苹果重茬障碍研究进展

杜学梅，高敬东，王 骞，蔡华成，李春燕，王淑婷，杨廷桢

(山西农业大学果树研究所/果树种质创制和利用山西省重点实验室，山西太谷，030815)

重茬也叫连作，是指在一块田地连续栽种同一种作物。连续在同一块地栽种同一种作物会导致土壤营养不平衡、病虫害严重，阻碍植物的生长发育，形成重茬障碍。苹果的重茬障碍常表现为新栽幼树根系发育不好，分生能力差甚至腐烂；地上部生长缓慢，植株矮小，病虫害严重，甚至不能成活，成龄后果实品质下降，给果农造成巨大经济损失。

我国为世界上最大的苹果生产国，产量和面积均占世界50%以上，其中约78%的苹果种植在陕西、山东、山西、河南、甘肃五省，苹果产业已成为产区农民脱贫致富的阳光产业。目前这些传统优势产区的果园大部分进入衰老期，然而优势产区土地资源紧张，轮作倒茬困难，老果园更新面临重茬。因此苹果重茬障碍成为制约苹果产业健康发展的重要因素。寻求克服或减轻重茬障碍的方法是目前苹果产业亟待解决的关键问题。本文综述了近年有关苹果重茬障碍研究方面的进展，以期为苹果重茬障碍的防控提供参考。

1 重茬土壤状况研究

苹果的生命周期长达数十年，经济产量也有十数年，长期生长在同一位置势必会造成土壤状况发生改变。

重茬改变了土壤微生物量和种群的分布，表现为随着前茬苹果树龄的增大，根际土壤中真菌的种类和数量增加，细菌的种类和数量显著减少[1]。高华等[2]研究表明，红富士苹果园重茬土壤真菌含量明显增高(对照麦田土壤)，且随栽培年限的延长增长明显，而细菌和放线菌含量出现亏缺。张志敏等[3]研究表明，重茬苹果园的真菌数量明显高于大田，镰刀菌所占比例最大，根区40～60 cm土层内数量最多，认为镰刀菌可能是渭北旱地苹果园根区土壤中重要的真菌类型。孙海涛[4]、徐文凤等[5]研究表明，重茬果园土壤真菌群落结构遭到破坏，多样性和均匀度降低，具有致病作用的真菌类群数量增多，具有生防作用的真菌群落相对降低，镰孢属真菌和轮枝孢菌可能是黄土高原地区重茬果园的主要致病菌，镰孢属真菌是渤海湾地区重茬果园的主要致病菌。

苹果园重茬土壤普遍存在危害根系的线虫。树盘内土壤植食性线虫的个体密度高于行间，而行间土壤线虫种类多，多样性丰富，丰富度指数高[6]；根际线虫平行分布以树干周围100～150 cm较高，垂直分布以0～20 cm土层较多，且不同品种间存在差异[7]。

重茬土壤累积了大量的根系分泌物。苹果根系分泌物80%为间苯三酚、根皮素和根皮苷，不同砧木品种根系分泌的酚类物质种类和数量不同，多年生果园根际土壤酚类物质含量在根系生长高峰期也出现了高峰，距树体越远，土壤酚含量越低，根际土的酚含量明显大于非根际土[8]。

重茬土壤酶活性发生了变化。研究表明，重茬苹果园(黄绵土)土壤脲酶活性、磷酸酶活性和过氧化氢酶活性均明显低于麦田土壤，且连作年限长的果园降低幅度大[2]。土壤脲酶活性在根区不同区域也存在差异，水平方向在距树干基部50～100 cm范围内，垂直方向在20～40 cm土层中，脲酶、蔗糖酶、磷酸酶、蛋白酶的活性均较高，并且同土壤镰刀菌的数量呈正相关[3]。

