设施蔬菜连作障碍形成原因及防治措施

郑 慧

（汶上县农业技术推广中心，山东 济宁 272500）

2022年中央一号文件明确提出“加快发展设施农业”，充分说明了设施农业对于保证我国“菜篮子”安全和实现乡村振兴的重要作用。然而，随着设施蔬菜生产的专业化、规模化和集约化发展，设施蔬菜生产呈现单一作物多年连续种植的特点，即使在正常的栽培管理条件下，作物仍出现长势变弱、品质变劣、病虫害严重和产量降低等情况，这种现象被称为连作障碍[1]。我国的主要设施蔬菜作物，比如番茄、黄瓜、茄子、辣椒等的连作障碍问题日益突出，不仅降低了作物的产量，也降低了作物的质量。实践证明，研究设施蔬菜连作障碍成因并采取合理的防治措施对于我国设施蔬菜的高质量和可持续发展至关重要。

1 连作障碍的成因

导致连作障碍的因素很多，其成因非常复杂，是环境、土壤、作物和微生物等因素综合作用的结果[2]。国内外大量研究表明，设施蔬菜连作障碍的主要原因大致可以归结为以下三个方面：不合理施肥导致土壤理化性质恶化，微生物比例失衡导致土传病害严重，植物分泌化感物质造成自毒作用。这三方面因素不是独立存在的，而是相互作用和影响的。

1.1 不合理施肥导致土壤理化性质恶化

不同蔬菜种类甚至同一蔬菜种类的不同品种对养分的需求种类和规律是不同的。部分蔬菜种植户为追求高产，忽视作物品种的需肥特性而盲目施用大量有机肥和化肥[2]，且普遍存在重施氮、磷肥而轻施钾肥的现象，氮、磷养分远远超出了蔬菜本身的吸收量，不仅造成大量肥料浪费，而且部分肥料长期在土壤中积累造成土壤板结，从而导致土壤的透水透气性下降，pH值降低，土壤酸化，植物根系生长受阻。另外，由于设施环境长期处于封闭状态，气温高，水分蒸发量大，土壤中的氮、磷、钾等矿物质养分随着水分的蒸发迁移至土壤表层，加之设施土壤缺少雨水淋洗，导致土壤次生盐渍化。研究表明，土壤的硝酸盐累积是造成土壤盐渍化的主要原因[3]。

酶活性是反映土壤养分转化和表征土壤质量的重要指标之一。土壤板结、酸化和盐渍化等问题的出现，严重影响了土壤酶活性。连作土壤中的脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶等活性升高，但转化酶活性显著降低。连作辣椒土壤中的脲酶和过氧化氢酶活性显著低于间作和轮作土壤。连作黄瓜土壤中的脲酶活性升高，过氧化氢酶、酸性磷酸酶等活性显著降低[4]。以上研究结果表明，连作土壤中的酶活性可能因连作作物、土壤环境、连作年限等因素的不同而变化，还需要进一步研究这些因素与土壤酶活性变化之间的关系。

1.2 微生物比例失衡导致土传病害严重

土壤微生物的多样性对于土壤养分循环、土传病害控制和土壤结构稳定等具有非常重要的影响。然而，设施蔬菜生产中由于长期种植单一作物，作物根系分泌物以及微生物的能源也较单一，导致根际微生物的多样性降低、比例失衡，从而影响植物的生长发育。设施蔬菜中的土传病害主要有瓜类和番茄的枯萎病、青枯病和根结线虫病等[1]。根据对土壤根际微生物的调查，连作土壤中的真菌和细菌数量增加，放线菌数量显著降低，并且随着连作时间的延长，土壤中的病原菌丰度增加，有益微生物数量减少，导致土传病害加重。设施蔬菜生产中化肥的过量施用，会导致土壤中的病原拮抗菌数量减少，使得病原微生物的数量增加，从而使土传病害加重[5]。另外，也有研究表明，连作年限与土壤有害菌的繁殖和微生物种群结构关系密切，连作时间越长，病原菌数量与种类越多，土传病害也越严重。

