高海拔党参产地土壤与植株碳、氮、磷丰缺现状及诊断

李 青，刘盈盈，张家春，罗文敏，孙 超，张珍明*

(1. 贵州省生物研究所，贵州 贵阳 550009；2. 贵州省植物园，贵州 贵阳 550001；3. 贵州科学院，贵州 贵阳 550001)

高海拔党参产地土壤与植株碳、氮、磷丰缺现状及诊断

李 青1，刘盈盈1，张家春2，罗文敏1，孙 超3，张珍明1*

(1. 贵州省生物研究所，贵州 贵阳 550009；2. 贵州省植物园，贵州 贵阳 550001；3. 贵州科学院，贵州 贵阳 550001)

为了解高海拔土壤环境下不同党参种植基地土壤碳、氮、磷的丰缺现状，寻求高海拔地区中药材党参最佳的种植条件，采用野外调查和室内分析相结合的方法，研究相同种植条件下党参及周边林地、荒草地土壤的主要养分特征。结果表明：党参产地土壤各营养元素均存在中等程度变异，在不同土壤中有不同的富集，高海拔地区党参种植基地土壤有机质、全氮、碱解氮含量均为Ⅰ级，全磷为Ⅲ级，有效磷为Ⅱ级；土壤C/N为1.86～14.94，C/P为7.7～104.45，N/P为3.24～8.49。迤那镇和草海镇党参种植基地土壤养分含量较接近，含量较丰富，磷含量相对匮乏。党参植株碳和氮含量较丰富，植株样点中有少数植株缺磷。磷是迤那镇和草海镇党参种植土壤的限制性元素，注意有机肥和磷肥的合理搭配以促进党参的高产优质栽培。

高海拔；党参；土壤；碳；氮；磷；贵州

党参(Codonopsispilosula)为桔梗科多年生藤本植物，其根入药，具有补中益气、调节血糖、增强免疫、健脾益肺的功效，茎叶富含营养可作为优质饲料[1]；因其性能与人参极为相似，故可炖汤食用[2]。党参主产于贵州、山西、甘肃和陕西等省。长期以来，其销售量与出口量逐年递增，经久不衰。贵州党参主产于黔西北高海拔地区，尤以威宁海拉乡、迤那镇和雪山镇等海拔高度在2400 m以上地区生产的党参产量高、品质好，在市场享有盛誉[4]。近年来，由于党参价格上涨，经济效益好而越来越为药农重视，其种植面积在贵州有大幅增加。土壤是中药材栽培的基础，是药用植物生长和品质形成所需营养元素的最主要供给者[3]。目前，由于施肥不合理以及高强度耕作利用，土壤的物理、化学和生物学性状均发生了很大变化，土壤养分供给失衡的状况比较明显，土壤生产力下降。

土壤是植物生长发育所需水、热、气、肥的供应者，而碳、氮、磷是生物生长的限制性养分[5]。碳、氮、磷的含量和生态化学计量学特征具有良好的指示作用，可作为预测有机质分解速率和养分限制性的重要指标，对揭示土壤中养分的可获得性以及碳、氮、磷养分的循环和平衡机制至关重要[6]。目前，我国学者对植物和土壤碳、氮、磷含量及生态化学计量学特征开展研究较多[7-10]，主要集中在不同森林生态系统、湿地生态系统中土壤的碳、氮、磷含量及化学计量特征，而中药材土壤和植株的碳、氮、磷分布及丰缺特征极少见报道。从土壤学角度出发，研究党参种植基地土壤碳、氮、磷的含量及丰缺状况，从生产根源控制药材质量，对促进党参的规模化种植，调整党参产业机构，促进农民增收具有重要意义，也是进行农业生态环境保护的重要方向和实现农业可持续发展的关键。但当前关于高海拔党参的研究主要集中在引种驯化和药学研究、品质研究、化学成分研究和药理作用研究方面[11]，针对党参土壤养分诊断及评价的研究尚少见报道，尤其是高海拔地区土壤党参碳、氮、磷含量及丰缺现状尚未见报道。为此，笔者于2014年采用野外调查和室内分析相结合的方法对比研究高海拔地区不同种植基地党参及周边荒草地、林地土壤碳、氮、磷丰缺现状，并对其土壤养分进行评价与诊断，以期为党参种植基地合理施肥，促进党参高产优质栽培提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究在贵州西部威宁县城西南的海拉乡和迤那镇(北纬26°49′～26°53′、东经 104°12′～104°18′)党参种植区进行。威宁是贵州省面积最大、海拔最高的县，地貌为高原丘陵盆地，地面起伏较大，属亚热带季风气候；年均温11.2 ℃，年降水量739 mm，年均日照时数1805.4 h，年均太阳总辐射量为4698.4 KJ/km2，≥10 ℃的年积温为2275 ℃，无霜期204 d。威宁县于1964年引种栽培党参成功，现已推广生产成为贵州大宗药材之一。威宁的绝大部分土地均可以种植党参，尤以迤那镇和草海镇种植的品质较好。