重茬土壤养分亏缺失衡。高华等[2]研究表明，重茬果园水溶性钙、水溶性镁和有效锌、有效锰的含量亏缺，有机质含量和氮、磷、铁也出现了亏缺。樊红科[9]研究表明，重茬土壤养分亏缺同根系密切相关，在离树近的根系密集分布区土壤养分亏缺严重；重茬土壤有机质、碱解氮、有效锌平均含量低于果树生长所需要的土壤含量，较亏缺。同时根区土壤N/P、K/P、Ca/P、Ca/Mg、Ca/Zn养分比例失衡，比值较生茬土壤增加1.42～2.94，整个根区Ca/Zn养分比例严重失调，推测Zn元素的绝对消耗和Ca/Zn比例失调是造成渭北高原果树再植病发生的主要原因之一。

2 重茬对再植树的影响研究

2.1 对再植树生长影响的研究

重茬会抑制再植树地上部分的生长，且不同品种间存在差异。郭小静等[10]研究表明，重茬导致新疆野苹果和富平楸子砧木苗株高显著降低，而平邑甜茶重茬前后株高差异不显著。王树彤等[1]认为，随前茬树龄的增加，后茬苹果砧木株高降低幅度增大，幼苗发病率增高。刘恩太[11]研究表明，与正茬相比，重茬显著降低了“皇家嘎拉”(“皇家嘎拉”/M26/平邑甜茶)苹果植株的株高、地径及当年生枝的长度。张春禹[12]比较了重茬胁迫下Re2、G11等20个苹果矮化自根砧嫁接富士冠军的生长发育情况，表明重茬导致各砧穗组合株高不同程度下降，降幅介于0.41%～34.18%之间。王来平等[13]研究表明，重茬胁迫下，平邑甜茶、八棱海棠和M9T337等3种砧木苗的叶鲜质量、新梢生长量显著低于正常土，但茎粗降低无显著差异，而AM砧木苗的株高、茎粗、平均单叶面积、叶鲜质量、新梢生长量较重茬土虽有所降低，但差异均不显著。

重茬影响再植果树根系的生长。重茬使苹果砧木苗的根系总长度成倍增长，根冠比增大，不同品种间差异显著，同一品种则随前茬果树树龄的增长地下部干物质量减少程度增强[1,10]。王来平等[13]的研究也证实了上述观点，重茬胁迫下苹果砧木AM、平邑甜茶、八棱海棠、M9T337的根系总长度、表面积、体积、根系平均直径及根尖数均显著增大，其中重茬导致4种砧木的根系生长量远远大于正常土中的生长量。分析原因是重茬胁迫导致砧木根系的吸收能力减弱，只能通过增加根系的生长量满足地上部的营养需求。郭小静等[10]的研究也表明，重茬不同程度影响了3种苹果砧木幼苗对Ca2+和K+的吸收能力，根系活力下降，离子吸收减少，导致根系过度生长、冗余生长，从而影响了地上部的生长。

2.2 重茬对再植果树生理过程的影响

重茬使苹果砧木幼苗的叶片功能不同程度受到了影响，表现为净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率、叶绿素含量不同程度下降[13]，叶绿素含量下降0.09%～19.25%，净光合速率下降1.12%～9.43%，植株的光合能力受到不同程度影响[12]。重茬影响苹果砧木光合性能的同时还导致了根系呼吸速率的下降和根系抗氧化酶活性(SOD、POD、CAT)及丙二醛含量(MDA)的升高 ，以及根系多酚氧化酶(PPO)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、几丁质酶和 β-1,3-葡聚糖酶活性增高[14]，表明重茬对砧木根系不同程度造成了伤害。

重茬对苹果品种生理指标和抗氧化酶活性也存在不同程度的影响。倪蔚茹等[15]的研究表明，重茬胁迫不同程度降低了“烟富3”“红将军”“富士2001”“宫崎短枝富士”和“首富1号”(基砧均为平邑甜茶)等5个苹果品种叶片叶绿素含量、叶片净光合速率、荧光参数及SOD、POD、CAT酶的活性，重茬对“烟富3”“红将军”“首富1号”的影响大于“富士2001”“宫崎短枝富士”，认为“富士2001”“宫崎短枝富士”可在一定程度上抵抗重茬障碍的影响，用作苹果老果园更新的首选品种。

