施用有機物料對栽培赤芍土壤養分及品質的影響

王立民 呂 品 ? 于志民 曲彥明 尤彩花

1 黑龍江省科學院自然與生態研究所 哈爾濱 150040

2 濕地與生態保育國家地方聯合工程實驗室 哈爾濱 150040

3 呼瑪縣北藐中藥材種業公司 大興安嶺 165100

赤芍為毛茛科植物芍藥或川赤芍的干燥根[1]。目前，我國的赤芍藥材多來源于野生芍藥，由于赤芍野生資源被濫采，資源面臨枯竭[2]。隨著國家對道地中藥材發展的重視，人工栽培中草藥產業發展迅速，其中栽培赤芍技術也在不斷深入探索和逐步推廣，而營養調控等技術成為妨礙產業發展的難點之一。魏東華等[3]對黑龍江省雞西地區赤芍資源土壤環境進行了分析，發現雞西地區赤芍土壤養分總體水平一般，但赤芍根的生長及芍藥苷的形成對有機質和氮磷等養分的需求較大。而腐植酸在農業生產中有改良土壤、提高化肥利用率、刺激作物生長、增強作物抗逆性和改善農產品品質等作用[4]，且腐植酸在其他道地中草藥上的研究也較多。研究表明，生防放線菌與腐植酸鉀配施處理后能明顯促進丹參生長，提高丹參產量及抗病蟲能力，調節丹參根域微生態平衡[5]；施用礦源性腐植酸肥料和腐植酸生物復合肥均可促進枸杞葉片光合作用，提高果實的產量和品質，而且可改善土壤性質，降低枸杞病害發生率[6，7]；施用腐植酸有機肥還可以不同程度促進甘草光合作用、葉片碳代謝和養分的累積，提高甘草苷含量和甘草酸含量[8]。因此，本研究通過對栽培赤芍施用富含腐植酸的草炭、風化煤等有機物料，開展對赤芍土壤養分、生長指標及芍藥苷含量的影響，為栽培赤芍優質生產提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料及試驗地點

1.1.1 供試材料

試驗所用赤芍為黑龍江省大興安嶺地區呼瑪縣本地3年生野生芍藥芽頭，有機物料草炭采自呼瑪縣三卡鄉塔頭濕地，風化煤來自呼瑪縣十二站煤礦。有機物料養分狀況見表1。

表1 供試土壤及材料理化指標Tab.1 Physical and chemical indexes of tested soil and materials

1.1.2 試驗地點

試驗地點位于黑龍江省大興安嶺地區呼瑪縣三卡鄉老卡村中藥材種植基地，屬寒溫帶大陸性氣候，極端最低氣溫-48.2 ℃，極端最高氣溫38 ℃，年平均氣溫-2 ℃，積雪覆蓋期長達150余天，無霜期80～150余天，年平均日照時數2529 h，年≥10 ℃的活動積溫為1998.0 ℃，平均海拔180～300 m，坡角一般為10～15度，年平均降水量470 mm左右。土壤為沙壤土，土壤質地較輕，較為松散。

試驗地土壤養分狀況見表1，土壤有機質含量極低，土壤為微酸性，氮含量略低。因此，土壤調控以增加土壤有機質為主，施用材料就地取材，選擇風化煤和草炭。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

試驗采用單因素設計，2處理4水平，風化煤和草炭用量分別為800、1300、2000和3000 kg/hm2（表2），均以不施用任何有機物料為對照（CK）。試驗地設3次重復，共計30個試驗小區，單位小區面積為20 m2，長×寬為5 m×4 m。各處理隨機排列，于2017年5月7日，采用人工撒施方法將風化煤、草炭等有機物料均勻施入小區，然后翻拌混勻（深度20 cm）并平整土地，同時以芽頭方式栽植赤芍48000～52500棵/公頃。2017年7月31日進行土壤取樣、測定生長勢并采集新鮮葉片待測，其他管理措施與當地相同。

表2 有機物料施用量Tab.2 Application amount of organic materials kg/hm2

1.2.2 測定方法

赤芍生長指標（株高、冠幅、葉片數）采用人工測量的方法，測量工具主要包括直尺、卷尺，株高采用直尺測定，冠幅（植株南北和東西方向的寬度并取其平均值）采用卷尺測定；土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法——外加熱法測定；土壤堿解氮采用堿解擴散法測定；土壤速效磷采用Olsen法測定；土壤速效鉀采用1 mol/L中性醋酸銨（pH 7）浸提，火焰光度計法測定；pH采用酸度計法測定。

1.2.3 赤芍葉片芍藥苷含量測定

因為芽頭栽植當年赤芍根系不發達，造成取樣傷根，而芍藥苷一般在葉片形成并向根部轉移，在夏季時葉片芍藥苷含量較高[9，10]。因此，葉片芍藥苷含量在一定程度上能在不傷根的情況下，表征赤芍根部芍藥苷的含量。本研究采集赤芍主莖自下向上第3片完整成熟復葉葉片，進行芍藥苷測定。

