徐筋燕 何曉蘭 邵明燦 郭書(shū)巧

（江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，江蘇南京 210014）

連作障礙是作物種植和生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中遇到的較嚴(yán)重的土壤問(wèn)題之一，全世界范圍內(nèi)均面臨這一問(wèn)題。連作障礙是指在同一地塊土壤中連續(xù)栽培同種或同科作物時(shí)，即使在正常的栽培管理?xiàng)l件下，也會(huì)出現(xiàn)植株生長(zhǎng)發(fā)育能力變?nèi)酢⒖鼓嫘越档?、產(chǎn)量和品質(zhì)下降等的現(xiàn)象。連作障礙主要的形成原因包括土壤養(yǎng)分失調(diào)、土壤相關(guān)酶活性發(fā)生改變、土壤pH值改變，土壤微生物生態(tài)失衡以及植物根系分泌物的自毒作用等[1]。連作障礙的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致當(dāng)季作物產(chǎn)量損失20%～80%，甚至絕產(chǎn)。在各類(lèi)作物中，以根莖或根部入藥的宿根類(lèi)中藥材受土壤環(huán)境的影響最大，受連作障礙的影響也最為明顯[2]。連作對(duì)藥用植物的影響具體表現(xiàn)為植株生長(zhǎng)發(fā)育受阻、抗逆性和產(chǎn)質(zhì)量降低、葉綠素含量降低、根系活力減弱等。連作障礙除了會(huì)對(duì)作物造成影響，還會(huì)嚴(yán)重降低農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入。為了減少損失，部分農(nóng)民會(huì)盲目地大量施用農(nóng)藥或肥料、更換或擴(kuò)張地塊等，這些行為不僅會(huì)造成巨大的浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成破壞。因此，利用科學(xué)的方法解決連作障礙至關(guān)重要。目前，解決連作障礙的方法包括采用化學(xué)調(diào)控方法和科學(xué)的種植制度。雖然有很多抗重茬藥劑開(kāi)始推廣，但研究發(fā)現(xiàn)，輪作仍然是解決連作障礙的最佳方案[3]。相比于一年生作物，多年生藥用作物需要考慮投入費(fèi)用和產(chǎn)量效益，尋找最佳的輪作換茬時(shí)間。

栝樓（Trichosanthes kirilowii Maxim.），亦稱瓜蔞，屬于葫蘆科，是一種多年生藤本植物。栝樓是我國(guó)傳統(tǒng)的中藥材，其根、莖、葉、果皮和種子均可入藥，具有擴(kuò)張冠狀動(dòng)脈、抗腫瘤、抗衰老等作用[4-5]。栝樓的種子又稱瓜蔞籽，具有獨(dú)特的口感，且富含人體所需的多種營(yíng)養(yǎng)元素，近年來(lái)已被開(kāi)發(fā)為一種新的大眾休閑食品。隨著瓜蔞薤白半夏湯等中藥制劑被多省市推薦作為新冠肺炎診療方案[6]，栝樓產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)逐漸擴(kuò)大的發(fā)展趨勢(shì)。江蘇省是我國(guó)栝樓主栽區(qū)，近幾年栝樓種植規(guī)模不斷擴(kuò)大，蘇北地區(qū)甚至將栝樓作為脫貧幫困項(xiàng)目，引導(dǎo)經(jīng)濟(jì)薄弱村和低收入戶種植，目前種植面積約占全國(guó)種植面積的50%[7]。隨著栝樓產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，連作障礙問(wèn)題也越來(lái)越突出。栝樓屬于典型的宿根類(lèi)多年生作物，種植后可以連續(xù)收獲3～4年甚至更久，但連作障礙的產(chǎn)生導(dǎo)致部分地區(qū)栝樓減產(chǎn)30%～80%，部分嚴(yán)重地塊甚至絕產(chǎn)。因此，緩解連作障礙問(wèn)題已經(jīng)刻不容緩。目前，關(guān)于栝樓連作障礙相關(guān)的研究較少。李婧[8]研究發(fā)現(xiàn)：連作障礙會(huì)導(dǎo)致種植栝樓的土壤酶活性下降；利用連作6年的栝樓根系的化感物質(zhì)進(jìn)行處理，會(huì)導(dǎo)致栝樓植株超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）和過(guò)氧化物酶（POD）等酶活性受到影響，部分品種根系受損、種子萌發(fā)率降低以及幼苗株高增長(zhǎng)受到限制等。劉 丹等[9]通過(guò)外源施用脫落酸發(fā)現(xiàn)，施用適當(dāng)濃度的脫落酸可以提高栝樓抗氧化酶系活性，從而緩解連作障礙。

