不同坡向?qū)Π仔g(shù)根際土壤養(yǎng)分及產(chǎn)質(zhì)量的影響

羅蓉曹國璠李金玲張猛雷琳琳

(1.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴州 貴陽 550025；2.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)(Atractylodes macrocephalaKoidz.)為菊科多年生草本植物，以根莖入藥[1]。白術(shù)含有豐富的蒼術(shù)酮、蒼術(shù)醇、白術(shù)內(nèi)脂、多糖及多種營養(yǎng)元素，具有促進(jìn)腸胃運(yùn)動(dòng)、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能、延緩衰老、降低血糖等藥理作用[2，3]。白術(shù)為忌連作類中藥材，在同一地塊上連續(xù)種植，會導(dǎo)致土壤pH值下降，部分酶活性降低，土壤養(yǎng)分失調(diào)、理化性質(zhì)劣變，根際微生物量減少，土傳性病蟲害加劇，植株死亡率增高，產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差[4，5]。探尋新的栽培技術(shù)成為解決該問題的途徑之一。然而，目前白術(shù)的研究主要集中在臨床藥理[6，7]、化學(xué)成分[8，9]、測定方法[10，11]、提取工藝[12，13]等方面，對白術(shù)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)的研究鮮見報(bào)道。坡向是指坡面法線在水平面上投影的方向[14]，是植物外部環(huán)境生長的重要地形因子之一，對于植物生長發(fā)育所需光照和雨水的再分配起關(guān)鍵作用，能夠改善和營造局部小氣候，植物對坡向的適應(yīng)性可以更好地揭示植物的生長規(guī)律[15]。因不同坡向接受日照的時(shí)長和太陽輻射強(qiáng)度不同，導(dǎo)致溫度、光照、水分、土壤質(zhì)地等環(huán)境因子有差異，從而影響植物的生長發(fā)育[14，16]。因此，深入研究不同坡向種植對中藥材生長狀況的影響具有重要意義。本試驗(yàn)通過研究不同坡向種植對白術(shù)根際土壤養(yǎng)分及其產(chǎn)質(zhì)量的影響，分析土壤養(yǎng)分含量的差異，探討白術(shù)產(chǎn)質(zhì)量與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性，為探尋栽培新途徑、解決白術(shù)栽培用地限制及白術(shù)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)種植提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于貴州省黔東南州錦屏縣敦寨鎮(zhèn)龍池多彩田園(東經(jīng)109°23′，北緯26°46′)，該地屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，氣候溫和、雨量充沛、干濕分明且雨熱同季。年均降水量1 307 mm，年均氣溫16.4℃，年均日照時(shí)長1 000 h以上，年均無霜期320 d。試驗(yàn)地為平緩坡地，沙壤土，土質(zhì)疏松、通氣透水性好。各坡向土壤理化性狀見表1。

表1 各坡向土壤理化性狀

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

試驗(yàn)采用一年生無病蟲害且外觀完整、帶芽的白術(shù)健壯種莖作為栽培材料，選取東坡(east，E)、南坡(south，S)、西坡(west，W)、北坡(north，N)4個(gè)坡向進(jìn)行種植。每塊試驗(yàn)地坡度相同，且都處于山坡的上部。隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。小區(qū)面積為20 m2。

于2019年12月種植，行株距為25 cm×20 cm。供試肥料及用量:尿素300 kg/hm2(N 46%，50%基施，50%于2020年6月追施)、鈣鎂磷肥250 kg/hm2(P2O512.0%，100%基施)、硫酸鉀200 kg/hm2(K2O 52.0%，50%基施，50%于2020年6月追施)。田間管理方式一致。

