有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)湖北貝母生長(zhǎng)及土壤性質(zhì)的影響

摘要：為探究有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)湖北貝母生長(zhǎng)及品質(zhì)的影響，以湖北貝母為研究對(duì)象進(jìn)行大田試驗(yàn)，設(shè)置單施化肥（CK）和有機(jī)肥氮分別替代10%（T1）、20%（T2）、30%（T3）、40%化肥氮（T4）5種處理，分析不同處理下湖北貝母形態(tài)、生理特性、產(chǎn)量、品質(zhì)以及土壤理化性質(zhì)。結(jié)果表明，湖北貝母的莖粗、總鮮重和產(chǎn)量在T4處理下均達(dá)到最大值，與CK相比分別顯著提高60.13%、69.46%和106.96%。與CK相比，T1～T4處理均能顯著提高葉片SPAD值，增幅為64.62%～93.05%； T3和T4處理的土壤pH有顯著提高。相較于CK，脲酶、蔗糖酶活性在T3處理下分別提高47.17%、19.06%，且顯著高于其他處理；堿性磷酸酶活性在T1和T2處理下均顯著高于CK，增幅分別為131.63%和306.44%。T1～T4處理的黃酮含量顯著低于CK。T2～T4處理下，湖北貝母可溶性蛋白和總生物堿含量均顯著低于CK，降幅分別達(dá)5.70%～15.46%和22.79%～30.85%。多糖含量在T3和T4處理下顯著高于CK，分別是CK的1.67和2.06倍。綜上，有機(jī)肥替代部分化肥能有效促進(jìn)湖北貝母的生長(zhǎng)，提高其產(chǎn)量，且氮替代比例越大，作用效果越明顯，但對(duì)次生代謝產(chǎn)物的形成有一定的影響。此外，有機(jī)肥替代部分化肥還能有效調(diào)節(jié)土壤酶活性及pH，對(duì)湖北貝母的生長(zhǎng)具有積極作用，以有機(jī)肥氮替代30%～40%化肥氮效果最佳。

關(guān)鍵詞：有機(jī)肥；湖北貝母；產(chǎn)量；品質(zhì)；土壤酶活性

doi：10.13304/j.nykjdb.2023.0405

中圖分類(lèi)號(hào)：S567.23+1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：10080864（2025）03021611

科學(xué)合理施肥對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育有重要作用，有機(jī)肥含有豐富的營(yíng)養(yǎng)元素和有機(jī)養(yǎng)分，能改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤酶活力、增加土壤微生物多樣性，但其養(yǎng)分釋放緩慢，作用時(shí)間長(zhǎng)[1-2]。化肥作為無(wú)機(jī)肥，單位養(yǎng)分含量高、釋放快，但利用率不高，長(zhǎng)期施用會(huì)破壞土壤理化性質(zhì)，造成土壤酸化板結(jié)[3]。有機(jī)肥無(wú)機(jī)肥配施時(shí)，有機(jī)肥中的有機(jī)酸能促進(jìn)土壤和化肥中礦質(zhì)養(yǎng)分的溶解，利于作物吸收，提高肥料的利用率，從而提高作物產(chǎn)量及品質(zhì)[4-5]，此外，有機(jī)肥無(wú)機(jī)肥配施還能改善土壤性質(zhì)，提高土壤肥力[6]。萬(wàn)連杰等[7]研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥替代氮、磷、鉀肥的比例分別為20%、51%、36%時(shí)，能促進(jìn)椪柑的生長(zhǎng)發(fā)育，提高果實(shí)品質(zhì)，維持良好的土壤理化性質(zhì)。胡亞朋等[8]研究發(fā)現(xiàn)，30%有機(jī)肥替代化肥對(duì)胡麻后期干物質(zhì)的積累和產(chǎn)量的提升有促進(jìn)作用。研究表明，有機(jī)肥無(wú)機(jī)肥配施能有效促進(jìn)藥用植物的生長(zhǎng)，提高其產(chǎn)量及品質(zhì)[9-11]。

