人参连作障碍及防治措施研究进展

刘莹，孙文松，李玲，张天静，沈宝宇，于春雷

（辽宁省经济作物研究所，辽宁辽阳111000）

人参（Panax ginseng C.A.Mey）是上等的补品，也是一种名贵中药材，具有较高的药用价值，兼备营养价值和保健价值。随着市场需求量的较快增长，人参种植规模和栽培面积不断扩大。然而人参种植过程中易发生连作障碍问题，限制了老参地的人参二次种植率，已成为限制我国人参产业发展的瓶颈问题。该研究综述了人参土壤连作障碍的产生原因，以及消减人参连作障碍的有效措施，旨在为人参连作障碍机制研究提供有价值的理论参考，并为克服及防治连作障碍提供理论依据和应用指导。

1 人参土壤连作障碍的主要因素

1.1 土壤理化性状劣变

土壤基础结构是支撑植物生长发育的载体，长期连作必然破坏土壤理化性状，对植物生长发育造成不良影响。长期连种同种植物将破坏土壤团聚体基本结构，导致土壤理化性状变差，如土壤板结、通透性降低等。多项研究结果发现，随着参地种植年限的延长，参土团聚体直径下降，孔隙度减小，直径＜0.01 mm 的粘粒增多，比重、容重变大，导致参土稳定性下降，土壤吸收能力变弱[1]。植物连作会偏向性吸收土壤中某些营养元素，造成被吸收元素匮乏，引起植株缺素症；而未被吸收或少量被吸收元素将不断积累，产生单盐毒害现象，致使连作土壤养分失衡。研究表明，随老参地再植年限不断增加，参土中营养物质，如有机质、全氮、碳氮比、有效态硅等含量呈降低趋势[1]。对土壤微量元素变化研究认为，重茬参土中铁、锰、锌、铜、钾和硼含量呈降低趋势，其中硼显著减少，其次是锌、锰、铁、铜。植株生长过程如土壤不能提供充足微量元素将引起植株新陈代谢失调，生长发育进程速度减慢，导致生理性病害发生[2]。

人参连作后土壤趋于酸化，而酸化将影响土壤中酶活性，特别是降低有益酶类活性。研究表明，新地种植人参后，土壤中脱氢酶活性、蛋白酶活性、β-葡萄糖苷酶活性显著减弱，且随人参种植时间越长，其活性减弱程度越大，且土层越深，活性越小，总体表现为表层土＞根层土＞底层土[3]。

1.2 土壤微生物群落变化

人参连作后土壤微生物群落的数量将发生变化。人参根际土壤微生物变化规律为微生物总体数量降低，微生物类群变化显著，以青霉属、曲霉属为主，人参根系则以真菌为主。而引起土壤微生物变化的原因是人参重茬改变了土壤微生态环境，不适宜有益菌的生长和繁殖，但却促进了有害菌的增殖，即人参根际土壤中细菌和放线菌数量连年减少，真菌数量连年增多，细菌/真菌比值减小。有益菌数量减少大大降低了人参对土传病害的防御能力，导致人参易受病菌侵染而发病[4-6]。

进一步对细菌、真菌微生物菌群分析发现，其群落和结构发生了变化。研究表明，土壤细菌群落主要为荧光假单胞菌、乳酪短杆菌和阴沟肠杆菌，但栽参2 年及4 年的人参土壤细菌群落结构呈现显著的变化，荧光假单胞菌减少至零，新发现了冬青节杆菌和藤黄微球菌[7]。肖春萍等研究认为，老参地土壤细菌基本类群主要为生丝微菌目，鞘脂单胞菌目，慢生根瘤菌属及固氮螺菌属。随人参连作年限延长，参地土壤放线菌种群总数量明显减少，细菌群落结构发生改变，其中丛毛单胞菌科和产碱杆菌科细菌数量减少，而疣微菌门和酸杆菌门数量增多并占据土壤的优势地位[8]。

