施用有機(jī)物料對(duì)栽培赤芍土壤養(yǎng)分及品質(zhì)的影響

王立民 呂 品 ? 于志民 曲彥明 尤彩花

1 黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所 哈爾濱 150040

2 濕地與生態(tài)保育國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室 哈爾濱 150040

3 呼瑪縣北藐中藥材種業(yè)公司 大興安嶺 165100

赤芍為毛茛科植物芍藥或川赤芍的干燥根[1]。目前，我國(guó)的赤芍藥材多來(lái)源于野生芍藥，由于赤芍野生資源被濫采，資源面臨枯竭[2]。隨著國(guó)家對(duì)道地中藥材發(fā)展的重視，人工栽培中草藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，其中栽培赤芍技術(shù)也在不斷深入探索和逐步推廣，而營(yíng)養(yǎng)調(diào)控等技術(shù)成為妨礙產(chǎn)業(yè)發(fā)展的難點(diǎn)之一。魏東華等[3]對(duì)黑龍江省雞西地區(qū)赤芍資源土壤環(huán)境進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)雞西地區(qū)赤芍土壤養(yǎng)分總體水平一般，但赤芍根的生長(zhǎng)及芍藥苷的形成對(duì)有機(jī)質(zhì)和氮磷等養(yǎng)分的需求較大。而腐植酸在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有改良土壤、提高化肥利用率、刺激作物生長(zhǎng)、增強(qiáng)作物抗逆性和改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)等作用[4]，且腐植酸在其他道地中草藥上的研究也較多。研究表明，生防放線菌與腐植酸鉀配施處理后能明顯促進(jìn)丹參生長(zhǎng)，提高丹參產(chǎn)量及抗病蟲能力，調(diào)節(jié)丹參根域微生態(tài)平衡[5]；施用礦源性腐植酸肥料和腐植酸生物復(fù)合肥均可促進(jìn)枸杞葉片光合作用，提高果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)，而且可改善土壤性質(zhì)，降低枸杞病害發(fā)生率[6，7]；施用腐植酸有機(jī)肥還可以不同程度促進(jìn)甘草光合作用、葉片碳代謝和養(yǎng)分的累積，提高甘草苷含量和甘草酸含量[8]。因此，本研究通過(guò)對(duì)栽培赤芍施用富含腐植酸的草炭、風(fēng)化煤等有機(jī)物料，開展對(duì)赤芍土壤養(yǎng)分、生長(zhǎng)指標(biāo)及芍藥苷含量的影響，為栽培赤芍優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料及試驗(yàn)地點(diǎn)

1.1.1 供試材料

試驗(yàn)所用赤芍為黑龍江省大興安嶺地區(qū)呼瑪縣本地3年生野生芍藥芽頭，有機(jī)物料草炭采自呼瑪縣三卡鄉(xiāng)塔頭濕地，風(fēng)化煤來(lái)自呼瑪縣十二站煤礦。有機(jī)物料養(yǎng)分狀況見表1。

表1 供試土壤及材料理化指標(biāo)Tab.1 Physical and chemical indexes of tested soil and materials

1.1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于黑龍江省大興安嶺地區(qū)呼瑪縣三卡鄉(xiāng)老卡村中藥材種植基地，屬寒溫帶大陸性氣候，極端最低氣溫-48.2 ℃，極端最高氣溫38 ℃，年平均氣溫-2 ℃，積雪覆蓋期長(zhǎng)達(dá)150余天，無(wú)霜期80～150余天，年平均日照時(shí)數(shù)2529 h，年≥10 ℃的活動(dòng)積溫為1998.0 ℃，平均海拔180～300 m，坡角一般為10～15度，年平均降水量470 mm左右。土壤為沙壤土，土壤質(zhì)地較輕，較為松散。

