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苹果重茬连作障碍防控综合技术,你听专家怎么说

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由于土地资源有限,在对老果园更新时,果树重茬栽培无法避免,导致连作障碍的发生具有普遍性。据报道,英国50%的果园曾发生苹果连作障碍的现象,波兰存在连作障碍的果园面积曾占到总面积的60.7%,苹果连作障碍导致美国华盛顿州10年间经济损失达40000美元/hm2。我国苹果栽培面积、总产量及出口量均居世界第一,但这些传统优势栽培地区的苹果园现在大部分进入衰老期,如山东省栖霞市,有耕地5.3万hm2,近4万hm2已种植苹果,其中25年以上园龄的占67.5%,面临轮作倒茬困难的问题,且今后5 年,山东省有近6.7万~10万hm2苹果园面临更新,由于没有足够的正茬地用以新建果园,苹果连作障碍将成为制约苹果更新的主要限制因素。此外,连作障碍在梨、桃、李、樱桃、柑橘、草莓、葡萄、核桃等果树上也均有发生。

苹果连作障碍是指果园刨除老树后,重茬栽植苹果幼树时,新植树根系不健康,幼树生长缓慢,植株矮小,病虫害严重,甚至整株死亡的现象,日本称之为忌地现象,欧美国家称之为再植病害,我国称之为重茬障碍或连作障碍。

苹果连作障碍的发生机理

作物连作障碍的原因复杂,是植物有机体与土壤内含物诸多因素综合作用结果的外观表现。综合本课题组及国内外学者的研究成果,将苹果连作障碍发生的主要原因概述如下。

有害真菌

前人研究认为,连作障碍的发生与微生物群落结构失衡密切相关,长期连作可导致微生物种群结构失衡,降低有益微生物数量,增加土传病害菌数量,土传病害加重,从而导致作物减产。在多数地区,连作土壤中有害真菌数量的增加是造成连作障碍的主要原因。不同地区、不同果园连作土壤中的有害真菌不同。本课题组2011年和2013年分别从环渤海湾苹果产区的老苹果园以及连作苹果园土壤中分离到大量的尖孢、串珠、腐皮和层出镰孢菌,且研究发现其对苹果砧木平邑甜茶幼苗有强致病性。2013年对山东省磁窑镇、道朗镇以及山东省烟台市金城镇的连作苹果园土壤中的真菌构建了克隆文库,发现柱孢属、镰孢属占的比例较大。2015年在环渤海主要的苹果产区采集苹果连作土,共筛选出2643个阳性克隆,构建了苹果连作土壤真菌克隆文库,发现镰孢菌、子囊真菌、兰久浩酵母菌、被孢霉菌、假裸囊菌、隐球酵母菌等真菌在环渤海地区广泛存在,其中镰孢菌、子囊真菌含量较多。2016年在西北黄土高原主要的苹果产区采集苹果连作土,共筛选出3000个阳性克隆,构建了苹果连作土壤真菌克隆文库,发现镰孢菌、子囊真菌、葡萄球菌属、被孢霉属、毛壳菌含量较多。我们认为镰孢属真菌是环渤海和西北黄土高原连作苹果园土壤中的主要致病真菌,而常常被国外学者报道的腐霉属、疫霉属真菌在我们调查的果园土壤中既没有分离到,也没有检测到。因此,不同地区、不同果园连作土壤中的有害真菌不同,同一地区、不同果园连作土壤中的有害真菌也存在差异。

化感物质自毒作用

酚酸类物质是引起苹果连作障碍的原因之一。酚酸类物质的作用强度会因酚酸种类的不同而有所不同,会随着浓度的升高而加强。本课题组前期研究表明一定浓度的苯甲酸不但伤害了平邑甜茶根系,而且比相同浓度的间苯三酚、丁香酸、对羟基苯甲酸、咖啡酸和阿魏酸对平邑甜茶根系抗氧化酶活性和线粒体功能的抑制程度大。王青青、毛志泉等研究证明了一定浓度根皮苷可降低 TCA 循环中相关酶活性,导致苹果砧木平邑甜茶根系呼吸速率下降。尹承苗研究表明,连作土壤中酚酸类物质根皮苷、根皮素、间苯三酚等不仅能直接伤害连作平邑甜茶幼苗根系,还能通过促进镰孢菌的繁殖、生长加重苹果连作障碍的程度。这些研究结果对生产中采取相应措施减轻连作障碍具有重要意义。

土壤理化性质恶化

长期种植果树,连作果园土壤往往表现为容重变大,通气孔隙比例下降,土壤酸化,影响下茬幼树的正常生长。果树为多年生植物,根系分布深而广,同类果树根系在土壤中吸收的营养成分基本相同,往往造成土壤中某些元素的缺乏。因此,在苹果连作障碍最初的研究中,大多数研究都向土壤养分亏缺的方向深入,但有研究结果表明,即使补充相关元素也不能改善苹果连作障碍。

