土壤改良剂对连作白术质量、病害及土壤酶活性的影响

唐 乐，曹国璠，李金玲，龙 欧，黄天忠，周 芳

(贵州大学 农学院/贵州省药用植物繁育与种植重点(工程)实验室，贵州 贵阳 550025)

白术(AtractylodesmacrocephalaKoidz.)，别名于术、浙术等，为菊科苍术属多年生草本植物，以干燥根茎入药。现代药理研究表明，白术具有健脾益气、安胎、止汗、抗衰老、抗肿瘤等功效，是我国中医临床常用的补气健脾类中药材[1-3]。随着市场对白术药材需求量的不断增加，白术供不应求，连作现象加剧，连作障碍逐渐加重，导致白术植株的正常生长受阻，田间病害加重，影响药材的品质；连作障碍发生严重时会导致白术全部死亡而绝收[4-6]，给药农造成严重的经济损失，也严重影响着临床用药安全。因此，有效缓解白术连作障碍，保障临床用药安全十分重要。

连作障碍产生的主要因素是土壤微生态环境恶化和植物的自毒作用，而土壤微生态环境包括土壤生物环境与土壤理化性质[7-8]。研究表明，土传病害和病原微生物增加是造成三七连作障碍的重要原因[9]。土壤酶活性失调可能是白术连作障碍的潜在原因之一[10]。施用土壤改良剂能提高植株株高的相对生长速率[11]，提高作物的产量和品质[12-13]。欧小宏等[14]研究发现，三七连作时用石灰与有机肥配合施用，可以缓解三七的连作障碍。适当施用生石灰能抑制大豆根际土壤转化酶和土壤酸性磷酸酶活性、增强土壤过氧化氢酶和土壤脲酶活性，补充钙素养分，减轻病害的发生[15]；石灰能防治根结线虫、抑菌、缓解苍术连作障碍和自毒作用，促进苍术产量的形成[16]。腐植酸能促进植物生长，影响土壤酶活性[17]。目前，针对作物连作障碍发生机制的研究较多，研究作物多为花生[18]、烟草[19]、三七[9]、设施蔬菜[20]等，但施用土壤改良剂对连作白术病害及其根际土壤酶活性的影响研究较少。鉴于此，研究施用生石灰和腐植酸颗粒肥2种土壤改良剂对连作白术病害的防治效果，以及对白术根际土壤酶活性、白术存苗率及其药材质量的影响，筛选出有效缓解白术连作障碍的土壤改良剂，为缓解白术连作障碍提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况和供试材料

试验地位于贵州省毕节市大方县猫场镇永久村(27°0′36″N，105°19′6″E；海拔1 606.5 m)。该区域属于典型的亚热带季风气候，年平均日照时数为1 231 h，日照率为30%；年平均温度为11.8 ℃，最热月份(7月)平均温度20.7 ℃，最冷月份(1月)平均温度1.6 ℃；年平均降水量超过1 000 mm，降水量主要集中在4—9月；云雾较多，年平均相对湿度为84%；无霜期254～325 d。试验地为白术连作1 a的地块，土壤为黄壤，pH值6.42。

土壤改良剂：生石灰(化学式CaO)、腐植酸颗粒肥(腐植酸含量41.3%，大连九成物产有限公司)；供试白术品种为祁术。

1.2 试验设计

试验于2018年进行，试验因素为生石灰(A)和腐植酸颗粒肥(B)，随机区组设计，每个因素3个水平，生石灰(A)设置1、2、3三个施用水平，分别为0、300、600 kg/hm2；腐植酸颗粒肥(B)设置1、2、3三个施用水平，分别为0、300、600 kg/hm2。共9个处理，3次重复，27个小区，小区面积为20 m2(2.5 m×8.0 m)。2018年3月15日进行白术移栽。移栽前1周，将土壤改良剂施入土中，土壤改良剂具体的施用量见表1，其中，未施用土壤改良剂的处理A1B1为对照。移栽前1 d，用1 000倍液多菌灵(50%)对术栽进行浸种消毒，晾干备用。白术移栽及后期的田间管理同当地田间生产一致。

表1 不同处理土壤改良剂的施用量Tab.1 Application amount of soil amendment of different treatments kg/hm2

1.3 测定指标及方法

5—8月(即白术移栽后60～150 d)为白术易发病阶段，故在白术移栽后60、90、120、150 d各取1次土样，同时记录各小区白术植株的病害发生情况。发病率=小区已发病株数×该小区调查总株数×100%。土样采用5点取样法选取，去掉表层土，挖取白术根部0～20 cm土层的土壤，混匀并去除石子等杂质，风干，过0.30 mm筛后装入自封袋，用于土壤酶活性的测定。土壤酶活性测定：土壤脲酶(S-UE)、土壤多酚氧化酶(S-PPO)、土壤酸性磷酸酶(S-ACP)、土壤蔗糖酶(S-SC)、土壤过氧化氢酶(S-CAT)活性分别使用南京建成生物工程研究所生产的相应试剂盒进行测定。