儀器與試劑：Waters高效液相色譜儀e2695-2998液相檢測系統；C18色譜柱（250 mm×4.6 mm，5 μm，Waters公司）；KQ3200DE超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；Milli-Q超純水儀（法國默克化工技術有限公司）；minispin型離心機（德國Eppendorf公司）；BS210S電子天平（北京Sartorious有限公司）；手提式中藥粉碎機（溫嶺市大德中藥機械有限公司）。

對照品芍藥苷（23180-57-6）購自于上海源葉生物科技有限公司，芍藥內酯苷質量分數≥91.4%；乙腈為色譜純（美國Sigma公司）。

將采集到的葉片樣品烘干，用手提式中藥粉碎機將樣品粉碎成粉末狀；精密稱取1 g樣品粉末，放置于100 mL具塞三角瓶中，加60%乙醇溶液20 mL，40 ℃條件下超聲提取1 h，提取液經12000 r/min離心10 min，取上清液加入HPLC樣品瓶備用。

色譜條件為C18色譜柱，流動相為乙腈和0.1%磷酸水溶液，流動相梯度洗脫條件為0 min，0%乙腈；0～40 min，0～50%乙腈；40～42 min，50%～0乙腈；42～50 min，0%乙腈；體積流量1.0 mL/min；檢測波長230 nm；柱溫30 ℃；進樣量為10 μL。芍藥苷在230 nm附近有吸收峰。

1.3 數據分析

采用SPSS 16.0和Excel 2013軟件進行數據處理和圖表制作。

2 結果與分析

2.1 不同處理對栽培赤芍土壤化學性狀的影響

圖1為不同處理對土壤有機質含量的影響。由圖可以看出，風化煤處理中，施入量2000、3000 kg/hm2處理效果較好，土壤有機質的含量分別達到12.14、12.19 g/kg，與其他處理間差異顯著，3000 kg/hm2處理土壤有機質含量較2000 kg/hm2處理略高；在草炭處理中，2000、3000 kg/hm2處理與對照差異顯著；同等施用量條件下，風化煤處理效果好于草炭處理。

圖1 不同處理對土壤有機質含量的影響Fig.1 Effects of different treatment on the content of organic matter in soil注：圖中不同小寫字母表示差異顯著（P〈0.05），下同。

圖2 為不同處理對土壤堿解氮含量的影響。由圖可以看出，風化煤和草炭處理中，施入量為2000、3000 kg/hm2的土壤堿解氮含量與對照比都有顯著提高，但兩處理間差異不顯著；同等施用量條件下，風化煤處理效果略好于草炭處理。

圖2 不同處理對土壤堿解氮含量的影響Fig.2 Effects of different treatment on the content of alkali-hydrolysis nitrogen in soil

圖3 為不同處理對土壤速效磷含量的影響。由圖可以看出，風化煤和草炭處理中土壤速效磷含量隨著風化煤和草炭施入量的增加先升高后降低；在施入2000 kg/hm2時達到最高，該處理與對照間差異顯著；在施入3000 kg/hm2時略有下降，但與其他各處理間無顯著差異；同等施用量條件下，除2000 kg/hm2處理外，其他風化煤處理效果略好于草炭處理。

圖3 不同處理對土壤速效磷含量的影響Fig.3 Effects of different treatment on the content of available P in soil

圖4 為不同處理對土壤速效鉀含量的影響。由圖可以看出，土壤中速效鉀含量先隨著風化煤的施入量增加而升高，至2000 kg/hm2處理時最高，3000 kg/hm2處理略有降低，2000 kg/hm2處理與對照差異顯著；草炭處理與風化煤處理速效鉀含量變化趨勢一致，但1300、2000 kg/hm2處理土壤速效鉀含量較高，均與對照呈顯著差異；同等施用量條件下，除1300、2000 kg/hm2處理外，其他風化煤處理效果略好于草炭處理。

圖4 不同處理對土壤速效鉀含量的影響Fig.4 Effects of different treatment on the content of available K in soil

2.2 不同處理對赤芍生長指標的影響

圖5 為不同處理對赤芍株高的影響。由圖可看出，風化煤處理中，3000 kg/hm2處理赤芍平均株高與對照間差異顯著；草炭處理中，1300 kg/hm2處理赤芍平均株高最低，且略低于對照（可能是由于夏秋時雨水大，導致該處理所在小區的植株受災，株高與冠幅均受到影響），但二者差異不顯著，3000 kg/hm2處理效果較好，與對照間差異顯著，但與2000 kg/hm2處理間無顯著差異；同等施用量條件下，除800、3000 kg/hm2處理外，其他風化煤處理效果略好于草炭處理。

