不同坡向對白術根際土壤養分及產質量的影響

羅蓉曹國璠李金玲張猛雷琳琳

(1.貴州大學農學院，貴州 貴陽 550025；2.貴州省藥用植物繁育與種植重點(工程)實驗室，貴州 貴陽 550025)

白術(Atractylodes macrocephalaKoidz.)為菊科多年生草本植物，以根莖入藥[1]。白術含有豐富的蒼術酮、蒼術醇、白術內脂、多糖及多種營養元素，具有促進腸胃運動、調節機體免疫功能、延緩衰老、降低血糖等藥理作用[2，3]。白術為忌連作類中藥材，在同一地塊上連續種植，會導致土壤pH值下降，部分酶活性降低，土壤養分失調、理化性質劣變，根際微生物量減少，土傳性病蟲害加劇，植株死亡率增高，產量降低，品質變差[4，5]。探尋新的栽培技術成為解決該問題的途徑之一。然而，目前白術的研究主要集中在臨床藥理[6，7]、化學成分[8，9]、測定方法[10，11]、提取工藝[12，13]等方面，對白術高產優質栽培技術的研究鮮見報道。坡向是指坡面法線在水平面上投影的方向[14]，是植物外部環境生長的重要地形因子之一，對于植物生長發育所需光照和雨水的再分配起關鍵作用，能夠改善和營造局部小氣候，植物對坡向的適應性可以更好地揭示植物的生長規律[15]。因不同坡向接受日照的時長和太陽輻射強度不同，導致溫度、光照、水分、土壤質地等環境因子有差異，從而影響植物的生長發育[14，16]。因此，深入研究不同坡向種植對中藥材生長狀況的影響具有重要意義。本試驗通過研究不同坡向種植對白術根際土壤養分及其產質量的影響，分析土壤養分含量的差異，探討白術產質量與土壤養分的相關性，為探尋栽培新途徑、解決白術栽培用地限制及白術優質高產種植提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于貴州省黔東南州錦屏縣敦寨鎮龍池多彩田園(東經109°23′，北緯26°46′)，該地屬中亞熱帶濕潤季風氣候，氣候溫和、雨量充沛、干濕分明且雨熱同季。年均降水量1 307 mm，年均氣溫16.4℃，年均日照時長1 000 h以上，年均無霜期320 d。試驗地為平緩坡地，沙壤土，土質疏松、通氣透水性好。各坡向土壤理化性狀見表1。

表1 各坡向土壤理化性狀

1.2 試驗設計及方法

試驗采用一年生無病蟲害且外觀完整、帶芽的白術健壯種莖作為栽培材料，選取東坡(east，E)、南坡(south，S)、西坡(west，W)、北坡(north，N)4個坡向進行種植。每塊試驗地坡度相同，且都處于山坡的上部。隨機區組排列，重復3次。小區面積為20 m2。

于2019年12月種植，行株距為25 cm×20 cm。供試肥料及用量:尿素300 kg/hm2(N 46%，50%基施，50%于2020年6月追施)、鈣鎂磷肥250 kg/hm2(P2O512.0%，100%基施)、硫酸鉀200 kg/hm2(K2O 52.0%，50%基施，50%于2020年6月追施)。田間管理方式一致。

1.3 樣品采集

于2020年11月白術地上部分開始枯萎時進行采樣。采用五點取樣法對不同坡向試驗地白術根際土壤取樣并編號，重復3次。將土樣陰干、研磨分別過2.00 mm和0.149 mm篩后用以測定土壤pH值、有機質、全氮、全磷、全鉀、有效磷、速效鉀和堿解氮等；將不同坡向種植的白術采挖并分別稱重，計算產量。隨機挑選每個坡向種植地中白術10株，3次重復，帶回實驗室后洗凈留下塊根，將樣品65℃恒溫烘干至恒重，打粉，備用。

1.4 測定方法

土壤養分指標參照鮑士旦[17]的方法進行測定。pH值用電位法測定，有機質(SOM)用重鉻酸鉀容量法測定，全氮(TN)用硫酸消化法測定，堿解氮(AN)用堿解擴散法測定，全磷(TP)用硫酸-高氯酸消煮法測定，有效磷(AP)用碳酸氫鈉法測定，全鉀(TK)用NaOH熔融-火焰光度計法測定，速效鉀(AK)用醋酸銨-火焰光度計法測定。

