王 蕾，姜 昭，王 磊，李鳳蘭，姜佰文，董守坤，曹 博，張 穎**

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150030；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，哈爾濱 150030）

1 黑土區(qū)大豆產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

黑土是大自然賦予人們的一種極為珍貴的自然資源，其是在凍融交替條件下形成的，每形成1 cm厚黑土需200～400 a的時(shí)間，由于其有機(jī)質(zhì)含量高、肥力強(qiáng)，黑土為全球糧食安全做出了巨大貢獻(xiàn)。我國東北典型黑土區(qū)耕地面積約為1 853.34萬hm2，其中黑龍江省約1 040萬hm2，占到總面積的56.12%，為我國糧食安全方面做出了重要保障。東北地區(qū)是我國大豆的主要產(chǎn)區(qū)[1]，種植面積占全國種植面積30%以上，產(chǎn)量占全國大豆總產(chǎn)量的40%左右[2]。近年來，一方面伴隨國家農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整以及大豆產(chǎn)業(yè)振興計(jì)劃實(shí)施，另一方面受氣候和耕地面積等因素的制約，黑龍江省北部地區(qū)大豆主產(chǎn)區(qū)的連作已成為嚴(yán)重問題[3]。此外，由于多年來高強(qiáng)度的利用、水土流失，黑土區(qū)土地肥力逐年下降，導(dǎo)致黑土區(qū)大豆產(chǎn)量和質(zhì)量受到影響。

2 黑土區(qū)大豆耕地土壤障礙問題研究的迫切性

2.1 黑土區(qū)大豆耕地概況

我國東北黑土區(qū)為全球四大黑土集中分布區(qū)之一，包括黑龍江省、吉林省、遼寧省和內(nèi)蒙古自治區(qū)東部的呼倫貝爾市、通遼市、赤峰市與興安盟。東北黑土區(qū)面積達(dá)10 900.05萬hm2，其中典型黑土區(qū)耕地約1 853.34萬hm2。其原有的黑土層深厚，富含作物生長(zhǎng)所需有機(jī)質(zhì)（5%～8%，甚至＞10%），有機(jī)質(zhì)含量約為黃土10倍[4-5]。地形起伏不大，大部分海拔在50～200 m。其中，東北黑土區(qū)組成成分為：黑土，黑鈣土，草甸土，白漿土，部分沼澤土以及低含量的低層暗棕壤。黑土區(qū)分布于黑龍江省三江、松嫩、吉林松遼東北部三地的平原及周邊山區(qū)。因其有機(jī)質(zhì)含量較多，腐殖質(zhì)層厚，已成為中國最為重要的糧食生產(chǎn)和商品糧出口基地[6]。近五年來，東北黑土區(qū)年平均糧食產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的四分之一，優(yōu)勢(shì)作物大豆、玉米以及水稻產(chǎn)量占總產(chǎn)量的19%～56%。與此同時(shí)，輸出商品糧占據(jù)全國三分之一，排名我國前十位的產(chǎn)糧縣皆位于此區(qū)之內(nèi)。

2018年全國農(nóng)作物播種面積達(dá)16 590.38萬hm2，其中東三省農(nóng)作物播種面積2 496.13萬hm2，占全國農(nóng)作物總播種面積的14.9%。2018年全國大豆播種面積為841.27萬hm2，東三省大豆種植面積為391.97萬hm2，在全國大豆種植面積中東北三省黑土區(qū)的大豆種植面積占據(jù)較高比例，且黑龍江省占據(jù)的東北大豆播種面積＞90%。2004—2018年，黑龍江省平均年大豆種植面積為353.80萬hm2，占全國大豆種植面積的42.8%。其中，2010—2015年種植面積持續(xù)下降，達(dá)到2018年以來的最低點(diǎn)，直接影響了我國大豆的生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)業(yè)發(fā)展[7-8]。2016年開始，由于國家和黑龍江省相繼出臺(tái)了壓縮玉米和發(fā)展大豆的政策，黑龍江省大豆種植面積呈恢復(fù)性增長(zhǎng)趨勢(shì)，2017年達(dá)373.5萬hm2，占全國大豆種植面積的47.6%，占全省農(nóng)作物總面積的26.5%，而且有繼續(xù)擴(kuò)大的趨勢(shì)。