圖5 不同處理對赤芍株高的影響Fig.5 Effects of different treatment on the plant height of radix paeoniae rubra

圖6 為不同處理對赤芍冠幅的影響。由圖可以看出，風化煤處理中，2000 kg/hm2處理的平均冠幅最好，與對照差異顯著，3000 kg/hm2處理略低，與其他處理差異不顯著；草炭處理中，2000 kg/hm2處理的平均冠幅最好，并且與1300 kg/hm2處理間差異顯著，與其他各處理間無顯著差異；同等施用量條件下，除2000 kg/hm2處理外，其他風化煤處理效果略好于草炭處理。

圖6 不同處理對赤芍冠幅的影響Fig.6 Effects of different treatment on the crown width of radix paeoniae rubra

圖7 為不同處理對赤芍葉片數的影響。由圖可以看出，風化煤處理中，以2000、3000 kg/hm2施用量效果較好，葉片數分別為4.97、5.01片，與對照間差異顯著；草炭處理中，以2000 kg/hm2施用量葉片最多，為5.02片，與對照間差異顯著；同等施用量條件下，除1300 kg/hm2處理外，其他風化煤處理效果略好于草炭處理。

圖7 不同處理對赤芍葉片數的影響Fig.7 Effects of different treatment on the leaf number of radix paeoniae rubra

2.3 不同處理對赤芍芍藥苷含量的影響

芍藥苷是衡量赤芍藥用品質優劣的重要指標，圖8為不同處理對赤芍芍藥苷含量的影響。由圖可以看出，除草炭800 kg/hm2處理外，隨著風化煤及草炭施入量的增加，葉片芍藥苷含量隨之提高，兩種有機物料均在施入3000 kg/hm2時芍藥苷含量達到最高，均為1.99%，與對照間差異顯著；同等施用量條件下，除3000 kg/hm2處理外，風化煤處理效果略好于草炭處理。

圖8 不同處理對芍藥苷含量的影響Fig.8 Effects of different treatment on the content of paeonif l orin

2.4 不同處理對赤芍產量的影響

圖9 為不同處理對赤芍產量的影響。由圖可以看出，風化煤和草炭處理中2000、3000 kg/hm2處理與對照間差異顯著，其中2000 kg/hm2處理赤芍產量略高于3000 kg/hm2處理；同等施用量條件下，除3000 kg/hm2處理外，風化煤處理效果略好于草炭處理。

3 結論與討論

施用風化煤和草炭能夠有效改變栽培赤芍土壤的化學性狀，其中有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀含量均有所提升；當這兩種有機物料的施用量適宜時，有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀含量較對照有顯著提高。速效氮、磷、鉀含量的提高，說明由于風化煤、草炭中腐植酸含量較高，腐植酸通過與銨結合形成腐植酸銨，能夠減少氨揮發損失，進而增加氮素有效性[11]，腐植酸的苯丙烷環狀結構發生斷裂形成更多的羧基和羰基，從而可以結合更多的氨[12]；腐植酸陰離子在土壤礦物極性吸附中與磷酸根離子發生競爭，進而減少磷酸根離子被土壤礦物質吸附，同時，腐植酸可通過其較強的負電性發生同晶替換，將被吸附的磷酸根離子從土壤礦物質中代換出來，腐植酸利于增加磷素在土壤中的移動性，進而增加其有效性[13]；腐植酸還是一種無定形的聚電解質，對K+吸附的分配系數和吸附量均有不同程度的增加[14]。可見，腐植酸具有增加土壤中營養元素活性，最大程度減少有效養分的固定，有利于植株的營養生長需求[15]。

風化煤和草炭對栽培赤芍株高、冠幅和葉片數都有積極影響，兩種有機物料中3000 kg/hm2處理對增加株高效果最好，2000 kg/hm2處理對增加冠幅和葉片數效果最好。風化煤和草炭能夠提高赤芍的產量，兩種有機物料均在2000 kg/hm2處理時產量最高。風化煤和草炭對芍藥苷的含量有積極影響，隨兩種有機物料施用量的增加，赤芍芍藥苷含量基本呈上升趨勢，與其他研究報道的有機質與白芍中芍藥苷含量呈負相關[16]的結論不同，這還需在以后研究中繼續探索。

綜上，從兩種有機物料的綜合試驗效果看，同等施用量的風化煤處理略好于草炭處理，這可能與風化煤中所含有機質含量及營養成分含量較高有關；風化煤處理中以施用2000 kg/hm2效果最優，草炭處理中以施用2000 kg/hm2效果次之。

本研究中所用風化煤為未活化原料產品，后續研究中我們將對活化風化煤在赤芍栽培中的作用進行深入研究。