不同生物有機肥對西洋參栽培農(nóng)田土壤改良研究

王 鑫， 魏帛軒， 吳艾軒， 陳 迪， 趙洪顏， 樸仁哲

(延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院，吉林 延吉 133000)

西洋參(PanaxquenquifoliumL.)屬五加科(Araliacae)多年生藥用植物，東北地區(qū)是我國西洋參主產(chǎn)區(qū)，栽培面積約占全國的50%以上[1]。由于西洋參忌地性強，不能連作，我國最初采用伐林栽參的方式種植西洋參，但伐林栽參嚴重損害森林生態(tài)系統(tǒng)的平衡，隨著退耕還林政策的出臺和實施，目前種植西洋參已逐漸從伐林栽參轉(zhuǎn)移成農(nóng)田栽參的生產(chǎn)模式。

農(nóng)田栽參存在許多問題，包括由蟲害、病原菌侵染引起的病害和土壤養(yǎng)分含量不平衡造成的生理病害，土壤養(yǎng)分供應(yīng)失衡是造成減產(chǎn)的主要原因之一[2]。前人研究發(fā)現(xiàn)，生物菌肥與有機肥配合使用可以改善參地土壤容重與pH值，提高土壤中有機質(zhì)與磷、鉀元素含量，人參存苗率上升，并且人參總皂苷含量顯著提高[3-5]。施用生物有機肥還可以改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，增加有益微生物數(shù)量，并向土壤中添加微量元素[6]，多種土壤酶活性與西洋參產(chǎn)量得到顯著提高。目前土壤改良方法常用有機肥與化肥或生物菌肥結(jié)合，適量有機肥的使用可使土壤速效養(yǎng)分增加且產(chǎn)量大幅提升[7]，但沒經(jīng)過充分腐熟的糞肥往往會造成更嚴重的病害，且西洋參生長在一個復(fù)雜的土壤環(huán)境中，單一的改良措施無法有效解決連作問題。為了實現(xiàn)科學(xué)改土種植西洋參，該試驗設(shè)計了6種不同生物有機肥配施方案進行土壤改良，分析了在施用不同生物有機肥處理下農(nóng)田栽培4年生西洋參根區(qū)土壤養(yǎng)分和土壤酶活性，綜合評價土壤改良效果，為今后合理改良農(nóng)田土壤提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

秸稈還田能夠增加土壤有機質(zhì)含量并提升土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力[8]，本試驗選用豆餅和玉米秸稈2種基礎(chǔ)物質(zhì)，每個處理均施用0.45 kg/m2豆餅和2 kg/m2玉米秸稈作為基礎(chǔ)添加物，并選用不同生物肥設(shè)計6個處理對土壤進行改良，各處理肥料添加量如表1所示。

表1 土壤改良處理方案

注：A-雷力；B-土地樂；C-帝益菌肥；D-通化人參專用肥；E-廣田旺(人參抗重茬有機肥)；F-施爾沃；G-青島海大肥(生物有機肥)；H-青島海大生物肥(微生物菌劑)；I-生石灰。養(yǎng)分含量和微生物數(shù)量見1.2。

經(jīng)課題組大量土壤養(yǎng)分檢測和文獻調(diào)查推理得出，適合人參生長的土壤養(yǎng)分含量以全氮2.0 g/kg、全磷0.7 g/kg、全鉀10.0 g/kg為好。上述方案處理后，播種前，對6組處理的土壤養(yǎng)分進行測量，各處理土壤養(yǎng)分含量如表2所示：

表2 土壤改良處理后土壤養(yǎng)分含量

1.2 生物有機肥成分含量

A：雷力，有機肥料，有機質(zhì)≥45%(其中，海藻有機質(zhì)≥5%)，N-P2O5-K2O≥6%，海藻酸≥300 mg/kg，北京雷力海洋生物新產(chǎn)業(yè)股份有限公司。

C：帝益菌肥，黃腐酸≥0.2%，有效活菌數(shù)≥0.2億/g，帝益生態(tài)肥業(yè)股份公司。

D：通化人參專用肥-護參寶，有機質(zhì)≥45%，N+K+P≥12%，5406菌、光合菌、枯草菌、放線菌，有效活菌≥2億/g，通化市廣田經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)有限公司。