在2018年10月21日白术采收时，记录各小区现存的白术株数和小区实际产量，并在各小区分别选取10株具代表性的白术根茎洗净、烘干，粉样后用于测定白术药材的水分、总灰分、浸出物含量。存苗率=采收时小区现存株数/栽种时该小区原有苗数×100%；白术产量根据各小区实际产量进行折算；白术药材水分、总灰分、浸出物(醇溶性浸出物)含量参照《中华人民共和国药典》(2015年版)[21]方法测定，评价标准：水分<15.0%，总灰分<5.0%，浸出物≥35.0%。

1.4 数据处理

使用Excel 2013进行数据记录、整理和图表的制作，采用SPSS 23.0对数据进行多重比较(LSD法)和相关分析。

2 结果与分析

2.1 土壤改良剂对连作白术病害的防治效果

本试验区域年平均相对湿度较高，在试验过程中，白术出现的病害以真菌引起的白绢病和根腐病为主，白术白绢病的发生比根腐病严重，在高温、高湿条件下会加重这2种病害的发生。在贵州省，白术这2种病害通常在5月下旬开始发病，6—8月为发病盛期，即白术移栽后60～150 d为白术白绢病和根腐病的发生阶段。

由图1可知，白术移栽后60～150 d，处理A1B1(未施用土壤改良剂)白术白绢病的发病率均显著高于其他处理。移栽后60、90 d施用土壤改良剂的不同处理间白术白绢病的发病率差异均不显著。但由于气温升高，形成了有利于真菌生长的高温、高湿环境，导致各处理白术白绢病的发病率都有上升趋势。移栽后120 d，A2B1、A2B3处理白术白绢病的发病率分别为7.26%、7.61%，均显著低于A1B3处理。移栽后150 d，A2B2处理白术白绢病的发病率最低，较A1B1处理降低61.97%。

不同小写字母表示同一时间不同处理间差异显著(P<0.05Different lowercase letters indicate significant differences of different treatments at the same time(P<0.05图1 不同处理下白术白绢病发生情况的动态变化Fig.1 Dynamic changes of southern blight of Atractylodes macrocephala under different treatments

由图2可知，施用土壤改良剂能够显著降低白术根腐病的发病率。移栽后60 d，不同处理白术根腐病的发病率差异显著，其中，A2B2处理白术根腐病发病率为0.02%，显著低于其他处理，较A1B1处理降低97.08%。移栽后120 d，白术根腐病处于发病盛期，处理A2B2发病率最低(0.03%)，较A1B1处理降低97.61%。移栽后150 d，处理A1B2、A2B2、A3B2白术根腐病的发病率均显著低于其他处理，A2B2处理白术根腐病的发病率较A1B1处理降低91.67%。移栽后90～150 d，A1B2处理白术根腐病的发病率随气温升高表现为先增加后降低，A3B3处理白术根腐病的发病率则随气温升高有增加的趋势，而A2B2处理白术根腐病发病率的变化则相对平稳。

图2 不同处理下白术根腐病发生情况的动态变化Fig.2 Dynamic changes of root rot of Atractylodes macrocephala under different treatments

2.2 土壤改良剂对连作白术土壤酶活性的影响

由表2可以看出，移栽后60～150 d，除处理A1B2、A3B2和A3B3外，其他处理白术土壤S-UE活性极大值均出现在移栽后60 d，处理A3B1土壤S-UE活性均值最高，其值为1.34 mg/(g·d)，处理A2B2土壤S-UE活性均值最低，值为0.94 mg/(g·d)；只施用腐植酸的处理A1B2和A1B3土壤S-UE活性均随移栽后时间延长呈先降低后增加的现象。白术土壤S-PPO活性除处理A1B1、A1B2和A3B3外，其余处理极大值均出现在移栽后90 d，处理A1B1土壤S-PPO活性均值最高，为4.53 U/(g·h)；施用土壤改良剂的大多数处理土壤S-PPO活性均随移栽后时间延长先增加后降低。不同处理白术土壤S-ACP、S-SC、S-CAT活性极大值出现的时间不同，这3种酶均值最高的处理分别为A2B2、A2B3、A2B2，其值分别为8.39 μmol/(g·d)、54.17 U/(g·d)、69.01 U/(g·d)；不同处理不同种类的土壤酶活性随时间的变化情况各异。移栽后60～150 d，除处理A2B1、A2B2、A3B2外，其余处理的土壤S-CAT活性差异均不显著，说明这2种土壤改良剂对土壤S-CAT活性影响相对较小。综合可知，移栽后60～150 d，不同处理白术土壤酶活性极大值出现的时间及酶活性随时间的变化情况各异，说明土壤改良剂能调节白术土壤酶的活性。

