半夏連作的障礙效應及其緩解措施初探

馬小奇，許宏亮，何志貴，梁宗鎖,2， 韓蕊蓮,常建平，蔡曉明，王 靜

(1.西北農林科技大學 生命科學學院，陜西楊凌 712100；2.浙江理工大學 生命科學學院，杭州 310018；3.甘肅省清水縣農業局，甘肅清水 741400)

半夏連作的障礙效應及其緩解措施初探

馬小奇1，許宏亮1，何志貴1，梁宗鎖1,2， 韓蕊蓮1,常建平3，蔡曉明3，王 靜3

(1.西北農林科技大學 生命科學學院，陜西楊凌 712100；2.浙江理工大學 生命科學學院，杭州 310018；3.甘肅省清水縣農業局，甘肅清水 741400)

通過對重茬地、2 a和4 a前種植過半夏的土壤進行再植，測試半夏的連作障礙效應，以土壤、種莖消毒及撒施重茬肥等措施組成不同組合(A1、A2、A3、A4、A5)處理2 a輪作地土壤進行半夏連作障礙效應的緩解效果測試。統計調查田間農藝性狀及產量，測定不同處理下半夏葉片中的葉綠素和塊莖中琥珀酸、還原糖、生物堿、可溶性蛋白的質量分數。結果表明，與4 a輪作半夏相比，連作半夏幼苗長勢較弱，葉綠素質量分數和產量均顯著低于4 a輪作，其塊莖中浸出物和琥珀酸質量分數均未達到藥典標準，塊莖中還原糖、蛋白質和生物堿質量分數最低；2 a輪作處理半夏葉片偏黃，長勢依然較差，琥珀酸、還原糖、生物堿、可溶性蛋白質量分數均高于連作，且低于4 a輪作；半夏連作障礙效應的緩解試驗結果表明，A4和A5處理下半夏生長狀況顯著高于對照和其他組處理，其中A5處理半夏塊莖琥珀酸、還原糖、可溶性蛋白等有效成分質量分數最高，對半夏的障礙效應緩解效果最佳。

半夏；土壤；連作障礙效應；有效成分；緩解措施

半夏Pinelliaternata(Thunb.)breit.為天南星科(Araceae)半夏屬多年生草本植物，為喜陰藥用植物，是中藥臨床常用藥[1]。中國半夏資源分布廣泛，國內除內蒙、吉林、黑龍江、新疆、青海、西藏外，其余省區均有分布。在甘肅清水地區，因可播種土地面積有限，制約著半夏輪作倒茬栽培，出現半夏的連續種植，逐漸呈現半夏嚴重的連作障礙。有限的土地資源，加之半夏逐年嚴重的連作障礙危害，嚴重制約著半夏的規范化生產，故當地農戶為了降低半夏頭茬種植帶來的危害，一般間隔5 a～7 a為輪作周期，因此當地半夏產量及經濟產值大幅下降。目前，對半夏的研究，主要集中于光、水分、不同施肥等措施對半夏生長的影響[2-4]，以及其生物學特性和有效化學成分的分析等方面[5-6]，而在半夏栽培中輪作及其連作障礙效應方面，相關報道尚少。因此，本試驗以重茬地、2 a和4 a前種植過半夏的土壤進行再植生物測試，測定其生長狀況、產量和品質，探究半夏連作導致的嚴重障礙效應，以不同處理結合輪作對連作障礙效應的消減為目的，評價不同處理方法在半夏連作障礙效應方面的緩解效果，為進一步克服半夏連作障礙的研究提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以當地主栽的甘肅省華亭縣半夏塊莖為材料。

