土壤改良劑對連作白術(shù)質(zhì)量、病害及土壤酶活性的影響

唐 樂，曹國璠，李金玲，龍 歐，黃天忠，周 芳

(貴州大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/貴州省藥用植物繁育與種植重點(diǎn)(工程)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽 550025)

白術(shù)(AtractylodesmacrocephalaKoidz.)，別名于術(shù)、浙術(shù)等，為菊科蒼術(shù)屬多年生草本植物，以干燥根莖入藥。現(xiàn)代藥理研究表明，白術(shù)具有健脾益氣、安胎、止汗、抗衰老、抗腫瘤等功效，是我國中醫(yī)臨床常用的補(bǔ)氣健脾類中藥材[1-3]。隨著市場對白術(shù)藥材需求量的不斷增加，白術(shù)供不應(yīng)求，連作現(xiàn)象加劇，連作障礙逐漸加重，導(dǎo)致白術(shù)植株的正常生長受阻，田間病害加重，影響藥材的品質(zhì)；連作障礙發(fā)生嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致白術(shù)全部死亡而絕收[4-6]，給藥農(nóng)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，也嚴(yán)重影響著臨床用藥安全。因此，有效緩解白術(shù)連作障礙，保障臨床用藥安全十分重要。

連作障礙產(chǎn)生的主要因素是土壤微生態(tài)環(huán)境惡化和植物的自毒作用，而土壤微生態(tài)環(huán)境包括土壤生物環(huán)境與土壤理化性質(zhì)[7-8]。研究表明，土傳病害和病原微生物增加是造成三七連作障礙的重要原因[9]。土壤酶活性失調(diào)可能是白術(shù)連作障礙的潛在原因之一[10]。施用土壤改良劑能提高植株株高的相對生長速率[11]，提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[12-13]。歐小宏等[14]研究發(fā)現(xiàn)，三七連作時(shí)用石灰與有機(jī)肥配合施用，可以緩解三七的連作障礙。適當(dāng)施用生石灰能抑制大豆根際土壤轉(zhuǎn)化酶和土壤酸性磷酸酶活性、增強(qiáng)土壤過氧化氫酶和土壤脲酶活性，補(bǔ)充鈣素養(yǎng)分，減輕病害的發(fā)生[15]；石灰能防治根結(jié)線蟲、抑菌、緩解蒼術(shù)連作障礙和自毒作用，促進(jìn)蒼術(shù)產(chǎn)量的形成[16]。腐植酸能促進(jìn)植物生長，影響土壤酶活性[17]。目前，針對作物連作障礙發(fā)生機(jī)制的研究較多，研究作物多為花生[18]、煙草[19]、三七[9]、設(shè)施蔬菜[20]等，但施用土壤改良劑對連作白術(shù)病害及其根際土壤酶活性的影響研究較少。鑒于此，研究施用生石灰和腐植酸顆粒肥2種土壤改良劑對連作白術(shù)病害的防治效果，以及對白術(shù)根際土壤酶活性、白術(shù)存苗率及其藥材質(zhì)量的影響，篩選出有效緩解白術(shù)連作障礙的土壤改良劑，為緩解白術(shù)連作障礙提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況和供試材料

試驗(yàn)地位于貴州省畢節(jié)市大方縣貓場鎮(zhèn)永久村(27°0′36″N，105°19′6″E；海拔1 606.5 m)。該區(qū)域?qū)儆诘湫偷膩啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年平均日照時(shí)數(shù)為1 231 h，日照率為30%；年平均溫度為11.8 ℃，最熱月份(7月)平均溫度20.7 ℃，最冷月份(1月)平均溫度1.6 ℃；年平均降水量超過1 000 mm，降水量主要集中在4—9月；云霧較多，年平均相對濕度為84%；無霜期254～325 d。試驗(yàn)地為白術(shù)連作1 a的地塊，土壤為黃壤，pH值6.42。

土壤改良劑：生石灰(化學(xué)式CaO)、腐植酸顆粒肥(腐植酸含量41.3%，大連九成物產(chǎn)有限公司)；供試白術(shù)品種為祁術(shù)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年進(jìn)行，試驗(yàn)因素為生石灰(A)和腐植酸顆粒肥(B)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)因素3個(gè)水平，生石灰(A)設(shè)置1、2、3三個(gè)施用水平，分別為0、300、600 kg/hm2；腐植酸顆粒肥(B)設(shè)置1、2、3三個(gè)施用水平，分別為0、300、600 kg/hm2。共9個(gè)處理，3次重復(fù)，27個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為20 m2(2.5 m×8.0 m)。2018年3月15日進(jìn)行白術(shù)移栽。移栽前1周，將土壤改良劑施入土中，土壤改良劑具體的施用量見表1，其中，未施用土壤改良劑的處理A1B1為對照。移栽前1 d，用1 000倍液多菌靈(50%)對術(shù)栽進(jìn)行浸種消毒，晾干備用。白術(shù)移栽及后期的田間管理同當(dāng)?shù)靥镩g生產(chǎn)一致。

