煤基肥對平遙岳壁山藥產量和品質的影響

王學府， 靳寧， 劉霞， 董光華*， 程永剛

(1.晉中職業技術學院，山西 晉中 030600； 2.山西能源學院 能源基地生態修復與綠色發展研究中心，山西 晉中 030600；3.山西農業大學 環境工程學院，山西 晉中 030800)

土壤改良是保障食品安全、環境安全的關鍵，增肥力、變緩效、低肥害是肥料的發展趨勢，煤基肥正是適應趨勢的一種土壤改良型肥料。山藥亦稱長山藥，是薯蕷科薯蕷屬多年生藤本植物[1]，其滋補營養價值備受藥學家、營養學家的推崇[2-3]，是優良的藥食同源良材[4]。長山藥是平遙國家地理標志產品[5]，但平遙山藥面臨重茬率高、土壤板結、標準化低[6-7]等諸多問題。風化煤富含腐殖酸[8-10]，且可改善土壤團粒結構，增加含氧官能團[11-12]，有益于作物根系生長[13-15]，增加作物產量[16-17]，改善作物外觀品質[18-19]，在農業生產中具有很大的應用前景[20-21]。前人對施用煤基肥的研究只針對產量、外觀表征等，同時對煤基肥的使用缺乏數據標準。本試驗對長山藥品質的諸多數量性狀進行研究[22]，根據目前種植地塊土壤基本情況、煤基肥的基本養分標準，利用相關、回歸等方法分析對長山藥品質的具體影響，通過試驗明確煤基肥的合理使用標準，為種植者提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗地點位于山西省平遙縣岳壁鄉岳北村山藥種植基地，屬溫帶大陸性季風半干旱氣候，四季分明，年平均氣溫10.6 ℃，年日照時數2 436 h，年無霜期158 d，年降水量415.5 mm，氣候條件適宜種植長山藥。供試材料為當地品種平遙岳壁山藥，經過統一消毒、曬種、藥劑浸種。施肥在定植前進行。煤基肥的制備采用不同比例的當地風化煤以及固定比例的生物活性菌、基肥混合。

試驗地土壤基本性狀，0～20 cm土層有機質36.23 g·kg-1，堿解氮112.34 mg·kg-1，速效磷135.42 mg·kg-1，速效鉀81.12 mg·kg-1，pH 7.23；20～40 cm土層有機質31.25 g·kg-1，堿解氮113.25 mg·kg-1，速效磷124.32 mg·kg-1，速效鉀81.35 mg·kg-1，pH 7.25。

供試煤基肥總養分3.45%，全氮0.69%，P2O30.33%，K2O 1.02%，有機質 60.91%，pH 7.99。

1.2 方法

本試驗采用隨機區組設計，設1個對照和3個處理，其對照(CK)只施基肥；處理1(T1)施基肥加4 000 kg·hm-2風化煤；處理2(T2)施基肥加8 000 kg·hm-2風化煤；處理3(T3)施基肥加12 000 kg·hm-2風化煤。對照和3個處理的基肥成分一致，施用量一致。每個處理3次重復，共12個地塊，每個地塊面積20 m2。山藥于2019年5月1日定植，栽培行距0.8 m，株距0.3 m，各區組管理方法相同。土樣采集嚴格按照經典取樣方法，委托檢測。

1.3 調查及測定

1.3.1 土壤基本性狀

土壤有機質測定采用高溫外熱氧化亞鐵滴定法；堿解氮測定采用改進的堿解蒸餾法；速效磷測定采用碳酸氫銨的方法；速效鉀測定用1 mol·L-1乙酸銨浸提后使用火焰光度法；pH測定采用電位法；有機質含量測定用酸鉀-硫酸外加熱法；總養分、全氮、P2O3、K2O等采用常規方法檢測。

1.3.2 山藥塊莖性狀和產量

收獲時每個小區隨機抽10株山藥觀察其塊莖的外觀性狀，測量塊莖長度和周長，稱量塊莖質量并計算其平均值，對小區實收產量進行平均值計算，并折合成公頃產量。

一等品山藥的塊莖外觀新鮮，個體間長短、粗細均勻，無機械損傷、畸形(塊莖分叉或彎曲)和缺陷，無黑斑，無明顯砂土附著物，長30 cm以上，直徑大于5.5 cm。

1.3.3 山藥營養品質

可溶性蛋白質含量以鮮樣采用考馬斯亮藍G-250染色法測定；可溶性糖以鮮樣采用蒽酮比色法測定；淀粉含量以干樣采用碘化鉀反應法測定；VB1、VB2含量采用熒光分光光度法測定；黏度采用旋轉黏度計測定；水分含量采用常壓干燥法測定。

2 結果與分析

2.1 對山藥塊莖性狀的影響

山藥塊莖的外形(如長度、粗度、均勻度，是否有畸形、蟲害、空心、黑斑等)是決定其商品品質的重要指標，在很大程度上決定了山藥的價格及其受歡迎程度。不同處理的平遙縣岳壁山藥塊莖外觀顏色和粗糙程度基本一致。與對照相比，3種處理的塊莖平均長度、平均周長、畸形率和一等品率均存在顯著性差異(表1)。處理2的山藥塊莖平均長度最長(49.5 cm)，且與處理1和處理3之間存在顯著性差異；處理2的山藥塊莖平均周長最大(17.1 cm)，與處理1和處理3存在差異但不顯著；3種處理之間山藥塊莖畸形率均存在顯著性差異，處理2的莖畸形率最低(24.5%)；處理2的山藥塊莖一等品率最高(55.9%)，與處理1和3有顯著性差異。施用煤基肥可以不同程度地提高山藥塊莖的平均長度、平均周長和一等品率，同時可以降低畸形率，其中以處理2的效果最佳。

