生物炭與微生物菌劑配施對連作半夏土壤養(yǎng)分及生長的影響

摘要：為明確生物炭與微生物菌劑（10億CFU/g多黏類芽孢桿菌）配施對信陽地區(qū)連作半夏土壤養(yǎng)分、生長發(fā)育及產(chǎn)量品質(zhì)的影響，為今后利用生物炭和微生物菌劑緩解半夏連作障礙提供理論支撐，以信陽息半夏為研究對象，在復(fù)合肥減半的前提下，設(shè)置生物炭單施（1 500" kg/hm2）、生物炭（1 500 kg/hm2）分別與微生物菌劑（7.5、15.0、30.0 kg/hm2）配施4個處理，分析生物炭與微生物菌劑配施對連作半夏生長及土壤養(yǎng)分含量的影響。在土壤養(yǎng)分方面，與CK相比，生物炭與微生物菌劑配施處理（1 500 kg/hm2+7.5 kg/hm2、1 500 kg/hm2+15.0 kg/hm2、1 500 kg/hm2+30.0 kg/hm2）的土壤全氮含量、全鉀含量、堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量、有機(jī)質(zhì)含量、pH值分別提高 37.96%～70.07%、17.65%～22.88%、4.77%～10.08%、9.99%～19.18%、12.15%～25.91%、9.89%～21.60%、15.21%～22.82%，土壤電導(dǎo)率下降23.76%～27.66%，生物炭1 500 kg/hm2與微生物菌劑30.0 kg/hm2配施效果最好。生長發(fā)育方面，與CK相比，單施生物炭處理下，半夏出苗率提高11.43%，株高、葉長、葉寬分別增長5.60%、21.97%、7.69%，SPAD值增加9.36%；生物炭與微生物菌劑配施各處理對出苗率、株高、葉長、葉寬、SPAD值的促進(jìn)效果均顯著高于生物炭單施處理，其中以生物炭1500 kg/hm2＋微生物菌劑30.0 kg/hm2配施效果最好，與CK相比，出苗率、株高、葉長、葉寬、SPAD值的增長率分別為30.96%、25.20%、49.01%、21.37%、23.25%。產(chǎn)量方面，生物炭單施處理對半夏塊莖數(shù)、鮮重、干重提升效果明顯，分別比CK增加41.73%、64.58%、59.55%；生物炭與微生物菌劑配施各處理對塊莖數(shù)、單粒重（百粒重）、鮮重、干重分別比CK增加43.31%～54.72%、48.34%～55.63%、123.87%～134.47%、110.25%～127.17%，且優(yōu)于生物炭單施處理，處理間差異不顯著。品質(zhì)方面，生物炭與微生物菌劑配施處理下，半夏的總生物堿、有機(jī)酸、浸出物含量分別比CK提高6.67%～13.33%、1.70%～17.05%、5.18%～6.47%，生物炭1 500 kg/hm2＋微生物菌劑30.0 kg/hm2配施處理對品質(zhì)的提升效果最好。在復(fù)合肥用量減半的前提下，生物炭與不同量微生物菌劑配施處理對土壤養(yǎng)分、半夏生長指標(biāo)、產(chǎn)量品質(zhì)均有積極的影響，效果優(yōu)于生物炭單施。整體來看，生物炭1 500 kg/hm2＋微生物菌劑（10億CFU/g多黏類芽孢桿菌）30 kg/hm2配施處理，對半夏土壤養(yǎng)分、生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)提升效果最佳，可推廣應(yīng)用于半夏種植過程中。

關(guān)鍵詞：半夏；生物炭；微生物菌劑；品質(zhì)；土壤養(yǎng)分

中圖分類號：S567.23+9.06" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）14-0135-06

收稿日期：2024-02-17

基金項(xiàng)目：河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目（編號：21B210009）；河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目（編號：222102110247）；信陽農(nóng)林學(xué)院青年教師科研基金（編號：QN2021060）。