湖北貝母（Fritillaria hupehensis Hsiao et K. C.Hsia）是百合科、貝母屬的多年生草本植物，鱗莖可入藥，有化痰止咳、清熱潤(rùn)肺的功效[12]。由于經(jīng)濟(jì)效益良好，湖北貝母的種植面積逐年增加，但是常年的化肥單施引起了土壤酸化、養(yǎng)分失衡、病蟲(chóng)害嚴(yán)重等問(wèn)題[13-14]，給產(chǎn)業(yè)發(fā)展造成了嚴(yán)重影響。研究表明，施用有機(jī)肥及有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配施能顯著提高浙貝母入藥品質(zhì)及根際土壤養(yǎng)分[15-16]。目前，關(guān)于促進(jìn)湖北貝母生長(zhǎng)的研究主要集中在種植技術(shù)[17-18]及病蟲(chóng)害防治[19-20]等方面，而有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)湖北貝母生長(zhǎng)影響的研究還未有報(bào)道。本研究通過(guò)探究有機(jī)肥氮替代不同比例化肥氮對(duì)湖北貝母生長(zhǎng)性狀、產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤特性的影響，以期篩選出合適的氮替代比例，為湖北貝母的合理施肥及減肥增效提供技術(shù)支撐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于湖北省恩施市新塘鄉(xiāng)華中藥用植物園（30°10′31″N，109°45′01″E），海拔1 680 m，屬亞熱帶季風(fēng)和季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，年均溫度16 ℃，無(wú)霜期282 d，年均日照時(shí)數(shù)1 300 h，年均降水量1 400～1 500 mm，相對(duì)濕度82%。試驗(yàn)地土壤為棕色沙壤土，pH 4.97，土壤速效磷（availablephosphorus，AP） 含量 76.72 mg ? kg-1，速效鉀（available potassium，AK） 含量269.00 mg?kg-1，堿解氮（available nitrogen，AN） 含量112.00 mg?kg-1，有機(jī)質(zhì)（organic matter，OM） 含量26.86 g?kg-1。

1.2 試驗(yàn)材料

供試湖北貝母種莖購(gòu)自湖北省建始縣康泰藥業(yè)連鎖有限公司。試驗(yàn)用有機(jī)肥原料為牛糞、菜餅及米糠等，其中有機(jī)質(zhì)含量50.9%，N 1.29%，P2O5 1.13%，K2O 4.05%，購(gòu)自金正大國(guó)際利川團(tuán)堡直銷(xiāo)店。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2021年9月開(kāi)始，以當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)施肥（純化肥）習(xí)慣為對(duì)照，有機(jī)肥氮替代部分化肥氮為處理，氮肥的施用量為210 kg·hm-2，N∶P2O5∶K2O質(zhì)量比為1.00∶0.72∶1.65。試驗(yàn)設(shè)置單施化肥（CK）和有機(jī)肥氮分別替代10%（T1）、20%（T2）、30%（T3）、40%化肥氮（T4）5種處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)（小區(qū)），每個(gè)小區(qū)10 m2。氮肥施用尿素（N 46%），磷肥施用過(guò)磷酸鈣（P2O5 12%），鉀肥施用硫酸鉀（K2O 51%），通過(guò)調(diào)節(jié)基肥配比保持所有處理氮磷鉀施用量一致。于12月中旬，將全部的磷肥和鉀肥以及50% 的氮肥作為底肥施入土壤，剩余50%氮肥根據(jù)生長(zhǎng)情況進(jìn)行追施，其他農(nóng)藝措施參照傳統(tǒng)方法進(jìn)行。于2022年5月取樣，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)挑選10株湖北貝母測(cè)定各形態(tài)指標(biāo)及葉綠素相對(duì)含量（SPAD），并取耕層土壤（0—20 cm），帶回實(shí)驗(yàn)室自然陰干后用于測(cè)定土壤酶活性。2022年7月進(jìn)行測(cè)產(chǎn)采收，將湖北貝母鱗莖洗凈后于50 ℃烘箱烘干，常溫（25 ℃）保存于自封袋，用于相關(guān)品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定。

1.4 項(xiàng)目測(cè)定及方法

采用30 cm直尺測(cè)量株高（plant height，PH），采用游標(biāo)卡尺（寧波得力工具有限公司）測(cè)量莖粗（stem diameter，SD），采用30 kg 級(jí)電子秤稱(chēng)量單株總鮮重（total fresh weight，TFW）、地上鮮重（aboveground fresh weight，AFW）、地下鮮重（underground fresh weight，UFW）和產(chǎn)量（yield，Y）。

葉綠素相對(duì)含量（SPAD）采用葉綠素儀（TYS-A，浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司）測(cè)定。葉面積（leaf area，LA）、葉周長(zhǎng)（leaf perimeter，LP）、葉長(zhǎng)、葉寬等葉片形態(tài)指標(biāo)采用作物葉片形態(tài)測(cè)量?jī)x（YMJ-C，浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司）測(cè)定。土壤pH（土水比1∶5）采用酸度計(jì)（PHS-2F，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司）測(cè)定。