試驗(yàn)地土壤養(yǎng)分狀況見表1，土壤有機(jī)質(zhì)含量極低，土壤為微酸性，氮含量略低。因此，土壤調(diào)控以增加土壤有機(jī)質(zhì)為主，施用材料就地取材，選擇風(fēng)化煤和草炭。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素設(shè)計(jì)，2處理4水平，風(fēng)化煤和草炭用量分別為800、1300、2000和3000 kg/hm2（表2），均以不施用任何有機(jī)物料為對(duì)照（CK）。試驗(yàn)地設(shè)3次重復(fù)，共計(jì)30個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，單位小區(qū)面積為20 m2，長(zhǎng)×寬為5 m×4 m。各處理隨機(jī)排列，于2017年5月7日，采用人工撒施方法將風(fēng)化煤、草炭等有機(jī)物料均勻施入小區(qū)，然后翻拌混勻（深度20 cm）并平整土地，同時(shí)以芽頭方式栽植赤芍48000～52500棵/公頃。2017年7月31日進(jìn)行土壤取樣、測(cè)定生長(zhǎng)勢(shì)并采集新鮮葉片待測(cè)，其他管理措施與當(dāng)?shù)叵嗤?/p>

表2 有機(jī)物料施用量Tab.2 Application amount of organic materials kg/hm2

1.2.2 測(cè)定方法

赤芍生長(zhǎng)指標(biāo)（株高、冠幅、葉片數(shù)）采用人工測(cè)量的方法，測(cè)量工具主要包括直尺、卷尺，株高采用直尺測(cè)定，冠幅（植株南北和東西方向的寬度并取其平均值）采用卷尺測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法——外加熱法測(cè)定；土壤堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；土壤速效磷采用Olsen法測(cè)定；土壤速效鉀采用1 mol/L中性醋酸銨（pH 7）浸提，火焰光度計(jì)法測(cè)定；pH采用酸度計(jì)法測(cè)定。

1.2.3 赤芍葉片芍藥苷含量測(cè)定

因?yàn)檠款^栽植當(dāng)年赤芍根系不發(fā)達(dá)，造成取樣傷根，而芍藥苷一般在葉片形成并向根部轉(zhuǎn)移，在夏季時(shí)葉片芍藥苷含量較高[9，10]。因此，葉片芍藥苷含量在一定程度上能在不傷根的情況下，表征赤芍根部芍藥苷的含量。本研究采集赤芍主莖自下向上第3片完整成熟復(fù)葉葉片，進(jìn)行芍藥苷測(cè)定。

儀器與試劑：Waters高效液相色譜儀e2695-2998液相檢測(cè)系統(tǒng)；C18色譜柱（250 mm×4.6 mm，5 μm，Waters公司）；KQ3200DE超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；Milli-Q超純水儀（法國(guó)默克化工技術(shù)有限公司）；minispin型離心機(jī)（德國(guó)Eppendorf公司）；BS210S電子天平（北京Sartorious有限公司）；手提式中藥粉碎機(jī)（溫嶺市大德中藥機(jī)械有限公司）。

對(duì)照品芍藥苷（23180-57-6）購(gòu)自于上海源葉生物科技有限公司，芍藥內(nèi)酯苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥91.4%；乙腈為色譜純（美國(guó)Sigma公司）。

將采集到的葉片樣品烘干，用手提式中藥粉碎機(jī)將樣品粉碎成粉末狀；精密稱取1 g樣品粉末，放置于100 mL具塞三角瓶中，加60%乙醇溶液20 mL，40 ℃條件下超聲提取1 h，提取液經(jīng)12000 r/min離心10 min，取上清液加入HPLC樣品瓶備用。

色譜條件為C18色譜柱，流動(dòng)相為乙腈和0.1%磷酸水溶液，流動(dòng)相梯度洗脫條件為0 min，0%乙腈；0～40 min，0～50%乙腈；40～42 min，50%～0乙腈；42～50 min，0%乙腈；體積流量1.0 mL/min；檢測(cè)波長(zhǎng)230 nm；柱溫30 ℃；進(jìn)樣量為10 μL。芍藥苷在230 nm附近有吸收峰。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 16.0和Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)栽培赤芍土壤化學(xué)性狀的影響

圖1為不同處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響。由圖可以看出，風(fēng)化煤處理中，施入量2000、3000 kg/hm2處理效果較好，土壤有機(jī)質(zhì)的含量分別達(dá)到12.14、12.19 g/kg，與其他處理間差異顯著，3000 kg/hm2處理土壤有機(jī)質(zhì)含量較2000 kg/hm2處理略高；在草炭處理中，2000、3000 kg/hm2處理與對(duì)照差異顯著；同等施用量條件下，風(fēng)化煤處理效果好于草炭處理。

圖1 不同處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響Fig.1 Effects of different treatment on the content of organic matter in soil注：圖中不同小寫字母表示差異顯著（P〈0.05），下同。