1.2 土样的采集与制备

1.2.1 样品采集 保证采样点具有典型性和代表性，同时兼顾空间分布的均匀性等原则的基础上，采用GPS定位，于2014年5月，采集相同生长环境下党参土壤与植株样品、周边荒草地及林地土壤样品。每个点采集0～20 cm土壤混合样，共计采集51个土壤样品(其中，党参土样15个，荒草地土样15个，林地土样21个)和16个植株样品。

1.2.2 样品制备 将采集土壤样品分别装入干净的布袋，带回实验室风干，剔除植物残体、大砾石等非土壤物质，同时避免灰尘和酸、碱等污染。取风干样品充分混合后用木棍辗压过1 mm尼龙筛，按四分法取出部分土样进一步用玛瑙钵研细，过0.25 mm尼龙筛，将过筛样品置于密封袋中并作好标签，放入干燥器中保存备用；植物样品去除尘土，经 65 ℃烘干后，用粉碎机粉碎，过60目筛，测定植物有机碳、全氮和全磷含量。

1.3 指标测定

参见《土壤农化分析方法》[12]进行测定：有机质用高温外加热重铬酸钾氧化-容量法，全氮用开氏法，碱解氮用碱解扩散法，土壤全磷用酸溶-钼锑抗比色法测定，有效磷用盐酸-氟化氨提取-钼锑抗比色法。

1.4 数据处理与评价方法

实验数据首先按统计学的方法，剔除异常值，把分布于平均值±3 倍标准差之外的异常数值去除，然后用采用 Microsoft Office Excel 2003对党参及周边林地和荒草地土壤碳、氮、磷含量求平均值，计算高海拔党参产地土壤养分含量状况，然后参照第二次全国土壤普查养分分级标准(表1)，对土壤碳、氮、磷的丰缺现状进行等级评价。

2 结果与分析

2.1 高海拔党参产地土壤碳、氮、磷的含量

2.1.1 土壤碳、氮、磷的分布特征 由表2可知，党参种植产地各类土壤全氮、全磷、有机碳、碱解氮和有效磷含量的最大值是最小值的几倍、十几倍、甚至几十倍，可见各采样点营养元素含量的差异较大。为定量反映调查区域内各项指标含量波动程度的大小，研究选用变异系数(c.v.) 表示其变化程度的大小。党参不同土壤各营养元素的变异系数都在10 %～100 %，表明，党参产地土壤各营养元素都存在中等程度变异。荒草地和党参种植基地都以全磷的变异系数最小，分布最为均匀；而林地则以全氮的空间分布最为均匀。各类土壤均以有效磷的变异系数最大，说明有效磷的在不同土壤中富集程度不同，在不同地点分布最不均匀。

表1 全国第二次土壤普查养分的分级标准

土壤的碳、氮、磷含量可以有效地指示有机质的来源，不同来源有机质的碳、氮、磷有显著差别。由表2可知：各类土壤全氮含量的分布规律为荒草地(2.89 g/kg)>迤那镇种植基地(2.53 g/kg)>草海镇种植基地(2.42 g/kg)>林地(1.36 g/kg)，总有机碳含量的分布规律为迤那镇种植基地(39.92 g/kg)>荒草地(32.10 g/kg)>草海镇种植基地(27.05 g/kg)>林地(15.10 g/kg)，碱解氮含量的分布规律为迤那镇种植基地(186.42 mg/kg)>荒草地(165.56 mg/kg)>草海镇种植基地(165.15 mg/kg)>林地(77.61 mg/kg)，TP迤那镇种植基地(0.75 g/kg)>草海镇种植基地(0.68 g/kg)>荒草地(0.50 g/kg)>林地(0.33 g/kg)。有效磷含量的分布规律为草海镇种植基地(29.52 mg/kg)>迤那镇种植基地(27.71 mg/kg)>荒草地(11.82 mg/kg)>林地(0.93 mg/kg)。

