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摘 要：连作障碍已成为我国设施蔬菜发展的技术瓶颈。该文从土壤理化性质、土壤养分、土壤微生物、土壤酶活性及作物自毒作用等方面综述了设施蔬菜连作障碍产生的机理，并提出了相应的防治措施。
关键词：设施蔬菜；连作障碍；研究进展
中图分类号 S626 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）01-02-56-03
随着设施蔬菜生产的规模化、专业化、设施化发展进程的加快，导致连作蔬菜面积不断增加，引起了土壤质量退化严重，土壤营养失衡、病虫害加剧、微生物种群结构失衡，进而导致蔬菜产量和品质下降，严重阻碍了设施蔬菜生产的发展。设施蔬菜的连作障碍已成为制约我国蔬菜产业可持续健康发展的首要问题。
1 连作障碍的定义及危害
连作障碍 （Continuous Cropping Barrier）是指因连续种植某种（乃至同一科）作物而出现的生长发育不良，品质、产量下降等现象[1]。连作障碍不仅发生在同一种蔬菜的连年种植，甚至还包括亲缘关系较近的同科作物连年种植，例如辣椒、茄子、番茄等茄科作物的连年种植，西瓜、黄瓜、甜瓜等瓜类作物的连年种植，白菜、菜苔、萝卜等十字花科等蔬菜的连年种植。
目前，我国已成为世界上设施栽培面积最大的国家，设施蔬菜生产的产量稳定、附加值较高，已成为现代农业、设施农业中集约经营的重要组成部分。然而，设施大棚连作种植系统的连作障碍表现相当普遍，严重限制了设施农业可持续发展，而且连作年限越长其连作障碍就越严重[2]，连作障碍已成为制约设施农业可持续发展的瓶颈。
2 设施蔬菜连作障碍产生的机理
关于连作障碍机理的研究，学者先后提出了毒素学说、作物间的“相克”作用和作物连作障碍的五大因子学说[3]。以前的学者对多年连作障碍进行过多方面的研究，发现造成作物连作障碍的原因主要有：（1）土壤理化性质下降；（2）土壤病原微生物数量、种类增加[4-5]； （3） （土壤酶活性降低；（4）作物根系分泌物的自毒作用[6]。
2.1 设施蔬菜连作使土壤物理性状变差 设施蔬菜生产中化肥使用量大，雨水对土壤淋溶等作用降低，引起土壤物理结构的破坏和盐分积累。连作后土壤的pH、有机质及阳离子交换量（Ca2+， Mg2+及K+）比对照显著性降低[7]。吴凤芝[8]和朱林[9]等研究了黄瓜连作对土壤理化性状的影响；范小峰[10]等对大棚黄瓜的研究表明：随着连作年限的增加，水稳性团粒增加，土壤孔隙度提高，通透性增加；土壤耕層的可溶性盐含量和硝酸盐含量累积，土壤盐渍化成为大棚蔬菜连作的障碍之一。随着大豆连作年限的增加，耕层土壤的容重增大、非毛细管孔隙表层增大、大孔隙多，三相比不协调等[11]。设施大棚内土壤通气透水性变差，最终会导致土壤的板结[12]，不利于蔬菜的生长。
2.2 设施蔬菜连作使土壤有效养分不均衡 有研究发现，土壤养分亏缺是设施蔬菜产生连作障碍的重要因素，连作土壤中的有效磷和有效钾含量明显高于轮作土壤[13]。连作蔬菜土壤缺钙会引起大白菜的干烧心，番茄、甜椒的脐腐病等；缺硼会引起萝卜、莴苣褐心，芹菜茎裂病；缺钾会引起黄瓜真菌性霜霉病；缺硼会出现番茄的裂果病等[14-15]。重茬大豆的根际土中速效氮含量略高于正茬区，速效钾低于正茬区，而重茬区根系和冠部全氮含量高于正茬区，全磷和全钾含量低于正茬区[16]。刘方[17]等对烤烟的研究表明连作土壤的有效养分出现不同程度的积累，使土壤P、S含量显著积累、养分的比例失调，大量元素含量呈现增加的趋势。农田种植烟草1a的表层土壤腐殖质含量松结态>稳结态，连作5～23a表层腐殖质含量则为稳结态>松结态[18]。范娅娜等[19]研究表明：随着连作年限的增加土壤养分失衡，N、P、K比失调，钠、氯等盐分离子残留较多，土壤盐渍化程度高。