对真菌群落研究认为，参地土壤真菌门类Ascomycota和Glomeromycota 的 丰 度 增 加；Basidiomycota，Blastocladiomycota 和Chytridiomycota 的丰度下降；1 年生人参根际Neocallimastigomycota 的丰度增加，而2 年生及3 年生人参根际其丰度均下降。在真菌科类水平，真菌科Sordariomycetes，Eurotiomy cetes，Alatospora，Saccharomycetes，Leotiomycetes，Pezizomycetes，Mucorales 的丰度增加；Agaricomycetes 和Dothideomycetes 丰度下降；1 年及2 年生人参根际土壤真菌群落Tremellomycetes 丰度增加；1 年生及3 年生人参根际真菌群落Microbotryomycetes 的丰度增加，而2年生人参根际其丰度下降[9]。

1.3 化感自毒作用

植物通过自然挥发、地上部淋溶、植株残体降解和根部分泌等方式将化学物质释放到环境中，并抑制自身生长发育的现象，称之为化感自毒作用。药用植物在连作条件下，根际周围的自毒物质不断积累聚集，土壤微生态环境发生改变，影响植株正常代谢，最终产生连作障碍。有研究发现，人参根际土壤提取物含有苯酚类、酯类、醇类、萜类及其衍生物等多种物质，目前已鉴定5 种自毒物质，分别是苯甲酸、棕榈酸、丁二酸二异丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯和2，2-（4-羟基苯基）丙烷，其中酚酸类化合物在化感自毒物质中起主要作用，其对植物生长发育的影响主要通过抑制种子萌发，阻断根系等分生组织生长发育，抑制幼苗生长[10]。

有研究证实，人参根际土壤提取物抑制人参种子发芽和根伸长；进一步测定人参根际土壤提取物的生物活性，发现该活性物不但能抑制人参生长，还促进人参病害发生，定性研究结果认为该物质系人参自毒性物质[11]。李勇等研究发现，人参根际土壤提取物明显抑制人参种子胚根、胚轴的生长，化感作用影响力依次为人参根土＞老参地土＞新林地土[4]。人参根系分泌物可明显延缓根部愈伤组织的恢复时间，高浓度则表现出抑制现象，研究发现，人参根际土壤分泌物通过破坏人参根愈伤组织细胞膜来影响细胞核数量，进而阻碍细胞正常分裂和生长[12]，机理研究认为化感物质是通过降低组织内源激素IAA 分泌来抑制愈伤组织生长，且作用靶点是参根，土壤对化感物质有富集作用[13]。

人参根系分泌物不仅能抑制自身生长发育，而且能显著影响自身的品质。研究表明，人参根系分泌物对人参幼根皂苷的合成和积累有显著影响，用酚酸类化合物处理人参幼根能够显著降低其皂苷含量[14]。黄小芳对水培人参根系分泌物化学成分研究认为，其中多种成分对土壤中致病菌的生长和繁殖有促进作用[15]。由此可见，人参化感自毒物质破坏了土壤理化性状和微生物种群结构，是人参连作障碍产生的重要诱因。

2 人参土壤连作障碍的防治措施

2.1 农业防治

2.1.1 土壤消毒。土壤消毒技术可有效消灭土壤中残留的病原菌和害虫。目前人参土壤消毒技术主要包括日光消毒、熏土消毒和化学药剂消毒。夏季将参土起垄后覆盖塑料薄膜，利用日光晒土方法可有效消灭土壤10 cm 处的根腐病菌；将土壤深翻后堆积在枯枝落叶上，再利用点燃枯枝落叶的烟雾熏烤，不仅能灭菌，还可以增加土壤肥力，降低烂根率；化学消毒是目前消除人参根际病原菌广泛应用的方法，利用土壤杀菌剂敌菌灵、托布津、多菌灵抑制多种土壤病原菌的发生和传播，恶霉灵或绿亨1 号可用于防治人参立枯病、猝倒病，氯化苦用于防治人参根腐病，二溴氯丙烷和多菌灵联合使用防效与氯化苦相近[16]，甲基溴熏蒸可提高人参保苗率和防治草害，在平地农田土老参地土壤消毒效果较好，但山地土壤消毒效果不理想[17]。