1.2 試驗方法

1.2.1 連作障礙效應 于2013年10月-2014年8月在甘肅省清水縣永清鎮進行連作障礙效應試驗，以4 a輪作地(即半夏種植后玉米、馬鈴薯、西瓜、小麥依次耕作4 a)為對照(CK)，依次選擇連作1 a地(半夏重茬地，T1)、2 a輪作地(即半夏種植后玉米、小麥依次耕作2 a，T2)不同處理。以當地主栽的甘肅省華亭縣半夏塊莖為材料，按農戶種植方式，小區試驗，小區面積120 m2，重復3次。施農家肥和復合肥，播種前整平地塊，耙細，做成4 m×1.5 m的畦塊，畦間距50 cm，畦深13 cm，畦底做平，施農家肥、復合肥依次為0.95 kg/m2、83 g/m2，邊做畦邊播，做前一行畦時先將畦內土翻入下一行畦內，播種完后將土回填，下種量為3 375 kg/hm2，2014-03-26搭建小拱棚，經正常田間管理，2014-08-20采收輪作與連作半夏，測定產量及品質。

1.2.2 半夏障礙效應的緩解 根據半夏連作帶來的障礙效應，選擇2 a輪作試驗地，分別設置5個不同處理：土壤消毒(80%多菌靈水分散粒劑和綠都菌劑1號，分別以體積比為1∶300和1∶150對小區土壤進行噴霧消毒，A1)；浸種消毒(80%多菌靈水分散粒劑500倍液浸泡30 min，再以綠都菌劑1號300倍液浸種30 min，A2)；土壤消毒+浸種消毒(土壤消毒方法同A1，浸種方法同A2，A3)；土壤消毒+浸種消毒+生物肥(在A3方法的基礎上，播種前與底肥一起施入抗重茬固體肥0.5 kg/m2，出苗灌水時以體積比1∶10施抗重茬液體肥，A4)；土壤消毒+浸種消毒+遮陰[在A3方法的基礎上，于6月25日至8月10日進行遮陰處理(遮陰網密度為45%)，A5]。以空白處理為對照，每個處理播種5個重復小區，于8月22日采收。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 生長指標及產量 于第1次倒苗前(6月5日)測定半夏葉面積、株高、莖粗和繁殖系數生長指標，在8月22日測定密度、產量和折干率。

每小區按5點法選取5處，每個點測定15株，采用葉面積儀測定葉寬和面積，用直尺測定地面到中間小葉基部的株高，游標卡尺測定半夏莖粗；另外于2014年4月取3塊不同地的土壤裝于直徑15 cm、高25 cm盆栽中，取直徑為2 cm半夏塊莖，每盆均勻點播5顆，每個土樣重復10盆，至采收田間半夏時一并采收，以大于1.5 cm的球莖計數，采收的球莖數除以播種數的值為繁殖系數。

密度、產量和折干率：按5點法分別計數每平方米內半夏苗的株數為密度；產量按小畦單收計產，并取樣100顆球莖稱量后進行去皮烘干之后再稱量，并計算其折干率，重復5次，折干率=小區采收塊莖干質量/小區采收鮮質量×100%。

1.3.2 葉綠素質量分數 于半夏生長旺盛期(6月5日)，隨機采取3塊不同年限地的半夏植株葉片，液氮桶帶回實驗室，參照文獻[7]的方法，將葉片剪成0.2 cm×2 cm的碎片，且避開葉脈，稱取碎葉片0.2 g放入50 mL試管中，加入0.5 mL純丙酮和10 mLφ= 80%的丙酮，封口，放入搖床，置黑暗處浸提過夜，至半夏葉碎片發白，浸提液于6 500 r/min下離心5 min，用φ=80%丙酮溶液分別定容至25 mL，各設3次平行，并以φ=80%丙酮為空白，在波長663、645和470 nm處測定提取液吸光度，按Amon[8]法計算葉綠素質量分數。

