浅议农作物连作土壤改良措施

农作物连作障碍是农业生产持续发展所面临的一个重要问题,通过查阅有关克服农作物连作障碍的研究报告,结合作者从事相关研究的结论和进展,就农作物连作障碍产生的原因和克服的途径进行综述,以便为相关研究和类似技术的实际应用提供借鉴。研究表明,引起农作物连作障碍的主要原因有土壤中有害微生物的积累、土壤的次生盐渍化、农作物的自毒作用等。基于此,通过探究土壤的改良措施,探索消除或减低作物连作所产生的连作障碍,为农业生产提供一定的依据。     

根系分泌物抑制连作障碍线虫病的根际调控机制及其应用

作物长期连作极易出现连作障碍(再生病害),本文围绕因传统耕作模式和种植习惯而诱发的新疆棉花、黑龙江大豆、河南花生、山东设施蔬菜、两广香蕉等连作障碍问题,对全国连作现象进行系统分析,发现全国连作现象普遍。按照耕地面积将连作障碍划分为五个等级,其中华北三省和东北的黑龙江省连作障碍等级最高,且各省连作现象均以大田经济作物为主。以香蕉、大豆(大田经济作物)、黄瓜(设施园艺作物)和三七(中草药)为代表,比对最低产量和正常产量在连作年份的变化,表明连作障碍发生规律成抛物线式,防控连作障碍需找到问题关键时期。单一根系分泌物介导的微生物多样性降低、病原菌富集,植物寄生线虫危害和土壤弱化是导致连作障碍的主要原因,其中线虫对植物的侵染危害作为土传病害是防治连作障碍中最难解决的问题之一,尤其是在设施蔬菜上。线虫在长期进化过程中形成了具有识别、寻找和侵染寄主的生物学功能,而不同植物根系分泌物对线虫发育和对宿主的识别侵染能力有不同的调控作用。针对根系分泌物–线虫互作为诱因的线虫病害,深入探讨易感作物和抗性/非寄主植物根系分泌物对线虫发育和对植物侵染的生物学机制,提出根际调控措施。在J2时期利用抗性/非寄主植物根系分泌物,调控根结线虫Mi-16D10、Mi-flp-18等基因和孢囊线虫的Hg-rbp-2等基因的表达控制线虫的发育、侵染和迁移,通过生物源功能物质定向防控线虫侵染作物。这些结果加深了我们对生物活性物质调控植物寄生线虫机制的认识。未来,以筛选和鉴定抗性或非寄主作物特异根系分泌物对线虫侵染的调控为依据,配置生物功能型肥料,利用植物源活性物质替代传统农药控制线虫病害的根际调控措施,定向调控植物根际生物学过程将成为国内外研究热点。此文将为未来深入系统地研究根系分泌物–线虫的相互作用及克服连作障碍提供理论基础,进而促进土壤健康和作物优质高产高效,对实现绿色农业和可持续发展具有重要的理论和实践指导意义。     

植物化感作用类型及其在农业中的应用

本文总结前人研究成果的基础上,对不同植物化感作用类型及其作用机制和在农业中的应用进行了探讨。植物化感作用包括化感偏害作用、自毒作用、自促作用和互惠作用。植物化感偏害作用是由植物根系分泌物介导下的植物与特异微生物共同作用的结果。利用植物化感偏害作用控制田间杂草是一项环境友好型的可持续农业技术,并已在水稻化感抑草研究方面取得了较突出的成果。植物化感自毒作用(作物连作障碍)是造成作物产量降低、生长状况变差、品质变差、病虫害频发的现象。药用植物,特别是以根部入药的药用植物中,连作障碍表现更为突出。近年来研究结果认为根系分泌物生态效应的间接作用及土壤微生物区系功能紊乱是导致植物连作障碍的主要因素。因此,改善土壤生长环境,恢复和修复根际土壤微生物结构平衡,增强生态系统机能是克服作物连作障碍的关键。植物化感自促作用(连作促进作用)是在植物根系分泌物促进下,根际土壤微生物之间此消彼长,有益微生物之间互利协作,土壤肥力和营养补给能力明显改善,从而增强植物根系抗性,促进植物生长发育,提高产量和品质的结果。牛膝的连作促进作用明显,有学者试图通过牛膝与其他不耐连作药用植物间作套种或轮作,实现药用植物生产的可持续发展。植物间的正相互作用(互惠作用)是作物间套种系统超产和养分等资源高效利用的重要机制,根系分泌物在介导根际微生物与植物的有利互作中起到重要作用。最后作者强调指出,存在于根际土壤的微生物群落的宏基因组组成是决定植物能否健康生长的关键。深入研究存在于土壤生态系统中的植物体外基因组的组成与演化机制,将成为借用现代合成生物学原理与技术,定向控制植物根际生物学过程,促进作物生产可持续发展的优先研究领域。     

