生物炭對浙貝母產量和品質及土壤理化性質的影響

張志明， 王斌， 楊生茂， 劉玉學*

(1.寧波市鄞州區農業技術推廣站,浙江 寧波 315100； 2.浙江省農業科學院 環境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

浙貝母又名大貝、象貝、元寶貝，為百合科植物，是“浙八味”中最主要的中藥之一[1]，用于風熱咳嗽、肺癰、痰核等多種病癥的治療[2]。浙貝母藥用有效成分是生物堿，其中貝母素甲和貝母素乙含量較高，是評價浙貝母有效成分的重要指標[3-4]。近年來，浙貝母主要產地寧波市鄞江鎮、龍觀鄉、章水鎮等地由于連作種植，造成土壤有機質含量下降，土壤結構退化，營養失調，病菌積累，植株枯萎病發病嚴重。土壤理化性質成為制約浙貝母生產的重要因素，因此，改善土壤物理結構，提高土壤有機質含量，促進肥料的利用率對于浙貝母生產越來越重要。生物炭是農作物秸稈、稻殼、竹木、畜禽養殖廢棄物等生物質在缺氧條件下進行高溫熱解而形成的一種富碳固體產物。生物炭通常可作為土壤改良劑，起到改善土壤孔隙結構、增加土壤碳庫貯量、增加對土壤養分持留、降低土壤養分淋失、提高砂質土壤持水量等作用，并在一定程度上促進土壤微生物活性。目前，關于生物炭應用于水稻、玉米、大豆以及各種蔬菜的研究已有大量報道[5]，對產量通常具有積極影響，但與生物炭種類和添加量直接相關。然而，關于生物炭對浙貝母產量和品質的影響尚未見報道。鑒于此，本研究選擇竹炭和稻殼炭為供試生物炭材料，通過田間種植試驗，研究生物炭種類和施用量對浙貝母產量及品質以及土壤理化性質的影響，為生物炭在浙貝母生產中的有效利用提供理論依據和數據支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2016年9月—2017年6月在寧波市章水鎮鄭家村進行。浙貝母種植田選擇質地疏松肥沃，排水良好，微酸性或近中性的砂質輕壤土種植。試驗前深翻土地25 cm，碎土耙平，作龜背形畦，畦寬連溝120 cm，溝寬25 cm，溝深20 cm。

供試浙貝母品種為浙貝1號，種貝從南通購買。

供試生物炭選用竹炭(BC)和稻殼炭(RC)，分別由竹子加工廢料和水稻殼在600 ℃條件下炭化所得。供試生物炭基本理化性質：稻殼炭pH 7.34，C 30.9%，H 2.21%，N 0.39%，O 66.5%，灰分52.7%，比表面積56.0 m2·g-1；竹炭pH 8.52，C 68.0%，H 2.93%，N 0.70%，O 28.4%，灰分14.4%，比表面積12.7 m2·g-1。

1.2 處理設計

田間試驗設置5個生物炭添加水平，分別為：0、5、10、15和30 t·hm-2。其中添加水平為0的生物炭處理即為對照，表示為CK；添加稻殼炭處理分別表示為RC5、RC10、RC15、RC30；添加竹炭處理分別表示為BC5、BC10、BC15、BC30。將不同生物炭按添加水平分別添加到不同試驗小區土壤中，通過翻耕與表層土壤(0～20 cm)混合均勻。小區面積7.5 m2(3 m×2.5 m)，每個處理3次重復，采用隨機區組設計。對浙貝母進行常規水肥管理。

1.3 樣品采集與指標測定

隨機測定各處理浙貝母副稈高度，生長后期調查浙貝母枯萎病發病率，收獲期記錄各處理浙貝母產量。采集每個試驗小區的土壤樣品，風干處理并充分混勻，過篩之后保存，用于分析土壤pH、全氮、有效磷、速效鉀，測定方法參考《土壤農化分析》。浙貝母生物堿含量測定方法參照相關文獻[6]，將浙貝母樣品烘干后粉碎，采用高效液相色譜儀進行生物堿含量分析。

