藥用植物三七連作障礙研究進展

藥用植物三七連作障礙研究進展

三七[dap.a.h.chen]是一種不同于五種人參的植物。它是中國的一種稀有中藥。具有活血化瘀功能，臨床用于心血管疾病的治療。三七分布范圍狹窄,野生資源極少,目前醫(yī)藥用的絕大多數(shù)是通過栽培獲得的。云南文山是三七的道地產(chǎn)區(qū),種植面積和產(chǎn)量均占全國90%以上。關(guān)于三七的研究,許多學(xué)者已經(jīng)從生物學(xué)特性、栽培與育種、植物保護、藥理藥化和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)都做了相關(guān)的報道。三七是宿根植物,忌地性極強,有連作障礙現(xiàn)象,難以重茬連作,栽過一茬以后的土壤在幾年甚至幾十年內(nèi)不能再栽。同一種植物或近緣植物在同一塊土地上連續(xù)多年種植以后,即使在正常管理情況下,也會出現(xiàn)生育狀況變差、病蟲害嚴(yán)重、產(chǎn)量降低、品質(zhì)變劣的現(xiàn)象,稱為連作障礙(continuouscroppingobstacles)。以往連作障礙的研究主要集中在大豆、花生、煙草、棉花和一些蔬菜上,藥用植物主要集中在人參、西洋參上。關(guān)于三七連作的研究也有報道,但都未能找出連作障礙的原因及解決方法,文章借鑒人參、棉花等作物的連作障礙研究,提出相關(guān)的方法,希望對三七的連作障礙有所幫助。1土壤條件的變化日本學(xué)者瀧島提出了植物連作障礙的“五大因子學(xué)說”,即土壤養(yǎng)分的消耗、土壤反應(yīng)異常、土壤物理性狀的惡化、來自植物的有害物質(zhì)、土傳病害和線蟲。根據(jù)上述五大因子及現(xiàn)有研究報道,可將導(dǎo)致藥用植物產(chǎn)生連作障礙的主要原因歸納為土壤質(zhì)量下降、土壤微觀生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化、藥用植物自毒作用、土傳病害和線蟲幾個方面。1.1土壤質(zhì)量下降1.1.1土壤特性及生長土壤的性質(zhì)包括物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。物理性質(zhì)包括土壤比重、容重、孔隙度以及團聚體結(jié)構(gòu)和機械組成等物理性狀。土壤團聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單位和決定土壤肥力的重要因素之一。其大小、形狀和穩(wěn)定性直接影響土壤中水和空氣的關(guān)系,決定土壤孔隙的分布,并由此影響土壤的許多屬性和作物生長。土壤物理性質(zhì)與其水分、空氣、熱量狀況以及對農(nóng)田灌排的要求和耕作效果密切相關(guān),它對于調(diào)節(jié)水、肥、氣、熱矛盾,進行土壤管理的基礎(chǔ)工作,具有非常重要的意義。柴仲平對新疆的棉田土壤進行了物理性質(zhì)測定,得出連作對其土壤各種物理性狀產(chǎn)生了較大的影響,棉田連作會使土壤比重、容重增加,孔隙度下降,并隨連作年限的增加數(shù)量變化越明顯,所以連作不利于維持土壤質(zhì)地和土壤的持續(xù)利用。1.1.2土壤養(yǎng)分含量的增加連作對土壤理化性狀的影響主要是長期在同一土壤上種植相同作物,作物對土壤營養(yǎng)元素的片面吸收,以及施肥等農(nóng)藝措施的不當(dāng),連續(xù)大量施用性質(zhì)相同或相似的肥料,由于特定作物對肥料的選擇性吸收,使一些養(yǎng)分急劇減少,而另一些養(yǎng)分日益積聚,造成土壤養(yǎng)分不均衡,特別是微量元素的缺乏而引起作物的生育障礙,常常使后作生長不良。