连作障碍发生机理研究进展

随着集约化种植程度的不断提高,作物连作导致产量和品质下降,土传病害严重发生,严重制约了现代农业的可持续发展,连作障碍发生机理一直是国内外学者研究的热点之一。近年来,国内外学者从多方面、多角度对连作障碍进行了研究,但这些研究多集中于单一因素分析,缺乏对不同因子内在相互关系和本质的了解,未能深入揭示连作障碍发生的真正原因。深入认识连作障碍的成因及各要素间的互作关系是防控作物土传病原微生物生长、缓解连作障碍、实现农药使用量零增长的基础。本文从土壤理化性状及生物学性状恶化、植物生理抗性下降和连作自毒作用等方面系统综述了连作障碍发生机理,分析了连作障碍因素间的相互关系并对该领域未来的研究方向进行了展望,以期为寻找安全、环保和有效的缓解措施提供理论依据。     

花生连作土壤障碍机制研究进展

花生是我国主要经济作物和油料作物,连作障碍问题严重影响花生的产量与品质,制约着我国花生产业可持续发展。已有研究认为自毒物质积累、病菌增加、土壤微生物群落失衡及土壤理化性质恶化是花生连作障碍的主要因子,但大多停留在单因子水平上,有的认识缺乏直接的证据。本文简要综述了花生连作障碍的危害、机制及调控措施,结合作者近几年来相关研究,主要从花生根系分泌物效应、化感物质存留特征、土壤生物群落演变等方面介绍了花生连作障碍机制研究进展,最后对花生连作障碍的进一步研究及防控技术发展方向提出展望。     

长期轮作施肥对土壤微生物碳氮的影响

就设在黄土高原旱作农耕地上的长期定位试验不同处理土壤微生物量碳氮进行研究，主要就长期不同施肥，种植不同作物及轮作等农业措施对土壤微生物量碳氮的影响进行研究，结果显示，施肥与种植物提高了土壤微生物量碳氮含量，长期施用土粪肥显著提高微生物量碳氮含量，施化肥与有机肥并种植苜蓿处理微生物量碳氮是长期休闲地的3．倍，轮作比连作更有利于微生物量碳氮的提高，轮作与有机肥的施用应当是本区提高土壤肥力的主要途径。     

作物土传病害防控的健康微生物群落构建原理与实践

植物-土壤反馈效应及农田生产特点决定了农田土壤生产力的不可持续性,因而必须采用适当的措施方可保持地力常新。施用化肥解决了农田土壤的养分贫化问题,极大地提高了作物产量,但激发了土传病原生物的活性,作物土传病频发成为制约集约化农业可持续发展的瓶颈问题。现有的研究成果表明,地上生物多样性与土壤微生物多样性紧密联系,植物提供的有机物质是连接二者的物质基础。单一作物种植的集约化农业提供给土壤微生物可利用的有机物质来源单一,导致土壤微生物多样性下降,削弱对土传病原生物致病性的抑制作用。本文提出,在作物生长过程中添加土壤有益微生物偏好利用的有机物质,激活土壤有益微生物,可能是维持集约化农业土壤生物健康,抑制作物土传病的有效途径。为此,有必要开展各种土壤微生物偏好利用的有机物质以及作物生长过程中如何施用有机物质的方法。     

旱区土壤微生物组与土壤健康评价

土壤健康在维持粮食生产、动植物和人类健康方面具有重要作用，是实现农业可持续发展的根本。土壤微生物作为土壤中最具丰富性和多样性的有机生物体，包含细菌、真菌、原生生物和病毒。它们驱动着碳、氮、磷、硫等元素循环过程，并与植物初级生产力和土壤健康息息相关。旱区约占全球陆地表面积的41%，维系了全球约38%以上的人口。西北干旱半干旱区是我国的重要粮食生产后备区，由于其土壤生态系统的复杂性、脆弱性和敏感性导致该地区土壤健康状况相关研究仍缺乏。本文围绕微生物在土壤健康相关生态系统服务如调控作物生长、消减连作障碍、改善水体质量、维持人类健康、缓解气候变化影响和促进碳固存中的贡献，揭示了土壤微生物在维持土壤健康中的关键作用，归纳了土壤微生物作为土壤健康评价指标的发展历程和研究进展。同时介绍了旱区土壤微生物自身特征并总结其对于水分胁迫的响应，归纳了旱区土壤健康研究进展。最后对土壤微生物组与旱区土壤健康研究进行了展望，以期为利用土壤微生物资源维持和改善旱区土壤健康状况提供科学指导。     

农业废弃物基生物炭的应用效应研究进展

生物炭因结构和理化性质独特、原材料丰富及应用前景广阔等特点,在农业及环境污染治理等领域的应用较为广泛。基于相关文献,综述了农业废弃物基生物炭在改善土壤理化性质、提高土壤养分、改善土壤微生态环境、促进作物生长、修复污染土壤及缓解连作障碍等方面的效应,旨在为农业废弃物基生物炭在农业生产中的应用提供参考。     

