不同排水體對三七生長、土壤養(yǎng)分及根區(qū)土壤微生物的影響

游琪，楊啟良

(昆明理工大學(xué)農(nóng)業(yè)與食品學(xué)院，云南 昆明 650500)

三七(P.notoginseng)為多年宿生草本植物，有極高的藥用價值，具有止血化瘀、降血壓、改善腦血循環(huán)和提高記憶力等功效.三七的主要種植地區(qū)為云南和廣西，尤以文山三七最為出名[1].三七生長環(huán)境特殊，喜溫暖蔭濕的生長環(huán)境，要求三七園內(nèi)濕度為70%～80%[2].在三七種植中，為保證棚內(nèi)的濕度，灌水量較大，排水不暢，導(dǎo)致三七病害頻發(fā)[3]，嚴(yán)重影響三七產(chǎn)量和品質(zhì)，因此需要找出適宜的三七田排水措施.

傳統(tǒng)田間排水分為明溝排水、暗管排水等，明溝排水簡單易行，但占地面積大，易造成水土流失和農(nóng)田點(diǎn)源面源污染，還會通過水循環(huán)系統(tǒng)污染地下水；暗管排水簡單有效，但材料價格高，安裝技術(shù)要求較高，不適用于丘陵地區(qū)和小面積分散田塊[4].楊延春等[5]研究發(fā)現(xiàn)，由水稻秸稈制作的暗溝排水速度快，能快速降低土壤含水率，降低澇漬災(zāi)害.陸培榕等[6]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈排水體對埋設(shè)深度以下的土壤有顯著的保水作用.將作物廢棄物作為排水體材料的排水速度和保水效果與三七種植環(huán)境和生長要求相適應(yīng)，既能保證三七生長所需的濕度要求，又能迅速有效地排除淤積的水分.目前相關(guān)研究主要集中在鹽漬型土壤上[6]，有關(guān)三七田排水的研究較少.

文中研究結(jié)合三七生長環(huán)境特點(diǎn)，以玉米秸稈、煙桿和桉樹皮3種常見作物廢棄物作為三七田排水體材料，探究不同排水體作用下三七的生長、土壤硝態(tài)氮、有效磷、有效鉀含量及土壤微生物數(shù)量的變化規(guī)律，以期找出適宜三七生長的最優(yōu)排水體，為綠色無污染的三七排水措施提供參考.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)于2018年10月—2019年10月在云南省紅河哈尼彝族自治州瀘西縣昆明理工大學(xué)三七控水減排提質(zhì)增效關(guān)鍵技術(shù)研究與示范基地(103°57′E，24°26′N)進(jìn)行.基地屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫為15.2 ℃.試驗(yàn)基地土壤為偏酸性紅壤土(pH 6.2)，土壤容重為1.31 g/cm3，田間持水率為44.31%.供試材料為2 a生三七，種植間距為10 cm×10 cm，種植密度為1.21×106株/hm2，壟作，壟高30 cm，壟間距為50 cm，壟面均勻覆蓋1 cm干燥的松針.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置3種排水體：玉米秸稈(YM)、桉樹皮(SP)、煙桿(YG)和一個對照組(CK)，每個處理3個重復(fù)，共計(jì)12個小區(qū)，每個小區(qū)面積為3.7 m2(2.00 m×1.85 m)，每個小區(qū)400株三七.為防止側(cè)滲，每個處理之間埋設(shè)有黑色不透水薄膜.試驗(yàn)排水體由切割成30～50 mm長的玉米秸稈、桉樹皮和煙桿段制成，排水體埋設(shè)深度為20 cm，埋設(shè)間距為40 cm.試驗(yàn)基地為塑料大棚，大棚頂部設(shè)有3層遮陽網(wǎng)，透光率為8%.試驗(yàn)期間各處理田間管理均一致.試驗(yàn)將三七生長過程劃分為4個階段：苗期(2—3月)、營養(yǎng)生長期(4—6月)、花期(7—8月)、果期(9—11月).每7 d灌水1次，每30 d施肥1次，時間選在17:30以后.試驗(yàn)期間發(fā)現(xiàn)患病植株則及時將地上部分剪除或整株清除，其余田間管理措施一致.

1.3 測定指標(biāo)及方法

1) 生長指標(biāo).三七苗期(3月17日)和果期(11月13日)每個處理隨機(jī)選取6株健康且長勢均勻的三七植株，用游標(biāo)卡尺測定株高和地面1 cm處的莖粗，計(jì)算株高和莖粗.果期(11月13日)每個處理隨機(jī)選取6株健康且長勢均勻的三七植株，采用烘干法測定干濕質(zhì)量、根冠比和根折干率.