1.4 數據處理

本研究采用DPS v7.05軟件對試驗數據進行單因素方差分析，LSD多重比較判斷處理間的差異顯著性，采用Excel進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 生物炭對浙貝母副稈高度的影響

生物炭對浙貝母副稈高度的影響如圖1所示。稻殼炭用量由5 t·hm-2增加到15 t·hm-2時，浙貝母副稈高度逐步增加，用量為15 t·hm-2時浙貝母副稈高度最大，為18.4 cm，較對照增加19.3%。當稻殼炭用量為30 t·hm-2時，浙貝母副稈高度較對照減少。隨著竹炭用量由5 t·hm-2增加到15 t·hm-2時，浙貝母副稈高度逐漸增高，當竹炭施用量為15 t·hm-2時，和對照相比浙貝母副稈高度增加。試驗結果表明，稻殼炭15 t·hm-2的施用量對浙貝母副稈高度增加效果最好。

圖1 生物炭對浙貝母副稈高度的影響

2.2 生物炭對浙貝母枯萎病發病率的影響

由圖2可知，對照浙貝母枯萎病發病率最高，為15.86%；稻殼炭用量為5 t·hm-2時，浙貝母枯萎病發病率最低，為12.61%，較對照下降；稻殼炭的用量為10和15 t·hm-2時，浙貝母枯萎病發病率分別為14.25%和14.18%，較對照下降。在浙貝母的種植土壤中添加竹炭，當竹炭添加量為10 t·hm-2時，浙貝母枯萎病發病率最低，為13.75%，較對照下降；竹炭用量為30 t·hm-2時，浙貝母枯萎病發病率為14.56%，較對照下降。試驗結果表明，稻殼炭5 t·hm-2的施用量時浙貝母的枯萎病發病率最低。

圖2 生物炭對浙貝母枯萎病發病率的影響

2.3 生物炭對浙貝母產量的影響

由圖3可知，稻殼炭由5 t·hm-2增加到15 t·hm-2，浙貝母的產量逐步增加，用量為15 t·hm-2時，浙貝母產量最高，每667 m2達到1 036.8 kg，較對照增產21.62%。當稻殼炭用量為30 t·hm-2時，浙貝母產量較對照減少。當竹炭添加量為10 t·hm-2時，每667 m2浙貝母產量為981.76 kg，較對照增加；隨著竹炭用量由10 t·hm-2增加到30 t·hm-2時，浙貝母產量逐漸降低；當竹炭施用量為30 t·hm-2時，和對照相比，浙貝母產量下降。

圖3 生物炭對浙貝母產量的影響

2.4 生物炭對浙貝母生物堿含量的影響

由圖4可知，對照的浙貝母生物堿含量最低，為0.146%；稻殼炭用量為5 t·hm-2時，浙貝母的生物堿含量為0.153%，較對照增加；隨著稻殼炭的用量逐步加大，用量為15 t·hm-2時，浙貝母中的生物堿含量最高，達到0.166%，較對照增加；當稻殼炭用量為30 t·hm-2時，浙貝母生物堿含量較對照減少。在浙貝母的種植土壤中添加竹炭，當竹炭添加量為5 t·hm-2時，浙貝母中生物堿含量增加；隨著竹炭用量由5 t·hm-2增加到30 t·hm-2時，浙貝母生物堿的含量逐漸降低。試驗結果表明，在2種生物炭處理中，稻殼炭15 t·hm-2的施用量對浙貝母的生物堿含量增加效果最好。

圖4 生物炭對浙貝母生物堿含量的影響

2.5 生物炭對浙貝母土壤理化性質的影響

表1可知，與對照相比，施用稻殼炭和竹炭均使浙貝母土壤pH值有所升高，且pH值的升高和生物炭施用量呈正相關，當竹炭用量達到30 t·hm-2時，浙貝母土壤pH最大，為6.64。稻殼炭和竹炭處理均使浙貝母土壤容重呈下降趨勢，并與添加量呈負相關，當竹炭用量達到30 t·hm-2時，浙貝母土壤容重下降幅度最大，為1.85 g·cm-3。稻殼炭和竹炭處理均使浙貝母地土壤全氮有所上升，當稻殼炭用量達到30 t·hm-2時，浙貝母土壤全氮含量最高，為0.27%。2種生物炭處理浙貝母地土壤速效鉀均有所上升，當竹炭用量達到30 t·hm-2時，浙貝母土壤速效鉀含量最高，達740.80 mg·kg-1。