2.3 设施蔬菜连作土壤有害微生物增加，土传病加重 土壤微生物在能量转换、营养元素循环和有机物质分解等方面发挥重要的作用[20]。土壤微生物可作为植物病原菌直接影响植物生长，也可通过与其他微生物的间接互作对植物起到促进和抑制作用[21]。随着连作年限的增加，细菌和放线菌随呈下降趋势，但真菌却显著增加[22]。正茬与连作大豆根际微生物数量都明显高于非根际土壤[23]。棉花连作使土壤真菌数量有所增加，细菌、放线菌、固氮细菌、无机磷细菌、解钾细菌数量相对减少[24]。随着花生连作年限的增加，根际土壤中的真菌数量显著增加，细菌数量明显减少，土壤及根际的放线菌明显减少[25]。烟草长期连作将改变土壤微生物的数量及多样性，不利于土壤生态系统的健康发展[26]。西瓜大棚土壤随着种植年限的增加，土壤中细菌、放线菌呈现先升后降趋势；真菌数量变化趋势则与之相反[27]。
2.4 设施蔬菜连作对土壤酶活性的影响 土壤酶是表征土壤物质、能量代谢旺盛程度和土壤质量水平的一个重要生物指标[28]。连作会影响土壤酶活性，但很多研究表明不同作物乃至同一作物连作后土壤酶活性的研究结果不一致[29]。土壤多酚氧化酶活性的变化直接影响土壤中酚类物质的含量，从而妨碍植株的正常生长发育[30]。棉花连作后土壤过氧化氢酶、转化酶、脲酶、碱性磷酸酶活性随连作年限的增加逐年增大[24]。连作地黄的根系分泌物对脲酶、多酚氧化酶、蛋白酶、蔗糖酶和纤维素酶活性都具有促进作用，而对过氧化氢酶则呈抑制作用[31]。施肥可提高土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶的活性，但对过氧化氢酶影响较小[32]。施用有机肥可提高脲酶和磷酸酶活性，但化肥和沼肥对脲酶和磷酸酶活性无明显影响[33]。
2.5 设施蔬菜连作障碍的自毒作用 自毒作用是指某种作物释放出的一些物质对同茬或下茬同种或同科植物的生长产生抑制作用的现象。设施蔬菜连作条件下土壤微生态环境对植物生长有很大影响，尤其是植物残体与病原微生物的代谢产物对植物有致毒作用，并连同植物根系分泌的自毒物质一起影响植株代谢，最终导致作物自毒作用的发生。已有学者先后证实了豌豆、番茄、黄瓜、西瓜和甜瓜根系分泌物和残茬能引起作物的自毒作用[34]，Chon[35]等研究发现，香豆素对玉米、黄瓜、菜豆根系的生长具有明显的抑制作用。马云华[36]研究结果显示对羟基苯甲酸、阿魏酸、苯甲酸均随黄瓜种植年限的增加呈明显的积累，吴宗伟[37]从重茬地黄土壤中检测出阿魏酸、香草酸、香草醛和对羟基苯甲酸4种酚酸物质的积累。 3 设施蔬菜连作障碍的综合防治措施
连作障碍的发生，不仅影响农作物产品的产量和品质，也降低了农产品的安全性。因此，克服连作障碍是实现设施农业生产可持续发展的当务之急。
3.1 实行科學用肥，建立合理轮作倒茬制度 多年实践证明，氮肥用量过度，土壤中的可溶性盐和硝酸盐含量会明显增加，病虫害显著加重，蔬菜的产量及品质逐渐降低。 因此，应增施有机肥，在测土配方施肥的基础上合理施用氮磷钾肥，根据不同蔬菜需肥要求及土壤供肥能力，确定肥料种类和数量，减少土壤的养分障碍。
