生物有機肥用量對地黃生長和土壤養分的影響

高 添，王 琰，孫 凱，姜慧慧，齊瑞玲，任秀娟，王 菲，劉 星，袁敬平，張 影，申長衛*

（1.河南科技學院資源與環境學院，河南 新鄉 453003；2.河南科技學院園藝園林學院，河南 新鄉 453003）

地黃（Rehmannia glutinosa），又名生地黃，懷慶地黃和地髓等，為玄參科地黃屬多年生草本植物，因其地下塊根多呈現黃白色而得名，分布范圍較為廣泛，以其新鮮/干燥塊根或其炮制品入藥，分別稱為鮮地黃、生地黃和熟地黃，具有清熱涼血、養陰生津、補血滋陰及益精填髓之功效［1］。地黃是河南四大懷藥之一，我國傳統的大宗藥材。據統計，在中藥材進出口，中成藥以及保健品市場中地黃占據著重要地位［2］。隨著中藥材的國際化與現代化，地黃的需求量越來越大，種植前景也越來越好。但由于各地氣候以及水土等條件差異過大，地黃極易出現品種退化、功效降低、病蟲害嚴重等情況，嚴重威脅地黃的生產，引起產量下降，質量降低［3-4］，種植效益低下［5］等問題。

長期的作物種植生產實踐證明，作物品質受到種質和環境的雙重影響，而土壤是影響作物生長發育的主要環境之一，施用生物有機肥可以有效改善作物的生長環境，提高產量并改善品質。有研究表明施用生物有機肥，能夠為土壤帶入大量活的有益功能菌，抑制其他有害菌的生長，調控土壤微生物區系，改善土壤生物活性［6-9］，并且有利于土壤養分的轉化和自我修復［10］。另外，也可改善作物品質［11］，增強植株抗逆抗病性，促進根系建成，協調作物營養的均衡供養［12-14］。柳玲玲等［8］發現施用生物有機肥對鉤藤的營養吸收、產量及土壤的理化性質均有顯著的改善效果。在蘋果［6］、春茶［7］、馬鈴薯［9］、辣椒［13］等研究中也證實了生物有機肥可以改善作物品質，提高產量；而且在植株的抗逆抗病性、吸收養分等方面也有較好的影響，但是生物有機肥在藥用植物地黃上的應用卻鮮有報道。本研究以當地常規施肥為對照，施用不同量的生物有機肥，通過研究生物有機肥對地黃生長指標、養分積累、根際和非根際土的養分含量的影響，分析影響地黃產量的因素，以期為生物有機肥在地黃栽培中的應用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年4月在新鄉市鳳泉區丘騰種植專業合作社進行，選用懷地黃為供試材料。該區域屬于典型的暖溫帶大陸性半干旱季風型氣候，四季分明。該地區年平均氣溫為14.0℃，年均降水量為617.8 mm，試驗前土壤養分狀況：pH值8.52、有機質1.70%、全氮0.11%、有效磷39.40 mg/kg、速效鉀161.80 mg/kg。土壤類型為石灰性潮土。

1.2 試驗設計

試驗共設置4個處理，其中T1處理為當地農民常規施肥，T2處理為施用1500 kg/hm2的生物有機肥（有效活菌數≥0.2億/g；有機質40%；N-P2O5-K2O：3.52-5.44-0.78），T3處理為施用3000 kg/hm2的生物有機肥，T4處理為施用4500 kg/hm2的生物有機肥。T1處理具體施肥情況：年前（2017年12月）底肥：15-15-15復合肥2250 kg/hm2；幼苗期（2018年4～6月）15-15-15復合肥750kg/hm2；盤棵期（2018年6～7月）15-15-15復合肥750 kg/hm2；塊根膨大期（2018年7～9月）15-15-15復合肥1050 kg/hm2，過磷酸鈣375kg/hm2。其他3個處理的化肥施用量與T1處理相統一。T2、T3和T4處理中生物有機肥于播種期（2018年4月上旬）在地黃塊根底部集中施用。每個處理分別設置3個重復小區，每個小區面積均為32 m2（3.2 m×10 m）。小區畦寬3.2 m，畦四周起埂，埂高30 cm，按株距20 cm、行距25 cm栽種。