表2 高海拔党参产地不同种植基地土壤的营养元素含量与生态化学计量特征

Table 2 Nutritive element content and ecological stoichiometry characteristics of soils from different planting bases ofCodonopsispilosulaproducing area with high altitude

有机碳(g/kg)OC全氮(g/kg)TN全磷(g/kg)TP碱解氮(mg/kg)AN有效磷(mg/kg)APC/NC/PN/P迤那镇种植基地Yinaplantingbase最小值3.081.660.4085.124.121.867.704.15最大值57.833.870.96244.1871.3614.9460.244.03平均值39.922.530.75186.4227.7115.7853.233.37标准偏差11.440.900.11169.0613.963.6712.251.12变异系数(%)28.6635.5714.6790.8951.7023.2623.0133.23草海镇种植基地Caohaiplantingbase最小值14.681.650.4094.342.838.8936.714.125最大值44.453.650.98236.9867.8212.1845.363.72平均值27.052.420.68165.1529.5211.1839.773.56标准偏差8.280.580.1638.5916.164.2316.781.75变异系数(%)30.6324.0723.4323.3755.5337.8442.1949.16荒草地Wildgrassland最小值12.331.240.2878.143.099.9444.044.43最大值81.476.620.78394.3230.6312.31104.458.49平均值32.102.890.50165.5611.8211.1164.205.78标准偏差22.831.720.16105.628.285.0934.412.07变异系数(%)71.1359.3031.0864.0678.5945.8153.5935.81林 地Forestland最小值5.540.980.2130.260.615.6526.384.67最大值20.411.780.55110.351.6111.4737.113.24平均值15.101.360.3377.610.936.7218.411.08标准偏差6.120.320.1532.220.412.515.430.42变异系数(%)40.5223.7645.4841.9245.5637.3529.49638.89

表3 高海拔党参产地土壤的养分分级

2.1.2 产地土壤的养分评价 人类活动的干扰对土壤碳、氮、磷元素的储量及循环过程有深刻影响，相应地元素比也将发生变化，加之高海拔地区气候和土壤条件不同，气候主要通过影响土壤与生物的形成及二者的相互作用进而影响土壤养分的分布[13-14]。从表3可知，贵州党参产地土壤肥力水平较高。①有机质含量为Ⅰ级和Ⅱ级。除林地土壤为Ⅱ级，其余类别土壤含量均为Ⅰ级，表明，党参种植基地土壤能够为党参生长提供充足的有机质。②全氮含量表现为Ⅰ级和Ⅲ级。党参种植基地和荒草地为Ⅰ级，林地土壤为Ⅲ级。③全磷含量为Ⅲ级和Ⅳ级。党参种植基地为Ⅲ级，荒草地和林地为Ⅳ级。④碱解氮分级为Ⅰ级和Ⅴ级。党参种植基地和荒草地为Ⅰ级，林地为Ⅴ级。⑤有效磷含量党参种植基地为Ⅱ级，荒草地为Ⅲ级、林地为Ⅵ级。土壤全磷量包括有机磷和无机磷2大类，全磷含量高时并不意味着磷素供应充足。党参种植土壤全磷含量低，但有效磷含量高，表明，党参种植土壤磷供应充足。高海拔地区气候湿热交替明显，有利于地表植被的生长，从而促进土壤碳氮的累积，但降雨和温度差反差较大，导致磷的淋溶和风化作用较强，不利于磷的累积。磷是高海拔党参种植土壤的限制性元素，在人为管理和施肥中应注意磷元素的输入，林地土壤碳、氮、磷含量相对匮乏，氮、磷是林地土壤养分的限制指标。

