连作是指在同一地块上连续两茬以上种植同一种作物或同一科作物；作物连作以后，即使在正常的栽培管理措施下，也会使植株长势变弱，产量和品质下降，这种现象被称为连作障碍[1]。连作问题在农业生产中普遍存在，可引起土壤质量下降、作物减产以及病虫害危害加剧等连作障碍的发生，在中国棉花（GossypiumhirsutumL.）主产区，连作现象非常普遍，随着连作年限的延长，许多棉田发生棉花死苗、病虫害频繁发生、生长不良、早衰、产量下降等连作障碍现象。
摘要：综述了棉花（GossypiumhirsutumL.）连作引起土壤质量下降的主要因素，包括土壤理化性质、土壤微生物数量、土壤微生物群落结构及土壤酶的变化等，探讨了改善土壤质量、缓解棉花连作障碍的有效途径，以期为解决棉花连作障碍问题提供一定的参考。
关键词：棉花（GossypiumhirsutumL.）,连作,土壤微生物,土壤酶
国内外研究表明，连作障碍是由多种因素作用的结果，其本质是土壤根际微生态系统失调或恶化[2-5]。本研究就棉花连作对土壤理化性状、土壤微生物数量、土壤微生物群落结构、土壤酶的影响进行了综述，以及对缓解连作障碍的途径进行了探讨。
1连作对土壤理化性状的影响
土壤基础肥力是棉花高产的重要保障，棉区棉花面积扩大，倒茬困难而长期连作，导致土壤肥力下降。范君华等[6]研究发现南疆干旱区连作棉田中土壤盐分和养分状况表现为：总盐、K、Na、速效钾减少，而有机质、全氮、速效氮、速效磷、有效锰呈增加趋势，有效铁、有效铜、有效锌的变化没有规律。刘建国等[7]利用棉花长期连作定点微区试验，研究不同连作年限棉田土壤物理、化学性状的动态变化。结果表明，随着连作年限的增加，棉田土壤容重下降，连作5、10、15和20年土壤有机质含量分别比种植1年的增加10.56%、18.09%、37.34%和55.64%，土壤含盐量呈上升趋势，随着连作年限的增加，土壤碱解氮含量增加，土壤速效钾含量呈下降的趋势，有效磷含量在连作5年时达到最大值，随后下降，连作10、15和20年之间的变化幅度较小。韩春丽等[8]对新疆绿洲地区不同连作棉田土壤中9种矿质元素含量和棉田养分收支量等进行了分析。结果表明，棉田土壤中微量元素和大量元素均有一定程度的贫化趋势，长期连作导致土壤中Mo的消耗最为严重，说明棉花对Mo的吸收能力最强，因此，提出棉花长期单一种植，应重点补充Mo、Zn和Cu微量元素肥料，酌情补充Mg、K等大量元素肥料。棉田Ca、Na含量较新疆土壤背景低，预示棉田土壤在向脱盐碱方向发展，但两元素在秸秆中的比例较高。因此，棉花长期连作农田应注意防止耕作层土壤向次生盐碱化方向发展。刘瑜等[9]以长期连作棉田为研究对象，对5～15年连作棉田土壤理化性质和生物学性状进行测定，结果表明，棉花长期连作对土壤肥力性状影响显著，表层土壤（0～20cm）肥力明显高于亚表层（20～40cm）。
2连作对土壤微生物的影响
2.1连作对土壤微生物数量的影响
在中国棉花主产区，连作现象非常普遍，随着连作年限的延长，许多棉田发生棉花死苗、病虫害频繁发生、生长不良、早衰、产量下降等连作障碍现象，众多研究表明连作障碍的发生与根际微生态失衡有关[10，11]。根系分泌物中的自毒物质、酚酸类物质的化感效应导致土壤根际微生态系统失调或恶化[12]，病原微生物富集，土传病害加重[13，14]，作物减产，土壤质量下降[15]。同时连作也降低了微生物多样性水平，造成细菌型土壤向真菌型土壤转化，最终表现为连作障碍。顾美英等[16]对棉花多年连作的土壤微生态进行了研究，结果表明，随着连作年限的延长，细菌数量和生理菌群有先增加后减少的趋势，真菌数量总体上呈现增加的趋势，这说明连作对微生态的影响在持续积累。连作最直接的负面影响是导致微生物多样性趋向单一，使病原微生物增多，特别是土传病害加重，作物的抗病性下降[17]。王汝贤等[18]通过对抗枯萎病品种连作田微生物数量变化的研究表明，随着棉花抗病品种连作年限的增加，土壤中棉花枯萎菌、尖孢镰刀菌的数量及细菌类群均减少，而真菌、放线菌和线虫的总数量以及对棉花枯萎菌有抵制作用的放线菌、细菌的数量逐渐增加。认为棉花抗病品种连作田土壤中棉枯萎菌数量的减少，是土壤致病力下降的主要原因，而棉枯萎菌数量减少则主要是棉花抗病品种在长期连作下根系分泌物中的抑菌物质对病菌抑制的结果。