2.2 黑土區(qū)大豆耕地地力和養(yǎng)分現(xiàn)狀

近年來，在自然因素制約與人為高強(qiáng)度利用的影響下，黑土區(qū)域土地得不到回補(bǔ)，年流失的表層厚度達(dá)到0.3～1.0 cm，而原來較厚的黑土層現(xiàn)如今僅剩下20～30 cm，一些地方甚至暴露出黃土狀母質(zhì)，生產(chǎn)能力已基本喪失[9-10]。東北的黑土地區(qū)作為我國重要商品糧生產(chǎn)基地，其耕地質(zhì)量直接影響作物產(chǎn)量，進(jìn)而動(dòng)蕩我國糧食安全[11]。其中在開墾初期東北黑土有機(jī)質(zhì)含量為60～80 g/kg，由于過度開發(fā)利用，20～30 a后的現(xiàn)在已經(jīng)下降到20～30 g/kg，其中2014年平均東北黑土有機(jī)質(zhì)含量為30.56 g/kg[4]。此外，長(zhǎng)時(shí)間的耕作導(dǎo)致黑土地耕層土壤的pH下降，使得土壤酸化嚴(yán)重，這不但影響作物養(yǎng)分吸收及其根系發(fā)育，還會(huì)將土壤中的重金屬污染物活化，阻礙作物生長(zhǎng)?？v觀整個(gè)東北黑土區(qū)土壤情況，46.89%的耕地pH在5.5～6.5，其中54.90%在黑龍江省內(nèi)，酸化趨勢(shì)明顯?？v觀大豆耕區(qū)的土壤類型，黑土平均pH在5.98，暗棕壤、棕壤、水稻土、白漿土、草甸土的pH在5.91～6.70，暗棕壤最低，草甸土最高[7]。

黑土耕地的土層變化主要原因是水蝕、風(fēng)蝕和人類活動(dòng)。為進(jìn)一步評(píng)價(jià)和區(qū)分耕地質(zhì)量，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部依據(jù)《耕地質(zhì)量調(diào)查監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)辦法》與《耕地質(zhì)量等級(jí)》國家標(biāo)準(zhǔn)選取立地條件、剖面特征、耕層理化特征、養(yǎng)分狀況、土壤健康和土壤管理等指標(biāo)對(duì)耕地質(zhì)量進(jìn)行了綜合性評(píng)價(jià)，并對(duì)全國耕地質(zhì)量等級(jí)進(jìn)行了詳細(xì)劃分，其中東北地區(qū)耕地質(zhì)量平均等級(jí)為3.84。東北地區(qū)耕地質(zhì)量高等地（1～3等）的面積占比27.70%，為992.74萬hm2；中等地（4～7等）面積占比60.33%，為2 161.88萬hm2；低等地（8～10等）面積占比11.97%，為429.05萬hm2。因此，綜合來看中低等質(zhì)量的東北耕地占比較大，高達(dá)72%[12]。從各個(gè)省來看，黑龍江省高產(chǎn)田面積比例為23.7%，蒙東四盟市僅為12.4%；吉林省和遼寧省高產(chǎn)田面積比例相對(duì)較高，分別為44.35%、41.24%[13]。

2.3 黑土區(qū)大豆土壤關(guān)鍵障礙因素

（1）土壤侵蝕導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重

土壤侵蝕是威脅土壤健康的重要障礙因素。由于季節(jié)性凍融作用和漫川漫崗的地形地貌特點(diǎn)，黑土區(qū)遭受水蝕與風(fēng)蝕的雙重危害。加之由于長(zhǎng)期以來的過度墾殖和掠奪式經(jīng)營(yíng)，水土流失日趨劇烈，黑土層的削減與土地的退化格外嚴(yán)峻。特別地，在長(zhǎng)期高強(qiáng)度大豆連作的生產(chǎn)模式下，不僅破壞了土質(zhì)結(jié)構(gòu)，造成水土流失擴(kuò)張以及侵蝕程度增加，甚至削減了土層厚度，在一些坡度較大的地方黑土層僅剩20 cm的厚度[14]。黑土區(qū)坡耕地表土年流失達(dá)到6～7 mm，僅黑龍江省的土壤年流失就高達(dá)2～3億m2。僅2005年，黑龍江省坡耕地表層黑土流失104.7萬km2，耕作能力永久性喪失[15]。黑土侵蝕導(dǎo)致的土壤理化性狀惡化和肥力下降也對(duì)大豆的生長(zhǎng)發(fā)育造成嚴(yán)重威脅。孟凱等[16]研究發(fā)現(xiàn)，侵蝕黑土更為緊實(shí)，耕性不良，養(yǎng)分供給能力后勁不足，特別是對(duì)大豆產(chǎn)量影響最大的土壤氮和鉀含量也明顯較低，表現(xiàn)出對(duì)大豆生長(zhǎng)發(fā)育的障礙。因此，黑土侵蝕區(qū)亟需建立侵蝕區(qū)土壤控蝕增肥新技術(shù)和新模式。

