藥用植物連作障礙及其緩解措施研究進(jìn)展

張菊 李艷萍 趙遠(yuǎn)

摘要：連作障礙是一種常見(jiàn)的植物生長(zhǎng)異常現(xiàn)象，普遍存在于藥用植物栽培中，筆者就藥用植物連作障礙的危害、成因以及防治的最新研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)，以期為土地可持續(xù)利用和藥用植物栽培管理提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：藥用植物;連作障礙;防治措施

中圖分類號(hào)：R2822文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1007-2349（2019）11-0086-03

近年來(lái)隨著藥材需求的日益增長(zhǎng)，人工栽培藥材的種類和面積逐年提高，由于耕地、種植條件限制等因素，實(shí)行連作或者復(fù)種連作的面積越來(lái)越大[1]，藥用植物的連作障礙普遍發(fā)生。藥用植物多為根莖類植物，生長(zhǎng)周期少則1～2年，多則幾年甚至幾十年，隨栽培年限增加會(huì)出現(xiàn)一系列土壤環(huán)境問(wèn)題。筆者現(xiàn)將藥用植物連作障礙的危害、成因以及防治的最新研究進(jìn)展概述如下，以期為進(jìn)一步深入研究奠定基礎(chǔ)。

1藥用植物連作障礙的危害

藥用植物的連作障礙多發(fā)于根莖類藥材中，如人參、西洋參、玄參、三七、當(dāng)歸、百合等中藥材的連作障礙現(xiàn)象就十分嚴(yán)重。馬小奇[2]試驗(yàn)表明，連作后的半夏浸出物含量低于90%，有機(jī)酸含量不足025%，結(jié)果均低于國(guó)家藥典規(guī)定，屬于不合格產(chǎn)品。張辰露等[3]研究發(fā)現(xiàn)，丹參有效成分丹參酮Ⅱ A在頭茬最高可達(dá)0465%，二茬逐漸降低，到第四茬含量?jī)H為009%;丹參素含量頭茬可達(dá)365%，之后逐漸降低，到第四茬含量?jī)H為142%。玄參連作一年減產(chǎn)10%～20%，連作兩年減產(chǎn)30%～40%，同一土壤上需要間隔3～4年才能再種;人參和西洋參老參地需要間隔30年以上才能再次種植，若繼續(xù)連作，一般到第2年存苗率就會(huì)急劇下降至30%以下[4]。連作障礙已成為一個(gè)廣泛存在的現(xiàn)象，嚴(yán)重危害藥用植物正常生長(zhǎng)，影響藥材質(zhì)量，特別是道地藥材的生產(chǎn)問(wèn)題，亟待解決。

2藥用植物連作障礙產(chǎn)生的原因

21土壤理化性狀改變研究發(fā)現(xiàn)，藥用植物的長(zhǎng)期連作會(huì)導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)和孔隙性被破壞，出現(xiàn)土壤板結(jié)，透氣性差，機(jī)械物理性質(zhì)惡化等情況[5]。人參為多年生宿根草本，種植年限較長(zhǎng)，簡(jiǎn)在友等[6]發(fā)現(xiàn)，隨種植年限的增加，參地土壤中的物理性黏粒（粒徑<001mm）逐年增加，導(dǎo)致土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)被破壞，土壤板結(jié)，土壤的非活性孔隙比例相對(duì)降低，通氣、透水性能變差，進(jìn)而影響人參藥材的品質(zhì)。

藥用植物對(duì)土壤中礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素及某些微量元素的需求種類及吸收的比例有特定的規(guī)律，并且同類植物或者近緣植物根系分布情況相似，連作及復(fù)種連作必然會(huì)使土壤養(yǎng)分比例失調(diào)，同時(shí)引起土壤轉(zhuǎn)化酶、脲酶等活性下降[7]，影響藥用植物的正常生長(zhǎng)。夏品華等[8]研究發(fā)現(xiàn)，太子參連作過(guò)程中，土壤中的總磷、總氮含量增加，速效氮、鉀、磷含量降低，微量元素鉬含量很少甚至缺失。與土壤養(yǎng)分缺乏一樣，過(guò)多的養(yǎng)分同樣也會(huì)影響植物生長(zhǎng)。連作栽培中，持續(xù)大量的、單一的施肥，多余的鹽分不能被吸收，在土壤中不斷累積，造成土壤次生鹽漬化、土壤PH值降低[9]，影響藥用植物正常生長(zhǎng)。

