劉瑩，孫文松，李玲，張?zhí)祆o，沈?qū)氂?，于春?/p>

（遼寧省經(jīng)濟作物研究所，遼寧遼陽111000）

人參（Panax ginseng C.A.Mey）是上等的補品，也是一種名貴中藥材，具有較高的藥用價值，兼?zhèn)錉I養(yǎng)價值和保健價值。隨著市場需求量的較快增長，人參種植規(guī)模和栽培面積不斷擴大。然而人參種植過程中易發(fā)生連作障礙問題，限制了老參地的人參二次種植率，已成為限制我國人參產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題。該研究綜述了人參土壤連作障礙的產(chǎn)生原因，以及消減人參連作障礙的有效措施，旨在為人參連作障礙機制研究提供有價值的理論參考，并為克服及防治連作障礙提供理論依據(jù)和應(yīng)用指導。

1 人參土壤連作障礙的主要因素

1.1 土壤理化性狀劣變

土壤基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是支撐植物生長發(fā)育的載體，長期連作必然破壞土壤理化性狀，對植物生長發(fā)育造成不良影響。長期連種同種植物將破壞土壤團聚體基本結(jié)構(gòu)，導致土壤理化性狀變差，如土壤板結(jié)、通透性降低等。多項研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著參地種植年限的延長，參土團聚體直徑下降，孔隙度減小，直徑＜0.01 mm 的粘粒增多，比重、容重變大，導致參土穩(wěn)定性下降，土壤吸收能力變?nèi)鮗1]。植物連作會偏向性吸收土壤中某些營養(yǎng)元素，造成被吸收元素匱乏，引起植株缺素癥；而未被吸收或少量被吸收元素將不斷積累，產(chǎn)生單鹽毒害現(xiàn)象，致使連作土壤養(yǎng)分失衡。研究表明，隨老參地再植年限不斷增加，參土中營養(yǎng)物質(zhì)，如有機質(zhì)、全氮、碳氮比、有效態(tài)硅等含量呈降低趨勢[1]。對土壤微量元素變化研究認為，重茬參土中鐵、錳、鋅、銅、鉀和硼含量呈降低趨勢，其中硼顯著減少，其次是鋅、錳、鐵、銅。植株生長過程如土壤不能提供充足微量元素將引起植株新陳代謝失調(diào)，生長發(fā)育進程速度減慢，導致生理性病害發(fā)生[2]。

人參連作后土壤趨于酸化，而酸化將影響土壤中酶活性，特別是降低有益酶類活性。研究表明，新地種植人參后，土壤中脫氫酶活性、蛋白酶活性、β-葡萄糖苷酶活性顯著減弱，且隨人參種植時間越長，其活性減弱程度越大，且土層越深，活性越小，總體表現(xiàn)為表層土＞根層土＞底層土[3]。

1.2 土壤微生物群落變化

人參連作后土壤微生物群落的數(shù)量將發(fā)生變化。人參根際土壤微生物變化規(guī)律為微生物總體數(shù)量降低，微生物類群變化顯著，以青霉屬、曲霉屬為主，人參根系則以真菌為主。而引起土壤微生物變化的原因是人參重茬改變了土壤微生態(tài)環(huán)境，不適宜有益菌的生長和繁殖，但卻促進了有害菌的增殖，即人參根際土壤中細菌和放線菌數(shù)量連年減少，真菌數(shù)量連年增多，細菌/真菌比值減小。有益菌數(shù)量減少大大降低了人參對土傳病害的防御能力，導致人參易受病菌侵染而發(fā)病[4-6]。

進一步對細菌、真菌微生物菌群分析發(fā)現(xiàn)，其群落和結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。研究表明，土壤細菌群落主要為熒光假單胞菌、乳酪短桿菌和陰溝腸桿菌，但栽參2 年及4 年的人參土壤細菌群落結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)顯著的變化，熒光假單胞菌減少至零，新發(fā)現(xiàn)了冬青節(jié)桿菌和藤黃微球菌[7]。肖春萍等研究認為，老參地土壤細菌基本類群主要為生絲微菌目，鞘脂單胞菌目，慢生根瘤菌屬及固氮螺菌屬。隨人參連作年限延長，參地土壤放線菌種群總數(shù)量明顯減少，細菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，其中叢毛單胞菌科和產(chǎn)堿桿菌科細菌數(shù)量減少，而疣微菌門和酸桿菌門數(shù)量增多并占據(jù)土壤的優(yōu)勢地位[8]。

