甘肃中部沿黄灌区是全国重要的加工型马铃薯生产基地和种薯繁殖基地,然而,因集约化生产和订单农业种植模式带来的连作障碍问题已严重影响到马铃薯产业的可持续发展。因此,阐明马铃薯连作障碍机理,进而寻求有效的连作障碍防控措施迫在眉睫。本文通过连续多年的田间试验,从马铃薯植株对连作的生理生态响应和连作土壤障碍因子角度进行系统研究,并就“土壤熏蒸-生物有机肥联用”技术防控马铃薯连作障碍的效果进行田间评估,主要研究结果如下:1、连作对马铃薯干物质积累和分配的影响与非连作相比,短期连作(1~2年)条件下马铃薯并未表现出明显的连作障碍现象,植株生长发育和块茎产量均不受影响,但自连作3年开始,块茎产量出现显著下降,降幅约21.7%~75.7%。单薯重量变化是产量下降的直接原因。马铃薯整株和块茎干物质在整个生育期内均表现出明显的“S”型积累特征。Logistic模型拟合表明,连作缩短植株干物质快速增长期的持续时间,并降低快速增长期内干物质平均积累速率。连作影响马铃薯植株干物质在不同器官间的分配,特别是明显增加根系干物质的分配比例,根冠比增加。马铃薯植株花后干物质分配同样受连作影响显著,在非连作和短期连作(1~2年)条件下,块茎产量形成完全依赖于花后同化产物的直接输入,然而长期连作(3~5年)导致花后同化产物向块茎的输入量大幅降低,营养器官花前贮藏干物质在花后向块茎的转运比例显著增加。2、连作马铃薯植株库源关系评价及其与块茎产量的关系与非连作相比,短期连作(1~2年)条件下马铃薯植株库容量并未表现出明显差异,长期连作(3~5年)则显著下降约38.4%~53.0%,其直接原因是生育前期植株不能形成足够的单株结薯数量,生育中后期单薯干物质积累量不足。不同连作年限下马铃薯植株库活性无显著差异。长期连作(3~5年)抑制马铃薯植株源活性,植株生长发育(冠层结构、叶绿素含量、叶片干重、根系形态参数)和生理功能(根系活力、Ru BP羧化酶活性、SPS活性)均显著下降,这降低了源端对花后同化产物生产能力,导致库(块茎)无法获得足够的同化物输入。长期连作推迟了马铃薯植株库源关系的建立,生育中后期库源关系失衡,这是产量下降的原因。源的限制可能是阻碍长期连作条件下马铃薯块茎产量形成的主导因素。3、连作马铃薯对土壤理化和生化性质的影响连作导致土壤有机碳总量降低,而速效氮和速效钾含量以及电导率则显著上升。连作还导致土壤脲酶、蔗糖酶和脱氢酶活性下降,土壤平均酶活性也表现出随着连作年限延长而逐渐降低的趋势。连作也显著降低了土壤微生物活性,较非连作相比,长期连作(3~5年)条件下微生物生物量碳含量、基础呼吸量和荧光素二乙酸酯水解活性分别显著下降约22.1%~28.6%、14.6%~43.1%、30.7%~40.7%。Biolog Eco测定表明,长期马铃薯连作显著抑制土壤总生物活性和微生物功能多样性,且微生物群落结构较非连作和短期连作(1~2年)相比发生明显改变。连作土壤微生物性质与植株生产力之间均有着显著或极显著的线性相关关系,表明土壤微生态环境变化与马铃薯连作障碍产生有密切关系。4、连作马铃薯对土壤真菌群落结构的影响PCR-DGGE结果表明,轮作(未连作)和连作条件下马铃薯根际土壤真菌群落结构差异明显。连作较轮作相比增加了土壤中Fusarium sp.和Fusarium solani以及Verticillium dahliae等土传病害致病菌的数量,而这些微生物是当地连作马铃薯土传病害的主要致病菌。土壤中Fusarium sp.丰度与植株发病率和块茎产量有着极为一致的变化规律。根际土壤真菌群落结构的改变特别是与土传病害有关的致病菌滋生是导致甘肃中部沿黄灌区马铃薯连作障碍产生的重要原因之一。5、“土壤熏蒸-生物有机肥联用”技术防控马铃薯连作障碍的田间效果评估在连作障碍重度地块(5~6年)的研究表明,土壤氨水熏蒸和生物有机肥联用处理较对照块茎产量和商品薯率分别显著增加约71.1%~152.1%和39.2%~53.3%。联用处理叶绿素含量和根系活力较对照显著增加,叶片和根系的丙二醛含量显著下降。通过PCR-DGGE分析发现,联用处理显著影响连作土壤真菌群落结构,表现为真菌群落的多样性指数较对照显著下降。联用处理还能够有效抑制土传病害,植株发病率和收获后薯块的病薯率较对照分别显著下降约67.2%~82.2%和69.1%~70.5%。Real-time PCR结果显示,联用处理下连作土壤中立枯丝核菌、茄病镰刀菌和接骨木镰刀菌的数量在生育期内较对照均有不同程度的显著降低。在连作障碍轻度地块(3年)的研究表明,土壤熏蒸和生物有机肥联用处理较对照相比块茎产量显著增加约10.4%~21.2%,且石灰+碳铵作为熏蒸剂的效果优于氨水。联用处理的植株发病率和病薯率较对照分别显著下降约54.9%~72.8%和66.2%~64.8%。联用处理还提高了叶绿素含量,促进根系形态发育。较对照相比,联用处理显著影响了连作土壤中可培养微生物数量,表现为增加马铃薯生育后期土壤细菌和放线菌数量,降低真菌数量,并在土壤中维持一个更高的细菌/真菌。与对照和单独的土壤熏蒸处理相比,联用处理大幅度降低了连作土壤中镰刀菌数量。总体来看,“土壤熏蒸-生物有机肥联用”技术在防控甘肃中部沿黄灌区马铃薯连作障碍上具有较大的应用潜力。