2.2 高海拔党参产地土壤的生态化学计量特征

从表2可知，高海拔党参土壤C/N为1.86～14.94，变异系数为23.26 %～45.81 %；C/P为7.7～104.45，变异系数为23.01 %～53.59 %；N/P为3.24～8.49，变异系数为33.23 %～49.16 %。土壤N/P与C/N变化相对稳定，而C/P变化较大。 结合图示可知，C/N大小依次为迤那镇种植基地(15.78)>草海镇种植基地(11.18)>荒草地(11.11)>林地(6.72)，C/P大小依次为荒草地(64.20)>迤那镇种植基地(53.23)>草海镇种植基地(39.77)>林地(18.41)，N/P大小依次为荒草地(5.78)>草海镇种植基地(3.56)>迤那镇种植基地(3.37)>林地(1.08)。影响土壤中碳、氮、磷比值的因素很多，不同土地利用方式下人为干扰活动不同。由于种植基地化肥的施用，部分化肥以可溶形式淋失到土壤下层同时增加了土壤碳、氮、磷含量的影响，故种植基地C/N较高。土壤碳、氮来源根据土地开垦程度不同可能略有差异，党参种植基地施肥主要以氮、磷肥料为主，荒草地由于还未长期进行大规模农作物的种植，故施肥量较少，但原有植被凋落物的分解加快，成为土壤碳、氮的主要来源；林地维持原有的生态平衡，主要由阔叶林和较矮的灌木组成，且枯落物较少，不利于有机质较快的分解，故有机碳的输出高于碳输入[15]。所以，在高海拔地区开垦过程中氮素增长比碳素较快，从而导致C/N以迤那镇种植基地种植基地较高，N/P和C/P以荒草地较高，而林地C/N、N/P和C/P均较低(图1)。

2.3 影响土壤碳、氮、磷变化的主要因素

土壤元素的化学计量特征受气候、母质、地形和生物等成土因素的影响，同时还受土壤理化性状的影响，植物生长所需的养分主要来源于土壤，而土壤养分之间存在一定的相关性[16]。从高海拔地区参产地土壤养分间相关性(表4)分析可知，土壤中碳、氮、磷含量与C/N、N/P、C/P各自的影响因素相关性较为明显，其中：有机碳与全磷、全氮、C/N、C/P

图1 高海拔党参产地土壤的生态化学计量特征Fig.1 Ecological stoichiometry characteristics of soils from different Codonopsis pilosula producing area with high altitude

Table 4 Correlations between main nutrient elements and stoichiometry characteristics in soils from differentCodonopsispilosulaproducing area with high altitude

有机碳OC速效磷AP碱解氮AN全磷TP全氮TNC/NN/PC/P有机碳OC1-0.433*0.7160.596**0.925**0.051**0.7630.744**速效磷AP10.5110.590**0.433-0.2240.0370.289*碱解氮AN10.6180.745**-0.2240.342**0.534全磷TP10.677-0.402**0.1240.336**全氮TN10.260*0.593**0.863**C/N10.476**-0.317*N/P 10.549**C:/P 1

注：* 为0.05水平上显著相关， ** 为0.01水平上显著相关。

Note:* and ** indicates significance of difference at 0.05 and 0.01 level,respectively.

表5 党参植株中营养元素诊断

存在极显著的正相关，与有效磷呈负相关；全氮与碱解氮，全磷与速效磷呈极显著正相关；土壤C/N与全磷呈极显著负相关，与全氮呈显著正相关；土壤N/P与碱解氮、全氮、土壤C/N呈极显著正相关；土壤C/P与全磷、全氮、土壤N/P呈极显著正相关，与土壤C/N呈显著负相关。党参种植期间，可以合理科学的配施有机肥，以增加土壤有机质含量，改善土壤的肥力水平，以达到高产优质的栽培效果。