土壤酸化导致土壤中某些营养元素流失或产生毒效应来影响植物的正常生长,酸化土壤的肥力差等众多因素限制植物生长,导致细根减少以及根系分布上移,影响养分和水分的吸收。目前山东省果园土壤出现严重酸化的现象,从全省主要果品产区来看,以棕壤为主的胶东地区果园土壤酸化最为严重,招远果园土壤平均pH值为 4.22,呈极强酸性;栖霞、文登、蓬莱、莱西果园土壤平均pH值分别为4.69、4.86、5.14、5.26,呈强酸性。于忠范等对胶东268个果园土壤pH值进行了测试,发现胶东果园土壤酸化十分严重,种植果树必须改良的强酸性、酸性土壤果园占全部果园总数的60.5%,再加上弱酸性土壤果园,胶东偏酸性果园占全部果园的比率竟达到88.4%。本课题组前期利用15N标记的方法研究发现,土壤的连作和酸化显著降低了平邑甜茶根系对氮素的吸收速率。综上所述,土壤酸化造成土壤理化性质恶化、根系养分吸收障碍以及土壤微生物群落结构的改变,是生产上的障碍因子。

减轻苹果连作障碍的措施抗性砧木

砧木的抗性与连作障碍的发生程度密切相关,通过育种选育对连作障碍耐受能力强、适应性强的品种或砧木有望从根本上解决苹果连作障碍。Rumberger 等选用3种CG系列苹果砧木CG16、CG30、CG210和常规砧木M7、M26,嫁接Royalempire品种,分别在再植果园的老树行位置和行间生草带种植,连续观察3年,结果表明CG30和CG210砧木较耐连作。Mazzola等研究发现,在华盛顿州再植园中,Geneva砧木系列根霉腐菌感染率显著低于M26、MM111和MMl66。北京亿冠林农林科技有限公司繁育的苹果砧木具有良好的抗重茬特性,目前正在推广应用。本课题组前期研究发现,不同苹果砧木对连作环境的反应差异显著,在莱芜难咽、八棱海棠、新疆野苹果、山定子和平邑甜茶中,平邑甜茶适应性较好。

农艺措施1合理的轮作、间作、套种和混作

轮作、间作、混作、地面覆盖等管理措施等都是非常有效的应对连作障碍的措施。轮作可以提高土壤细菌群落的多样性,同时因大多数病原菌都是专性寄生,通过与病原菌非寄主植物的轮作,可有效降低土壤传播病害的发病率,但轮作不同作物其减轻苹果连作障碍的效果差异明显。吕毅、毛志泉等研究发现,轮作葱更有利于减轻苹果连作障碍,但轮作耗时太长,一般轮作时间不能低于3年。我们的研究结果表明,短期轮作葱加施菌肥的措施可有效减轻苹果连作障碍现象。

为避免轮作时间太长给苹果生产者带来不便,我们研究提出了葱、树混栽减轻苹果连作障碍新技术,即让幼树生长在葱里面。李家家、毛志泉等研究表明,将平邑甜茶幼苗与葱混作,可以减少连作土壤中真菌数量,特别是土壤中尖孢镰孢菌数量,提高细菌数量,并明确了所增细菌的类型,明显减轻了苹果连作障碍。

2深翻客土

植物残体及枯枝落叶中含有大量的病原菌,它们的存在会成为病害发生的侵染源,另外植株残体腐解后产生的自毒物质也是连作障碍产生的重要原因之一,因此应尽量清除残根。连作时最好深翻改土,深翻客土是一种克服果树再植障碍的有效措施;但客土的缺点是费时费工,并且适宜栽植苹果的正茬土地资源有限,生产上难以大面积应用。本课题组提出的连作建园时“冬前开沟、风干冻融、春季回填、土层置换”土壤处理方式与其他措施相结合能较好地防控苹果连作障碍。

3施用有机物料

王艳芳、毛志泉等研究结果表明,适量施用海藻有机肥能明显促进再植条件下的平邑甜茶幼苗的生长,并且可以提高土壤酶活性,改善连作土壤环境。张兆波、毛志泉等研究指出,连作苹果幼树施用有机物料发酵流体,能明显减轻苹果连作障碍现象。大量使用有机肥能明显减轻苹果连作障碍,其原理在于土壤中增加了大量的微生物,特别是细菌数量,改善了连作环境中微生物的群落结构,但施入有机物料的量一般每亩需要10~30m3,若大面积推广,有机物料资源不足。