1.3 樣品采集

于2020年11月白術(shù)地上部分開始枯萎時(shí)進(jìn)行采樣。采用五點(diǎn)取樣法對不同坡向試驗(yàn)地白術(shù)根際土壤取樣并編號，重復(fù)3次。將土樣陰干、研磨分別過2.00 mm和0.149 mm篩后用以測定土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、有效磷、速效鉀和堿解氮等；將不同坡向種植的白術(shù)采挖并分別稱重，計(jì)算產(chǎn)量。隨機(jī)挑選每個(gè)坡向種植地中白術(shù)10株，3次重復(fù)，帶回實(shí)驗(yàn)室后洗凈留下塊根，將樣品65℃恒溫烘干至恒重，打粉，備用。

1.4 測定方法

土壤養(yǎng)分指標(biāo)參照鮑士旦[17]的方法進(jìn)行測定。pH值用電位法測定，有機(jī)質(zhì)(SOM)用重鉻酸鉀容量法測定，全氮(TN)用硫酸消化法測定，堿解氮(AN)用堿解擴(kuò)散法測定，全磷(TP)用硫酸-高氯酸消煮法測定，有效磷(AP)用碳酸氫鈉法測定，全鉀(TK)用NaOH熔融-火焰光度計(jì)法測定，速效鉀(AK)用醋酸銨-火焰光度計(jì)法測定。

白術(shù)藥材水分、總灰分、醇溶性浸出物含量參照《中華人民共和國藥典》(2015年版)(下文簡稱《中國藥典》)[1]的方法測定。水分按通則0832第二法測定，灰分按通則2302方法測定，浸出物按通則2201熱浸法測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，差異顯著性檢驗(yàn)采用Duncan’s法，采用Origin 2021軟件進(jìn)行繪圖。采用隸屬函數(shù)對各指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 白術(shù)根際土壤養(yǎng)分對不同坡向的響應(yīng)

由表2看出，各坡向白術(shù)根際土壤養(yǎng)分之間存在顯著性差異。東坡、南坡、西坡、北坡土壤pH值分別為4.92、5.27、5.06、5.16，南坡pH值明顯高于其他坡向，其中南坡與東、西坡差異達(dá)顯著水平。土壤有機(jī)質(zhì)含量高低依次為西坡＞南坡＞北坡＞東坡，西坡有機(jī)質(zhì)含量顯著高于東、南、北坡，分別高67.44%、22.86%、30.96%。南坡、西坡、北坡的全氮含量無顯著差異，但均顯著高于東坡，分別比東坡高34.45%、49.58%、38.66%。土壤堿解氮含量表現(xiàn)為南坡＞西坡＞北坡＞東坡，各坡向之間差異均達(dá)顯著水平。土壤全磷含量依次為北坡＞西坡＞東坡＞南坡，北坡顯著高于東、南、西坡，分別高37.50%、39.44%、13.79%。土壤有效磷含量北坡最高，顯著高于東、南、西坡，且后三者之間差異均不顯著。土壤全鉀含量表現(xiàn)為南坡＞東坡＞西坡＞北坡，而土壤速效鉀含量表現(xiàn)為北坡＞西坡＞南坡＞東坡，北坡顯著高于其他坡向，南坡與西坡無顯著差異，但均顯著高于東坡。

表2 不同坡向土壤養(yǎng)分的比較

2.2 白術(shù)產(chǎn)量和品質(zhì)對不同坡向的響應(yīng)

由表3看出，各坡向種植地白術(shù)產(chǎn)量差異較大，依次為西坡＞南坡＞東坡＞北坡，西坡與南坡之間無顯著差異，但均與東坡和北坡有顯著性差異，西坡產(chǎn)量分別比東坡、北坡高20.55%、29.29%，南坡產(chǎn)量分別比東坡、北坡高20.09%、28.80%。浸出物含量高低順序?yàn)槲髌拢緰|坡＞南坡＞北坡，含量均高于35.00%，達(dá)到了《中國藥典》標(biāo)準(zhǔn)的要求。各坡向下白術(shù)水分含量無顯著性差異，均低于15.00%，達(dá)到了《中國藥典》標(biāo)準(zhǔn)的要求。各坡向灰分含量差異顯著，《中國藥典》中要求白術(shù)灰分不超過5.00%，其中，南坡和北坡不符合要求，而東坡和西坡滿足要求，且東、西坡間灰分含量無顯著差異。