药用植物连作障碍研究评述和发展透视

连作障碍作为现代农业生产中较普遍的问题,在药用植物栽培生产中表现尤为严重,据统计约70%以块根类入药的药用植物在种植过程中都存在严重的连作障碍问题。连作障碍已经成为制约药用植物品质和发展的关键性因素。本研究从药用植物连作障碍问题研究现状出发,分析了当前药用植物连作障碍形成的三大共性问题,即根系分泌物诱导根际土壤酸化、根际微生物群落结构失衡和植株病毒病严重,具体体现在:根系分泌物诱导根际土壤微生物差异性演化、土传病原菌的化感互作、根际微生物区系的失衡加大土壤酸化、根际病原菌增多和有益菌减少导致的土存真菌病害加重、病毒病伴生和发展。并分析了土壤灭菌法、功能微生物调控、作物多样性栽培和生物质炭改良的根际调控策略在减缓药用植物连作障碍中的潜在作用。作者呼吁从事连作障碍研究的工作者应重视从根际生态学角度出发,以土壤食物网为切入点,应用现代系统生物学和化学生态学技术与方法,全面系统探究根系分泌物介导下植物-土壤-微生物的相互作用过程与机制,并着重关注土壤线虫和土壤病毒在连作障碍发生发展中的生态位关系,以深入阐明连作介导土壤酸化的生态学机制和病原菌响应根系分泌物的协同进化机理,在此基础上,采用多种根际调控相结合的策略减缓连作障碍问题,全面考虑经济、社会和生态效益,做到"生态预防为主、综合治理为要"。     

基于专利数据的连作障碍防治技术发展趋势分析

连作障碍严重影响着作物的产量和品质，研发高效的连作障碍防治技术是实现集约化农业可持续生产的关键。基于incoPat科技创新情报平台，检索并分析2000年至2019年期间国内外连作障碍防治技术的专利产出，对专利申请数量、技术构成、区域分布、主要申请人、法律状态等方面分析，揭示国内外作物连作障碍防治技术领域的研发状况、技术发展趋势和产学研情况。近年来，作物连作障碍防治技术领域专利数量急剧增加；结合现代生物和材料等新兴技术发展，新的研发充分考虑了连作障碍生物防治技术产品化和应用的结合；我国在作物连作障碍防治技术领域的专利申请机构多为企业和个人，高校和科研院所申请的专利转化率低，高校/科研院所与企业合作申请的专利数量少。连作障碍防治技术领域的应用成为焦点，生物和材料新技术成果正引入连作障碍生物防治技术的开发；中国在连作障碍防治领域的产学研合作和专利技术质量亟需加强。     

我国设施栽培连作障碍特征与成因及防治措施的研究进展

连作是目前我国设施农业的主要栽培方式,连作障碍是土壤修复的世界性难题。本文系统阐述了国内设施栽培出现的连作障碍特征(如酸化、盐渍化、养分失衡、重金属及其他有害物质积累、土传病害发生严重)与成因,并分别从农艺、生物、化学、物理4个方面简述了各种防治技术在缓解设施连作障碍过程中的作用效果。最后总结了设施连作障碍及防治技术研究中尚待解决的科学问题及研究方向,以为我国设施连作障碍的发生发展机理研究和防治技术提供科学依据。     

秸秆生物反应堆与菌肥对温室番茄土壤微环境的影响

为研究秸秆生物反应堆、微生物菌肥及两者配套措施对土壤理化性质和微生物功能多样性,以及作物生长的长期影响,试验以传统种植方式为对照(CK,常规栽培),研究了菌肥(T1,微生物菌肥4 kg/667 m2)、内置式秸秆生物反应堆(T2,秸秆(4 t/667 m2)+发酵沟菌剂(8 kg/667 m2)+腐熟猪粪(600 kg/667 m2))及2种措施配套处理(T3,秸秆(4 t/667 m2)+发酵沟菌剂(8 kg/667 m2)+微生物菌肥(4 kg/667 m2)+腐熟猪粪(600 kg/667 m2))对土壤理化性质和微生物功能多样性的影响。结果表明:1)与CK相比,秸秆生物反应堆能够在一定时期内提高土壤含水率;而菌肥能够在一定时期内降低土壤含水率,秸秆生物反应堆能够显著降低土壤酸性和电导率(EC,electrical conductivity)值,缓冲土壤酸化和次生盐渍化;而单施菌肥对土壤酸碱性和EC值没有显著影响。2)秸秆生物反应堆(T2)增加了土壤中有机质的含量和土壤微生物量,降低土壤中速效磷、钾的含量;微生物菌肥(T1)降低了土壤中有机质含量和微生物量,而显著提升了土壤的速效磷、速效钾含量,两种措施配套处理效果则更明显。3)菌肥能够改善土壤微生物对多聚物、碳水化合物和氨基酸的利用效率,而秸秆生物反应堆能够促进土壤微生物对于一部分氨基酸、羧酸类、酚酸类和胺类物质的利用。而2种措施同时使用时,其促进和改善微生物碳代谢能力的作用则更加显著。4)各处理均能够在一定程度上增加各年度番茄产量。综合考虑,认为内置式秸秆生物反应堆和菌肥配套处理(T3)能够更好的改善和修复日光温室连作土壤,增加作物产量,是一种较为有效的农艺措施。     