RSR=R/S，

(1)

式中：RSR為根冠比，%；R為根干質(zhì)量，g；S為地上部分干質(zhì)量，g.

DR=R/FR，

(2)

式中：DR為根折干率，%；FR為根鮮質(zhì)量，g.

ΔH=FH-SH，

(3)

式中：ΔH為株高增量，mm；FH為果期株高，mm；SH為苗期株高，mm.

ΔD=FD-SD，

(4)

式中：ΔD為莖粗增量，mm；FD為果期莖粗，mm；SD為苗期莖粗，mm.

2) 三七根系生長指標(biāo).在果期(11月13日)，每個處理隨機(jī)選取6株健康三七植株，將根系洗凈晾干后，采用STD48000SCANNER根系掃描儀對根系進(jìn)行掃描分析.

3) 花期土壤水分.在三七花期,采用烘干法測定各處理連續(xù)3個灌水周期灌水后的1，7 d的土壤含水率，測定深度為(0,40] cm，每10 cm 1層，重復(fù)3次.

4) 土壤養(yǎng)分.苗期(3月17日)、營養(yǎng)生長期(5月12日)、花期(7月26日)、果期(11月13日)，分別測定土壤硝態(tài)氮、有效磷、有效鉀的含量，每個處理重復(fù)3次.測定深度為(0,10]，(10,15]，(15,20]，(20,25]，(25,30]，(30,40] cm.土壤硝態(tài)氮含量采用紫外分光光度計(jì)法測定[7]、有效磷含量采用NaHCO3法測定[8]，有效鉀含量采用火焰光度計(jì)法測定[8].

5) 土壤微生物.苗期(3月17日)、營養(yǎng)生長期(5月12日)、花期(7月26日)、果期(11月13日)，每個處理隨機(jī)選取3株健康植株，取根區(qū)土壤，4 ℃保存?zhèn)溆茫? d內(nèi)用平板計(jì)數(shù)法測定土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量[9].

6) 三七發(fā)病率.試驗(yàn)期間，統(tǒng)計(jì)各小區(qū)患病植株數(shù)，計(jì)算發(fā)病率[(患病植株/植株總數(shù))×100%].

7) 數(shù)據(jù)處理.采用SPSS 25對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析(ANOVA)，Origin 2021繪圖.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同排水體對三七生理指標(biāo)的影響

表1為不同排水體對三七株高、莖粗、根折干率及根冠比的影響.由表1所示，不同排水體對三七生長指標(biāo)及干物質(zhì)量的積累均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05).與CK相比，處理YM下三七ΔH，ΔD，DR，RSR分別增加了62.55%，36.53%，10.64%和29.87%，處理SP下株高增量、莖粗增量、根折干率、根冠比分別增加了35.08%，45.21%，19.11%和14.14%，處理YG下株高增量、莖粗增量、根折干率、根冠比分別增加了23.29%，33.79%，18.15%和3.48%.綜上，處理YM和SP對促進(jìn)三七生長效果最明顯.

表1 不同排水體對三七株高、莖粗、根折干率及根冠比的影響Tab.1 Effects of different drainage bodies on increment of plant height and stem thick-ness, root drying rate and root shoot ratio of Panax notoginseng

2.2 不同排水體對三七根系特征的影響

不同排水體處理下三七根系特征如圖1所示，圖中物理量分別為總表面積A、總根長L、根總體積V、平均直徑d.不同處理下，三七根系總長、總表面積、總體積差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01).與CK相比，處理SP的三七根系總長、總表面積、平均直徑和總體積分別增加了35.18%，37.57%，6.79%， 33.66%，處理YM的三七根系總長、總表面積和總體積分別提高了94.52%，88.72%和89.92%，處理YG的三七根系總長、總表面積、平均直徑和總體積分別增加了48.76%，55.56%，4.19%和62.11%.與其他處理相比，YM的根系總長、根系總表面積和根總體積最大，分別為428.36 cm，79.47 cm2，1.22 cm3.總體上，不同排水體均能在一定程度上促進(jìn)三七根系生長發(fā)育，其中處理YM對三七根系生長的促進(jìn)效果最好.

圖1 不同排水體處理下三七根系生長指標(biāo)圖Fig.1 Root growth index map of P. notoginseng under different drainage treatments

2.3 不同排水體對三七土壤水分的影響

不同處理下三七土壤水分含量如圖2所示，圖中θ為土壤質(zhì)量含水率、h為土層深度.灌后1 d在0～40 cm土層，含水率按處理排序由大到小表現(xiàn)為CK，YG，SP，YM，并隨著土層深度增大，各處理含水率均呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，其中表層(0,10] cm的土層含水率最大，中下層(15,30] cm的土層含水率較低.灌后7 d各處理0～40 cm土層含水率按處理排序由大到小表現(xiàn)為CK，YG，SP，YM，各處理含水率隨土層加深呈先增大后減小的趨勢，中層(15,25] cm的土壤含水率較大，(30,40] cm土層的土壤含水率差異明顯減小.