本研究通過(guò)收集不同連作年限的栝樓根際土壤開(kāi)展試驗(yàn)，檢測(cè)不同連作年限土壤中養(yǎng)分含量以及栝樓幼苗生長(zhǎng)發(fā)育情況，以期評(píng)價(jià)連作土壤對(duì)栝樓幼苗生長(zhǎng)的影響。通過(guò)分析研究結(jié)果，找出栝樓適宜的輪作換茬時(shí)間，為平衡經(jīng)濟(jì)效益和輪作換茬時(shí)間提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)植株為栝樓品種蘇蔞1號(hào)。試驗(yàn)土樣取自江蘇省栝樓種植主栽區(qū)鹽城市阜寧縣正在生長(zhǎng)的栝樓植株根際土壤，取樣田田間管理措施和施肥情況基本相同。L2為連作2年土壤；L4為連作4年土壤；L6為連作6年土壤。根際土壤的搜集：同一連作年限隨機(jī)收集10株栝樓根際土作為一個(gè)土壤樣品，每個(gè)連作年限3次重復(fù)，共采集9個(gè)土壤樣品。

1.2 種植條件

將栝樓種子播種于蛭石內(nèi)，并放在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院智能溫室中。出苗2周后，選取大小一致的栝樓幼苗種植于花盆內(nèi)，每個(gè)土壤樣品種植10盆栝樓，每盆種植3株。于2021年5月30日在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院智能溫室中開(kāi)始種植試驗(yàn)，6月30日對(duì)所有植株進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)定。

1.3 測(cè)定內(nèi)容及方法

1.3.1 土壤養(yǎng)分含量測(cè)定。土壤養(yǎng)分含量測(cè)定內(nèi)容包括土壤氮、磷和鉀的含量。采用凱氏定氮法進(jìn)行全氮測(cè)定；采用鉬銻抗比色法測(cè)定磷含量；采用ICP-aes法測(cè)定鉀含量；根據(jù)《土壤 氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮的測(cè)定 氯化鉀溶液提取-分光光度法》（HJ 634—2012）進(jìn)行土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的測(cè)定；根據(jù)《土壤檢測(cè) 第7部分：土壤有效磷的測(cè)定》（NY/T 1121.7—2014）進(jìn)行土壤有效磷測(cè)定；根據(jù)《土壤速效鉀和緩效鉀含量的測(cè)定》（NY/T 889—2004）進(jìn)行土壤速效鉀的測(cè)定。

1.3.2 栝樓幼苗生理指標(biāo)測(cè)定。栝樓幼苗測(cè)定內(nèi)容包括株高、根長(zhǎng)、地上部鮮重、地上部干重、地下部鮮重、地下部干重和葉綠素含量等指標(biāo)。

葉綠素含量測(cè)定：葉綠素含量使用葉綠素測(cè)定儀（Chlorophyll Meter SPAD-502 plus）進(jìn)行測(cè)定。每個(gè)土壤樣品測(cè)30株栝樓幼苗，每個(gè)植株在同一位置進(jìn)行測(cè)定，重復(fù)3次。

植株性狀測(cè)定：將栝樓幼苗從花盆中取出，用清水小心洗凈根部的土壤，并盡量收集所有根部組織，對(duì)所有植株的株高和對(duì)應(yīng)的主根根長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)定；用吸水紙吸干植株表面的水分，以花盆為單位，分別測(cè)定每盆土樣中所有栝樓幼苗的地上部和對(duì)應(yīng)的地下部鮮重；采用烘干法，將植株鮮樣分別置于105℃烘箱內(nèi)殺青1 h，80℃烘干至恒重，待樣品冷卻后稱量所有植株的地上部干重和對(duì)應(yīng)的地下部干重。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用IBM SPSS Statistics進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同連作年限土壤養(yǎng)分含量分析