表1 不同處理土壤改良劑的施用量Tab.1 Application amount of soil amendment of different treatments kg/hm2

1.3 測定指標(biāo)及方法

5—8月(即白術(shù)移栽后60～150 d)為白術(shù)易發(fā)病階段，故在白術(shù)移栽后60、90、120、150 d各取1次土樣，同時(shí)記錄各小區(qū)白術(shù)植株的病害發(fā)生情況。發(fā)病率=小區(qū)已發(fā)病株數(shù)×該小區(qū)調(diào)查總株數(shù)×100%。土樣采用5點(diǎn)取樣法選取，去掉表層土，挖取白術(shù)根部0～20 cm土層的土壤，混勻并去除石子等雜質(zhì)，風(fēng)干，過0.30 mm篩后裝入自封袋，用于土壤酶活性的測定。土壤酶活性測定：土壤脲酶(S-UE)、土壤多酚氧化酶(S-PPO)、土壤酸性磷酸酶(S-ACP)、土壤蔗糖酶(S-SC)、土壤過氧化氫酶(S-CAT)活性分別使用南京建成生物工程研究所生產(chǎn)的相應(yīng)試劑盒進(jìn)行測定。

在2018年10月21日白術(shù)采收時(shí)，記錄各小區(qū)現(xiàn)存的白術(shù)株數(shù)和小區(qū)實(shí)際產(chǎn)量，并在各小區(qū)分別選取10株具代表性的白術(shù)根莖洗凈、烘干，粉樣后用于測定白術(shù)藥材的水分、總灰分、浸出物含量。存苗率=采收時(shí)小區(qū)現(xiàn)存株數(shù)/栽種時(shí)該小區(qū)原有苗數(shù)×100%；白術(shù)產(chǎn)量根據(jù)各小區(qū)實(shí)際產(chǎn)量進(jìn)行折算；白術(shù)藥材水分、總灰分、浸出物(醇溶性浸出物)含量參照《中華人民共和國藥典》(2015年版)[21]方法測定，評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：水分<15.0%，總灰分<5.0%，浸出物≥35.0%。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、整理和圖表的制作，采用SPSS 23.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較(LSD法)和相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤改良劑對連作白術(shù)病害的防治效果

本試驗(yàn)區(qū)域年平均相對濕度較高，在試驗(yàn)過程中，白術(shù)出現(xiàn)的病害以真菌引起的白絹病和根腐病為主，白術(shù)白絹病的發(fā)生比根腐病嚴(yán)重，在高溫、高濕條件下會加重這2種病害的發(fā)生。在貴州省，白術(shù)這2種病害通常在5月下旬開始發(fā)病，6—8月為發(fā)病盛期，即白術(shù)移栽后60～150 d為白術(shù)白絹病和根腐病的發(fā)生階段。

由圖1可知，白術(shù)移栽后60～150 d，處理A1B1(未施用土壤改良劑)白術(shù)白絹病的發(fā)病率均顯著高于其他處理。移栽后60、90 d施用土壤改良劑的不同處理間白術(shù)白絹病的發(fā)病率差異均不顯著。但由于氣溫升高，形成了有利于真菌生長的高溫、高濕環(huán)境，導(dǎo)致各處理白術(shù)白絹病的發(fā)病率都有上升趨勢。移栽后120 d，A2B1、A2B3處理白術(shù)白絹病的發(fā)病率分別為7.26%、7.61%，均顯著低于A1B3處理。移栽后150 d，A2B2處理白術(shù)白絹病的發(fā)病率最低，較A1B1處理降低61.97%。

不同小寫字母表示同一時(shí)間不同處理間差異顯著(P<0.05Different lowercase letters indicate significant differences of different treatments at the same time(P<0.05圖1 不同處理下白術(shù)白絹病發(fā)生情況的動態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of southern blight of Atractylodes macrocephala under different treatments

