甘肅省高原夏菜連作障礙形成及其消減策略

關鍵詞：連作障礙；自毒作用；土壤微生物；土壤健康；高原夏菜；甘肅省中圖分類號：F326.13 文獻標志碼：A 文章編號：2097-2172（2025）06-0491-08doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2025.06.001

Continuous Cropping Obstacle Formation and Mitigation Strategies forPlateau Summer Vegetablesin Gansu Province

LU Xiaodong'， CHEN Wei2， WANG Ting3， KANG Rong4 （1.SchoolofEnvroentalanduniipalEnginering，LnzhouJiaotongUnivesityanzouGsuoo，ina;2.site of AgriculturalEconomicsand Information，GansuAcademyofAgricultural Sciences，Lanzhou Gansu 73Oo70，China; 3.InstituteofSoilFertilizer and Water-saving Agriculture，Gansu Academy ofAgricultural Sciences，Lanzhou Gansu 730070， China; 4.Yuzhong County Agricultural Extension Centre，Lanzhou Gansu 73O1O0， China）

Abstract： Continuous croping obstaclesareoneof the major isues restricting thesustainable developmentof the vegetable industryandhveenwidelyonedbysolarsdomesticallndinteatioallopromotethatioalutilzatioofsoil resourcesandtheprotectionoftheecologicalenvironment，andtosupportthesustainabledevelopmentoftheplateausummer vegetableindustryinGansuProvince，thisaticlesummarestheurentsitation，causes，andpreventionandcontrolstrategisof continuouscroppingobstaclesinghaltitudesummervegetablesinGansuProvince.Itpointsoutthattererestllfourshotoings inthecurrentresearchoncontinuouscroppngobstaclesinigh-altudesummervegetables，includinglackofbasicdatasurvey; lackof mechnismresearchandinsuficitentscientifcaalysis;keytechnologyandproductlagbehid;andthelackofacomprehnsive regionalpreventionandcontrolmodesystem.Futureresearchshouldfocuson：conductingcomprehensivesurveysontheocurrence statusandextentoftheobstacle;strengtheningstudiesontheoccurrenceandformationmechanisms;breaking throughtechnical botlenecksanddevelopingmitigationproducts;andconstructingintegratedpreventionandcontrolmodelsandsystems.Thsfforts aim to provide scientific support for further research and practical application in the field.

KeyWords：Continuous cropping obstacle; Autotoxicity;Soil microrganism; Soil health; Plateau summervegetable; Gansu Porvince

高原夏菜是指利用西北高原地區夏季涼爽、光照充足、晝夜溫差大等氣候特點，在高海拔地區種植、加工的蔬菜[1]。甘肅省高原夏菜種植始于20世紀90年代，種植區域由過去蘭州周邊擴展到西至張掖、北至銀川、南至隴南半徑 500km 的區域，也是我國西菜東調的主要基地之一[2]。近年來，甘肅省高原夏菜產業取得了長足的發展，年播種面積在53.33萬 hm² 以上[3]。目前全省已實現高原夏菜產業布局區域化、生產規范化、管理集約化、產品標準化、市場多元化及經營產業化，可有效解決6一9月我國東南沿海地區的蔬菜供應需求問題，同時也成為出口蔬菜的重點種植區域[4-5]

連作障礙是指在同一塊土地上連續種植同一種或同一類作物后，出現土壤環境惡化、病蟲害加劇、作物生長發育不良、產量下降、品質變劣、商品率降低等現象。在甘肅省，受區域規?；N植布局、種植管理習慣和經濟利益需求等因素驅動，高原夏菜連作問題越來越突出，成為制約產業可持續發展的重要因素。從產量方面看，連作導致土壤養分失衡，有益微生物數量減少，有害微生物滋生，從而影響蔬菜生長發育，導致產量下降；從銷售方面看，連作使蔬菜的品質變差，營養成分降低，外觀品質下降，從而降低其市場競爭力；病蟲害加劇也是連作障礙帶來的嚴重問題之一，連作使土壤中病原菌大量繁殖，增加病蟲害的發生頻率，使用農藥防控還可能導致農藥殘留超標，影響食品安全；長期連作使得土壤結構被破壞，土壤肥力降低，保水保肥能力下降，進一步加劇農業生產與土地資源之間的矛盾；此外，生產上盲目過量施用化肥和農藥，使土壤環境質量下降，連作障礙凸顯，直接影響蔬菜的正常生長發育。