1.3 根系分泌物积累导致自毒作用

自毒作用常发生在同类或同科作物之间，这些作物通过根系分泌、植株残茬分解和根际微生物代谢等途径释放一些代谢产物，从而对作物生长产生不利影响。植物根系与土壤直接接触，植物根系分泌的糖类、维生素、酶、生长调节剂等是土壤微生物的重要营养物质，其中根系分泌的一些化感物质被认为是造成设施蔬菜自毒作用的主要因素，肉桂酸等酚酸类物质被认为是造成自毒作用的主要次生代谢产物。酚酸类物质一方面通过影响微生物群落结构和土壤理化性质来影响土壤微生态环境，从而导致植物生长发育受阻、品质变劣和产量降低等；另一方面，酚酸类物质作为化感物质，还可以损伤植物根系的膜系统和抗氧化系统，进而降低植物的抗逆性。黄瓜等蔬菜作物根系分泌的苯甲酸、肉桂酸等酚酸类物质均存在化感作用，对种子萌发和植株生长存在明显的抑制作用，且与其浓度呈正相关[6]。

2 连作障碍的主要防治措施

2.1 合理的耕作制度

利用不同蔬菜所需养分的种类和数量不同、根系分泌物不同以及病虫害发生种类不同等特点，进行合理的间作和轮作，是缓解连作障碍的有效措施。连作番茄的土壤经过与白菜、菜豆和芹菜轮作后，对基质的理化性质、微生物群落以及番茄生长和果实品质等方面都有积极影响。通过用芹菜、菜豆、番茄等蔬菜作物与黄瓜进行轮作，不仅可以减少土壤致病菌数量从而降低土传病害的发生率，还可以增加产量和改善品质。许多研究表明，将葱蒜类作物与番茄、辣椒、甜瓜和黄瓜等进行轮作，可以有效降低土壤病原菌数量，从而对土传病害有很好的抑制效果。黄瓜和番茄间作分蘖洋葱可显著改善土壤微生物群落结构，促进养分吸收，减少黄瓜霜霉病和番茄灰霉病等病害的发生。张红叶等（2017）的研究表明，采用黄瓜-水稻轮作模式可以显著降低黄瓜连作土壤中的放线菌、真菌和尖孢镰刀菌的数量，减少了土传病害的发生，显著提高了土壤活性，从而提高了黄瓜产量[7]。另外，在夏季休棚期利用水稻、玉米或牧草等植物进行短期轮作，可以有效缓解土壤盐渍化和酸化等问题。

2.2 选用抗性强的品种

选用抗性强的品种是解决设施蔬菜连作障碍的有效途径，主要包括抗盐碱、抗病和抗自毒品种。目前，国内外针对蔬菜的抗盐碱和抗病基因进行了深度挖掘，并利用分子标记辅助选择、转基因和基因编辑等技术创制了抗盐碱和抗病的新种质。研究表明，同科的不同作物以及同一作物的不同品种对其根系分泌的化感物质的抗性不同。因此，选用抗自毒作用的品种对于缓解连作障碍也非常重要。近年来，我国也选育出了很多抗病性和抗逆性强的品种，但目前我国针对连作障碍的蔬菜抗性品种还较缺乏。

2.3 嫁接

嫁接主要是利用不同作物的抗性，通过换根，增强接穗的抗病性、抗逆性，并使其能克服自毒作用，进而提高作物产量和品质，是目前设施蔬菜生产中广泛应用的一项技术。通过不同砧木嫁接，可以有效改变土壤根系分泌物种类和微生物群落结构，并缓解连作造成的土壤养分失衡。生产中常用黑子南瓜嫁接西瓜和黄瓜等瓜类作物，可以有效避免土传病害的发生。吴凤芝等（2011）的研究表明，嫁接可以减少根际土壤有害真菌的数量，减少枯萎病的发生[8]。托鲁巴姆、鲁砧2号和板砧18等砧木为应用较为广泛的番茄砧木品种，可有效克服番茄的连作障碍。因此，嫁接是防治设施蔬菜连作障碍行之有效的措施。

