外源添加物对地黄在连作条件下生长的影响

贺宇鹏 赵念席 田岳等

摘要：通过盆栽试验，研究了外源添加物蚯蚓粪、活性炭、过磷酸钙对地黄[Rehmannia glutinosa（Gaert.）Libosch. ex Fisch. et Mey.]在连作（连作一年、连作两年）土壤中生长的影响。结果发现，蚯蚓粪，特别是高添加量（30%）的蚯蚓粪可以明显提高连作地黄的地上部和地下部的生物量，大幅提高连作两年地黄的成活率，明显改善地黄的连作障碍；活性炭和过磷酸钙也可在部分程度上提高连作地黄的生物量和生理指标，但总体效果不如蚯蚓粪。

关键词：地黄[Rehmannia glutinosa（Gaert.）Libosch. ex Fisch. et Mey.]；连作；外源添加物；生长；影响

中图分类号：S567.23+4；S344.4；S14 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）14-3442-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.14.028

Effect of Exogenous Additives on Growth of Rehmannia glutinosa under

Continuous Cropping Conditions

HE Yu-peng1，2， ZHAO Nian-xi3， TIAN Yue1， CAI Shuang1， WANG Ya-zhe1， CHENG Xue-song1， WANG Jin-long1

（1. College of Agronomy & Resources and Environment， Tianjin Agriculture University， Tianjin 300384， China； 2. College of Agriculture & Biotechnology， Zhejiang University， Hangzhou 310029， China； 3. College of Life Science， Nankai University， Tianjin 300071， China）

Abstract： Pot experiment was used to study the effect of exogenous additives on some growth and physiological traits of Rehmannia glutinosa（Gaert.） Libosch. ex Fisch. et Mey. under of continuous cropping conditions. The results indicated that the aboveground and belowground biomass of R. glutinosa and the survival rate of two stubble continuous cropping R. glutinosa could be significantly improved by vermicompost， especially the high dosage （30%）. And addition of wormcast could obviously improve the continuous cropping R. glutinosa. Activated carbon and phosphate could certainly improve the biomass and physiological indexes， but the effect was not as good as wormcast.

Key words：Rehmannia glutinosa（Gaert.）Libosch. ex Fisch. et Mey.；continuous cropping；exogenous additives；growth；effect

地黄[Rehmannia glutinosa（Gaert.）Libosch. ex Fisch. et Mey.]为玄参科（Scrophulariaceae）药用草本植物，广泛种植于河南、山西、山东、安徽、吉林等省。地黄的药用价值早在中国最早的药学专著《神农本草经》中就有记述，现代研究认为地黄具有降血糖、保肝、止血、利尿、抗炎、抗真菌等功效，其块根及其加工品分别作为鲜地黄、生地黄和熟地黄入药，属大宗常用的中药材[1]。地黄忌连作，这已是几百年来公认的事实；但由于需求量较大，适宜种植区域又有限，所以地黄连作不可避免，也使得缓解地黄连作障碍已成为国内外研究的热点问题。根际微生态失调可能是引起地黄连作障碍的重要因素，这点得到了很多研究者的认同[2-4]。目前，国内很多地黄主产区土壤普遍缺磷，加之土壤偏碱、铁元素等的溶解性差，更加重了根际微生态的失衡。因此，通过改善土壤磷缺乏现状或者稳定土壤微生态环境，可能是缓解地黄连作障碍的有效措施，但这方面的报道十分有限。也有报道认为，活性炭能够吸附植物根际分泌物中的化感物质，从而去除根系分泌物对环境的不利影响[5]。还有报道表明，蚯蚓粪可以缓解黄瓜（Cucumis sativus L.）的连作障碍，原因是它可以影响连作土壤中微生物的数量，改变土壤中的细菌/真菌比值，提高土壤肥力[6]；蚯蚓粪能否有效改善地黄连作土壤根际微生物生态环境、提高土壤有益菌比例，目前国内外还没有这方面的研究报道。为此，试验通过观测蚯蚓粪、活性炭、磷肥对地黄在连作（连作一年、连作两年）土壤中生长的影响，试图筛选出改善连作障碍效果最佳的方案，以期为缓解地黄连作障碍提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验所用的地黄播种材料为北京3号地黄（R. glutinosa cv. Beijing No. 3）块根。所用土壤采自山西省运城市，包括正茬土、一茬土和二茬土，土壤类型为半砂壤土。外源添加物中的蚯蚓粪购自天津贾立明蚯蚓公司，活性碳购自天津红岩化学试剂厂，磷肥过磷酸钙为市售；杀菌剂多菌灵也为市售。仪器主要有英国Hansatech公司的Handy PEA非调制式荧光仪、美国LI-COR公司的Li-6400 XT便携式光合作用测量系统。

