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        平江縣白術(shù)連作障礙的原因及消除途徑淺析

        2014-04-04 08:00:21朱校奇周佳民
        湖南農(nóng)業(yè)科學(xué) 2014年1期
        關(guān)鍵詞:白術(shù)作物病害

        宋 榮,鄧 凱,朱校奇,周佳民,曹 亮

        (湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物資源利用研究所,湖南 長(zhǎng)沙 410125)

        白術(shù)(Atractylodes macrocephalaKoidz.)又名于術(shù)、冬術(shù)、浙術(shù);在平江,白術(shù)被俗稱為“平術(shù)”;為菊科(Compositae)蒼術(shù)屬(Atractylodes DC.)植物,以根莖入藥,有健脾益氣、化濕利水、安胎、止汗等功能,主治脾胃氣虛、倦怠無(wú)力、食少脹滿、脘腹痛、嘔吐泄瀉、表虛自汗、胎動(dòng)不安、妊娠水腫及白細(xì)胞減少等癥[1-3]。

        白術(shù)性喜陰涼干爽氣候,怕高溫多濕。湖南省平江縣夏季不熱、冬季不冷的特殊山地小氣候和板頁(yè)巖的土壤結(jié)構(gòu),非常適合白術(shù)的生長(zhǎng)。據(jù)史料記載,平江縣人工種植白術(shù)已有400 a以上的歷史,主產(chǎn)區(qū)位于龍門(mén)、三陽(yáng)、安定、嘉義、長(zhǎng)壽、鐘洞等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。在李時(shí)珍1578年編著的《本草綱目》中,就有白術(shù)“瘦而黃者,是幕阜山所出”的記載。

        現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明,白術(shù)根莖富含蒼術(shù)酮、蒼術(shù)醇、白術(shù)內(nèi)酯和維生素A等揮發(fā)油成分,而平江縣出產(chǎn)的白術(shù)揮發(fā)油含量高達(dá)1.32%,在國(guó)內(nèi)白術(shù)中首屈一指,被稱為“南方人參”。平江的白術(shù)因其品質(zhì)佳,除暢銷國(guó)內(nèi)市場(chǎng)外,還銷往東南亞各國(guó)和美國(guó)、日本等國(guó),在國(guó)內(nèi)外藥材市場(chǎng)享有盛譽(yù),白術(shù)產(chǎn)業(yè)逐漸成為活躍當(dāng)?shù)厣絽^(qū)經(jīng)濟(jì),增加農(nóng)民收入的主要途徑。但白術(shù)在種植過(guò)程中出現(xiàn)了嚴(yán)重的連作障礙,產(chǎn)量和品質(zhì)極具下降,大大地降低了藥農(nóng)的生產(chǎn)積極性。因此,在結(jié)合平江縣白術(shù)種植情況的基礎(chǔ)上,分析其連作障礙產(chǎn)生的原因和危害,以期為克服白術(shù)連作障礙,促進(jìn)平江縣白術(shù)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供指導(dǎo)。

        1 連作障礙的概念

        狹義的連作是指在同一耕作地上連續(xù)種植同一種作物(或同一科作物);廣義的連作是指同一種作物或感染同一種病原菌或線蟲(chóng)的作物連續(xù)種植。同一作物或近緣作物連作以后,即使在正常管理情況下,也會(huì)出現(xiàn)病蟲(chóng)害頻發(fā)、生育狀況變差、產(chǎn)量降低、品質(zhì)變劣的現(xiàn)象,即連作障礙。

        2 連作障礙對(duì)白術(shù)的危害

        2.1 嚴(yán)重危害白術(shù)植株的生長(zhǎng)發(fā)育

        研究證明,作物連作使得植株生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制,尤其是根系發(fā)育不良,葉面積指數(shù)下降,葉綠素含量降低,造成植株吸收水分和養(yǎng)分的能力下降,光合速率降低[4-5]。

