云南农业大学科研团队：遵循中药材生长发育特性，构建有效缓解连作障碍的生态种植技术体系(4)

▲ 三七连作障碍形成机制模式图
本课题组近年的研究结果表明，三七和土壤间存在明显的负反馈调节。三七生长过程中通过根系分泌或降解释放到土壤中的代谢物在根际的异常积累，导致根际微生物失衡，根腐病菌积累，使三七与土壤间呈现负反馈调节状态，从而引起根腐病的严重发生。课题组利用土壤有害代谢物消解和有害微生物杀灭的处理措施结合微生物修复方法，能有效克服连作土壤的再植障碍，实现三七的连作，这进一步证明了连作障碍是代谢失衡导致根际微生物失衡，病原菌累积所致。
探明了追求高产而采用的大肥大水的单一化种植模式是导致连作障碍的根源
随着研究的深入，我们逐渐认识到连作障碍是植物长期进化过程中形成的一种适应策略，是植物控制自身种群时空分布，从而避免种内竞争的一种特性。这是植物自身特性，无法消除，只能缓解。因此，探明加重三七和土壤间负反馈的机制是缓解三七连作障碍的关键。通过研究发现，现代大肥大水的单一化高产栽培模式进一步加重了这种负反馈状态，导致更严重的连作障碍。具体原因如下。
1. 农田设施栽培环境不适宜三七的健康生长
三七是起源于森林植被下层的植物，喜欢在阴凉、潮湿的环境下生长，不适宜的光照、温度及水分等均会阻碍三七的健康生长。生产实践及前期研究均表明，干旱、高温、强光照等生长环境逆境均会加重连作障碍的发生。通过系列研究发现，三七在适宜的温度（20～26℃）、光照（1.0 万～2.0 万lx）、水分[80%～90%田间持水量（field capacity，FC）]条件下生长健壮，一旦温度＞30℃、光照＞3.0 万lx、土壤干旱或过湿，三七连作障碍加重。当前农田三七种植采用的是人工搭建的荫棚，很难达到三七最适的生长条件，一旦碰到极端气候，很容易导致三七生长受限，加重连作障碍的发生。
2. 农田土壤理化性质不适宜三七健康生长
三七起源于森林植被的最下层，林下土壤质地疏松、有机质含量高、微生物丰富。但农田土壤很难达到林下土壤的特性，尤其云南多数地区土壤为红土，黏性重、透水透气性差，尤其有机质含量低，加之农民为了追求产量而大量施用化学肥料，使土壤酸化、盐碱化严重，极不适宜三七的生长，加重了三七的连作障碍。我们利用代谢组学和微生物组学的方法已经探明大肥大水栽培模式中氮肥的过量施用是加重三七与土壤负反馈，导致更为严重连作障碍的重要因素。氮肥的过量施用一方面会诱导三七生长代谢发生变化，使其对病害的敏感性增强（NIS 现象），同时诱导三七分泌更多的有害代谢物，加剧自毒作用；另一方面，氮肥过量施用会改变土壤理化性质（使pH 降低、C/N 降低、电导率升高），导致根际微生物结构失衡，尤其是有害微生物菌群的丰度增加，加重根腐病的发生（Wei et al.，2018）。