1.3.3 半夏塊莖品質 水溶性浸出物參照中國藥典2010年版第1部附錄XA采用冷浸法測定水溶性浸出物[1]，采用3，5-二硝基水楊酸比色法[9]測定還原糖質量分數，采用考馬斯亮藍染色法[9]測定可溶性蛋白質量分數，按照電位滴定法[1](附錄Ⅷ A)，用鹽酸滴定液(0.1 mol/L)滴定，并將滴定的結果用空白試驗校正，測定琥珀酸質量分數，每1 mL氫氧化鈉滴定液(0.1 mol/L)相當于5.904 mg的琥珀酸(C4H6O4)，利用酸性染料比色法[2]測定總生物堿質量分數。

1.4 數據處理

用Excel 2010對試驗數據統計處理，并用SPSS 17.0軟件進行因素方差分析，并用LSD檢驗法分析差異顯著性的多重比較。

2 結果與分析

2.1 連作對半夏生長發育的影響

由表1可知，除莖粗無顯著差異外，其他形態指標各處理間均呈極顯著差異。T1(連作)處理下半夏植株株高、葉面積和密度、繁殖系數、產量、折干率均極顯著低于CK，而T2處理半夏株高、葉面積、密度及小畦產量顯著優于T1，卻極顯著弱于CK，介于二者之間，說明半夏連作障礙效應也影響到間隔2 a輪作的第2茬半夏的生長發育及產量。

2.2 連作對半夏葉片光合色素質量分數的影響

由表2可知，T1處理下，葉綠素a質量分數顯著低于T2處理和CK，且與CK達極顯著差異；T1和T2處理下葉綠素b和類胡蘿卜素質量分數無顯著差異，顯著低于CK。

表1 不同處理下半夏生理生長及產量(±s)Table 1 Physiological growth and yield of the Pinellia ternata under different treatments

表1 不同處理下半夏生理生長及產量(±s)Table 1 Physiological growth and yield of the Pinellia ternata under different treatments

處理Treatment株高/cmPlantheight葉面積/cm2Leafarea莖粗/mmStemdiameter密度/(株/m2)Density繁殖系數Propagationindex小畦產量/kgTuberyield折干率/%DryingrateCK9．230±0．231A26．195±1．898A2．22±0．380a238±12A14．451±1．253A11．010±0．482A41．485±1．540AT15．800±0．313C15．680±2．512C2．16±0．361a98±10C3．283±2．447C1．660±0．890C25．381±1．812CT26．910±0．244B21．050±2．441B2．21±0．319a173±8B9．428±2．018B4．770±0．667B36．620±1．394B

注：差異顯著性分析取α=0.05(小寫字母表示)和α=0.01(大寫字母表示)水平，同一列中含有不相同字母者為差異顯著。表2～5同。

Note:The date is treated by the significant difference ofα=0.05(shown in lowercase letters) andα=0.01(shown in uppercase letters) level,the same column with different letters are significantly different.The same as table 2 to table 5.

表2 不同處理下半夏葉片光合色素Table 2 Leaf photosynthetic pigment of Pinellia ternata under different treatments

2.3 連作對半夏塊莖中有效成分質量分數的影響

表3顯示，連作與輪作下半夏塊莖有效成分的質量分數差異明顯，T1和T2處理下的塊莖生物堿質量分數極顯著低于CK；T1處理下塊莖水溶性浸出物質量分數極顯著低于CK，而T2處理下塊莖水溶性浸出物質量分數小于CK，但無顯著差異；T1處理的還原糖質量分數、可溶性蛋白質量分數、琥珀酸質量分數比CK降低20.22%、24.69%、23.79%，T2處理下塊莖還原糖質量分數、可溶性蛋白質量分數和琥珀酸質量分數與T1、CK無顯著差異，可溶性蛋白質質量分數卻顯著高于T1，說明連作一定程度上抑制有效成分的合成與積累，且這種抑制通過土壤影響到2 a輪作的半夏塊莖。

表3 不同處理下半夏塊莖中有效成分質量分數Table 3 Active compositions of Pinellia ternatatuber under different treatments g/g

