不同生物有机肥对西洋参栽培农田土壤改良研究

王 鑫， 魏帛轩， 吴艾轩， 陈 迪， 赵洪颜， 朴仁哲

(延边大学农学院，吉林 延吉 133000)

西洋参(PanaxquenquifoliumL.)属五加科(Araliacae)多年生药用植物，东北地区是我国西洋参主产区，栽培面积约占全国的50%以上[1]。由于西洋参忌地性强，不能连作，我国最初采用伐林栽参的方式种植西洋参，但伐林栽参严重损害森林生态系统的平衡，随着退耕还林政策的出台和实施，目前种植西洋参已逐渐从伐林栽参转移成农田栽参的生产模式。

农田栽参存在许多问题，包括由虫害、病原菌侵染引起的病害和土壤养分含量不平衡造成的生理病害，土壤养分供应失衡是造成减产的主要原因之一[2]。前人研究发现，生物菌肥与有机肥配合使用可以改善参地土壤容重与pH值，提高土壤中有机质与磷、钾元素含量，人参存苗率上升，并且人参总皂苷含量显著提高[3-5]。施用生物有机肥还可以改变土壤微生物群落结构，增加有益微生物数量，并向土壤中添加微量元素[6]，多种土壤酶活性与西洋参产量得到显著提高。目前土壤改良方法常用有机肥与化肥或生物菌肥结合，适量有机肥的使用可使土壤速效养分增加且产量大幅提升[7]，但没经过充分腐熟的粪肥往往会造成更严重的病害，且西洋参生长在一个复杂的土壤环境中，单一的改良措施无法有效解决连作问题。为了实现科学改土种植西洋参，该试验设计了6种不同生物有机肥配施方案进行土壤改良，分析了在施用不同生物有机肥处理下农田栽培4年生西洋参根区土壤养分和土壤酶活性，综合评价土壤改良效果，为今后合理改良农田土壤提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

秸秆还田能够增加土壤有机质含量并提升土壤养分供应能力[8]，本试验选用豆饼和玉米秸秆2种基础物质，每个处理均施用0.45 kg/m2豆饼和2 kg/m2玉米秸秆作为基础添加物，并选用不同生物肥设计6个处理对土壤进行改良，各处理肥料添加量如表1所示。

表1 土壤改良处理方案

注：A-雷力；B-土地乐；C-帝益菌肥；D-通化人参专用肥；E-广田旺(人参抗重茬有机肥)；F-施尔沃；G-青岛海大肥(生物有机肥)；H-青岛海大生物肥(微生物菌剂)；I-生石灰。养分含量和微生物数量见1.2。

经课题组大量土壤养分检测和文献调查推理得出，适合人参生长的土壤养分含量以全氮2.0 g/kg、全磷0.7 g/kg、全钾10.0 g/kg为好。上述方案处理后，播种前，对6组处理的土壤养分进行测量，各处理土壤养分含量如表2所示：

表2 土壤改良处理后土壤养分含量

1.2 生物有机肥成分含量

A：雷力，有机肥料，有机质≥45%(其中，海藻有机质≥5%)，N-P2O5-K2O≥6%，海藻酸≥300 mg/kg，北京雷力海洋生物新产业股份有限公司。

C：帝益菌肥，黄腐酸≥0.2%，有效活菌数≥0.2亿/g，帝益生态肥业股份公司。

D：通化人参专用肥-护参宝，有机质≥45%，N+K+P≥12%，5406菌、光合菌、枯草菌、放线菌，有效活菌≥2亿/g，通化市广田经济技术开发有限公司。

E：广田旺，人参抗重茬有机肥，有机质≥50%，有益菌≥2亿/g，通化市广田经济技术开发有限公司。

F：施尔沃，能降低除草剂残留药害及抗重茬，有效成份：腐殖酸≥30%，硼≥3%，锌≥0.5%，通化市广田经济技术开发有限公司。

G：青岛海大肥，生物有机肥，有效活菌数≥0.2亿/g，有机质≥40%，Ca≥5%，海藻酸≥1 000 ppm，海藻多糖≥500 ppm，青岛海大生物集团有限公司。

H：青岛海大肥，微生物菌剂，有效活菌数≥5.0亿/g，中微量元素(CaO+MgO+B+Fe+Zn+Cu+Mn≥16.1%)有益元素SiO2≥10%，海藻有机质≥20%，青岛海大生物集团有限公司。

I：生石灰，市售。

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1.3 试验地概况

青沟子乡系北温带大陆性季风气候，地处东经128°10′～128°32′，北纬43°41′～43°58′，年平均降雨量640 mm，无霜期105～115 d。年平均气温2.6 ℃。