2.4 高海拔党参产地党参植株的养分含量诊断

根据《植物营养学》[17]的标准对15个川党参植株养分进行分析的结果(表5)表明：研究区党参植株碳和氮的含量较丰富；有3个样点党参植株缺乏P，主要分布在草海镇种植基地，相应地其土壤速效P含量均在低等或中等偏低的范围。土壤速效P含量和土壤有机质含量呈显著负相关关系，因此，推测这几个样点植株P含量偏低的原因之一是土壤中有机碳影响了土壤磷元素的供应，从而影响植株对磷的吸收。碳的变异系数较大，其余元素变异系数相对较小，说明，川党参在不同地点因受土壤养分特征、气候条件、品种差异等多种因素影响对土壤养分的吸收能力不同。将植株养分的变异系数同其相应土壤养分的变异系数进行比较发现，植株变异系数均远远小于土壤变异系数，说明，植株对土壤元素的吸收具有自主选择性，并非单一受土壤有效养分浓度的影响。

3 结论与讨论

(1)高海拔党参产地土壤各营养元素的变异系数均在10 %～100 %，荒草地和党参种植基地均以全磷的变异系数最小，分布最为均匀；而林地则以全氮的空间分布最为均匀。各类土壤均以有效磷的变异系数最大，有效磷在不同土壤中富集程度不同，在不同地点分布最不均匀。

(2)高海拔党参种植基地土壤有机质、全氮、碱解氮含量均为Ⅰ级，全磷为Ⅲ级，有效磷为Ⅱ级，总体上迤那镇和草海镇党参种植基地土壤的养分含量较接近，含量较丰富，磷是高海拔党参种植土壤的限制性元素，在人为管理和施肥时应注意磷元素的输入。林地土壤有机质为Ⅱ级，土壤全氮为Ⅲ级，全磷含量为Ⅳ级，碱解氮分级为Ⅴ级，有效磷为Ⅵ级，林地土壤养分相对匮乏。

(3)高海拔党参土壤C/N为1.86～14.94，C/P为7.7～104.45，N/P为3.24～8.49，变异系数为33.23 %～49.16 %，土壤N/P与C/N变化相对稳定，而C/P变化较大。高海拔地区开垦过程中氮素增长比碳素快，故C/N以迤那镇种植基地较高，N/P和C/P以荒草地较高，而林地C/N、N/P和C/P均较低。

(4)有机碳与全磷、全氮、C/N、C/P呈极显著正相关，与有效磷呈负相关；全氮与碱解氮，全磷与速效磷呈极显著正相关；土壤C/N与全磷呈极显著负向相关，与全氮呈显著正相关；土壤N/P与碱解氮、全氮、土壤C/N呈极显著正相关；土壤C/P与全磷、全氮、土壤N/P呈极显著正相关，与土壤C/N呈显著负相关。

(5)党参植株碳和氮含量较丰富，草海镇种植基地的植株有3个植株样点缺乏磷，党参在不同地点对土壤养分的吸收能力是不同的，说明，植株对土壤元素的吸收具有自主选择性，并非单一受土壤有效养分浓度的影响，人为耕作与管理中应注意有机肥和其他化肥的合理搭配促进党参的高产优质栽培。

[1]陈 奇.中药药理研究方法学[M].北京:人民卫生出版社,1993:714-807.

[2]贵州中药资源编辑委员会.贵州中药资源[M].北京:中国医药科技出版社,1992:86.

[3]中国医学科学院药用植物资源开发研究所.中国药用植物栽培学[M].北京:农业出版社, 1991:680.

[4]董 恩,陈海燕,李卫忠.贵州高海拔地区党参高产栽培技术[J].农技服务,2013,30(3):240-243.

[5]王绍强,于贵瑞.生态系统碳氮磷元素的生态化学计量学特征[J].生态学报,2008,8(8):3337-3343.

[6]高三平,李俊祥,徐明策,等.天童常绿阔叶林不同演替阶段常见种叶片N、P化学计量学特征[J].生态学报,2007,27(3):947-952.

[7]任书杰,于贵瑞,陶 波,等.中国东部南北样带654种植物叶片氮和磷的化学计量学特征研究[J].环境科学,2007,28(12):2665-2673.

[8]顾大形,陈双林,黄玉清.土壤氮磷对四季竹叶片氮磷化学计量特征和叶绿素含量影响[J].植物生态学报,2011,35(12)：1219-1225.

[9]罗龙皂,李 渝,蒋太明.我国土壤碳库及循环机制研究进展[J].贵州农业科学,2012,40(10):81-85.

