连作障碍 群体感应

1、连作障碍succession cropping obstacle 狭义的连作是指在同一块地里连续种植同一种作物(或同一科作物)； 广义的连作是指同一种作物或感染同一种病原菌或线虫的作物连续种植。 同一作物或近缘作物连作以后，即使在正常管理的情况下，也会产生产量降低、品质变劣、生育状况变差的现象，这就是连作障碍。 连作的危害性病虫害加重设施连作后，由于其土壤理化性质以及光照、温湿度、气体的变化，一些有益微生物(铵化菌、硝化菌等)的生长受到抑制，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坏，这样不仅导致肥料分解过程的障碍，而且病虫害发生多、蔓延快，且逐年加重，特别是一些常见的叶霉病、

2、灰霉病、霜霉病、根腐病、枯萎病和白粉虱、蚜虫、斑潜蝇等基本无越冬现象，从而使生产者只能靠加大药量和频繁用药来控制，造成对环境和农产品的严重污染。 土壤次生盐渍化及酸化设施栽培施药量大，加上常年或几乎常年覆盖改变了自然状态下的水分平衡，土壤长期得不到雨水充分淋浇。又要是温度较高、土壤水分蒸发量大，下层土壤中的肥料和其他盐分会随着深层土壤水分的蒸发，沿土壤毛细管上升，最终在土壤表面形成一薄层白色盐分即土壤次生盐渍化现象。据有关部门测定，露地土壤盐分浓度一般在3000mg/kg左右，而大棚内常可达7000-8000mg/kg，有的甚至高达20000mg/kg。同时由于过量施用化学肥料，土壤的缓冲能力

3、和离子平衡能力遭到破坏而导致土壤PH值下降，即土壤酸化现象。造成土壤溶液浓度增加使土壤的渗透势加大，农作物种子的发芽、根系的吸水吸肥均不能正常进行。 植物自毒物质的积累这是一种发生在种内的生长抑制作用，连作条件下土壤生态环境对植物生长有很大的影响，尤其时植物残体与病原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，最后导致自毒作用的发生。 元素平衡破坏由于蔬菜对土壤养分吸收的选择性，单一茬口易使土壤中矿质元素的平衡状态遭到破坏，营养元素之间的拮抗作用常影响到蔬菜对某些元素的吸收，容易出现缺素症状，最终使生育受阻，产量和品质下降。“作物连作障碍与调控技术”研究小组 &

4、#160; 随着我国经济的快速发展，人民生活水平的提高，人均相对的能量消耗增加了许多，表现在对豆、蛋、奶、肉以及蔬菜等需求大量增加。在这种前提下，许多产品尤其是大豆、花生供不应求。蔬菜面积持续快速增长，据农业部统计，2002年全国蔬菜播种面积约为1700多万公顷，总产可达5.2亿吨，其中出口450万t，仅占0.86%。目前，全国蔬菜保护地面积已达120多万公顷，其中日光温室约35万公顷。可是，在大豆、花生、蔬菜生产过程中都存在类似现象，即农民或农场往往在同一地块连续多茬种植相同作物（连作）。在此种植方式下，植物往往表现出生长不良，产量降低和品质变劣，病虫害发生频繁，这种现象被称作连作

5、障碍。既然如此，为什么老百姓仍然选择连作的种植方式呢。据我们调查，不同作物问题不相同。对大豆来说，东北地区连作障碍比较严重。当地农民通常将采用玉米、小麦分别与大豆轮作以解决大豆的连作障碍问题。由于东北小麦品质较差、玉米和大豆的价格比波动、大豆田间管理成本低等因素的影响，即使由于连作障碍的存在和对其的防治导致成本增加，但种植大豆的利润仍然高于小麦和玉米，因此，在此情况下老百姓仍然选择种植大豆。大豆的连作生产方式依然是大豆生产的主要栽培方式，大豆连作障碍问题将长期存在，而有关该方面的研究更应该得到深入开展。据调查，以下因素是造成蔬菜连作客观存在的主要原因：1、蔬菜生产中的地域品牌效应，如某乡因盛产

6、黄瓜而被誉为黄瓜乡，如若生产番茄则可能出现滞销造成利润下降的情况。2、由于蔬菜生产技术含量高，大部分菜农只掌握1种蔬菜的种植技术，我们发现由于栽培技术的原因，在出现黄瓜连作障碍田块上，菜农改种番茄收入反而减少后，不得不再次种植黄瓜的现象。3、保护地蔬菜成本相对较高，即使轮作也只能在几种蔬菜之间进行。但是，有的土传病害如根结线虫寄主范围很广，包括黄瓜、茄子、西红柿等多种植物, 一旦土壤中出现此类线虫，采用蔬菜之间的轮作并不能有效控制根结线虫对植物的危害问题。因此，在保护地蔬菜的种植中连作在相当长的一段时间仍将存在，而由此导致的蔬菜连作障碍问题将更为突出，事实上它已经成为制约我国保护地蔬菜可持续发