3 减轻重茬障碍措施研究

3.1 抗性砧木品种和苹果品种的评价筛选

苹果是由地上部和地下部共同组成的，普遍认为减轻苹果重茬障碍最有效的措施之一是选择抗重茬的砧木品种和苹果品种。对苹果砧木和品种资源进行评价鉴定筛选，选育耐重茬、适应性强的砧木和品种可以从根本上解决苹果重茬障碍问题。赵新[16]研究表明，平邑甜茶抗重茬能力较强，楸子、八棱海棠和新疆野苹果抗性中等，山定子和平顶海棠抗性较弱。同时对各砧木根系分泌物中的酚类物质与连作障碍抗性关系进行了研究，认为根系分泌物苯甲酸、咖啡酸、水杨酸含量及酚类物质总量与化感综合效益指数呈极显著或显著正相关。张春禹[12]通过比较20个苹果矮砧嫁接富士冠军的生长发育情况及叶绿素含量、光合指标等生理指标，并采用隶属函数法对其进行综合分析，将G41、Rel:54-118和G11组合归为耐重茬砧木，较耐重茬砧木为G935、G30、GX和T337，Pajam2、B9、Pajam1和M9为不耐重茬砧木。高付凤[17]通过分析重茬胁迫下砧木优系叶片病情指数，认为E2-23和平邑甜茶高抗，31和2-11中抗，12-2BJ为抗病；重茬土抗性检测也表明，E2-23、12-2BJ、31和2-11表现出较好的重茬抗性。王来平等[18]通过对4种砧木生长量、叶片光合能力、抗氧化酶活性及根系生长活力的研究，认为AM1抗重茬能力最好，平邑甜茶、八棱海棠次之，M9T337最弱。尹承苗等[19]从砧木影响根际土壤微生物量及酶活性角度评价了不同苹果砧木对重茬障碍的防控性能，表明用平邑甜茶做基砧的土壤真菌数量少，土壤总酚酸含量低，且相关土壤酶活性较高，对连作土壤环境的改变效果最佳，更适合用作防控苹果重茬障碍的砧木。姜中武等[20]则采用在重茬土上对初选出的八棱海棠实生砧苗进行硬枝扦插，筛选既抗重茬又易扦插繁殖的砧木优系。倪蔚茹等[15]通过对嫁接在平邑甜茶上的5个苹果品种的幼苗生长量、叶绿素含量、叶片净光合速率动态变化等生理指标及叶片抗氧化酶活性进行研究，认为“烟富3”“红将军”“首富1号”苹果品种受重茬障碍影响较大，“富士2001”“宫崎短富”可在一定程度上抵抗重茬障碍的影响，建议作为老果园更新的首选品种。

另外，赵续生等[21]利用组织培养同自毒物质根皮苷胁迫诱变相结合，成功筛选出了2株抗根皮苷突变体，为抗重茬品种的选育提供了新思路。倪伟等[22]运用蛋白质非标注定量技术(label-free)分析了苹果植株应答连作障碍差异蛋白的表达，发现抗重茬能力强的品种植物能量及物质代谢、植物防御和抗逆性相关的蛋白表达明显高于抗重茬能力弱的品种，为提高苹果抗重茬障碍种质的改良提供了理论基础。

3.2 农业防治及生物防治

引起苹果再植障碍的原因较复杂，普遍认为土壤中的微生物群落结构失衡，有害真菌数量增加以及根际土壤营养不平衡，理化性质恶化和化感物质自毒作用是引起苹果再植障碍的主要原因。因此，对苹果再植障碍的研究主要针对以上问题开展。