1.4 方法

试验于2014年在敦化试验基地进行土壤改良，采用随机区组设计，每个处理3次重复，小区单位面积25.5 m2，2015年种子直播。2018年西洋参开花期采集土壤样品，用于土壤养分含量及酶活性测定，采收期在田间测定产量，小区样品取样后实验室测定人参皂苷。

1.5 项目测定

1) 产量测定 测量各处理四年生西洋参根部鲜重，每个处理随机选3行，3次重复取平均数。

2) 土壤pH值与Ec值测定 土壤pH值和Ec值按照5∶1的水土比，用雷磁pH计和电导率仪测定。

3) 土壤养分成分测定 土壤全氮、铵态氮、硝态氮、全磷、速效磷养分采用AA3连续流动分析仪测定，全钾、速效钾采用火焰光度法[9]。

4) 土壤酶活性分析 土壤脲酶采用靛酚蓝比色法，土壤碱性磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法，蔗糖酶采用3，5-二硝基水杨酸比色法，过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法[10]。

5) 西洋参根部皂甙含量测定 选择2018年产量测定取样的样品，每个处理随机取样10株，经前处理混匀后测定。总皂甙含量使用按照GB19506-2009《地理标志产品吉林长白山人参》方法测定，单体皂甙含量使用HCLP高效液相色谱法测定，具体方法详见[11]。

对照品西洋参皂苷质量分数均在98%以上，乙腈、甲醇为色谱纯；超纯水；其余试剂为分析纯。色谱柱为 C18柱( Zorbax Rx-C18色谱柱4.6×250，5 μm)；流动相为乙腈-水，梯度洗脱程序：0～20 min，16%乙腈，84%水；20～55 min，40%乙腈，60%水；55～65 min，40%乙腈，60%水；65～75 min，100%乙腈，0%水；75～80 min，16%乙腈，84%水；80～90 min，16%乙腈，84%水；体积流量 1.0 mL/min；检测波长 203 nm；柱温30 ℃；进样量1 μL。

1.6 数据分析

数据采用Excel 2007与SPSS 24进行处理。

2 结果与分析

2.1 不同生物有机肥处理对农田栽培西洋参产量的影响

由表3可知，处理3产量最高，达到15 435.8 kg/hm2，显著高于其他处理(P<0.05)，处理4产量最低，为9 898.2 kg/hm2，处理3比处理4产量高出55.94%。处理5的存活率最高，表明处理5的施肥方案可以明显提高西洋参存活率，降低生长期间病害的发生，抑制病菌的生长，但根部干物质积累量少，单株鲜重最低；处理3虽然每行存活数少，但单株鲜重高，有助于促进西洋参根部物质积累。综上所述，说明处理3的土壤改良方法优于其他的方法。

表3 不同处理对四年生西洋参产量的影响

注：表中数值为样品3次重复的平均值，不同字母表示差异间显著，即P<0.05，下同。

2.2 不同生物有机肥处理对西洋参根部皂苷含量的影响

不同生物有机肥处理四年生西洋参根部皂苷含量均达到药典标准[12]，其中,以Rb1含量最高；处理3的总皂苷和单体皂苷Rb1、Rb3、Re、Rg2+Rc含量均高于其他处理，说明处理3的品质最高，同时证实处理3土壤改良方法最好(表4)。

2.3 不同生物有机肥处理对土壤pH值与EC值的影响

各处理的土壤pH值为5.00～5.35(表5)。

表4 不同处理对四年生西洋参皂苷含量的影响

表5 不同处理的土壤pH值与EC值比较分析

研究表明适宜西洋参生长的土壤pH值为4.8～6.8[13]，本研究6个处理的土壤pH值均在适宜西洋参生长的范围内，处理6显著高于其他处理，可能是由于处理6改良配方中加入生石灰调节了土壤pH值，使土壤pH值上升。各处理土壤EC值为64.93～96.40 μS/cm；处理1与处理4无显著差异，并显著高于处理2、3、5、6。

2.4 不同生物有机肥处理对土壤养分的影响

2.4.1 不同生物有机肥处理对土壤铵态氮、硝态氮、全氮和有机质含量的影响

土壤有机质含量可作为判断土壤肥力的指标，全氮含量可代表土壤中氮素营养的供应水平[14]。由表6可知，各处理铵态氮在6.22～7.57 mg/kg之间，处理5土壤铵态氮含量显著高于其他处理；硝态氮在11.08～21.99 mg/kg之间，6个处理均存在显著差异，前人研究证明,硝态氮与土壤EC值存在极显著的相关关系[15]，在本研究中也得到证实；全氮在1.83～2.32 g/kg之间，处理1显著高于其它组，处理1的土壤全氮含量比处理3高出0.49 g/kg；各处理有机质含量在28.91～44.24 g/kg之间，研究表明适宜人参生长的土壤有机质范围在10～30 g/kg[16]，仅处理3土壤有机质在适宜生长范围内，其他处理土壤有机质含量过高，进一步证实处理3的土壤改良方法更适合西洋参栽培。