圖2 為不同處理對(duì)土壤堿解氮含量的影響。由圖可以看出，風(fēng)化煤和草炭處理中，施入量為2000、3000 kg/hm2的土壤堿解氮含量與對(duì)照比都有顯著提高，但兩處理間差異不顯著；同等施用量條件下，風(fēng)化煤處理效果略好于草炭處理。

圖2 不同處理對(duì)土壤堿解氮含量的影響Fig.2 Effects of different treatment on the content of alkali-hydrolysis nitrogen in soil

圖3 為不同處理對(duì)土壤速效磷含量的影響。由圖可以看出，風(fēng)化煤和草炭處理中土壤速效磷含量隨著風(fēng)化煤和草炭施入量的增加先升高后降低；在施入2000 kg/hm2時(shí)達(dá)到最高，該處理與對(duì)照間差異顯著；在施入3000 kg/hm2時(shí)略有下降，但與其他各處理間無(wú)顯著差異；同等施用量條件下，除2000 kg/hm2處理外，其他風(fēng)化煤處理效果略好于草炭處理。

圖3 不同處理對(duì)土壤速效磷含量的影響Fig.3 Effects of different treatment on the content of available P in soil

圖4 為不同處理對(duì)土壤速效鉀含量的影響。由圖可以看出，土壤中速效鉀含量先隨著風(fēng)化煤的施入量增加而升高，至2000 kg/hm2處理時(shí)最高，3000 kg/hm2處理略有降低，2000 kg/hm2處理與對(duì)照差異顯著；草炭處理與風(fēng)化煤處理速效鉀含量變化趨勢(shì)一致，但1300、2000 kg/hm2處理土壤速效鉀含量較高，均與對(duì)照呈顯著差異；同等施用量條件下，除1300、2000 kg/hm2處理外，其他風(fēng)化煤處理效果略好于草炭處理。

圖4 不同處理對(duì)土壤速效鉀含量的影響Fig.4 Effects of different treatment on the content of available K in soil

2.2 不同處理對(duì)赤芍生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

圖5 為不同處理對(duì)赤芍株高的影響。由圖可看出，風(fēng)化煤處理中，3000 kg/hm2處理赤芍平均株高與對(duì)照間差異顯著；草炭處理中，1300 kg/hm2處理赤芍平均株高最低，且略低于對(duì)照（可能是由于夏秋時(shí)雨水大，導(dǎo)致該處理所在小區(qū)的植株受災(zāi)，株高與冠幅均受到影響），但二者差異不顯著，3000 kg/hm2處理效果較好，與對(duì)照間差異顯著，但與2000 kg/hm2處理間無(wú)顯著差異；同等施用量條件下，除800、3000 kg/hm2處理外，其他風(fēng)化煤處理效果略好于草炭處理。

圖5 不同處理對(duì)赤芍株高的影響Fig.5 Effects of different treatment on the plant height of radix paeoniae rubra

圖6 為不同處理對(duì)赤芍冠幅的影響。由圖可以看出，風(fēng)化煤處理中，2000 kg/hm2處理的平均冠幅最好，與對(duì)照差異顯著，3000 kg/hm2處理略低，與其他處理差異不顯著；草炭處理中，2000 kg/hm2處理的平均冠幅最好，并且與1300 kg/hm2處理間差異顯著，與其他各處理間無(wú)顯著差異；同等施用量條件下，除2000 kg/hm2處理外，其他風(fēng)化煤處理效果略好于草炭處理。

圖6 不同處理對(duì)赤芍冠幅的影響Fig.6 Effects of different treatment on the crown width of radix paeoniae rubra

圖7 為不同處理對(duì)赤芍葉片數(shù)的影響。由圖可以看出，風(fēng)化煤處理中，以2000、3000 kg/hm2施用量效果較好，葉片數(shù)分別為4.97、5.01片，與對(duì)照間差異顯著；草炭處理中，以2000 kg/hm2施用量葉片最多，為5.02片，與對(duì)照間差異顯著；同等施用量條件下，除1300 kg/hm2處理外，其他風(fēng)化煤處理效果略好于草炭處理。

圖7 不同處理對(duì)赤芍葉片數(shù)的影響Fig.7 Effects of different treatment on the leaf number of radix paeoniae rubra