土壤化学熏蒸可以有效杀死土壤中有害真菌，有效减轻土壤再植障碍。但由于化学熏蒸剂毒性大污染环境且处理土壤所需设备昂贵，大田应用成本较高，将会逐渐被其他措施所取代。

3.2.1 农业防治 合理轮作间作、混作以及客土等栽培措施均可改良土壤，从而有效防控苹果再植障碍。郭小静[23]研究表明，在重茬栽培的平邑甜茶和珠美海棠植株两侧间作小葱可有效缓解重茬胁迫对砧木根系的伤害，2种砧木苗的生长量同正茬相比无显著差异。吕毅等[24]研究表明，平邑甜茶与葱轮作可明显减轻苹果再植障碍，但轮作年限以不小于3年为宜。李家家等[25]研究表明，将平邑甜茶与葱轮作，让平邑甜茶幼树长在葱里面，可避免轮作时间长给生产者带来的不便，同时还能有效改良土壤，减少土壤中尖孢镰孢菌等有害菌数量，提高土壤酶活性，减轻再植障碍。王晓芳[26]研究表明，苹果“烟富3”/M9T337与万寿菊混作可提高土壤酶活性，改善土壤根区微生物环境，但应注意混作量和混作物同果树的距离。刘小勇等[27]研究表明，客土和晒土均可有效改良重茬苹果园土壤，促进重茬苹果幼树营养生长和花芽形成，但大面积客土受新土资源的影响，晒土是一种简单有效的方法。

合理施肥也可一定程度上解除苹果再植障碍。樊红科等[28]研究表明，抗重茬肥赛众28可提高根际土壤细菌放线菌数量，降低真菌数量，提高土壤有效养分，在重茬地栽植苹果树时采用挖80 cm见方的坑，将赛众28按每株500 g的量与表土搅拌均匀回填，可显著促进再植树的生长，再植树的株高、新梢长度和粗度均显著高于重茬地和麦田地，减轻了再植障碍。刘威[29]研究表明，各施肥处理组合均能显著提高富士/楸子苹果幼树的叶片鲜质量和干物质量，增强叶片光合能力，增加叶片全N、全P、全K含量，增加0～40 cm土层中铵态氮、硝态氮、速效磷含量，以夏季坑施化肥(三元素复合肥)结合秋季坑施有机肥(蚯蚓粪)5 kg/株处理效果最好，可显著改善重茬苹果园土壤，提高苹果幼树的株高和茎粗的年增长量，效果优于非重茬；显著提高幼树的着果率，效果同非重茬一致，减轻苹果重茬障碍。

在土壤中施入有机物料可以减轻苹果再植障碍的程度。尹承苗等[30]研究表明，盆栽苹果幼树施入有机物料发酵的流体可促进盆栽苹果幼树株高增长，促进根系抗氧化酶活性及叶绿素含量和光合速率提高，高浓度则表现出抑制效应，3%的有机物料发酵流体可有效减轻苹果再植障碍。黄翠香等[31]研究表明，用有机营养活化发酵液处理重茬土壤，可改良土壤理化性状，促进苹果幼树中短枝数量及枝条粗度、株高、地径、新梢长度和叶绿素含量的增长，从而有效克服再植障碍。建议在有灌溉条件的地区大面积推广。毛云飞等[32]研究发现，在重茬土壤中施麦芽糖、果糖、葡萄糖、阿拉伯糖等4种糖类物质，可抑制土壤真菌数量，提高细菌和放线菌数量以及土壤中有机碳含量，改良土壤效果显著。以土施100 mg/kg麦芽糖效果最好，可显著提高平邑甜茶砧木苗的生长，缓解重茬土壤对苹果砧木苗生长的影响，为减轻或解除苹果再植障碍提供了新途径。

