我國人地矛盾突出及片面追求經濟效益的最大化,迫使我國難以參考發達國家采用的合理輪作及休耕制度養護我國有限的耕地。因此我國農田,尤其是設施栽培多采取連作種植模式。狹義的連作是指在同一塊地里連續種植同種作物(或同科作物),而廣義的連作是指同一種作物或感染同一種病原菌或線蟲的作物連續種植。同種作物或近緣作物連作以后,即使在正常管理的情況下,也會產生產量降低、品質變劣、生育狀況變差的現象,這就是連作障礙。土傳病害是土壤連作障礙中目前發生最為嚴重、形勢最為嚴峻的表現形式,例如糧油作物中的花生,果蔬中的黃瓜、番茄、西瓜,中藥材三七、地黃等因土傳病害的發生導致其產量下降甚至絕收,成為農民增產增收的重要限制因子。
一、土壤連作障礙的成因
五壤連作障礙產生的原因有很多,例如土壤理化性狀的惡化、土壤次生鹽漬化、作物自毒作用、土壤生物活性下降或區系平衡被打破等,目前未能清晰表述出連作障礙的單一原因,因作物及土壤不同,各種主要影響因素有所區別。
1.土壤理化性狀的惡化
連作過程會逐漸導致土壤孔隙度降低、容重增大、透氣性降低、板結等問題,進而影響植株生長。另外,同種作物或類似作物的養分吸收規律類似,連作作物對某些養分有著特殊需求,易造成土壤養分不均衡,從而致使作物體內各種養分比例失調而出現生理和功能性障礙。
2.土壤次生鹽漬化
土壤內可溶性鹽類隨水向土壤表層(0~20cm)運移并積累,會導致土壤鹽分含量過高,這是土壤鹽漬化過程,其嚴重影響作物根系生長、作物產量及品質,導致土壤連作障礙發生。
3.作物自毒作用
化感作用是指植物或微生物向其周圍的環境中釋放化學物質,造成周圍植物或微生物表現出促進或抑制效應,而自毒作用是化感作用的一種特殊表現形式。自毒作用是作物自身產生的物質抑制自身或同科植物的正常生長發育,主要包括作物殘體腐解產生的有毒害作用的物質、根系分泌物等。自毒作用可能是造成土壤連作障礙的重要因素。
4.土壤生物活性下降或區系平衡被打破
棲居在土壤中的有機活體主要可分為微生物及土壤動物。土壤微生物又包含細菌、真菌、原生動物、藻類等類群,而土壤動物包含無脊椎動物等。土壤微生物及動物不僅參與土壤養分循環,還對土壤健康起決定性的作用。隨著連作障礙程度的增加,土壤生物種群組成平衡被打破,細菌與真菌間的互作關系趨于減弱,從而造成有害生物,尤其是土傳病原菌逐漸積累,最終導致土壤連作障礙的發生。
土壤連作障礙的防治措施目前主要有物理防治措施、化學防治措施、生物防治措施及綜合防治措施:
一、物理防治措施
物理防治措施有客土法、隔地栽培、深翻、日曬、淹水等。客土法是指利用新土置換連作表土,從而達到緩解連作障礙的目的。但客土法需要消耗大量的資源,而且此法并未從根本上解決連作障礙,達到生態可持續的目的。隔地栽培是針對土壤連作障礙,采用塑料薄膜隔絕根系與外界土壤間的聯系,使用園土或園土基質的混合物為栽培介質,從而克服土壤連作障礙的技術。深翻可以加厚土層,疏松土質,從而有利于土壤熟化,增加土壤肥力,同時還可增加土層通氣性和透水性,升高土壤溫度,提高土壤微生物的活力,克服土壤連作障礙。日曬法是指利用太陽能悶棚暴曬土壤以減少土傳病原微生物的數量而達到緩解土壤連作障礙的目的。此外,使連作土壤處于淹水狀態,并添加有機物料,使其處于強還原狀態,也是有效防控連作障礙的物理措施之一,物理防治措施較少單獨使用,常配合其他措施進行綜合防洽。
二、化學防治
化學防治措施是指施用化學藥劑處理土壤。在連作障礙嚴重發生的土壤上,使用咪鮮胺、丙環唑、多菌靈、甲基托布津、五氯硝基苯、普克、敵克松等化學殺菌劑可有效殺滅病原微生物或降低土壤中病原微生物的種群數量,從而緩解土壤連作障礙。此外,針對連作障礙發生較重的土壤,還可采取土壤熏蒸的防治技術。常用的土壤熏蒸劑有澳甲烷及其衍生替代品、棉隆、石灰氮、高氮化肥及有機物料、氯化苦等。然而澳甲烷、氯化苦等高毒性物質因其破壞環境已被禁止使用或限制使用。此外,化學防治措施易造成土壤生物活性的下降,熏蒸后如不注意調理土壤,防控效果存在一定的風險。化學防治措施雖見效快,但是毒性強、破壞環境,仍需研發低毒、高效、綠色環保的化學藥劑。
三、生物防治
措施生物防治措施有選育抗性品種、輪作、間套作、施用生物防治菌劑及生物有機肥等。針對以土傳病害為主要形式的連作障礙,抗性品種選育是效果較好的防治措施,其不僅可通過抗性基因的表達緩解連作障礙,還可招募特定的微生物種群在其根際定殖,構成抵御病原菌侵染的“前沿”陣地。輪作及間套作可以通過根系分泌物改善連作作物根際土壤微生態環境,優化微生物的種類及數量,減輕連作危害,促進植物生長,已證明是緩解連作障礙的有效模式之一。向連作土壤中直接使用生物防治菌劑(例如芽孢桿菌、假單胞菌、放線菌、黃桿菌、木霉及復合生物防治菌劑等),已成為生物防治連作障礙的常見措施。然而直接施用生物防治菌劑,常因與土著微生物存在營養競爭、生態位競爭等問題,生物防治菌劑在土壤中的存活受限,進而影響防治效果。由根際促生菌或生物防治菌劑與氨基酸有機肥二次發酵而成的生物有機肥,可通過降低土壤病原微生物數量、刺激土著有益微生物的生長、修復菌群之間的互作關系,進而調控土壤微生物區系,最終緩解土壤連作障礙。施用生物有機肥調控土壤微生物區系已成為現代農業防控土傳病害最為重要的手段之一。
四、綜合防治
措施綜合防治,即不同方法結合使用,以達到緩解土壤連作障礙的目的。例如土壤熏蒸聯合施用生物有機肥、輪作及間套作時施用生物有機肥、利用秸桿及淹水使土壤發生強還原后施生物有機肥等,可增加土壤連作障礙的防治效果。土壤肥力衰遲主要是指土壤養分貧瘠化。為了維持綠色植物生產,土壤就必須年復一年地消耗它有限的物質儲庫,特別是作物所需的那些必要的營養元素,一旦土壤中營養元素被耗竭,土壤就不能滿足作物生長。