作者簡介：谷清義（1982—），男，河南泌陽人，碩士，講師，從事藥用植物栽培與應(yīng)用。E-mail：271490029@qq.com。

通信作者：張耀洲，碩士，副教授，主要從事中藥資源開發(fā)與應(yīng)用。E-mail：23612085@qq.com。

半夏［Pinellia ternata（Thumb.） Breit.］為天南星科多年生草本植物，以干燥塊莖入藥，具有燥濕化痰、降逆止嘔、消痞散結(jié)的功效［1］。河南省信陽市息縣地區(qū)的半夏因個大、粉足、療效好等優(yōu)點(diǎn)，備受市場青睞，有息半夏之稱［2］。近年來，息半夏人工種植面積逐年增加，過量施用化肥、連作障礙等問題突出，影響到息半夏的品質(zhì)。因此，減少化肥用量，尋求替代肥，改善連作土壤，是半夏種植過程中的必然趨勢［3］。生物炭是生物質(zhì)在無氧或低氧條件下經(jīng)熱裂解產(chǎn)生的富碳性炭化物，具有細(xì)密多孔、比表面積大、吸附性能好等特點(diǎn)［4］。生物炭具有保水保肥、調(diào)節(jié)土壤溫度、改良土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、吸附農(nóng)藥殘留和重金屬等功能［5-8］。同時，生物炭還可為土壤微生物提供生存場所，對增強(qiáng)作物長勢有明顯效果［9］。中藥材種植中施用生物炭，對提高藥材成活率、改善土壤理化性質(zhì)、提高藥材產(chǎn)量和品質(zhì)也有良好效果［10］。微生物菌劑是區(qū)別于化學(xué)肥料的一種新型微生物肥料，在加速有機(jī)肥分解、提高肥料利用效率、改善根系土壤微環(huán)境、促進(jìn)植物生長、提高植株抗逆能力等方面效果顯著［11］。但是，過量施入生物炭會影響銨離子的釋放，進(jìn)而影響作物對養(yǎng)分的吸收利用［12］。而微生物菌劑受環(huán)境因素的影響較大，不同菌劑施入不同土壤后產(chǎn)生的效果也不盡相同，存在效果不穩(wěn)定的情況［13］。因此，將生物炭和微生物菌劑配施，二者可發(fā)揮協(xié)同增效作用，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。研究表明，稻殼炭、煙稈炭可以提高三七的成活率，緩解三七連作障礙［14］。趙林艷等的研究表明，生物炭可提高三七根際土壤 pH值、有效鉀含量，還可顯著降低鐮刀菌屬微生物的相對豐度，對降低三七根腐病的發(fā)生有積極意義［15］。李珍等發(fā)現(xiàn)，在生物炭與復(fù)合肥配施處理下，穿心蓮的形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)可呈先升后降的趨勢［16］。程啟東等的研究表明，竹炭可增加廣藿香的株高、莖粗、葉面積、葉綠素含量及單株干鮮重，并可提高廣藿香有效成分百秋里醇的含量［17］。呂亮雨等研究發(fā)現(xiàn)，施用微生物菌劑的枸杞，其葉片的過氧化物酶（POD）、多酚氧化酶（PPO）活性顯著增強(qiáng)，光合特性得到改善，枸杞株高、冠幅、結(jié)果枝長等數(shù)值顯著提高［18］。王琳等發(fā)現(xiàn)，施用微生物菌劑后，金銀花的木犀草苷、綠原酸、浸出物含量明顯提高［19］。栗瑞紅等研究認(rèn)為，多維特抗菌劑可以有效改善蒙古黃芪根際真菌群落結(jié)構(gòu)，減少病原真菌數(shù)量，有利于提高連作蒙古黃芪的抗病性，增加蒙古黃芪的生物量［20］。羅成等發(fā)現(xiàn)，微生物菌劑處理三七種子，可促進(jìn)三七地上部生長并提高存苗及種苗皂苷含量的積累［21］。唐漢萌等研究了生物炭和微生物菌劑對半夏連作土壤、生長及生理指標(biāo)的影響，但并未研究化肥減施條件下二者的配施效果［22-23］。本試驗(yàn)在化肥減半的前提下，將生物炭、微生物菌劑按不同比列配施，通過測定半夏土壤的理化性質(zhì)、半夏生長及生理指標(biāo)，篩選出最佳配比，以期為半夏高質(zhì)量綠色栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試半夏種莖來自于河南省息縣，直徑為 1.0～1.5 cm，經(jīng)信陽農(nóng)林學(xué)院陳瓊教授鑒定為天南星科植物半夏［Pinellia ternate（Thumb.）Breit.］的新鮮塊莖。

供試生物炭為玉米芯生物炭，購自河南立澤環(huán)?？萍加邢薰荆纠砘再|(zhì)如下：pH 值為9.46，含有機(jī)碳42.21% 、全氮8.34%、全磷2.31%、全鉀16.12%、灰分7.23%。供試微生物菌劑為 10億CFU/g 多黏類芽孢桿菌可濕性粉劑，購自武漢科諾生物科技股份有限公司?；蕿槿獜?fù)合肥（N、P、K含量均為15％），史丹利農(nóng)業(yè)集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)于2023年3月15日在信陽農(nóng)林學(xué)院試驗(yàn)基地（32°16′N，114°13′E） 進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)連續(xù)3年種植半夏。土壤基本理化性質(zhì)如下：pH值5.27，含有機(jī)質(zhì)16.56 g/kg、全氮（TN）1.275 g/kg、堿解氮151.67 mg/kg、全磷（TP）0.49 g/kg、有效磷（AP）19.71 mg/kg、全鉀（TK）3.95 g/kg、速效鉀（AK）158.61 mg/kg，電導(dǎo)率（EC值）為466 mS/cm。