不同作物轮间作是连作障碍的最有效的防范措施。轮作可断绝同类病原菌的营养来源，减轻病虫害的发生。我们应该根据不同蔬菜的特性，制定合理的轮间作制度，将蔬菜和一些粮食作物轮作，效果十分明显，能有效防止连作障碍的发生。
3.2 使用嫁接技术及抗性品种 嫁接的目的是为了减轻和避免土传病害、克服连作障碍。 在设施蔬菜连作中，茄果类黄萎病、瓜类枯萎病，青枯病、根腐病等土传病害危害严重，采用嫁接栽培技术是有效的防治措施之一。选用对病虫害具有抗性的蔬菜新品种，如黄瓜的霜霉、白粉病，番茄的凋萎、黄萎病等，生产上均有抗性相对较好的蔬菜品种以供选择，也是行之有效的方法之一。
3.3 采用无土栽培技术 无土栽培不用土壤，可避免设施蔬菜连作障碍中土壤退化和土传病害等问题。 无土栽培的主要形式有基质滴灌栽培、营养液膜栽培和深液流栽培等。其中，基质栽培正向经济型、易管理、环保型复合有机基质的方向发展，对有机废弃物的再利用成为未来发展的主要方向。
3.4 引入拮抗菌，接种有益微生物 利用拮抗菌防治植物根部病害，是将培养好的拮抗菌以一定方式施入土壤，或通过在土壤中加入有机物等措施提高原有拮抗菌的活性，从而降低土壤中病原菌的密度，抑制病原菌的活动，减轻病害的发生。在设施栽培条件下，可通过接种有益微生物来分解连作土壤中存在的有害分泌物或与特定的病原菌竞争营养和空间等，以减少病原菌的数量和根系的感染，从而减少根际病害发生。接种有益菌群可以在根际形成生物屏障；使用含有有益微生物种群的生物有机肥抑制土壤致病菌的发展，也能够在一定程度上分解土壤中存在的自毒物质。
3.5 利用化学他感作用原理防治土传病害 许多植物和微生物可通过自身分泌一些次生代谢产物来促进或抑制同种或异种植物及微生物生长，这种现象称为化学他感作用。利用农作物间的化学他感作用原理进行有益组合和间作，不仅可提高设施蔬菜的产量和品质，也可减少根部病害的发生。
参考文献
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（责编：施婷婷）
关键词：设施蔬菜；连作障碍；研究进展
中图分类号 S626 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）01-02-56-03
随着设施蔬菜生产的规模化、专业化、设施化发展进程的加快，导致连作蔬菜面积不断增加，引起了土壤质量退化严重，土壤营养失衡、病虫害加剧、微生物种群结构失衡，进而导致蔬菜产量和品质下降，严重阻碍了设施蔬菜生产的发展。设施蔬菜的连作障碍已成为制约我国蔬菜产业可持续健康发展的首要问题。
1 连作障碍的定义及危害
连作障碍 （Continuous Cropping Barrier）是指因连续种植某种（乃至同一科）作物而出现的生长发育不良，品质、产量下降等现象[1]。连作障碍不仅发生在同一种蔬菜的连年种植，甚至还包括亲缘关系较近的同科作物连年种植，例如辣椒、茄子、番茄等茄科作物的连年种植，西瓜、黄瓜、甜瓜等瓜类作物的连年种植，白菜、菜苔、萝卜等十字花科等蔬菜的连年种植。
目前，我国已成为世界上设施栽培面积最大的国家，设施蔬菜生产的产量稳定、附加值较高，已成为现代农业、设施农业中集约经营的重要组成部分。然而，设施大棚连作种植系统的连作障碍表现相当普遍，严重限制了设施农业可持续发展，而且连作年限越长其连作障碍就越严重[2]，连作障碍已成为制约设施农业可持续发展的瓶颈。
2 设施蔬菜连作障碍产生的机理
