烟草种植连作障碍产生的原因及防治对策

摘要 烟草种植的连作障碍是烟草生产的难题之一，并严重影响到烤烟产量与质量的进一步提高。烟草作为我国重要的经济作物，因连作障碍造成的损失比重有逐年增加的趋势，解决烟草连作障碍是烟草生产可持续发展的关键所在。本文概述了烟草连作障碍在烟草生产中的表现，分析了连作障碍产生的主要原因，介绍了当前烟草连作障碍治理的技术和方法，并对烟草连作障碍的研究及技术发展提出展望，以期为更好了解和解决烟草连作障碍提供科学的理论和依据。

关键词 烟草；连作障碍；表现；原因；防治对策；展望

中图分类号 S572 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）04-0054-03

Abstract Tobacco successive cropping obstacle is one of the problems in tobacco sustainable production and development. It exerts a great influence on yield and quality of flue-cured tobacco. Tobacco is one of the most important cash crops in China. Economic loss induced by the successive cropping obstacle has an increase trend year by year，accordingly，it is important to deal with tobacco successive cropping obstacle. In this paper，the performance and reasons of tobacco successive cropping obstacle were described，the governance technology and methods of tobacco successive cropping obstacle were introduced，in order to provide scientific theory and basis for understanding and solving tobacco successive cropping obstacle.

Key words tobacco；successive cropping obstacle；performance；reason；control countermeasure；expectation

连作障碍主要是指在正常的农业管理措施下，连续多茬在同一块土壤中种植相同作物或同科作物而造成作物各种病虫害频繁发生、生育状况差、品质变劣、产量降低的现象。在欧美国家，把这一现象称为再植病害（replant disease）或再植问题（replant problem），我国常称为“重茬问题”[1]。随着人口的增加，受栽培生产条件、经济利益的驱动、耕地有限等因素的影响，连作和复种连作的面积日趋加大，加重了连作障碍。发生连作障碍的作物以茄科作物（辣椒、西红柿、烟草等）为主，瓜类、豆类、以根部入药的药用植物等表现也很突出。连作障碍是一个复杂又难以解决的历史性问题，长期以来一直是国内外农业發展中亟需克服的重点与难点[2]。烟草作为我国重要的经济作物之一，每年全国在烟草方面的税收占到全国财政收入的10%左右，在我国国民经济中占有十分重要的地位。由于目前我国人多地少，加上粮烟土地的竞争等状况，连作成了我国烟草生产的障碍。据统计，我国每年烤烟的连作面积占到烤烟总种植面积的30%～60%[3]。因此，研究烟草连作障碍产生的原因，探寻连作障碍的治理措施对我国烟草生产的可持续发展具有十分重要的意义。

1 烟草连作障碍的表现

1.1 对烟草生长状况和农艺性状的影响

连作生产对烟草的影响首先表现在对烟草田间长势和农艺性状的影响方面。晋 艳等[4]研究表明，烟草长期连作会导致烟株的株高、茎围、节距、叶面积系数、产值、产量等较轮作均有不同程度的下降。张长华等[5]研究也表明，随着烟草连作年限的增加，烟茎、烟根和烟叶重量都呈明显降低趋势，可见连作不利于烟草的生长发育。

1.2 对烟草经济性状与内在化学品质的影响

通常，烟草连作对烤烟产量和品质的影响要滞后于对田间长势的影响。赵 凯等[6]通过研究连作年限对烟草产质量的影响发现，连作1年对烟叶上中等烟比例和内在品质不会产生很大的影响，但连作3年以上，会显著降低上中等烟比例和烤烟内在品质，施木克值（水溶性总糖/蛋白质）、糖碱比、氮碱比、钾氯比均呈现出减少的趋势，各种主要化学成分同时趋于非协调性，与晋 艳等[7]的研究结论基本一致。Yu等[8]研究发现，随着重茬年限的增加，烟草的产量、质量与各种主要化学品质指标均呈现下降的趋势，如烟叶中的总糖、还原糖及钾素含量都有不同程度的下降，从而导致烟叶的香气量减少，香气质变差。可见，连作不利于烤烟品质的保障。

