【内容摘要】：设施农业土壤连作障碍严重影响设施农业产业可持续发展。根据前人对设施农业土壤连作障碍的研究结果，总结了连作障碍在生产中的危害，从土壤理化性状、生物因素、土传病虫害等多方面分析了产生原因，提出了合理施肥、改良耕作制度、土壤消毒、生物防治等防控措施，对连作障碍问题的解决给出了综合性意见和展望。
设施农业可以人为控制温度、光照、湿度等环境条件，通过改变作物生长环境，使其品质不受种植季节环境的明显影响，实现优质高产高效、可持续协调发展。自20世纪80年代以来，我国设施农业不断发展，面积超过400万hm2，成为设施农业生产大国。
我国设施农业主要通过土培形式栽培作物。据调查，设施农业生产中，连作栽培5年及以上，出现严重连作种植障碍情况的超过80%，而连作种植超过20年的，全部出现了连作种植障碍。针对此，我们从土壤性质的重大改变、生物因素、植物自毒作用、主要土传病虫害因素等多个方面，分析了引起设施农业土壤连作障碍的原因，并从合理施肥、改良耕作制度、生物防治等方面总结完善了防控土壤连作障碍的措施，以期为当前设施农业健康发展提供技术指导。
1 设施土壤连作障碍的危害
因自然和社会经济条件限制，连作是设施生产中最常见的种植方式。连作的危害有土壤板结、土壤养分失衡、酶活性降低、土壤病原菌增加、土壤盐分积累，作物生长缓慢、产量品质下降、病虫害蔓延并加剧等。
因连作年限、作物品种和同种作物不同生长发育阶段存在差异，连作障碍产生的危害不同。对栽培非洲菊的土壤进行研究发现，相比对照组，连作土壤中微生物菌群与酶的活性显著降低。设施番茄连作7茬的株高与茎粗，比连作1茬的明显降低，分别降低了21.43%与21.3%；连作7茬的产量比连作4茬的降低15%。连作条件下，百合叶面积明显减少，间接影响光合作用和活性氧化合物正常含量，有效物质含量自然积累效率降低，影响产量。张爱君研究前茬苗木对后茬苗木的影响时发现，不同果树品种受到的连作障碍的危害程度不同，对比空白组，各组果树苗木生长量均降低，其中桃、苹果下降幅度最大，分别为27.1%和24.8%，其次是杏、葡萄和梨，分别为20.9%、20.6%和16%，受影响最小的是山楂，为14.3%。
综上，土壤连作时间越长对作物危害越大。尤其是果树，生长发育周期较长，在缺少自然淋溶条件的设施生产环境中，无法做到及时更换树种减轻连作障碍，需采取一系列措施来解决这个问题。
2 设施土壤连作障碍发生原因
2.1 土壤理化性质改变
1）物理性质改变。连作后的设施土壤结构恶化。设施栽培追求经济效益，过量施肥使土壤出现板结、透气性差等现象。随着连作年限的延长，土壤物理结构恶化，不利于作物生长。相同栽培管理条件下，相比黏质土，沙土的通气性和透水性较好且不易积累有毒物质，对植物根系毒害较小，但其保水能力差，土壤肥力低，植物长势弱。
2）化学性质改变。连作后的设施土壤化学性质发生改变，具体表现在土壤酸化、次生盐渍化、土壤代谢失衡，植物根系周围不断积累有毒物质，最终引起根中毒。
随着连作年限的延长，土壤p H值逐渐降低。土壤长期酸化对土壤结构形态和稳定性有影响，植物无法正常生长发育。土壤过度酸化还容易使碱性离子迅速流失，使植物出现缺钙、缺镁等现象。辣椒连作6年后，土壤p H值比对照组降低7.49%。
在设施农业生产中，缺少自然降水淋溶的特殊环境使盐分聚集在土壤表面，导致土壤次生盐渍化，植物体内积累大量的钠离子，而钾离子含量减少。全国设施蔬菜土壤中，达到中度和轻度盐渍化的土壤分别占4.7%和38.2%。云南设施土壤盐分累积达到强度、中度、轻度的比例分别为2%、28%、54%，非盐渍化土壤仅占16%。土壤连作年限越长，土壤盐渍化程度越严重。