2.1.2 科学施肥。科学合理施肥可有效改善人参连作土壤的养分含量和理化性状，提高人参的长势。老参地栽参前施足腐熟有机肥或混合基肥（以腐熟的猪粪、鹿粪、熟苏子、饼肥和过磷酸钙配制），可增加土壤有机质含量，增强土壤肥力，改善土壤通透性和保水性，提高人参抗病性。适当增施硼、锌、镁、铁、铜等微量元素肥，人参抗病性和产量将进一步提高[2]。施加氮肥（浓度为10 g/m2）和改良剂（玉米粉、豆杆粉、豆饼等配制）可改善老参地土壤物理化学性质，提高过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶的活性，提高人参株高、茎粗、根重、叶面积等生长发育指标和人参有效成分含量[18-19]。

2.1.3 合理轮作。轮作可平衡吸收土壤中营养成分，利用种地达到养地的效果。大量试验结果证实，轮作可在一定程度改变人参土壤物理化学指标，提高土壤中微生物种类和数量；轮作还可以缓解化感自毒物质引起的病虫害。目前老参地土壤改良的有效措施是实行轮作制度，如人参与中药材轮作、人参与水田轮作和人参与粮食作物轮作等。我国人参科研团队曾进行老参地与多种中药材轮作，如紫穗槐（Amorpha fruticosa Linn.）、苜蓿（Medicago sativa L.）、细辛（Asarum sieboldii Miq.）等，缩短老参地再植人参年限至6～10 年；日本研究了老参地与粮食作物（水稻、玉米、小麦、豆类）、果树、蔬菜等轮作，缩短老参地再植人参年限至13～19 年；朝鲜和韩国研究了水旱轮作、参粮轮作等方法，将老参地再植人参的年限缩短至3～7 年，大大缩短了轮作制年限，提高了人参品质、产量和土地利用率。

轮作模式可有效改善土壤物理化学性状和养分含量。有研究证明，老参地轮作其他植物后土壤结构得到改善，土壤中养分，如有机质、全氮、全磷、氨态氮、水解氮、速效磷、速效钾、钙、镁、钠的含量提高，人参长势和产量与新林地条件下相同[20]。

轮作还可有效改善微生物种群组成和数量，降低土传病害的发病率。老参地轮作中药材天麻（Gastrodia elata Bl.）、紫穗槐（Amorpha fruticosa Linn.）和胡枝子（Lespedezabicolor turcz）等，土壤中细菌、放线菌、纤维降解菌和固氮细菌呈阶段性増加，真菌数量下降，其中硝化细菌、氨化细菌、硫细菌和磷细菌等有益菌数量增加，而厌氧固氮菌数量降低。老参地轮作细辛（Asarum sieboldii）后，再植人参根腐病发病较轻，也极少出现破皮、烧须现象，轮作效果较好，其原理是细辛根部可分泌辛辣物，对老参地人参残体分泌物及其土壤中的人参有害微生物有拮抗和减少、杀灭作用，改善老参地土壤，有利于人参的土壤微生物环境[21]。笔者实验室最新研究结果认为，老参地轮作水稻后，土壤中厌氧菌数量增多，致病菌数量减少，再植人参根病发生率低（待发表资料）。

2.2 化学防治

人参连作多年后，土传病害较重，易发生锈腐病、黑斑病、根腐病、立枯病等多种病害，严重影响人参的生长发育和品质。目前，化学药剂是最高效的防治方法，已筛选出对锈腐病、黑斑病防效较好的化学药剂，但对灰霉病、根腐病尚无有效化学药剂。

大量研究结果表明，化学药剂用于人参锈腐病防治效果最佳。室内生测和田间试验表明，用50%多菌灵可湿性粉剂，用量为1.25～5 g/m2喷施人参，抑制锈腐病的发病率为70.54%～82.04%，保证成苗率高、增加收益显著[14]。田间药效试验表明，老参地用氯化苦，用量为25～35 kg/667 m2喷施人参，抑制锈腐病的发病率为54.78%～70.07%[15]。室内抑菌和盆栽试验、田间药效研究结果认为，25%戊唑醇可湿性粉剂、25%丙环唑乳油、40%菌核净可湿性粉剂、50%烯酰吗啉可湿性粉剂、30%氟菌唑可湿性粉剂和80%代森锰锌可湿性粉剂抑菌率和防效＞40%，菌核净、代森锰锌等抑制病菌发生和蔓延效果较好[22]。此外，也有研究报道新洁灭、咯菌腈和菌克毒克对人参锈腐病的发生和传播抑制效果良好[22-24]。