1.3 樣品采集與處理

取樣時期：地黃成熟期時（12月左右）。取樣方法：每個小區隨機取5株地黃，并按照地上部葉片和地下部塊根分為兩部分，清洗干凈，裝入自封袋中，帶回實驗室，在烘箱中于105℃殺青30 min，轉至70℃烘干至恒重，烘干之后的地黃樣品用粉碎機進行粉碎，裝入自封袋，待養分測定。待地黃集中采收時，準備好游標卡尺、卷尺、電子稱等測量儀器，每個重復小區隨機抽取5株進行單株塊根數、總株數、主根根長、主根根粗、最大塊根質量和最小塊根質量等性狀的測定，同時測定每個小區的產量以及地黃塊根的品質。

土壤非根際土的采集：用土鉆取0～20 cm土壤樣品，作為供試土樣。每個小區取5個樣點，混合均勻，作為一個重復。土壤根際土的采集：采用抖根法，即用鏟子挖出完整地黃塊根，用力抖動去除塊根表面疏松土壤，再用刷子刷取緊貼地黃塊根表面的土壤（50 g/株）作為根際土壤。取得土壤樣品后，挑出土壤中石塊和動植物殘體，風干，研磨，分別過1和0.25 mm篩，用于土壤養分的測定。

1.4 測定指標與方法

品質指標測定：地黃塊根可溶性糖含量采用硫酸-蒽酮比色法測定；地黃塊根可溶性蛋白的含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定。養分指標測定：植株中全氮含量采用H2SO4-H2O2消煮-AA3流動分析儀測定；植株中全磷含量采用H2SO4-H2O2消煮-鉬銻抗比色法測定；植株中全鉀含量采用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度法測定；植株中微量元素采用HNO3-HClO4消煮-ICP進行測定；土壤樣品pH值采用電位法測定；土壤全氮采用硫酸消化-半微量凱氏定氮法測定；土壤有機質采用外加熱重鉻酸鉀容量法測定；土壤有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；土壤速效鉀采樣醋酸銨浸提-火焰光度法測定［15］。

1.5 數據分析

使用SPSS 18.0分析軟件和Excel 2010對數據進行分析，其中方差分析中P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 生物有機肥用量對地黃生長指標的影響

2.1.1 地黃單株塊根數和總株數

由圖1可知，與T1處理相比，T2、T3和T4處理下的地黃單株塊根數存在顯著性差異。隨著有機肥用量的增加，地黃的單株塊根數呈現出逐漸增加的趨勢，T2、T3和T4處理相比T1處理下的地黃單株塊根數分別顯著提高92.71%、175.00%和229.16%。

由圖1可知，與T1處理相比，T2處理下的地黃總株數無明顯差異，T3和T4處理下的地黃總株數存在顯著差異。相比T1處理，T3和T4處理下的地黃總株數分別顯著降低27.84%和34.54%。T2、T3、T4處理中隨著生物有機肥用量的增加，地黃的總株數呈下降趨勢，說明施用生物有機肥能提高地黃產量，但小區單株數有所降低。

2.1.2 地黃主根根長和根粗

由圖2可知，與T1處理相比，T2、T3和T4處理下的地黃主根根長無明顯差異。隨著生物有機肥用量的增加，地黃的主根根長無顯著變化。與T1處理相比，T2和T3處理下的地黃主根根粗無明顯差異，T4處理下的地黃主根根粗存在顯著差異，T4處理相比T1處理下的地黃主根根粗增加10.75%。隨著生物有機肥用量的增加，地黃的主根根粗有增加的趨勢。

2.1.3 地黃主塊根質量

由圖3可知，與T1處理相比，T3和T4處理下的地黃最小塊根質量無顯著性差異，T2處理下的地黃最小塊根質量存在顯著差異，T2處理相比T1處理下的地黃最小塊根質量顯著降低40.00%。隨著生物有機肥用量的增加，地黃最小塊根質量呈先下降后上升的趨勢，在T2處理下，地黃的最小塊根質量最小，T4處理下地黃最小塊根質量最大。