2.3 不同處理對(duì)赤芍芍藥苷含量的影響

芍藥苷是衡量赤芍藥用品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)，圖8為不同處理對(duì)赤芍芍藥苷含量的影響。由圖可以看出，除草炭800 kg/hm2處理外，隨著風(fēng)化煤及草炭施入量的增加，葉片芍藥苷含量隨之提高，兩種有機(jī)物料均在施入3000 kg/hm2時(shí)芍藥苷含量達(dá)到最高，均為1.99%，與對(duì)照間差異顯著；同等施用量條件下，除3000 kg/hm2處理外，風(fēng)化煤處理效果略好于草炭處理。

圖8 不同處理對(duì)芍藥苷含量的影響Fig.8 Effects of different treatment on the content of paeonif l orin

2.4 不同處理對(duì)赤芍產(chǎn)量的影響

圖9 為不同處理對(duì)赤芍產(chǎn)量的影響。由圖可以看出，風(fēng)化煤和草炭處理中2000、3000 kg/hm2處理與對(duì)照間差異顯著，其中2000 kg/hm2處理赤芍產(chǎn)量略高于3000 kg/hm2處理；同等施用量條件下，除3000 kg/hm2處理外，風(fēng)化煤處理效果略好于草炭處理。

3 結(jié)論與討論

施用風(fēng)化煤和草炭能夠有效改變?cè)耘喑嗌滞寥赖幕瘜W(xué)性狀，其中有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量均有所提升；當(dāng)這兩種有機(jī)物料的施用量適宜時(shí)，有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量較對(duì)照有顯著提高。速效氮、磷、鉀含量的提高，說(shuō)明由于風(fēng)化煤、草炭中腐植酸含量較高，腐植酸通過(guò)與銨結(jié)合形成腐植酸銨，能夠減少氨揮發(fā)損失，進(jìn)而增加氮素有效性[11]，腐植酸的苯丙烷環(huán)狀結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂形成更多的羧基和羰基，從而可以結(jié)合更多的氨[12]；腐植酸陰離子在土壤礦物極性吸附中與磷酸根離子發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)而減少磷酸根離子被土壤礦物質(zhì)吸附，同時(shí)，腐植酸可通過(guò)其較強(qiáng)的負(fù)電性發(fā)生同晶替換，將被吸附的磷酸根離子從土壤礦物質(zhì)中代換出來(lái)，腐植酸利于增加磷素在土壤中的移動(dòng)性，進(jìn)而增加其有效性[13]；腐植酸還是一種無(wú)定形的聚電解質(zhì)，對(duì)K+吸附的分配系數(shù)和吸附量均有不同程度的增加[14]。可見，腐植酸具有增加土壤中營(yíng)養(yǎng)元素活性，最大程度減少有效養(yǎng)分的固定，有利于植株的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)需求[15]。

風(fēng)化煤和草炭對(duì)栽培赤芍株高、冠幅和葉片數(shù)都有積極影響，兩種有機(jī)物料中3000 kg/hm2處理對(duì)增加株高效果最好，2000 kg/hm2處理對(duì)增加冠幅和葉片數(shù)效果最好。風(fēng)化煤和草炭能夠提高赤芍的產(chǎn)量，兩種有機(jī)物料均在2000 kg/hm2處理時(shí)產(chǎn)量最高。風(fēng)化煤和草炭對(duì)芍藥苷的含量有積極影響，隨兩種有機(jī)物料施用量的增加，赤芍芍藥苷含量基本呈上升趨勢(shì)，與其他研究報(bào)道的有機(jī)質(zhì)與白芍中芍藥苷含量呈負(fù)相關(guān)[16]的結(jié)論不同，這還需在以后研究中繼續(xù)探索。

綜上，從兩種有機(jī)物料的綜合試驗(yàn)效果看，同等施用量的風(fēng)化煤處理略好于草炭處理，這可能與風(fēng)化煤中所含有機(jī)質(zhì)含量及營(yíng)養(yǎng)成分含量較高有關(guān)；風(fēng)化煤處理中以施用2000 kg/hm2效果最優(yōu)，草炭處理中以施用2000 kg/hm2效果次之。

本研究中所用風(fēng)化煤為未活化原料產(chǎn)品，后續(xù)研究中我們將對(duì)活化風(fēng)化煤在赤芍栽培中的作用進(jìn)行深入研究。