3.2.2 生物防治 一些天然拮抗微生物或其代谢产物能够增强植物抵抗病害的能力[33]，重茬种植苹果树时向土壤中施入一些对病原菌具有拮抗作用的细菌或真菌可改善土壤环境，改变土壤微生物群落组成，一定程度上控制苹果再植障碍，而且生防菌剂对环境友好，受到了广大学者和生产经营者们的欢迎。王佳佳[34]团队从苹果根部重茬土中筛选出1株具有较强抑菌活性的生防菌株，Bs-0728(枯草芽孢杆菌)，对19种苹果再植病害病原菌有抑制作用，其标记菌株能成功定殖于苹果根际土壤中达120 d。 Bs-0728可促进海棠胚根生长，减弱苹果再植病病原菌的致病力。张一等[35]从苹果园土壤中筛选出一株根皮苷降解菌6-3，可有效降低土壤中根皮苷的含量，并在一定程度上促进苹果砧木苗平邑甜茶的生长。胡秀娜[36]研究表明，多黏类芽孢杆菌PY7、甲基营养型芽孢杆菌FKM10、路德维希肠杆菌KD49均可改善盆栽平邑甜茶根际土壤环境，促进平邑甜茶根茎叶生长，诱导植株系统抗性，缓解苹果连作障碍，以PY7和FKM10效果更好。Ju等[37]研究发现，枯草芽孢杆菌Y-1能够抑制苹果幼苗根霉病，减轻苹果再植障碍。张先富等[38]研究表明，草酸青霉A1菌肥可减轻苹果再植障碍。杨兴洪等[39]研究表明，土壤消毒后接种VAM菌根真菌，可提高苹果定植成活率并能促进再植树生长，较早获得经济产量，大大减轻苹果再植障碍。

另外，一些拮抗植物如菊科植物、葱属植物等可拮抗与再植病害相关的病原菌的生长，一定程度上缓解再植障碍。王晓芳[27]研究表明，万寿菊挥发成分能够抑制镰孢菌菌丝的生长和孢子萌发，大田条件下土壤中添加0.5%～1.0%的万寿菊秸秆粉碎颗粒可明显促进“烟富3”苹果植株的生长。王功帅[40]研究发现，葱根系分泌物二甲基二硫醚和二烯丙基二硫醚具有明显的抑菌效果，进一步盆栽试验表明，葱根系分泌物能抑制土壤中尖孢镰孢菌、层出镰孢菌、腐皮镰孢菌和串珠镰孢菌的数量，显著提高连作苹果幼苗的株高和鲜质量，从而有效抑制苹果再植障碍。

4 结语

苹果重茬障碍是制约苹果产业可持续发展的重要因素。在我国土地资源有限，且又有大部分老果园需要更新，新建园无法避免重茬栽植，这就使得对重茬障碍的防控研究显得尤为重要和必要。到目前为止，对苹果重茬障碍机理的认识还不十分深刻，这也使得苹果重茬障碍的防控成为一个世界性难题。未来必须加强对苹果重茬障碍机理的纵深研究，进一步明确重茬障碍的发病机制。目前对重茬土壤状况的研究较为单一，多集中在重茬土壤微生物环境及理化性状变化等方面，而重茬对再植果树的影响研究则更多体现在对再植树生理生化及生长影响等方面，但重茬障碍是植物有机体同土壤等多因素综合作用的结果。因此，必须综合分析各个因素的联系及相互影响，包括土壤、微生物、作物等，并通过微生物和现代分子生物学手段，找出与苹果重茬障碍直接相关的病原菌及其致病机理，从而找到有效缓解苹果重茬障碍的措施。另外，选育抗重茬的砧木以及分离鉴定拮抗菌并进行利用将是未来苹果重茬障碍防控研究的重点。苹果重茬障碍是一个多因素综合作用的结果，因此对其有效防控也应是多项技术的集成应用，如抗重茬砧木+根际土壤修复，包括减少或消除土壤中的有毒化感物质，利用物理化学或生物的方法杀灭病原菌等多项措施综合应用。相信随着科技的发展和研究的深入，苹果重茬障碍将会被有效控制，实现土地资源的持续高效利用和苹果生产的可持续发展。