平江縣白術(shù)連作障礙的原因及消除途徑淺析

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、倦怠無力、食少脹滿、脘腹痛、嘔吐泄瀉、表虛自汗、胎動不安、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巖的土壤結(jié)構(gòu)，非常適合白術(shù)的生長。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、三陽、安定、嘉義、長壽、鐘洞等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。在李時珍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，除暢銷國內(nèi)市場外，還銷往東南亞各國和美國、日本等國，在國內(nèi)外藥材市場享有盛譽(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，也會出現(xiàn)病蟲害頻發(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 連作障礙對白術(shù)的危害

2.1 嚴(yán)重危害白術(shù)植株的生長發(fā)育

研究證明，作物連作使得植株生長發(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。可見白術(shù)連作，嚴(yán)重的危害白術(shù)植株的生長發(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真菌侵染引起，立枯病是低溫高濕病害，在早春術(shù)苗生長緩慢、組織還沒有木栓化時，極易感病。多年連作或前茬為易感病作物時發(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體上越冬，在土壤中存活5~6 a仍具有較強(qiáng)的侵染力。因此，連作時會發(fā)病的作物殘體中將會累積大量的病源，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尖孢鐮刀菌侵染所致，病菌菌絲體可在種苗、土壤和病殘體中越冬，成為翌年病害的初侵染源。病菌通過風(fēng)雨、地下害蟲和農(nóng)事操作等途徑擴(kuò)散傳播，以蟲傷、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。生長期間雨量多、相對濕度大是病害發(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體及術(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，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，已有很多報道。最早認(rèn)為是作物在次生代謝過程中會產(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；后來被認(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方面造成的。

3.1 土壤性狀改變

研究表明，不同作物對礦質(zhì)營養(yǎng)元素的需求具有特定性，耕作地上長期種植同一種作物，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)元素不能及時得到補(bǔ)充，便會導(dǎo)致缺素癥的發(fā)生，從而阻礙作物的正常生長發(fā)育[13]。

白術(shù)生長周期較長，長期連作后，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)大量施用無機(jī)化肥，會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發(fā)育；同時，長期連作還會造成土壤pH值顯著下降，土壤酸化?？偟膩碚f，長期連作將使白術(shù)生長環(huán)境惡化，導(dǎo)致養(yǎng)分供給不足，生長發(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，對作物來說，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)植株的生長發(fā)育。但長期連作使得土壤結(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，尤其是對有益微生物。土壤微生物數(shù)量下降的同時，打破了原來的微生物平衡，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)量水平的一個重要生物指標(biāo)[15-17]。酶催化土壤中腐殖質(zhì)、動植物及微生物殘體的分解，促進(jìn)土壤中各種有機(jī)、無機(jī)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，將氮、磷、鉀等營養(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，過氧化氫酶活性則逐漸增強(qiáng)，均不利于作物的生長[20]。

3.3 植物化感自毒作用

植物在代謝活動中產(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)對同茬或下茬同種或同科植物的生長產(chǎn)生抑制作用稱為化感自毒作用[21]。

植物在新陳代謝過程中向根際土壤中分泌一些有機(jī)或無機(jī)物。在這些分泌物中既有對植株生長發(fā)育有益的成分，也有對植株生長有害的成分，如一些有機(jī)酸、酚類等，有害產(chǎn)物在土壤中積累，對作物自身生長發(fā)育具有較大的毒害作用[22-24]。植物在連作過程中，莖、葉的淋溶物和殘體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，降低根系活力，作物生長不良或發(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較多。因此，長期連作導(dǎo)致土壤中的有害根際分泌物含量較高，對白術(shù)苗的生長有一定的抑制作用；而且有害根際分泌物可能刺激白術(shù)病原微生物的生長，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，連作過程中，白術(shù)的莖、葉、根系等殘體留在大田中，被分解后將產(chǎn)生一些對白術(shù)自身生長發(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，嚴(yán)重時導(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，一個品種長時間的種植也會出現(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)以無性繁殖進(jìn)行栽培時，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)連作障礙最簡單和有效的方法，常見的輪作方式有兩種：（1）水—旱輪作，即白術(shù)與水稻輪作，水旱輪作可以通過水淹造成厭氧環(huán)境，殺死許多有害微生物，對于防治白術(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特性，相互作用，促進(jìn)作物的生長，提高產(chǎn)量。例如白術(shù)和瓜蔞間作時，白術(shù)性喜涼爽氣候，怕高溫高濕，在氣溫30℃以下時，植株生長速度隨氣溫升高而加快，氣溫升至30℃以上時生長受到抑制，根莖的生長以26~28℃為最適宜，3~7月為白術(shù)苗期，7~11月為根莖生長期；而瓜蔞為攀緣性草本植物，藤長達(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，瓜蔞種植時只留一根主莖上架。我國南方地區(qū)從6月開始進(jìn)入高溫季節(jié)，結(jié)合白術(shù)和瓜蔞的生長習(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；同時，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，視土壤肥力情況，可以適量施用無機(jī)肥。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，使用石灰對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)植株生長相對發(fā)育良好，病害相對減輕，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，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。

5 結(jié) 語

隨著現(xiàn)代中醫(yī)藥的發(fā)展，對白術(shù)藥用成分的認(rèn)識和開發(fā)越來越透徹，市場對白術(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，目前對白術(shù)的研究較多，但主要集中在藥理方面，對白術(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，對其連作障礙的研究還需更進(jìn)一步深入。

[1] 劉思貞，邵玉芹，祝希嫻. 白術(shù)藥理研究進(jìn)展[J]. 時珍國醫(yī)國藥，1999，（8）：634-637.

