连作障碍是指在同一块土壤中连续栽培同种或同科的作物时，用正常的栽培管理也会发生长势变弱、产量和品质下降等的现象。连作障碍不仅发生在同一种蔬菜的连年种植，甚至还包括亲缘关系较近的同科作物的连年种植，如辣椒、茄子、番茄、马铃薯等茄科作物或西瓜、黄瓜、甜瓜等瓜类作物的连年种植。
行家指点
连作是指在同一块地里连续种植同一种作物、同一科作物、易感染同一种病原菌或线虫的作物的一种耕作方式。
一、土壤问题
1.土壤物理性状恶化
与露地菜田土壤相比，设施菜田土壤由于难以机械深翻，土壤非活性孔隙比降低，耕作层变浅，土壤板结严重，通气、透水性变差。土壤容重随着连作年限的增长呈上升趋势，而孔隙度则反之；土壤团聚体中粒径小于0.25mm的微团聚体占了较大比重，良好团聚体的含量随着连作年限的增长呈下降趋势。
要点提示
土壤是一个生态系统，在设施条件下长期连作会引发一系列问题，主要表现为以盐渍化为代表的理化性质恶化和病虫草害严重。
2.土壤化学性状恶化
（1）土壤酸化
随着连作年限的增加，土壤呈现一定的酸化趋势。研究结果表明，随着大棚种植年限的增加，其土壤pH值会逐渐降低，但到7年以上时，pH值又略有回升。辣椒连作1年和4年的土壤pH值较对照土壤分别降低了5.93%和6.35%，连作6年的土壤进一步降低，降幅达7.49%，连作8年的土壤虽然有所上升但仍显著低于对照土壤。土壤pH值的变化将会影响土壤养分的有效性。在石灰性土壤上，pH值的降低能活化并增强铁、锰、铜、锌等微量元素以及磷的有效性。而在酸性土壤上，pH值的降低会加重氢离子及铝、锰的毒害作用，降低磷、钙、镁、锌、钼等元素的有效性，从而易导致蔬菜缺钙、缺锌等生理性病害的发生。
（2）土壤养分不均衡
某种特定的作物对土壤中矿质营养元素的需求种类、吸收的比例是有特定的规律的，尤其是对某些微量元素更有特殊的需求，即作物对土壤养分的选择性吸收。同一种作物长期连作，必然造成土壤中某一种或某几种营养元素的亏缺。在得不到及时补充的情况下便出现“木桶效应”，进而引发缺素症，影响作物的正常生长，使产量和品质下降，严重者导致植株死亡。
连作土壤有机质和全氮都明显高于对照土壤，全磷、全钾及速效养分都有不同程度富集，大量元素高度富集。辣椒在连作条件下，土壤铜元素含量显著升高，并随连作年限增加逐步上升，连作8年土壤达到对照土壤含量的3.2倍；锰元素含量呈下降趋势，连作8年土壤比对照土壤降低了93.26%（表1-1）。豇豆连作后，土壤有机质、全氮、速效氮等养分指标逐年增高，这与豇豆栽培连年施用大量化肥及农家肥有直接关系；土壤中铜、钙、镁、铁和锰等元素也随着连作年限的增加而增加，但增幅不一，铜元素变化幅度较小，锌元素随着连作年限的增加而减少，说明豇豆对锌元素的需求较大，若外源投入的锌不足，将导致豇豆生长所需营养元素失衡。大棚土壤有机质和全氮含量较露地明显增加，种菜5年以上的大棚均达极显著水平。土壤速效氮的含量明显增加，速效磷和速效钾的变化因地区、施肥种类和种植年限不同而异。西瓜连作栽培，土壤中速效氮含量较为稳定，速效钾和速效磷的含量随着连作年限的增加出现少量积累。
表1-1 辣椒不同连作年限土壤的营养物质含量（单位：g·kg-1）
注：同列中不同字母表示在5%水平上差异显著。（郭红伟等，2012）
（3）土壤盐渍化
随着种植年限的增加，土壤表层出现盐类积累，盐渍化可能是造成大棚蔬菜连作障碍的主要因子之一。调查发现，江苏中南部典型设施土壤的EC（电导率）值是对应露地土壤的1.3~8.1倍（表1-2），设施土壤盐分明显高于露地土壤。盐渍化的形成，主要是由于长期超量施用尿素等化肥及大棚土壤长年覆盖得不到雨水淋洗所致。随着棚龄的增加，大棚土壤耕作层的可溶性盐含量和硝酸盐含量有上升的趋势（图1-1、图1-2）。
表1-2 各取样点设施土壤与露地土壤不同土层EC值情况（单位：μS·cm-1）
（周增辉等，2013）
行家指点
