土壤是植株礦質(zhì)營養(yǎng)的重要來源,。由于植株存在營養(yǎng)吸收偏好，在長期種植同一種作物的地塊可能出現(xiàn)營養(yǎng)元素失衡現(xiàn)象,，進而引發(fā)連作障礙,。在草莓上研究發(fā)現(xiàn)，與未連作的土壤相比,，連作土壤中NH₄⁺-N,、總氮、有效磷及有效鉀的含量均顯著降低,。對32個連作障礙程度不同的蘋果園土壤取樣,，發(fā)現(xiàn)連作的發(fā)生與氮以及微量元素錳和鈷的含量呈顯著負相關(guān)。但另有研究人員提出了不同觀點：連作障礙與土壤中營養(yǎng)含量并無直接的相關(guān)性,。

除礦質(zhì)營養(yǎng)外,，土壤的其他特性也顯著影響著連作障礙的發(fā)生。在蘋果上研究發(fā)現(xiàn),，連作障礙發(fā)生程度與土壤黏度呈顯著負相關(guān),。此外，土壤pH值也會隨著連作年限的增加而逐漸降低,。酸化土壤會抑制根系生長以及氮,、磷、鉀,、鈣等營養(yǎng)元素的吸收,，進一步加重對植株的傷害。改善土壤理化性質(zhì)或是抑制連作障礙產(chǎn)生的第一步,。

根系分泌物是植株-土壤-微生物交流的重要媒介,，其主要成分包括酚酸、有機酸,、糖,、萜類物質(zhì)、酶,、黃酮類及蛋白質(zhì)等物質(zhì),。目前，有研究認為根系分泌物中的許多成分具有自毒作用,，如苯甲酸,，在果園翻新時，遺留的根系及細枝中的生氰糖苷可大量水解生成苯甲酸,。此外,，細菌及真菌侵染,、線蟲危害以及根系損傷也會誘發(fā)生氰糖苷的水解。當桃根系暴露在40mg/kg的苯甲酸中時,，其地上部以及地下部的生長均會受到明顯抑制,。此抑制效應(yīng)業(yè)已在西紅柿、大豆,、芥菜和小麥上證實,。高濃度的苯甲酸會使根系細胞膜上的巰基被氧化，擾亂細胞膜功能,，最終破壞細胞結(jié)構(gòu)以及根系組織,。將自毒物質(zhì)根皮苷、根皮素以及苯甲酸分別施用到蘋果上,，發(fā)現(xiàn)蘋果根系中防御相關(guān)蛋白及活性氧清除蛋白均上調(diào)表達,，說明這些物質(zhì)可誘發(fā)脅迫傷害,。

除苯甲酸外,，鄰苯二甲酸二異丁酯、棕櫚酸,、肉桂酸、歐前胡素,、香草醛,、阿魏酸、對羥基苯甲酸等物質(zhì)也被證實具有自毒效應(yīng),。然而,，自毒物質(zhì)對植株的影響與其濃度密切相關(guān),。低濃度的自毒物質(zhì)可顯著促進植株生長，增強光合作用,；而在高濃度條件下,，植株生長抑制明顯。故自毒物質(zhì)大量產(chǎn)生或土壤清理能力減弱應(yīng)是連作障礙產(chǎn)生的關(guān)鍵,。

除土壤環(huán)境以及自毒物質(zhì)等非生物因素外,，近年來,，生物因素對連作的影響受到很大關(guān)注,。將種植蘋果的土壤經(jīng)過熏蒸,、巴氏消毒或伽馬射線處理，再植植株的生長勢顯著增強,。連作香蕉園經(jīng)過石灰聯(lián)合碳酸氫銨熏蒸后，植株生長勢顯著增強。這表明土壤中的生物成分或顯著地影響著連作效應(yīng),。單一的栽培模式會造成微生物多樣性降低，且連作會進一步誘導土壤微生物區(qū)系由細菌型向真菌型轉(zhuǎn)化,。在連續(xù)3年種植西瓜的地塊上發(fā)現(xiàn),，細菌群落多樣性逐漸下降而真菌群落多樣性增強。對連作多年的草莓根際真菌進行高通量測序,，發(fā)現(xiàn)土壤真菌多樣性增加,，尤其是土傳病原真菌。在連作條件下,，鐮刀菌的數(shù)量可增長至對照的5倍,。而有益微生物如假單胞菌、伯克霍爾德菌,、芽孢桿菌以及具有生防作用的木霉屬與黏帚霉屬真菌豐度顯著下降,。這一效應(yīng)隨著連作年限的延長會變得更加明顯。故連作障礙或是由環(huán)境變化引起的微生物群落失衡而進一步導致病害集中暴發(fā),。了解各環(huán)境因素與微生物群落的相互影響是尋找連作障礙解決方案的關(guān)鍵,。

