连作障碍的成因

君子务农安根 2024-05-11 21:06:37

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1土壤养分及酶活力失衡

土壤中养分对作物生长发育至关重要,由于种植的不同作物生长所需营养元素的种类和数量不同,对肥料及养分尤其是微量元素会选择性吸收,长期连作会造成土壤养分不均衡,使作物体内养分比例失衡,进而影响植物的正常生长发育;而作物不需要的营养元素会在土壤中积累,发生土壤盐渍化现象,进而导致连作障碍的发生。

对不同作物在连作条件下土壤养分变化的研究表明,胡椒土壤中钙、镁、硼、铁的含量,以及棉花土壤中钼、锌、铜的含量都随连作年限增加而显著下降。

由于在设施栽培中,常施用氮肥和磷肥,导致作物出现抗性降低和生理性缺素现象;例如番茄缺钙会出现脐腐病、氮多缺钾会出现筋腐病、磷多缺硼会出现裂果病等症状。土壤酶活性是评价土壤生产力、肥力、生物活性的重要指标,可反映出不同时间、不同条件下土壤质量状况,随连作年限增加,土壤酶活性受到显著影响。土壤中酶活性越高,植株抗性越强,但连作会使过氧化氢酶、脲酶、磷酸酶等土壤酶活性降低,进一步加剧连作障碍。随着马铃薯连作年限的增加,土壤中转化酶和过氧化氢酶活性显著下降。花生连作3年后,土壤中速效磷、速效钾和速效硼的含量较轮作土壤中分别减少52.9%、40.6%和53.8%。

2植物根系分泌物的化感作用

随连作时间延长,作物自身化感物质的增加越显著。化感物质可以促进或抑制作物各个时期的生长发育和种子萌发的过程,是引起连作障碍和影响作物健康生长最主要的因素。化感物质的主要作用方式之一是通过加速过氧化速率损伤细胞膜,破坏细胞膜的完整性。研究表明,赤藻在被化感物质攻击后,细胞膜丧失完整性,抑制赤藻生长。化感物质还可以通过给病原微生物提供碳源,促进病原菌繁殖,减弱某些有益菌的拮抗作用,从而造成土传病害。

连作状态下药用植物根系分泌物中有机酸类化感物质在土壤中大量积累,其含量变化与植物健康状态密切相关。一方面根系分泌物可以增加土壤养分的有效性,利于植物对养分吸收。另一方面,根系分泌物会刺激有害微生物的生长繁殖,进而产生连作障碍。

3植物根系分泌物的自毒作用

自毒作用是作物连续种植多年的情况下,通过作物残体与病原微生物的分解代谢以及根系分泌物释放一些有害有毒的物质,影响光合作用,改变酶活性及微生物区系,对植物的生长产生抑制作用,增加病害发生率,甚至造成植物死亡。自毒作用是影响作物健康生长的最主要的因素。

研究表明,自毒物质为植物根系次生代谢产物及其分解产物,例如有机酸、水杨酸、生物碱和萜类物质等,而连续种植同种作物,会增加自毒物质的积累,从而影响作物根系分泌物的代谢;也证实了番茄、黄瓜、甜瓜、苹果等作物易产生自毒作用。在连作条件下,土壤中植物毒素与有害微生物之间的相互作用也是自毒物质来源之一;酸雨改变了土壤pH,导致作物分泌不良物质,这些物质与自毒物质相互作用,形成连作障碍。

(安根团队摘自张胜男等:连作障碍土壤改良措施研究进展)

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