        徐建中等[6]研究白術(shù)-玉米的輪作,結(jié)果發(fā)現(xiàn)連作的植株死苗率達(dá)到79.33%,而玉米-白術(shù)灌水蓋膜的輪作死亡率為15.33%,比連作降低了64個(gè)百分點(diǎn),大大提高了白術(shù)的成苗率;株高上,輪作的植株可達(dá)51.04 cm,連作的植株高度為33.19 cm,株高增長(zhǎng)53.78%;冠幅上,輪作的植株冠幅可達(dá)35.47 cm,連作的植株冠幅為20.82 cm,冠幅增加70.36%;單株鮮重上,輪作的植株鮮重為連作的3.7倍??梢?jiàn)白術(shù)連作,嚴(yán)重的危害白術(shù)植株的生長(zhǎng)發(fā)育,降低了白術(shù)的生物學(xué)產(chǎn)量,嚴(yán)重影響了白術(shù)的產(chǎn)量。

        2.2 植株病害頻發(fā)

        白術(shù)在種植生產(chǎn)中常發(fā)生的病害有白絹病、根腐病、立枯病、鐵葉病、銹病、黑斑病、花葉病、白術(shù)細(xì)菌性枯萎病等,以苗期立枯病和成株期白絹病、根腐病、鐵葉病的危害最大,發(fā)病最普遍[7]。

        立枯病俗稱“爛莖瘟”,是白術(shù)苗期的重要病害,主要由立枯絲核菌等屬半知菌亞門(mén)真菌侵染引起,立枯病是低溫高濕病害,在早春術(shù)苗生長(zhǎng)緩慢、組織還沒(méi)有木栓化時(shí),極易感病。多年連作或前茬為易感病作物時(shí)發(fā)病較重[8]。

        白絹病俗稱“白糖爛”,主要為土傳病害,由真菌半知菌亞門(mén)齊整小核菌侵染所致,主要危害植株根莖部,成株期患病嚴(yán)重。病菌在高溫高濕的天氣下增殖迅速,隨水流傳播,擴(kuò)展迅速。菌核主要在土壤或植株殘?bào)w上越冬,在土壤中存活5~6 a仍具有較強(qiáng)的侵染力。因此,連作時(shí)會(huì)發(fā)病的作物殘?bào)w中將會(huì)累積大量的病源,從而加重白絹病的發(fā)生[9]。

        根腐病也是一種土傳病害,主要侵害維管束系統(tǒng)。此病由真菌半知菌亞門(mén)尖孢鐮刀菌侵染所致,病菌菌絲體可在種苗、土壤和病殘?bào)w中越冬,成為翌年病害的初侵染源。病菌通過(guò)風(fēng)雨、地下害蟲(chóng)和農(nóng)事操作等途徑擴(kuò)散傳播,以蟲(chóng)傷、機(jī)械傷等傷口侵入維管束,也可直接侵入,侵入后導(dǎo)致維管束系統(tǒng)褐化干腐,最后僅殘留木質(zhì)纖維及碎屑。生長(zhǎng)期間雨量多、相對(duì)濕度大是病害發(fā)生的主要原因。

        白術(shù)鐵葉病俗稱“癃葉”,由真菌半知菌亞門(mén)白術(shù)殼針孢菌侵染所致,發(fā)生普遍,主要危害葉片,也可危害莖桿及術(shù)蒲,造成葉片枯萎,導(dǎo)致減產(chǎn)。病菌主要以分生孢子器和菌絲體在病殘?bào)w及術(shù)栽的葉柄殘基上越冬,成為次年病害的侵染源。病害發(fā)生期長(zhǎng),在多雨高濕的天氣發(fā)生嚴(yán)重,干燥氣候下病害則受到抑制。

        2.3 白術(shù)品質(zhì)下降

        中藥材品質(zhì)是決定中藥臨床療效的重要因素。研究證明,藥用植物連作會(huì)降低植株體內(nèi)的多糖、皂苷等有效成分含量,降低藥材品質(zhì)[10-11]。白術(shù)生產(chǎn)中,連作危害植株的正常生長(zhǎng)發(fā)育,生物學(xué)產(chǎn)量降低,養(yǎng)分供應(yīng)不足,導(dǎo)致白術(shù)體內(nèi)白術(shù)內(nèi)酯、蒼術(shù)酮、多糖等藥用成分含量降低,降低白術(shù)的品質(zhì)。