（2）黑土理化性質(zhì)退化

過去不科學(xué)的耕作方式加劇了土地荒漠化的進(jìn)程，導(dǎo)致大豆田生產(chǎn)力下降，威脅著大豆的生長(zhǎng)發(fā)育，甚至引起大豆減產(chǎn)。例如，傳統(tǒng)的中小型農(nóng)業(yè)機(jī)械在淺層工作，由于整地深度較淺，導(dǎo)致犁底層抬高上移，耕層土壤容易被農(nóng)業(yè)機(jī)械壓實(shí)，破壞土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，孔隙細(xì)度降低，透氣透水，容量降低，土壤變硬，儲(chǔ)水和保濕能力降低，緩沖性能減弱。土壤的這些物理性質(zhì)被破壞后，很容易造成土壤板結(jié)，犁底層滲透性變差。大豆根系難以利用深層土壤水分和養(yǎng)分，降低了土、水、肥、氣、熱之間的協(xié)調(diào)性，導(dǎo)致黑土耕地中固、液、氣三相比例不合理加劇，造成大豆生長(zhǎng)發(fā)育緩慢和產(chǎn)量降低等一系列不良后果[17-18]。據(jù)2014年黑龍江省13 249個(gè)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，由于目前黑龍江省土壤耕層土壤微生物活性降低，土壤養(yǎng)分非均衡化、貧瘠化、酸化、次生鹽堿化等問題凸顯，土壤物理性質(zhì)朝逆向發(fā)展，干旱時(shí)板結(jié)僵硬，洪澇時(shí)土壤黏朽，蓄水保墑能力大幅退化[19-21]。土壤供肥、供水能力減弱，肥力下降，養(yǎng)分庫容降低，中低產(chǎn)田面積增大，昔日肥沃的黑土儼然變?yōu)榱恕吧鷳B(tài)脆弱區(qū)”，致使干旱范圍不斷擴(kuò)大，洪澇災(zāi)害發(fā)生頻繁，災(zāi)害持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，糧食生產(chǎn)能力相應(yīng)下降。

（3）施肥制度不合理

土壤養(yǎng)分消耗過多，耕作管理上普遍存在重用地、輕養(yǎng)地的現(xiàn)象[22]?；适┯昧砍手鹉暝黾于厔?shì)，有機(jī)肥用量逐年減少，導(dǎo)致土壤理化性狀惡化，土壤板結(jié)，栽培性差，大豆扎根困難[23]。并且導(dǎo)致土壤有機(jī)膠體功能、保水保肥和供水施肥能力明顯降低[24]。有機(jī)質(zhì)消耗大但補(bǔ)充少，導(dǎo)致土壤酸度增強(qiáng)，有效氮、速效鉀、硼、鉬等微量元素嚴(yán)重缺乏，進(jìn)而致使大豆產(chǎn)量與質(zhì)量下降。

康殿科[25]發(fā)現(xiàn)，通過測(cè)土施肥的方法替代傳統(tǒng)施肥，可以降低土壤容重、提高田間持水量，并且對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)有一定的提升作用，并且對(duì)大豆的生長(zhǎng)發(fā)育具有明顯的促進(jìn)作用，產(chǎn)量明顯提高。Gurpreet等[26]研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥使用過少或基本不用，會(huì)造成土壤結(jié)構(gòu)變差，土地肥力下降，氮、磷、鉀比例失調(diào)，化肥效率遞減。焦曉光等[27]發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥和無機(jī)肥配施可以促進(jìn)大豆生長(zhǎng)以及根系微生物的活動(dòng)。長(zhǎng)期施用有機(jī)肥可通過為土壤提供有機(jī)碳源的方式顯著增加土壤有機(jī)碳庫，說明有機(jī)-無機(jī)肥的配施可益于土壤有機(jī)質(zhì)含量的提高。