22土壤生物環(huán)境惡化微生物群落是土壤的重要組成部分，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育具有重要影響，藥用植物連作栽培會(huì)使土壤酶活性和土壤微生物數(shù)量、區(qū)系、群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，出現(xiàn)土壤微生物群落多樣性降低、細(xì)菌數(shù)量減少、真菌數(shù)量增加的趨勢(shì)，土壤肥力開(kāi)始衰竭，有益微生物種類減少，病原微生物數(shù)量增加，土壤生物環(huán)境嚴(yán)重惡化[10]。

三七連作過(guò)程中的主要病害為根腐病，研究發(fā)現(xiàn)假單孢屬Pseudomonas WMigula為三七根腐病的主要病原細(xì)菌，Wu 等[11]基于16SrRNA基因的高通量測(cè)序分析，發(fā)現(xiàn)根腐病三七根際與根內(nèi)的假單胞屬細(xì)菌的多樣性顯著高于健康植株。母茂君等[12]發(fā)現(xiàn)，隨著太白貝母種植年限增加，其根際土壤中的細(xì)菌、解無(wú)機(jī)磷細(xì)菌、解有機(jī)磷細(xì)菌、放線菌數(shù)量及微生物總數(shù)量整體上表現(xiàn)為先增后減的趨勢(shì)，而解鉀細(xì)菌整體上呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，相反真菌則整體上呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，嚴(yán)重破壞了太白貝母根際微生物種群的平衡。

[KG（0.1mm]23植物化感自毒作用早在公元300多年前，人類就有關(guān)于鷹嘴豆抑制雜草生長(zhǎng)的記載[13]，直到19世紀(jì)末才開(kāi)始真正意義上的科學(xué)研究，1937年奧地利植物學(xué)家Molish首次提出“化感作用”一詞，并將其定義為包括微生物在內(nèi)的所有植物間的生化關(guān)系，包括促進(jìn)和抑制[14-15]。化感物質(zhì)都是次生物質(zhì)，這類物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，Rice將其歸納為 14 種，包括萜類、酚類、生物堿、炔類和其他結(jié)構(gòu)等，其中酚類和萜類是植物體內(nèi)含量較多的兩類[16]，這些化感物質(zhì)以地上部分揮發(fā)，根系分泌，以及植物殘?bào)w分解釋放等途徑進(jìn)入環(huán)境。化感物質(zhì)通過(guò)抑制種子細(xì)胞分裂或者伸長(zhǎng)，降低種子過(guò)氧化物酶活性，使種子活力降低，抑制種子萌發(fā);既能直接抑制植物對(duì)養(yǎng)分的吸收，也能通過(guò)對(duì)土壤中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量和微生物酶活性產(chǎn)生影響，來(lái)間接抑制植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收[17]。[KG）]

朱慧等[18]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)歸根際土壤水浸液能顯著抑制當(dāng)歸幼苗中超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）以及過(guò)氧化氫酶（CAT）等保護(hù)酶的活性，降低幼苗清除體內(nèi)活性氧自由基的能力，從而抑制當(dāng)歸幼苗的正常生長(zhǎng)發(fā)育。林燕華等[19]以萵苣作為土壤化感潛力測(cè)定的受體植物，發(fā)現(xiàn)太子參根際土壤水提物對(duì)萵苣種子發(fā)芽率、萵苣根長(zhǎng)、苗高、鮮重、苗體內(nèi)葉綠素含量、氧化物歧化酶（SOD）活性、可溶性糖含量呈現(xiàn)低濃度促進(jìn)高濃度抑制的化感效應(yīng)，并且抑制作用隨濃度的增加而增強(qiáng)。

3藥用植物連作障礙的防治措施和對(duì)策

31建立合理的耕作制度因地制宜，合理施肥，嚴(yán)格控制化肥用量，施用生態(tài)有機(jī)肥，可改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，優(yōu)化土壤理化性質(zhì);科學(xué)灌溉，采用滴灌溝灌技術(shù)，滿足植物正常生長(zhǎng)的同時(shí)還可節(jié)約用水;合理輪作、間作、套作能有效改善植物根際土壤微生態(tài)環(huán)境，降低病原微生物數(shù)量[20];采用伴生、填閑技術(shù)等多樣化栽培新模式[21];秸稈還田，杜絕了秸稈焚燒所造成的大氣污染的同時(shí)還有效的增肥增產(chǎn);開(kāi)展藥用植物水培、固形基質(zhì)栽培、噴霧栽培等無(wú)土栽培方式，避免與土壤有關(guān)的連作障礙，對(duì)于藥用植物的育苗栽培非常重要[5]。