表1 生物炭對浙貝母土壤理化性質的影響

3 討論

3.1 生物炭對浙貝母生長及品質的影響

副稈是浙貝母生長好壞的重要標志，副稈生長高度接近或超過主稈，形成的鱗莖就大，產量就高[7]。試驗結果表明，施用竹炭和稻殼炭可提高浙貝母副稈的高度，當施用稻殼炭15 t·hm-2時浙貝母副稈高度增加效果最好。施用竹炭和稻殼炭可降低浙貝母枯萎病發病率，當施用稻殼炭5 t·hm-2時浙貝母的枯萎病發病率最低，可能是由于施用竹炭和稻殼炭增加了浙貝母植株對肥料的吸收，提高了植株抗性。

浙貝母由于連作障礙、土壤肥力、無性繁殖等問題，導致其產量和品質下降，影響了浙貝母藥用療效[8]。因此，通過改良土壤、提高肥料利用率對于提高浙貝母產量和品質越來越重要。本試驗中浙貝母的產量隨著生物炭施用量的增加先升高后降低，在稻殼炭處理中，當用量為15 t·hm-2時，浙貝母產量最高，每667 m2達1 036.80 kg，較對照增產。浙貝母的藥用有效成分是生物堿，本試驗中浙貝母生物堿含量隨著竹炭和稻殼炭用量的增加先升高后降低，當施用稻殼炭15 t·hm-2時，浙貝母的生物堿含量較對照增加，效果最好。因此，對于提高浙貝母的產量和品質方面，本試驗中稻殼炭15 t·hm-2為最佳施用量。

3.2 生物炭對浙貝母土壤理化性質的影響

浙貝母在質地疏松肥沃，排水良好，微酸性或近中性的砂質輕壤土中生長最為適宜[9]，但砂質土壤保水保肥性能較差。生物炭具有高穩定性和強吸附性，可以增加對土壤養分的持留作用，降低土壤養分淋失，提高砂質土壤的持水量。因此，探明施用生物炭對浙貝母土壤理化性質的影響，對于研究生物炭在浙貝母生產中的應用效果具有重要意義。

土壤容重是表征土壤物理結構的重要指標之一，影響土壤養分的擴散及其吸收利用。施用竹炭和稻殼炭2種生物炭均不同程度降低了浙貝母土壤容重，這與劉玉學等[10]研究結果一致。土壤pH影響土壤有機質的分解速率，是影響浙貝母生產的重要因素。生物炭通常呈堿性，對土壤酸化具有明顯的改良效果。本研究中竹炭和稻殼炭均對浙貝母土壤pH產生一定程度的提高作用，且隨生物炭施用量的增加而提高。在生物炭施用量較高(30 t·hm-2)的條件下，浙貝母土壤全氮含量顯著增加，這與劉玉學等[10-11]研究結果一致。這主要是由于生物炭具有發達的孔隙結構和豐富的表面官能團，比表面積大，對土壤氮素起到吸附固持作用，降低氮磷等養分的徑流和淋溶損失。土壤速效鉀含量隨生物炭施用量的增加而增加，這可能是由于生物炭可以激發土壤中具有溶鉀作用的微生物活性，促進了土壤鉀素的溶解，也可能是由于生物炭將自身含有的鉀素帶入土壤中所致。

綜上所述，本研究結果表明施用適量生物炭可提高浙貝母的產量和品質，改良浙貝母土壤理化性質，對于指導生物炭在浙貝母生產實踐中的應用，提高浙貝母藥用價值，以及增加農戶經濟收益具有重要的現實意義。