3 土壤障礙對(duì)大豆產(chǎn)量及關(guān)鍵性狀的影響

3.1 土壤障礙因素對(duì)大豆產(chǎn)量的影響

（1）耕作方式對(duì)大豆產(chǎn)量的影響

連作是指在同年或者連年在相同地塊上連續(xù)耕種一種作物的種植方式。大豆在長(zhǎng)期連作條件下會(huì)致使病蟲草害加重，其中，大豆根腐病、大豆菌核病、大豆胞囊線蟲及大豆根潛蠅等土傳病蟲害最為嚴(yán)重[28-30]。大豆連作會(huì)致使根系的代謝產(chǎn)物發(fā)生變化，其分泌產(chǎn)物及其殘?jiān)蔀榍秩静≡峁┴S富的營(yíng)養(yǎng)條件及宿主條件，為根病蟲害的寄生提供賴以生存的繁殖場(chǎng)所，進(jìn)而促進(jìn)病原菌的持續(xù)繁殖，持續(xù)加重下一茬的大豆病蟲害。此外，根茬腐解物的積累可改變根際土壤的微生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)有害微生物的生長(zhǎng)繁殖，對(duì)有益微生物（如固氮菌、根瘤菌等）造成反向影響，進(jìn)一步影響大豆根際土壤微生物區(qū)系組成，抑制大豆生長(zhǎng)，誘發(fā)大豆的連作障礙[31]。大豆連作中根際的有益細(xì)菌數(shù)量均低于大豆輪作[32]，在美國南部有研究發(fā)現(xiàn)，連作下大豆與玉米、小麥等作物都會(huì)使得土壤中大豆胞囊線蟲種群密度更高[33]。

（2）機(jī)械對(duì)大豆產(chǎn)量的影響

降低大豆種子質(zhì)量的因素之一是機(jī)械損傷。大豆種子非常脆弱，容易受到收獲、加工、干燥和處理過程中發(fā)生的機(jī)械損傷[34]。Gao等[35]通過分析大豆種子內(nèi)部機(jī)械損傷機(jī)理及其對(duì)種子萌發(fā)的影響，表明大豆種子內(nèi)部機(jī)械損傷的萌發(fā)率低于10%，主要的內(nèi)部損傷形式分為子葉斷裂、子葉裂紋、胚根裂和下胚軸斷裂，對(duì)大豆生產(chǎn)具有顯著的潛在危害。Moreano等[36]通過評(píng)估田間風(fēng)化和收獲時(shí)機(jī)械損傷水平對(duì)貯藏期間大豆種子的影響，發(fā)現(xiàn)風(fēng)化和機(jī)械損傷在貯藏過程中顯著增加，3個(gè)品種的種子活力在初始水平上呈線性增長(zhǎng)。喬金友等[37]探討農(nóng)業(yè)機(jī)械壓實(shí)對(duì)土壤堅(jiān)實(shí)度和產(chǎn)量的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)土壤堅(jiān)實(shí)度隨壓實(shí)次數(shù)增加而逐漸遞增，而拖拉機(jī)壓實(shí)均導(dǎo)致大豆產(chǎn)量降低。因此，合適的管理措施不會(huì)影響大豆的生長(zhǎng)和產(chǎn)量。