對真菌群落研究認為，參地土壤真菌門類Ascomycota和Glomeromycota 的 豐 度 增 加；Basidiomycota，Blastocladiomycota 和Chytridiomycota 的豐度下降；1 年生人參根際Neocallimastigomycota 的豐度增加，而2 年生及3 年生人參根際其豐度均下降。在真菌科類水平，真菌科Sordariomycetes，Eurotiomy cetes，Alatospora，Saccharomycetes，Leotiomycetes，Pezizomycetes，Mucorales 的豐度增加；Agaricomycetes 和Dothideomycetes 豐度下降；1 年及2 年生人參根際土壤真菌群落Tremellomycetes 豐度增加；1 年生及3 年生人參根際真菌群落Microbotryomycetes 的豐度增加，而2年生人參根際其豐度下降[9]。

1.3 化感自毒作用

植物通過自然揮發(fā)、地上部淋溶、植株殘體降解和根部分泌等方式將化學物質(zhì)釋放到環(huán)境中，并抑制自身生長發(fā)育的現(xiàn)象，稱之為化感自毒作用。藥用植物在連作條件下，根際周圍的自毒物質(zhì)不斷積累聚集，土壤微生態(tài)環(huán)境發(fā)生改變，影響植株正常代謝，最終產(chǎn)生連作障礙。有研究發(fā)現(xiàn)，人參根際土壤提取物含有苯酚類、酯類、醇類、萜類及其衍生物等多種物質(zhì)，目前已鑒定5 種自毒物質(zhì)，分別是苯甲酸、棕櫚酸、丁二酸二異丁酯、鄰苯二甲酸二異丁酯和2，2-（4-羥基苯基）丙烷，其中酚酸類化合物在化感自毒物質(zhì)中起主要作用，其對植物生長發(fā)育的影響主要通過抑制種子萌發(fā)，阻斷根系等分生組織生長發(fā)育，抑制幼苗生長[10]。

有研究證實，人參根際土壤提取物抑制人參種子發(fā)芽和根伸長；進一步測定人參根際土壤提取物的生物活性，發(fā)現(xiàn)該活性物不但能抑制人參生長，還促進人參病害發(fā)生，定性研究結(jié)果認為該物質(zhì)系人參自毒性物質(zhì)[11]。李勇等研究發(fā)現(xiàn)，人參根際土壤提取物明顯抑制人參種子胚根、胚軸的生長，化感作用影響力依次為人參根土＞老參地土＞新林地土[4]。人參根系分泌物可明顯延緩根部愈傷組織的恢復時間，高濃度則表現(xiàn)出抑制現(xiàn)象，研究發(fā)現(xiàn)，人參根際土壤分泌物通過破壞人參根愈傷組織細胞膜來影響細胞核數(shù)量，進而阻礙細胞正常分裂和生長[12]，機理研究認為化感物質(zhì)是通過降低組織內(nèi)源激素IAA 分泌來抑制愈傷組織生長，且作用靶點是參根，土壤對化感物質(zhì)有富集作用[13]。

人參根系分泌物不僅能抑制自身生長發(fā)育，而且能顯著影響自身的品質(zhì)。研究表明，人參根系分泌物對人參幼根皂苷的合成和積累有顯著影響，用酚酸類化合物處理人參幼根能夠顯著降低其皂苷含量[14]。黃小芳對水培人參根系分泌物化學成分研究認為，其中多種成分對土壤中致病菌的生長和繁殖有促進作用[15]。由此可見，人參化感自毒物質(zhì)破壞了土壤理化性狀和微生物種群結(jié)構(gòu)，是人參連作障礙產(chǎn)生的重要誘因。

2 人參土壤連作障礙的防治措施

2.1 農(nóng)業(yè)防治

2.1.1 土壤消毒。土壤消毒技術(shù)可有效消滅土壤中殘留的病原菌和害蟲。目前人參土壤消毒技術(shù)主要包括日光消毒、熏土消毒和化學藥劑消毒。夏季將參土起壟后覆蓋塑料薄膜，利用日光曬土方法可有效消滅土壤10 cm 處的根腐病菌；將土壤深翻后堆積在枯枝落葉上，再利用點燃枯枝落葉的煙霧熏烤，不僅能滅菌，還可以增加土壤肥力，降低爛根率；化學消毒是目前消除人參根際病原菌廣泛應(yīng)用的方法，利用土壤殺菌劑敵菌靈、托布津、多菌靈抑制多種土壤病原菌的發(fā)生和傳播，惡霉靈或綠亨1 號可用于防治人參立枯病、猝倒病，氯化苦用于防治人參根腐病，二溴氯丙烷和多菌靈聯(lián)合使用防效與氯化苦相近[16]，甲基溴熏蒸可提高人參保苗率和防治草害，在平地農(nóng)田土老參地土壤消毒效果較好，但山地土壤消毒效果不理想[17]。