关于连作障碍机理的研究，学者先后提出了毒素学说、作物间的“相克”作用和作物连作障碍的五大因子学说[3]。以前的学者对多年连作障碍进行过多方面的研究，发现造成作物连作障碍的原因主要有：（1）土壤理化性质下降；（2）土壤病原微生物数量、种类增加[4-5]； （3） （土壤酶活性降低；（4）作物根系分泌物的自毒作用[6]。
2.1 设施蔬菜连作使土壤物理性状变差 设施蔬菜生产中化肥使用量大，雨水对土壤淋溶等作用降低，引起土壤物理结构的破坏和盐分积累。连作后土壤的pH、有机质及阳离子交换量（Ca2+， Mg2+及K+）比对照显著性降低[7]。吴凤芝[8]和朱林[9]等研究了黄瓜连作对土壤理化性状的影响；范小峰[10]等对大棚黄瓜的研究表明：随着连作年限的增加，水稳性团粒增加，土壤孔隙度提高，通透性增加；土壤耕層的可溶性盐含量和硝酸盐含量累积，土壤盐渍化成为大棚蔬菜连作的障碍之一。随着大豆连作年限的增加，耕层土壤的容重增大、非毛细管孔隙表层增大、大孔隙多，三相比不协调等[11]。设施大棚内土壤通气透水性变差，最终会导致土壤的板结[12]，不利于蔬菜的生长。
2.2 设施蔬菜连作使土壤有效养分不均衡 有研究发现，土壤养分亏缺是设施蔬菜产生连作障碍的重要因素，连作土壤中的有效磷和有效钾含量明显高于轮作土壤[13]。连作蔬菜土壤缺钙会引起大白菜的干烧心，番茄、甜椒的脐腐病等；缺硼会引起萝卜、莴苣褐心，芹菜茎裂病；缺钾会引起黄瓜真菌性霜霉病；缺硼会出现番茄的裂果病等[14-15]。重茬大豆的根际土中速效氮含量略高于正茬区，速效钾低于正茬区，而重茬区根系和冠部全氮含量高于正茬区，全磷和全钾含量低于正茬区[16]。刘方[17]等对烤烟的研究表明连作土壤的有效养分出现不同程度的积累，使土壤P、S含量显著积累、养分的比例失调，大量元素含量呈现增加的趋势。农田种植烟草1a的表层土壤腐殖质含量松结态>稳结态，连作5～23a表层腐殖质含量则为稳结态>松结态[18]。范娅娜等[19]研究表明：随着连作年限的增加土壤养分失衡，N、P、K比失调，钠、氯等盐分离子残留较多，土壤盐渍化程度高。
2.3 设施蔬菜连作土壤有害微生物增加，土传病加重 土壤微生物在能量转换、营养元素循环和有机物质分解等方面发挥重要的作用[20]。土壤微生物可作为植物病原菌直接影响植物生长，也可通过与其他微生物的间接互作对植物起到促进和抑制作用[21]。随着连作年限的增加，细菌和放线菌随呈下降趋势，但真菌却显著增加[22]。正茬与连作大豆根际微生物数量都明显高于非根际土壤[23]。棉花连作使土壤真菌数量有所增加，细菌、放线菌、固氮细菌、无机磷细菌、解钾细菌数量相对减少[24]。随着花生连作年限的增加，根际土壤中的真菌数量显著增加，细菌数量明显减少，土壤及根际的放线菌明显减少[25]。烟草长期连作将改变土壤微生物的数量及多样性，不利于土壤生态系统的健康发展[26]。西瓜大棚土壤随着种植年限的增加，土壤中细菌、放线菌呈现先升后降趋势；真菌数量变化趋势则与之相反[27]。
2.4 设施蔬菜连作对土壤酶活性的影响 土壤酶是表征土壤物质、能量代谢旺盛程度和土壤质量水平的一个重要生物指标[28]。连作会影响土壤酶活性，但很多研究表明不同作物乃至同一作物连作后土壤酶活性的研究结果不一致[29]。土壤多酚氧化酶活性的变化直接影响土壤中酚类物质的含量，从而妨碍植株的正常生长发育[30]。棉花连作后土壤过氧化氢酶、转化酶、脲酶、碱性磷酸酶活性随连作年限的增加逐年增大[24]。连作地黄的根系分泌物对脲酶、多酚氧化酶、蛋白酶、蔗糖酶和纤维素酶活性都具有促进作用，而对过氧化氢酶则呈抑制作用[31]。施肥可提高土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶的活性，但对过氧化氢酶影响较小[32]。施用有机肥可提高脲酶和磷酸酶活性，但化肥和沼肥对脲酶和磷酸酶活性无明显影响[33]。
