馬鈴薯連作障礙研究

李昊駿 石銘福

摘要：馬鈴薯在全國(guó)各地均有栽培，分布極廣。但大規(guī)模和持續(xù)種植引發(fā)的連作障礙，導(dǎo)致塊莖產(chǎn)量和品質(zhì)下降，這已成為制約馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的突出問(wèn)題。本文概述了馬鈴薯連作障礙的產(chǎn)生的主要原因，旨在為研究馬鈴薯連作障礙機(jī)理提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯;連作障礙

馬鈴薯產(chǎn)業(yè)已成為帶動(dòng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、促進(jìn)農(nóng)民增收的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。但受土地面積的限制，連作現(xiàn)象普遍。馬鈴薯是一種十分敏感的作物， 對(duì)連作的反應(yīng)較大，隨之產(chǎn)生的連作障礙導(dǎo)致其植株生長(zhǎng)發(fā)育不良，抗病能力低，塊莖產(chǎn)量及品質(zhì)下降。本文就馬鈴薯連作障礙形成原因進(jìn)行了系統(tǒng)闡述。

1 產(chǎn)生連作障礙的原因

連作有狹義和廣義之分。狹義的連作是指在同一塊土地上連續(xù)種植同一種作物兩次或兩次以上，如連續(xù)在同一塊地種植馬鈴薯，或者馬鈴薯與番茄、煙草、辣椒等輪流種植;廣義的連作是指同一種作物或易感染同一種病原菌或線蟲的作物連續(xù)種植。連作障礙是指同一作物或近緣作物（通常指同科或同屬的作物，如馬鈴薯、茄子、辣椒及番茄等）即使在正常管理的情況下，也會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)量降低、品質(zhì)變差、生長(zhǎng)發(fā)育不良，而種植其他作物時(shí)卻不會(huì)出現(xiàn)類似現(xiàn)象[1，2]。

1.1 土壤

1.1.1養(yǎng)分失衡

長(zhǎng)期單作馬鈴薯會(huì)改變土壤生態(tài)系統(tǒng)，影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)[2]。長(zhǎng)期連續(xù)種植，馬鈴薯選擇性吸收土壤中此類某些營(yíng)養(yǎng)元素，導(dǎo)致土壤中元素缺乏。如不能及時(shí)補(bǔ)充，則會(huì)引起缺素癥，削弱其抗逆性，導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降，而但未吸收的元素會(huì)積累，導(dǎo)致單鹽毒害[3]。不合理單一施肥導(dǎo)致作物被動(dòng)吸收， 致使植株體內(nèi)各種養(yǎng)分比例失調(diào)， 植物抗逆性下降。

1.1.2物理性狀惡化

馬鈴薯連作能夠顯著影響土壤物理結(jié)構(gòu)，土壤團(tuán)聚體直徑和穩(wěn)定性下降，抗侵蝕能力減弱，土壤比重、容重增加，孔隙度降低，物理性狀惡化。根系對(duì)水分和肥料的吸收利用效率顯著下降，導(dǎo)致馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育不良，塊莖產(chǎn)量和品質(zhì)下降[4-6]。

1.1.3化學(xué)性狀惡化

土壤中一切生化反應(yīng)都是在酶參與下進(jìn)行，土壤酶在土壤生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量交換中起著重要作用[7，8]。研究表明，隨著馬鈴薯連作年限增加，土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶、氧化還原酶、過(guò)氧化氫酶、轉(zhuǎn)化酶、多酚氧化酶和蛋白酶活性顯著降低[9-12]，因此，連作會(huì)改變土壤的酶活性，影響土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)形成。

1.1.4土傳病蟲害嚴(yán)重

土傳病蟲害是引起馬鈴薯連作障礙最主要的因子。70%左右的連作障礙是由土壤傳染性病蟲害引起[9]。馬鈴薯干腐病主要是鐮刀菌大量繁殖造成的，隨連作年限增加，有害真菌（病原菌）種類和數(shù)量增加。連作提供了根系病害賴以生存的寄主和繁殖場(chǎng)所，使土壤中病原菌和根結(jié)線蟲等的數(shù)量不斷增加。另外，過(guò)量施用化肥使土壤中病原的拮抗菌減少，加劇土傳病蟲害的發(fā)生。

1.1.4 土壤微生物變化

土壤微生物群落變化被認(rèn)為是影響連作障礙的重要因素 [10]。馬鈴薯連作后根際土壤中某些微生物數(shù)量、功能多樣性等均發(fā)生變化。連作栽培顯著提高了土壤微生物量碳氮比，并且嚴(yán)重影響了在植物生長(zhǎng)期降解氨基酸， 糖類和羧酸類碳源的微生物群落[11]。隨著連作年限增加，有益菌屬數(shù)量減少，根際有害菌屬數(shù)量顯著增加[12]，馬鈴薯干腐病、枯萎病、黃萎病和根腐病等病害患病風(fēng)險(xiǎn)升高，影響馬鈴薯產(chǎn)量及品質(zhì)[13-15]。

1.2 植物的自毒作用

自毒作用又稱自身化感作用，是植株通過(guò)淋溶、殘?bào)w分解、根系分泌向環(huán)境中釋放化某些學(xué)物質(zhì)，對(duì)自身產(chǎn)生直接或間接毒害作用的現(xiàn)象[16]，連作后，植物存在著明顯的自毒現(xiàn)象，植物根系活力降低，土壤病原菌增加，植株生長(zhǎng)發(fā)育不良[17]。大部分化感自毒物質(zhì)都能引起連作障礙，例如類固醇、類黃酮、生物堿和酚酸類化合物。酚酸類化合物是造成連作障礙的主要物質(zhì)，對(duì)植株生長(zhǎng)發(fā)育影響主要表現(xiàn)為抑制種子萌發(fā)，破壞根系或其他分生組織，從而抑制幼苗的生長(zhǎng)[18]。

馬鈴薯根系分泌物主要包括烷烴類、醇類、酯類、胺類、酸類和生物堿等化合物，學(xué)者[19]研究表明，馬鈴薯根系分泌物中的棕櫚酸和鄰苯二甲酸二丁酯會(huì)明顯抑制馬鈴薯生長(zhǎng)。這說(shuō)明多年連作土壤微生物群落動(dòng)態(tài)變化與根系分泌物密切相關(guān)。還有研究發(fā)現(xiàn)，及時(shí)從土壤中去除植物殘?bào)w可以緩解化感自毒物質(zhì)的積累[20]。

2總結(jié)

馬鈴薯是我國(guó)重要的糧食作物，目前連作現(xiàn)象普遍，嚴(yán)重影響了馬鈴薯的產(chǎn)量和品質(zhì)。馬鈴薯連作障礙發(fā)生的原因復(fù)雜多樣，不僅與土壤理化性狀劣變和化感自毒作用有關(guān)，還與土壤微生物環(huán)境的相互作用有關(guān)?，F(xiàn)階段對(duì)連作障礙的研究主要集中在土壤理化性質(zhì)及化感自毒作用、根際微生物群落的變化等單一因素的研究，并沒(méi)有將這些因素綜合分析。

因此，研究馬鈴薯連作障礙機(jī)理很有必要。隨著測(cè)序技術(shù)日趨成熟，利用土壤宏基因組測(cè)序手段系統(tǒng)分析馬鈴薯根際微生物的群落變化規(guī)律，從植物、土壤和根際微生物的相互作用方面展開深入研究，是今后研究的重點(diǎn)。

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李昊駿 男 甘肅天水 碩士研究生 助理農(nóng)藝師 蔬菜生理與栽培技術(shù)