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。     

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。     

连作花生土壤障碍原因及消除技术研究进展

本文综述了花生连作障碍的危害、原因及缓解措施,结合作者近几年来相关试验结果,重点介绍了低丘红壤区连作花生土壤化感物质检测、利用药用植物间作的生态调控技术、利用植物内生菌等生物与生化调控技术研究进展,最后提出了花生连作障碍机理及消除技术进一步研究方向,以期为指导我国花生生产提供技术支撑。     

连作障碍发生机制研究进展

连作障碍是农业生产中经常发生的一种病害,各种作物或轻或重都会发生,已成为世界性难题,给农业生产造成了严重损失。近年来,国内外学者从多方面、多角度对连作障碍进行分析。本文从土壤生物学环境的恶化、化感作用和土壤理化性状改变等角度阐述了连作障碍发生机制的研究进展。     

花生连作土壤微生物区系变化研究

通过盆栽试验研究了不同连作年限花生根际及非根际土壤微生物区系变化。结果表明,随着连作年限的增加,花生根际及非根际土壤中的细菌、放线菌数量明显减少,真菌数量明显增加。4个处理根际土壤中细菌数量在整个生育期的变化均为先上升后下降的单峰曲线,不同之处为连作5年在结荚期时达到峰值,其他3个处理峰值出现在花针期。连作1年花生根际土壤中真菌数量动态变化曲线为先上升后下降再上升,峰值出现在花针期。其他3个处理均为先上升后下降的单峰曲线。CK和连作3年根际土壤中放线菌在整个生育期的菌量动态变化曲线较为一致,总体上均呈现先上升后下降的趋势,峰值均出现在结荚期,连作1年和5年的动态变化曲线较为一致,总体均呈现先上升后下降再缓慢上升的趋势,峰值均出现在花针期。     

烟草连作障碍研究进展

烟草因连作种植导致产量和品质的下降已成为当前烟叶生产中面临的全国性难题。本文以连作对烟草的危害为切入点,从烟田土壤营养失调、根系中化感自毒物质积累、土壤生物学环境恶化等角度阐述了烟草连作障碍的产生机理,介绍了当前消除烟草连作障碍的主要调控措施,并对烟草连作障碍领域的研究及技术发展方向进行了展望。     

自毒作用与连作障碍

自毒作用是连作障碍的发生机制之一,该作用主要是由有机酸、醛类芳香酸、香豆素、醌类、生物碱和类萜等植物次生代谢产物及其分解产物所引起的。其作用机理包括增加细胞膜膜通透性、降低酶活性、抑制植物的养分吸收等。相应的矫治措施主要有合理施肥、施用微生物制剂、嫁接、轮作和间套作等。本文综述了自毒作用在连作障碍中的作用机制以及相应的矫治措施。     

连作对花生根系分泌物化感作用的影响

采用连续收集法提取连作5 年、3 年和轮作处理的花生结荚期根系分泌物, 研究其对土壤微生物及花生种子发芽、幼苗生长发育和细胞膜过氧化的化感作用及连作对花生根系分泌物化感作用的影响。结果表明,花生结荚期根系分泌物对花生根腐镰刀菌36194 菌丝的生长、叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性及丙二醛(MDA)含量存在促进作用, 对固氮菌14046 的生长, 花生种子胚根的伸长、幼苗的苗高、茎叶鲜重、根系鲜重、叶片叶绿素含量等有抑制作用, 促进和抑制作用均随根系分泌物添加浓度和连作年限的增加呈增强趋势。连作花生结荚期根系分泌物化感物质在土壤中的累积, 很可能是导致花生连作障碍的原因之一。     