前人對連作引起的土壤生態系統退化、作物產量和品質下降、連作障礙形成機制及其消減技術進行了大量研究[6-7]，但大部分研究集中在連作敏感、化感與自毒作用強的作物如瓜果蔬菜、中藥材、煙草等[8-1]，對高原夏菜的相關研究主要集中在種植布局[12-14]、產地環境[15-16]、新品種引進[17-19]、高產高效栽培[20-22]、合理灌水施肥［23-25]、尾菜資源化利用和產業發展等方面［3，26-28]，有關高原夏菜連作障礙方面的報道較少。鑒于此，我們系統總結和分析甘肅省高原夏菜連作障礙的發生現狀、機制、消減關鍵技術，并結合目前對高原夏菜連作障礙的研究存在的不足，提出了未來研究應重點關注的幾個方面，以期為該領域的研究和實踐提供科學依據。

1高原夏菜連作障礙發生現狀

甘肅省高原夏菜種植區域主要分布在河西走廊灌區、沿黃灌區、涇河流域、渭河流域和“兩江一水”流域［29]，大部分地區海拔 1 500～3 000m ，氣候冷涼干燥，光熱資源充足且晝夜溫差大，病蟲害發生較少，為高原夏菜生產提供了理想的自然環境條件。經過三十多年發展，甘肅省蔬菜種植面積不斷擴增，在一些主要的高原夏菜產區，部分地塊的連作年限甚至超過了 10a ，連作障礙問題尤為嚴重。蘭州市榆中縣作為蘭州高原夏菜品牌發源地和核心產區，蔬菜種植歷史悠久，據當地農業部門調查，在榆中縣部分連作年限較長的區域，約 70% 蔬菜地存在不同程度連作障礙，其中嚴重連作障礙的菜地占比達到 20% 左右。新興的高原夏菜產區如臨夏州臨夏縣，由于種植年限相對較短，連作障礙的發生程度相對較輕，但也呈現出逐漸加重的趨勢，目前約 30% 的菜地出現了連作障礙的癥狀，主要表現為蔬菜生長緩慢、產量下降等。

病蟲害加劇是連作障礙帶來的嚴重后果之一。由于連作導致土壤中病原菌和害蟲大量繁殖，土傳病害如根腐病、枯萎病、青枯病等，以及地下害蟲如螃螬、金針蟲等的發生瀕率和為害程度明顯增加。在一些蔬菜連作3＼～5a地塊，根腐病的發病率高達 50% 以上，嚴重影響了蔬菜的生長和產量。于威等［30]研究認為，蘭州市高原夏菜隨種植年限的增加易發生根腐病、軟腐病、霜霉病、黑腐病等病害，如果防治不及時可減產 20%～ 30% ，嚴重時甚至絕收，同時，高原夏菜品質也受到影響，如葉肉纖維化、甜度下降等。病蟲害的加劇還導致農藥使用量增加，不僅增加了生產成本，還可能造成農產品農藥殘留超標，威脅食品安全。

從蔬菜類型來看，甘肅省高原夏菜包括三十多個種類，不同蔬菜類型對連作障礙的敏感程度也有所不同。大白菜、甘藍等葉菜類蔬菜，由于其生長周期相對較短，對土壤養分的需求相對較為單一，連作障礙的發生相對較輕。在榆中縣，連作3＼～5a的大白菜地塊，產量下降幅度一般為10%～20% ；定西市芹菜連作重茬一般會減產20% 以上，嚴重時會減產 50% 以上[31-32]；而西蘭花、茄子等蔬菜品種，對土壤環境的要求較高，連作障礙較為明顯，在連作3a以上的西蘭花地塊，產量下降幅度可達 30%～40% ；日光溫室茄子連作使得根際土壤中可培養的細菌、放線菌的數量隨年限增加呈遞減趨勢，真菌數量呈遞增趨勢[33]

2高原夏菜連作障礙發生機制

連作障礙的發生機制通常被歸納為土壤理化性質退化、作物自毒作用和土壤生物學性質退化三大因素［34]。

2.1土壤理化性質退化

2.1.1破壞土壤物理性質高原夏菜連作對土壤結構、容重、孔隙度、水分人滲等土壤物理性質有顯著影響。研究表明，長期種植同一種蔬菜會導致表層土壤團聚體結構被破壞，大團聚體減少，小團聚體增多［35］，使得土壤容重增加，土壤孔隙度降低，土壤持水性能、土壤水分供釋及利用能力下降[36]。