表3 不同坡向白術(shù)產(chǎn)量和品質(zhì)的比較

2.3 隸屬函數(shù)綜合評價(jià)及相關(guān)性分析

采用隸屬函數(shù)模型對各坡向處理的白術(shù)產(chǎn)量、浸出物、水分、灰分、土壤養(yǎng)分共12個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析(表4)，結(jié)果顯示，各坡向處理下各指標(biāo)隸屬函數(shù)平均值分別為:0.52、0.54、0.55、0.49。西坡處理的均值最大，該坡向?qū)Π仔g(shù)各指標(biāo)的影響作用最強(qiáng)；北坡向?qū)Π仔g(shù)各指標(biāo)的影響作用最弱。因此，西坡為適宜白術(shù)生長的最佳坡向。

表4 白術(shù)各指標(biāo)隸屬函數(shù)值

白術(shù)產(chǎn)質(zhì)量與土壤養(yǎng)分相關(guān)性結(jié)果(圖1)表明，白術(shù)產(chǎn)量與其浸出物、水分、有機(jī)質(zhì)、堿解氮均呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.48、0.46、0.64、0.75；產(chǎn)量與全氮呈顯著正相關(guān)，與全磷、有效磷呈顯著負(fù)相關(guān)。浸出物與灰分、有效磷呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.49、-0.53，與速效鉀之間存在顯著負(fù)相關(guān)。水分與全鉀、堿解氮分別呈顯著或極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.37、0.48?；曳峙cpH值呈顯著正相關(guān)，與堿解氮、有效磷、速效鉀之間呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.48、0.64、0.55。土壤pH值與全氮、堿解氮呈顯著正相關(guān)，與速效鉀呈極顯著正相關(guān)。土壤有機(jī)質(zhì)與全氮、堿解氮、速效鉀均存在極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.78、0.55、0.46。土壤全氮與全磷呈顯著正相關(guān)，與全鉀呈極顯著負(fù)相關(guān)；全氮與堿解氮、速效鉀呈極顯著正相關(guān)。土壤全磷分別與全鉀、速效鉀呈極顯著負(fù)相關(guān)、極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.57、0.62；全磷與有效磷之間存在顯著正相關(guān)。土壤全鉀與速效鉀之間存在極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.52。土壤有效磷與速效鉀之間呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.48。