白術藥材水分、總灰分、醇溶性浸出物含量參照《中華人民共和國藥典》(2015年版)(下文簡稱《中國藥典》)[1]的方法測定。水分按通則0832第二法測定，灰分按通則2302方法測定，浸出物按通則2201熱浸法測定。

1.5 數據分析

試驗數據采用SPSS 21.0軟件進行統計分析，差異顯著性檢驗采用Duncan’s法，采用Origin 2021軟件進行繪圖。采用隸屬函數對各指標進行綜合評價。

2 結果與分析

2.1 白術根際土壤養分對不同坡向的響應

由表2看出，各坡向白術根際土壤養分之間存在顯著性差異。東坡、南坡、西坡、北坡土壤pH值分別為4.92、5.27、5.06、5.16，南坡pH值明顯高于其他坡向，其中南坡與東、西坡差異達顯著水平。土壤有機質含量高低依次為西坡＞南坡＞北坡＞東坡，西坡有機質含量顯著高于東、南、北坡，分別高67.44%、22.86%、30.96%。南坡、西坡、北坡的全氮含量無顯著差異，但均顯著高于東坡，分別比東坡高34.45%、49.58%、38.66%。土壤堿解氮含量表現為南坡＞西坡＞北坡＞東坡，各坡向之間差異均達顯著水平。土壤全磷含量依次為北坡＞西坡＞東坡＞南坡，北坡顯著高于東、南、西坡，分別高37.50%、39.44%、13.79%。土壤有效磷含量北坡最高，顯著高于東、南、西坡，且后三者之間差異均不顯著。土壤全鉀含量表現為南坡＞東坡＞西坡＞北坡，而土壤速效鉀含量表現為北坡＞西坡＞南坡＞東坡，北坡顯著高于其他坡向，南坡與西坡無顯著差異，但均顯著高于東坡。

表2 不同坡向土壤養分的比較

2.2 白術產量和品質對不同坡向的響應

由表3看出，各坡向種植地白術產量差異較大，依次為西坡＞南坡＞東坡＞北坡，西坡與南坡之間無顯著差異，但均與東坡和北坡有顯著性差異，西坡產量分別比東坡、北坡高20.55%、29.29%，南坡產量分別比東坡、北坡高20.09%、28.80%。浸出物含量高低順序為西坡＞東坡＞南坡＞北坡，含量均高于35.00%，達到了《中國藥典》標準的要求。各坡向下白術水分含量無顯著性差異，均低于15.00%，達到了《中國藥典》標準的要求。各坡向灰分含量差異顯著，《中國藥典》中要求白術灰分不超過5.00%，其中，南坡和北坡不符合要求，而東坡和西坡滿足要求，且東、西坡間灰分含量無顯著差異。

表3 不同坡向白術產量和品質的比較

2.3 隸屬函數綜合評價及相關性分析

采用隸屬函數模型對各坡向處理的白術產量、浸出物、水分、灰分、土壤養分共12個指標進行綜合分析(表4)，結果顯示，各坡向處理下各指標隸屬函數平均值分別為:0.52、0.54、0.55、0.49。西坡處理的均值最大，該坡向對白術各指標的影響作用最強；北坡向對白術各指標的影響作用最弱。因此，西坡為適宜白術生長的最佳坡向。

表4 白術各指標隸屬函數值

白術產質量與土壤養分相關性結果(圖1)表明，白術產量與其浸出物、水分、有機質、堿解氮均呈極顯著正相關，相關系數分別為0.48、0.46、0.64、0.75；產量與全氮呈顯著正相關，與全磷、有效磷呈顯著負相關。浸出物與灰分、有效磷呈極顯著負相關，相關系數分別為-0.49、-0.53，與速效鉀之間存在顯著負相關。水分與全鉀、堿解氮分別呈顯著或極顯著正相關，相關系數分別為0.37、0.48。灰分與pH值呈顯著正相關，與堿解氮、有效磷、速效鉀之間呈極顯著正相關，相關系數分別為0.48、0.64、0.55。土壤pH值與全氮、堿解氮呈顯著正相關，與速效鉀呈極顯著正相關。土壤有機質與全氮、堿解氮、速效鉀均存在極顯著正相關，相關系數分別為0.78、0.55、0.46。土壤全氮與全磷呈顯著正相關，與全鉀呈極顯著負相關；全氮與堿解氮、速效鉀呈極顯著正相關。土壤全磷分別與全鉀、速效鉀呈極顯著負相關、極顯著正相關，相關系數分別為-0.57、0.62；全磷與有效磷之間存在顯著正相關。土壤全鉀與速效鉀之間存在極顯著負相關，相關系數為-0.52。土壤有效磷與速效鉀之間呈極顯著正相關，相關系數為0.48。