化学与物理防治

土壤化学熏蒸是克服连作病害的有效措施,溴甲烷、氯化苦、1,3-二氯丙烯等化学试剂常被用来对土壤进行灭菌来防止土传病害的发生。虽然这种方法具有良好的控制效果,但却存在成本高、有污染等诸多问题,因此难以大面积推广,特别是溴甲烷已被禁用。刘恩太、毛志泉等研究发现,棉隆处理连作土壤,使得土壤中微生物发生变化,细菌与真菌比值增加,平邑甜茶幼苗植株长势增强;研究还发现多菌灵对连作土壤串珠镰孢菌的控制效果最好,可减轻苹果连作障碍。

另外,利用太阳辐射和蒸汽等物理措施也能达到土壤消毒的目的,但应用范围和有效性有很大局限性。将连作苹果园土壤放置在60~70℃蒸汽中进行巴氏灭菌处理后,可促进苹果幼树的生长。Jaffee等报道γ-射线可消除苹果连作障碍,但此法应用成本太高。

鉴于土壤化学熏蒸剂的毒性和大田应用的高成本,有些化学药剂防治有逐渐被其他防治措施所取代的趋势。

生物防治

1拮抗细菌的应用

再植时向土壤中施入一些拮抗细菌对土传植物病原菌有一定的控制作用。本课题Ju 等研究发现,1株名为Y-1的枯草芽孢杆菌可抑制苹果幼苗的根腐病,可减轻苹果连作障碍。枯草芽孢杆菌TS06、苏云金芽孢杆菌以及解淀粉芽孢杆菌菌株W19 在控制土传病害方面都有一定的效果。

2拮抗真菌的应用

本课题组研究发现,苹果连作土壤中添加球毛壳 ND35 菌肥可以很好地改善苹果连作土壤微生物区系,增加平邑甜茶幼苗根系活力和生物量。张先富、毛志泉等研究发现,分离到的草酸青霉 A1,其菌肥能减轻苹果连作障碍。杨兴洪等研究发现在连作幼树上接种VAM菌根真菌能大大减轻苹果连作障碍。

3拮抗植物的应用(生物熏蒸)

某些植物能够有效地拮抗与再植病害相关的病原物的生长,被称之为拮抗植物,这些植物能够产生挥发性的杀生气体抑制或杀死土壤中有害生物。目前,芸薹属植物、菊科植物、葱属植物、家禽粪便等均被用作生物熏蒸材料以有效防治土传病害及植物根结线虫。有研究表明,苹果连作土壤中添加芥菜籽粉和白芥子粉等生物熏蒸剂后,能明显缓解苹果连作障碍。本课题组研究发现,将再植苹果幼树与葱属植物混作能显著促进2年生苹果幼树的生长,显著改善连作土壤真菌群落结构,降低病原菌的数量,特别是尖孢镰孢菌、层出镰孢菌、腐皮镰孢菌和串珠镰孢菌的数量。

苹果连作障碍防控技术体系

山东农业大学苹果连作障碍防控技术研究课题组,在国家现代农业(苹果)产业技术体系资助下,经过近10年的研究、总结,提出了苹果连作障碍综合防控技术体系,并在国内苹果主产区进行田间示范,取得预期效果,其技术要点如下。

1冬前开挖定植沟。

秋季果实采摘后,尽快去除老树,每亩撒施腐熟好的农家肥5000kg,全园旋耕30~40cm。之后按设计好的行距开挖定植沟,定植沟深60~80cm,宽不小于100cm。开沟时将上层土(熟土)与下层土(生土)分开[即0~30cm(40cm)和30(40)~60cm(80cm)的土]放置,开沟过程中注意捡除残根。定植沟于春季回填,回填时上、下层土颠倒位置,即生土置于上部,熟土置于沟底。

2处理树穴土壤、定植。

3月下旬至4月上旬,在定植沟内挖内径、深均40cm的树穴,将1kg防治苹果连作障碍专用菌肥(国家现代农业(苹果)产业技术体系研制)与树穴土壤充分混匀,选用优质苗木——根系完整、健壮、整齐的大苗定植,特别是优质的脱毒苗或砧木相对抗连作障碍的苗木对成功建立连作园有重要作用,定植前苗木根系应在清水中浸泡24~48h并修剪根系。定植后,于行内覆盖园艺地布。

3树盘范围适时种植葱。

定植当年9月上旬,去掉园艺地布,在树盘撒播葱种,每个树盘撒播4~5g葱种,即让幼树生长在葱里面,第2、第3年春季(或夏、秋季)继续在树盘撒播葱种,也即树盘连续3年种葱。在葱生长季节,适当追施1~2次肥,施肥后浇水。同时行间连续3年间作1年生矮秆植物,如花生、牧草等,加强连作建园后的土肥水管理、病虫害防控和整形修剪等工作。

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