平江县白术连作障碍的原因及消除途径浅析

宋 荣，邓 凯，朱校奇，周佳民，曹 亮

（湖南省农业科学院农业生物资源利用研究所，湖南 长沙 410125）

白术（Atractylodes macrocephalaKoidz.）又名于术、冬术、浙术；在平江，白术被俗称为“平术”；为菊科（Compositae）苍术属（Atractylodes DC.）植物，以根茎入药，有健脾益气、化湿利水、安胎、止汗等功能，主治脾胃气虚、倦怠无力、食少胀满、脘腹痛、呕吐泄泻、表虚自汗、胎动不安、妊娠水肿及白细胞减少等症[1-3]。

白术性喜阴凉干爽气候，怕高温多湿。湖南省平江县夏季不热、冬季不冷的特殊山地小气候和板页岩的土壤结构，非常适合白术的生长。据史料记载，平江县人工种植白术已有400 a以上的历史，主产区位于龙门、三阳、安定、嘉义、长寿、钟洞等乡镇。在李时珍1578年编著的《本草纲目》中，就有白术“瘦而黄者，是幕阜山所出”的记载。

现代医学研究表明，白术根茎富含苍术酮、苍术醇、白术内酯和维生素A等挥发油成分，而平江县出产的白术挥发油含量高达1.32%，在国内白术中首屈一指，被称为“南方人参”。平江的白术因其品质佳，除畅销国内市场外，还销往东南亚各国和美国、日本等国，在国内外药材市场享有盛誉，白术产业逐渐成为活跃当地山区经济，增加农民收入的主要途径。但白术在种植过程中出现了严重的连作障碍，产量和品质极具下降，大大地降低了药农的生产积极性。因此，在结合平江县白术种植情况的基础上，分析其连作障碍产生的原因和危害，以期为克服白术连作障碍，促进平江县白术产业的可持续发展提供指导。

1 连作障碍的概念

狭义的连作是指在同一耕作地上连续种植同一种作物（或同一科作物）；广义的连作是指同一种作物或感染同一种病原菌或线虫的作物连续种植。同一作物或近缘作物连作以后，即使在正常管理情况下，也会出现病虫害频发、生育状况变差、产量降低、品质变劣的现象，即连作障碍。

2 连作障碍对白术的危害

2.1 严重危害白术植株的生长发育

研究证明，作物连作使得植株生长发育受到抑制，尤其是根系发育不良，叶面积指数下降，叶绿素含量降低，造成植株吸收水分和养分的能力下降，光合速率降低[4-5]。

徐建中等[6]研究白术-玉米的轮作，结果发现连作的植株死苗率达到79.33%，而玉米-白术灌水盖膜的轮作死亡率为15.33%，比连作降低了64个百分点，大大提高了白术的成苗率；株高上，轮作的植株可达51.04 cm，连作的植株高度为33.19 cm，株高增长53.78%；冠幅上，轮作的植株冠幅可达35.47 cm，连作的植株冠幅为20.82 cm，冠幅增加70.36%；单株鲜重上，轮作的植株鲜重为连作的3.7倍。可见白术连作，严重的危害白术植株的生长发育，降低了白术的生物学产量，严重影响了白术的产量。

2.2 植株病害频发

白术在种植生产中常发生的病害有白绢病、根腐病、立枯病、铁叶病、锈病、黑斑病、花叶病、白术细菌性枯萎病等，以苗期立枯病和成株期白绢病、根腐病、铁叶病的危害最大，发病最普遍[7]。

立枯病俗称“烂茎瘟”，是白术苗期的重要病害，主要由立枯丝核菌等属半知菌亚门真菌侵染引起，立枯病是低温高湿病害，在早春术苗生长缓慢、组织还没有木栓化时，极易感病。多年连作或前茬为易感病作物时发病较重[8]。

白绢病俗称“白糖烂”，主要为土传病害，由真菌半知菌亚门齐整小核菌侵染所致，主要危害植株根茎部，成株期患病严重。病菌在高温高湿的天气下增殖迅速，随水流传播，扩展迅速。菌核主要在土壤或植株残体上越冬，在土壤中存活5~6 a仍具有较强的侵染力。因此，连作时会发病的作物残体中将会累积大量的病源，从而加重白绢病的发生[9]。