7、展的瓶颈问题。 无论是大豆还是蔬菜生产中存在的连作障碍问题，已经成为我国农业生产中切实存在的非常值得关注的焦点问题。为了解决连作障碍，农民更多的是投入肥料，事实证明肥料的投入并不能解决问题，反而造成土壤的盐渍化和肥料的浪费，甚至有肥料被淋洗而污染地下水，危及生态环境安全和居民身体健康。同时，在连作的栽培方式下，病虫害发生严重，如蔬菜的菌核病、霜霉病、根结线虫等。在此情况下，农民大量使用甚至滥用农药，农药残留增加而有危害消费者身体健康的危险，如已经有多起居民食用韭菜中毒的报道。农药残留和硝酸盐超标已经成为是老百姓非常关心的事情。1995年以来，中国农业大学植物营养系“作物连作障碍机制和调控技术的

8、研究”课题组一直对大豆、黄瓜、茄子、西瓜等作物的连作障碍机制和调控技术的研究。 初步的研究结果有：利用网袋法对不同连作年限的大豆根系进行观察发现，连作条件下根系形态发生明显的改变，根瘤数、总根长等下降，表明连作条件下，苗期根系发育不良，植物的抗性降低，这可能是造成大豆连作障碍的最原处原因。 田间土壤灭菌后大豆生长得到明显的改善，说明土壤生物因素是大豆连作障碍的重要原因。不同规格的滤膜分割试验证明土壤病原线虫大豆胞囊线虫、土壤微生物是造成大豆减产的主要原因之一，线虫的危害非常值得关注。同时也证明大豆连作过程中，由于各种途径产生的自毒物质对大豆造成的自毒现象的存在。 盆栽试验发现连作土壤室温下96

9、小时内即对大豆发芽有显著的抑制作用以及常规用量下（1.5%）豆粕完全一致大豆发芽，再次证明连作障碍自毒物质的存在。结合生物实验对大豆根残体腐解产物分离、纯化、鉴定，得到自毒物质之一对（间）羟基苯乙酸。深入研究表明，对（间）羟基苯乙酸抑制植物培根伸长，侧根萌发，使植物的DNA熔点温度大幅度升高。使多种蛋白表达明显受到抑制。 在机理研究开展的同时，我们也进行了连作障碍调控技术研究。对植物生长调节剂、杀菌剂和微量元素进行最优化筛选，我们研制成功大豆调控剂1号， 并在黑龙江成功地进行了1000亩的推广试验，效果良好。同时，经过4年多的时间，我们对多种植物源材料进行筛选，结合黄瓜生物试验对活性物质进行分

10、离纯化，并对其结构进行鉴定，进一步试验证明该活性物质对保护地蔬菜的连作障碍有显著的改善作用，目前已经对关键技术“蔬菜连作障碍调控剂”进行专利申请。本课题组近年来发表10多篇论文：   1) 阮维斌等. 根际微生态理论与连作障碍. 中国农业科技导报, 1999，4:53-58. 2) 阮维斌等. 接种大豆胞囊线虫对大豆苗期生长的影响. 应用与环境生物学报, 2000，1:24-27. 3) 阮维斌等. 溴甲烷灭菌对大豆苗期根系生长的影响. 生态学报，2001，21（5）:759-764 4) 阮维斌等. 高效液相色谱法检测与化感现象相关的五种酚酸. 应用与环境生物学报,  2

11、001,7(6):609-612. 5) 阮维斌等. 分根法研究连作条件下大豆根系的生长. 大豆科学，2001，20（3）：183-186. 6) 阮维斌等. 根际微生态系统中的大豆胞囊线虫. 植物病理学报, 2002，32（3）：200-205，213. 7) 阮维斌等. 连作障碍因素对大豆养分吸收和固氮作用的影响. 生态学报，2003，23（1）：22-29. 8) 阮维斌等. 两种羟基苯乙酸对大豆萌发的化感效应. 应用生态学报，2003，14（5）：785-788.9) 阮维斌等. 营养液条件下油酸对黄瓜幼苗生长的影响. 华北农学报， 2003，18(1):88-91. 10) 阮维斌等

12、. 饼肥对连作条件下黄瓜生长的影响及其机制初探. 中国农业科学，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) 汪立刚，王玉，华天懋，王敬国，张福锁，阮维斌. 土壤灭菌对大豆的增产效果及其机理探讨. 西北农业学报，2001,10(1):67-71 13) 汪立刚, 武继承，王敬国，张福锁，阮维斌. 平衡施肥对重茬大豆幼苗生理及生长的影响. 大豆科学， 2001，20（3）：235-237 承担课题情况： 国家九五科技攻关“重中之重”项目大豆课题“重迎茬大豆根系分泌物和微生物代谢产物的毒害和调控措施的研究”； 国家自然科学基金项目：“化感物质对连作大豆的毒害机理与调控”。 天津市自然科学基金“天然活性调节物质的分离及农业应用”（编号：013614611）。 国家科技部863项目“可控环境下蔬菜生育障碍防治技术与配套产品”（2001A A247031）。研究小组固定