由圖2可知，施用土壤改良劑能夠顯著降低白術(shù)根腐病的發(fā)病率。移栽后60 d，不同處理白術(shù)根腐病的發(fā)病率差異顯著，其中，A2B2處理白術(shù)根腐病發(fā)病率為0.02%，顯著低于其他處理，較A1B1處理降低97.08%。移栽后120 d，白術(shù)根腐病處于發(fā)病盛期，處理A2B2發(fā)病率最低(0.03%)，較A1B1處理降低97.61%。移栽后150 d，處理A1B2、A2B2、A3B2白術(shù)根腐病的發(fā)病率均顯著低于其他處理，A2B2處理白術(shù)根腐病的發(fā)病率較A1B1處理降低91.67%。移栽后90～150 d，A1B2處理白術(shù)根腐病的發(fā)病率隨氣溫升高表現(xiàn)為先增加后降低，A3B3處理白術(shù)根腐病的發(fā)病率則隨氣溫升高有增加的趨勢，而A2B2處理白術(shù)根腐病發(fā)病率的變化則相對平穩(wěn)。

圖2 不同處理下白術(shù)根腐病發(fā)生情況的動態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of root rot of Atractylodes macrocephala under different treatments

2.2 土壤改良劑對連作白術(shù)土壤酶活性的影響

由表2可以看出，移栽后60～150 d，除處理A1B2、A3B2和A3B3外，其他處理白術(shù)土壤S-UE活性極大值均出現(xiàn)在移栽后60 d，處理A3B1土壤S-UE活性均值最高，其值為1.34 mg/(g·d)，處理A2B2土壤S-UE活性均值最低，值為0.94 mg/(g·d)；只施用腐植酸的處理A1B2和A1B3土壤S-UE活性均隨移栽后時(shí)間延長呈先降低后增加的現(xiàn)象。白術(shù)土壤S-PPO活性除處理A1B1、A1B2和A3B3外，其余處理極大值均出現(xiàn)在移栽后90 d，處理A1B1土壤S-PPO活性均值最高，為4.53 U/(g·h)；施用土壤改良劑的大多數(shù)處理土壤S-PPO活性均隨移栽后時(shí)間延長先增加后降低。不同處理白術(shù)土壤S-ACP、S-SC、S-CAT活性極大值出現(xiàn)的時(shí)間不同，這3種酶均值最高的處理分別為A2B2、A2B3、A2B2，其值分別為8.39 μmol/(g·d)、54.17 U/(g·d)、69.01 U/(g·d)；不同處理不同種類的土壤酶活性隨時(shí)間的變化情況各異。移栽后60～150 d，除處理A2B1、A2B2、A3B2外，其余處理的土壤S-CAT活性差異均不顯著，說明這2種土壤改良劑對土壤S-CAT活性影響相對較小。綜合可知，移栽后60～150 d，不同處理白術(shù)土壤酶活性極大值出現(xiàn)的時(shí)間及酶活性隨時(shí)間的變化情況各異，說明土壤改良劑能調(diào)節(jié)白術(shù)土壤酶的活性。

表2 不同處理下白術(shù)土壤酶活性變化Tab.2 Changes of soil enzyme activity of Atractylodes macrocephala under different treatments

續(xù)表2 不同處理下白術(shù)土壤酶活性變化Tab.2(Continued) Changes of soil enzyme activity of Atractylodes macrocephala under different treatments

注：S-UE.土壤脲酶；S-PPO.土壤多酚氧化酶；S-ACP.土壤酸性磷酸酶；S-SC.土壤蔗糖酶；S-CAT.土壤過氧化氫酶。同列不同小寫字母代表同一處理不同時(shí)間差異顯著(P<0.05)。
Note:S-UE.Soil urease;S-PPO.Soil polyphenol oxidase;S-ACP.Soil acid phosphatase;S-SC.Soil saccharase;S-CAT.Soil catalase.Different lowercase letters in the same column indicate that the same treatment varies significantly at different time(P<0.05).