2.4 生物防治

生物防治是利用有益生物来抑制或消灭土壤中某种病原菌或有害生物的一种方法。土壤微生物结构失衡、有益微生物数量减少、病原真菌的数量增加等是导致连作障碍的主要原因。利用有益微生物开展生物防治，提高有益微生物的种类和数量以拮抗病原菌和分解自毒物质，可有效克服连作障碍。施用含有枯草芽孢杆菌和哈茨木霉的有机肥可有效改善土壤微生物群落结构，降低土传病害发生率，提高甜瓜产量。采用木霉菌和生物菌肥处理连作土壤能有效促进植株生长并增强植物抗性。土壤中本身有许多病原菌的拮抗菌和可分解自毒物质的微生物种群，因此，从土壤中筛选和分离有益微生物可以有效防止作物连作障碍的发生。另外，增施生物有机肥可有效改善养分失衡和土壤结构，提高微生物碳氮含量和作物产量。

2.5 合理施肥

合理施肥是缓解设施蔬菜连作障碍的关键之一。根据不同作物的特性进行测土配方施肥，可以有效提高土壤酶活性。推广使用无土栽培，结合水肥药一体化技术，可有效解决设施蔬菜生产过程中的施肥量过大和肥料利用率过低的问题。连作温室中的土壤矿质养分含量过高，应注意以有机肥为主，可有效改善土壤结构，提高作物根系活力，并减轻苯丙烯酸等根系分泌物的自毒作用。

2.6 高温闷棚和土壤消毒

利用夏季休棚期进行高温闷棚可以有效杀灭病原菌。研究表明，高温闷棚配施生物制剂处理连作土壤，可显著降低土壤中病原菌数量并改善土壤结构，对连作土壤有较好的修复效果[9]。溴甲烷、棉隆和次氯酸钠是生产时常用的土壤消毒剂，可有效抑制土传病害，缓解连作障碍。利用50%改性氰氨化钙对日光温室连作土壤进行熏蒸消毒，发现50%改性氰氨化钙在土壤中无残留，不仅可以缓解土传病害导致的死棵问题，还能补充土壤中的钙和氮等元素，提高植物抗病性。利用改性氰氨化钙结合太阳能消毒技术能够有效解决土壤酸化和土传病害严重的问题，提高番茄和黄瓜产量[10-12]。

秸秆、堆肥、蟹壳、菇渣等农业废弃物的施用也被证明是缓解设施蔬菜连作障碍的有效措施。农业废弃物中含有大量微生物活动所必需的碳源和氮源，施用后可以有效提高微生物多样性，改善土壤生态结构。农业废弃物由于理化性质和结构与土壤显著不同，可以有效改良土壤结构并改善土壤理化性质。另外，农业废弃物中也含有植物生长所需的各种微量元素，可有效促进植物生长发育。

3 结语

设施蔬菜产业是我国蔬菜产业的重要组成部分，有效解决设施蔬菜生产中的连作障碍对于我国设施蔬菜产业高质量发展、保障“菜篮子”安全和农民增收致富至关重要。然而，因为设施内的地上和地下环境复杂，所以导致连作障碍的因素较多。虽然目前有许多研究报道了克服连作障碍的有效措施，但由于作物种类、气候环境和栽培技术等的不同，导致设施蔬菜连作障碍的主要原因很可能也不同，而有关连作障碍的研究仍主要集中在单因子的水平上，对其主导因素以及内在相互关系的研究还有待深入。未来的研究应着眼于不同蔬菜种类或不同品种研究造成其连作障碍的主要因素，如明确作物的需肥规律、主要根系分泌物种类和根际微生物群落结构。在防治连作障碍方面，应综合考虑导致连作障碍的不同因素进行防治。因此，明确不同蔬菜种类或品种的连作障碍成因并针对不同蔬菜作物和品种研发连作土壤综合防治体系，是设施蔬菜生产和科技创新中的工作重点。