圖2 不同處理土壤水分分布Fig.2 Soil moisture distribution under different treatments

2.4 不同排水體對三七根區(qū)土壤微生物的影響

不同排水體處理下三七根區(qū)土壤微生物數(shù)量如圖3所示，圖中SB，SF，SA分別為土壤細(xì)菌數(shù)量、土壤真菌數(shù)量、土壤放線菌數(shù)量.由圖可知，土壤細(xì)菌、真菌數(shù)量在營養(yǎng)生長期呈降低趨勢，在花期呈上升趨勢；放線菌數(shù)量在果期呈上升趨勢.與CK相比，添加排水體處理的三七根區(qū)土壤細(xì)菌數(shù)量提高了43.40%～143.36%，真菌數(shù)量提高了34.13%～84.58%，放線菌數(shù)量提高了40.73%～65.83%，說明不同排水體在一定程度上可以促進(jìn)三七根區(qū)土壤微生物生長繁殖.其中處理YM的三七根區(qū)土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量變化最大，細(xì)菌、真菌數(shù)量在花期最大，分別為4.33×106和1.10×104CFU/g，而放線菌數(shù)量在果期最大，為6.60×103CFU/g.

圖3 不同時期三七土壤微生物數(shù)量變化Fig.3 Changes of soil microorganisms of P. notoginseng at different periods

2.5 不同排水體對三七發(fā)病率的影響

不同排水體處理下三七發(fā)病率δ如圖4所示.不同排水體處理對三七發(fā)病率影響具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01).與CK相比，不同排水體處理三七發(fā)病率均有一定程度降低，處理SP，YM，YG的三七發(fā)病率分別降低了19.10%，34.67%和29.15%.

圖4 不同處理下三七發(fā)病率Fig.4 Incidence rate of P. notoginseng under diffe-rent treatments

2.6 不同排水體對三七土壤養(yǎng)分的影響

各生育期不同處理下三七土壤養(yǎng)分含量如圖5—7所示，圖中ωN，ωP，ωK分別為硝態(tài)氮、有效磷、有效鉀的質(zhì)量比.由圖可知，不同處理下三七土壤硝態(tài)氮、有效磷、有效鉀質(zhì)量比差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01).營養(yǎng)生長期和果期的土壤硝態(tài)氮質(zhì)量比較大，土壤有效磷質(zhì)量比在苗期和果期較大，有效鉀質(zhì)量比在苗期和花期較大.不同土層土壤養(yǎng)分也存在一定的差異.硝態(tài)氮質(zhì)量比在(25,40] cm土層的含量較高，有效磷、有效鉀質(zhì)量比在(15,20] cm土層的含量較高.處理YM的土壤硝態(tài)氮、有效磷、有效鉀質(zhì)量比最大,分別為CK的1.82，2.98和1.32倍.硝態(tài)氮質(zhì)量比最少的處理為SP，僅為CK的1.22倍.土壤有效磷、有效鉀質(zhì)量比最小的為處理YG，分別為CK的1.82和1.05倍.土壤有效磷、有效鉀質(zhì)量比按處理排序由小到大依次為CK，YG，SP，YM，土壤硝態(tài)氮質(zhì)量比按處理排序由小到大依次為CK，SP，YG，YM.

圖5 各生育期土壤硝態(tài)氮含量Fig.5 Soil nitrate content in different growth periods

圖6 各生育期土壤有效磷含量Fig.6 Soil available phosphorus content in different growth periods

圖7 各生育期土壤有效鉀含量Fig.7 Soil available potassium content in different growth periods

3 討 論

3.1 不同排水體對三七生長指標(biāo)的影響

株高、莖粗是最直接反映作物生長狀況的指標(biāo)，根系對水分、養(yǎng)分吸收及植物生長至關(guān)重要；三七屬塊根作物，主要用藥部位為根部，根系形態(tài)生長指標(biāo)對三七有重要意義.根系生長受各類因素的影響[10]，根折干率、根冠比和根系特征是評價三七根部生長狀況和產(chǎn)量的重要指標(biāo).文中研究發(fā)現(xiàn)，與CK相比，不同處理下三七株高、莖粗、根折干率、根冠比、根系總長、總表面積、平均直徑和總體積均有一定程度的增加，其中處理YM的株高、莖粗增長較大，根冠比也較大.這可能是由于作物廢棄物作為排水體材料養(yǎng)分含量較高[11]，能為三七的生長提供更多的養(yǎng)分，促進(jìn)三七生長，而玉米秸稈的葉片和穰含有較高的粗脂肪、蛋白質(zhì)、糖分和半纖維素等物質(zhì)[12]，因此處理YM較其他處理三七生長更好.

