寧大連 116023)

改革開放以來，中國果樹產業已躋身世界前列，絕大多數果樹產量早已位居世界首位[1]。截至2015年中國果品產量1.74億t；人均水果占有量超過120kg[2]。但隨著果樹產業的發展，傳統老果園勢必被新型果園所取代，其原因有以下幾點：①果樹從業者的老齡化、轉型缺失、勞動力成本上漲等原因，促使果園栽培模式急需由傳統模式轉變為省工省力的機械化生產模式。②隨著國民對果品質量及風味要求逐年增高，加上國內外果品產業競爭壓力，使得傳統果園面臨果樹品種的更新換代問題。③傳統果園化肥、農藥施用不合理，造成環境污染，迫使傳統果園樹向新型果園轉變。但受用地的影響及產業發展需求，很多果園都需要在原地基礎上重建，因此連作障礙成為中國果園轉型期亟待解決的問題。

連作障礙是指同種類作物多年栽培于同一土地，即便進行專業的栽培管理也會使作物生長勢衰弱甚至死亡，果實品質和產量逐年下降的現象[3]。果樹連作障礙的癥狀表現：果樹幼苗生長遲緩、整齊度差；幼樹新梢抽枝力不強、抗病性差；成齡樹壽命短、產量低、果實品質差等(圖1)。因此，加強對連作障礙的研究，不僅對中國傳統老果園轉型以及提高果品質量有重要意義，而且對果樹產業可持續發展有促進作用。

1 連作障礙的成因

1.1 土壤理化性質

土壤理化性質決定了果樹生存環境，進而決定了果品質量及果品生產者的收益率，但隨著種植時間的增長，土壤物理結構會發生惡劣變化不利于果樹生長[4-5]。土壤酶活性是土壤肥力的一項重要指標，土壤產生連作障礙以后會導致土壤酶活性降低，進而使得土壤肥力下降，肖宏[6]對比輪作、連作、非連作蘋果園發現，連作蘋果園土壤酶活性最低。果樹生長所需要的養分主要來源于土壤，在生產中果樹從業者往往只重視對氮、磷、鉀的供應，忽視了微量元素對果樹的重要性，從而造成果樹出現生理障礙。研究人員發現蘋果[7]、葡萄[8]的連作障礙與鋅元素的虧缺及鈣、鎂、鐵的比例失調有關。

1.2 生物因素

土壤生物的失衡是導致連作障礙發生的主要原因之一，連作土壤中有益生物減少，有害生物增加，最終影響到果樹的生長與產量[9]。謝洪剛[4]指出連作使土壤有益微生物比例降低，由“細菌型土壤”向“真菌型土壤”轉變從而導致果樹連作障礙的發生；孫英妮[10]研究發現葡萄土壤中的細菌數量與根系分泌物濃度呈負相關，而真菌占微生物總數的比例與根系分泌物濃度呈正相關；張志敏[11]對比蘋果園連作土壤和非連作土壤中鐮刀菌數量，同樣證明了微生物的變化會導致果園土壤連作障礙的發生。為進一步證明土壤連作障礙與土壤微生物有關，研究人員將連作土壤經過有效滅菌發現連作障礙得以控制或減輕[12]。

圖1 連作障礙對蘋果幼樹的傷害

線蟲作為土壤中的有害生物，主要對果樹根系造成危害，還能將病原菌攜帶到健康根系傳播病原菌。閆淑俠[13]指出桃、葡萄的連作土壤中都存在大量線蟲，其寄生在根部或地下莖中，造成根系畸形、衰弱或腐爛，嚴重時造成果樹死亡。線蟲也會隨土壤的連作發生結構性的變化，白春啟[14]對草莓連作土壤研究發現，食細菌線蟲類群與食真菌線蟲類群比值發生改變，加速了土壤由“細菌性”向“真菌性”的轉變，進而使土壤連作化。

1.3 自毒作用

自毒作用是連作障礙產生的重要因素之一，通過根系分泌釋放或根茬腐解后產生有毒化學物質，對同種作物生理生長起抑制作用。自毒物質包括有機酸、直鏈醇、簡單酚類、酚酸、單寧、醛類、萜類、氨基酸和生物堿等[15]。酚酸是報道最多的自毒物質，酚酸能夠直接影響土壤養分狀況、改變土壤微生物活性、增加病蟲害威脅，影響果樹生長發育，導致連作障礙發生[16]。朱煒[17]研究指出，苯甲酸濃度與毛桃實生幼苗的生長狀況呈負相關；王艷芳[18]、尹承苗[19]均指出導致蘋果產生連作障礙的主要酚酸類物質為根皮苷。