在生长发育过程中，作物对土壤元素进行选择性吸收，长期连作会使土壤养分不均衡，土壤中的氮、磷、钾含量显著升高，锌、铁、硼、锰含量降低。王瑛等研究发现，随着葡萄连作年限的增加，土壤元素含量、产量、果实甜度总体指数均出现先连续增加而后持续降低的趋势，连作到第3年达到峰值。
3）土壤酶活性改变。土壤中多种微生物酶的活性主要反映了在生物细胞结构中化学代谢过程基本变化动向和综合活性变化强度。研究发现，在设施生产中，一系列生产管理会降低土壤酶活性，包括化肥长期过量施用、再生水灌溉，从而引发土壤养分利用率低等问题。郭红伟等研究了连作1、4、6、8年的土壤对辣椒叶片中的抗氧化酶SOD（超氧化物歧化酶）、POD（过氧化物酶）和CAT（过氧化氢酶）活性的影响，结果表明，连作1、4、6、8年的土壤叶片SOD活性分别增加2.58%、1.98%、5.2%和4.63%；连作8年的土壤叶片POD和CAT活性分别增加41.27%和26.75%。
2.2 生物因素变化
土壤微生物会影响作物生长发育与产量。设施农业作物连作栽培会影响土壤及根周微生物生长，具体表现为土壤有益微生物数量逐渐减少，有害微生物逐步增加。相关学者发现，加速设施土壤连作障碍产生的原因之一是土壤微生物的改变。随着连作年限的延长，土壤细菌数量逐步减少，真菌数量增加，作物根部微生物群落功能丧失。闫淑侠研究发现，桃和葡萄连作土壤中存在大量线虫，会造成根系腐烂，甚至导致植株死亡。长期连作还会导致土壤细菌多样性降低。
2.3 自毒作用加剧
植物自毒作用是化感作用的一种，指在连作的耕作制度下，前茬作物产生的化学物质对后茬作物生长发育起到抑制作用。如前茬种植的是葡萄、番茄、桃和黄瓜，需要清除根系，以免根系分泌物影响再植作物生长。
酚酸类、醇类、吡喃类、胺类、醛类、烷烃等多种物质常被认为是根系分泌物中最主要的化感物质，园艺作物连作可直接增加上述多种根系分泌物，引起自毒作用，从而影响作物生长，降低产量。在前人关于自毒物质的研究中，酚酸是研究最多的。
酚酸类影响土壤理化性质，增加作物感染病虫害的风险，还会直接影响果树等园艺作物根系的正常生长。王艳芳等相关人员指出，根皮苷是引起苹果发生连作障碍的一种酚酸类化合物。
2.4 土传病虫害加重
设施土壤主要有害病原菌有细菌、真菌、病毒、根结线虫等。相比传统种植方式，园艺作物设施栽培环境较为封闭，土壤中的病原菌传播速度快，作物因连作更易感染猝倒病、枯萎病、根结线虫病等病害。
随着连作年限延长，土壤环境中大量有害病原菌不断积累。设施生产长期过量循环使用各种化肥农药，会使有害病原菌抗药性明显增加，有效拮抗菌数量减少。病原菌通过伤害植物的维管束，使地下部分营养物质无法传送到地上，导致植物体枯萎。
3 设施土壤连作障碍防控措施
3.1 合理施肥
设施生产中过量施肥问题严重，常导致土壤营养过剩，土壤板结和盐渍化。需要通过合理施肥来改善土壤理化性质，调节土壤微生物平衡，增加有益微生物群落和保护酶的活性。
加施腐熟有机肥可加速土壤物质循环，增强葡萄根系吸收能力，促进葡萄生长，有效缓解土壤连作障碍。加入以秸秆、糠皮等为原料的缓释肥，可以增加土壤有机质含量，提高土壤表面透气性，有利于促进根系生长，增强根系对养分的吸收；可以增加CO2浓度，提高光合效能，促进有机产物积累；还可以增加土壤微生物数量，提高细菌比值和多酚氧化酶、蔗糖酶活性及有机物含量，提高土壤肥力。
3.2 改良耕作制度
实行轮作、套作、间作，可有效缓解连作障碍。大葱与桔梗、花生与甘蔗、小麦与蚕豆、蚕豆与马铃薯、玉米与大豆间作，可降低土壤自毒物质含量，改善作物生长环境，缓解连作对作物的影响，提高产量。
在种植了平邑甜茶幼苗的地块间作小葱，在苹果园间种豌豆，在香蕉树下栽种韭菜，可以改善土壤结构，提高土壤肥力，促进作物健康生长，缓解或消除连作障碍造成的潜在危害。果园种草可明显提高土壤中酶的活性，增加土壤微生物多样性，从而大大提高土壤养分循环利用率。