[10]张长华,王智明,陈叶君,等.连作对烤烟生长及土壤氮磷钾养分的影响[J].贵州农业科学,2007,35(4):62-67.

[11]曾庆卓.贵州威宁引种栽培的潞党参药理研究初报[J].中国中药杂志, 1998(5):272-274.

[12]鲁如坤.土壤农化分析方法[M].北京:中国农业科学出版社,2000.

[13]徐 松,高 英.草海湖泊湿地水环境污染现状及可持续利用研究[J].环境科学导刊,2009,28 (5):33-36.

[14]王维奇,曾从盛,钟春棋,等.人类干扰对闽江河口湿地土壤碳、氮、磷生态化学计量学特征的影响[J].环境科学,2010,31(10):2411-2417.

[15]王 飞,陈安磊,彭英湘,等.不同土地利用方式对红壤坡地水土流失的影响[J].水土保持学报,2013,27(1):22-26.

[16]张珍明,林绍霞,张清海,等.不同土地利用方式下草海高原湿地土壤碳、氮、磷分布特征[J].水土保持学报,2013,27(6):199-204.

[17]陆景陵.植物营养学(上册)[M].北京:中国农业大学出版社,2003:158.

(责任编辑 王 海)

Abundance and Deficiency Status of Carbon, Nitrogen and Phosphorus in Soil andCodonopsispilosulaPlants inCodonopsispilosulaProducing Area with High Altitude and Its Diagnosis

LI Qing1, LIU Ying-ying1, ZHANG Jia-chun2, LUO Wen-min1, SU Chao1, ZHANG Zhen-ming1*

(1.Guizhou Institute of Biology, Guizhou Guiyang 5500082，China; 2.Guizhou Botanical Garden, Guizhou Guiyang 5500003,China; 3. Guizhou Academy of Sciences, Guizhou Guiyang 550001, China)

The main nutrients characteristics ofCodonopsispilosulaplants and soils from around forestland and wild grassland by the combination method of field survey and indoor analysis under the same cultivation condition to discuss the abundance and deficiency status of carbon, nitrogen and phosphorus in soils from differentCodonopsispilosulaplanting bases under the high altitude environment and seek the optimum cultivation condition ofCodonopsispilosulain high altitude area. Results:There is a moderate degree variation in different nutrient elements of soils fromCodonopsispilosulaproducing area and the content of nutrient elements is different in three kinds of soils. The organic matter, total nitrogen and available nitrogen content, total phosphorus content and available phosphorus content in soil fromCodonopsispilosulaplanting base with high altitude is Grade Ⅰ, Grade Ⅲ and Grade Ⅱ respectively. The soil C.N, C/P and N/P is 1.86-14.94, 7.7-104.45 and 3.24-8.49 separately. There is no obvious difference in content of soil nutrients between YinaCodonopsispilosulaplanting base and CaohaiCodonopsispilosulaplanting base and the content of soil nutrient is abundance but its phosphorus content is deficiency relatively.Codonopsispilosulaplants are rich in carbon and nitrogen and someCodonopsispilosulaplants are phosphorus deficiency. The rational combination of organic manure and phosphorus fertilizer can improve high-yield and good quality cultivation ofCodonopsispilosulabecause phosphorus is the limited element of plantingCodonopsispilosulasoil in Yina and CaohaiCodonopsispilosulaplanting bases.

High altitude;Codonopsispilosula; Soil; Carbon; Nitrogen; Phosphorus; Guizhou

1001-4829(2016)12-2896-06

10.16213/j.cnki.scjas.2016.12.023

2015-10-17

贵州省中药现代化科技产业研究开发专项“威宁集约化优质党参种植及示范”[黔科合SY字(2014)3027-3]；贵州省省院合作项目“梵净山不同植被类型化学计量及生态系统稳定性”[黔科合院地合(2013)7002]

李 青(1966-)，男，助理研究员，从事生物资源保护与利用研究。E-mail：1873031744@qq.com，*为通讯作者： 张珍明(1986-)，男，助理研究员，在读博士，从事土壤化学与生态学研究，E-mail:zhang6653579@163.com。

S153.6

A