2.3 土壤改良劑對連作白術(shù)藥材質(zhì)量的影響

水分、總灰分和浸出物含量是檢驗(yàn)白術(shù)藥材質(zhì)量的3個(gè)重要指標(biāo)。由表3可知，處理A1B1白術(shù)藥材水分與其他處理差異均不顯著，說明白術(shù)藥材水分不受土壤改良劑的影響。處理A1B3白術(shù)藥材總灰分含量最大，為4.87%，極顯著高于處理A3B1，顯著高于處理A3B3，其余各處理白術(shù)藥材總灰分含量差異不顯著；由處理A1B1、A1B2、A1B3白術(shù)藥材總灰分含量可知，單施腐植酸顆粒肥條件下，白術(shù)藥材總灰分含量隨腐植酸顆粒肥施用量增加呈增加趨勢，說明增加腐植酸顆粒肥施用量可以增加白術(shù)藥材總灰分含量?！吨腥A人民共和國藥典》(2015年版)要求白術(shù)藥材浸出物含量不能低于35.0%，表3中僅處理A1B1白術(shù)浸出物含量未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，其值為34.8%；處理A2B2白術(shù)浸出物含量為39.5%，除與處理A2B1差異不顯著外，極顯著高于其他處理；單施腐殖酸顆粒肥條件下，處理A1B2(生石灰0 kg/hm2，腐植酸顆粒肥300 kg/hm2)白術(shù)浸出物含量高于處理A1B1和A1B3；單施生石灰條件下，處理A2B1(生石灰300 kg/hm2，腐植酸顆粒肥0 kg/hm2)白術(shù)浸出物含量高于處理A1B1和A3B1。說明土壤改良劑有提高連作白術(shù)藥材浸出物含量的作用；單一施用生石灰或腐植酸顆粒肥，施用量為300 kg/hm2時(shí)，白術(shù)藥材浸出物含量最高，且隨著施用量的增加，土壤改良劑提升白術(shù)藥材浸出物含量的效果會降低。

表3 不同處理下白術(shù)藥材質(zhì)量的比較Tab.3 Comparison of the quality of Atractylodes macrocephala under different treatments %

注：同列不同大、小寫字母分別表示差異極顯著(P<0.01)、顯著(P<0.05),下同。
Note:Different uppercase letters and lowercase letters in the same column indicate extremely significant(P<0.01) and significant differences(P<0.05),respectively.The same below.

2.4 土壤改良劑對連作白術(shù)產(chǎn)量的影響

由表4可知，施用土壤改良劑后，各處理白術(shù)單株鮮質(zhì)量比處理A1B1提高了9.76%～93.23%，其中單一施用腐殖酸顆粒肥對白術(shù)單株鮮質(zhì)量的提高均未達(dá)到顯著水平，處理A2B2白術(shù)單株鮮質(zhì)量極顯著高于其他處理。處理A1B1白術(shù)存苗率極顯著低于其他處理，處理A2B1和A2B2白術(shù)存苗率極顯著高于其他處理，尤以處理A2B2白術(shù)存苗率最高(73.1%)，比處理A1B1提高了138.9%。施用土壤改良劑后，各處理白術(shù)產(chǎn)量較處理A1B1極顯著增加92.60%～361.33%。結(jié)合白術(shù)病害的調(diào)查結(jié)果可知，土壤改良劑能提高白術(shù)藥材單株的鮮質(zhì)量，并通過降低連作白術(shù)病害的發(fā)病率來提高其存苗率，最終使連作白術(shù)產(chǎn)量得到顯著提高。所有處理中，處理A2B2(生石灰300 kg/hm2，腐植酸顆粒肥300 kg/hm2)白術(shù)單株鮮質(zhì)量和存苗率均最高，且該處理白術(shù)的產(chǎn)量極顯著高于其他處理。

表4 不同處理下白術(shù)藥材產(chǎn)量的比較Tab.4 Comparison of the yield of Atractylodes macrocephala under different treatments

2.5 白術(shù)土壤酶活性與白術(shù)質(zhì)量及存苗率的相關(guān)性

土壤酶作為土壤生化反應(yīng)的催化劑，催化著土壤中一系列復(fù)雜的生化反應(yīng)。土壤酶活性受到土壤改良劑的影響，間接影響作物的生長發(fā)育和抗逆性，最終影響作物品質(zhì)的形成。由表5可知，土壤S-UE活性與白術(shù)藥材質(zhì)量、存苗率及產(chǎn)量均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且與白術(shù)藥材浸出物含量呈顯著負(fù)相關(guān)。土壤S-PPO活性與白術(shù)發(fā)病率呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與白術(shù)產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。土壤S-ACP活性與白術(shù)發(fā)病率呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與白術(shù)存苗率呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤S-SC活性與S-CAT活性呈顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤S-SC和S-CAT活性與白術(shù)藥材質(zhì)量和產(chǎn)量的相關(guān)性均未達(dá)到顯著水平，但均不利于白術(shù)藥材質(zhì)量和產(chǎn)量的形成。白術(shù)產(chǎn)量與白術(shù)藥材浸出物含量、存苗率均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與白術(shù)發(fā)病率呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。白術(shù)存苗率與白術(shù)發(fā)病率呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與白術(shù)藥材浸出物呈顯著正相關(guān)關(guān)系?？梢?，土壤S-UE和S-PPO活性越高越不利于白術(shù)藥材質(zhì)量及產(chǎn)量的形成；土壤S-ACP活性越高越有利于降低白術(shù)病害的發(fā)病率，提高白術(shù)的存苗率，進(jìn)而有利于白術(shù)藥材質(zhì)量和產(chǎn)量的形成。

表5 白術(shù)各項(xiàng)指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)Tab.5 Correlation coefficient among various indexes of Atractylodes macrocephala

續(xù)表5 白術(shù)各項(xiàng)指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)Tab.5(Continued) Correlation coefficient among various indexes of Atractylodes macrocephala

注：*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)，**表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。
Note:* means significant correlation at the 0.05 level(bilateral),** means significant correlation at the 0.01 level(bilateral).

