椒參輪作緩解土壤酸化的效應(yīng)

魏丹 趙立 蔣靜怡 賀瀟宇 龐文生 胡娟

摘 要：目的：比較太子參與辣椒輪作前后土壤pH值和酚酸類物質(zhì)的變化，探討椒參輪作對(duì)土壤酸化的影響。方法：將風(fēng)干的土壤樣品與去除CO2的超純水按2∶5的比例混合均勻，檢測(cè)pH值;堿提酸沉后采用乙酸乙酯萃取法提取土壤樣品中酚酸類物質(zhì)，高效液相色譜法（HPLC）測(cè)定酚酸類物質(zhì)指紋圖譜。結(jié)果：太子參連作后，土壤pH值降低，酚酸類物質(zhì)增加;與辣椒輪作后，土壤pH值相對(duì)提高，且酚酸類物質(zhì)減少。結(jié)論：椒參輪作對(duì)太子參種植土壤酸化有一定的改善作用。

關(guān)鍵詞：太子參;輪作;酚酸;土壤酸化

中圖分類號(hào) S156.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2021）01-0127-04

The Effect of Rotation of Pepper and Pseudostellaria heterophylla on Reduces Soil Acidification

WEI Dan1 et al.

（1Fujian University of Traditional Chinese Medicine， Fuzhou 350122， China）

Abstract： Objective： To compare the changes of soil pH and phenolic acids before and after the rotation of pepper and Pseudostellaria heterophylla， and to explore the effect of pepper and Pseudostellaria heterophylla on soil acidification. Method： Air-dried soil samples and ultrapure water with CO2 removed at a ratio of 2∶5 to be evenly mixed， and the pH value was measured; After alkaline extraction and acid precipitation， the phenolic acids in the soil samples were extracted by ethyl acetate extraction method， high performance liquid chromatography method （HPLC） to determine the fingerprint of phenolic acids. Results： After continuous cropping of Pseudostellaria heterophylla， the soil pH decreased and the phenolic acids increased. Compared with the rotation of pepper and Pseudostellaria heterophylla， the soil pH increased relatively， and the phenolic acids decreased. Conclusion： The rotation of pepper and Pseudostellaria heterophylla has a certain improvement effect on soil acidification after planting Pseudostellaria heterophylla.

Key words： Pseudostellaria heterophylla; Rotation; Phenolic acid; Soil acidification

太子參系石竹科植物孩兒參[Pseudostellaria heterophylla（ Miq.） Pax ex Pax et Hoffm.]的干燥塊根，為益氣健脾、生津潤(rùn)肺的補(bǔ)虛藥[1]。作為福建道地藥材之一，太子參在寧德柘榮縣廣泛種植，是柘榮縣農(nóng)戶的主要收入來源。但太子參長(zhǎng)期種植會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的連作障礙，植株生長(zhǎng)發(fā)育不良，地下部分不能正常膨大。連作障礙不僅損害了當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)利益，也對(duì)中藥用藥安全產(chǎn)生了不良影響[2]。

太子參連作障礙的主要原因有土壤酸化、土壤中化感自毒物質(zhì)的富集、土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的改變等。土壤酸化會(huì)導(dǎo)致土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)比例失衡[3]，重金屬元素超標(biāo)，破壞根部細(xì)胞，影響作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，導(dǎo)致作物產(chǎn)量和品質(zhì)嚴(yán)重降低。土壤pH值和酚酸含量具有重要的負(fù)反饋機(jī)制，酸性環(huán)境利于酚酸類物質(zhì)的富集，同時(shí)酚酸類含量的增加導(dǎo)致土壤pH值下降[4]。太子參種植后，土壤pH值降低[5]，且酚酸類物質(zhì)含量明顯增加[6]，說明土壤酸化可能是導(dǎo)致太子參連作障礙的重要原因之一。因此，解決太子參連作障礙可以從緩解土壤酸化方面探索。目前，太子參多與水稻輪作[7]，種植水稻在田間大量注水的同時(shí)可能也稀釋了土壤中的酚酸物質(zhì)，緩解土壤酸化。作為太子參主產(chǎn)地之一的福建多山地，實(shí)現(xiàn)種植水稻所需水源條件較困難，故稻參輪作存在較大的局限性，尋找其他合適的輪作作物尤為重要。研究發(fā)現(xiàn)，辣椒在與其他作物輪作時(shí)可以提高土壤pH值，對(duì)土壤酸化有一定的改善作用[8]。為此，本研究選取辣椒作為太子參的輪作作物，通過對(duì)比椒參輪作前后土壤pH值和酚酸類物質(zhì)的變化，探討椒參輪作消減土壤酸化的效應(yīng)。