        3 白術(shù)連作障礙發(fā)生的原因

        關(guān)于作物連作障礙的形成機(jī)制,已有很多報(bào)道。最早認(rèn)為是作物在次生代謝過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一種毒素,該毒素將抑制同一作物或同一類作物的生長(zhǎng);后來(lái)被認(rèn)為是生物間的“相生相克”現(xiàn)象;而1983年,日本的瀧島專家提出植物連作障礙是由五大因素引起的,即土壤養(yǎng)分虧缺、土壤反應(yīng)異常、土壤理化性狀惡化、植物的有害物質(zhì)以及土壤微生物的變化[12]。在上述形成機(jī)制的基礎(chǔ)上,結(jié)合近年來(lái)平江縣白術(shù)種植情況,分析認(rèn)為該縣的白術(shù)連作障礙主要是由以下幾個(gè)方面造成的。

        3.1 土壤性狀改變

        研究表明,不同作物對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的需求具有特定性,耕作地上長(zhǎng)期種植同一種作物,必然造成土壤中某種或某幾種礦質(zhì)元素的虧缺,其他礦質(zhì)元素日益積聚,而土壤中缺乏的礦質(zhì)元素不能及時(shí)得到補(bǔ)充,便會(huì)導(dǎo)致缺素癥的發(fā)生,從而阻礙作物的正常生長(zhǎng)發(fā)育[13]。

        白術(shù)生長(zhǎng)周期較長(zhǎng),長(zhǎng)期連作后,土壤中礦物質(zhì)比例失調(diào),有機(jī)質(zhì)成分單一,土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)被破壞,非活性孔隙比例降低,土壤板結(jié),通氣性、透水性變差,土壤肥力下降;另外,連作條件下持續(xù)大量施用無(wú)機(jī)化肥,會(huì)使土壤中鹽類成分含量上升,土壤易次生鹽漬化,在此情況下,植物易失水,從而影響作物的正常生長(zhǎng)發(fā)育;同時(shí),長(zhǎng)期連作還會(huì)造成土壤pH值顯著下降,土壤酸化??偟膩?lái)說(shuō),長(zhǎng)期連作將使白術(shù)生長(zhǎng)環(huán)境惡化,導(dǎo)致養(yǎng)分供給不足,生長(zhǎng)發(fā)育受阻,有效成分含量下降,作物的產(chǎn)量和品質(zhì)降低。

        3.2 土壤微生物環(huán)境惡化

        土壤中微生物種類繁多,對(duì)作物來(lái)說(shuō),正常情況下有益微生物要多于有害微生物。有益微生物與植株共生,分解腐殖質(zhì),為植株提供養(yǎng)分,促進(jìn)植株的生長(zhǎng)發(fā)育。但長(zhǎng)期連作使得土壤結(jié)構(gòu)和礦物質(zhì)平衡被破壞,生態(tài)環(huán)境逐漸不適宜微生物的生長(zhǎng),尤其是對(duì)有益微生物。土壤微生物數(shù)量下降的同時(shí),打破了原來(lái)的微生物平衡,先前土壤中受到抑制的有害微生物種群數(shù)量增加,導(dǎo)致土傳病害加重,植株生長(zhǎng)發(fā)育受到嚴(yán)重影響,產(chǎn)量品質(zhì)下降。研究表明,土壤微生物總數(shù)與白術(shù)生物學(xué)產(chǎn)量呈正相關(guān)的關(guān)系,而土壤微生物群落數(shù)量與白術(shù)水浸出物的含量也呈正相關(guān)關(guān)系[14]。

        酶是土壤的組成成分之一,是一種高分子生物催化劑,也是表征土壤質(zhì)量水平的一個(gè)重要生物指標(biāo)[15-17]。酶催化土壤中腐殖質(zhì)、動(dòng)植物及微生物殘?bào)w的分解,促進(jìn)土壤中各種有機(jī)、無(wú)機(jī)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化,將氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素釋放到土壤中[18]。酶活性的提高能促進(jìn)土壤的代謝,使土壤養(yǎng)分和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,增強(qiáng)土壤肥力,有利于植株的生長(zhǎng)發(fā)育[19]。但隨著作物連作年限的增加,土壤酶活性發(fā)生變化,其中土壤酸性磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶、脲酶活性呈總體下降趨勢(shì),過(guò)氧化氫酶活性則逐漸增強(qiáng),均不利于作物的生長(zhǎng)[20]。