磷石膏专用复混肥缓解红壤花生连作障碍效果

红壤长期连作花生产生严重连作障碍,影响花生生产。本试验研究磷化工废弃物在缓解花生连作障碍上的效果,采用磷石膏与化学氮肥、化学磷肥、化学钾肥不同比例制成磷石膏专用复混肥,施用于中科院江西红壤生态试验站花生连作田块,考察对红壤养分及花生生理性状及产量的影响。结果表明: 施用含磷石膏专用复混肥比使用常规复合肥处理增产3.5-45.1%,土壤中的全氮、速效氮、和速效钾含量升高,植株全N、P、K含量均有提高,施用磷石膏专用肥可以有效缓解红壤地区花生连作障碍。     

连作障碍产生机理及防控现状

由于我国人口的迅速增长、耕地资源限制和粮食作物产区相对比较集中等各种因素的共同影响,在农业生产中作物长期连作已经形成了一个较为普遍的发展态势。随着连作年限的增长,作物的生产受到不同程度的影响,因此由连作所引发的一系列连作障碍已成为制约农作物生产可持续发展的一个重要原因,并引起了全球各方的广泛重视。许多作物在长期连作模式中都会发生连作障碍,这主要是由于植物的自毒作用、土壤中致病微生物的增殖、微生物区系失衡和土壤理化性质的劣变所引起的,目前科研工作者们根据连作障碍重要因子研究出了多种绿色有效的生物防控方法,主要通过研制生物菌剂、有机肥、土壤强还原措施以及噬菌体疗法等来防控连作障碍,各项试验证明这些方法都是切实有效的,而且绿色环保,符合我国绿色可持续发展理念。鉴于此,本综述针对目前连作障碍产生的主要因素,以及近年来提出的防控连作障碍的各种措施进行了阐述,并对该领域未来的研究方向进行了展望,为之后的连作障碍研究提供理论依据,以期克服作物连作障碍难题,促进新农业的健康可持续发展。     

三氯异氰尿酸对马铃薯连作障碍土壤微生物群落组成的影响

采用盆栽试验,选择三氯异氰尿酸(TCCA)为土壤消毒剂,研究不同施用量TCCA对马铃薯连作障碍土壤微生物群落组成的影响。TCCA施用量设置分别为：0(CK),30 kg/hm²(S₃₀),60 kg/hm²(S₆₀)和120 kg/hm²(S₁₂₀)。结果表明：与CK处理相比,S₆₀和S₁₂₀处理显著提高土壤p H(P<0.05),分别提高0.15个和0.26个单位;显著增加土壤可溶性有机碳含量(P<0.05),增幅分别为30.4%和83.5%;显著提高土壤铵态氮含量(P<0.05),分别提高3.3倍和9.7倍。同时,S₆₀和S₁₂₀处理显著影响了土壤微生物优势菌属的相对丰度(P<0.05)。与CK处理相比,在门水平上,S₆₀和S₁₂₀处理下土壤变形菌门(Proteobacteria)的增幅达55.3%...     

连作条件下不同施肥处理对设施黄瓜产量和品质的影响

研究了连作条件下不同施肥处理对设施黄瓜产量和品质的影响。结果表明:在连作条件下,农民传统施肥和不施肥均会造成黄瓜产量下降、品质变劣。合理施肥能够相对减小产量的降幅,提高黄瓜的品质。随着设施黄瓜连作年限的延长,农民传统施肥黄瓜产量、Vc、可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸、有机酸含量均降低,黄瓜果实硝酸盐含量不断增加。减施氮磷肥、增施钾肥有机肥及优化施肥黄瓜产量降低,Vc、可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸、有机酸含量均升高,黄瓜果实硝酸盐含量降低。综合产量和品质两个因素,优化施肥效果最佳,与农民传统施肥相比,产量降幅减小74.7%,Vc、可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸、有机酸含量分别提高39.6%、17.7%、29.3%、53.0%、20.7%,黄瓜果实硝酸盐含量降低20.6%。     