32土壤滅菌土壤消毒滅菌包括化學(xué)滅菌和物理滅菌兩個(gè)大類，其中化學(xué)滅菌通常采用甲醛、氯化苦或硫磺粉進(jìn)行熏蒸、福爾馬林拌土、多菌靈、1，3-二氯丙烯、石灰等來(lái)防止土傳病害的發(fā)生，化學(xué)滅菌雖然快速有效，但污染環(huán)境，破壞土壤根際微生物環(huán)境，存在殘留問(wèn)題，危害人體健康;物理滅菌通常采用日曬、高溫處理，以及土壤連作障礙電處理技術(shù)、施用生物質(zhì)炭[22]等，此法相比化學(xué)滅菌不會(huì)污染環(huán)境，更加綠色環(huán)保。

33接種微生物肥（拮抗菌）微生態(tài)系統(tǒng)失衡是發(fā)生連作障礙的重要原因，“以菌治菌”，通過(guò)有目的引進(jìn)有益微生物，施用微生物菌劑，如叢枝菌根真菌（AMF）、植物根際促生菌（PGPR）、EM菌、放線菌、芽孢桿菌、木霉菌等生防拮抗菌劑、BGB生物有機(jī)肥、復(fù)合微生物菌肥等，能緩解自毒作用，改善土壤質(zhì)量，提高作物產(chǎn)量，抑制連作障礙發(fā)生[21]。

34選育抗逆境藥用植物品種和嫁接技術(shù)藥用植物對(duì)不良環(huán)境的忍耐程度不同，同一品種內(nèi)，單株之間抗性也有差異[4]，并且這些抗性具有遺傳性，通過(guò)選種、選配、品系繁育和定向培育等技術(shù)措施，將抗旱、抗酸、抗鹽、抗病蟲(chóng)害、抗連作等有利性狀被保留下來(lái)，并不斷加強(qiáng)，能有效緩解自毒作用，抵抗連作障礙。張鳳麗等[23]研究發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)中通過(guò)嫁接技術(shù)可有效緩解由自毒作用引起的連作障礙，但這一手段并不能從根本上解決問(wèn)題。

35其他林衛(wèi)東等[20]研究顯示生物質(zhì)材料能有效控制三七土傳病害，顯著提高三七出苗率和中后期存苗率。畢艷孟[24]發(fā)現(xiàn)蚯蚓直接或者以調(diào)控微生物群落的方式間接降解土壤中多種難以降解的有機(jī)物質(zhì)，并加速土壤中的自毒物質(zhì)酚酸的降解。目前，在藥用植物栽培種植中，還可選用能夠移動(dòng)使用的3DT系列土壤連作障礙處理機(jī)、空間電場(chǎng)-CO2同補(bǔ)技術(shù)系統(tǒng)[4]，澆灌適當(dāng)濃度脫落酸（ABA）也可有效緩解連作障礙[25]。

4小結(jié)

目前連作障礙研究多集中在農(nóng)作物中，藥用植物方面的研究也是近幾十年才開(kāi)始的，且偏向于大宗藥材，但連作障礙在藥用植物栽培中非常普遍，急需加強(qiáng)多品種藥用植物連作障礙研究。輪作、間作已經(jīng)被證實(shí)能夠經(jīng)濟(jì)有效地緩解農(nóng)作物的連作障礙，應(yīng)深入研究緩解機(jī)理，并將其推廣至藥用植物栽培中，加強(qiáng)藥用植物輪作、間作和套種的理論指導(dǎo)，以生態(tài)控制為主，建立合理的耕作制度，減少了化學(xué)農(nóng)藥的使用，通過(guò)藥用植物多樣化栽培，接種微生物肥，選育抗逆境藥用植物品種以及綜合防控，克服化感作用，有效減輕病蟲(chóng)害發(fā)生，提高藥材產(chǎn)量和質(zhì)量的同時(shí)，還保護(hù)了人們賴以生存的生態(tài)環(huán)境。

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（收稿日期：2019-08-26）