2.4 不同措施對半夏生長發育和產量的影響

不同組合處理對2 a輪作土壤中的半夏植株的生長發育結果(表4)顯示：A4、A5處理下的株高和葉面積表現出明顯優勢，且顯著高于CK；莖粗無明顯差異；A3、A4、A5處理的半夏密度、產量和折干率均高于A1和A2，且顯著高于CK，順序為A5>A4>A3。說明半夏土壤、塊莖消毒與遮陰、重茬肥的組合處理有利于其自身的生長，對2 a間隔年限輪作地的連作障礙也有一定的緩解效果。

表4 不同處理下半夏生長指標及產量Table 4 Growth indexs and yield of Pinellia ternata under different treatments

2.5 不同措施對半夏塊莖有效成分質量分數的影響

表5顯示，不同處理對半夏塊莖有效成分產生一定的影響，其中A4、A5處理浸出物和琥珀酸的質量分數顯著高于其他處理和CK，A1、A2處理下的還原糖質量分數和可溶性蛋白質量分數較低，與CK無顯著差異；而A5處理下的塊莖還原糖、可溶性蛋白和琥珀酸的質量分數最高，高于CK、A2、A3和A4；生物堿質量分數各處理順序為A4>A3>A2>A1=A5=CK，說明土壤與塊莖消毒及生物重茬肥和遮陰有利于半夏生長過程中的有效成分積累，而遮陰處理明顯抑制半夏塊莖中生物堿的合成。

表5 不同處理下半夏塊莖有效成分質量分數Table 5 Active composition mass fraction in Pinellia ternata tuber under different treatments g/g

3 討 論

本試驗中，與CK相比，T1處理下半夏植株變矮、葉片面積縮小，同時由于土傳病害等諸多因素的影響使其倒苗嚴重，密度較對照小58.8%，繁殖系數降至CK的22.7%，小畦產量僅為CK的15.0%，相當于播種量的一半，這與太子參[10]、地黃[11]、當歸[12]、附子[13]、三七、丹參[14-15]等藥材連作障礙效應的研究結果一致。然而，連作的半夏塊莖在后期加工時出現腐爛、折干率低下等現象。對T1處理塊莖粉末中有效成分的質量分數測定結果表明，浸出物質量分數低于9.0%，有機酸質量分數不足0.25%，低于國家藥典規定[1]，表明連作導致半夏的生長發育受到一定程度的抑制，生長期病蟲害頻發，采后加工的塊莖品質降低。

前人研究發現，間隔1 a～2 a后再種不同于黃瓜、玉米[16-17]等經濟作物時，對自身的生長發育及產量影響較小。而T2處理下半夏的生長依然受到影響，其生長狀況介于T1和CK之間。T2處理下的半夏倒苗時間較CK提前，生長期的葉綠素質量分數低于CK，一定程度上影響到自身的光合作用，導致地下塊莖次生代謝產物的合成減少，這可能是T2處理下塊莖中生物堿等有效成分的質量分數低于CK且與T1處理下幾乎相持平的原因。T2處理下產量剛好與其播種量相持平，經濟產值為負數，說明半夏的連作障礙嚴重影響較短年限輪作的第2茬半夏的生長和品質。

根據當歸、地黃、三七等藥材連作障礙機制的研究，針對土傳病害、化感效應和微生物種群失衡等原因，選擇間隔年限為2 a的地，利用多菌靈等對土壤和塊莖消毒，并與遮陰、生物肥等不同措施間進行比較試驗，發現A4處理和A5處理表現出較好的緩解效果，即土壤和種莖消毒以后，施入生物重茬肥進行調節養分平衡的同時，也對其根際微生物的分布起到一定的平衡作用，有利于緩解半夏在2 a間隔年限輪作地的連作障礙效應。A5處理的結果同樣表明遮陰在夏季高溫期有效地減少水分的蒸發，更有利于半夏生長，同時遮陰也有利于其糖成分和蛋白質的合成，但不利于生物堿的合成，這與徐立軍[18]在研究林藥間作對掌葉半夏生長和質量的影響時得出的結論相符。