根腐病也是一种土传病害，主要侵害维管束系统。此病由真菌半知菌亚门尖孢镰刀菌侵染所致，病菌菌丝体可在种苗、土壤和病残体中越冬，成为翌年病害的初侵染源。病菌通过风雨、地下害虫和农事操作等途径扩散传播，以虫伤、机械伤等伤口侵入维管束，也可直接侵入，侵入后导致维管束系统褐化干腐，最后仅残留木质纤维及碎屑。生长期间雨量多、相对湿度大是病害发生的主要原因。

白术铁叶病俗称“癃叶”，由真菌半知菌亚门白术壳针孢菌侵染所致，发生普遍，主要危害叶片，也可危害茎杆及术蒲，造成叶片枯萎，导致减产。病菌主要以分生孢子器和菌丝体在病残体及术栽的叶柄残基上越冬，成为次年病害的侵染源。病害发生期长，在多雨高湿的天气发生严重，干燥气候下病害则受到抑制。

2.3 白术品质下降

中药材品质是决定中药临床疗效的重要因素。研究证明，药用植物连作会降低植株体内的多糖、皂苷等有效成分含量，降低药材品质[10-11]。白术生产中，连作危害植株的正常生长发育，生物学产量降低，养分供应不足，导致白术体内白术内酯、苍术酮、多糖等药用成分含量降低，降低白术的品质。

3 白术连作障碍发生的原因

关于作物连作障碍的形成机制，已有很多报道。最早认为是作物在次生代谢过程中会产生一种毒素，该毒素将抑制同一作物或同一类作物的生长；后来被认为是生物间的“相生相克”现象；而1983年，日本的泷岛专家提出植物连作障碍是由五大因素引起的，即土壤养分亏缺、土壤反应异常、土壤理化性状恶化、植物的有害物质以及土壤微生物的变化[12]。在上述形成机制的基础上，结合近年来平江县白术种植情况，分析认为该县的白术连作障碍主要是由以下几个方面造成的。

3.1 土壤性状改变

研究表明，不同作物对矿质营养元素的需求具有特定性，耕作地上长期种植同一种作物，必然造成土壤中某种或某几种矿质元素的亏缺，其他矿质元素日益积聚，而土壤中缺乏的矿质元素不能及时得到补充，便会导致缺素症的发生，从而阻碍作物的正常生长发育[13]。

白术生长周期较长，长期连作后，土壤中矿物质比例失调，有机质成分单一，土壤团粒结构被破坏，非活性孔隙比例降低，土壤板结，通气性、透水性变差，土壤肥力下降；另外，连作条件下持续大量施用无机化肥，会使土壤中盐类成分含量上升，土壤易次生盐渍化，在此情况下，植物易失水，从而影响作物的正常生长发育；同时，长期连作还会造成土壤pH值显著下降，土壤酸化。总的来说，长期连作将使白术生长环境恶化，导致养分供给不足，生长发育受阻，有效成分含量下降，作物的产量和品质降低。

3.2 土壤微生物环境恶化

土壤中微生物种类繁多，对作物来说，正常情况下有益微生物要多于有害微生物。有益微生物与植株共生，分解腐殖质，为植株提供养分，促进植株的生长发育。但长期连作使得土壤结构和矿物质平衡被破坏，生态环境逐渐不适宜微生物的生长，尤其是对有益微生物。土壤微生物数量下降的同时，打破了原来的微生物平衡，先前土壤中受到抑制的有害微生物种群数量增加，导致土传病害加重，植株生长发育受到严重影响，产量品质下降。研究表明，土壤微生物总数与白术生物学产量呈正相关的关系，而土壤微生物群落数量与白术水浸出物的含量也呈正相关关系[14]。

酶是土壤的组成成分之一，是一种高分子生物催化剂，也是表征土壤质量水平的一个重要生物指标[15-17]。酶催化土壤中腐殖质、动植物及微生物残体的分解，促进土壤中各种有机、无机物质的转化，将氮、磷、钾等营养元素释放到土壤中[18]。酶活性的提高能促进土壤的代谢，使土壤养分和结构发生变化，增强土壤肥力，有利于植株的生长发育[19]。但随着作物连作年限的增加，土壤酶活性发生变化，其中土壤酸性磷酸酶、转化酶、脲酶活性呈总体下降趋势，过氧化氢酶活性则逐渐增强，均不利于作物的生长[20]。

3.3 植物化感自毒作用

植物在代谢活动中产生并以挥发、淋溶、分泌和分解等方式向环境释放次生代谢物，进而影响邻近伴生植物的生长发育，这种现象称作化感作用。植物释放出的化感物质对同茬或下茬同种或同科植物的生长产生抑制作用称为化感自毒作用[21]。

