連作障礙 群體感應

1、連作障礙succession cropping obstacle 狹義的連作是指在同一塊地里連續(xù)種植同一種作物(或同一科作物)； 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(xù)種植。 同一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(chǎn)生產(chǎn)量降低、品質(zhì)變劣、生育狀況變差的現(xiàn)象，這就是連作障礙。 連作的危害性病蟲害加重設施連作后，由于其土壤理化性質(zhì)以及光照、溫濕度、氣體的變化，一些有益微生物(銨化菌、硝化菌等)的生長受到抑制，而一些有害微生物迅速得到繁殖，土壤微生物的自然平衡遭到破壞，這樣不僅導致肥料分解過程的障礙，而且病蟲害發(fā)生多、蔓延快，且逐年加重，特別是一些常見的葉霉病、

2、灰霉病、霜霉病、根腐病、枯萎病和白粉虱、蚜蟲、斑潛蠅等基本無越冬現(xiàn)象，從而使生產(chǎn)者只能靠加大藥量和頻繁用藥來控制，造成對環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品的嚴重污染。 土壤次生鹽漬化及酸化設施栽培施藥量大，加上常年或幾乎常年覆蓋改變了自然狀態(tài)下的水分平衡，土壤長期得不到雨水充分淋澆。又要是溫度較高、土壤水分蒸發(fā)量大，下層土壤中的肥料和其他鹽分會隨著深層土壤水分的蒸發(fā)，沿土壤毛細管上升，最終在土壤表面形成一薄層白色鹽分即土壤次生鹽漬化現(xiàn)象。據(jù)有關部門測定，露地土壤鹽分濃度一般在3000mg/kg左右，而大棚內(nèi)?？蛇_7000-8000mg/kg，有的甚至高達20000mg/kg。同時由于過量施用化學肥料，土壤的緩沖能力

3、和離子平衡能力遭到破壞而導致土壤PH值下降，即土壤酸化現(xiàn)象。造成土壤溶液濃度增加使土壤的滲透勢加大，農(nóng)作物種子的發(fā)芽、根系的吸水吸肥均不能正常進行。 植物自毒物質(zhì)的積累這是一種發(fā)生在種內(nèi)的生長抑制作用，連作條件下土壤生態(tài)環(huán)境對植物生長有很大的影響，尤其時植物殘體與病原物的代謝產(chǎn)物對植物有致毒作用，并連同植物根系分泌的自毒物質(zhì)一起影響植株代謝，最后導致自毒作用的發(fā)生。 元素平衡破壞由于蔬菜對土壤養(yǎng)分吸收的選擇性，單一茬口易使土壤中礦質(zhì)元素的平衡狀態(tài)遭到破壞，營養(yǎng)元素之間的拮抗作用常影響到蔬菜對某些元素的吸收，容易出現(xiàn)缺素癥狀，最終使生育受阻，產(chǎn)量和品質(zhì)下降?！白魑镞B作障礙與調(diào)控技術”研究小組 &

4、#160; 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平的提高，人均相對的能量消耗增加了許多，表現(xiàn)在對豆、蛋、奶、肉以及蔬菜等需求大量增加。在這種前提下，許多產(chǎn)品尤其是大豆、花生供不應求。蔬菜面積持續(xù)快速增長，據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計，2002年全國蔬菜播種面積約為1700多萬公頃，總產(chǎn)可達5.2億噸，其中出口450萬t，僅占0.86%。目前，全國蔬菜保護地面積已達120多萬公頃，其中日光溫室約35萬公頃?？墒?，在大豆、花生、蔬菜生產(chǎn)過程中都存在類似現(xiàn)象，即農(nóng)民或農(nóng)場往往在同一地塊連續(xù)多茬種植相同作物（連作）。在此種植方式下，植物往往表現(xiàn)出生長不良，產(chǎn)量降低和品質(zhì)變劣，病蟲害發(fā)生頻繁，這種現(xiàn)象被稱作連作

