专题导读：作物连作障碍的克服——难解的问题

doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.011

摘要/Abstract

摘要： 作物连作是近代商品化生产不得已而为之的生产方式，它会劣化土壤而导致作物生长发育障碍。在土地复种指数高、作物连作严重条件下，作物连作障碍已成为农业可持续发展的重大问题之一^[1-3]。

作物连作障碍是指同一作物或近缘作物连作以后，即使在正常栽培管理的情况下，也会产生产量降低、品质变劣、生育状况变差的现象。其主要是由土壤劣变导致的，具体可归纳为5个方面：①土壤养分失衡；②土壤有害生物积聚；③土壤理化性状恶化；④来自植物的对土壤有害物质的积累；⑤土壤微生物区系劣变^[4]等。

可发生连作障碍的作物种类较多，玉米、小麦、水稻、大豆、棉花、甘蔗、烟草以及中草药、蔬菜、瓜果、花卉等均会发生连作病害。目前，中国危害程度高的连作地块面积大于10%，其中规模化种植区发生面积一般超过20%；连作障碍导致当季作物损失巨大，占20%—80%，严重的几乎绝产，每年造成的经济损失可达数百亿元；同时还降低了农产品的安全性。因此，克服作物连作障碍是农业可持续发展的当务之急。虽然，目前尚未找到根治方法，但研究表明，可以通过以下措施使作物连作障碍得以缓解^[5-9]：（1）选用抗病品种或砧木。目前国内外已育成一批可供选用的不同作物抗病品种；同时也选育出一些抗病嫁接砧木，通过嫁接技术来克服作物土传病害，应用效果显著。（2）改善栽培制度。主要采用轮作，如粮-菜轮作、不同科间的粮-粮轮作和菜-菜轮作等，也包括作物同对抗植物（即具有通过释放抗菌物质来抑制病原菌功能的植物）和净化植物（即能够吸附土壤中过剩盐分的植物）等的轮作。（3）生物防治。其目的主要是调节土壤中的微生物，如通过增施蚓粪等生物有机肥或接种有益微生物等，增加土壤中有益微生物数量，以竞争营养和空间等途径抑制其他有害菌的繁殖^[10]。（4）土壤消毒。即采用物理、化学等方法实施土壤消毒处理，可快速、高效杀灭土壤中的真菌、细菌、线虫、杂草等。（5）调节土壤pH。对于酸化土壤，采用增施消石灰或石灰氮等方法调节土壤酸度，从而可调节土壤营养有效性和土壤微生物区系，防止土壤劣变。（6）增施有机肥或有机物料。目的是为了保持较好的土壤团粒结构，维持均衡的土壤营养的有效性和微生物区系，以保持土壤健康。

不同作物连作障碍的主导原因不同，因此，不同作物连作障碍研究的侧重点也不同。目前作物连作障碍研究尽管较多，但对连作障碍机理的研究仍是重点之一。研究的技术手段和研究方法也在不断进步，从传统的土壤理化性质测定、稀释平板法测定微生物数量^[11]、应用同位素技术^[12]检测根系分泌物等，到微生物区系的定性PCR-DGGE^[13-14]技术、高效液相色谱^[15]和核磁共振波谱法^[16]对根系分泌物的测定、定量PCR法^[17]对特定微生物定量分析、高通量测序技术^[18]进行微生物分类及多样性分析等，使研究从定性向定量发展。

目前，土壤理化性状和土壤微生物环境的相互作用，根系分泌物与植物营养自调，根系分泌物与土壤微生物的关系，特别是利用高通量测序等技术研究连作土壤微生物群落结构，仍然是研究的热点。而根系分泌物与环境污染的关系，根系分泌物在土壤中的去向，以及根系分泌物的种类与病原菌增殖的关系等问题将是今后研究的新热点。根际自生细菌的应用已经成为一个新的研究方向，目前，正在采用转基因技术，改造根际自生细菌，以改变土壤微生物结构，消除连作造成的微生物结构的破坏，以便有效防治土传病虫害^[19]。

随着现代科学技术的发展和农业栽培管理体系的不断完善，作物连作障碍必将得到进一步缓解，作物生产定能达到经济效益、生态效益和社会效益的和谐统一，但许多作物彻底根治连作障碍仍是难题。另外应该指出的是，目前通常所说的作物连作障碍，不仅单纯是连作障碍，而且也包含不科学施肥导致土壤劣变引起的作物障碍，也就是说，即便轮作，随着种植年限的延长，也会不同程度地引发作物生育障碍。目前，尚未分清作物连作障碍和施肥不良障碍各自所占份额，尚需进一步解决，只有这样，才能更好地针对原因采取防控措施。本专题将从不同作物连作对土壤微生物的影响及差异蛋白表达分析等方面探索连作障碍产生机理，并提出相应的防治措施，旨在为连作障碍的研究提供一些参考。

关键词: 连作障碍, 土壤理化特性, 根际微生物, 土壤微生物-环境互作

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