植物在新陈代谢过程中向根际土壤中分泌一些有机或无机物。在这些分泌物中既有对植株生长发育有益的成分，也有对植株生长有害的成分，如一些有机酸、酚类等，有害产物在土壤中积累，对作物自身生长发育具有较大的毒害作用[22-24]。植物在连作过程中，茎、叶的淋溶物和残体在雨水冲刷以及微生物的作用下分解产生的有害化学物质在土壤中累积，将改变土壤微生物区系，抑制根系生长，降低根系活力，作物生长不良或发病，从而导致产量降低和品质变坏[25-26]。

平江县的白术因其根茎中挥发油含量高而畅销，植株的根系分泌物也相对较多。因此，长期连作导致土壤中的有害根际分泌物含量较高，对白术苗的生长有一定的抑制作用；而且有害根际分泌物可能刺激白术病原微生物的生长，促使其大量增殖，导致白术植株病害发生加重。研究表明，连作过程中，白术的茎、叶、根系等残体留在大田中，被分解后将产生一些对白术自身生长发育有害的化学物质，抑制了白术幼苗胚根和胚芽的生长，严重时导致根茎腐烂，甚至死苗[27]。

4 消除连作障碍的途径

4.1 选育高抗品种

白术生产中，病害频发是白术连作最大的障碍。研究表明不同品种的抗病性有差异，一个品种长时间的种植也会出现品种退化、抗性降低等情况。因此，根据不同品种的特性，培育出抗性强的优良品种，是克服白术连作障碍的有效措施。另外，当白术以无性繁殖进行栽培时，一些病原生物能寄生在植株体内，在外界环境适和的情况下侵染植株，造成病害；所以利用组培脱毒技术，繁殖脱毒种苗，也是一条有效防治土传病害的危害、克服连作障碍的途径。

4.2 合理轮作间作

目前，轮作是解决白术连作障碍最简单和有效的方法，常见的轮作方式有两种：（1）水—旱轮作，即白术与水稻轮作，水旱轮作可以通过水淹造成厌氧环境，杀死许多有害微生物，对于防治白术连作障碍的效果尤其明显；（2）旱—旱轮作，白术可与玉米或非宿根类作物轮作。通过换茬利用不同作物的化感作用原理，把一些化感物质进行有益组合，增加土壤中的养分，提高土壤肥力；通过换茬利用不同作物的生物学特性抑制病原菌的繁殖，减少土传病害的发生，有利于增加白术和作物的产量，改善作物品质。

间作指一季有两种或两种以上生育季节相近的作物，在同一块田地上成行或成带（多行）间隔种植的方式。合理的间作能提高土地利用率，充分吸收光能，还能利用不同植物的生长特性，相互作用，促进作物的生长，提高产量。例如白术和瓜蒌间作时，白术性喜凉爽气候，怕高温高湿，在气温30℃以下时，植株生长速度随气温升高而加快，气温升至30℃以上时生长受到抑制，根茎的生长以26~28℃为最适宜，3~7月为白术苗期，7~11月为根茎生长期；而瓜蒌为攀缘性草本植物，藤长达5 m，3~4月播种，6月上架，7月即爬满藤架，7~8月为花期， 9~11月为果期，瓜蒌种植时只留一根主茎上架。我国南方地区从6月开始进入高温季节，结合白术和瓜蒌的生长习性，在瓜蒌棚下种植白术，可以提高土地和光能利用率，高温季节瓜蒌藤为白术遮阴降温，促进其根茎的生长；同时，因免搭遮荫棚架而降低了生产成本，增加了种植户收入，有利于实现绿色高效立体栽培。

4.3 合理施肥，土壤消毒

在生产中，化肥施用过多，容易导致土壤酸化和盐化，易破坏土壤结构，造成板结。因此生产中要控制化肥施用量，多施用有机肥，改善土壤结构，提高植株抗逆性，增强土壤肥力。目前，有机肥主要以农家肥为主，其肥源广泛，品种繁多，但必须要经发酵处理，充分腐熟后才可施用。一般发酵时间为30 d左右，可添加微生物菌种以加速腐熟，堆温升至65℃以上才能达到消毒灭菌的目的。同时，视土壤肥力情况，可以适量施用无机肥。

调查发现，使用石灰对土壤灭菌可在一定程度上减轻连作障碍的不良影响。常用的土壤灭菌方法有生石灰、化学药剂和灌水等方法。在灭菌的土壤上，白术植株生长相对发育良好，病害相对减轻，产量和品质有所提高。