試驗(yàn)共設(shè)置5個處理。CK為復(fù)合肥常規(guī)施用，按推薦用量750 kg/hm2施用；其他處理為常規(guī)復(fù)合肥減施50%，即375 kg/hm2，配施生物炭（A）、微生物菌劑（B），具體處理見表1。生物炭的用量固定，按推薦用量1 500 kg/hm2施用，微生物菌劑施用量設(shè)置4個水平：0（B0）、7.5 kg/hm2（B1）、15.0 kg/hm2（B2）、30.0 kg/hm2（B3）。每個處理重復(fù)3次，共15個小區(qū)，每個小區(qū)面積2 m2。種植帶芽頭半夏塊莖，直徑為1.0～1.5 cm；每個小區(qū)播種塊莖 100粒。

1.3 樣品采集與指標(biāo)測定

1.3.1 土壤理化性質(zhì)測定方法

于2023年10月1日采集土樣，按照5點(diǎn)混合取樣法采集半夏根區(qū)土壤，去除雜質(zhì)，室內(nèi)通風(fēng)陰干。參照《土壤農(nóng)化分析》，測定全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀含量及pH值、電導(dǎo)率等指標(biāo)［24］。

1.3.2 半夏生長、產(chǎn)量測定方法

在2023年4月1日調(diào)查各小區(qū)出苗數(shù)。在佛焰苞期（2023年5月10日），用直尺測量不同處理的株高、葉片長和寬，用葉綠素測定儀測定中間小葉片的SPAD值。

在10月1—10日收獲各小區(qū)內(nèi)所有半夏塊莖，將收獲的塊莖用清水洗凈，記錄各小區(qū)收獲的塊莖數(shù)；過1.0 cm篩后，測定剩余塊莖的平均直徑（游標(biāo)卡尺測量），測定塊莖總鮮重；然后用鋼絲球?qū)⑹斋@的塊莖去皮，在 60～70 ℃條件下烘至恒重，使用萬分之一天平測定各小區(qū)塊莖總干重。

1.3.3 半夏品質(zhì)測定方法

半夏的含水量、灰分、浸出物含量分別按照2020版《中華人民共和國藥典》通則0832第二法（烘干法）、通則2302、通則2201進(jìn)行測定；有機(jī)酸含量、總生物堿含量參照肖錦的方法［25］進(jìn)行測定。

1. 4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016軟件整理數(shù)據(jù)，采用DPS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對半夏土壤理化性質(zhì)的影響

由表2可知，與CK相比，生物炭與微生物菌劑配施處理（AB1、AB2、AB3）下，除對土壤全磷含量無明顯效果外，其他指標(biāo)均有顯著變化。其中，全氮含量提高了37.96%～70.07%，全鉀含量提高了17.65%～22.88%，堿解氮含量提高了4.77%～10.08%，速效磷含量提高了9.99%～19.18%，速效鉀含量提高了12.15%～25.91%，有機(jī)質(zhì)含量提高了9.89%～21.60%，pH值提高了15.21%～22.82%，以上指標(biāo)均以AB3處理的提升幅度最大，與其他處理之間有顯著性差異（Plt;0.05）。生物炭施用量相同條件下，配施微生物菌劑處理（AB1、AB2、AB3）的全氮、全鉀、速效鉀含量和pH值均顯著高于單施生物炭處理（AB0），AB3的堿解氮、有機(jī)質(zhì)含量顯著高于其他處理，AB1、AB2與AB0無顯著差異。與CK相比，4個處理均使土壤電導(dǎo)率顯著下降（Plt;0.05），下降幅度為23.76%～27.66%。綜合來看，AB3處理對土壤理化性質(zhì)影響最大，除全磷含量外，對其他土壤養(yǎng)分和pH值有較高的提升作用，對土壤電導(dǎo)率的降低作用幅度較大。

