农作物连作障碍产生机理与调控技术研究_郭肖

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２０１６年第３０卷第２期作物研究２１５

农作物连作障碍产生机理与调控技术研究

郭肖１，孔德章１，黄本婷２，唐元椿２，杨林２，王明珠２，王舒婷２，向达兵２，赵钢２，黄凯丰１

（１贵州师范大学荞麦产业技术研究中心，贵阳５５０００１；２成都大学药学与生物工程学院，四川成都６１０１０６）

摘要：连作障碍是作物生产中经常发生的一种现象，各种作物或轻或重都会发生，给农业生产造成了严重损失。

为了阐明连作障碍在农作物生产中的危害，本文简述了农作物连作障碍产生原因，论述其调控技术，并对农作物

连作障碍进行研究展望，旨在为今后的深入研究提供部分科学理论依据。

关键词：农作物；连作障碍；机理；调控

中图分类号：Ｓ３４４４文献标识码：Ａ

文章编号：１００１５２８０（２０１６）０２０２１５０６ＤＯＩ：１０１６８４８／ｊｃｎｋｉｉｓｓｎ１００１５２８０２０１６０２２５

ＳｔｕｄｉｅｓｏｎｔｈｅＭｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ｏｆＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＣｒｏｐｐｉｎｇＯｂｓｔａｃｌｅ

ＧＵＯＸｉａｏ１，ＫＯＮＧＤｅｚｈａｎｇ１，ＨＵＡＮＧＢｅｎｔｉｎｇ２，ＴＡＮＧＹｕａｎｃｈｕｎ２，ＹＡＮＧＬｉｎ２，ＷＡＮＧＭｉｎｇｚｈｕ２，

ＷＡＮＧＳｈｕｔｉｎｇ２，ＸＩＡＮＧＤａｂｉｎｇ２，ＺＨＡＯＧａｎｇ２，ＨＵＡＮＧＫａｉｆｅｎｇ１

（１ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＢｕｃｋｗｈｅａｔ，ＧｕｉｚｈｏｕＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ，Ｇｕｉｚｈｏｕ５５０００１，Ｃｈｉｎａ；２ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｈａｒｍａｃｙａｎｄＢｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｅｎｇｄｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｓｉｃｈｕａｎ６１０１０６，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃｒｏｐｐｉｎｇｏｂｓｔａｃｌｅ，ｉｓａｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙｏｃｃｕｒｉｎｇｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｉｎｃｒｏｐｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｗｉｌｈａｐｐｅｎｉｎａｖａｒｉｅｔｙｏｆｃ

ｒｏｐｓ，ｃａｕｓｅｓｓｅｒｉｏｕｓｌｏｓｓｅｓＩｎｏｒｄｅｒｔｏｂｅｔｅｒｃｌａｒｉｆｙｔｈｅｈａｒｍｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃｒｏｐｐｉｎｇｏｂｓｔａｃｌｅｓ，ｔｈｅｃａｕｓｅｓａｎｄｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕ

ｅｗｅｒｅｏｖｅｒｖｉｅｗｅｄＴｈｅｆｕｔｕｒｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃｒｏｐｐｉｎｇｏｂｓｔａｃｌｅｓｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｓｏａｓｔｏｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅａｃａｄｅｍｉｃｂａ

ｓｉｓｆｏｒｉｔｓｓｔｕｄｙＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｒｏｐ；ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃｒｏｐｐｉｎｇｏｂｓｔａｃｌｅ；ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅ

随着我国人口的增加和人们生活水平的提高，粮食、蔬菜、瓜果等需求量呈现快速上升趋势，然而我国可利用的土地面积却在慢慢减少，因此提高土地利用率已成为我国乃至于世界现代农业发展的一种趋势。由于现代农业复种指数比较高以及作物种植种类单一等特点，伴随栽培年限的增加就出现了一个急需解决的瓶颈问题———连作障碍［１，２］。

在对连作的定义中，一般有两种说法，即广义的连作和狭义的连作。狭义的连作是指同一种作物在同一块地里面多年连续种植的现象；而连续种植同一种（或同一科）作物，且感染同一种病原菌或线虫的现象称之为广义的连作。同一作物或者其近缘的作物在连续种植一定的年限后，虽然对其进行正常的管理，却出现品质下降、产量降低等现象，即为连作障碍［３～５］。对于连作障碍，不同的国家有着不同的描述，在欧美地区称其为再植问题（Ｒｅｐｌａｎｔｐｒｏｂ

收稿日期：２０１５１１３０

作者简介：郭肖（１９８９－），男，硕士，研究方向：植物遗传、进化与育种，Ｅｍａｉｌ：ｇｕｏｘｉａｏ１９８９０９１０＠１６３ｃｏｍ。通信作者：黄凯丰，教授，博士，硕士生导师，从事荞麦栽培生理研究，Ｅｍａｉｌ：ｈｋｆ１９７９＠１６３ｃｏｍ。