圖1 白術(shù)產(chǎn)質(zhì)量與土壤養(yǎng)分相關(guān)性熱圖

3 討論

土壤養(yǎng)分組成是植物外部環(huán)境中重要的影響因子，對植物生長至關(guān)重要，植物的光合作用、礦質(zhì)代謝等過程與土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況關(guān)系密切[18，19]。坡向是山地主要地形因子之一，坡向的變化主要會引起太陽輻射量的變化[20]，這將間接導(dǎo)致土壤微環(huán)境因子的變化，從而影響植物的生長[21]。土壤pH值是反映土壤酸堿度的指標(biāo)，它影響植物生長、土壤微生物的活動(dòng)、酶活性和土壤的肥力狀況[22]。有研究表明6.5～7.5是最佳土壤pH值范圍[23]，本研究中土壤pH值均小于6.5，偏酸性。土壤有機(jī)質(zhì)是評價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)之一，也是影響土壤結(jié)構(gòu)、土壤保水保肥、供肥性、養(yǎng)分有效性和土壤通氣性等理化性狀的關(guān)鍵因子[24，25]。土壤肥力和養(yǎng)分循環(huán)受土壤有機(jī)質(zhì)的影響[26]。本研究中西坡的有機(jī)質(zhì)含量顯著高于其他坡向。且東坡的有機(jī)質(zhì)含量最低。土壤全氮、堿解氮含量是衡量土壤氮素供應(yīng)狀況的重要指標(biāo)，在一定程度上影響植物的生長發(fā)育[27]。本研究結(jié)果表明，全氮、堿解氮含量均在南坡含量較高，顯著性較強(qiáng)，可能是因?yàn)槟掀聻殛柶?，太陽輻射最?qiáng)，土壤溫度較高，有利于氮素轉(zhuǎn)化。磷素是植物體內(nèi)核酸、蛋白質(zhì)等多種化合物的組成元素，是植物生長的主要營養(yǎng)元素之一[28]。本研究結(jié)果顯示全磷、有效磷含量均在北坡最高。有研究表明，與陽坡(南坡)相比，陰坡(北坡)可接收到太陽輻射量少，地表溫度相對較低，土壤含水量和土壤緊實(shí)度較高，土壤水分蒸發(fā)量小，且磷在土壤中的存在形式不易淋溶[29，30]，這可能是本研究中全磷和有效磷含量在北坡最高的原因。鉀素對植物光合作用及光合產(chǎn)物的運(yùn)輸有顯著影響[31]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，全鉀含量在南坡最高，北坡最低；而速效鉀含量在東坡最低，北坡最高。土壤中養(yǎng)分因?yàn)槠孪虿煌嬖诓町悾@與張興昌[32]、陳正興[33]等的研究結(jié)果一致。朱云云等[34]研究發(fā)現(xiàn)坡向?qū)ν寥浪傩юB(yǎng)分分布狀況具有較強(qiáng)烈的影響，本研究結(jié)果中堿解氮含量大小表現(xiàn)為南坡＞西坡＞北坡＞東坡，且各坡向下含量有顯著差異，而有效磷和速效鉀含量在北坡最高且顯著高于其他坡向，不同方向坡地的土壤速效養(yǎng)分含量差異顯著，這與前人研究結(jié)果相似[35]。

土壤養(yǎng)分在作物生長過程中起著不可或缺的作用，均衡的養(yǎng)分供給可以保證作物的生長發(fā)育，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[36]。本研究結(jié)果顯示，西坡白術(shù)產(chǎn)量最高，南坡次之，北坡最低?？赡苁且?yàn)槲髌峦寥鲤B(yǎng)分較為均衡，有利于白術(shù)對養(yǎng)分的吸收，促進(jìn)白術(shù)生長，從而提高產(chǎn)量。根據(jù)《中國藥典》(2015版)規(guī)定，浸出物不得少于35.0%，水分不得超過15.0%，灰分不得超過5.0%。本研究結(jié)果顯示，各坡向浸出物、水分均滿足規(guī)定，而灰分含量只在東坡和西坡達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

相關(guān)性分析結(jié)果表明，白術(shù)產(chǎn)質(zhì)量與土壤養(yǎng)分間的相關(guān)性較強(qiáng)。白術(shù)產(chǎn)量與有機(jī)質(zhì)、堿解氮呈極顯著正相關(guān)，與全氮呈顯著正相關(guān)，與全磷、有效磷之間呈顯著負(fù)相關(guān)；浸出物與有效磷呈極顯著負(fù)相關(guān)，與速效鉀呈顯著負(fù)相關(guān)。水分與全鉀之間存在顯著正相關(guān)，與堿解氮呈極顯著正相關(guān)；灰分與pH值之間存在顯著正相關(guān)，與堿解氮、有效磷、速效鉀之間呈極顯著正相關(guān)。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)分別于東、南、西、北坡種植白術(shù)，研究表明坡向?qū)ν寥鲤B(yǎng)分和白術(shù)產(chǎn)質(zhì)量的影響較大，土壤養(yǎng)分與白術(shù)產(chǎn)質(zhì)量間的相關(guān)性較強(qiáng)。4個(gè)坡向中，西坡種植白術(shù)產(chǎn)量品質(zhì)最優(yōu)，因此推薦在西坡地種植白術(shù)，有利于提高白術(shù)的產(chǎn)量和品質(zhì)。