參照周武先等[21]的方法測(cè)定土壤酶活性，土壤酶活性指標(biāo)包括脲酶（urease activity，URE）、蔗糖酶（sucrase activity，SAC）、堿性磷酸酶（alkalinephosphatase activity，ALP）和過(guò)氧化氫酶（catalaseactivity，CAT）。

參考何書(shū)美等[22]的方法測(cè)定黃酮（flavone，F(xiàn)LV）含量，參照張楠[23]的方法測(cè)定可溶性蛋白（soluble protein，SP）含量。參照陳雨等[24]的方法測(cè)定總生物堿（alkaloid，AKL）含量，參考邱曉[25]的方法測(cè)定多糖（polysaccharide，P）含量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

參照周武先等[26]的方法計(jì)算湖北貝母植株對(duì)不同氮替代處理的生長(zhǎng)響應(yīng)指數(shù)（growth responseindex， GRI）以及不同氮替代處理對(duì)貝母植株生長(zhǎng)的綜合效應(yīng)（comprehensive effect， CE），計(jì)算公式如下。

采用Excel 2016和SPSS 20.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析，方差分析采取單因素方差分析（one way ANOVA），多重比較采用Ducan法（P=0.05）進(jìn)行，相關(guān)性分析采用Pearson法進(jìn)行；用Origin 8.5完成制圖。圖表中數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)湖北貝母生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

由圖1可知，在T4處理下湖北貝母株高顯著低于CK，與CK相比降低27.86%。湖北貝母莖粗在T2、T3和T4處理下均顯著高于CK，其中T4處理的最大，與CK相比增加60.13%。不同處理對(duì)湖北貝母地下鮮重?zé)o顯著影響，T3處理下湖北貝母地上鮮重顯著高于CK，湖北貝母總鮮重在T4處理下較CK顯著提高69.46%。湖北貝母產(chǎn)量在T1和T2處理下與CK無(wú)顯著差異，在T3和T4處理下產(chǎn)量顯著高于CK，增幅分別達(dá)到68.04%和106.96%。

2.2 不同處理對(duì)湖北貝母葉片形態(tài)及SPAD 值的影響

由圖2可知，與CK相比，有機(jī)肥氮替代部分化肥氮均能顯著提高葉片SPAD 值，增幅為64.62%～93.05%。湖北貝母葉面積和葉周長(zhǎng)在T4處理下均顯著高于CK，其他處理與CK間差異不顯著。各處理間葉寬無(wú)顯著差異，T3和T4處理下葉長(zhǎng)顯著高于CK。

2.3 不同處理對(duì)土壤酶活性及pH 的影響

由圖3可知，T3和T4處理下土壤pH較CK顯著提高。與CK相比，T2、T3和T4處理下土壤脲酶活性均顯著提高，T3處理效果最佳，與CK相比提高47.17%。土壤堿性磷酸酶活性在T1和T2處理下均顯著提高，相比CK 增幅分別為131.63% 和306.44%。T1 和T2 處理下蔗糖酶活性顯著低于CK，T3 處理下蔗糖酶活性顯著高于CK，增幅為19.06%。各處理下的過(guò)氧化氫酶活性無(wú)顯著差異。

2.4 不同處理對(duì)湖北貝母品質(zhì)的影響

由圖4可知，各處理下黃酮含量均顯著低于CK，T1、T2和T3處理下湖北貝母黃酮含量隨著氮替代比例的增加而減小。T1處理下，湖北貝母可溶性蛋白含量與CK無(wú)顯著差異，T2、T3和T4處理下可溶性蛋白含量均顯著低于CK，降幅分別為15.46%、14.05%、5.70%。多糖含量在T1和T2處理下與CK與無(wú)顯著差異，在T3和T4處理下均顯著高于CK，分別是CK的1.67和2.06倍。T1處理下總生物堿含量與CK 無(wú)顯著差異，T2、T3 和T4處理下總生物堿含量與對(duì)照相比顯著降低22.79%～30.85%。