1 儀器與材料

1.1 儀器 Waters e2695高效液相色譜儀（2998二極管陣列檢測(cè)器、Empower數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，美國(guó)Waters公司）;AE240S型電子分析天平（梅特勒-托利多有限公司）;CN-V3-3003型電子計(jì)數(shù)天平（廈門巨林儀器有限公司）;KQ-500DV數(shù)控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）;Orbital shaker TS-1000型水平脫色搖床（海寧市其林貝爾儀器制造有限公司）;L550型大容量低速離心機(jī)（上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司）;FE28-Standard pH計(jì)（梅特勒-托利多儀器有限公司）;R-100旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（瑞士BUCHI公司）。

1.2 樣品 土壤樣品共47份，采集于福建省柘榮縣，詳細(xì)情況見表1。

1.3 試劑 對(duì)照品：原兒茶酸（批號(hào)：110809-201205，中國(guó)食品藥品檢定研究院）;香草酸（批號(hào)：110776-201503，中國(guó)食品藥品檢定研究院）;丁香酸（批號(hào)：MUST-16041910，成都曼思特生物科技有限公司）;香草醛（批號(hào)：100093-200804，中國(guó)食品藥品檢定研究院）;對(duì)香豆酸（批號(hào)：MUST-16060613，成都曼思特生物科技有限公司）;阿魏酸（批號(hào)：0773-9910，中國(guó)藥物生物制品檢定所）;苯甲酸（批號(hào)：100419-201302，中國(guó)食品藥品檢定研究院）;水楊酸（批號(hào)：100106-200404，中國(guó)藥物生物制品檢定所）。試劑：氫氧化鈉（批號(hào)：20160509，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），鹽酸（批號(hào)：190505，西隴科學(xué)股份有限公司）;乙酸乙酯（批號(hào)：181011，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）;冰醋酸（批號(hào)：20191005，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）;色譜級(jí)甲醇（批號(hào)：LOT194311，賽默飛世爾科技有限公司）。

2 試驗(yàn)方法

2.1 樣品采集 按5點(diǎn)取樣法和抖根法采集（空白、太子參、辣椒及輪作）土壤。去除細(xì)根、石塊等雜物，風(fēng)干，研磨，過三號(hào)篩，密封保存，用于檢測(cè)pH值以及酚酸類物質(zhì)。

2.2 pH值測(cè)定 參照中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土壤檢測(cè)》第二部分：土壤pH值的測(cè)定，對(duì)各類土壤pH值進(jìn)行酸堿度測(cè)定。稱取土壤樣品10.00g于50mL燒杯中，精密加入去除CO2的超純水25mL，攪拌1min，土粒均勻分散后靜置30min，進(jìn)行測(cè)定。以pH4.01（25℃）和pH6.08（25℃）標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液對(duì)pH計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)無誤后，將電極插入試樣混懸液中，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)燒杯，靜置片刻后，記錄pH值穩(wěn)定讀數(shù)。

2.3 酚酸類物質(zhì)HPLC圖譜測(cè)定

2.3.1 對(duì)照品溶液的制備 精密稱取原兒茶酸0.98mg、香草酸0.97mg、丁香酸1.01mg、香草醛1.24mg、對(duì)香豆酸1.28mg、阿魏酸0.97mg、苯甲酸0.98mg、水楊酸0.98mg，加甲醇溶解并配置成1mg/mL的混合對(duì)照品溶液。

2.3.2 供試品溶液的制備 稱取土壤樣品25.00g，置于500mL錐形瓶中。分別加入1mol/L NaOH溶液200mL，振蕩，超聲30min后，置于搖床上振搖（2h;speed：120）。離心后過濾，濾液用鹽酸調(diào)節(jié)pH至2.5，靜置過夜。離心后上清液轉(zhuǎn)移至500mL分液漏斗，加入200mL乙酸乙酯溶液萃取兩次，合并收集乙酸乙酯層。于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上蒸干，殘?jiān)?mL甲醇溶解定容。經(jīng)0.45μm微孔濾膜過濾，即得供試品溶液，進(jìn)行HPLC檢測(cè)。

2.3.3 色譜條件 色譜柱：SinoChrom ODS-BP C18（4.6mm×250mm，5μm）;檢測(cè)波長(zhǎng)：280nm;流速0.6mL/min;柱溫：30℃;進(jìn)樣量：10μL;流動(dòng)相A為色譜級(jí)甲醇，流動(dòng)相B為1%乙酸水溶液，0～17min（A，25%～25%），17～23min（A，25%～40%），23～45min（A，40%～40%），45～50min（A，40%～100%），50～55min（A，100%～25%）。