與T1處理相比，T2處理下的地黃最大塊根質量無顯著性差異，T3和T4處理與T1處理下的地黃最大塊根質量存在顯著性差異，分別顯著增加23.17%和31.71%。隨著生物有機肥用量的增加，地黃最大塊根質量呈上升趨勢，在T4處理下地黃最大塊根質量達到最大，T2處理時地黃最大塊根質量最小，T2處理相比T4處理下的地黃最大塊根質量顯著降低19.44%。總體來看，施用生物有機肥可以提高地黃最大塊根質量。

2.1.4 地黃實際產量

由圖4可知，與T1處理相比，T2、T3和T4處理下的地黃實際產量顯著增加。隨著生物有機肥用量的增加，T2、T3和T4處理相比T1處理下的地黃實際產量分別顯著增加81.67%、109.58%和122.12%。其中T4處理下地黃的實際產量最大，T2處理時地黃的實際產量最低，T2處理相比T4處理下的地黃實際產量顯著降低18.21%。

2.1.5 地黃品質指標

由圖5可知，與T1處理相比，T2、T3和T4處理下地黃可溶性糖的含量顯著增加。隨著生物有機肥用量的增加，地黃可溶性糖的含量逐漸增加，相比T1處理，T2、T3和T4處理下地黃可溶性糖的含量分別顯著提高12.18%、19.95%和22.57%。與T1處理相比，T2、T3和T4處理下可溶性蛋白的含量差異不顯著。

2.2 生物有機肥用量對地黃塊根養分積累量的影響

與T1處理相比，T2、T3和T4處理下的地黃塊根養分在大量元素全氮、全磷和全鉀積累量方面存在顯著差異。由表1可知，隨著有機肥用量的增加，地黃塊根大量元素積累量逐漸增加，特別是磷元素積累量增加最為顯著。T2、T3和T4處理下地黃養分與T1處理在中量元素全鈣和全鎂積累量方面存在顯著差異，隨著有機肥用量的增加，地黃塊根中全鈣和全鎂積累量逐漸下降。此外，T2處理下的地黃塊根養分在微量元素鐵、錳和鋅積累量方面與T1處理無顯著差異，然而T3和T4處理下的地黃塊根養分在微量元素鐵、錳和鋅積累量方面存在顯著差異，隨著有機肥用量的增加，地黃塊根養分在微量元素銅元素積累量方面呈現出先下降再上升的趨勢。

表1 生物有機肥用量對地黃塊根養分積累量的影響

2.3 生物有機肥用量對地黃根際土和非根際土pH值的影響

由圖6可知，T2、T3和T4處理下地黃非根際土的pH值相對T1處理都有所上升。隨著有機肥用量的增加，地黃非根際土的pH值呈現出先上升再下降的趨勢。在T2處理下地黃非根際土的pH值為8.60，相對T1處理增加9.83%。T3和T4處理地黃非根際土的pH值分別為8.48和8.25。在根際土中，T2、T3和T4處理下地黃根際土的pH值與T1處理相比都有所下降，T2、T3和T4處理相對T1處理pH值分別降低2.79%、2.31%和2.03%。

2.4 生物有機肥用量對地黃根際土和非根際土有機質含量的影響

在非根際土中，T1、T2、T3和T4處理下的地黃非根際土有機質的含量無顯著變化（圖7）。然而，在根際土中，隨著有機肥用量的增加，地黃根際土有機質含量呈現出上升趨勢，T2、T3和T4處理的有機質含量比T1處理分別增加了4.51%、7.49%和9.30%。

2.5 生物有機肥用量對地黃根際土和非根際土全氮含量的影響

在非根際土中，T1處理與T2處理下的地黃非根際土全氮含量無顯著差異，但T3和T4處理下的地黃非根際土全氮含量相對T1處理顯著提高，且隨著有機肥用量的增加，地黃非根際土全氮含量呈現上升的趨勢。從圖8可知，T4處理下地黃非根際土全氮含量為0.11%，相對T1處理增加了146.09%。在根際土中，不同處理下地黃根際土全氮含量無顯著差異。