2.5 湖北貝母生長(zhǎng)指標(biāo)及品質(zhì)指標(biāo)與氮替代比例的相關(guān)性分析

由圖5可知，湖北貝母黃酮含量與氮替代比例呈極顯著負(fù)相關(guān)。可溶性蛋白和總生物堿含量與氮替代比例呈極顯著負(fù)相關(guān)。多糖含量與氮替代比例呈極顯著正相關(guān)。株高與氮替代比例呈極顯著負(fù)相關(guān)。總鮮重與氮替代比例呈顯著正相關(guān)，莖粗與氮替代比例呈極顯著正相關(guān)，產(chǎn)量與氮替代比例呈極顯著正相關(guān)。

2.6 湖北貝母品質(zhì)指標(biāo)與土壤酶活性的相關(guān)性分析

由圖6可知，湖北貝母黃酮和可溶性蛋白含量與土壤脲酶活性呈極顯著負(fù)相關(guān)，黃酮含量與土壤pH呈極顯著負(fù)相關(guān)。多糖含量和湖北貝母產(chǎn)量、土壤pH呈極顯著正相關(guān)。多糖含量與堿性磷酸酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)。總生物堿含量與土壤pH和脲酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)。產(chǎn)量與土壤pH呈極顯著正相關(guān)，與土壤脲酶活性呈顯著正相關(guān)。

2.7 不同處理對(duì)湖北貝母生長(zhǎng)響應(yīng)指數(shù)和綜合效應(yīng)的影響

由表1可知，有機(jī)肥氮替代部分化肥氮對(duì)湖北貝母葉面積、葉周長(zhǎng)、SPAD、莖粗、總鮮重、地下鮮重及產(chǎn)量均有促進(jìn)作用，且有機(jī)肥氮替代化肥氮的比例越大，促進(jìn)作用越強(qiáng)。有機(jī)肥氮替代部分化肥氮對(duì)湖北貝母黃酮和可溶性蛋白含量均有抑制作用。T1和T2處理對(duì)多糖含量有抑制作用，T3和T4處理對(duì)多糖含量有促進(jìn)作用。T1處理對(duì)總生物堿含量有促進(jìn)作用，其他處理均有抑制作用。根據(jù)綜合效應(yīng)指數(shù)，有機(jī)肥氮替代部分化肥氮能促進(jìn)湖北貝母的生長(zhǎng)，且替代比例越大，促進(jìn)強(qiáng)度越大。

3 討論

3.1 有機(jī)肥氮替代對(duì)湖北貝母生長(zhǎng)的影響

葉片是植物光合作用的主要場(chǎng)所，葉片功能性狀能反映植物光合能力及資源利用能力，與植物的生長(zhǎng)狀況息息相關(guān)[27- 28]。研究表明，有機(jī)肥氮替代部分化肥氮對(duì)植物葉片的生長(zhǎng)[29]和葉綠素含量提升[30]均有促進(jìn)作用。本研究中，有機(jī)肥氮替代部分化肥氮能顯著提高湖北貝母葉片SPAD值。氮替代30% 和40% 處理顯著增加了葉長(zhǎng)。與單施化肥相比，氮替代40%處理下，湖北貝母葉周長(zhǎng)和葉面積有顯著提高，說(shuō)明替代適宜比例化肥氮能有效促進(jìn)湖北貝母葉片的生長(zhǎng)，提高葉綠素含量，這與盧合全等[31]對(duì)棉花的研究結(jié)果相似。王一鳴等[32]和張迎春等[33]研究表明，有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)植株生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。本研究中，氮替代20%～40%能顯著提高湖北貝母莖粗。生長(zhǎng)響應(yīng)指數(shù)也表明，氮替代比例越大，促進(jìn)作用越強(qiáng)。氮替代30%和40%處理顯著提高了湖北貝母的產(chǎn)量，相關(guān)性分析也表明，產(chǎn)量與氮替代比例呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明替代適宜比例的化肥氮能有效促進(jìn)湖北貝母地上和地下部分生長(zhǎng)，提高湖北貝母產(chǎn)量。

3.2 有機(jī)肥氮替代對(duì)根際土壤性質(zhì)的調(diào)控效應(yīng)