2.5 设施蔬菜连作障碍的自毒作用 自毒作用是指某种作物释放出的一些物质对同茬或下茬同种或同科植物的生长产生抑制作用的现象。设施蔬菜连作条件下土壤微生态环境对植物生长有很大影响，尤其是植物残体与病原微生物的代谢产物对植物有致毒作用，并连同植物根系分泌的自毒物质一起影响植株代谢，最终导致作物自毒作用的发生。已有学者先后证实了豌豆、番茄、黄瓜、西瓜和甜瓜根系分泌物和残茬能引起作物的自毒作用[34]，Chon[35]等研究发现，香豆素对玉米、黄瓜、菜豆根系的生长具有明显的抑制作用。马云华[36]研究结果显示对羟基苯甲酸、阿魏酸、苯甲酸均随黄瓜种植年限的增加呈明显的积累，吴宗伟[37]从重茬地黄土壤中检测出阿魏酸、香草酸、香草醛和对羟基苯甲酸4种酚酸物质的积累。 3 设施蔬菜连作障碍的综合防治措施
连作障碍的发生，不仅影响农作物产品的产量和品质，也降低了农产品的安全性。因此，克服连作障碍是实现设施农业生产可持续发展的当务之急。
3.1 实行科學用肥，建立合理轮作倒茬制度 多年实践证明，氮肥用量过度，土壤中的可溶性盐和硝酸盐含量会明显增加，病虫害显著加重，蔬菜的产量及品质逐渐降低。 因此，应增施有机肥，在测土配方施肥的基础上合理施用氮磷钾肥，根据不同蔬菜需肥要求及土壤供肥能力，确定肥料种类和数量，减少土壤的养分障碍。
不同作物轮间作是连作障碍的最有效的防范措施。轮作可断绝同类病原菌的营养来源，减轻病虫害的发生。我们应该根据不同蔬菜的特性，制定合理的轮间作制度，将蔬菜和一些粮食作物轮作，效果十分明显，能有效防止连作障碍的发生。
3.2 使用嫁接技术及抗性品种 嫁接的目的是为了减轻和避免土传病害、克服连作障碍。 在设施蔬菜连作中，茄果类黄萎病、瓜类枯萎病，青枯病、根腐病等土传病害危害严重，采用嫁接栽培技术是有效的防治措施之一。选用对病虫害具有抗性的蔬菜新品种，如黄瓜的霜霉、白粉病，番茄的凋萎、黄萎病等，生产上均有抗性相对较好的蔬菜品种以供选择，也是行之有效的方法之一。
3.3 采用无土栽培技术 无土栽培不用土壤，可避免设施蔬菜连作障碍中土壤退化和土传病害等问题。 无土栽培的主要形式有基质滴灌栽培、营养液膜栽培和深液流栽培等。其中，基质栽培正向经济型、易管理、环保型复合有机基质的方向发展，对有机废弃物的再利用成为未来发展的主要方向。
3.4 引入拮抗菌，接种有益微生物 利用拮抗菌防治植物根部病害，是将培养好的拮抗菌以一定方式施入土壤，或通过在土壤中加入有机物等措施提高原有拮抗菌的活性，从而降低土壤中病原菌的密度，抑制病原菌的活动，减轻病害的发生。在设施栽培条件下，可通过接种有益微生物来分解连作土壤中存在的有害分泌物或与特定的病原菌竞争营养和空间等，以减少病原菌的数量和根系的感染，从而减少根际病害发生。接种有益菌群可以在根际形成生物屏障；使用含有有益微生物种群的生物有机肥抑制土壤致病菌的发展，也能够在一定程度上分解土壤中存在的自毒物质。
3.5 利用化学他感作用原理防治土传病害 许多植物和微生物可通过自身分泌一些次生代谢产物来促进或抑制同种或异种植物及微生物生长，这种现象称为化学他感作用。利用农作物间的化学他感作用原理进行有益组合和间作，不仅可提高设施蔬菜的产量和品质，也可减少根部病害的发生。
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