1.2 试验设计

采用盆栽方式，试验设计采用双因素随机区组处理，第一个因素为土壤，包括正茬、连作一茬和连作二茬3种土壤；第二个因素为外源添加物，包括蚯蚓粪、活性炭和过磷酸钙，每种外源添加物都有低添加量和高添加量2个水平，其中蚯蚓粪的添加量分别为10%、30%（与土壤重量比，下同），活性炭分别为0.8%、1.6%，过磷酸钙分别为0.16%、0.32%。每种添加物分别与一茬、二茬土壤均匀混合，正茬土不做任何外源添加处理（CK1），一茬土和二茬土各有1个处理不与任何外源添加物混合，作为对照（分别为CK2、CK3），每个处理均9个重复，每个重复1盆。花盆的规格为18 cm×19 cm，每盆底部垫上剪好的纱布袋以防漏土，每盆土壤（含外源添加物）总重为2.535 kg。将地黄块根切成大小均匀的小块，保证每个小块上都有2～3个芽眼，以便每个小块都能得到地黄幼苗。用1%多菌灵溶液将切好的地黄块根浸泡20 min进行表面杀菌。将杀菌后的地黄块根播种在处理好的土壤中，每盆1块，播种深度为2～3 cm。整个试验在南开大学温室内进行，试验时期为2012年10月17日至2013年4月28日。

1.3 测定方法

1.3.1 幼苗成活率 播种3个月后，统计地黄块根的成活率，统计之后对试验各处理不再进行补种。

成活率=成活块根数/播种块根数×100%；

1.3.2 生长指标 试验期间，每隔4周统计1次成活植株的叶片数和株高，统计上所用的叶片数和株高数据为最后一次（生长6个月后）测量的数据平均值。

1.3.3 光合生理指标 选择晴朗无风的上午，利用Handy PEA非调制式荧光仪测定不同处理地黄叶片的PSⅡ光化学效率（Fv/Fm）；每次测定前，叶片均暗适应10 min，测定时的作用光强为3 000 μmol/（m2·s），测定日期在2013年4月19日。同日又用Li-6400 XT便携式光合作用测量系统测定地黄叶片的净光合速率[Net photosynthetic rate，Pn；μmol/（m2·s）]、蒸腾速率[Transpiration rate，Tr；mmol/（m2·s）]，每株选择最新完全展开的向阳叶片进行测定；在测定光合时采用人工光源，光强设定为800 μmol/（m2·s）。

1.3.4 生物量 在2013年4月28日收获时，用剪刀沿土表剪掉地黄植株，称取地上部的鲜质量，装入信封中，迅速带回实验室于65 ℃烘至恒重并称量其干质量。针对地下部的根，将地黄和土从花盆中倒出，选取根际土壤装进封口袋内，洗净根上的土壤，称量根的鲜质量，然后切取地黄部分片状块根自然风干（切之前先称其鲜质量），完全风干后经称量获得干质量，根据被切部分的鲜质量和干质量去估算整株地黄根的干质量。具体计算公式是：

D=C/（B/A），

式中，A为整株地黄地下部根的鲜质量，B为被切部分的鲜质量，C为被切部分的干质量，D为整株地黄地下部根的干质量。

1.4 数据分析

将所得数据输入Microsft Office Excel 2007和SPSS 19.0软件中，利用单因素方差分析中的多重比较来分析外源添加物对地黄生长和生理指标的影响。

2 结果与分析

2.1 外源添加物对地黄在连作土壤中幼苗成活率、株高和叶片数的影响

蚯蚓粪、活性炭和过磷酸钙3种外源添加物对地黄在连作土壤中幼苗成活率的影响情况见表1。从表1可见，在没有外源添加物时，地黄在正茬土壤里的幼苗成活率为100%（CK1），一茬土壤里的幼苗成活率为77.8%（CK2），而在二茬土壤里的幼苗成活率仅为22.2%（CK3），证明了地黄忌连作的客观事实。对于一茬土来说，3种外源添加物处理的地黄幼苗成活率都低于对照（CK2，77.8%），说明它们对地黄幼苗的成活率都没有促进作用；不过相比之下，低添加量的蚯蚓粪（10%）处理在3种外源添加物中的效果最好，仅次于对照幼苗成活率达到了66.7%。对于二茬土而言，除了过磷酸钙没有提高地黄的幼苗成活率（22.2%，CK3为22.2%）外，蚯蚓粪和活性炭添加后均产生了明显的提高作用，特别是蚯蚓粪，无论是10%的蚯蚓粪、还是30%的蚯蚓粪处理，均能大幅度提高地黄在二茬土壤中的幼苗成活率，分别达到了66.7%、55.6%。

