設施蔬菜連作障礙形成原因及防治措施

鄭 慧

（汶上縣農業技術推廣中心，山東 濟寧 272500）

2022年中央一號文件明確提出“加快發展設施農業”，充分說明了設施農業對于保證我國“菜籃子”安全和實現鄉村振興的重要作用。然而，隨著設施蔬菜生產的專業化、規模化和集約化發展，設施蔬菜生產呈現單一作物多年連續種植的特點，即使在正常的栽培管理條件下，作物仍出現長勢變弱、品質變劣、病蟲害嚴重和產量降低等情況，這種現象被稱為連作障礙[1]。我國的主要設施蔬菜作物，比如番茄、黃瓜、茄子、辣椒等的連作障礙問題日益突出，不僅降低了作物的產量，也降低了作物的質量。實踐證明，研究設施蔬菜連作障礙成因并采取合理的防治措施對于我國設施蔬菜的高質量和可持續發展至關重要。

1 連作障礙的成因

導致連作障礙的因素很多，其成因非常復雜，是環境、土壤、作物和微生物等因素綜合作用的結果[2]。國內外大量研究表明，設施蔬菜連作障礙的主要原因大致可以歸結為以下三個方面：不合理施肥導致土壤理化性質惡化，微生物比例失衡導致土傳病害嚴重，植物分泌化感物質造成自毒作用。這三方面因素不是獨立存在的，而是相互作用和影響的。

1.1 不合理施肥導致土壤理化性質惡化

不同蔬菜種類甚至同一蔬菜種類的不同品種對養分的需求種類和規律是不同的。部分蔬菜種植戶為追求高產，忽視作物品種的需肥特性而盲目施用大量有機肥和化肥[2]，且普遍存在重施氮、磷肥而輕施鉀肥的現象，氮、磷養分遠遠超出了蔬菜本身的吸收量，不僅造成大量肥料浪費，而且部分肥料長期在土壤中積累造成土壤板結，從而導致土壤的透水透氣性下降，pH值降低，土壤酸化，植物根系生長受阻。另外，由于設施環境長期處于封閉狀態，氣溫高，水分蒸發量大，土壤中的氮、磷、鉀等礦物質養分隨著水分的蒸發遷移至土壤表層，加之設施土壤缺少雨水淋洗，導致土壤次生鹽漬化。研究表明，土壤的硝酸鹽累積是造成土壤鹽漬化的主要原因[3]。

酶活性是反映土壤養分轉化和表征土壤質量的重要指標之一。土壤板結、酸化和鹽漬化等問題的出現，嚴重影響了土壤酶活性。連作土壤中的脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶等活性升高，但轉化酶活性顯著降低。連作辣椒土壤中的脲酶和過氧化氫酶活性顯著低于間作和輪作土壤。連作黃瓜土壤中的脲酶活性升高，過氧化氫酶、酸性磷酸酶等活性顯著降低[4]。以上研究結果表明，連作土壤中的酶活性可能因連作作物、土壤環境、連作年限等因素的不同而變化，還需要進一步研究這些因素與土壤酶活性變化之間的關系。

1.2 微生物比例失衡導致土傳病害嚴重

土壤微生物的多樣性對于土壤養分循環、土傳病害控制和土壤結構穩定等具有非常重要的影響。然而，設施蔬菜生產中由于長期種植單一作物，作物根系分泌物以及微生物的能源也較單一，導致根際微生物的多樣性降低、比例失衡，從而影響植物的生長發育。設施蔬菜中的土傳病害主要有瓜類和番茄的枯萎病、青枯病和根結線蟲病等[1]。根據對土壤根際微生物的調查，連作土壤中的真菌和細菌數量增加，放線菌數量顯著降低，并且隨著連作時間的延長，土壤中的病原菌豐度增加，有益微生物數量減少，導致土傳病害加重。設施蔬菜生產中化肥的過量施用，會導致土壤中的病原拮抗菌數量減少，使得病原微生物的數量增加，從而使土傳病害加重[5]。另外，也有研究表明，連作年限與土壤有害菌的繁殖和微生物種群結構關系密切，連作時間越長，病原菌數量與種類越多，土傳病害也越嚴重。