E：廣田旺，人參抗重茬有機肥，有機質(zhì)≥50%，有益菌≥2億/g，通化市廣田經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)有限公司。

F：施爾沃，能降低除草劑殘留藥害及抗重茬，有效成份：腐殖酸≥30%，硼≥3%，鋅≥0.5%，通化市廣田經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)有限公司。

G：青島海大肥，生物有機肥，有效活菌數(shù)≥0.2億/g，有機質(zhì)≥40%，Ca≥5%，海藻酸≥1 000 ppm，海藻多糖≥500 ppm，青島海大生物集團有限公司。

H：青島海大肥，微生物菌劑，有效活菌數(shù)≥5.0億/g，中微量元素(CaO+MgO+B+Fe+Zn+Cu+Mn≥16.1%)有益元素SiO2≥10%，海藻有機質(zhì)≥20%，青島海大生物集團有限公司。

I：生石灰，市售。

依托校企共建生產(chǎn)性實訓(xùn)基地，開展校企產(chǎn)教融合。結(jié)合專業(yè)實訓(xùn)基地條件，與通信企業(yè)對接，在真實的工作環(huán)境和生產(chǎn)性項目中，實現(xiàn)“教、學(xué)、產(chǎn)、研”一體的生產(chǎn)性實訓(xùn)，進一步提高人才培養(yǎng)的技能水平和職業(yè)素養(yǎng)。由企業(yè)工程師、專任教師擔任實訓(xùn)指導(dǎo)教師，將企業(yè)工程案例融入課程內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生分析項目、實施項目、驗收項目等內(nèi)容，實現(xiàn)學(xué)校教學(xué)環(huán)境和企業(yè)真實工作環(huán)境的對接。利用基地先進的設(shè)備和軟件、優(yōu)秀的師資團隊通過企業(yè)承擔實際工程項目，選拔優(yōu)秀學(xué)生共同參與，讓學(xué)生將課堂環(huán)境與企業(yè)真實工作環(huán)境一致，真正做到學(xué)校教學(xué)內(nèi)容與工作內(nèi)容的零距離結(jié)合。

1.3 試驗地概況

青溝子鄉(xiāng)系北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，地處東經(jīng)128°10′～128°32′，北緯43°41′～43°58′，年平均降雨量640 mm，無霜期105～115 d。年平均氣溫2.6 ℃。

1.4 方法

試驗于2014年在敦化試驗基地進行土壤改良，采用隨機區(qū)組設(shè)計，每個處理3次重復(fù)，小區(qū)單位面積25.5 m2，2015年種子直播。2018年西洋參開花期采集土壤樣品，用于土壤養(yǎng)分含量及酶活性測定，采收期在田間測定產(chǎn)量，小區(qū)樣品取樣后實驗室測定人參皂苷。

1.5 項目測定

1) 產(chǎn)量測定 測量各處理四年生西洋參根部鮮重，每個處理隨機選3行，3次重復(fù)取平均數(shù)。

2) 土壤pH值與Ec值測定 土壤pH值和Ec值按照5∶1的水土比，用雷磁pH計和電導(dǎo)率儀測定。

3) 土壤養(yǎng)分成分測定 土壤全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、全磷、速效磷養(yǎng)分采用AA3連續(xù)流動分析儀測定，全鉀、速效鉀采用火焰光度法[9]。

4) 土壤酶活性分析 土壤脲酶采用靛酚藍比色法，土壤堿性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法，蔗糖酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法，過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法[10]。

5) 西洋參根部皂甙含量測定 選擇2018年產(chǎn)量測定取樣的樣品，每個處理隨機取樣10株，經(jīng)前處理混勻后測定。總皂甙含量使用按照GB19506-2009《地理標志產(chǎn)品吉林長白山人參》方法測定，單體皂甙含量使用HCLP高效液相色譜法測定，具體方法詳見[11]。