2.1.2王壤鹽漬與酸化長期連作條件下，根系分泌物及殘體分解產生的有機酸（如草酸、檸檬酸）積累，導致土壤 pH 下降（酸化），進而顯著影響土壤養分含量、 ΔpH 和鹽離子等土壤化學性質，降低保水保肥能力。有研究表明，設施蔬菜長期連作（ ?5a 土壤 pH 顯著下降，造成土壤酸化[37]，而有機碳、無機氮、電導率（EC值）、碳酸氫根中 HCO₃^- 、硫酸根（ SO₄^2- 、氯、鉀、鈉、鎂離子等含量隨種植年限增加而顯著增加，易引起土壤次生鹽漬化［38]。也有相反結論表明，設施蔬菜連作0 （?7a 土壤 pH 有所提高[39]。

2.1.3土壤養分失衡蔬菜連作時對氮、磷、鉀等養分吸收具有明顯的偏好性，這種偏好性使長期連作后土壤中某些養分被過度吸收，而另一些養分則逐漸積累，從而打破土壤養分平衡，影響蔬菜正常生長發育。如甘藍、西蘭花等長期連作導致土壤中速效磷、速效鉀等元素過度消耗，而鈣、鎂等元素則可能富集。蔬菜連作后土壤中有機碳、pH、全氮、全磷、全鉀和速效養分等含量隨種植年限的增加呈拋物線型分布，其達到最高含量時的年限多分布在 8～12a^[40] ，造成不一致的原因與不同蔬菜產區或同一產區農戶水肥管理措施等因素有關[41]。

2.2作物自毒作用

自毒作用是指某些植物通過地上部淋溶、根系分泌和植株殘茬腐解等途徑釋放一些物質，這些物質對同茬或下茬同種或同科植物生長產生抑制作用的現象［42]。一方面，自毒物質可能會影響蔬菜種子的萌發和幼苗的生長，抑制種子的吸水和呼吸作用，干擾種子內部的激素平衡，從而阻礙種子的萌發和幼苗的正常生長。有研究表明，不同根系分泌物濃度對辣椒種子的萌發和幼苗生長均有一定的抑制作用，總體上表現出隨著根系分泌物濃度的增加而呈下降的趨勢[43]。另一方面，自毒物質會對蔬菜根系的細胞膜結構和功能造成破壞，導致細胞膜透性增加，細胞內物質外滲，影響根系對水分和養分的吸收。例如，番茄連作后在土壤中累積的鄰苯二甲酸、苯甲酸和肉桂酸等自毒物質不僅會抑制種子萌發和植株生長[44]，還會導致植株細胞膜質過氧化程度加劇，引起過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）活性增強，丙二醛（MDA）含量升高，使膜的正常結構和功能受到損傷，導致光合細胞葉綠體基粒片層排列出現紊亂，葉綠素相對含量、凈光合速率顯著下降等后果［45-46]，共同造成連作作物光合能力降低，生長受阻。第三，自毒物質通過干擾植物激素（如ABA、IAA）信號傳導，降低抗氧化酶（SOD、POD）活性，加劇氧化損傷，部分酚酸也可作為病原菌的碳源，形成“化感－病原\"協同效應?；凶远疚镔|還可以降低植物激素的生理活性或使其失去活性［47]，直接或間接地抑制蛋白質合成「48]，從而影響植物激素合成代謝和植物細胞DNA合成等過程[49]。

2.3土壤生物學性質退化

大量研究表明，高原夏菜連作對土壤微生物多樣性和群落結構、土壤微生物食物網、有益與有害微生物比例、微生物活性以及土壤酶活性等生物學性質有顯著影響。一方面，連作土壤中固氮菌、解磷菌、放線菌等有益微生物豐度顯著下降，而病原真菌（如鐮刀菌、絲核菌）和細菌（如歐文氏菌）比例增加；另一方面，根系分泌物（如酚酸類物質）積累可改變根際微生物代謝途徑，形成利于病原菌繁殖的微環境。例如，番茄、黃瓜和芹菜等蔬菜連作可導致土壤可培養細菌和放線菌多樣性指數、豐富度指數等顯著降低，而真菌多樣性指數、豐富度指數等顯著增加，微生物群落由細菌型向真菌型轉變［50-51]，有益微生物繁殖受到抑制，而有害微生物大量繁殖，導致土壤中有益與有害微生物比例失衡［52]。蔬菜連作也會簡化土壤微生物食物網、降低其穩定性「53]，減少土壤中線蟲和微生物的多樣性，同時增加土壤中病原菌和植食性線蟲的數量［34]，導致土壤生物多樣性降低，進而減少土壤中細菌的多樣性，最終影響王壤養分循環，抑制作物生長。