从表1还可见，在没有外源添加物时，所有成活的地黄幼苗经过6个月的生长后，其株高和叶片数在没有添加物的正茬土（分别为10.2 cm、13.9片/株）、一茬土（13.9 cm、14.9片/株）和二茬土（9.7 cm、12.0片/株）这3种土壤处理之间都没有显著差异（P>0.05）。对于一茬土，除了低添加量的活性炭处理（8.7 cm、11.0片/株）外，其他外源添加物处理对地黄株高或叶片数都没有显著作用（P>0.05）；而对于二茬土，所有外源添加物处理对地黄株高或叶片数都没有显著作用（P>0.05）。

2.2 外源添加物对地黄在连作土壤中叶片光合生理指标的影响

蚯蚓粪、活性炭和过磷酸钙3种外源添加物对地黄在连作土壤中叶片光合生理指标的影响情况见表1。从表1可见，没有外源添加物时，所有成活的地黄幼苗经过6个月的生长后，其叶片的光合速率、蒸腾速率和PSII光化学效率（Fv/Fm）在正茬土处理[分别为3.8 μmol/（m2·s）、1.38 mmol/（m2·s）、0.816]、一茬土处理[4.6 μmol/（m2·s）、1.32 mmol/（m2·s）、0.803]和二茬土处理[4.7 μmol/（m2·s）、1.15 mmol/（m2·s）、0.822]这3种土壤之间都没有显著差异（P>0.05）。而对于一茬土和二茬土处理而言，所有外源添加物处理对地黄叶片的光合速率、蒸腾速率和PSII光化学效率（Fv/Fm）都没有显著促进作用（P>0.05）。

2.3 外源添加物对地黄在连作土壤中植株生物量的影响

蚯蚓粪、活性炭和过磷酸钙3种外源添加物对地黄在连作土壤中植株生物量的影响情况见图1、图2、图3。从图1、图3可见，没有外源添加物时，二茬土处理的地黄植株的地上部鲜质量或干质量（CK3）显著低于一茬土（CK2）处理（P<0.05），平均值不到正茬土（CK1）处理的一半。从图1还可见，对于一茬土而言，3种外源添加物处理相比较，添加蚯蚓粪特别是高添加量（30%）的蚯蚓粪处理，其地上部生物量最高；对于二茬土而言，3种外源添加物处理中，高添加量的蚯蚓粪处理与过磷酸钙处理均能够显著提高地黄的地上部生物量（P<0.05），其他处理（除低添加量的过磷酸钙外）也有较明显的效果，但未能达到显著水平（P>0.05）。

从图2、图3可见，地下部生物量在没有外源添加物时，二茬土处理的地黄地下部鲜质量和干质量均显著低于一茬土和正茬土（P<0.05）处理。对于一茬土和二茬土，3种外源添加物处理相比较，都是高添加量（30%）的蚯蚓粪处理能够显著提高地黄的地下部生物量（P<0.05），其他处理也可在一定程度上改变地黄产量，但都未达到显著效果（P>0.05）。

3 讨论

试验结果表明，地黄在二茬土壤中的幼苗成活率和生物量显著低于正茬土壤和一茬土壤，符合地黄忌连作的事实，也和其他学者的研究一致[7]。

地黄是连作障碍表现最严重的植物之一，现有的研究报道主要集中在地黄根系分泌物的化感作用以及根际微生物生态环境两方面。杜家方[8]认为，影响地黄连作障碍的主要因素是其根系分泌的化感物质，主要为酚酸类化合物。研究表明，活性炭不仅可以增加土壤中微生物的数量[5，9，10]，还可以吸附地黄分泌的酚酸类物质[11]；过磷酸钙的追施可以增加土壤中有效磷的含量[12]，从而在根本上减少酚酸类物质的含量。试验中，添加活性炭或过磷酸钙后可以在一定程度上提高地黄的部分生长和生理指标，但总体效果不如蚯蚓粪。蚯蚓粪可以显著提高地黄在连作土壤中的幼苗成活率及生物量。以往的研究表明，蚯蚓粪可以缓解黄瓜的连作障碍，原因是它可以影响连作土壤中微生物的数量，提高土壤中细菌/真菌的比值，从而提高土壤肥力[6]。蚯蚓粪中包含多种氨基酸、有机质和微生物，可以帮助连作土壤重建微生物的多样性[13]。另外，蚯蚓粪具有良好的孔隙性、通气性、排水性和高持水量，还有很大的表面积，使得许多有益微生物得以生存，并具有良好的吸收和保持营养物质的能力以及一定的吸附能力[14]；同时蚯蚓粪对土壤有机营养物质的调控作用和蚯蚓粪中存在的一些拮抗微生物可抑制病原菌的生长[14，15]。因此，下一步要专门从蚯蚓粪对地黄连作障碍的影响角度做深入的比较试验。

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