表2 不同处理下白术土壤酶活性变化Tab.2 Changes of soil enzyme activity of Atractylodes macrocephala under different treatments

续表2 不同处理下白术土壤酶活性变化Tab.2(Continued) Changes of soil enzyme activity of Atractylodes macrocephala under different treatments

注：S-UE.土壤脲酶；S-PPO.土壤多酚氧化酶；S-ACP.土壤酸性磷酸酶；S-SC.土壤蔗糖酶；S-CAT.土壤过氧化氢酶。同列不同小写字母代表同一处理不同时间差异显著(P<0.05)。
Note:S-UE.Soil urease;S-PPO.Soil polyphenol oxidase;S-ACP.Soil acid phosphatase;S-SC.Soil saccharase;S-CAT.Soil catalase.Different lowercase letters in the same column indicate that the same treatment varies significantly at different time(P<0.05).

2.3 土壤改良剂对连作白术药材质量的影响

水分、总灰分和浸出物含量是检验白术药材质量的3个重要指标。由表3可知，处理A1B1白术药材水分与其他处理差异均不显著，说明白术药材水分不受土壤改良剂的影响。处理A1B3白术药材总灰分含量最大，为4.87%，极显著高于处理A3B1，显著高于处理A3B3，其余各处理白术药材总灰分含量差异不显著；由处理A1B1、A1B2、A1B3白术药材总灰分含量可知，单施腐植酸颗粒肥条件下，白术药材总灰分含量随腐植酸颗粒肥施用量增加呈增加趋势，说明增加腐植酸颗粒肥施用量可以增加白术药材总灰分含量。《中华人民共和国药典》(2015年版)要求白术药材浸出物含量不能低于35.0%，表3中仅处理A1B1白术浸出物含量未达到标准，其值为34.8%；处理A2B2白术浸出物含量为39.5%，除与处理A2B1差异不显著外，极显著高于其他处理；单施腐殖酸颗粒肥条件下，处理A1B2(生石灰0 kg/hm2，腐植酸颗粒肥300 kg/hm2)白术浸出物含量高于处理A1B1和A1B3；单施生石灰条件下，处理A2B1(生石灰300 kg/hm2，腐植酸颗粒肥0 kg/hm2)白术浸出物含量高于处理A1B1和A3B1。说明土壤改良剂有提高连作白术药材浸出物含量的作用；单一施用生石灰或腐植酸颗粒肥，施用量为300 kg/hm2时，白术药材浸出物含量最高，且随着施用量的增加，土壤改良剂提升白术药材浸出物含量的效果会降低。

表3 不同处理下白术药材质量的比较Tab.3 Comparison of the quality of Atractylodes macrocephala under different treatments %

注：同列不同大、小写字母分别表示差异极显著(P<0.01)、显著(P<0.05),下同。
Note:Different uppercase letters and lowercase letters in the same column indicate extremely significant(P<0.01) and significant differences(P<0.05),respectively.The same below.

2.4 土壤改良剂对连作白术产量的影响

由表4可知，施用土壤改良剂后，各处理白术单株鲜质量比处理A1B1提高了9.76%～93.23%，其中单一施用腐殖酸颗粒肥对白术单株鲜质量的提高均未达到显著水平，处理A2B2白术单株鲜质量极显著高于其他处理。处理A1B1白术存苗率极显著低于其他处理，处理A2B1和A2B2白术存苗率极显著高于其他处理，尤以处理A2B2白术存苗率最高(73.1%)，比处理A1B1提高了138.9%。施用土壤改良剂后，各处理白术产量较处理A1B1极显著增加92.60%～361.33%。结合白术病害的调查结果可知，土壤改良剂能提高白术药材单株的鲜质量，并通过降低连作白术病害的发病率来提高其存苗率，最终使连作白术产量得到显著提高。所有处理中，处理A2B2(生石灰300 kg/hm2，腐植酸颗粒肥300 kg/hm2)白术单株鲜质量和存苗率均最高，且该处理白术的产量极显著高于其他处理。

表4 不同处理下白术药材产量的比较Tab.4 Comparison of the yield of Atractylodes macrocephala under different treatments