2 調控連作障礙的措施

2.1 土壤消毒

土壤滅菌可以有效殺死或控制有害生物對果樹造成的危害。化學消毒主要通過化學試劑對土壤進行處理，其中化學熏蒸消毒一直是克服連作障礙的有效措施，溴甲烷、氯化苦、1，3-二氯丙烯是常用的土壤滅菌劑，其控制土壤病菌等方面效果明顯，但存在環境污染等問題；其次在土壤中施入化學藥劑對土壤進行滅菌效果也十分明顯，劉勇[20]利用四種殺菌劑(代森錳鋅、多菌靈、咯菌腈、福美雙)、付風云[21]利用多菌靈分別對蘋果和平邑甜茶幼苗連作土壤進行處理，均能夠促進生長，減輕土壤連作障礙問題。

物理消毒也具有顯著的效果，對葡萄連作土壤進行蒸汽滅菌，可促進葡萄生長、減輕連作障礙[12]；日曬既能夠有效控制設施草莓土壤病原菌數量[22]，又能緩解草莓腐爛病[23]；微波[24]消毒通過改善土壤微生物結構進而緩解連作障礙。土壤消毒雖然容易操作，但費時費工，同時對果樹根系也會造成影響，因此想要推廣存在一定困難。

2.2 合理間作

在果樹行間種植適宜的農作物，不僅可以改善土壤結構，保持土壤肥力，提高土壤利用率，而且能夠促進果樹生長。謝洪剛[4]指出在連作蘋果園間種豌豆可以減輕蘋果連作障礙；Zhang[25]在香蕉樹下間作韭菜，能有效防治香蕉巴拿馬病害，并提高土壤生物多樣性。李家家[26]將平邑甜茶幼苗與小蔥間作，均可緩解土壤連作障礙對果樹造成的危害。

果園生草栽培模式于20世紀80年代從國外引入中國，經過多年的實踐探索，果園生草栽培不僅將費時費力的“清耕制”操作改變成省時省力的機械化管理，而且還改善了土壤環境以及果園微生態系統(圖2)。寇建村[27]對蘋果園進行生草試驗研究發現果園生草栽培后土壤環境變好，有機質含量增加。孫霞[28]對蘋果園研究發現生草栽培提高了土壤酶活性。岳泰新[29]研究表明，生草栽培可以改變果園土壤微生物結構，土壤細菌數量有所提高。從以上研究可以發現，果園生草栽培可增加土壤養分、提高土壤有機質和微生物數量，從而緩解土壤連作障礙。

圖2 果園生草緩解連作障礙.

2.3 生物防治

生物防治目前已成為備受果品生產者青睞的一種土壤改良方式，不僅可以減少化肥污染，而且是農業可持續發展的新手段。連作土壤中接種三種有益微生物(EB真菌、木霉和淡紫擬青霉)，可有效緩解土壤連作障礙對葡萄的危害[30]；李興發[31]研究指出，接種叢枝菌根真菌可以減輕外源酚酸對梨幼苗的傷害；張先富[32]用草酸青霉改善了平邑甜茶幼苗連作土壤的微生物環境；解靈軍[33]篩選的B3512菌株能有效緩解對羥基苯甲酸對草莓植株的影響；宋富海[34]利用內生真菌ND35菌肥改善連作土壤酶活性、微生物環境和根系活力。

2.4 選育抗性砧木

目前生產中果樹苗木大部分為嫁接苗，通過雜交育種篩選適應當地連作土壤條件的砧木尤為重要，也是解決果樹連作障礙問題最經濟、最有效的途徑。郭小靜[35]通過比較4個初選優系砧木在連作土和滅菌土的生長差異，篩選出抗連作砧木。蘋果砧木平邑甜茶具有較好的抗連作能力[19]。Mazzola[36]在華盛頓州連作蘋果園中發現Geneva系列砧木抗根霉腐菌能力高于M26、MM111和MM166。王志強[37]指出紅根甘肅桃作砧木抵抗根結線蟲的能力較強。抗性選育能夠最直接地解決土壤連作障礙對果樹帶來的不利影響，但其需要科研人員長期的大量工作，周期長、見效慢成為其最大的弊端。

2.5 土壤添加劑

土壤添加劑可改善土壤結構、調節土壤微生物群落、促進果樹生長。因此，土壤添加劑的使用成為緩解果園連作障礙的一種有效手段。Zhang[38]在平邑甜茶幼苗連作土壤中添加有機物料或其發酵液可改善微生物群落，提高土壤酶活性，并促進植株生長；連作土壤中添加生物炭可以增加土壤酶活性、改善土壤微生物結構，提高平邑甜茶幼苗的光合速率、抗氧化酶活性[39]；Mazzola[40]在蘋果連作土壤中添加綠肥后，能明顯促進嘎拉/M26幼苗生長，控制連作障礙造成的傷害；郭小靜[35]在平邑甜茶幼苗連作土壤中施入不同種糖類化合物(葡萄糖、果糖、麥芽糖和阿拉伯糖)，有效改善了土壤微生物結構；將不同比例的有機物料(玉米秸稈和水稻秸稈)施入葡萄連作土壤中，可促進葡萄生長和葉片酶活性，同時提高土壤有機質含量和土壤酶活性[41,42]。土壤添加劑符合當前農業可持續發展的理念，同時其成本低廉，推廣應用前景較好。