對于土壤養(yǎng)分的虧缺在大豆、烤煙、葡萄、番茄等都有相關(guān)的報道。淺根性植物在生長過程中對表土層營養(yǎng)元素吸收較多,對各種營養(yǎng)元素的吸收又具有選擇性,長時間單一栽種同一植物,吸收的是相同元素,留下的也是相同元素,根際周圍的土壤營養(yǎng)平衡失調(diào),同時還會造成土壤中有害元素過剩,土壤淺層單一鹽分濃度過高,使植物的正常生長受抑制,甚至造成反滲透,使植株枯竭死亡。三七是淺根性植物,簡在友對三七連作的土壤進行了元素分析,三七3年重茬土中銅和鈣含量明顯低于在茬土中的含量,鋅、硼、鎂和硅的含量差異不明顯,鐵、錳、鉀和鈉的含量在重茬土中明顯偏高。1.2土壤微觀生態(tài)系統(tǒng)變化1.2.1土壤肥力的構(gòu)成土壤微生物在土壤中養(yǎng)分元素的循環(huán)和土壤礦物分解中具有重要作用,對土壤團粒結(jié)構(gòu)形成與穩(wěn)定起著決定性作用,能夠改善土壤結(jié)構(gòu),從而促進植物的生長。土壤中微生物(主要有3大類群,即細(xì)菌、放線菌和真菌)的數(shù)量直接影響土壤的生物化學(xué)活性和土壤養(yǎng)分的組成與轉(zhuǎn)化,是土壤肥力的重要指標(biāo)之一。土壤微生物的種類數(shù)量多,土壤肥力高。許艷麗對大豆的研究得出連作后土壤微生物區(qū)系發(fā)生變化,連作的土壤微生物總數(shù)和細(xì)菌總數(shù)明顯低于在茬區(qū),而真菌總數(shù)則高于非連作地,細(xì)菌與真菌的比值減小,而放線菌數(shù)量變化不大;封海勝、徐瑞富和趙萌對花生及西瓜的研究表明,隨著連作年限的增加,植物根際土壤中的真菌數(shù)量明顯增加,細(xì)菌數(shù)量明顯減少。此外對棉田、玉米、懷牛膝和煙草的研究都表明土壤中微生物的數(shù)量和種類對土壤的肥力都具有重要的作用。官會林對三七的研究表明,霉菌、放線菌及細(xì)菌中的厭氧生長菌會降低土壤肥力,從而引發(fā)三七根腐病的發(fā)生。薛泉宏也指出連作障礙的發(fā)生與連作作物根區(qū)土壤微觀生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生退化、病內(nèi)原菌數(shù)量增加、有益菌數(shù)量下降有密切關(guān)系。1.2.2土壤酶活性的變化土壤中一切生化反應(yīng)都是在土壤酶的參與下完成的,土壤酶活性反映了土壤中各種生物化學(xué)過程的強度和方向。土壤中的脲酶、過氧化氫酶、氧化還原酶、土壤脫氫酶、磷酸酶、多酚氧化酶,多糖酶、轉(zhuǎn)化酶活性與土壤有機質(zhì)呈顯著相關(guān)關(guān)系。土壤中的脲酶能水解尿素生成氨,其活性影響著土壤氮素代謝狀況;過氧化氫酶能夠促進對生物體有毒害作用的過氧化物的分解,能有效防止土壤及生物體在新陳代謝過程中產(chǎn)生的過氧化氫對生物體的危害;土壤氧化還原酶參與有機質(zhì)的分解、腐殖質(zhì)的合成、土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化、污染物降解等過程。土壤脫氫酶是一種胞內(nèi)酶,它存在于所有活體微生物體內(nèi),常被認(rèn)為是土壤微生物活性的一個有效指標(biāo);磷酸酶能水解尿素和有機磷化合物,為作物提供有效磷養(yǎng)分;土壤多酚氧化酶與土壤有機質(zhì)的形成有關(guān),是腐殖化的一種媒介;連作土壤的多酚氧化酶活性的變化直接影響了土壤中酚的含量,從而妨礙了植株的正常生長發(fā)育;多糖酶能分解土壤中的多糖,土壤中多糖含量的降低會對土壤中腐殖質(zhì)的形成產(chǎn)生影響,從而影響土壤肥力;連作土壤pH值與土壤脲酶、轉(zhuǎn)化酶、過氧化氫酶、磷酸酶的活性之間存在著顯著正相關(guān),這說明連作大豆的土壤pH變化是影響土壤酶活性的主要因素。