2.5 白术土壤酶活性与白术质量及存苗率的相关性

土壤酶作为土壤生化反应的催化剂，催化着土壤中一系列复杂的生化反应。土壤酶活性受到土壤改良剂的影响，间接影响作物的生长发育和抗逆性，最终影响作物品质的形成。由表5可知，土壤S-UE活性与白术药材质量、存苗率及产量均呈负相关关系，且与白术药材浸出物含量呈显著负相关。土壤S-PPO活性与白术发病率呈显著正相关关系，与白术产量呈显著负相关关系。土壤S-ACP活性与白术发病率呈显著负相关关系，与白术存苗率呈极显著正相关关系。土壤S-SC活性与S-CAT活性呈显著正相关关系。土壤S-SC和S-CAT活性与白术药材质量和产量的相关性均未达到显著水平，但均不利于白术药材质量和产量的形成。白术产量与白术药材浸出物含量、存苗率均呈极显著正相关关系，与白术发病率呈显著负相关关系。白术存苗率与白术发病率呈极显著负相关关系，与白术药材浸出物呈显著正相关关系。可见，土壤S-UE和S-PPO活性越高越不利于白术药材质量及产量的形成；土壤S-ACP活性越高越有利于降低白术病害的发病率，提高白术的存苗率，进而有利于白术药材质量和产量的形成。

表5 白术各项指标间的相关系数Tab.5 Correlation coefficient among various indexes of Atractylodes macrocephala

续表5 白术各项指标间的相关系数Tab.5(Continued) Correlation coefficient among various indexes of Atractylodes macrocephala

注：*表示在0.05水平(双侧)上显著相关，**表示在0.01水平(双侧)上显著相关。
Note:* means significant correlation at the 0.05 level(bilateral),** means significant correlation at the 0.01 level(bilateral).

3 结论与讨论

有研究发现，在白术连作种植前，用熟石灰结合有机肥或生物菌肥对土壤进行处理，能提高白术的存苗率，还能提高药材的产量和质量[22]。本研究结果表明，施用土壤改良剂后，各处理白术存苗率、药材浸出物含量及白术单株鲜质量均优于A1B1处理(对照)，各处理白术药材的产量相对于处理A1B1均有显著提高，原因是生石灰和腐植酸颗粒肥能增加土壤有效养分，抑制土壤中的病原微生物，增强作物的抗性。施用生石灰或(和)腐植酸颗粒肥还能有效降低白术白绢病和根腐病的发病率，且在白术移栽后60～150 d，白术白绢病和根腐病的发病率均显著低于对照。其中，生石灰对土壤有灭菌、消毒的作用，能提高土壤pH值[23]，减轻作物连作障碍的危害[5]，增加土壤有效养分含量，提高作物产量[24-25]；腐植酸能改善土壤结构，增强作物的抗逆性，降低作物病害的发病率[26-28]，提高作物品质和产量[29]。这也是本研究中生石灰和腐植酸颗粒肥均能减轻连作白术病害的发生，提高连作白术的存苗率、药材质量和产量的原因。

土壤改良剂能改善土壤的理化性质，影响土壤酶活性。土壤酶在土壤一系列复杂的生化反应中具有重要的催化作用[30]，它影响着土壤中矿质营养物质的循环和能量的转移[31]，间接影响着作物的生长发育。有研究表明，土壤改良剂能增强土壤酶活力[32-33]；也有研究表明，施用土壤改良剂会使土壤酶活性出现不同程度的变化[34]；施用腐植酸会使土壤S-UE活性先降低后增加、S-ACP活性增加、S-SC活性降低[35]。本试验中，施用土壤改良剂总体上能增加土壤S-ACP活性，土壤S-SC与S-PPO活性随白术移栽后时间有不同的变化；且单一施用腐植酸的处理A1B2和A1B3土壤S-UE活性均呈现先降低后增加的趋势。这与前人的研究结果相似。本研究相关性分析表明，土壤S-UE、S-PPO活性越高越不利于白术药材质量及产量的形成；土壤S-ACP活性越高越有利于降低白术病害的发病率，有利于白术存苗率的提高和白术药材质量和产量的形成。处理A2B2白术根部土壤S-ACP活性均值最高，为8.39 μmol/(g·d)，同时土壤S-UE活性均值最低，且该处理白术的存苗率和药材浸出物含量及产量均最高。说明土壤改良剂能够调控土壤酶活性，从而影响连作白术药材浸出物含量和存苗率，进而影响连作白术药材质量和产量的形成。

综上所述，施用土壤改良剂能增加土壤S-ACP活性，显著降低白术白绢病和根腐病的发病率；处理A2B2(生石灰300 kg/hm2，腐植酸颗粒肥300 kg/hm2)白术白绢病发病率和根腐病发病率的变化均比其他处理稳定，移栽后150 d，白术白绢病、根腐病的发病率较A1B1处理分别降低61.97%、91.67%，且白术存苗率、药材浸出物含量及产量均高于其他处理，对白术连作障碍的缓解效果最佳。