5、障礙。既然如此，為什么老百姓仍然選擇連作的種植方式呢。據(jù)我們調(diào)查，不同作物問題不相同。對大豆來說，東北地區(qū)連作障礙比較嚴重。當?shù)剞r(nóng)民通常將采用玉米、小麥分別與大豆輪作以解決大豆的連作障礙問題。由于東北小麥品質(zhì)較差、玉米和大豆的價格比波動、大豆田間管理成本低等因素的影響，即使由于連作障礙的存在和對其的防治導致成本增加，但種植大豆的利潤仍然高于小麥和玉米，因此，在此情況下老百姓仍然選擇種植大豆。大豆的連作生產(chǎn)方式依然是大豆生產(chǎn)的主要栽培方式，大豆連作障礙問題將長期存在，而有關該方面的研究更應該得到深入開展。據(jù)調(diào)查，以下因素是造成蔬菜連作客觀存在的主要原因：1、蔬菜生產(chǎn)中的地域品牌效應，如某鄉(xiāng)因盛產(chǎn)

6、黃瓜而被譽為黃瓜鄉(xiāng)，如若生產(chǎn)番茄則可能出現(xiàn)滯銷造成利潤下降的情況。2、由于蔬菜生產(chǎn)技術含量高，大部分菜農(nóng)只掌握1種蔬菜的種植技術，我們發(fā)現(xiàn)由于栽培技術的原因，在出現(xiàn)黃瓜連作障礙田塊上，菜農(nóng)改種番茄收入反而減少后，不得不再次種植黃瓜的現(xiàn)象。3、保護地蔬菜成本相對較高，即使輪作也只能在幾種蔬菜之間進行。但是，有的土傳病害如根結線蟲寄主范圍很廣，包括黃瓜、茄子、西紅柿等多種植物, 一旦土壤中出現(xiàn)此類線蟲，采用蔬菜之間的輪作并不能有效控制根結線蟲對植物的危害問題。因此，在保護地蔬菜的種植中連作在相當長的一段時間仍將存在，而由此導致的蔬菜連作障礙問題將更為突出，事實上它已經(jīng)成為制約我國保護地蔬菜可持續(xù)發(fā)

7、展的瓶頸問題。 無論是大豆還是蔬菜生產(chǎn)中存在的連作障礙問題，已經(jīng)成為我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中切實存在的非常值得關注的焦點問題。為了解決連作障礙，農(nóng)民更多的是投入肥料，事實證明肥料的投入并不能解決問題，反而造成土壤的鹽漬化和肥料的浪費，甚至有肥料被淋洗而污染地下水，危及生態(tài)環(huán)境安全和居民身體健康。同時，在連作的栽培方式下，病蟲害發(fā)生嚴重，如蔬菜的菌核病、霜霉病、根結線蟲等。在此情況下，農(nóng)民大量使用甚至濫用農(nóng)藥，農(nóng)藥殘留增加而有危害消費者身體健康的危險，如已經(jīng)有多起居民食用韭菜中毒的報道。農(nóng)藥殘留和硝酸鹽超標已經(jīng)成為是老百姓非常關心的事情。1995年以來，中國農(nóng)業(yè)大學植物營養(yǎng)系“作物連作障礙機制和調(diào)控技術的

8、研究”課題組一直對大豆、黃瓜、茄子、西瓜等作物的連作障礙機制和調(diào)控技術的研究。 初步的研究結果有：利用網(wǎng)袋法對不同連作年限的大豆根系進行觀察發(fā)現(xiàn)，連作條件下根系形態(tài)發(fā)生明顯的改變，根瘤數(shù)、總根長等下降，表明連作條件下，苗期根系發(fā)育不良，植物的抗性降低，這可能是造成大豆連作障礙的最原處原因。 田間土壤滅菌后大豆生長得到明顯的改善，說明土壤生物因素是大豆連作障礙的重要原因。不同規(guī)格的濾膜分割試驗證明土壤病原線蟲大豆胞囊線蟲、土壤微生物是造成大豆減產(chǎn)的主要原因之一，線蟲的危害非常值得關注。同時也證明大豆連作過程中，由于各種途徑產(chǎn)生的自毒物質(zhì)對大豆造成的自毒現(xiàn)象的存在。 盆栽試驗發(fā)現(xiàn)連作土壤室溫下96