土壤養(yǎng)分含量可以評(píng)價(jià)土壤肥力狀況和土壤質(zhì)量。對(duì)L2、L4和L6土壤樣品的氮、磷和鉀含量進(jìn)行測(cè)定，分析不同連作年限土壤質(zhì)量。從表1可以看出，L4土樣的全氮、全磷和全鉀含量顯著低于L2土樣，L6土樣的全氮、全鉀含量顯著低于L2土樣。L4土樣的全氮、全磷和全鉀含量分別為L(zhǎng)2土樣的0.54、0.62和0.20；L6土樣的全氮、全磷和全鉀含量分別為L(zhǎng)2土樣的0.74、0.94和0.23。此外，L4和L6土樣中的硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和速效鉀含量也低于L2土樣。L4土樣的硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、速效磷和速效鉀含量分別為L(zhǎng)2土樣的0.38、0.94、1.02和 0.59；L6土樣的硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、速效磷和速效鉀含量分別為L(zhǎng)2土樣的 0.35、0.63、0.91和0.43，差異均顯著。 與 L6土樣相比，L4土樣全氮、全磷和全鉀含量均略低，但是硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、速效磷和速效鉀含量均略高。根據(jù)全國(guó)土壤養(yǎng)分含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，除L4和L6土樣的全氮含量處于中級(jí)水平、L2和L6土樣的全磷含量處于中上水平以及L4土樣的全磷含量處于低級(jí)水平外，其余養(yǎng)分含量均處于較高的水平。以上結(jié)果說(shuō)明，隨著連作時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤養(yǎng)分含量逐漸降低，但是土壤肥力和質(zhì)量仍處于較高的水平。

表1 不同連作年限土壤養(yǎng)分含量

2.2 不同連作年限土壤對(duì)栝樓幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的影響

試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，連作土壤對(duì)栝樓幼苗的地上部分生長(zhǎng)有著明顯的抑制作用，隨著連作時(shí)間的延長(zhǎng)，抑制作用明顯。從表2可以看出，L2、L4、L6土樣中生長(zhǎng)的栝樓幼苗平均株高分別是22.14 cm、19.35 cm和18.80 cm。其中，L2土樣中生長(zhǎng)的栝樓幼苗株高相比L4和L6土樣中生長(zhǎng)的栝樓幼苗分別高14.4%和17.8%，差異顯著。地下部分根長(zhǎng)出現(xiàn)了相反的表型，L2、L4、L6土樣中生長(zhǎng)的栝樓幼苗根長(zhǎng)分別是14.56、15.98、17.68 cm，種植于連作6年土壤中的栝樓幼苗平均根長(zhǎng)最長(zhǎng)。雖然根長(zhǎng)的結(jié)果未表現(xiàn)出顯著差異，但是可以觀測(cè)到隨著連作時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤中栝樓幼苗根長(zhǎng)有增加的趨勢(shì)。

表2 栝樓幼苗在不同連作年限土壤中植株的株高和根長(zhǎng)比較

2.3 不同連作年限土壤對(duì)栝樓幼苗生物量的影響

對(duì)在不同連作年限土壤中生長(zhǎng)1個(gè)月的栝樓幼苗進(jìn)行生物量檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示，隨著連作時(shí)間的延長(zhǎng)，栝樓幼苗地上部和地下部生物量都有所降低。由表3可知：與L2土樣中生長(zhǎng)的栝樓幼苗相比，L4土樣中生長(zhǎng)的栝樓幼苗地上部分平均鮮重減少了2.8%，平均干重減少了5.4%；地下部分平均鮮重減少了2.2%，平均干重減少了1.8%。與L2土樣中生長(zhǎng)的栝樓幼苗相比，L6土樣中生長(zhǎng)的栝樓幼苗地上部分平均鮮重減少了6.3%，平均干重減少了14.9%；地下部分平均鮮重減少了11.0%，平均干重減少了12.3%。以全株幼苗干重計(jì)算總生物量變化情況可知：L4土樣中生長(zhǎng)的栝樓幼苗生物量比L2土樣中生長(zhǎng)的栝樓幼苗減少3.82%；而L6土樣中生長(zhǎng)的栝樓幼苗生物量比L2土樣中生長(zhǎng)的栝樓幼苗減少13.74%，變化幅度較大。