1.3 对烟草抗病虫害的影响

长期的烟草连作会加剧各种病虫害的发生，同时降低烟草的抗病虫害能力，从而为烟草的很多病原物提供了生长环境与空间。研究发现，烟草的病虫害随连作年限的增加而迅速增加，但是间隔种植可以降低病虫害的发病率[9]。如烟草黑胫病在连作田间的发病率最高可达99%，而在间隔种植的田间发病率均有不同程度的下降，3年两作的发病率较4年两作、5年两作的发病率分别要高5、8倍[9]。由此可见，烟草黑胫病发病率不仅与连作年限有关，同时也与连作间隔时间相关[10]。其他烟草害虫如地老虎、金针虫、线虫等，也与烟草连作有着显著的相关性，连作年限越长，虫害越严重。虫害的增加阻碍了烟苗生长与烟株发育，破坏了烟叶根系的土壤环境，导致烟株发育不良甚至死亡。

2 烟草连作障碍的原因

2.1 土壤微生物区系及土壤微域环境的变化

土壤中的微生物主要由真菌、细菌、放线菌、藻类等活的有机体构成，并且随着土层深度及成土环境的变化，土壤中微生物的种类和数量也有着显著的差异。土壤微生物通过矿化、硝化、氨化及氧化等理化反应，进一步加速土壤中有机物质的分解和养分的迁移。细菌、真菌和放线菌作为三大主要土壤微生物体，能够表征土壤肥力及活性的微弱变化。研究发现，随着连作年限的增加，土壤中细菌数量减少而真菌和放线菌的数量增加[11]。盘莫谊等[12]研究表明，土壤细菌、真菌和放线菌的数量均随连作年限的增加而表现出上升的趋势，但土壤中的微生物总量却呈下降趋势；土壤微生物与烟草连作有着不同的响应机制，烟草连作对微生物种类影响的程度由高到低为细菌>真菌>放线菌。陈冬梅等[13]报道，白肋烟连作会导致烟根部位土壤微生物群落的失衡，使土壤微域环境恶化。郭 利等[14]表明，连作年限对烟田土壤微生物数量有着明显的时间划分，例如连作年限以10年为节点，少于10年的，土壤中的细菌数量随年限增加而增加；多于10年的，则呈相反的趋势；而超过15年的，真菌与放线菌数量均随着连作年限的增加而增加。胡汝晓等[15]研究也表明，烟草连作少于5年时，土壤中微生物种类及活性差异不明显；而超过10年时，土壤微生物的活性明显降低。薛小平等[16]认为，连作明显阻碍了烟苗的发育及烟株的生长。由此可见，烟草连作对土壤微生物的种类、数量及土壤微域环境的影响机制与连作年限及间隔显著相关，同时可能也与耕作及施肥方式等有间接关系[17]。

2.2 根系的化感与自毒作用

作物根系的分泌物是作物生长过程中根部不同部位向土壤中释放的一类物质的总称[18]。这一类物质包括各种细胞及组织的脱落物、根部黏液物及分泌的有机酸易溶物，甚至包括土壤酶类等其他物质。作物根系分泌物能够促进土壤养分的迁移及转化，降低有关重金属等物质对作物本身的毒害，影响作物之间的化感作用[19]。这些根系分泌物积累到一定量时就会对作物生长产生抑制作用，其中以低分子量的酚酸类分泌物影响最为显著[8]。于会泳等[20]研究结果表明，对烤烟根系起化感作用的物质具有累积性，尤其随着连作年限的延长，土壤中的化感物质随之增加且不易转化，其中对烟草化感作用最强的物质为苯甲酸，而化感作用较弱的为羟基丁酸，但也不能排除其间接影响作用。郭亚利等[20]指出，烤烟幼苗的生长发育会受到根系分泌物明显的抑制作用，同时降低了幼苗根系对NO3-和K+的吸收速率，从而降低了幼苗的微生物量。张克勤等[20]研究发现，连作田间土壤较易累积阿魏酸及肉桂酸，而阿魏酸属于具有明显生物毒性的酚酸类，同时阿魏酸的分泌速率均高于其他生物毒性的酚酸类，表明阿魏酸属于烤烟连作的主要生物毒素。根系分泌物的化感与自毒作用会随着根系分泌物数量的增加而呈上升的趋势，而化感与自毒作用会在土壤中不断累积影响当期甚至下茬作物的生长。酚酸类分泌物会抑制土壤硝化过程和氮素形态的转化，破坏细胞的完整性，抑制过氧化氢酶与过氧化物酶的活性，抑制作物根系对土壤养分的吸收，减少作物光合产物与叶绿素含量[21]。