（3）施肥和農(nóng)藥對(duì)大豆產(chǎn)量的影響

大豆具有與根瘤菌形成共生關(guān)系并固定大氣氮的能力，大豆所固定的氮量從65～180 kg/hm2不等，這取決于土壤環(huán)境、氮的供應(yīng)和氮磷的供應(yīng)[38]。據(jù)Kadlcek和Cervinka[39]報(bào)道，作物生產(chǎn)系統(tǒng)的間接能源需求占總消耗量的90%以上，其中大部分能源使用與化肥施用和農(nóng)用化學(xué)品有關(guān)。與對(duì)照相比，大豆—鷹嘴豆的耕作順序下的肥料處理會(huì)消耗更多的能量，增加養(yǎng)分水平會(huì)降低能量利用效率和生產(chǎn)力[40]。然而，在Hons和Saladino[41]的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，施用氮肥和除草劑對(duì)大豆產(chǎn)量無顯著影響，但施用殺蟲劑可使大豆平均產(chǎn)量提高29%，氮肥與殺蟲劑、除草劑和殺蟲劑互作對(duì)大豆產(chǎn)量影響顯著。一般來說，農(nóng)藥含有對(duì)活細(xì)胞有潛在毒性的分子，在大豆的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，其通常用于植物的種子、土壤和葉片，以防治病蟲害，根據(jù)其特殊性，農(nóng)藥可對(duì)微生物、動(dòng)物和植物細(xì)胞產(chǎn)生毒性[42-43]，威脅農(nóng)業(yè)生態(tài)安全，直接或間接影響大豆的產(chǎn)量及品質(zhì)。例如，土壤微生物長(zhǎng)期暴露于農(nóng)藥中，會(huì)改變土壤中微生物的群落構(gòu)成，甚至?xí)绊懲寥赖纳鷳B(tài)功能，Anupama等[44]、Fox等[45]和Ahemad[46]發(fā)現(xiàn)氮肥和殺蟲劑都會(huì)減少豆科植物的結(jié)瘤，進(jìn)而影響豆科作物的產(chǎn)量。

3.2 土壤障礙因素對(duì)大豆關(guān)鍵性狀的影響

（1）耕作方式對(duì)大豆性狀的影響

耕作方式是影響大豆關(guān)鍵性狀的關(guān)鍵因素之一。李春杰等[47]研究發(fā)現(xiàn)，秋季旋耕起壟和秋季深松旋耕起壟，大豆田間出苗率高于春季旋耕起壟和春季頂漿打壟，并且大豆生育后期地上地下干重、葉面積指數(shù)和根瘤重均好于春季整地。然而，耕作方式對(duì)大豆性狀的影響很大程度上依賴于連作造成的土壤障礙。連作可以降低土壤的pH，使土壤從中性變?yōu)樗嵝?，這有利于真菌的生長(zhǎng)并抑制細(xì)菌和放線菌的繁殖，從而形成以真菌為主的土壤微生物群落，進(jìn)而損害大豆根部[48]。大豆連作土壤中速效錳含量較高，但大豆植株對(duì)錳的吸收和積累在不同大豆連作年限和不同生育階段均低于輪作。植物錳營(yíng)養(yǎng)與植物不同生育階段氮磷營(yíng)養(yǎng)呈顯著相關(guān)，植物錳營(yíng)養(yǎng)與分枝期多酚氧化酶活性呈顯著相關(guān)，植物的錳營(yíng)養(yǎng)與盛花期和結(jié)莢期的產(chǎn)量顯著相關(guān)[49]。

（2）肥料對(duì)大豆性狀的影響

不同氣候環(huán)境條件下肥料的配比模式對(duì)大豆的形成過程具有綜合效應(yīng)。其中，豆類的固氮作用和氮鉀肥的協(xié)同作用非常重要。合理使用下，東北黑土區(qū)大豆單株莢數(shù)和單株種子數(shù)隨著土壤中磷肥用量的增加而增加[50]。合理的有機(jī)—無機(jī)肥料配施能夠?qū)ψ魑镏仓甑那o、葉碳水化合物積累起到促進(jìn)作用[51]，然而化肥的過量投入導(dǎo)致土壤環(huán)境惡化和土壤養(yǎng)分淋溶損失，仍會(huì)對(duì)大豆性狀產(chǎn)生負(fù)面影響[50-51]。此外，不同肥料對(duì)大豆性狀影響也有差異，Dong等[52]研究表明，施化肥和秸稈還田pH的下降幅度大于不施肥和施有機(jī)肥，進(jìn)而影響大豆產(chǎn)量。