化学药剂用于人参黑斑病的防治效果也较理想，主要药剂有奔路、斑绝、凯润、普力克、阿迷西达、可杀得、代森锰锌等，但这些药剂在使用过程中普遍存在化学药剂浓度高、用药量大、施用次数多、对环境污染严重、农残指标检测值严重超出人参GAP 标准，已不作为主推药剂用于人参黑斑病的防治。近些年，一些低毒、安全、高效的农药在防治人参黑斑病取得了显著效果。室内抑菌试验认为，新益甲托、多菌灵和金万霉灵3 种药剂对人参黑斑菌防效较好，其中新益甲托在抑制人参黑斑病菌生长时效果最佳，在保证病害防效及控制农药残留不超标的基础上，下一步可规模化推广应用防治黑斑病。田间药效试验发现，50%美派安对人参黑斑病防治效果最好，以稀释800 倍液浓度最佳，防效可达到84.38%；50%斑除对黑斑病防治效果较好，以稀释2 000 倍液浓度最佳，防效达79.8%[25]。室内抑菌试验表明：50%嘧菌环胺水分散粒剂和25%丙环唑乳油对人参黑斑病菌防效最好，其他多种化学药剂如2%戊唑醇湿拌种剂、300 亿/g 蜡质芽孢杆菌可湿性粉剂、40%氟硅唑乳油、10%多抗霉素可湿性粉剂、10%戊菌唑乳油等防治人参黑斑病菌效果也较好。田间试验结果表明：50%嘧菌环胺水分散粒剂、3%中生菌素可湿性粉剂、76%丙森·霜脲氰可湿性粉剂在实际生产中对黑斑病防治效果也较理想[26]。

2.3 生物防治

近年来，生物防治人参病害的报道逐渐增多。室内抑菌试验发现，植物枯草芽孢杆菌、内生细菌嗜麦芽寡养单胞菌ge15 和芽孢杆菌ge25 可显著抑制黑斑病等病害[29]。室内盆栽试验发现，解淀粉酶芽孢杆菌ND-60 发酵液对黑斑病防效较好，可利用其高效活性拮抗菌剂替代农药[30]。室内抑菌和田间防效试验发现，丙环唑和嘧菌酯（按比例3∶5 复配）防治人参黑斑病的效果最佳，而且药效重现性好[20]。田间防效试验发现，平安福微生物菌剂、哈茨木霉菌剂可有效防治人参病害，其防治途径为通过提高人参连作土壤中的关键酶活性，实现消减连作障碍，从而降低土传病害发生率，提高人参的成活率、产量和药效含量[27-28]。

3 展望

人参连作障碍受多种因素影响，其形成机制复杂且仍无最佳安全有效的防治方法，虽然目前有关连作障碍的防治方法有很多种，但在实际应用中仍以化学防治为主要方法，尽管化学防治成本低、防效好，但存在化学药剂毒性大、残留量超标等问题，影响着人参的安全性。农业防治、生物防治作为安全有效的防治方法正逐渐被重视起来，其中农业防治是利用科学的农业手段和方法，改变不利因素为有利条件，最大限度创造作物所需最佳生长环境，在保证作物最佳生长状态的同时，控制病虫草害发生和传播的方法，农业防治具有无污染、经济实用、简便易行等优点；生物防治是借助自然界物种间存在的相互抑制关系，利用一种生物防治另一种生物的方法，生物防治具有安全、环境友好、药效持续期长等优点。因此，今后克服人参连作障碍应侧重于农业防治特别是水旱轮作模式和生物防治研究，以环境友好、生态安全、高效的防治措施替代化学防治方法，实现中药材安全有效的生产和人参产业的健康可持续发展。