2.2 生物炭與微生物菌劑配施對半夏生長的影響

2.2.1 生物炭與微生物菌劑配施對半夏出苗率的影響

由圖1可知，與CK相比，播種后15 d，各處理均提高了半夏的出苗率，生物炭單施（AB0）比CK提高了11.43%，與AB1無顯著差異。AB1、AB2、AB3處理的出苗率呈現(xiàn)隨菌劑施用量的增加而增加的趨勢。AB3處理的出苗率最高，比CK提高了30.96%，比AB0提高了17.53%。說明生物炭和微生物菌劑配施，能顯著提高半夏的出苗率，生物炭 1 500 kg/hm2 配施30.0 kg/hm2微生物菌劑（AB3處理）的效果最好。

2.2.2 生物炭與微生物菌劑配施對佛焰苞期半夏生長狀況的影響

由表3可知，各處理對半夏生長指標(biāo)具有顯著的提升效果，單施生物炭（AB0）株高比CK提高0.28 cm， 提高5.60%； 小葉長、小葉寬

分別比CK增加0.78、0.09 cm，分別提高21.97%、7.69%；SPAD值提高了3.06，提高9.36%，與CK有顯著性差異（Plt;0.05）。生物炭和微生物菌劑配施處理（AB1、AB2、AB3）下，各指標(biāo)均隨微生物菌劑施用量增加而增加，AB3對各指標(biāo)影響最大，與各處理呈顯著性差異（Plt;0.05）。與CK相比，AB3對半夏生長指標(biāo)的影響最為顯著，株高增加了 1.26 cm，增加25.20%；小葉長、小葉寬分別提升1.74、0.25 cm，提升幅度分別為49.01%、21.37%；小葉SPAD值增加了7.60，增加幅度為 23.25%。與生物炭單施（AB0）相比，AB2、AB3處理對株高、小葉長、小葉寬、SPAD值的提升更為明顯；株高分別提升5.68%、18.56%，小葉長分別增加5.77%、22.17%，小葉寬分別增加6.35%、12.70%，SPAD值分別提高7.97%、12.70%。

2.3 生物炭與微生物菌劑配施對半夏產(chǎn)量的影響

由表4可知，單施生物炭、生物炭與菌劑配施均能對半夏產(chǎn)量產(chǎn)生顯著影響。與CK相比，單施生物炭（AB0）處理的塊莖數(shù)增加了 106粒/m2，增加41.73%；單粒重、百粒重分別增加了0.22、22 g，均增重了14.57%；半夏鮮重增加了247.69 g/m2，增重64.58%；干重增加了 174.25 g/m2，增重59.55%。配施處理（AB1、AB2、AB3）與CK相比，整體對產(chǎn)量有顯著提升，塊莖數(shù)增加43.31%～54.72%，單粒重、百粒重均增加48.34%～55.63%，鮮重增加123.87%～134.47%，干重增加110.25%～127.17%，整體上與CK、AB0處理相比具有顯著性差異，增產(chǎn)效果明顯。生物炭與菌劑配施處理之間，除AB1與AB2、AB3在塊莖數(shù)上有顯著差異外，其他產(chǎn)量指標(biāo)均無顯著性差異。

2.4 生物炭與微生物菌劑配施對半夏品質(zhì)的影響

由圖2可知，相較于CK，生物炭與微生物菌劑配施對半夏品質(zhì)指標(biāo)有顯著影響，總生物堿含量提高6.67%～13.33%，3個配施處理均顯著高于生物炭單施（AB0），AB3處理顯著高于AB0處理；有機(jī)酸含量提高了1.70%～17.05%，AB2、AB3相較于生物炭單施（AB0）提升顯著；浸出物含量提高5.18%～6.47%，AB3相較于生物炭單施（AB0）提升顯著?；曳趾刻岣?3.64%～24.83%，在藥典規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)（≤4.0%）以下。含水量方面僅處理AB3有提升作用，也低于藥典規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)（≤13%），其他處理均和CK相當(dāng)。

3 討論

筆者研究發(fā)現(xiàn)，半夏連作土壤各項(xiàng)理化指標(biāo)不理想，土壤板結(jié)硬化、土壤電導(dǎo)率升高、pH值較低、土壤有機(jī)質(zhì)含量較低、土壤養(yǎng)分失調(diào)等進(jìn)一步導(dǎo)致半夏產(chǎn)量與品質(zhì)不高，這與前人的研究結(jié)果［26-27］一致。秸稈生物炭對提升土壤肥力，促進(jìn)逆境環(huán)境脅迫下的作物生長及提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)有明顯效果［28］。本試驗(yàn)中，單施生物炭處理（AB0）土壤全氮含量提升10.95%，全鉀含量提升6.75%，堿解氮含量增加3.78%，速效磷含量提升7.34%，有效鉀含量增加6.90%、有機(jī)質(zhì)含量增加9.89%，pH值增加了8.72%，與前人對連作參地及鐵皮石斛的研究中單施生物炭顯著提高土壤養(yǎng)分的結(jié)果［29-30］一致。本試驗(yàn)中，在秸稈生物炭用量為1 500 kg/hm2的前提下，配施不同量的微生物菌劑（10億CFU/g多黏類芽孢桿菌7.5、15.0、30.0 kg/hm2），各處理對土壤養(yǎng)分指標(biāo)的提升作用顯著，且隨微生物菌劑用量的增加而增加，生物炭1 500 kg/hm2與微生物菌劑30.0 kg/hm2配施提升效果最為明顯，全氮含量提升48.18%，全鉀含量提升22.88%，堿解氮含量增加10.08%，速效磷含量提升19.18%，速效鉀含量增加25.95%，有機(jī)質(zhì)含量增加21.60%，pH值提升22.82%，說明微生物菌劑的添加進(jìn)一步提高了土壤