有許多研究表明連作后的土壤,各種酶的含量和活性都呈不同程度的變化,但對于藥材特別是三七還未有相關(guān)的報道。1.3化感作用對植物根系混合物的作用所謂自毒作用(self-allelochemicals)就是指某些植物通過地上部淋溶、根系分泌、植物殘體在土壤中分解等途徑釋放出一些物質(zhì)對同茬或下茬同種或同科植物生長產(chǎn)生抑制作用的現(xiàn)象。作物連作障礙與根系分泌物的自毒作用有關(guān)。藥用植物在連作條件下,隨著連作年限的增加,根系分泌的某些自毒物質(zhì)逐漸積累,當(dāng)積累到一定的程度時,就改變了土壤微環(huán)境,尤其是植物殘體腐解物與病原微生物的代謝產(chǎn)物對植物產(chǎn)生致毒作用,并連同植物根系分泌物中的自毒物質(zhì)一起影響植株代謝,最后導(dǎo)致化感自毒作用的發(fā)生,引起連作障礙。根系分泌物是一類復(fù)雜的混合物,主要包括碳水化合物、氨基酸、有機酸、黃酮類化合物等,這些混合物在特定的土壤環(huán)境下,影響種子的萌發(fā)、生長、營養(yǎng)元素的活化、微生物群落的分布等。研究發(fā)現(xiàn),人參根系分泌物的化感作用具有破壞人參根源愈傷組織膜的功能,影響細(xì)胞核數(shù)量,使細(xì)胞分裂和生長受阻,抑制其根源愈傷組織生長。西洋參莖葉、須根和根系分泌物中存在活性較高的自毒物質(zhì),自毒作用是造成西洋參連作障礙的重要原因之一。對三七的研究表明,三七水培液和三七鮮根水提液對三七的種子萌發(fā)及幼苗生長均存在顯著抑制作用;三七總皂苷及三七鮮根水提液對三七根病病原菌毀壞柱孢菌和腐皮鐮刀菌的生長卻表現(xiàn)出促進作用。游佩進用不同質(zhì)量濃度的三七連作土壤水提液對三七種子萌發(fā)及幼苗生長進行生物測定,結(jié)果表明,三七連作土壤水提液對三七的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、根長、苗高、鮮質(zhì)量、硝酸還原酶活性均有不同的化感作用。隨著三七連作土壤水提液質(zhì)量濃度的不斷提高,連作土壤對三七苗高、鮮質(zhì)量的抑制作用也明顯增加。李培棟對花生的研究得出,酚酸物質(zhì)會抑制花生幼苗的生長,提高花生的發(fā)病率,可能是因為酚酸物質(zhì)破壞花生細(xì)胞膜的完整性而使病原菌入侵,影響花生生長,產(chǎn)生連作障礙。還有研究表明地黃、蒼術(shù)、當(dāng)歸等也都存在明顯的自毒作用。1.4土壤病害的種類三七的主要病害有根腐病、黑斑病、疫霉病、圓斑病、灰霉病、病毒病、銹腐病和白粉病。其中跟土壤有關(guān)的有根腐病、疫霉病、圓斑病、灰霉病、銹腐病等,目前對于這些病害的研究也比較多[25,26,53,54,55,56,57]。三七的土傳病害在連作地中尤為嚴(yán)重,應(yīng)該加強此方面的研究。1.5對害蟲的使用方法三七由于種植方式的特殊性,化學(xué)農(nóng)藥使用較多,故危害的害蟲也相對較少,目前報道的主要有地老虎,蛞蝓,根結(jié)線蟲和害鼠,對于這方面的報道不多。2克服障礙2.1土壤污染環(huán)境對土壤微生物和細(xì)菌群落的影響土壤日光消毒可以控制多種病原真菌、細(xì)菌、雜草和線蟲,土壤日曬與其他的物理、化學(xué)和生物方法具有兼容性。