對照品西洋參皂苷質(zhì)量分數(shù)均在98%以上，乙腈、甲醇為色譜純；超純水；其余試劑為分析純。色譜柱為 C18柱( Zorbax Rx-C18色譜柱4.6×250，5 μm)；流動相為乙腈-水，梯度洗脫程序：0～20 min，16%乙腈，84%水；20～55 min，40%乙腈，60%水；55～65 min，40%乙腈，60%水；65～75 min，100%乙腈，0%水；75～80 min，16%乙腈，84%水；80～90 min，16%乙腈，84%水；體積流量 1.0 mL/min；檢測波長 203 nm；柱溫30 ℃；進樣量1 μL。

1.6 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2007與SPSS 24進行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生物有機肥處理對農(nóng)田栽培西洋參產(chǎn)量的影響

由表3可知，處理3產(chǎn)量最高，達到15 435.8 kg/hm2，顯著高于其他處理(P<0.05)，處理4產(chǎn)量最低，為9 898.2 kg/hm2，處理3比處理4產(chǎn)量高出55.94%。處理5的存活率最高，表明處理5的施肥方案可以明顯提高西洋參存活率，降低生長期間病害的發(fā)生，抑制病菌的生長，但根部干物質(zhì)積累量少，單株鮮重最低；處理3雖然每行存活數(shù)少，但單株鮮重高，有助于促進西洋參根部物質(zhì)積累。綜上所述，說明處理3的土壤改良方法優(yōu)于其他的方法。

表3 不同處理對四年生西洋參產(chǎn)量的影響

注：表中數(shù)值為樣品3次重復(fù)的平均值，不同字母表示差異間顯著，即P<0.05，下同。

2.2 不同生物有機肥處理對西洋參根部皂苷含量的影響

不同生物有機肥處理四年生西洋參根部皂苷含量均達到藥典標準[12]，其中,以Rb1含量最高；處理3的總皂苷和單體皂苷Rb1、Rb3、Re、Rg2+Rc含量均高于其他處理，說明處理3的品質(zhì)最高，同時證實處理3土壤改良方法最好(表4)。

2.3 不同生物有機肥處理對土壤pH值與EC值的影響

各處理的土壤pH值為5.00～5.35(表5)。

表4 不同處理對四年生西洋參皂苷含量的影響

表5 不同處理的土壤pH值與EC值比較分析

研究表明適宜西洋參生長的土壤pH值為4.8～6.8[13]，本研究6個處理的土壤pH值均在適宜西洋參生長的范圍內(nèi)，處理6顯著高于其他處理，可能是由于處理6改良配方中加入生石灰調(diào)節(jié)了土壤pH值，使土壤pH值上升。各處理土壤EC值為64.93～96.40 μS/cm；處理1與處理4無顯著差異，并顯著高于處理2、3、5、6。

2.4 不同生物有機肥處理對土壤養(yǎng)分的影響

2.4.1 不同生物有機肥處理對土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、全氮和有機質(zhì)含量的影響

土壤有機質(zhì)含量可作為判斷土壤肥力的指標，全氮含量可代表土壤中氮素營養(yǎng)的供應(yīng)水平[14]。由表6可知，各處理銨態(tài)氮在6.22～7.57 mg/kg之間，處理5土壤銨態(tài)氮含量顯著高于其他處理；硝態(tài)氮在11.08～21.99 mg/kg之間，6個處理均存在顯著差異，前人研究證明,硝態(tài)氮與土壤EC值存在極顯著的相關(guān)關(guān)系[15]，在本研究中也得到證實；全氮在1.83～2.32 g/kg之間，處理1顯著高于其它組，處理1的土壤全氮含量比處理3高出0.49 g/kg；各處理有機質(zhì)含量在28.91～44.24 g/kg之間，研究表明適宜人參生長的土壤有機質(zhì)范圍在10～30 g/kg[16]，僅處理3土壤有機質(zhì)在適宜生長范圍內(nèi)，其他處理土壤有機質(zhì)含量過高，進一步證實處理3的土壤改良方法更適合西洋參栽培。

表6 不同處理土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、全氮和有機質(zhì)比較分析

2.4.2 不同生物有機肥處理對土壤磷素含量的影響

前人研究表明,適量的磷肥能加強光合作用，提高人參干物質(zhì)積累量，并提高曬干率及紅參的成貨率[17]。各處理速效磷在33.57～51.44 mg/kg之間，而且不同處理兩兩比較均有顯著性差異。各處理全磷含量在0.65～0.80 g/kg之間，處理1土壤全磷含量最高，處理5土壤全磷含量最低(表7)。