持续施用生物有机肥对花生产量和根际细菌群落的影响

为了揭示集约化经营制度下施用生物有机肥对花生连作障碍的调控,采集旱地红壤进行了连续5 a的盆栽试验,试验处理包括:花生–玉米轮作、施用化肥的花生连作和施用生物有机肥的花生连作,探究持续施用生物有机肥防控花生连作障碍的根际微生态机制。结果显示,相比于轮作,施用化肥的连作花生产量显著降低;相比于连作花生施用化肥,持续施用生物有机肥可以显著缓解连作花生产量降低的问题,施用有机肥第5季荚果干重提高27%。与施用化肥的连作处理相比,持续施用生物有机肥显著增加了花生根际细菌多样性和丰富度,与轮作花生处理无显著差异;持续施用生物有机肥显著提高了连作花生根际变形菌门和拟杆菌门的相对丰度,降低了厚壁菌门的相对丰度;属水平上,花生根际促生菌Rhizobium,Mesorhizobium和Bradyrhizobium的相对丰度较化肥处理分别提高了295%、89%和40%,而Leifsonia和Burkholderia的相对丰度分别降低了67%和47%。冗余分析进一步发现,土壤有机质和p H是根际细菌群落结构改善的重要理化因素。这表明持续施用生物有机肥可以改良红壤理化环境(如p H和有机质含量),进而优化连作...     

连作和轮作模式下花生土壤微生物群落不同微域分布特征

根际微生物区系失衡是作物连作障碍发生的重要原因,而不同的种植管理模式下作物极可能选择特定的根际微生物群落减缓或加重连作障碍。采用经典可培养技术和分子分类方法,分析连作和轮作体系下花生根表、根际及非根际土壤微生物群落变化规律及其与连作障碍之间的关系。结果表明:与轮作相比,连作栽培模式下花生荚果产量降低45.8%、根瘤数减少57.5%、植株生物量下降24.1%;相应的青枯病和根腐病病情指数分别增加至2.93倍和2.43倍。轮作和连作两种管理方式下,土壤细菌和真菌数量均呈明显空间分异规律,从"根表—根际—非根际"显著下降,尤其根表微生物数量是根际微域的2.83倍～329倍。进一步分析则发现,轮作和连作条件下花生根表微生物的数量差异最大,细菌约为1.06倍～3.28倍、真菌约为1.14倍～14.44倍,这种差异明显高于轮作和连作花生在根际和非根际微域上的差异,表明根表微生物群落受花生根系生理代谢活动影响最大,与连作障碍关系最为密切。针对可培养微生物菌群的分子鉴定则表明,轮作花生根表有益微生物主要包括假单胞菌(Pseudomonas sp.)、白地霉(Geotrichumcandidum),其比例明显高于连作,而连作花生根表的病原菌比例则明显高于轮作,包括踝节菌(Talaromyces sp.)、黑曲霉(Aspergillus niger)、粉红粘帚菌(Clonostachys rosea)和沙雷氏菌(Serratia sp.)等。这些结果表明连作种植模式有利于病原真菌在根表定殖,抑制了有益细菌的生长,可能是花生连作障碍下土传病害大幅上升的重要原因。     

连作对花生土壤酶活性、养分含量和植株产量的影响

通过盆栽试验,设置4个不同连作年限处理,研究连作对花生栽培种桂花17和野生种A.correntina土壤酶活性、养分含量和植株干物质产量影响的差异。结果表明:与对照相比,两个花生品种不同连作年限土壤有效养分含量和植株干物质产量均降低,A.correntina相比桂花17下降幅度小。桂花17各连作年限处理土壤的脲酶、转化酶、酸性磷酸酶活性随连作年限的增加有下降的趋势,处理间变幅大。而A.correntina各生育期土壤的脲酶、转化酶、酸性磷酸酶活性总体表现无一致性上升或下降的规律,处理间变幅小。两个花生品种在不同的连作年限间的过氧化氢酶活性的变化无规律性。连作条件下,花生野生种A.correntina的土壤理化和生物学性状的变化幅度更小。