（3）其他因素對(duì)大豆性狀的影響

大豆根系及地上部分的形態(tài)特征和生理活動(dòng)會(huì)受到土壤含水量影響，干旱脅迫可通過影響植株體內(nèi)的代謝過程導(dǎo)致大豆產(chǎn)量和品質(zhì)的降低[53-54]。根系作為植株代謝重要器官，其形態(tài)和活性的變化很大程度影響作物對(duì)水分的吸收，進(jìn)而影響整個(gè)植株的生長(zhǎng)和發(fā)育?；ㄇv期是大豆的關(guān)鍵需水期，干旱也會(huì)抑制花期的光合和生長(zhǎng)，影響花莢的脫落，最終導(dǎo)致了產(chǎn)量下降[55-56]。土壤溫度也是大豆發(fā)育的敏感因子之一，全球溫度的持續(xù)攀升同樣威脅農(nóng)作物的生長(zhǎng)，進(jìn)而影響其產(chǎn)量以及品質(zhì)[57]。此外，外源物質(zhì)的添加也可能影響大豆的性狀。比如，施加生物炭處理后大豆的干物質(zhì)重可顯著提升，但施加過量則會(huì)反向抑制大豆的生長(zhǎng)[58]。Sheykhbaglou等[59]研究發(fā)現(xiàn)，納米氧化鐵在0.75 g/L的濃度下能提高葉片和莢果的干重，在用量為0.5 g/L時(shí)，籽粒產(chǎn)量最高，較對(duì)照增產(chǎn)48%，其他測(cè)量的性狀不受鐵納米顆粒的影響。

4 黑土區(qū)大豆田土壤障礙消減及地力提升調(diào)控對(duì)策

近年來，有關(guān)大豆土壤障礙消減以及黑土地力提升的調(diào)控對(duì)策已成為黑土區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上迫切需求的熱點(diǎn)問題之一，阻礙了糧食生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，目前生產(chǎn)上主要通過以下途徑來達(dá)到緩解土壤障礙作用、提升黑土地力的目的。

4.1 注意品種選擇，合理輪作間作

大豆在生長(zhǎng)過程中，根系能夠分泌出化感物質(zhì)，這些化感物質(zhì)可能會(huì)對(duì)大豆本身產(chǎn)生危害，造成土壤微生物區(qū)系失衡，抑制大豆生長(zhǎng)，最終導(dǎo)致大豆產(chǎn)量降低[60]。此外，不同地區(qū)氣候及地理?xiàng)l件往往會(huì)對(duì)大豆的產(chǎn)量造成影響。近年來，隨著現(xiàn)代育種技術(shù)的發(fā)展，通過抗性品種克服大豆連作障礙導(dǎo)致的減產(chǎn)已成為一項(xiàng)重要措施。通過育種途徑選擇優(yōu)良抗性品種，提高其對(duì)于化感物質(zhì)的抗性、環(huán)境脅迫耐受性以及抗病能力，從整體上提高大豆的品質(zhì)和產(chǎn)量[61-62]。

大豆的重茬增加了土壤土傳病害的發(fā)生，降低了土壤中有效養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，造成土壤肥力下降，是影響大豆產(chǎn)量和品質(zhì)的最主要原因。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中合理的種植制度能夠改善土壤環(huán)境質(zhì)量，降低土壤病蟲害發(fā)生程度，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[63-64]。輪作是指在同一塊田地上，按照季節(jié)間或年間輪換種植不同品種作物的一種種植方式，是目前最為有效的防治大豆連作障礙的方式之一[65]。劉金波等[66]通過研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期連作導(dǎo)致大豆生長(zhǎng)發(fā)育狀態(tài)與輪作相比較差。有研究發(fā)現(xiàn)大豆—玉米輪作顯著提高了土壤酶活性。此外，輪作還有助于提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、降低土壤病害發(fā)生概率、減少農(nóng)藥使用量，進(jìn)而促進(jìn)土地良性循環(huán)，減少甚至消除土壤障礙，促進(jìn)作物生長(zhǎng)。