表7 不同處理土壤速效磷和全磷比較分析

2.4.3 不同生物有機肥處理對土壤鉀素含量的影響

研究證實適量施用鉀肥后作貨參折干率提高[18]。不同處理土壤速效鉀和全鉀比較分析見表8。

表8 不同處理土壤速效鉀和全鉀比較分析

由表8可以看出，不同處理的土壤速效鉀除了處理3和處理4沒有差異外，其他處理之間存在顯著性差異，各處理速效鉀在194.33～261.00 mg/kg之間，處理3和處理4速效鉀含量低。各處理全鉀含量在8.39～9.14 g/kg之間，處理1全鉀含量顯著低于其他處理。

2.5 不同生物有機肥處理對土壤酶活性的影響

土壤酶是土壤的一個重要組分，主要參與包括土壤生物化學(xué)過程在內(nèi)的自然界物質(zhì)循環(huán)，是土壤生物化學(xué)反應(yīng)的重要指標之一[19]。不同處理土壤酶活性比較分析見表9。

表9 不同處理土壤酶活性比較分析

由表9可知，不同土壤處理的過氧化氫酶活性之間沒有差異；磷酸酶活性除了處理5和處理6無差異外，其他處理之間存在顯著性差異；土壤脲酶含量在0.564～0.793 mg/g·d-1，處理5顯著高于其他各組，為0.793 mg/g·d-1；土壤蔗糖酶活性處理6最高,為12.823 mg/g·d-1，處理2最低,為8.430 mg/g·d-1。

3 討論

目前農(nóng)田栽參已成為人參、西洋參產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展的必要趨勢，如何確定適宜西洋參生長的土壤條件并選擇適合的肥料進行改良是當今需要攻破的難點。已有研究[4，20-22]利用生物有機肥改良栽參土壤，既可以增加土壤中有益微生物數(shù)量，又可以提高土壤有機質(zhì)含量并供給植物生長所必需的氮、磷、鉀，對土壤起到保肥作用。張程誠[23]的實驗表明，土壤pH值在5.5～6.5，西洋參產(chǎn)量和品質(zhì)較好；張亞玉等[24]測量了農(nóng)田栽培4年生西洋參的土壤pH值，其中表層、根層、底層范圍在5.21～5.25；欒泰龍等[25]的試驗中四年生西洋參土壤pH值在5.02左右；趙楊景[26]認為,利于西洋參生長的土壤pH值范圍在5～5.5。本試驗6個處理4年生西洋參土壤pH值在5.00～5.35，與前人研究相比，6個不同處理均在適宜西洋參生長的土壤pH值范圍內(nèi)。鐘均超[27]的試驗表明：適宜農(nóng)田栽參的土壤有機質(zhì)含量在3%～5%，趙楊景[28]認為林地栽培西洋參土壤有機質(zhì)通常在3.65%～4.2%。本試驗6個處理土壤有機質(zhì)含量在2.89%～4.42%，與前人研究相比處于合理范圍內(nèi)。西洋參栽培過程中，不同處理對土壤過氧化氫酶影響較小，各處理間無顯著差異；處理5和處理6土壤中脲酶、磷酸酶與蔗糖酶活性相對較高，但結(jié)合土壤養(yǎng)分來看，處理5和處理6硝態(tài)氮與速效磷含量較低，可能是與處理3相比優(yōu)勢較低的原因之一。

4 結(jié)論

1) 西洋參生長四年間，土壤逐漸酸化，各處理pH值約下降1個單位左右。

2) 在6個處理中，處理3的4年生西洋參產(chǎn)量最高，總皂苷含量最高，單體皂苷Rb1、Rb3、Re、Rg2+Rc含量均高于其他處理，此處理為最佳配方。

3) 處理3 4年生土壤狀況為pH值5.15，有機質(zhì)28.91 g/kg，銨態(tài)氮6.81 mg/kg，硝態(tài)氮20.41 mg/kg，速效磷44.17 mg/kg，速效鉀194.67 mg/kg，全氮1.83 g/kg，全磷0.66 g/kg，全鉀9.35 g/kg。