9、小時內(nèi)即對大豆發(fā)芽有顯著的抑制作用以及常規(guī)用量下（1.5%）豆粕完全一致大豆發(fā)芽，再次證明連作障礙自毒物質(zhì)的存在。結合生物實驗對大豆根殘體腐解產(chǎn)物分離、純化、鑒定，得到自毒物質(zhì)之一對（間）羥基苯乙酸。深入研究表明，對（間）羥基苯乙酸抑制植物培根伸長，側根萌發(fā)，使植物的DNA熔點溫度大幅度升高。使多種蛋白表達明顯受到抑制。 在機理研究開展的同時，我們也進行了連作障礙調(diào)控技術研究。對植物生長調(diào)節(jié)劑、殺菌劑和微量元素進行最優(yōu)化篩選，我們研制成功大豆調(diào)控劑1號， 并在黑龍江成功地進行了1000畝的推廣試驗，效果良好。同時，經(jīng)過4年多的時間，我們對多種植物源材料進行篩選，結合黃瓜生物試驗對活性物質(zhì)進行分

10、離純化，并對其結構進行鑒定，進一步試驗證明該活性物質(zhì)對保護地蔬菜的連作障礙有顯著的改善作用，目前已經(jīng)對關鍵技術“蔬菜連作障礙調(diào)控劑”進行專利申請。本課題組近年來發(fā)表10多篇論文：   1) 阮維斌等. 根際微生態(tài)理論與連作障礙. 中國農(nóng)業(yè)科技導報, 1999，4:53-58. 2) 阮維斌等. 接種大豆胞囊線蟲對大豆苗期生長的影響. 應用與環(huán)境生物學報, 2000，1:24-27. 3) 阮維斌等. 溴甲烷滅菌對大豆苗期根系生長的影響. 生態(tài)學報，2001，21（5）:759-764 4) 阮維斌等. 高效液相色譜法檢測與化感現(xiàn)象相關的五種酚酸. 應用與環(huán)境生物學報,  2

11、001,7(6):609-612. 5) 阮維斌等. 分根法研究連作條件下大豆根系的生長. 大豆科學，2001，20（3）：183-186. 6) 阮維斌等. 根際微生態(tài)系統(tǒng)中的大豆胞囊線蟲. 植物病理學報, 2002，32（3）：200-205，213. 7) 阮維斌等. 連作障礙因素對大豆養(yǎng)分吸收和固氮作用的影響. 生態(tài)學報，2003，23（1）：22-29. 8) 阮維斌等. 兩種羥基苯乙酸對大豆萌發(fā)的化感效應. 應用生態(tài)學報，2003，14（5）：785-788.9) 阮維斌等. 營養(yǎng)液條件下油酸對黃瓜幼苗生長的影響. 華北農(nóng)學報， 2003，18(1):88-91. 10) 阮維斌等

12、. 餅肥對連作條件下黃瓜生長的影響及其機制初探. 中國農(nóng)業(yè)科學，2003，待刊. 11) Ruan Weibin,et al. Mechanism and effect of oil cakes on the growth of cucumber under the continuous cropping system. Chinese Agricultural Sciences, 2003, accepted. 12) 汪立剛，王玉，華天懋，王敬國，張福鎖，阮維斌. 土壤滅菌對大豆的增產(chǎn)效果及其機理探討. 西北農(nóng)業(yè)學報，2001,10(1):67-71 13) 汪立剛, 武繼承，王敬國，張福鎖，阮維斌. 平衡施肥對重茬大豆幼苗生理及生長的影響. 大豆科學， 2001，20（3）：235-237 承擔課題情況： 國家九五科技攻關“重中之重”項目大豆課題“重迎茬大豆根系分泌物和微生物代謝產(chǎn)物的毒害和調(diào)控措施的研究”； 國家自然科學基金項目：“化感物質(zhì)對連作大豆的毒害機理與調(diào)控”。 天津市自然科學基金“天然活性調(diào)節(jié)物質(zhì)的分離及農(nóng)業(yè)應用”（編號：013614611）。 國家科技部863項目“可控環(huán)境下蔬菜生育障礙防治技術與配套產(chǎn)品”（2001A A247031）。研究小組固定