暴曬后,土壤的化學(xué)、物理和生物狀況會發(fā)生一定的變化,土壤中的銨態(tài)氮(NH4+-N)、硝態(tài)氮(NO-3)、鎂離子(Mg2+)、鈣離子(Ca2+)濃度增加,土壤的導(dǎo)電性增加;日光消毒使土壤中微生物數(shù)量發(fā)生了明顯變化,土壤中的有益細(xì)菌、真菌和放線菌的種群數(shù)量增加,土傳有害生物種群數(shù)量降低,發(fā)病率減少,同時還可增加土壤的團粒結(jié)構(gòu)。日光消毒還應(yīng)用于黃瓜、草莓等作物上。2.2耕作及復(fù)配制劑的使用土壤滅菌是目前克服連作障礙的重要途徑之一,尤其是對于連作后土傳病害加重的藥用植物,采用化學(xué)藥劑熏蒸是一種常用的土壤滅菌方法。有機硫熏蒸劑是三七連作栽培上廣泛使用的土壤熏蒸滅菌劑,馬承鑄的研究表明,三七連作地于播種前和移苗前用98%大掃滅粉粒劑(20~40g/m2)和35%鉀-威百液劑(30~50mL/m2)進行耕作層土壤熏蒸處理,對三七出苗和成苗率無顯著影響,而雜草和線蟲發(fā)生量比對照均減少90%~95%。若土壤熏蒸后再施入益生菌劑,并結(jié)合使用高效復(fù)配殺菌劑,則可以很好地解決三七的連作障礙。此外,用滅生性土壤消毒劑氯化苦對連作西洋參基質(zhì)進行消毒,可顯著提高存苗率,減少根病發(fā)生。2.3作生長推廣輪作是生產(chǎn)上恢復(fù)土壤地力、減少病蟲害、減輕藥用植物連作障礙的重要措施,合理的輪作方式可以提高土壤生物學(xué)活性。輪作廣泛應(yīng)用于人參、豆類、小麥、玉米、牧草、蔬菜、花卉及果樹等經(jīng)濟作物。三七進行輪作的周期較長,約8~10年,但三七連作土壤對三七、萵苣和白菜具有化感作用,所以要找到合適的輪作植物。2.4對土壤肥力的影響對連作三七的生長發(fā)育、產(chǎn)量和土壤理化性質(zhì)的初步研究,表明利用草木灰本身的養(yǎng)分特點可以有效地調(diào)節(jié)土壤pH值,減緩?fù)寥浪峄?提高土壤肥力,葉面噴施EM菌肥促進三七生長,對緩解三七連作的作用明顯。也有許多研究表明施用混合基肥,能使土壤疏松、通氣良好、保水力強、土壤有機質(zhì)增多,配施有機肥不僅為當(dāng)季作物提供有效養(yǎng)分,還能明顯提高土壤肥力和生物活性,改善土壤氮的代謝特性,是提升高產(chǎn)稻田的生產(chǎn)力的主要原因。增施硼、鋅、鎂、鐵、錳、銅等微量元素,補充連作土壤中消耗的礦質(zhì)營養(yǎng)元素,同時也有助于增強作物的抗病力,提高產(chǎn)量。2.5采取合理措施,改善土壤生態(tài)位,恢復(fù)土植物化感作用可在種間進行,也可以在種內(nèi)進行。孫浩提出,有效利用化感植物資源,提高環(huán)境質(zhì)量。種植化感覆蓋植物可減少投入,保護環(huán)境,降低土壤侵蝕率,通過免耕減少除草劑使用量,利用生物防治控制雜草生長,減少化肥需求。通過土壤生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)土壤生態(tài)位,可以了解到土壤生態(tài)系統(tǒng)進化的程度和現(xiàn)狀,從而確定和采取合理的技術(shù)措施,改善土壤生態(tài)位,使退化土壤生態(tài)系統(tǒng)得以恢復(fù)與重建。以前的化感作用主要說植物的自毒作用,沒有考慮到不同植物間的相互作用,這個是研究化感作用的新的方向。2.6防病毒2.6.1對微生物的影響利用頡頏微生物防治植物根部病害,是將培養(yǎng)好的頡頏微生物藥劑施入土壤中,或是通過在土壤中加入有機物等措施提高原有的頡頏微生物的活性,從而降低土壤中病原菌的密度,抑制病原菌的活動,減輕病害的發(fā)生。2.6.2生物有機肥覆蓋對病害發(fā)生的影響通過接種有益微