        3.3 植物化感自毒作用

        植物在代謝活動(dòng)中產(chǎn)生并以揮發(fā)、淋溶、分泌和分解等方式向環(huán)境釋放次生代謝物,進(jìn)而影響鄰近伴生植物的生長(zhǎng)發(fā)育,這種現(xiàn)象稱作化感作用。植物釋放出的化感物質(zhì)對(duì)同茬或下茬同種或同科植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用稱為化感自毒作用[21]。

        植物在新陳代謝過(guò)程中向根際土壤中分泌一些有機(jī)或無(wú)機(jī)物。在這些分泌物中既有對(duì)植株生長(zhǎng)發(fā)育有益的成分,也有對(duì)植株生長(zhǎng)有害的成分,如一些有機(jī)酸、酚類等,有害產(chǎn)物在土壤中積累,對(duì)作物自身生長(zhǎng)發(fā)育具有較大的毒害作用[22-24]。植物在連作過(guò)程中,莖、葉的淋溶物和殘?bào)w在雨水沖刷以及微生物的作用下分解產(chǎn)生的有害化學(xué)物質(zhì)在土壤中累積,將改變土壤微生物區(qū)系,抑制根系生長(zhǎng),降低根系活力,作物生長(zhǎng)不良或發(fā)病,從而導(dǎo)致產(chǎn)量降低和品質(zhì)變壞[25-26]。

        平江縣的白術(shù)因其根莖中揮發(fā)油含量高而暢銷,植株的根系分泌物也相對(duì)較多。因此,長(zhǎng)期連作導(dǎo)致土壤中的有害根際分泌物含量較高,對(duì)白術(shù)苗的生長(zhǎng)有一定的抑制作用;而且有害根際分泌物可能刺激白術(shù)病原微生物的生長(zhǎng),促使其大量增殖,導(dǎo)致白術(shù)植株病害發(fā)生加重。研究表明,連作過(guò)程中,白術(shù)的莖、葉、根系等殘?bào)w留在大田中,被分解后將產(chǎn)生一些對(duì)白術(shù)自身生長(zhǎng)發(fā)育有害的化學(xué)物質(zhì),抑制了白術(shù)幼苗胚根和胚芽的生長(zhǎng),嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致根莖腐爛,甚至死苗[27]。

        4 消除連作障礙的途徑

        4.1 選育高抗品種

        白術(shù)生產(chǎn)中,病害頻發(fā)是白術(shù)連作最大的障礙。研究表明不同品種的抗病性有差異,一個(gè)品種長(zhǎng)時(shí)間的種植也會(huì)出現(xiàn)品種退化、抗性降低等情況。因此,根據(jù)不同品種的特性,培育出抗性強(qiáng)的優(yōu)良品種,是克服白術(shù)連作障礙的有效措施。另外,當(dāng)白術(shù)以無(wú)性繁殖進(jìn)行栽培時(shí),一些病原生物能寄生在植株體內(nèi),在外界環(huán)境適和的情況下侵染植株,造成病害;所以利用組培脫毒技術(shù),繁殖脫毒種苗,也是一條有效防治土傳病害的危害、克服連作障礙的途徑。

        4.2 合理輪作間作

        目前,輪作是解決白術(shù)連作障礙最簡(jiǎn)單和有效的方法,常見(jiàn)的輪作方式有兩種:(1)水—旱輪作,即白術(shù)與水稻輪作,水旱輪作可以通過(guò)水淹造成厭氧環(huán)境,殺死許多有害微生物,對(duì)于防治白術(shù)連作障礙的效果尤其明顯;(2)旱—旱輪作,白術(shù)可與玉米或非宿根類作物輪作。通過(guò)換茬利用不同作物的化感作用原理,把一些化感物質(zhì)進(jìn)行有益組合,增加土壤中的養(yǎng)分,提高土壤肥力;通過(guò)換茬利用不同作物的生物學(xué)特性抑制病原菌的繁殖,減少土傳病害的發(fā)生,有利于增加白術(shù)和作物的產(chǎn)量,改善作物品質(zhì)。