養(yǎng)分指標(biāo)。解國玲等在對白菜［31］、張功臣等在對黃瓜［32］的研究中發(fā)現(xiàn)，生物炭與微生物菌劑配施對提高土壤pH值及有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀含量方面的效果明顯，顯著好于生物炭單施，本試驗(yàn)結(jié)果與之一致。微生物菌劑的添加進(jìn)一步增加了土壤養(yǎng)分，可能與多黏類芽孢桿菌具有固氮、溶磷、解鉀等功能有關(guān)［33］，也與生物炭具有大量的微孔結(jié)構(gòu)及營養(yǎng)成分，為微生物提供更好的生存環(huán)境有關(guān)［34］。

微生物菌劑作為一種新型肥料，具有解磷、解鉀、固氮等功能，對刺激作物生長，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)效果明顯［35-36］。微生物菌劑與生物炭配施可充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢，緩解土壤連作障礙的效果更加明顯。本研究單施生物炭1 500 kg/hm2，使半夏出苗率提升了11.43%，株高比CK提高了0.28 cm，小葉長、小葉寬分別增加0.78、0.09 cm，SPAD值提高了3.06，對生長和發(fā)育的影響顯著，與趙云青等對太子參、趙倩雯等對大白菜、顧美英等對棉花的研究結(jié)果［37-39］一致。產(chǎn)量指標(biāo)也呈現(xiàn)與生長指標(biāo)相同的規(guī)律，生物炭單施使單位面積半夏塊莖數(shù)、單粒重、鮮重、干重分別提高了41.73%、14.57%、64.58%、59.55%，與微生物菌劑配施后，對產(chǎn)量指標(biāo)的提升則更為明顯，半夏塊莖數(shù)、單粒重、鮮重、干重分別提高了43.31%～54.72%、48.34%～55.63%、123.87%～134.47%、110.25%～127.17%，顯著高于單施生物炭，說明產(chǎn)量的提高既與生物炭有關(guān)［40-41］，也與微生物菌劑通過對土壤的改良和對作物生長的刺激有關(guān)［42-44］，二者配施，對產(chǎn)量的影響則更為明顯，以生物炭 1 500 kg/hm2 配施微生物菌劑30.0 kg/hm2效果最佳。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，生物炭與微生物菌劑配施使半夏的總生物堿、有機(jī)酸和浸出物含量分別提高了6.67%～13.33%、1.70%～17.05%、5.18%～6.47%，與唐漢萌的研究結(jié)果［22］基本一致。

4 結(jié)論

在化肥用量減半的前提下，生物炭與微生物菌劑配施對半夏土壤養(yǎng)分、生長發(fā)育、產(chǎn)量品質(zhì)有顯著提高。二者配施對土壤全氮、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量和pH值有明顯提高作用，可顯著降低土壤電導(dǎo)率；半夏的出苗率、株高、葉長、葉寬、葉綠素含量有顯著增加，產(chǎn)量指標(biāo)提升效果明顯，品質(zhì)指標(biāo)提升效果顯著。綜合來看，生物炭配施微生物菌劑效果優(yōu)于生物炭單施，以生物炭 1 500 kg/hm2 配施微生物菌劑（10億CFU/g多黏類芽孢桿菌）30.0 kg/hm2對連作半夏土壤養(yǎng)分、生長發(fā)育、產(chǎn)量品質(zhì)的提升效果最好。因此，半夏種植過程中，適當(dāng)減少化肥用量，增施生物炭與微生物菌劑，可緩解半夏連作障礙，提升半夏土壤養(yǎng)分、生長發(fā)育及產(chǎn)量品質(zhì)，建議施用秸稈生物炭 1 500 kg/hm2 配施微生物菌劑（10億CFU/g多黏類芽孢桿菌）30.0 kg/hm2。

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