土壤EC值是反映土壤溶液中可溶性盐浓度的一个指标。EC值越大表示浓度越高，会导致作物根系非但不能从土壤中吸水吸肥，反而可能使根系中的水分外渗而导致死亡。健康土壤的EC值要求在500μS·cm-1以下。
图1-1 盐渍化土壤的指示植物——紫球藻
图1-2 设施土壤盐渍化
3.土壤微生态环境恶化
（1）土壤有害微生物增加
土壤中真菌数量以及真菌/细菌比值越低，土壤生态系统的稳定程度越高，土壤抑制病害能力越强。“真菌型”土壤是地力衰竭的标志，“细菌型”土壤则是高土壤肥力的生物指标。连作障碍的主要特征是“细菌型”土壤向“真菌型”土壤转变。黄瓜在设施栽培条件下，设施内的温度终年适合土壤微生物的生存和繁衍，土传病害和气传病害均有随连作年限的增加，发病程度（发病率）呈加重的趋势，且土传病害对连作的反应更为敏感（图1-3）。连作3年的豇豆发病土壤与正常生长的土壤相比，细菌、放线菌的数量均比正常生长区土壤的数量显著降低，而真菌数量明显增加。番茄连作根际土壤微生物三大类群和生理菌群数量均高于非根际，根际效应显著。番茄连作根际土壤硝化细菌和好气性自生固氮菌数量的减少，氨化细菌与好气性纤维素分解菌表现为短期连作增加、长期减少的变化趋势；解钾菌、无机磷和有机磷细菌数量在根际与非根际土壤均减少。可见，不同作物连作后，土壤微生物三大类群的变化趋势一致。
行家指点
土壤微生物是土壤生态系统中最重要和最活跃的组分，它控制着土壤生态系统功能的许多关键过程，在促进土壤养分转化循环、维持系统稳定性以及可持续利用中占主导地位。
图1-3 不同连作年限黄瓜主要病害发生程度（陈志杰等，2008）
（2）土壤酶活性变化
土壤酶作为土壤组分中最活跃的有机成分之一，不仅可以表示土壤物质能量代谢旺盛程度，而且可以作为评价土壤肥力高低、生态环境质量优劣的一个重要生物指标。连作土壤的过氧化氢酶、脲酶、磷酸酶和转化酶的活性显著地低于轮作的土壤；且随着连作年限的增加，土壤酶活性显著降低。研究表明，大棚连作8年后，土壤根际微生物种群破坏，土壤酶活性明显降低。
二、自毒作用
设施蔬菜在连作条件下，土壤微生态环境对植物生长有很大影响，尤其是植物残体与病原微生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，最终导致作物自毒作用的发生。茄子的根系分泌物、根茎叶和土壤浸提液、根茬腐解液都具有自毒作用。茄子对番茄、辣椒和黄瓜3种作物都具有他感作用，不适于与这几种作物轮作或间作。
行家指点
自毒作用：指一些作物通过地上部淋溶、根系分泌物和作物残茬等途径释放、分解而产生的某些物质，对同茬或下茬同一种或同一科作物生长发育能产生抑制作用，进而影响作物根系发育，导致减产的现象。
这些自毒物质含量虽然很低，但对作物生长的抑制效果很显著。
三、病虫草害严重
日本西尾道德经过调查发现，发生连作障碍的70%地块是由于土壤传染性病害引起的，土传病害是在连作条件下引起作物减产的主要障碍因子之一，尤其以线虫所导致的作物的根系病害最为突出。蔬菜连作时常有根结线虫的危害发生，对线虫的敏感程度与蔬菜的种类有关。对线虫高度敏感、极易发病的蔬菜有：番茄、黄瓜、茄子、芥菜、冬瓜、苦瓜、丝瓜、生菜和莴苣；中度敏感的蔬菜有：菠菜、芫荽、花菜、胡萝卜、茴香、甘蓝和白菜；抗病、耐病的蔬菜有：辣椒、葱、蒜和韭菜等。
由于化肥、农药的过量使用所带来的土壤中病原拮抗菌的减少，更加重了土传病害的发生。单一作物的连续种植，形成了特殊的土壤环境，为病原菌和致病线虫等根际病虫害提供了赖以生存的寄主和繁殖场所，使土壤中病原微生物的数目不断增加，致使病害蔓延，如番茄的青枯病、西瓜的枯萎病（图1-4）、大白菜的根肿病等土传病害。
在保护地中，不少害虫的虫卵不仅可在土壤中积累，也可保存在支架和墙壁上，因而发生更加严重，如烟粉虱、美洲斑潜蝇（图1-5）等。同时，伴生或寄生于连作作物的杂草，其危害程度也会显著加重。
图1-4 西瓜枯萎病
图1-5 设施蔬菜主要害虫
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