表6 不同处理土壤铵态氮、硝态氮、全氮和有机质比较分析

2.4.2 不同生物有机肥处理对土壤磷素含量的影响

前人研究表明,适量的磷肥能加强光合作用，提高人参干物质积累量，并提高晒干率及红参的成货率[17]。各处理速效磷在33.57～51.44 mg/kg之间，而且不同处理两两比较均有显著性差异。各处理全磷含量在0.65～0.80 g/kg之间，处理1土壤全磷含量最高，处理5土壤全磷含量最低(表7)。

表7 不同处理土壤速效磷和全磷比较分析

2.4.3 不同生物有机肥处理对土壤钾素含量的影响

研究证实适量施用钾肥后作货参折干率提高[18]。不同处理土壤速效钾和全钾比较分析见表8。

表8 不同处理土壤速效钾和全钾比较分析

由表8可以看出，不同处理的土壤速效钾除了处理3和处理4没有差异外，其他处理之间存在显著性差异，各处理速效钾在194.33～261.00 mg/kg之间，处理3和处理4速效钾含量低。各处理全钾含量在8.39～9.14 g/kg之间，处理1全钾含量显著低于其他处理。

2.5 不同生物有机肥处理对土壤酶活性的影响

土壤酶是土壤的一个重要组分，主要参与包括土壤生物化学过程在内的自然界物质循环，是土壤生物化学反应的重要指标之一[19]。不同处理土壤酶活性比较分析见表9。

表9 不同处理土壤酶活性比较分析

由表9可知，不同土壤处理的过氧化氢酶活性之间没有差异；磷酸酶活性除了处理5和处理6无差异外，其他处理之间存在显著性差异；土壤脲酶含量在0.564～0.793 mg/g·d-1，处理5显著高于其他各组，为0.793 mg/g·d-1；土壤蔗糖酶活性处理6最高,为12.823 mg/g·d-1，处理2最低,为8.430 mg/g·d-1。

3 讨论

目前农田栽参已成为人参、西洋参产业向前发展的必要趋势，如何确定适宜西洋参生长的土壤条件并选择适合的肥料进行改良是当今需要攻破的难点。已有研究[4，20-22]利用生物有机肥改良栽参土壤，既可以增加土壤中有益微生物数量，又可以提高土壤有机质含量并供给植物生长所必需的氮、磷、钾，对土壤起到保肥作用。张程诚[23]的实验表明，土壤pH值在5.5～6.5，西洋参产量和品质较好；张亚玉等[24]测量了农田栽培4年生西洋参的土壤pH值，其中表层、根层、底层范围在5.21～5.25；栾泰龙等[25]的试验中四年生西洋参土壤pH值在5.02左右；赵杨景[26]认为,利于西洋参生长的土壤pH值范围在5～5.5。本试验6个处理4年生西洋参土壤pH值在5.00～5.35，与前人研究相比，6个不同处理均在适宜西洋参生长的土壤pH值范围内。钟均超[27]的试验表明：适宜农田栽参的土壤有机质含量在3%～5%，赵杨景[28]认为林地栽培西洋参土壤有机质通常在3.65%～4.2%。本试验6个处理土壤有机质含量在2.89%～4.42%，与前人研究相比处于合理范围内。西洋参栽培过程中，不同处理对土壤过氧化氢酶影响较小，各处理间无显著差异；处理5和处理6土壤中脲酶、磷酸酶与蔗糖酶活性相对较高，但结合土壤养分来看，处理5和处理6硝态氮与速效磷含量较低，可能是与处理3相比优势较低的原因之一。

4 结论

1) 西洋参生长四年间，土壤逐渐酸化，各处理pH值约下降1个单位左右。

2) 在6个处理中，处理3的4年生西洋参产量最高，总皂苷含量最高，单体皂苷Rb1、Rb3、Re、Rg2+Rc含量均高于其他处理，此处理为最佳配方。

3) 处理3 4年生土壤状况为pH值5.15，有机质28.91 g/kg，铵态氮6.81 mg/kg，硝态氮20.41 mg/kg，速效磷44.17 mg/kg，速效钾194.67 mg/kg，全氮1.83 g/kg，全磷0.66 g/kg，全钾9.35 g/kg。