3 結(jié)論與討論

有研究發(fā)現(xiàn)，在白術(shù)連作種植前，用熟石灰結(jié)合有機(jī)肥或生物菌肥對土壤進(jìn)行處理，能提高白術(shù)的存苗率，還能提高藥材的產(chǎn)量和質(zhì)量[22]。本研究結(jié)果表明，施用土壤改良劑后，各處理白術(shù)存苗率、藥材浸出物含量及白術(shù)單株鮮質(zhì)量均優(yōu)于A1B1處理(對照)，各處理白術(shù)藥材的產(chǎn)量相對于處理A1B1均有顯著提高，原因是生石灰和腐植酸顆粒肥能增加土壤有效養(yǎng)分，抑制土壤中的病原微生物，增強(qiáng)作物的抗性。施用生石灰或(和)腐植酸顆粒肥還能有效降低白術(shù)白絹病和根腐病的發(fā)病率，且在白術(shù)移栽后60～150 d，白術(shù)白絹病和根腐病的發(fā)病率均顯著低于對照。其中，生石灰對土壤有滅菌、消毒的作用，能提高土壤pH值[23]，減輕作物連作障礙的危害[5]，增加土壤有效養(yǎng)分含量，提高作物產(chǎn)量[24-25]；腐植酸能改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)作物的抗逆性，降低作物病害的發(fā)病率[26-28]，提高作物品質(zhì)和產(chǎn)量[29]。這也是本研究中生石灰和腐植酸顆粒肥均能減輕連作白術(shù)病害的發(fā)生，提高連作白術(shù)的存苗率、藥材質(zhì)量和產(chǎn)量的原因。

土壤改良劑能改善土壤的理化性質(zhì)，影響土壤酶活性。土壤酶在土壤一系列復(fù)雜的生化反應(yīng)中具有重要的催化作用[30]，它影響著土壤中礦質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)和能量的轉(zhuǎn)移[31]，間接影響著作物的生長發(fā)育。有研究表明，土壤改良劑能增強(qiáng)土壤酶活力[32-33]；也有研究表明，施用土壤改良劑會使土壤酶活性出現(xiàn)不同程度的變化[34]；施用腐植酸會使土壤S-UE活性先降低后增加、S-ACP活性增加、S-SC活性降低[35]。本試驗(yàn)中，施用土壤改良劑總體上能增加土壤S-ACP活性，土壤S-SC與S-PPO活性隨白術(shù)移栽后時(shí)間有不同的變化；且單一施用腐植酸的處理A1B2和A1B3土壤S-UE活性均呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢。這與前人的研究結(jié)果相似。本研究相關(guān)性分析表明，土壤S-UE、S-PPO活性越高越不利于白術(shù)藥材質(zhì)量及產(chǎn)量的形成；土壤S-ACP活性越高越有利于降低白術(shù)病害的發(fā)病率，有利于白術(shù)存苗率的提高和白術(shù)藥材質(zhì)量和產(chǎn)量的形成。處理A2B2白術(shù)根部土壤S-ACP活性均值最高，為8.39 μmol/(g·d)，同時(shí)土壤S-UE活性均值最低，且該處理白術(shù)的存苗率和藥材浸出物含量及產(chǎn)量均最高。說明土壤改良劑能夠調(diào)控土壤酶活性，從而影響連作白術(shù)藥材浸出物含量和存苗率，進(jìn)而影響連作白術(shù)藥材質(zhì)量和產(chǎn)量的形成。

綜上所述，施用土壤改良劑能增加土壤S-ACP活性，顯著降低白術(shù)白絹病和根腐病的發(fā)病率；處理A2B2(生石灰300 kg/hm2，腐植酸顆粒肥300 kg/hm2)白術(shù)白絹病發(fā)病率和根腐病發(fā)病率的變化均比其他處理穩(wěn)定，移栽后150 d，白術(shù)白絹病、根腐病的發(fā)病率較A1B1處理分別降低61.97%、91.67%，且白術(shù)存苗率、藥材浸出物含量及產(chǎn)量均高于其他處理，對白術(shù)連作障礙的緩解效果最佳。