表3 不同連作土壤內(nèi)種植栝樓幼苗生物量檢測(cè)

2.4 不同連作年限土壤對(duì)栝樓幼苗葉綠素含量的影響

葉綠素含量是反應(yīng)植株葉片生理活性變化的重要指標(biāo)之一，與植物光合能力和產(chǎn)量具有密切的相關(guān)性。試驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，不同連作年限土壤中生長(zhǎng)的栝樓幼苗在葉片色澤上有少許差異。對(duì)這些幼苗進(jìn)行葉綠素含量測(cè)定，結(jié)果表明，隨著連作年限的延長(zhǎng)，幼苗葉綠素含量表現(xiàn)出顯著的降低趨勢(shì)。從表4可以看出：L2土樣中種植的栝樓幼苗葉片葉綠素含量平均為34.62；L4土樣中種植的栝樓幼苗葉片平均葉綠素含量為32.73，相比L2土樣中種植的栝樓幼苗下降了5.5%；在L6土樣中種植的栝樓幼苗葉片平均葉綠素含量?jī)H為29.45，與L2土樣中種植的栝樓幼苗相比下降14.9%。以上結(jié)果說(shuō)明，栝樓幼苗在連作4年和連作6年的土壤中生長(zhǎng)發(fā)育均受限，該結(jié)果與栝樓表型測(cè)定結(jié)果一致。

表4 不同連作年限土壤內(nèi)種植栝樓幼苗的葉綠素含量

3 結(jié)論與討論

栝樓是一種多年生宿根類(lèi)中藥材，其根即天花粉，廣泛用于消腫排膿以及耳鼻喉疾病、婦科疾病等的治療[10]。為了高效產(chǎn)出和節(jié)約成本，農(nóng)民通常會(huì)連作多年。但在連作3～4年以后，即會(huì)表現(xiàn)出植株生長(zhǎng)受抑制、產(chǎn)量下降和病蟲(chóng)害高發(fā)等現(xiàn)象。為了減少損失，農(nóng)民會(huì)大量施用化肥和農(nóng)藥。但是，過(guò)量施用肥料會(huì)導(dǎo)致土壤鹽分過(guò)量，產(chǎn)生土壤次生鹽漬化，進(jìn)一步加劇栝樓病害的發(fā)生和抑制生長(zhǎng)發(fā)育；同時(shí)，過(guò)量施用農(nóng)藥會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。連作障礙成為影響我國(guó)栝樓生產(chǎn)的主要問(wèn)題之一。近年來(lái)，多位研究者從不同角度出發(fā)，對(duì)作物連作障礙產(chǎn)生的原因和緩解方法進(jìn)行了研究。但迄今為止，輪作仍是解決連作障礙最有效的方法。作為宿根類(lèi)作物以及重要的中藥材，栝樓根系的生長(zhǎng)對(duì)其經(jīng)濟(jì)價(jià)值有著至關(guān)重要的意義；且栝樓在種植前期需要耗費(fèi)大量的人力和物力進(jìn)行開(kāi)溝、起高壟、搭棚架和鋪設(shè)滴灌帶等，投入成本較高。種種原因?qū)е缕錈o(wú)法通過(guò)采取每年輪作的措施來(lái)緩解連作障礙。因此，在綜合考慮品質(zhì)、產(chǎn)量和成本等因素的前提下尋找最合適的換茬時(shí)間，既保證綜合產(chǎn)量，又減少連作損失，是國(guó)內(nèi)栝樓種植面臨的重要問(wèn)題。