[2] 陳華萍，吳萬忠. 白術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 廣東藥學(xué)，2002，12（5）：19-21.

[3] Zhang Y Q，Xu S B，Lin Y C，et al. Antagonistic effects of 3 sesqulterpene lactones from Atractylodes macrocephala Koidz on ratuterine contraction in vitro[J]. Acta Pharmacologica Sinica，2000，21（1）：91-96.

[4] 王才斌，吳正鋒，成 波，等. 連作對花生光合特性和活性氧代謝的影響[J]. 作物學(xué)報，2007，33（8）：1304-1309.

[5] 杜長玉，李東明，龐全國，等. 大豆連作對植株營養(yǎng)水平、葉綠素含量、光合速率及其產(chǎn)物影響的研究[J]. 大豆科學(xué)，2003，22（2）：146-150.

[6] 徐建中，孫乙銘，王志安，等. 白術(shù)-玉米輪作對白術(shù)植株生長及產(chǎn)量影響研究[J]. 中國現(xiàn)代中藥，2012，14（2）：40-42.

[7] 趙國華. 白術(shù)病害發(fā)生規(guī)律及綜合防治措施[J]. 中國農(nóng)村小康科技，2008，（8）：56-57.

[8] 陳漢卿. 白術(shù)主要病蟲害的發(fā)生與防治[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報，2012，18（10）：180-181.

[9] 潘蘭蘭，鄭永利，呂先真，等. 白術(shù)主要病害的發(fā)生及綜合治理[J]. 浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，（3）：315-318.

[10] 曾令杰，林茂茲，李振方，等. 連作對太子參光合作用及藥用品質(zhì)的影響[J]. 作物學(xué)報，2012，38（8）：1522-1528.

[11] 陳 菊. 黔東南太子參連作障礙原因及防治途徑探析[J]. 中國現(xiàn)代中藥，2013，15（7）：584-586.

[12] 瀧 島. 防治連作障礙的措施[J]. 日本土壤肥科學(xué)雜志，1983，（2）：170-178.

[13] 沈志遠(yuǎn)，王其傳. 作物連作障礙發(fā)生原因及解決辦法[J]. 生物學(xué)教學(xué)，2002，27（3）：39-39.

[14] 仇有文. 土壤微生物對藥材白術(shù)生物學(xué)產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究[D]. 成都：西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007.

[15] 張玉蘭，陳利軍，張麗莉. 土壤質(zhì)量的酶學(xué)指標(biāo)研究[J]. 土壤通報，2005，36（4）：598-604.

[16] 曹 慧，孫 輝，楊 浩，等. 土壤酶活性及其對土壤質(zhì)量的指示研究進(jìn)展[J]. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報，2003，9（1）：105-109.

[17] 邱莉萍，劉 軍，王益權(quán)，等. 土壤酶活性與土壤肥力的關(guān)系研究[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2004，10（3）：277-280.

[18] 張詠梅，周國逸，吳 寧，等. 土壤酶學(xué)的研究進(jìn)展[J]. 熱帶亞熱帶植物學(xué)報，2004，12（1）：83-90.

[19] 岳中輝，張興義，田 宇，等. 寒地農(nóng)田黑土酶活性的季節(jié)動態(tài)[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2011，27（33）：67-72.

[20] 姜超英，潘文杰. 作物連作的土壤障礙因子綜述[J]. 中國農(nóng)村小康科技，2007，（3）：26-28.

[21] Yu J Q. Autotoxic potential of vegetables crops[J]. New Hampshire：Science Publishers Inc，1999，149-162.

[22] 張淑香，高子勤，劉海玲. 連作障礙與根際微生態(tài)研究III土壤酚酸物質(zhì)及其生物學(xué)效應(yīng)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2001，11（5）：741-744.

[23] Einhellig F A. Mechanism o f action o f allelochem icals in allelopathy[J]. Allelopathy，1995，（1）：97-115.

[24] Penulas J. Effect of allelochem icals on plant respiration and oxygen isotope fractionstion by the alternative oxidase[J]. Journal of Chem ical Ecology，1996，22（4）：801-805.

[25] 劉紅彥，王 飛，王永平，等. 地黃連作障礙因素及解除措施研究[J]. 華北農(nóng)學(xué)報，2006，21（4）：131-132.

[26] 張重義，林文雄. 藥用植物的化感自毒作用與連作障礙[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2009，17（1）：189-196.

[27] 徐建中，王志安，孫乙銘，等. 白術(shù)自毒作用研究[J]. 中國現(xiàn)代中藥，2011，13（11）：25-27.