·土壤理化性質(zhì)與根際微生物間的相互影響·

土壤是根際微生物生存的載體，其理化性質(zhì)對微生物的影響巨大,。對5個連作年限相同的蘋果園進行了微生物群落分析后發(fā)現(xiàn),，不同果園間真菌及細菌群落顯著不同。這表明根系的生物組分可能與農(nóng)事操作及土壤特點有關(guān),。研究3種不同類型土壤發(fā)現(xiàn),，土壤微生物群落受到土壤理化性質(zhì)如pH值、礦質(zhì)元素以及碳,、氮等元素含量的影響,。土壤質(zhì)地如沙粒含量及碳氮比不同均會誘導微生物活性群落發(fā)生變化。

其中,，研究最多的為土壤pH值對根際微生物的影響,。連作土壤pH值逐年降低，而低pH值可激活真菌休眠孢子,，有力促進真菌的生長,，抑制細菌以及放線菌的繁殖。在低pH值的誘導下,，鐮刀菌會分泌更多的毒性物質(zhì)脫氧萎鐮菌醇,，加重連作對植株的影響。而土壤pH值降低的誘因或為根際微生物失衡。對同一地塊上種草與種蘋果區(qū)域進行了取樣分析,，結(jié)果發(fā)現(xiàn),，二者pH值無顯著差異，故蘋果連作并不是導致pH值降低的誘因,。研究表明,，pH值變化可能與土壤營養(yǎng)循環(huán)有關(guān)，而營養(yǎng)循環(huán)的主要參與者即為根際微生物,。例如,，假單胞菌在降解有機磷過程中發(fā)揮著重要作用；芽孢桿菌以及類芽孢桿菌參與了礦化的早期過程以及碳的循環(huán),。當連作引發(fā)微生物群落失衡后,，土壤健康遭到破壞，土壤理化環(huán)境發(fā)生改變而導致病原菌的大量繁殖,，從而加強連作效應(yīng),。

·根系分泌物與微生物間的相互影響·

根系分泌物是根際微生物重要的物質(zhì)和能量來源，在群落結(jié)構(gòu)及組成中具有十分重要的作用,。不同植物及同一植物不同品種的根系分泌物組成均顯著不同,。基于此,，植物根際周邊會吸引不同的微生物定殖,，根際微生物也被稱為植株的“第二基因組”。根系分泌物的某些特定物質(zhì)可以吸收或擊退某些微生物,，從而影響群落組成,，且此效應(yīng)的敏感度顯著高于根系分泌物對根系生長的抑制效應(yīng)。例如,，玉米根系釋放出的苯并惡唑嗪酮會吸引假單胞菌的定殖而抑制疫霉屬真菌的生長,，而蘋果根系分泌的根皮苷等典型酮類物質(zhì)，在病原菌與蘋果間的相互識別中發(fā)揮著重要作用,。當用碳化硅量子熒光標記材料標記鐮刀菌時發(fā)現(xiàn)，根皮苷可顯著促進鐮刀菌的生長以及孢子萌發(fā),。在太子參上的研究發(fā)現(xiàn),，根系分泌物中的酚酸和有機酸均會顯著改變微生物的群落組成，誘導病原真菌向土壤中釋放H⁺,，并激活細胞膜上H⁺-ATP酶的活性,，從而創(chuàng)造一個不利于有益細菌生長的酸性土壤環(huán)境。同時,，棲息在土壤中的真菌可不斷地進化并趨向于適應(yīng)寄主植株的新陳代謝活動,，在不變的土壤環(huán)境中，進化的病原菌會不斷地增加接種數(shù)量，加強侵略性,。

有益微生物可有效降解自毒物質(zhì),。假單胞菌可有效降解酚酸類物質(zhì)，且低濃度的Fe,、Cu,、Pb、Zn以及Mn可刺激并進一步增強其降解速率,。伯克霍爾德菌屬以及不動桿菌屬可將苯甲酸降解成黏糠酸以減少對植株的傷害,，而這一過程主要是通過鄰苯二酚1,2-雙加氧酶的同功酶實現(xiàn)。在pH值為7的環(huán)境下,，該酶具有較高活性,。除降解自毒物質(zhì)外，根際有益微生物還可通過合成拮抗物質(zhì)來抵抗病原真菌,，如假單胞菌的次生代謝產(chǎn)物2,4-二乙?；g苯三酚及吡咯菌素對根際病原菌都有一定的抑制效應(yīng)。芽孢桿菌Bacillus subtilis 50-1是拮抗鐮刀菌的生防菌,，其生防效率可以達67.8%,。有益微生物豐度及種類的增加為降解自毒物質(zhì)及抑制病原菌提供了可能。