2.6 生物有機肥用量對地黃根際土和非根際土有效磷含量的影響

在地黃非根際土中，T2、T3和T4處理與T1處理下的有效磷含量存在顯著性差異，隨著有機肥用量的增加，地黃非根際土有效磷含量呈現上升的趨勢（圖9），T4處理下地黃非根際土有效磷含量最高（18.51 mg/kg），相比T1處理地黃非根際土有效磷含量增加了98.39%。在地黃根際土中，隨著有機肥用量的增加，地黃根際土有效磷含量呈現出緩慢上升的趨勢。與T1處理相比，T2和T3處理下的地黃根際土有效磷含量無顯著變化，而T4處理下的地黃根際土有效磷含量增加109.43%。

2.7 生物有機肥用量對地黃根際土和非根際土速效鉀含量的影響

由圖10可知，與T1處理相比，T2、T3和T4處理下的地黃非根際土速效鉀含量差異不顯著。隨著有機肥用量的增加，地黃根際土速效鉀含量呈現上升的趨勢。與T1處理相比，T2和T3處理下的地黃根際土速效鉀含量差異不顯著，但T4處理下地黃根際土速效鉀含量存在顯著差異，顯著增加14.10%。

3 結論與討論

生物有機肥是藥用植物提質增效的有力保障。生物有機肥是有機物料和微生物的有機結合體，其養分種類豐富，以微生物活動來改善土壤生態環境從而產生特定肥效的新型產品，已成為重要的土壤特效肥源。有研究表明生物有機肥可以顯著提高藥用植物生姜、人參、白術和川麥冬等藥材產量和品質［16-19］。地黃在生長過程中地上部分光合速率對地下部塊根的形成起著重要的作用，已有研究表明，生物有機肥的增施能有效地提高地黃的塊根形成期及塊根膨大期的光合速率，從而提高塊根鮮重及地黃產量［20］，這與羅興錄等［21-22］和韋茂貴等［23］研究的結果相一致，他們認為生物有機肥能提高葉片葉綠素含量和光合強度，促進塊根生長，進而提高地黃產量。本研究也發現，與當地農民習慣性施肥相比，生物有機肥的施用能顯著增加地黃塊根鮮重、產量以及可溶性糖含量，并且隨著生物有機肥用量的增加，地黃的產量和可溶性糖含量也隨之增加。

生物有機肥中營養豐富，富含有益微生物，能夠為植物提供充足養分。生物有機肥的增施能有效提高地黃根系活力，增加根系物質積累［24］。這與姜蓉等［25］和鄭少玲等［26］研究的結果一致，配施有機肥能顯著促進植株養分的吸收、累積、轉運以及提高了向生殖器官的分配。地黃在膨大后期對養分的需求急劇上升，尤其是大量元素（氮、磷和鉀），其中對磷元素的需求最大，本研究發現T4處理下塊根中全磷的積累量高于全氮和全鉀的積累量。從基礎土樣中可以知道，土壤中有效磷的含量偏低，地黃后期對磷的需求較大，因此生物有機肥用量的增加有利于塊根的膨大，增加地黃根系養分積累，從而增加產量。生物有機肥對土壤重金屬含量的降低有影響，減少對作物的危害，對維持土壤中有益微生物菌群起到重要作用［27］。本研究發現塊根中微量元素鐵、錳和鋅的積累量隨著施肥量的增加而降低。

生物有機肥的增施能有效促進作物周圍微生物大量繁殖，發揮自生固氮或聯合固氮溶解土壤中難溶化合物供給作物吸收，增加土壤向作物提供營養的能力，促進作物生長［28］。孔濤等［29］認為追施有機肥不同程度提高土壤有機質、全氮、有效磷的含量及根系生物量、根系分泌物，增加土壤養分。本研究也發現，與當地農民習慣性施肥相比，生物有機肥的施用能降低根際土壤pH，提高土壤養分有效性，從而促進地黃根系對養分的吸收利用，達到增加產量的效果。

生物有機肥的施用一方面能為地黃提供營養，更重要的是生物有機肥作為有益微生物的載體，可以調整土壤微生物群落結構，改善土壤生物環境，促進養分的釋放，從而培肥地力［30］。本研究表明施用生物有機肥對地黃塊根有促生效果，當施用量為4500 kg/hm2時，可以提高地黃塊根產量和品質，有利于地黃大量元素的積累。但是從中微量元素積累量來看，生物有機肥與化肥按一定比例配施，才能獲得高產優質的地黃。