2.2连作对土壤微生物群落结构的影响
土壤微生物是棉田土壤生态系统的重要组成成分，对土壤肥力的演变、植物有效养分的持续供给、有害生物的综合防治及土壤修复都起着举足轻重的作用。土壤微生物群落结构和组成的多样性不仅作为评价土壤环境和土壤肥力变化的灵敏生物指标，而且对于提高土壤生态系统的稳定性与和谐性，增强对土壤微生态环境恶化的缓冲能力至关重要。国内外的研究表明，连作、轮作等栽培方式，对土壤微生物的群落多样性和功能产生显著影响，进而影响土壤质量和生产力[19]。娄阳洋等[20]对棉花连作与稻、棉轮作土壤细菌群落结构差异进行了DGGE分析，发现稻棉轮作群落结构变异较明显，在稻、棉轮作的棉田土壤的蕾期出现了特殊种类，并占优势地位。顾美英等[21]以南北疆不同连作年限棉花根际土壤为研究对象，研究了连作对棉花根际土壤微生物群落多样性的影响，结果表明，不同连作年限棉花根际土壤微生物碳源利用和功能多样性差异显著，荒地土壤微生物活性较低，连作年限较短时，根际土壤微生物群落的平均颜色变化率（AWCD）和Shannon指数较高，长期连作则呈下降趋势。因此棉花长期连作使棉花根际土壤微生物群落多样性降低，发生连作障碍，进而导致棉花产量降低。
3连作对土壤酶的影响土壤酶活性与土壤质量以及土壤生物数量和生物多样性相互联系，可在一定程度上反映土壤生物学肥力质量变化[22]。顾美英等[16]研究表明，脲酶和蛋白酶活性随连作年限增加表现为先增加后减少趋势，蔗糖酶、多酚氧化酶和过氧化氢酶活性与连作年限关系不明显。张伟等[23]通过棉花连作定点微区试验研究了棉花长期连作和活性炭处理后棉田土壤酶活性的变化。结果表明，棉花连作影响土壤酶活性的变化，随着棉花连作年限的增加棉田土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性降低，多酚氧化酶活性呈先降低后升高的趋势。朱新萍等[24]采用田间采样及室内测试的方法，研究了新疆棉区不同连作年限棉田的4种主要土壤酶活性特征及其与土壤肥力的关系。结果表明，棉田连作对过氧化氢酶的影响不明显，与荒地比较，脲酶和碱性磷酸酶在耕作后均有所增加，到5～7年普遍达到最大值，之后有所下降；蔗糖酶则到3～5年达到最大值，之后有所下降；土壤过氧化氢酶与pH、土壤有机质、全氮、全磷、速效氮和速效磷含量呈正相关，脲酶与全氮和碱解氮呈显著和极显著正相关。
4缓解连作障碍的有效途径
4.1选择抗病品种，合理轮作
目前还没有一种非常有效缓解棉花连作障碍的途径，根据连作带来的问题采取预防为主的措施。选择高抗炭疽病、立枯病、根腐病、枯萎病和黄萎病的品种。在播种前晒种、进行种子包衣可以有效预防炭疽病、根腐病、黄萎病等。采用棉花与两萎病非寄主植物轮作、水旱轮作防病效果显著。从土壤养分保持的角度分析，作物轮作能使土壤进行自然演替，可维持土壤肥力并改善土壤结构，减少土壤侵蚀过程[25]。
4.2合理施肥和田间管理
土壤养分限制是造成连作障碍的重要因子之一[26]，同时作物连作易引起养分亏缺或比例失衡而导致营养障碍[27，28]。提倡农家肥与氮、磷、钾化肥合理配施能够有效缓解棉花连作障碍。生产中应适期早播，及时预防病虫草害，适时化控、打顶，从而提高连作棉田子棉产量和经济效益。
4.3秸秆还田
作物秸秆富含多种养分和生理活性物质，实行秸秆还田能改善土壤物理性状、补充土壤养分、提高土壤的生物有效性，从而增加作物产量[29-34]。但是棉花长期连作的负面效应与棉花秸秆还田正面效应同时存在[35]。李彦斌等[36]研究了秸秆不同还田量及不同腐解时间对后茬棉花抗氧化物酶活性和光合生理特性的影响，发现棉花秸秆腐解产物在一定程度上抑制了棉花种子的萌发，延长了种子出苗时间，影响棉花植株生长；并且随着腐解时间的延长和秸秆还田数量的增加，棉花单叶净光合速率、气孔导度等光合参数降低，说明秸秆还田保持在一定量时表现为正效应，再增加秸秆还田量，秸秆腐解产生的化学物质具有一定的自毒效应，会对连作棉花种子萌发、抗氧化物酶活性和光合生理造成影响。
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