土壤肥力雖不是連作障礙發(fā)生的決定因素,，但土壤肥力決定了連作障礙的發(fā)生程度,。研究表明，在秋季施用生物有機復合肥可顯著提高土壤營養(yǎng)元素含量,，改善光合作用,，促進植株生長。在葡萄根際施入生物有機肥可顯著促進根系生長,，根際礦質(zhì)元素及有機質(zhì)含量均顯著提高,。施用海藻肥可顯著促進連作蘋果的生長，提高抗氧化酶以及土壤酶活性,。除改善生長外,，有機物料的添加還可促進酚類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化以減少植株損傷,，吸附根系分泌物以減少對病原菌的促生作用，改善土壤微生態(tài),，增加有益微生物的豐度,。但也有報道稱，施用有機肥并不能在短期內(nèi)顯著改變土壤微生物特性,，微生物群落功能的改變關(guān)鍵在于土壤生物化學性質(zhì)的變化,。故在保證營養(yǎng)的前提下，施用肥料應(yīng)以改善土壤理化性質(zhì)為主,。

由于不同植株根系分泌物成分差異較大,，故聚集在根系周邊的微生物也顯著不同。增加果園中植物的種類可在一定程度上增加微生物豐度,，以降低連作障礙影響,。研究人員利用盆栽試驗將連作蘋果幼苗分別與苜蓿、大麥,、金盞菊混合種植,，結(jié)果表明，3個處理中病原真菌的侵染率均顯著降低,，細菌群落多樣性增強,。此外，覆蓋物種植還可顯著改善土壤理化性質(zhì),，在葡萄行間種植黑麥草顯著改善了土壤pH值,，緩解了連作引發(fā)的土壤酸化問題。覆蓋物種植還可有效防止地表暴曬引起的有機質(zhì)降解及土壤酶活性的降低,，改善果實品質(zhì),。故在果樹下種植合適的覆蓋物對緩解連作效應(yīng)、增強土壤健康及提高果品質(zhì)量都具有十分重要的作用,。

不同的砧木或品種對連作障礙的表現(xiàn)不同,。研究表明，連作對自根砧M26,、G41,、Rel:54-118以及G11的影響較小，這些應(yīng)為抗重茬砧木,；蘋果富士2001及宮崎品種可抵抗連作危害,。對連作敏感型砧木與耐受型砧木分析后發(fā)現(xiàn)，二者菌落結(jié)構(gòu)相差十分明顯,。砧木的基因型差別越大，微生物群落結(jié)構(gòu)相差越明顯,。這可能與不同砧木的根系分泌物成分不同相關(guān),。故在果園更新時,，選擇重茬耐受型砧木或品種是緩解連作障礙的重要措施。此外,，選擇與前茬砧木基因型差異較大的砧木或可在一定程度上緩解連作障礙,。

根際微生物群落失調(diào)是連作障礙產(chǎn)生的關(guān)鍵，改善根際微環(huán)境是所有措施的落腳點,。目前,，已從土壤中分離出可抑制病原菌生長、可降解自毒物質(zhì)等多功能的微生物菌種并開發(fā)形成菌劑,。在連作蘋果園中施用復合微生物菌劑后,，通過序列分析發(fā)現(xiàn)，果園中微生物多樣性增強,，土壤微生態(tài)得到了修復,。將微生物復合菌劑與有機肥混合回填到栽培坑后，再植蘋果連作效應(yīng)消失,。故合理有效地施用有益微生物肥料是解決連作障礙的關(guān)鍵技術(shù),。

基于連作障礙成因分析，本團隊從以下幾個方面開展了葡萄連作障礙研究：①連續(xù)7年解剖葡萄樹體,，得出了葡萄各時期礦質(zhì)元素吸收運轉(zhuǎn)規(guī)律,，為科學施肥、保持土壤營養(yǎng)元素平衡提供了數(shù)據(jù)支撐,；②在盆栽及無土栽培條件下,，對22個葡萄砧木品種進行抗重茬能力篩選，以期找到抗性較強的砧木品種,；③利用果園生草改善根際土壤健康,，發(fā)現(xiàn)葡萄根際種植黑麥草可有效緩解土壤酸化；④從多年生葡萄根際土壤中篩選出25株有益細菌,，為微生物肥料的開發(fā)奠定了基礎(chǔ),。

連作障礙嚴重制約了水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，尋找有效的解決措施對行業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展具有重要作用,。目前,，更多先進的技術(shù)手段，如熒光標記,、土壤微生物測序等已應(yīng)用到連作障礙的研究中并得出了重要結(jié)論,。但目前仍存在一些問題，可作為下一步研究的重點：①果樹連作障礙的研究大多以蘋果為研究對象,，部分結(jié)論不一定具有普適性,；②根際微生物是連作障礙產(chǎn)生的中心環(huán)節(jié)，但目前對根際微生物的研究不夠深入,，可培養(yǎng)微生物占比較小,，常見微生物的種屬劃分不夠細致且功能不清,，應(yīng)繼續(xù)加強加深對根際微生物的研究與功能開發(fā)。