2.1.2 科學施肥?？茖W合理施肥可有效改善人參連作土壤的養(yǎng)分含量和理化性狀，提高人參的長勢。老參地栽參前施足腐熟有機肥或混合基肥（以腐熟的豬糞、鹿糞、熟蘇子、餅肥和過磷酸鈣配制），可增加土壤有機質(zhì)含量，增強土壤肥力，改善土壤通透性和保水性，提高人參抗病性。適當增施硼、鋅、鎂、鐵、銅等微量元素肥，人參抗病性和產(chǎn)量將進一步提高[2]。施加氮肥（濃度為10 g/m2）和改良劑（玉米粉、豆桿粉、豆餅等配制）可改善老參地土壤物理化學性質(zhì)，提高過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶的活性，提高人參株高、莖粗、根重、葉面積等生長發(fā)育指標和人參有效成分含量[18-19]。

2.1.3 合理輪作。輪作可平衡吸收土壤中營養(yǎng)成分，利用種地達到養(yǎng)地的效果。大量試驗結(jié)果證實，輪作可在一定程度改變?nèi)藚⑼寥牢锢砘瘜W指標，提高土壤中微生物種類和數(shù)量；輪作還可以緩解化感自毒物質(zhì)引起的病蟲害。目前老參地土壤改良的有效措施是實行輪作制度，如人參與中藥材輪作、人參與水田輪作和人參與糧食作物輪作等。我國人參科研團隊曾進行老參地與多種中藥材輪作，如紫穗槐（Amorpha fruticosa Linn.）、苜蓿（Medicago sativa L.）、細辛（Asarum sieboldii Miq.）等，縮短老參地再植人參年限至6～10 年；日本研究了老參地與糧食作物（水稻、玉米、小麥、豆類）、果樹、蔬菜等輪作，縮短老參地再植人參年限至13～19 年；朝鮮和韓國研究了水旱輪作、參糧輪作等方法，將老參地再植人參的年限縮短至3～7 年，大大縮短了輪作制年限，提高了人參品質(zhì)、產(chǎn)量和土地利用率。

輪作模式可有效改善土壤物理化學性狀和養(yǎng)分含量。有研究證明，老參地輪作其他植物后土壤結(jié)構(gòu)得到改善，土壤中養(yǎng)分，如有機質(zhì)、全氮、全磷、氨態(tài)氮、水解氮、速效磷、速效鉀、鈣、鎂、鈉的含量提高，人參長勢和產(chǎn)量與新林地條件下相同[20]。

輪作還可有效改善微生物種群組成和數(shù)量，降低土傳病害的發(fā)病率。老參地輪作中藥材天麻（Gastrodia elata Bl.）、紫穗槐（Amorpha fruticosa Linn.）和胡枝子（Lespedezabicolor turcz）等，土壤中細菌、放線菌、纖維降解菌和固氮細菌呈階段性増加，真菌數(shù)量下降，其中硝化細菌、氨化細菌、硫細菌和磷細菌等有益菌數(shù)量增加，而厭氧固氮菌數(shù)量降低。老參地輪作細辛（Asarum sieboldii）后，再植人參根腐病發(fā)病較輕，也極少出現(xiàn)破皮、燒須現(xiàn)象，輪作效果較好，其原理是細辛根部可分泌辛辣物，對老參地人參殘體分泌物及其土壤中的人參有害微生物有拮抗和減少、殺滅作用，改善老參地土壤，有利于人參的土壤微生物環(huán)境[21]。筆者實驗室最新研究結(jié)果認為，老參地輪作水稻后，土壤中厭氧菌數(shù)量增多，致病菌數(shù)量減少，再植人參根病發(fā)生率低（待發(fā)表資料）。

2.2 化學防治

人參連作多年后，土傳病害較重，易發(fā)生銹腐病、黑斑病、根腐病、立枯病等多種病害，嚴重影響人參的生長發(fā)育和品質(zhì)。目前，化學藥劑是最高效的防治方法，已篩選出對銹腐病、黑斑病防效較好的化學藥劑，但對灰霉病、根腐病尚無有效化學藥劑。

大量研究結(jié)果表明，化學藥劑用于人參銹腐病防治效果最佳。室內(nèi)生測和田間試驗表明，用50%多菌靈可濕性粉劑，用量為1.25～5 g/m2噴施人參，抑制銹腐病的發(fā)病率為70.54%～82.04%，保證成苗率高、增加收益顯著[14]。田間藥效試驗表明，老參地用氯化苦，用量為25～35 kg/667 m2噴施人參，抑制銹腐病的發(fā)病率為54.78%～70.07%[15]。室內(nèi)抑菌和盆栽試驗、田間藥效研究結(jié)果認為，25%戊唑醇可濕性粉劑、25%丙環(huán)唑乳油、40%菌核凈可濕性粉劑、50%烯酰嗎啉可濕性粉劑、30%氟菌唑可濕性粉劑和80%代森錳鋅可濕性粉劑抑菌率和防效＞40%，菌核凈、代森錳鋅等抑制病菌發(fā)生和蔓延效果較好[22]。此外，也有研究報道新潔滅、咯菌腈和菌克毒克對人參銹腐病的發(fā)生和傳播抑制效果良好[22-24]。