设施蔬菜连作障碍原因及防治措施

连作障碍是设施蔬菜栽培中的一个关键问题。从土壤次生盐渍化、土壤微生物种类变化及植物自毒作用等方面综述了设施蔬菜连作障碍产生的原因，并提出了包括品种选择、轮作、合理施肥、嫁接及生物防治等防治措施。     

设施蔬菜连作障碍原因及防治措施

连作障碍是设施蔬菜栽培中的一个关键问题.从土壤次生盐渍化、土壤微生物种类变化及植物自毒作用等方面综述了设施蔬菜连作障碍产生的原因,并提出了包括品种选择、轮作、合理施肥、嫁接及生物防治等防治措施.     

加工番茄连作对土壤理化性状及微生物量的影响

通过在石河子大学农学院试验站开展加工番茄连作定点微区试验,研究了不同连作处理(种植1 a、连作3 a、5 a和7 a)对新疆加工番茄土壤理化性状、微生物生物量和酶活性的影响。结果表明,随着连作年限的延长,土壤p H升高,全磷、速效磷及全钾含量呈先升后降的趋势,土壤容重无明显变化。连作7 a时土壤有机质、全氮及速效钾含量较对照分别下降了8%、21%和29%(p0.05)。土壤微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)和微生物商(q MB)呈显著下降趋势,与对照相比分别降低了52.3%、78.8%和48.2%(p0.01);微生物量磷(SMBP)呈先升后降趋势,连作3a时,SMBP含量达到最大值,是对照的1.65倍(p0.01)。土壤过氧化氢酶活性呈显著升高趋势,而脲酶、蔗糖酶、多酚氧化酶及磷酸酶活性的变化则相反。连作导致加工番茄产量显著下降,连作7 a时产量下降达34%(p0.01)。相关分析表明,p H、微生物量、q MB、酶活性及养分之间相关性极为密切,说明土壤微生物量和酶活性相结合,可以反映土壤质量的变化。加工番茄连作导致土壤p H和电导率升高,显著抑制了土壤微生物活性,降低了土壤肥力,最终造成产量下降,连作障碍明显。     

气候变化下黄土高原耕作系统演变与适应性管理

耕作系统主要包括土壤系统、作物系统和区域气候系统等几个相对独立、但又紧密关联的组成部分,涉及作物栽培模式、作物类型、杂草和病虫害及农田水土资源管理等方面,在黄土高原生态系统管理和农业可持续发展中占有重要地位。过去50a (1951-2000年),黄土高原的年平均气温升高了1.1℃,且其变率逐渐增加,降雨和热量资源分布呈现复杂的时空异质性。作物种植区域的变迁、熟制制度的演变和农田灾害的加剧促使农田管理模式不断寻求改变,对当地农业耕作系统产生了深远影响。本文总结了黄土高原过去多年的气候变化（气温、降水量、积温）特征和发展趋势,气候变化下耕作系统（种植区、耕作制度、土壤环境）和作物系统（需水量、物候、品种、产量）的演变规律,作物与土壤互作关系,以及气象灾害对黄土高原耕作系统的影响,并提出气候变化下耕作系统适应性管理途径和策略。旨在为黄土高原耕作技术和田间管理提供新的理论,寻求气候变化下区域农业可持续发展应对策略。     

Agronomy and Physiology of Tropical Cover Crops

Cover crops are important components of a sustainable crop production system. They can be planted with plantation crops such as cacao, coffee, banana, rubber, and oil palm or in rotation with cash crops. Their use in a cropping system is mainly beneficial for soil and water conservation, recycling of nutrients, control of pests and improved microbiological activities. However, beneficial effects depend on the selection of appropriate cover crops and their management. Hence, understanding their agronomy and physiology is fundamental for their use in sustainable cropping systems. Growth and development of a crop (physiological aspects) is determined genetically as well as influenced by environmental variables. This information can be useful in improving production of these crops and, consequently, their incorporation in farming systems, wherever it is possible. There are hundreds of tropical cover crops and, therefore, it is not possible to include all of them in one article. Hence, selected cereals and legumes are included.