综上，较为合理的间作和套作可有效改善土壤环境，提高作物对养分的有效吸收能力，从而提高化肥利用率，减少植物自毒作用，改善土壤盐渍化。
3.3 嫁接栽培
利用抗盐碱、抗重茬砧木嫁接优良品种，可以克服连作障碍。关俊英以河岸葡萄作为嫁接砧木得到的葡萄苗木，可以显著提高对葡萄根线虫抗性；以SO4、5BB、1103P等抗性砧木嫁接良种葡萄，可以显著提高抗旱、抗盐能力，大大提高葡萄对连作土壤的适应性；以黑籽南瓜作为砧木嫁接甜瓜，可提高植株对多种土传病害的抗性，有效减轻枯萎病的发生，克服连作障碍，提高甜瓜产量和品质。
实践证明，选育抗性砧木嫁接园艺作物优良品种用于生产，可直接减少土壤连作障碍造成的损失，是一项低成本高效益的技术措施。
3.4 土壤消毒
土壤消毒可以显著减轻设施土壤有害微生物数量多、土传病害严重等连作障碍。
土壤消毒包括物理和化学两个方面。郭修武等研究发现，对土壤进行蒸汽消毒可以促进葡萄生长，改善葡萄连作障碍。太阳能加热消毒可以杀灭大棚内土壤表层残留的病菌虫卵，有效降低草莓连作土壤中有害微生物的含量，并控制草莓腐烂病的发生。使用多菌灵等化学药剂处理苹果和平邑甜茶连作土壤，可有效缓解土壤连作带来的一系列问题。用福尔马林喷洒土壤，可高效防治炭疽病、褐斑病、立枯病等。虽然使用化学药剂可杀虫杀菌、除草，可防控根腐病、炭疽病、灰斑病、立枯病等，但也会污染环境、降低生物转化能力、破坏土壤生态平衡，需要合理科学应用。
3.5 生物防治
生物防治的原理是利用有益拮抗微生物或植物对土壤中有害病原菌进行的寄生，通过互相竞争利用营养条件、空间条件等生物途径，消灭有害微生物类群，从而减少土壤病原菌的发生和植株根系真菌的感染，有助于植物正常生长发育，减少病害发生。前人研究发现，接种细菌或真菌可改善葡萄、梨、苹果、平邑甜茶、草莓等的连作障碍。
许多专家将一些长期快速且有效地拮抗多种有害病原菌生长和繁殖的植物，称为拮抗性植物，这些拮抗性植物通常能够迅速产生大量含挥发性有机物的气体，抑制某种土壤微生物，或杀死某些有害微生物群落以及有害致病生物。家禽粪便、葱属植物、菊科植物等常被当作天然生物熏蒸性材料广泛应用，可以安全有效地用于防治设施栽培中的土传病虫害。
3.6 应用土壤调理剂
土壤调理剂具有抗旱、保水、增肥、中和酸性土壤、改良表层土质、提高表面土壤有机质、平衡底层土壤养分损失、进一步增强土壤透气性等作用。矿物型土壤调理剂（如脱硫废弃物、石灰、碱渣等），可以中和酸性物质，改良酸性土壤；若与各种天然活性生物有机肥混合使用，可以增加有益土壤微生物量，提高抗氧化酶活性；添加有机活性物料，可以显著提高平邑甜茶幼苗连续旱作期间土壤基质细胞中抗氧化酶的活性；在连作土壤中均匀施入富含不同可溶性糖类化合物或可溶性糖类化合物原料液（葡萄糖、果糖、麦芽糖、阿拉伯糖）等，可有效改善连作土壤微生物结构条件；按不同比例混合处理有机脱碳物料（玉米秸秆、水稻秸秆），并将其均匀地施入葡萄连作土壤基质中，可在短期内明显促进葡萄幼苗快速生长、有效增强叶片酶活性、迅速提高土壤酶活性与有机质含量。土壤调理剂生产成本低，可快速缓解土壤连作障碍，有助于我国设施农业产业健康持续发展。
4 展望
国内外学者对设施连作土壤障碍原因及防控措施已有大量研究，但设施连作土壤障碍发生的原因较为复杂，确定各种原因（土壤理化性质、生物因素、自毒作用、土传病虫害等）与连作障碍的关系应是未来的研究方向。通过合理施肥、改良耕作制度、选育优良品种、土壤消毒、生物防治、添加土壤调理剂等措施可改善设施土壤连作障碍。对于改良不同园艺植物的连作障碍，防治措施应有一定的差异，需要进一步研究筛选。
（刊于《西北园艺》2023年第二期，作者湖南省娄底职业技术学院郭佩瑶等）