圖1 白術產質量與土壤養分相關性熱圖

3 討論

土壤養分組成是植物外部環境中重要的影響因子，對植物生長至關重要，植物的光合作用、礦質代謝等過程與土壤養分供應狀況關系密切[18，19]。坡向是山地主要地形因子之一，坡向的變化主要會引起太陽輻射量的變化[20]，這將間接導致土壤微環境因子的變化，從而影響植物的生長[21]。土壤pH值是反映土壤酸堿度的指標，它影響植物生長、土壤微生物的活動、酶活性和土壤的肥力狀況[22]。有研究表明6.5～7.5是最佳土壤pH值范圍[23]，本研究中土壤pH值均小于6.5，偏酸性。土壤有機質是評價土壤肥力的重要指標之一，也是影響土壤結構、土壤保水保肥、供肥性、養分有效性和土壤通氣性等理化性狀的關鍵因子[24，25]。土壤肥力和養分循環受土壤有機質的影響[26]。本研究中西坡的有機質含量顯著高于其他坡向。且東坡的有機質含量最低。土壤全氮、堿解氮含量是衡量土壤氮素供應狀況的重要指標，在一定程度上影響植物的生長發育[27]。本研究結果表明，全氮、堿解氮含量均在南坡含量較高，顯著性較強，可能是因為南坡為陽坡，太陽輻射最強，土壤溫度較高，有利于氮素轉化。磷素是植物體內核酸、蛋白質等多種化合物的組成元素，是植物生長的主要營養元素之一[28]。本研究結果顯示全磷、有效磷含量均在北坡最高。有研究表明，與陽坡(南坡)相比，陰坡(北坡)可接收到太陽輻射量少，地表溫度相對較低，土壤含水量和土壤緊實度較高，土壤水分蒸發量小，且磷在土壤中的存在形式不易淋溶[29，30]，這可能是本研究中全磷和有效磷含量在北坡最高的原因。鉀素對植物光合作用及光合產物的運輸有顯著影響[31]。本試驗結果顯示，全鉀含量在南坡最高，北坡最低；而速效鉀含量在東坡最低，北坡最高。土壤中養分因為坡向不同而存在差異，這與張興昌[32]、陳正興[33]等的研究結果一致。朱云云等[34]研究發現坡向對土壤速效養分分布狀況具有較強烈的影響，本研究結果中堿解氮含量大小表現為南坡＞西坡＞北坡＞東坡，且各坡向下含量有顯著差異，而有效磷和速效鉀含量在北坡最高且顯著高于其他坡向，不同方向坡地的土壤速效養分含量差異顯著，這與前人研究結果相似[35]。

土壤養分在作物生長過程中起著不可或缺的作用，均衡的養分供給可以保證作物的生長發育，提高作物產量和品質[36]。本研究結果顯示，西坡白術產量最高，南坡次之，北坡最低?？赡苁且驗槲髌峦寥鲤B分較為均衡，有利于白術對養分的吸收，促進白術生長，從而提高產量。根據《中國藥典》(2015版)規定，浸出物不得少于35.0%，水分不得超過15.0%，灰分不得超過5.0%。本研究結果顯示，各坡向浸出物、水分均滿足規定，而灰分含量只在東坡和西坡達到標準。

相關性分析結果表明，白術產質量與土壤養分間的相關性較強。白術產量與有機質、堿解氮呈極顯著正相關，與全氮呈顯著正相關，與全磷、有效磷之間呈顯著負相關；浸出物與有效磷呈極顯著負相關，與速效鉀呈顯著負相關。水分與全鉀之間存在顯著正相關，與堿解氮呈極顯著正相關；灰分與pH值之間存在顯著正相關，與堿解氮、有效磷、速效鉀之間呈極顯著正相關。

4 結論

本試驗分別于東、南、西、北坡種植白術，研究表明坡向對土壤養分和白術產質量的影響較大，土壤養分與白術產質量間的相關性較強。4個坡向中，西坡種植白術產量品質最優，因此推薦在西坡地種植白術，有利于提高白術的產量和品質。