除了可以采用輪作方式外，還可以采用間作方式消減土壤障礙。間作是指在同一地塊同一時(shí)期內(nèi)，按照不同的種植比例，分行或分帶種植不同種類農(nóng)作物的種植方式。通過間種套作，不僅能有效提高土壤的利用率，還能改善土壤的理化性質(zhì)和滲透性，提高土壤肥力，增加作物抗性，減少土壤病蟲害的發(fā)生，降低由于連作造成的土壤障礙問題，增加作物產(chǎn)量[67]。胡國彬等[68]通過田間小區(qū)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，蠶豆與小麥間作能夠增加蠶豆根際土壤中真菌群落多樣性，顯著降低土壤中致病菌數(shù)量，增加土壤酶活性，改變微生態(tài)環(huán)境，并最終提高了蠶豆產(chǎn)量，緩解了由于蠶豆連作產(chǎn)生的障礙問題。趙德強(qiáng)等[69]通過對(duì)比玉米—大豆間作系統(tǒng)與玉米單作模式下干物質(zhì)量和產(chǎn)量的差異情況，發(fā)現(xiàn)間作提高了作物的干物質(zhì)量，提高了土地利用率。

4.2 合理施用有機(jī)肥，促進(jìn)障礙土壤地力提升

長(zhǎng)期施用結(jié)構(gòu)單一的化學(xué)肥料會(huì)導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量下降、酸化土壤、破壞土壤結(jié)構(gòu)、改變土壤團(tuán)粒體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，造成土壤障礙[70]。有機(jī)肥含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，不僅可以提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量，同時(shí)對(duì)于土壤理化性質(zhì)、土壤肥力以及土壤微生物群落結(jié)構(gòu)都具有改善和優(yōu)化作用[71-73]。王篤超等[74]通過向長(zhǎng)期連作大豆田中施用有機(jī)物料考察土壤養(yǎng)分變化情況，發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥的添加提高了養(yǎng)分水平，降低了土傳病害，維持了土壤健康。Wang等[75]研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥的使用能夠改變土壤中真菌和細(xì)菌的群落組成，非致病性鐮刀菌占據(jù)優(yōu)勢(shì)，而致病性尖孢鐮刀菌、禾孢鐮刀菌、黃萎病鐮刀菌和紅土鐮刀菌的數(shù)量相對(duì)較少，表明有機(jī)肥的使用能夠通過改變微生物群落組成從而抑制根腐病發(fā)生。通過盆栽實(shí)驗(yàn)，張靜等[73]研究發(fā)現(xiàn)，向土壤中投加含有生防菌的生物有機(jī)肥，能夠明顯提高大豆紅冠腐病的防治效果，土壤酶活性明顯提高，大豆促生效果明顯。長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究結(jié)果表明，連續(xù)13 a施用有機(jī)肥，土壤有機(jī)碳、全氮、全磷、堿解氮、速效磷和速效鉀含量顯著增加，土壤容重改良效果明顯，作物產(chǎn)量與化肥處理相比無明顯差異。有機(jī)肥施用可以作為緩解東北黑土退化、研發(fā)肥沃耕層構(gòu)建及侵蝕區(qū)土壤控蝕增肥理論、技術(shù)體系和示范應(yīng)用模式基礎(chǔ)，是提升土壤肥力的重要技術(shù)措施、實(shí)現(xiàn)大豆高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的核心[76]。

4.3 科學(xué)使用菌劑和農(nóng)藥，綜合防治土傳病蟲害

多年連續(xù)種植大豆可能會(huì)導(dǎo)致土壤中細(xì)菌數(shù)量下降、真菌數(shù)量增多，病原微生物能夠分泌一些有毒物質(zhì)，多年連作大豆根系也會(huì)向土壤中釋放一些有害物質(zhì)，抑制大豆生長(zhǎng)[77]。這是大豆土壤連作障礙的又一主要原因[78]。生物防治是利用一種深生物（微生物）或其衍生物防治病蟲害的方法。由于其成本低、效率高、無二次污染等特點(diǎn)而成為近年來研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)方向，同時(shí)也是治理連作障礙的有效措施之一。在防治過程中一方面可以加入拮抗微生物或通過添加化學(xué)藥劑提高拮抗微生物活性，從而降低病原微生物數(shù)量；或者接種微生物分解土壤中的有害物質(zhì)或通過競(jìng)爭(zhēng)性抑制降低有害病原菌對(duì)植物根系的侵害，從而減少病蟲害的發(fā)生。位小丫等[79]利用兩株促生細(xì)菌（Bacillus subtilis和Burkholderia）研制微生物菌肥，考察田間條件下植物促生細(xì)菌緩解太子參連作障礙的效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生物菌劑的添加能夠顯著提高重茬太子參的產(chǎn)量，改善土壤真菌群落結(jié)構(gòu)，提高土壤質(zhì)量，減小連作病害對(duì)于作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。大豆根腐病是一種嚴(yán)重影響大豆產(chǎn)量和品質(zhì)的土傳病害。尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporum）是導(dǎo)致大豆根腐病的病原微生物之一，從大豆根際土壤分離得到的枯草芽孢桿菌HSY21能夠顯著抑制尖孢鐮桿菌，減少大豆根腐病[80]。朱文靜等[81]將生防菌 LSSC3（B.atrophaeus）和 SYST2（B.subtilis）作為種衣劑接種于具有病原菌的土壤中，發(fā)現(xiàn)兩種處理能夠明顯提高大豆的發(fā)芽率以及株高、鮮重和根長(zhǎng)。