4.4 引入拮抗菌，消除自毒作用

化感自毒作用在作物连作中影响明显，为了消除化感自毒作用的影响，可以利用拮抗菌和生物有机肥。将培养好的拮抗菌施入白术种植土壤中，降低土壤病原菌的密度，抑制病原菌活动，从而减轻病害的发生。接种有益菌群和使用含有益微生物种群的生物有机肥在白术根际形成生物屏障，抑制土壤致病菌的发展，也能够在一定程度上分解土壤中存在的自毒物质。另外，土壤中增施含AM菌根的生物有机肥和有机改良剂，能改善土壤生态环境，调节土壤酶活性，有利于白术的生长。

5 结 语

随着现代中医药的发展，对白术药用成分的认识和开发越来越透彻，市场对白术的需求日益增加，种植面积也稳步扩大。但因白术连作障碍严重，影响了农户的生产积极性，严重地制约着平江县白术产业的发展。虽然，目前对白术的研究较多，但主要集中在药理方面，对白术的连作障碍研究较少。而且连作障碍是诸多因素相互作用综合而成，对其连作障碍的研究还需更进一步深入。

[1] 刘思贞，邵玉芹，祝希娴. 白术药理研究进展[J]. 时珍国医国药，1999，（8）：634-637.

[2] 陈华萍，吴万忠. 白术的研究进展[J]. 广东药学，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，吴正锋，成 波，等. 连作对花生光合特性和活性氧代谢的影响[J]. 作物学报，2007，33（8）：1304-1309.

[5] 杜长玉，李东明，庞全国，等. 大豆连作对植株营养水平、叶绿素含量、光合速率及其产物影响的研究[J]. 大豆科学，2003，22（2）：146-150.

[6] 徐建中，孙乙铭，王志安，等. 白术-玉米轮作对白术植株生长及产量影响研究[J]. 中国现代中药，2012，14（2）：40-42.

[7] 赵国华. 白术病害发生规律及综合防治措施[J]. 中国农村小康科技，2008，（8）：56-57.

[8] 陈汉卿. 白术主要病虫害的发生与防治[J]. 安徽农学通报，2012，18（10）：180-181.

[9] 潘兰兰，郑永利，吕先真，等. 白术主要病害的发生及综合治理[J]. 浙江农业科学，2006，（3）：315-318.

[10] 曾令杰，林茂兹，李振方，等. 连作对太子参光合作用及药用品质的影响[J]. 作物学报，2012，38（8）：1522-1528.

[11] 陈 菊. 黔东南太子参连作障碍原因及防治途径探析[J]. 中国现代中药，2013，15（7）：584-586.

[12] 泷 岛. 防治连作障碍的措施[J]. 日本土壤肥科学杂志，1983，（2）：170-178.

[13] 沈志远，王其传. 作物连作障碍发生原因及解决办法[J]. 生物学教学，2002，27（3）：39-39.

[14] 仇有文. 土壤微生物对药材白术生物学产量和品质影响的研究[D]. 成都：西南交通大学硕士学位论文，2007.

[15] 张玉兰，陈利军，张丽莉. 土壤质量的酶学指标研究[J]. 土壤通报，2005，36（4）：598-604.

[16] 曹 慧，孙 辉，杨 浩，等. 土壤酶活性及其对土壤质量的指示研究进展[J]. 应用与环境生物学报，2003，9（1）：105-109.

[17] 邱莉萍，刘 军，王益权，等. 土壤酶活性与土壤肥力的关系研究[J]. 植物营养与肥料学报，2004，10（3）：277-280.

[18] 张咏梅，周国逸，吴 宁，等. 土壤酶学的研究进展[J]. 热带亚热带植物学报，2004，12（1）：83-90.

[19] 岳中辉，张兴义，田 宇，等. 寒地农田黑土酶活性的季节动态[J]. 中国农学通报，2011，27（33）：67-72.

[20] 姜超英，潘文杰. 作物连作的土壤障碍因子综述[J]. 中国农村小康科技，2007，（3）：26-28.

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

[22] 张淑香，高子勤，刘海玲. 连作障碍与根际微生态研究III土壤酚酸物质及其生物学效应[J]. 应用生态学报，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] 刘红彦，王 飞，王永平，等. 地黄连作障碍因素及解除措施研究[J]. 华北农学报，2006，21（4）：131-132.

[26] 张重义，林文雄. 药用植物的化感自毒作用与连作障碍[J]. 中国生态农业学报，2009，17（1）：189-196.

[27] 徐建中，王志安，孙乙铭，等. 白术自毒作用研究[J]. 中国现代中药，2011，13（11）：25-27.