3.2 不同排水體對土壤水分和養(yǎng)分的影響

試驗(yàn)中，埋設(shè)排水體的處理在(0,10] cm土層的土壤含水率較CK低，這是由于排水體孔隙度較高，濕潤鋒推進(jìn)速率和入滲速率較快，因此土壤含水率較低[13].灌后7 d各處理在(30,40] cm土層的土壤水分散失較CK小，這可能是排水體的埋設(shè)破壞了土壤的連續(xù)性，使土壤毛管不連續(xù)，降低了埋設(shè)深度以下水分的散失，這與陸培榕等[6]研究結(jié)果一致.

養(yǎng)分與三七生長密切相關(guān).田磊等[11]研究發(fā)現(xiàn)，作物廢棄物還田可以增加土壤堿解氮、速效磷、速效鉀的含量.研究中，不同排水體能在一定程度上提高了三七根區(qū)土壤硝態(tài)氮、有效磷、有效鉀含量，說明不同排水體有一定的增肥效果，這與黃靜等[14]研究結(jié)果一致.其中處理YM的土壤硝態(tài)氮、有效磷、有效鉀含量增長最大，這是由于玉米秸稈穰類似網(wǎng)孔狀的結(jié)構(gòu)構(gòu)架，能增大底料與空氣的接觸面積[10]，促進(jìn)作物廢棄物腐熟，因此，處理YM的土壤養(yǎng)分含量較高.試驗(yàn)中，排水體埋設(shè)深度附近的土層土壤養(yǎng)分含量相對較高，說明不同排水體對埋設(shè)深度附近的土壤有一定的保肥作用，(15,20] cm土層土壤的有效磷、有效鉀含量較高，(25,40] cm土層的土壤硝態(tài)氮含量較高，這可能是由于排水體附近土壤水分含量較高，硝態(tài)氮向下發(fā)生了一定的淋溶[15].

3.3 不同排水體對土壤微生物和病害的影響

土壤微生物參與養(yǎng)分生化循環(huán)，對植物生長有重要作用[16].試驗(yàn)中，不同排水體明顯增加了根區(qū)土壤微生物數(shù)量，特別是真菌數(shù)量，這是由于排水體吸收的水分，為作物廢棄物腐熟提供了必要的水分條件，釋放營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生熱量，利于微生物生長繁殖[17].試驗(yàn)基地土壤為偏酸性紅壤土，更適宜真菌生長[18].與其他處理相比，處理YM的細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量最大，這可能是玉米秸稈營養(yǎng)含量高，可用于食用菌培養(yǎng)和發(fā)酵的原料，適宜微生物的生長[19].研究還發(fā)現(xiàn)，不同生育期三七根區(qū)土壤微生物數(shù)量存在一定差異，細(xì)菌、真菌數(shù)量在營養(yǎng)生長期呈降低的趨勢，在花期呈上升趨勢，這可能是由于花期處于雨季和夏季，溫度濕度較高，導(dǎo)致土壤微生物數(shù)量變化[20].研究中，與對照組CK相比，設(shè)置排水體的處理三七發(fā)病率均有所降低，說明排水處理對三七發(fā)病率有一定程度的抑制作用，但影響三七發(fā)病的因素眾多，除排水不暢外，還與土壤微生物有關(guān)[20].土壤微生物數(shù)量不能完全反映土壤微生態(tài)的變化，部分秸稈腐解產(chǎn)生的化感物質(zhì)可能會與三七根系分泌物共同作用對土壤微生物產(chǎn)生影響，在今后的研究中可對此部分進(jìn)行更深入的研究.

4 結(jié) 論

1) 排水處理能在一定程度上增加三七根區(qū)土壤微生物數(shù)量，提高土壤養(yǎng)分含量，促進(jìn)三七生長，降低三七發(fā)病率.

2) 排水處理在一定程度上降低了灌后土壤含水率，且對埋設(shè)深度附近的土壤有一定的增肥保肥效果.

3) 文中試驗(yàn)條件下，利于三七生長且排水增肥效果較好的處理為玉米秸稈排水體處理.

文中研究旨在引起對三七種植過程中排水不暢問題的重視.雖取得了一定成效，但目前還屬于初步的研究，在生產(chǎn)中應(yīng)用推廣還需進(jìn)行更深入的調(diào)研和優(yōu)化.