2.3 连作造成土壤养分含量的失调和土壤酶活性的变化

作物常常是选择性地吸收土壤中的养分；另一方面，随着不同作物的根系在深度上分布的深浅不一，长期的连作还会导致作物长期吸收固定土层中的养分，造成在同一土层中某些养分的缺乏，从而引发作物的营养不良、生长迟缓甚至停止生长或死亡。何俊瑜等[22]通过研究不同连作年限的烤烟根际与非根际土壤养分发现，在烤烟整个生育期，烤烟根际、非根际土壤pH值及非根际土壤有机质均呈先降低后增加的趋势，而根际土壤有机质含量则呈現出递增趋势；根际与非根际土壤全钾、速效钾、全氮、碱解氮含量总体上均不同程度地呈现出先降低后增加而后再降低的变化趋势；根际土壤全磷含量呈先升后降的趋势，非根际土壤全磷含量呈缓慢下降趋势；根际土壤全钾含量、速效钾、速效磷及非根际土壤速效磷含量则呈现先增加后降低趋势。随着烤烟连作年限的增加，烤烟根际和非根际土壤pH值均呈下降趋势，其中根际土壤pH值低于非根际土壤；根际与非根际的土壤有机质、全氮、全磷、全钾及速效氮、速效磷、速效钾含量均呈现出增加的趋势，而根际土壤有机质、全氮、全磷、全钾及有效态氮、有效态磷、有效态钾含量均高于非根际土壤。烤烟根际和非根际土壤有效态氮、有效态磷、有效态钾比例随连作年限的增减及生育期进程的推进而呈上升趋势，主要的影响表现在烤烟连作导致根际、非根际土壤中有效态氮、有效态磷、有效态钾比例的失调，其中速效氮、速效磷变化较小且稳定性较好，而根际土壤速效钾含量则出现显著下降。刘 方等[22]研究发现，正常施肥条件下的土壤速效养分累积以磷离子、硫离子最多，而钙离子、镁离子易流失。然而植烟土壤中元素富集与缺失易导致养分的失衡，从而抑制了烟株的正常生长发育[23]。王连君等[24]研究也发现，土壤中的硝态氮、铵态氮和有效磷含量均随烤烟种植年限的增加而呈现出不同程度的累积，而速效钾含量则表现出相反的趋势。何 琳等[25]指出，连作障碍与土壤耕层有着显著相关，在0～20 cm土层，土壤中有机质、氮、钾含量均随连作年限增加而呈现出不同程度的累积；在20～40 cm土层，土壤中氮、磷、钾含量均随连作年限增加而呈现出呈现不同程度的亏缺；同时，硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾含量在0～20、20～40 cm土层中的分布出现了失衡。土壤微量元素的活性与丰度也随着连作年限的增加而出现不同程度的变化。土壤中微量元素的活性主要与pH值有关，土壤中的Fe和Zn的有效性在酸性土壤中较强，而Mo的活性在中性、碱性土壤中较高，这一系列的变化都会造成作物根系对微量元素的吸收变化[26]。

土壤酶作为土壤肥力的重要指标，是促进有机质与矿物质矿化的主要动力，同时能够促进土壤的养分迁移与循环[27]。娄翼来等[28]发现，连作烟田的主要障碍因子是土壤酶活性下降。张 翼等[29]研究表明，随着烟田连作年限的增加，土壤中一些重要的土壤酶活性均呈降低趋势，其中包括酸性磷酸酶、蔗糖酶及脲酶等。于 宁等[30]研究发现，连作烟田土壤中的过氧化氢酶、脲酶、转化酶、中性磷酸酶活性均有不同程度的下降。贾新民[31]研究结果表明，土壤中多糖含量降低，也会影响酶活性。此外，土壤酶的活性受根系分泌物和根际微生物活动的影响也很明显。另一方面，由于pH值的变化、土壤的酸化或盐渍化，作物对肥料吸收的选择性甚至微生物数量和丰度的变化，都会直接或间接地造成土壤中酶活性的变化[32]。