        間作指一季有兩種或兩種以上生育季節(jié)相近的作物,在同一塊田地上成行或成帶(多行)間隔種植的方式。合理的間作能提高土地利用率,充分吸收光能,還能利用不同植物的生長(zhǎng)特性,相互作用,促進(jìn)作物的生長(zhǎng),提高產(chǎn)量。例如白術(shù)和瓜蔞間作時(shí),白術(shù)性喜涼爽氣候,怕高溫高濕,在氣溫30℃以下時(shí),植株生長(zhǎng)速度隨氣溫升高而加快,氣溫升至30℃以上時(shí)生長(zhǎng)受到抑制,根莖的生長(zhǎng)以26~28℃為最適宜,3~7月為白術(shù)苗期,7~11月為根莖生長(zhǎng)期;而瓜蔞為攀緣性草本植物,藤長(zhǎng)達(dá)5 m,3~4月播種,6月上架,7月即爬滿藤架,7~8月為花期, 9~11月為果期,瓜蔞種植時(shí)只留一根主莖上架。我國(guó)南方地區(qū)從6月開(kāi)始進(jìn)入高溫季節(jié),結(jié)合白術(shù)和瓜蔞的生長(zhǎng)習(xí)性,在瓜蔞棚下種植白術(shù),可以提高土地和光能利用率,高溫季節(jié)瓜蔞藤為白術(shù)遮陰降溫,促進(jìn)其根莖的生長(zhǎng);同時(shí),因免搭遮蔭棚架而降低了生產(chǎn)成本,增加了種植戶收入,有利于實(shí)現(xiàn)綠色高效立體栽培。

        4.3 合理施肥,土壤消毒

        在生產(chǎn)中,化肥施用過(guò)多,容易導(dǎo)致土壤酸化和鹽化,易破壞土壤結(jié)構(gòu),造成板結(jié)。因此生產(chǎn)中要控制化肥施用量,多施用有機(jī)肥,改善土壤結(jié)構(gòu),提高植株抗逆性,增強(qiáng)土壤肥力。目前,有機(jī)肥主要以農(nóng)家肥為主,其肥源廣泛,品種繁多,但必須要經(jīng)發(fā)酵處理,充分腐熟后才可施用。一般發(fā)酵時(shí)間為30 d左右,可添加微生物菌種以加速腐熟,堆溫升至65℃以上才能達(dá)到消毒滅菌的目的。同時(shí),視土壤肥力情況,可以適量施用無(wú)機(jī)肥。

        調(diào)查發(fā)現(xiàn),使用石灰對(duì)土壤滅菌可在一定程度上減輕連作障礙的不良影響。常用的土壤滅菌方法有生石灰、化學(xué)藥劑和灌水等方法。在滅菌的土壤上,白術(shù)植株生長(zhǎng)相對(duì)發(fā)育良好,病害相對(duì)減輕,產(chǎn)量和品質(zhì)有所提高。

        4.4 引入拮抗菌,消除自毒作用

        化感自毒作用在作物連作中影響明顯,為了消除化感自毒作用的影響,可以利用拮抗菌和生物有機(jī)肥。將培養(yǎng)好的拮抗菌施入白術(shù)種植土壤中,降低土壤病原菌的密度,抑制病原菌活動(dòng),從而減輕病害的發(fā)生。接種有益菌群和使用含有益微生物種群的生物有機(jī)肥在白術(shù)根際形成生物屏障,抑制土壤致病菌的發(fā)展,也能夠在一定程度上分解土壤中存在的自毒物質(zhì)。另外,土壤中增施含AM菌根的生物有機(jī)肥和有機(jī)改良劑,能改善土壤生態(tài)環(huán)境,調(diào)節(jié)土壤酶活性,有利于白術(shù)的生長(zhǎng)。

        5 結(jié) 語(yǔ)

        隨著現(xiàn)代中醫(yī)藥的發(fā)展,對(duì)白術(shù)藥用成分的認(rèn)識(shí)和開(kāi)發(fā)越來(lái)越透徹,市場(chǎng)對(duì)白術(shù)的需求日益增加,種植面積也穩(wěn)步擴(kuò)大。但因白術(shù)連作障礙嚴(yán)重,影響了農(nóng)戶的生產(chǎn)積極性,嚴(yán)重地制約著平江縣白術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。雖然,目前對(duì)白術(shù)的研究較多,但主要集中在藥理方面,對(duì)白術(shù)的連作障礙研究較少。而且連作障礙是諸多因素相互作用綜合而成,對(duì)其連作障礙的研究還需更進(jìn)一步深入。

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