基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３计划）前期研究专项（２０１４ＣＢ１６０３１２）；国家自然科学基金项目（３１３６０３１８，３１４０１３１５）；贵州省优秀青年科技人才培养对象专项资金（黔科合人字［２０１３］０３号）。

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ｌｅｍ）［６，７］，日本则称为忌地现象，而我国常称之为重茬问题［８］。本文综述农作物连作障碍的危害、产生原因以及调控技术，旨在为今后我国的农业生产提供部分科学理论依据和实践指导。

１连作障碍产生机理

３＋＋［１４］

子缓慢变成以Ａｌ和Ｈ为主的过程。研究发

现，连作后的土壤与对照的土壤相比较，ｐＨ值随种植年限的增加呈下降趋势，土壤逐渐酸化，并且这种酸化趋势与连作障碍具有相关性［１５］。

１１３植株水浸液的自毒作用

植株水浸液的自毒作用主要包括植株的根水浸

关于连作障碍发生的起因，Ｐｌｅｎｋ（１７９５）、

Ｄｅｃａｎｄｏｌｅ（１８３２）等［９］首先提出毒素学说，后经Ｓｃｈｒｅｌ液的自毒作用、茎水浸液的自毒作用以及叶水浸液

的自毒作用。李志霞等［１６］研究表明，东北山樱根浸

ｎｅｒ（１９０８）、Ｐｉｏｃｋｅｒｉｎｇ（１９１７）等研究，于１９３７年Ｍｏｌｉｓｈ提出了作物间的“相克”现象。１９８３年日本的泷岛将引起连作障碍的原因归纳为以下５种：土

壤的养分亏缺、土壤的反应异常、土壤的理化性状恶化、植物的有害物质及土壤微生物的变化［１０］。

目前对农作物连作障碍的产生机理可归纳为图１。提液对幼苗株高、茎粗、发根数量、茎叶和根的生长量、根系活力、ＰＳⅡ最大光化学效率及呼吸底物含量均表现出低促高抑的化感作用效果。蔡明等［１７］

研究发现，红三叶浸提液对种子的幼根和幼苗的生长发育具有极强的抑制作用，且在适度浓度下随着浓度的增大，化感作用不断增强。

１１４植株残体腐解物的毒害作用

图１农作物连作障碍产生机理示意图

１１土壤化学性质改变

１１１土壤次生盐渍化

在作物栽培过程中，氮肥、人畜粪尿以及含氯化肥的投入量过大，使得多余的养分不能随水分淋溶反而积聚在了土壤表层，导致土壤含盐量明显高于露地，产生土壤次生盐渍化，加重植物生理病害［１１］。

在盐碱土地，土壤可溶性盐分中ＮＯ３－Ｎ占阴离子总量的７０％［１２］左右，含量达３００～４００ｍｇ／ｋｇ，有的

［１３］

更高达７００ｍｇ／ｋｇ。

１１２土壤酸化

土壤酸化指土壤酸性增加的现象，即在自然或人为条件下土壤中阳离子增加的过程。它是持续不断的自然过程，是土壤退化的一种表现形式。土壤酸化过程，即是盐基阳离子淋失使土壤交换性阳离

早在１８世纪，Ｐｌｅｎｄ、ＤｅＣａｎｄｏｌｅ等就提出了有毒物质的假说，即作物秸秆及其腐解物中的化感物质对其本身的生长发育有很强的抑制作用［１８，１９］。

李志宏等［２０］发现，加工番茄植株残体腐解液对加工番茄种子萌发有不良影响，其抑制了加工番茄种子发芽势，延长了种子发芽所需时间，抑制了胚根

生长。

１１５根系分泌物的化感作用

根系分泌物是植物在生长过程中通过根的不同部位向其生长基质（如土壤、营养液等）溢泌或分泌的一组种类繁多的物质［２１，２２］，是化感物质产生的重要途径之一。已报道桃［２３］、苹果［２４］、草莓［２５］和樱桃［２６］的根系能分泌化感物质，这些物质对植株生长

具有明显的抑制作用，是连作障碍产生的重要因素。郭修武等［２７］研究表明，根系分泌物显著抑制葡萄植

株生长、叶片可溶性糖、蛋白质含量以及苯丙氨酸解氨酸（ＰＡＬ）和超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活性，浓度越

高抑制作用越强。

１２土壤微生物的改变

１２１土壤微生物群落结构改变

在连作年限较长的土壤内，土壤微生物群落结构表现异常，主要表现为有益微生物数量下降，而病原微生物特别是有害真菌数量升高，破坏了原有的微生物系统。有研究表明，连续多次种植单一作物