1.3 根系分泌物積累導致自毒作用

自毒作用常發生在同類或同科作物之間，這些作物通過根系分泌、植株殘茬分解和根際微生物代謝等途徑釋放一些代謝產物，從而對作物生長產生不利影響。植物根系與土壤直接接觸，植物根系分泌的糖類、維生素、酶、生長調節劑等是土壤微生物的重要營養物質，其中根系分泌的一些化感物質被認為是造成設施蔬菜自毒作用的主要因素，肉桂酸等酚酸類物質被認為是造成自毒作用的主要次生代謝產物。酚酸類物質一方面通過影響微生物群落結構和土壤理化性質來影響土壤微生態環境，從而導致植物生長發育受阻、品質變劣和產量降低等；另一方面，酚酸類物質作為化感物質，還可以損傷植物根系的膜系統和抗氧化系統，進而降低植物的抗逆性。黃瓜等蔬菜作物根系分泌的苯甲酸、肉桂酸等酚酸類物質均存在化感作用，對種子萌發和植株生長存在明顯的抑制作用，且與其濃度呈正相關[6]。

2 連作障礙的主要防治措施

2.1 合理的耕作制度

利用不同蔬菜所需養分的種類和數量不同、根系分泌物不同以及病蟲害發生種類不同等特點，進行合理的間作和輪作，是緩解連作障礙的有效措施。連作番茄的土壤經過與白菜、菜豆和芹菜輪作后，對基質的理化性質、微生物群落以及番茄生長和果實品質等方面都有積極影響。通過用芹菜、菜豆、番茄等蔬菜作物與黃瓜進行輪作，不僅可以減少土壤致病菌數量從而降低土傳病害的發生率，還可以增加產量和改善品質。許多研究表明，將蔥蒜類作物與番茄、辣椒、甜瓜和黃瓜等進行輪作，可以有效降低土壤病原菌數量，從而對土傳病害有很好的抑制效果。黃瓜和番茄間作分蘗洋蔥可顯著改善土壤微生物群落結構，促進養分吸收，減少黃瓜霜霉病和番茄灰霉病等病害的發生。張紅葉等（2017）的研究表明，采用黃瓜-水稻輪作模式可以顯著降低黃瓜連作土壤中的放線菌、真菌和尖孢鐮刀菌的數量，減少了土傳病害的發生，顯著提高了土壤活性，從而提高了黃瓜產量[7]。另外，在夏季休棚期利用水稻、玉米或牧草等植物進行短期輪作，可以有效緩解土壤鹽漬化和酸化等問題。

2.2 選用抗性強的品種

選用抗性強的品種是解決設施蔬菜連作障礙的有效途徑，主要包括抗鹽堿、抗病和抗自毒品種。目前，國內外針對蔬菜的抗鹽堿和抗病基因進行了深度挖掘，并利用分子標記輔助選擇、轉基因和基因編輯等技術創制了抗鹽堿和抗病的新種質。研究表明，同科的不同作物以及同一作物的不同品種對其根系分泌的化感物質的抗性不同。因此，選用抗自毒作用的品種對于緩解連作障礙也非常重要。近年來，我國也選育出了很多抗病性和抗逆性強的品種，但目前我國針對連作障礙的蔬菜抗性品種還較缺乏。

2.3 嫁接

嫁接主要是利用不同作物的抗性，通過換根，增強接穗的抗病性、抗逆性，并使其能克服自毒作用，進而提高作物產量和品質，是目前設施蔬菜生產中廣泛應用的一項技術。通過不同砧木嫁接，可以有效改變土壤根系分泌物種類和微生物群落結構，并緩解連作造成的土壤養分失衡。生產中常用黑子南瓜嫁接西瓜和黃瓜等瓜類作物，可以有效避免土傳病害的發生。吳鳳芝等（2011）的研究表明，嫁接可以減少根際土壤有害真菌的數量，減少枯萎病的發生[8]。托魯巴姆、魯砧2號和板砧18等砧木為應用較為廣泛的番茄砧木品種，可有效克服番茄的連作障礙。因此，嫁接是防治設施蔬菜連作障礙行之有效的措施。