土壤酶作為參與土壤各種生物化學(xué)反應(yīng)的生物催化劑，具有較強(qiáng)的專(zhuān)一性[21]，其活性高低是反映土壤質(zhì)量和土壤肥力的重要指標(biāo)[34]。脲酶能酶促土壤中的尿素水解為氨，提高尿素氮肥利用率；蔗糖酶能酶促土壤中的蔗糖水解，對(duì)增加土壤養(yǎng)分有重要作用；堿性磷酸酶能酶促土壤中有機(jī)磷的礦化水解，促進(jìn)植物對(duì)磷的吸收利用；過(guò)氧化氫酶可酶促過(guò)氧化氫分解，減輕其對(duì)植物的毒害作用[21]。研究表明，有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)提高土壤酶活性有顯著作用。本研究中，土壤脲酶和堿性磷酸酶活性隨著氮替代比例的增加，呈先增后降的趨勢(shì)，可能是氮替代比例較高時(shí)，化肥提供的氮磷等養(yǎng)分相對(duì)減少，而有機(jī)肥釋放養(yǎng)分的速度緩慢，相關(guān)土壤微生物的代謝底物（氮、磷等）不足，導(dǎo)致相關(guān)微生物代謝緩慢，引起酶活性降低[35]，這也說(shuō)明有機(jī)肥氮替代化肥氮的比例并不是越高越好，替代比例適宜才能有效提升土壤酶活性。氮替代30%處理顯著提高了蔗糖酶活性，說(shuō)明有機(jī)肥氮替代適宜比例的化肥氮，能有效提高土壤酶活性，改善土壤，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。氮替代30%和40%處理下，土壤pH顯著提高，可能是由于單施化肥時(shí)土壤中尿素產(chǎn)生的NH+4 通過(guò)硝化反應(yīng)生成大量H+使pH降低[36]，而有機(jī)肥替代部分化肥后減少了對(duì)尿素等化肥的使用，減弱了硝化反應(yīng)，降低了H+含量，從而提高土壤pH。說(shuō)明有機(jī)肥替代化肥能有效改善土壤酸化，這與李蘋(píng)等[37]的研究結(jié)果相似。

3.3 有機(jī)肥氮替代對(duì)湖北貝母品質(zhì)的調(diào)節(jié)作用

生物堿、黃酮等次生代謝產(chǎn)物是評(píng)價(jià)湖北貝母品質(zhì)的重要指標(biāo)[38]。藥用植物的生長(zhǎng)條件對(duì)其次生代謝產(chǎn)物的合成積累有重要影響[39]。本研究中，與單施化肥相比，氮替代20%～40%處理顯著降低了湖北貝母總生物堿和可溶性蛋白含量，而氮替代30%和40%處理下湖北貝母多糖含量顯著提高。這可能是因?yàn)橛袡C(jī)肥替代部分化肥，土壤和化肥中的礦質(zhì)養(yǎng)分會(huì)在有機(jī)酸的作用下促進(jìn)溶解，有利于作物吸收，從而促進(jìn)了初生代謝產(chǎn)物的積累。次生代謝產(chǎn)物是植物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中為適應(yīng)外界環(huán)境而生成的一類(lèi)物質(zhì)，也是藥用植物活性成分的主要來(lái)源，一般在逆境脅迫下更容易積累[40]。本研究中，有機(jī)肥替代部分化肥處理改善了根際土壤環(huán)境，提高了土壤肥力，從而促進(jìn)了湖北貝母的生長(zhǎng)，反而不利于其次生代謝產(chǎn)物（如生物堿、黃酮）的積累。說(shuō)明有機(jī)肥氮替代適量的化肥氮有利于促進(jìn)湖北貝母初生代謝，提高多糖含量，但不利用次生代謝產(chǎn)物的積累。相關(guān)性分析也表明，生物量、產(chǎn)量、多糖與氮替代比例呈顯著正相關(guān)，黃酮、總生物堿含量與氮替代比例呈顯著負(fù)相關(guān)。說(shuō)明有機(jī)肥替代部分化肥有效改善了土壤環(huán)境，為湖北貝母提供了良好的生長(zhǎng)條件，有利于湖北貝母生物量和初級(jí)代謝產(chǎn)物的積累，但是對(duì)其次生代謝產(chǎn)物的形成有一定影響[41-42]。

綜上，有機(jī)肥替代適量的化肥能促進(jìn)湖北貝母的生長(zhǎng)，提高其生物量和產(chǎn)量，還能提高其根際土壤酶活性，改善土壤理化性質(zhì)，但有機(jī)肥替代化肥的比例過(guò)高不利于湖北貝母生物堿和黃酮的形成。綜合分析表明，有機(jī)肥氮替代適量化肥氮對(duì)湖北貝母的生長(zhǎng)具有積極作用，以替代30%～40%化肥氮處理效果最佳。

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