化學藥劑用于人參黑斑病的防治效果也較理想，主要藥劑有奔路、斑絕、凱潤、普力克、阿迷西達、可殺得、代森錳鋅等，但這些藥劑在使用過程中普遍存在化學藥劑濃度高、用藥量大、施用次數(shù)多、對環(huán)境污染嚴重、農(nóng)殘指標檢測值嚴重超出人參GAP 標準，已不作為主推藥劑用于人參黑斑病的防治。近些年，一些低毒、安全、高效的農(nóng)藥在防治人參黑斑病取得了顯著效果。室內(nèi)抑菌試驗認為，新益甲托、多菌靈和金萬霉靈3 種藥劑對人參黑斑菌防效較好，其中新益甲托在抑制人參黑斑病菌生長時效果最佳，在保證病害防效及控制農(nóng)藥殘留不超標的基礎(chǔ)上，下一步可規(guī)?；茝V應(yīng)用防治黑斑病。田間藥效試驗發(fā)現(xiàn)，50%美派安對人參黑斑病防治效果最好，以稀釋800 倍液濃度最佳，防效可達到84.38%；50%斑除對黑斑病防治效果較好，以稀釋2 000 倍液濃度最佳，防效達79.8%[25]。室內(nèi)抑菌試驗表明：50%嘧菌環(huán)胺水分散粒劑和25%丙環(huán)唑乳油對人參黑斑病菌防效最好，其他多種化學藥劑如2%戊唑醇濕拌種劑、300 億/g 蠟質(zhì)芽孢桿菌可濕性粉劑、40%氟硅唑乳油、10%多抗霉素可濕性粉劑、10%戊菌唑乳油等防治人參黑斑病菌效果也較好。田間試驗結(jié)果表明：50%嘧菌環(huán)胺水分散粒劑、3%中生菌素可濕性粉劑、76%丙森·霜脲氰可濕性粉劑在實際生產(chǎn)中對黑斑病防治效果也較理想[26]。

2.3 生物防治

近年來，生物防治人參病害的報道逐漸增多。室內(nèi)抑菌試驗發(fā)現(xiàn)，植物枯草芽孢桿菌、內(nèi)生細菌嗜麥芽寡養(yǎng)單胞菌ge15 和芽孢桿菌ge25 可顯著抑制黑斑病等病害[29]。室內(nèi)盆栽試驗發(fā)現(xiàn)，解淀粉酶芽孢桿菌ND-60 發(fā)酵液對黑斑病防效較好，可利用其高效活性拮抗菌劑替代農(nóng)藥[30]。室內(nèi)抑菌和田間防效試驗發(fā)現(xiàn)，丙環(huán)唑和嘧菌酯（按比例3∶5 復配）防治人參黑斑病的效果最佳，而且藥效重現(xiàn)性好[20]。田間防效試驗發(fā)現(xiàn)，平安福微生物菌劑、哈茨木霉菌劑可有效防治人參病害，其防治途徑為通過提高人參連作土壤中的關(guān)鍵酶活性，實現(xiàn)消減連作障礙，從而降低土傳病害發(fā)生率，提高人參的成活率、產(chǎn)量和藥效含量[27-28]。

3 展望

人參連作障礙受多種因素影響，其形成機制復雜且仍無最佳安全有效的防治方法，雖然目前有關(guān)連作障礙的防治方法有很多種，但在實際應(yīng)用中仍以化學防治為主要方法，盡管化學防治成本低、防效好，但存在化學藥劑毒性大、殘留量超標等問題，影響著人參的安全性。農(nóng)業(yè)防治、生物防治作為安全有效的防治方法正逐漸被重視起來，其中農(nóng)業(yè)防治是利用科學的農(nóng)業(yè)手段和方法，改變不利因素為有利條件，最大限度創(chuàng)造作物所需最佳生長環(huán)境，在保證作物最佳生長狀態(tài)的同時，控制病蟲草害發(fā)生和傳播的方法，農(nóng)業(yè)防治具有無污染、經(jīng)濟實用、簡便易行等優(yōu)點；生物防治是借助自然界物種間存在的相互抑制關(guān)系，利用一種生物防治另一種生物的方法，生物防治具有安全、環(huán)境友好、藥效持續(xù)期長等優(yōu)點。因此，今后克服人參連作障礙應(yīng)側(cè)重于農(nóng)業(yè)防治特別是水旱輪作模式和生物防治研究，以環(huán)境友好、生態(tài)安全、高效的防治措施替代化學防治方法，實現(xiàn)中藥材安全有效的生產(chǎn)和人參產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。