2.4 生物防治

生物防治是利用有益生物來抑制或消滅土壤中某種病原菌或有害生物的一種方法。土壤微生物結構失衡、有益微生物數量減少、病原真菌的數量增加等是導致連作障礙的主要原因。利用有益微生物開展生物防治，提高有益微生物的種類和數量以拮抗病原菌和分解自毒物質，可有效克服連作障礙。施用含有枯草芽孢桿菌和哈茨木霉的有機肥可有效改善土壤微生物群落結構，降低土傳病害發生率，提高甜瓜產量。采用木霉菌和生物菌肥處理連作土壤能有效促進植株生長并增強植物抗性。土壤中本身有許多病原菌的拮抗菌和可分解自毒物質的微生物種群，因此，從土壤中篩選和分離有益微生物可以有效防止作物連作障礙的發生。另外，增施生物有機肥可有效改善養分失衡和土壤結構，提高微生物碳氮含量和作物產量。

2.5 合理施肥

合理施肥是緩解設施蔬菜連作障礙的關鍵之一。根據不同作物的特性進行測土配方施肥，可以有效提高土壤酶活性。推廣使用無土栽培，結合水肥藥一體化技術，可有效解決設施蔬菜生產過程中的施肥量過大和肥料利用率過低的問題。連作溫室中的土壤礦質養分含量過高，應注意以有機肥為主，可有效改善土壤結構，提高作物根系活力，并減輕苯丙烯酸等根系分泌物的自毒作用。

2.6 高溫悶棚和土壤消毒

利用夏季休棚期進行高溫悶棚可以有效殺滅病原菌。研究表明，高溫悶棚配施生物制劑處理連作土壤，可顯著降低土壤中病原菌數量并改善土壤結構，對連作土壤有較好的修復效果[9]。溴甲烷、棉隆和次氯酸鈉是生產時常用的土壤消毒劑，可有效抑制土傳病害，緩解連作障礙。利用50%改性氰氨化鈣對日光溫室連作土壤進行熏蒸消毒，發現50%改性氰氨化鈣在土壤中無殘留，不僅可以緩解土傳病害導致的死棵問題，還能補充土壤中的鈣和氮等元素，提高植物抗病性。利用改性氰氨化鈣結合太陽能消毒技術能夠有效解決土壤酸化和土傳病害嚴重的問題，提高番茄和黃瓜產量[10-12]。

秸稈、堆肥、蟹殼、菇渣等農業廢棄物的施用也被證明是緩解設施蔬菜連作障礙的有效措施。農業廢棄物中含有大量微生物活動所必需的碳源和氮源，施用后可以有效提高微生物多樣性，改善土壤生態結構。農業廢棄物由于理化性質和結構與土壤顯著不同，可以有效改良土壤結構并改善土壤理化性質。另外，農業廢棄物中也含有植物生長所需的各種微量元素，可有效促進植物生長發育。

3 結語

設施蔬菜產業是我國蔬菜產業的重要組成部分，有效解決設施蔬菜生產中的連作障礙對于我國設施蔬菜產業高質量發展、保障“菜籃子”安全和農民增收致富至關重要。然而，因為設施內的地上和地下環境復雜，所以導致連作障礙的因素較多。雖然目前有許多研究報道了克服連作障礙的有效措施，但由于作物種類、氣候環境和栽培技術等的不同，導致設施蔬菜連作障礙的主要原因很可能也不同，而有關連作障礙的研究仍主要集中在單因子的水平上，對其主導因素以及內在相互關系的研究還有待深入。未來的研究應著眼于不同蔬菜種類或不同品種研究造成其連作障礙的主要因素，如明確作物的需肥規律、主要根系分泌物種類和根際微生物群落結構。在防治連作障礙方面，應綜合考慮導致連作障礙的不同因素進行防治。因此，明確不同蔬菜種類或品種的連作障礙成因并針對不同蔬菜作物和品種研發連作土壤綜合防治體系，是設施蔬菜生產和科技創新中的工作重點。