本試驗(yàn)通過(guò)收集連作2年、4年和6年的栝樓根際土樣，研究不同連作年限土壤養(yǎng)分含量和栝樓幼苗在不同連作年限土壤中的生長(zhǎng)發(fā)育情況。土壤養(yǎng)分含量檢測(cè)結(jié)果說(shuō)明，雖然隨著連作時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤養(yǎng)分含量呈下降趨勢(shì)，但是土壤的肥力狀況和質(zhì)量仍處于較高的水平；而栝樓幼苗試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤連作年限越長(zhǎng)，植株生長(zhǎng)發(fā)育受到的抑制越嚴(yán)重。以上研究結(jié)果說(shuō)明，土壤養(yǎng)分含量的變化可能并不是栝樓連作障礙產(chǎn)生的主要因素。與在連作2年土壤中生長(zhǎng)的栝樓幼苗相比，在連作4年和6年土壤中生長(zhǎng)4周的栝樓幼苗生長(zhǎng)發(fā)育受到了顯著的抑制，具體表現(xiàn)為植株株高顯著降低、幼苗地上部和地下部的鮮重和干重下降。除了生長(zhǎng)發(fā)育外，在連作6年土壤中生長(zhǎng)的栝樓幼苗葉綠素含量也顯著低于在連作2年和4年土壤中生長(zhǎng)的栝樓幼苗。說(shuō)明隨著連作年限的延長(zhǎng)，栝樓幼苗的光合能力受到了抑制。這與在連作6年和4年土壤中生長(zhǎng)的栝樓幼苗生物量下降的研究結(jié)果相符，可能是導(dǎo)致常年連作的栝樓植株產(chǎn)量降低的原因之一。

試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，栝樓幼苗的根長(zhǎng)隨著土壤連作年限的延長(zhǎng)呈增加的趨勢(shì)。根系是植物獲取養(yǎng)分和水分的重要器官，也是最先感受到土壤環(huán)境脅迫的器官。在植株受到土壤環(huán)境脅迫時(shí)，根系首先作出反應(yīng)并發(fā)生相應(yīng)的改變，包括改變根系形態(tài)和分布，以適應(yīng)脅迫。多項(xiàng)研究表明，植株在脅迫條件下會(huì)促使根系數(shù)量增多且根系分布于深層土壤中，作物根密度和根長(zhǎng)度增加[11-12]。根據(jù)前人的研究結(jié)果推測(cè)，連作4年和連作6年土壤中種植的栝樓幼苗可能受到了一定的脅迫，導(dǎo)致其根系長(zhǎng)度高于連作2年土壤中種植的植株。這些脅迫的產(chǎn)生可能是導(dǎo)致栝樓連作障礙的重要因素，對(duì)其進(jìn)行深入研究對(duì)于緩解栝樓連作障礙具有重要的參考意義。

試驗(yàn)結(jié)果還顯示，雖然連作4年和連作6年土壤中生長(zhǎng)的栝樓幼苗生物量都比連作2年土壤中生長(zhǎng)的栝樓幼苗降低，但連作4年土壤中生長(zhǎng)的栝樓幼苗生物量降低幅度為3.82%，葉綠素含量降低幅度為5.5%；而連作6年土壤中生長(zhǎng)的栝樓幼苗生物量降低幅度達(dá)到了13.74%，葉綠素含量降低了14.9%，嚴(yán)重影響了栝樓幼苗的正常生長(zhǎng)。根據(jù)該結(jié)果可以推測(cè)，連續(xù)種植栝樓4年左右的土壤對(duì)其植株生長(zhǎng)機(jī)能影響不大，植株的生長(zhǎng)量下降幅度不大；但連作6年的土壤對(duì)栝樓的生長(zhǎng)發(fā)育已經(jīng)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的抑制現(xiàn)象。因此，建議生產(chǎn)過(guò)程中栝樓連作種植不能超過(guò)6年，最好控制在4～5年輪作一次。這樣既能保證栝樓植株的正常生長(zhǎng)，又可以降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。