3 結(jié)果與分析

3.1 椒參輪作對(duì)土壤pH值的影響 如表2、圖1所示，土壤pH值由低至高依次為L(zhǎng)S、JS、SJ、LJ、K。K的pH值最高，為6.10，相較于K而言，太子參連作后土壤pH值下降1.59，辣椒連作后土壤pH值下降0.22;相較于LS而言，太子參-辣椒輪作后的土壤pH值分別上升0.36、0.31。

3.2 椒參輪作對(duì)土壤酚酸類物質(zhì)含量的影響 如表3、圖2所示，對(duì)土壤酚酸類物質(zhì)總峰面積由低至高依次為K、JS、LJ、SJ、LS。K的酚酸類物質(zhì)總峰面積最小，相較于K而言，LS中酚酸類物質(zhì)總峰面積較K增加19.98%，LJ中酚酸類物質(zhì)總峰面積較K增加14.63%;相較于LS而言，太子參-辣椒輪作后酚酸類物質(zhì)總峰面積分別降低1.20%、11.20%。

如圖3所示，對(duì)不同土壤樣品酚酸類物質(zhì)HPLC色譜圖進(jìn)行比較，K中各酚酸峰高最低;LS中香草酸、香草醛、對(duì)香豆酸和阿魏酸的峰高最高;連作后，LJ與LS相比各酚酸峰高較低;輪作后，JS和SJ較LS各酚酸峰高降低。

4 討論

通過對(duì)K、LS、LJ、SJ、JS 5個(gè)樣品組的土壤酚酸類物質(zhì)總峰面積和pH值的測(cè)定發(fā)現(xiàn)，土壤pH值隨酚酸類物質(zhì)總峰面積的增加而降低，大致成反比。相較于空白土壤而言，太子參連作后，土壤pH值降低，酚酸類物質(zhì)總峰面積增加，由此推測(cè)酚酸類物質(zhì)在土壤中的富集是導(dǎo)致土壤酸化的主要原因。

種植辣椒后土壤平均pH值為5.88，種植太子參后土壤平均pH值為4.51，椒參輪作后，土壤pH值在4.51～5.88，且酚酸類物質(zhì)減少，說明椒參輪作對(duì)調(diào)整土壤酸堿度具有一定的作用。實(shí)際種植中，發(fā)現(xiàn)2種作物輪作過程中均能正常生長(zhǎng)，不會(huì)出現(xiàn)減產(chǎn)，病蟲害嚴(yán)重的情況。綜上所述，太子參連作會(huì)導(dǎo)致酚酸類物質(zhì)在土壤中的富集，加劇土壤酸化。椒參輪作可以調(diào)節(jié)土壤酸堿度，對(duì)于土壤酸化具有一定的緩解作用，其存在理論與實(shí)際上的可行性。

參考文獻(xiàn)

[1]國(guó)家藥典委員會(huì).中華人民共和國(guó)藥典：2020年版[M].1部.北京：中國(guó)醫(yī)藥科技出版社，2015：69.

[2]林燕華，周春權(quán)，陳炬烽.太子參化感自毒作用的研究[J].中藥材，2019（04）：709-714.

[3]李志剛，王燦，楊建峰，等.連作對(duì)胡椒園土壤和植株中微量元素含量的影響及相關(guān)特征分析[J].熱帶作物學(xué)報(bào)，2017，38（12）：2215-2220.

[4]母媛，袁大剛，蘭永生，等.植茶年限對(duì)土壤pH值、有機(jī)質(zhì)與酚酸含量的影響[J].中國(guó)土壤與肥料，2016（04）：44-48.

[5]位小丫，林煜，陳婷，等.田間條件下植物促生細(xì)菌緩解太子參連作障礙的效果評(píng)價(jià)[J].生態(tài)學(xué)雜志，2018，37（02）：399-408.

[6]吳丹，趙立，龐文生，等.太子參根際土壤酚酸類自毒物質(zhì)的分析測(cè)定[J].中國(guó)民族民間醫(yī)藥，2017（24）：32-34.

[7]王毓光，黃冬壽.太子參-水稻輪作高效栽培技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)科技通訊，2009（12）：17-172.

[8]劇虹伶.辣椒-香蕉輪作聯(lián)合生物有機(jī)肥減輕高發(fā)枯萎病蕉園連作障礙機(jī)制研究[D].海口：海南大學(xué)，2017.

（責(zé)編：張宏民）