此外還可以通過使用農(nóng)藥控制大豆病蟲害，但農(nóng)藥的選擇應(yīng)盡量選擇毒性小、殘留期短、針對(duì)性強(qiáng)、對(duì)后茬作物無影響的。

4.4 農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合，提高土壤肥力，修復(fù)土壤侵蝕

土壤耕作制度是指圍繞作物輪作制度所采取的一整套耕作措施，科學(xué)合理的土壤耕作能夠?yàn)樽魑锷L(zhǎng)創(chuàng)造出良好的土壤環(huán)境。在耕作的過程中通常需要根據(jù)種植物的特點(diǎn)使用農(nóng)業(yè)機(jī)器來建立良好的土壤耕層構(gòu)造。把農(nóng)機(jī)農(nóng)藝相融合技術(shù)運(yùn)用到大豆生產(chǎn)上，能夠有效地控制大豆土壤障礙導(dǎo)致的減產(chǎn)問題。通過機(jī)械深翻等方法，以打破大豆根際原生長(zhǎng)環(huán)境為目的，通過土壤耕作，形成新的根際生長(zhǎng)環(huán)境，降低病蟲害危害。通過減肥減藥和大力發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè)技術(shù)等推動(dòng)農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)，可以充分利用農(nóng)業(yè)有機(jī)物料，創(chuàng)新性的黑土耕作層深松耕控蝕固土、節(jié)水保肥、科學(xué)節(jié)水灌溉等多項(xiàng)技術(shù)集成，構(gòu)建土壤控蝕增肥技術(shù)體系。同時(shí)結(jié)合秸稈還田和有機(jī)肥施用等農(nóng)藝措施，可以有效改善黑土耕層的氣相和液相比例，提高土壤的透氣性和持水性，改善土壤三相比例，促進(jìn)大豆生長(zhǎng)，改善土壤環(huán)境，提高土壤肥力，實(shí)現(xiàn)肥沃耕層構(gòu)建目的[82]。

5 展望

大豆的連續(xù)重茬種植改變了土壤的物理化學(xué)性質(zhì)、土壤酶活性以及土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，造成土壤中營(yíng)養(yǎng)元素失衡、根系分泌化感自毒物質(zhì)和土壤病蟲害發(fā)生概率增加，最終導(dǎo)致土壤障礙和地力下降等問題。面對(duì)這些難題，相關(guān)專業(yè)的研究學(xué)者已經(jīng)開展了一系列的研究，發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)生土壤障礙和導(dǎo)致地力下降的各種因素，開發(fā)出一些對(duì)應(yīng)的研究措施。但單一的應(yīng)用或者簡(jiǎn)單地將集中措施疊加使用，并不能夠徹底地克服土壤障礙，提升土壤地力。土壤障礙和地力下降是各種因素相互作用所導(dǎo)致的，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步研究障礙因素之間的相互作用關(guān)系，識(shí)別出主要因素，結(jié)合大豆的品種、生長(zhǎng)條件以及土壤性質(zhì)的差異，將各項(xiàng)措施綜合應(yīng)用，互相搭配，相互完善，才能更有效地解決黑土區(qū)大豆田土壤障礙問題，恢復(fù)東北黑土區(qū)土壤質(zhì)量，保障我國糧食安全，為可持續(xù)發(fā)展的實(shí)現(xiàn)提供重要支撐。