3高原夏菜連作障礙消減關鍵技術

3.1水肥管理技術

通過合理的水肥管理措施，改善高原夏菜地土壤理化環境，是緩解連作障礙的主要途徑之一。對發生土壤障害的蔬菜田可進行灌水，通過淋溶作用可達到除鹽和土壤消毒的目的[54]，在甘肅一些鹽堿化較為嚴重的高原夏菜種植區，通過修建完善的灌溉和排水系統，定期進行灌水洗鹽；在夏季高溫季節，利用充足的水源進行大水漫灌，使土壤中的鹽分充分溶解在水中，然后通過排水系統將含鹽的水排出田間。也可通過重施腐熟有機肥、合理進行有機肥和氮磷鉀化肥配施以及增施微量元素肥提高土壤有機質含量，改善土壤結構，調節土壤酸堿度，增強土壤微生物活動，從而促進土壤健康恢復[55-56]。

3.2農藝調控技術

農藝調控技術如間套作、輪作、深翻土壤、選用抗病品種、嫁接栽培等是克服高原夏菜連作障礙的重要手段之一。首先，科學間套作和輪作可以有效降低化感自毒作用，破壞病原菌的生長規律和環境，減少土壤中的致病菌，改善土壤結構，提升土壤肥力「47，57]。如菌菜輪作根據食用菌和蔬菜兩大作物生長發育對環境條件的不同需求，利用同一個蔬菜設施秋冬季種植食用菌，春末食用菌生產結束后，菌渣就地還田，種植春夏季蔬菜作物。深根系的茄果類蔬菜與淺根系的葉菜類蔬菜間作，能夠充分利用不同土層的養分，避免養分的過度競爭，不同作物的根系分泌物和殘茬腐解物不同，可以改變土壤的微生態環境，減少自毒物質的積累，還可以增加農田的生物多樣性，從而降低害蟲的危害程度。其次，定期深翻作業可以改善土壤結構，促進土壤中有機質的分解和養分的循環利用，同時也有助于消滅部分土傳病害[58-59]。在甘肅高原夏菜種植中，翻耕深度達30～40cm ，能夠有效改善土壤結構，增加土壤孔隙度，有利于蔬菜根系的生長和延伸，增強根系對水分和養分的吸收能力。此外，選用抗病性強、適應性廣的蔬菜品種進行種植，利用抗性強的砧木嫁接易感土傳病害的接穗，可調控土壤微生物區系，減輕自毒作用，避免土傳病害對接穗品種的侵染和危害［60-61]

3.3土壤消毒技術

土壤消毒是一種高效快速殺滅土壤中真菌、細菌、線蟲、雜草、土傳病毒、地下害蟲、嚙齒動物的技術，包括物理消毒、化學消毒和生物消毒三大類，常見土壤消毒技術、應用效果及其優缺點如表1所示。

3.4生物調控技術

通過引入拮抗菌和接種有益微生物等生防菌劑，減少病原菌的生存空間［62]，誘導植物產生防御相關酶，提高植物自身抗病性[63]，從而有效控制土傳病害。芽孢桿菌屬、木霉菌屬、鏈霉菌屬和假單胞菌屬是最常見的生物防控菌劑（表2）。

3.5外源物調控技術

施用土壤改良劑或調理劑等外源物質，一方面可通過促進土壤團聚體形成，改善土壤結構，保持土壤水分和養分，降低土壤重金屬和抗生素等生物毒性，優化土壤理化性狀［64]；另一方面聯合生物菌劑施用有利于增強有益菌數量，改善土壤微生物類群及其代謝活性，抑制土傳病原菌的繁殖［65]。韓召強等[]研究發現，隨著生物質炭施用量的增加，連作設施黃瓜根區土壤容重不斷降低，土壤孔隙度、田間持水量、飽和導水率、有效磷及有機質含量不斷升高，土壤酶活性增強。王巖等［6]研究指出，生物質炭與叢枝菌根真菌配施條件下，土壤養分和酶活性隨生物質炭添加而升高，具有顯著的協同增效作用；胡云等［68]研究表明，施用生物質炭顯著提高了設施黃瓜連作10a和連作20a土壤中酸桿菌門豐度，連作20a土壤中放線菌門和芽單胞菌門豐度，降低了連作10a和連作20a土壤中綠彎菌門、擬桿菌門豐度。此外，生物炭可通過吸附作用有效降低連作土壤中酚酸濃度，激活抗氧化酶活性，改善連作過程中化感作用產生的負面影響[9]，從而抑制自毒作用。