綜上，作為無性繁殖的半夏藥材，其連作障礙效應嚴重制約其在生產實踐中的經濟效益，面對半夏的連作障礙難題，縮短半夏的輪作間隔年限與改善其生長環境的有效措施相結合，成為緩解其連作障礙效應最佳手段，有望成為克服半夏連作障礙相關研究發展的趨勢。

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(責任編輯：史亞歌 Responsible editor:SHI Yage)

Obstruction Effect of Continuous Cropping onPinelliatemata(Thumb) Breit and Its Mitigation Measures

MA Xiaoqi1,XU Hongliang1,HE Zhigui1,LIANG Zongsuo1,2,HAN Ruilian1, CHANG Jianping3,CAI Xiaoming3and WANG Jing3

(1.College of Life Sciences Northwest A&F University,Yangling Shaanxi 712100,China; 2.School of Life Science Zhejiang Sci-tech University, Hangzhou 310018,China; 3.Qingshui County Agricultural Bureau in Gansu Province,Qingshui Gansu 741400,China)

In order to verify the effect of continuous cropping obstacle inPinelliaternata,P.tematawereplanted in continuous cropping,with 2 and 4 years planting ofPinelliaternata,the biological test of replanted soil was conducted, and thenP.ternatatuber were planted in 2-year rotation soilas treated by disinfection of soil and tuber,also cooperated with cropping fertilizer which be mitigated disorder effects onP.ternata. The agronomic characters and yield were investigated by the field of statistics, and also measured the mass fractions of chlorophyll, acid, reducing sugar, alkaloid and soluble protein ofP.temataweredifferent treatments.The results showed that compared withP.ternataof 4-years rotation, continuous croppingP.ternataseedling was the weakest, and the chlorophyll mass fraction and yield were significantly lower than that of the former. Tuber extracts mass fraction and succinic acid mass fraction of continuous croppingP.ternatadidnot meet the standard of national pharmacopoeia, the mass fraction of sugar, protein and alkaloid was the lowest; The leaf of 2-year rotation ofP.ternatawere yellow and the growing condition was still not good.The mass fractions of chlorophyll, succinic acid, reducing sugars, alkaloids and soluble protein in 2-year rotationwere lower than the treatments of 4-year rotation, higher than that of continuous cropping; The test on mitigating continuous cropping obstacle ofP.ternataresults showed that the treatments of A4 and A5 processing pinellia tuber growth condition was significantly higher than that of the control and other groups.For the effective mass fractions of succinic acid, reducing sugar, soluble protein, A5 processing pinelliwas the highest,so it had the best effect on continuous cropping obstacle ofP.ternata.

Pinelliatemata; Soil;Effect of continuous cropping obstacle;Active constituents; Mitigation

MA Xiaoqi,male,master student. Research area:development and utilization of medicinal plant resources.E-mail:maxiaoqi2012@163.com

LIANG Zongsuo,male，professor,doctoral supervisor.Research area:the theory and technology of the cultivation of Chinese herbal medicine.E-mail:liangzs@ms.iswc.ac.cn

2016-01-08

2016-01-23

天水市科技支撐計劃；國家科技部“十二五”科技支撐項目(2015BAC01B03)。

馬小奇，男，碩士生，從事藥用植物資源開發與利用研究。E-mail:maxiaoqi2012@163.com

梁宗鎖，男，教授，博士生導師，主要從事中草藥規范化栽培的理論與技術研究。E-mail:liangzs@ms.iswc.ac.cn

日期：2016-12-20

R282.2

A

1004-1389(2017)01-0048-06

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20161220.1640.012.html

Received 2016-01-08 Returned 2016-01-23

Foundation item Science and Technology Support Plan Item of Tianshui City;“12th Five-year” Pillar Ministry of Science and Technology(No.2015BAC01803).