表1 不同處理對山藥塊莖性狀的影響

2.2 對山藥產量的影響

單位面積產量是綜合反映土地生產能力和農業生產管理水平的重要指標。在確定植株數量的情況下，山藥的單位面積產量由單株所結塊莖的數量和單個塊莖質量決定，塊莖的數量越多，質量越大，產量就越高。但單株形成塊莖太多，往往降低塊莖質量，導致降低產量，嚴重影響其經濟價值。一般直徑小于3 cm(周長約10 cm)的山藥賣價很低[23]。因此，保證單個山藥塊莖的質量，才能實現高產優質。

3個處理與對照相比，山藥塊莖的平均質量、每小區平均總產量以及折合產量均有顯著性差異(表2)。處理2的塊莖平均質量最大(0.818 kg)，每小區折合產量最高，為33 270 kg·hm-2。與處理1和處理3相比，處理2的增產率最高(18.2%)。總之，施用煤基肥可以明顯提高平遙縣岳壁山藥的產量，特別是處理2的效果最顯著。

表2 不同處理對山藥產量的影響

2.3 對山藥品質的影響

水分是山藥品質的一項重要指標，水分過高不利于儲藏，并容易滋生病菌等微生物。對照處理的山藥塊莖含水量最高(80.4%)，與3個處理差異顯著性。3個處理山藥塊莖的含水量均顯著低于對照，其中處理2的含水量最低(74.7%)。3個處理間的山藥含水量差異不顯著。處理2可以降低山藥塊莖的含水量。

淀粉含量是山藥品質的重要指標之一，對山藥的產量有重要影響，淀粉含量越高，山藥的糯性越高，口感越綿軟。表3中3個處理與對照塊莖的淀粉含量均有顯著性差異；對照的淀粉含量最低(13.0%)；處理2的淀粉含量最高(17.4%)，比對照高出33.8%；處理2與處理1之間淀粉含量差異顯著；處理3的淀粉含量雖然高于處理1，但二者差異性不顯著。處理2更利于山藥塊莖中淀粉的積累。

表3 不同處理對山藥塊莖內含物的影響

可溶性糖不僅是高等植物光合作用主要初始產物轉運和暫時貯藏的主要形式，也是淀粉、蛋白質等物質合成的基礎原料[24]。由表3可知，3個處理的可溶性糖含量均低于對照；對照的可溶性糖含量最高(3.6%)，處理2的最低(2.01%)；且處理2和處理3的可溶性糖含量與對照差異顯著。可溶性糖含量的變化趨勢為CK>T1>T3>T2，與淀粉含量變化趨勢相反，這與溫國泉等[25]的研究相一致，淀粉質量分數與可溶性糖質量分數呈顯著負相關。

蛋白質是山藥塊莖中重要的營養成分之一。由表3可知，對照的蛋白質含量最低(2.02%)，處理2的最高(3.1%)；處理2的蛋白質含量與對照有顯著性差異；處理1和處理3的蛋白質含量與對照有差異但并不顯著。由此可知，處理2最有利于山藥塊莖中蛋白質含量的提高。

由表3可知，VB1含量的變化趨勢為CK

由表3可知，VB2含量的變化趨勢為T1

黏度也是山藥品質的一個重要指標，黏度與黏液質有關。黏液質是蛋白質和多糖的復合體，在該復合體中蛋白質占47.6%，多糖占52.4%，黏多糖占0.06%～1.09%，黏度越高，在一定程度上也說明該山藥的營養價值越高。如表3所示，對照的黏度最低(79.8%)，處理2的黏度最高(82.3%)，比對照高3.13%[26]；處理2的黏度雖然高于處理1和處理3，但不存在顯著性差異。由此可知，處理2更利于提高山藥塊莖的黏度，蛋白質和多糖的復合體更豐富。

2.4 長山藥塊莖內含物與煤基肥配比回歸方程

對長山藥塊莖內含物與煤基肥配比建立二次回歸方程模型，得到表4回歸方程。其中淀粉、蛋白質、可溶性糖、VB1、黏度等取得極大值時，煤基肥的配合比在7 800～8 500 kg·hm-2，這個數值與處理3最為接近。

表4 長山藥塊莖內含物與煤基肥配比回歸方程模型

3 小結與討論

研究認為，風化煤與基肥適當的配合比有利于長山藥淀粉、蛋白質含量的提高，其品質特性與煤基肥的施用量呈現拋物線關系，通過計算求得風化煤的用量為0.780～0.845 kg·m-2。風化煤不但能改變土壤的理化性質，促進植物的生長，而且其中的主要成分腐殖酸還能刺激植物分泌生長激素和分裂素[27-28]，提高山藥產量和單個塊莖的質量。本實驗不同比例的風化煤均有助于提高山藥的產量和塊莖品質，其中處理3風化煤的比例大于處理2，效果卻不如處理2，2個處理之間甚至存在顯著性差異。當風化煤比例高時，一方面會造成浪費，另一方面當養分超過一定閾值后，植物體會發生負效應[29-30]。因此，選用合適的煤基肥配比對提高山藥產量和塊莖營養成分的積累具有重要意義[31-32]。與對照組相比，3種煤基肥處理都能不同程度的提高山藥產量和品質。山藥的產量和品質隨風化煤比例的增加呈拋物線變化，即隨著風化煤比例的增加，山藥產量和品質的提高先增加，當達到最大值時，又有所下降[33-34]。這與劉增照等和李興杰等[35-36]的研究結果相一致。綜合所述，認為處理2較為接近理想煤基肥配合比，且通過模擬方程得到煤基肥的配合比在7 800～8 750 kg·hm-2時，有利于淀粉、蛋白質、可溶性糖、VB1、黏度取得最大值。