4不足與展望

4.1 不足

4.1.1缺少基礎數據調研目前已有的研究僅針對個別區域個別蔬菜開展了連作障礙調查分析，優勢主產區主要蔬菜連作后土壤環境、作物產量和農戶經濟效益等本底數據的缺失，無法為精準制定高原夏菜連作障礙防治策略提供基礎數據。

4.1.2 缺乏機理研究，科學解析不足 現有研究多從定性描述的角度指出高原夏菜連作后導致作物產量和品質下降、土傳病害加劇，以及農藥使用量和人工成本增加等問題出現。然而，有關連作障礙形成的時間、主要障礙類型及其主導因素、連作障礙的形成過程和機理等關鍵科學問題研究涉及較少，無法為破解高原夏菜連作障礙難題提供科學見解。

4.1.3關鍵技術及產品研發滯后盡管已有許多研究報道了水肥管理、農藝調控、土壤消毒、生物調控和外源物調控等技術在蔬菜連作障礙防控上的成功應用。然而，各種技術的防控效果“因地、因時、因物、因人\"而異。例如，不同區域不同種類蔬菜灌水施肥制度，間/套作、輪作倒茬及耕作制度，土壤消毒菌劑復配和施用以及生物炭種類、施用量和配施物質等關鍵技術參數均會影響技術防控效果。此外，自前市場商業化的王壤化學消毒熏蒸劑種類少，較為單一，且用量大、毒性強、施藥的專業器械相對落后。盡管生物消毒技術優勢明顯，但缺乏相應成熟的產品而難以普及。

4.1.4區域化綜合防控模式體系空白目前，已有研究將抗病品種（系）、種子處理、土壤處理、生物菌劑、組合藥劑灌根和輪作倒茬等技術集成進行高原夏菜芹菜栽培連作障礙綜合防控「29]，但甘肅省高原夏菜連作障礙的綜合防控模式體系仍在逐步探索和建立中，尤其缺乏區域性的“可落地、可復制、可推廣\"的主要高原夏菜連作障礙綜合防控模式體系。

4.2展望

4.2.1全面調查高原夏菜連作障礙發生現狀和程度針對高原夏菜優勢產區主要蔬菜類型，調查不同連作年限露地和設施蔬菜地種植品種、栽培與耕作技術、灌水施肥、農藥施用、病蟲害類型、產量與品質、種植效益等基本信息，構建土壤健康指標評價體系，科學評估高原夏菜連作障礙的發生時間、發生程度，明確演變規律。

4.2.2強化高原夏菜連作障礙發生和形成機理研究以根系分泌物介導的土壤－作物－微生物系統為研究主線，運用宏基因組學、宏蛋白質組學和代謝組學等技術，從分子水平上分析蔬菜根際微生物群落結構與功能多樣性變化，探索土壤有益微生物類群與病原微生物的拮抗/協同關系，建立關鍵微生物類群－差異代謝物-差異蛋白質-表型之間的邏輯關系，解析蔬菜連作障礙地根際微生態過程及其分子生物學過程。

4.2.3突破高原夏菜連作障礙消減關鍵技術及產品研發以水肥管理、農藝調控、土壤消毒、生物防控和外源物調控單項技術為主，重點開展完善與現有高原夏菜生產方式相匹配的技術體系及其關鍵參數；強化單項技術聯用協同效果及其潛在防控機制研究；研發高效、低成本、環境友好、作用廣譜的新型化學和生物防治藥劑。

4.2.4構建高原夏菜連作障礙綜合防控模式與體系結合高原夏菜產業規劃、政府政策制度、龍頭經營企業和農戶意愿，優化組裝和構建以“水肥管理、農藝調控、土壤消毒、生物防控、外源物調控”為技術核心的多方位、多方案、全過程的綠色消減模式。同時，形成高校、科研院所、藥肥生產企業、基層農技等部門“產-學-研-推\"相結合的研發和推廣模式，助力高原夏菜連作障礙地綠色消減模式集成與示范推廣。

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