3 烟草连作障碍的防治对策

3.1 实行合理的耕作制度

合理地实行轮作制度能够有效防止连作障碍的发生。轮作能够改良土壤结构、提高土壤肥力和改善土壤微域环境[33]。通过特殊方式的轮作，能够明显降低土壤中的病原菌数量。董 艳等[34]研究结果表明，轮作能够显著增加土壤中细菌及放线菌数量、调节微生物总量、控制细菌与真菌的比值，从而有利于解决连作障碍的发生。有些研究则认为，可以采用间作与套作的方式来解决连作障碍的问题[35]，不仅可以提高土壤养分与增加微生物丰度、活性，而且对防治病虫害也有显著的效果[36]。通过轮作和田间套作，使一些土传病害失去滋生的空间，能够为烟草生长提供良好的微域生态环境。徐国祥等[37]研究表明，通过烟稻复种能够进一步均衡土壤中的各种养分，从而克服连作障碍，实现烟草—粮食的增产增收。

3.2 选育和栽种抗病品种

选育和种植抗连作病害的品种也可以克服连作障碍。培育一些抗自毒作用的品种是一种防止连作障碍发生的新途径；同时，研究连作土壤较易发生的病虫害，针对性地选育与栽种抗连作病害的品种，从而增加作物的产量，提高作物的品质。当前，利用品种间的差异性化感作用来解决连作障碍已经成为一种行之有效的途径。

3.3 培肥及改良土壤

通过合理施肥及改良土壤能够减轻连作障碍。由于长期施用化肥易导致土壤发生酸化、板结、盐渍化等退化问题。在合理施用化肥的前提下增加有机肥的用量，不仅可以提高土壤养分含量，还可以改良土壤结构。由此可见，合理地搭配氮、磷、钾及各种微量元素，实施有机+无机的配施模式，是培肥与改良土壤及提高土壤肥力、地力的重要手段。

3.4 物理、化学及生物防治措施

目前，物理与化学防治技术是一种简单而直接的针对性防治技术。通过彻底拔除烟田病株，周期性使用石灰消毒烟田，可以防止一些土传病害及恶性病虫害的发生；清理带病烟叶及对田间常见性害虫进行诱杀或捕捉，可以有效地减轻病虫害的发生程度。针对烟草大田生育期进行的大规模及常见性病虫害可以喷洒化学试剂，在一定程度上减少病虫害的发生和危害程度。

生物防治技术一种新兴的防治农作物病虫害的措施。如通过接种一些有益微生物，可以分解根系的分泌物质，减轻作物的化感自毒作用，可以提高作物产量，增加土壤中微生物的丰度与活性。有益的微生物能够与特定的病原菌对养分和空间进行针对性竞争，以及分解一些土传病原菌等途径来减少病原菌的数量，从而减轻连作障碍的发生[38]。

4 展望

连作障碍是制约烤烟产量和质量提升的关键因素之一。连作障碍的发生与土壤的理化性状、土壤酶活性、根系分泌物、土壤微生物的变化有着紧密联系。然而，当前对烟草连作障碍的研究主要是集中在土壤养分状况与病虫害等方面，然而根系分泌物、土壤微生物及土壤酶活性对连作障碍发生的影响有着不可忽视的作用，同时对连作障碍的机理研究还有待深入。加强对根系分泌物的种类、数量等的认识，研究烟草根系分泌物质与相关土壤养分状况、土壤酶活性及土壤微生物之间的作用机制，从而为烟草生长提供良好的土壤环境。从治理措施上看，一方面，存在合理施肥、耕作和病虫害防治等传统的防治方法；另一方面，有开发出的微生物调控肥料、生物农药及土壤健康调理新技术，2种类型的防治措施均各有优缺点，仍需要进一步深化与集成更加高效的治理技术。因此，通过深入研究明确烟草连作障碍的产生机理，研发出连作障碍的各项农艺、化学和生态调控措施，加快土壤综合治理技术的配套集成与推广力度，可能是解决烟草连作障碍的最佳途径。

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