生物有机肥用量对地黄生长和土壤养分的影响

高 添，王 琰，孙 凯，姜慧慧，齐瑞玲，任秀娟，王 菲，刘 星，袁敬平，张 影，申长卫*

（1.河南科技学院资源与环境学院，河南 新乡 453003；2.河南科技学院园艺园林学院，河南 新乡 453003）

地黄（Rehmannia glutinosa），又名生地黄，怀庆地黄和地髓等，为玄参科地黄属多年生草本植物，因其地下块根多呈现黄白色而得名，分布范围较为广泛，以其新鲜/干燥块根或其炮制品入药，分别称为鲜地黄、生地黄和熟地黄，具有清热凉血、养阴生津、补血滋阴及益精填髓之功效［1］。地黄是河南四大怀药之一，我国传统的大宗药材。据统计，在中药材进出口，中成药以及保健品市场中地黄占据着重要地位［2］。随着中药材的国际化与现代化，地黄的需求量越来越大，种植前景也越来越好。但由于各地气候以及水土等条件差异过大，地黄极易出现品种退化、功效降低、病虫害严重等情况，严重威胁地黄的生产，引起产量下降，质量降低［3-4］，种植效益低下［5］等问题。

长期的作物种植生产实践证明，作物品质受到种质和环境的双重影响，而土壤是影响作物生长发育的主要环境之一，施用生物有机肥可以有效改善作物的生长环境，提高产量并改善品质。有研究表明施用生物有机肥，能够为土壤带入大量活的有益功能菌，抑制其他有害菌的生长，调控土壤微生物区系，改善土壤生物活性［6-9］，并且有利于土壤养分的转化和自我修复［10］。另外，也可改善作物品质［11］，增强植株抗逆抗病性，促进根系建成，协调作物营养的均衡供养［12-14］。柳玲玲等［8］发现施用生物有机肥对钩藤的营养吸收、产量及土壤的理化性质均有显著的改善效果。在苹果［6］、春茶［7］、马铃薯［9］、辣椒［13］等研究中也证实了生物有机肥可以改善作物品质，提高产量；而且在植株的抗逆抗病性、吸收养分等方面也有较好的影响，但是生物有机肥在药用植物地黄上的应用却鲜有报道。本研究以当地常规施肥为对照，施用不同量的生物有机肥，通过研究生物有机肥对地黄生长指标、养分积累、根际和非根际土的养分含量的影响，分析影响地黄产量的因素，以期为生物有机肥在地黄栽培中的应用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年4月在新乡市凤泉区丘腾种植专业合作社进行，选用怀地黄为供试材料。该区域属于典型的暖温带大陆性半干旱季风型气候，四季分明。该地区年平均气温为14.0℃，年均降水量为617.8 mm，试验前土壤养分状况：pH值8.52、有机质1.70%、全氮0.11%、有效磷39.40 mg/kg、速效钾161.80 mg/kg。土壤类型为石灰性潮土。

1.2 试验设计

试验共设置4个处理，其中T1处理为当地农民常规施肥，T2处理为施用1500 kg/hm2的生物有机肥（有效活菌数≥0.2亿/g；有机质40%；N-P2O5-K2O：3.52-5.44-0.78），T3处理为施用3000 kg/hm2的生物有机肥，T4处理为施用4500 kg/hm2的生物有机肥。T1处理具体施肥情况：年前（2017年12月）底肥：15-15-15复合肥2250 kg/hm2；幼苗期（2018年4～6月）15-15-15复合肥750kg/hm2；盘棵期（2018年6～7月）15-15-15复合肥750 kg/hm2；块根膨大期（2018年7～9月）15-15-15复合肥1050 kg/hm2，过磷酸钙375kg/hm2。其他3个处理的化肥施用量与T1处理相统一。T2、T3和T4处理中生物有机肥于播种期（2018年4月上旬）在地黄块根底部集中施用。每个处理分别设置3个重复小区，每个小区面积均为32 m2（3.2 m×10 m）。小区畦宽3.2 m，畦四周起埂，埂高30 cm，按株距20 cm、行距25 cm栽种。

1.3 样品采集与处理

取样时期：地黄成熟期时（12月左右）。取样方法：每个小区随机取5株地黄，并按照地上部叶片和地下部块根分为两部分，清洗干净，装入自封袋中，带回实验室，在烘箱中于105℃杀青30 min，转至70℃烘干至恒重，烘干之后的地黄样品用粉碎机进行粉碎，装入自封袋，待养分测定。待地黄集中采收时，准备好游标卡尺、卷尺、电子称等测量仪器，每个重复小区随机抽取5株进行单株块根数、总株数、主根根长、主根根粗、最大块根质量和最小块根质量等性状的测定，同时测定每个小区的产量以及地黄块根的品质。

土壤非根际土的采集：用土钻取0～20 cm土壤样品，作为供试土样。每个小区取5个样点，混合均匀，作为一个重复。土壤根际土的采集：采用抖根法，即用铲子挖出完整地黄块根，用力抖动去除块根表面疏松土壤，再用刷子刷取紧贴地黄块根表面的土壤（50 g/株）作为根际土壤。取得土壤样品后，挑出土壤中石块和动植物残体，风干，研磨，分别过1和0.25 mm筛，用于土壤养分的测定。

1.4 测定指标与方法

品质指标测定：地黄块根可溶性糖含量采用硫酸-蒽酮比色法测定；地黄块根可溶性蛋白的含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定。养分指标测定：植株中全氮含量采用H2SO4-H2O2消煮-AA3流动分析仪测定；植株中全磷含量采用H2SO4-H2O2消煮-钼锑抗比色法测定；植株中全钾含量采用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度法测定；植株中微量元素采用HNO3-HClO4消煮-ICP进行测定；土壤样品pH值采用电位法测定；土壤全氮采用硫酸消化-半微量凯氏定氮法测定；土壤有机质采用外加热重铬酸钾容量法测定；土壤有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；土壤速效钾采样醋酸铵浸提-火焰光度法测定［15］。

1.5 数据分析

使用SPSS 18.0分析软件和Excel 2010对数据进行分析，其中方差分析中P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 生物有机肥用量对地黄生长指标的影响

2.1.1 地黄单株块根数和总株数

由图1可知，与T1处理相比，T2、T3和T4处理下的地黄单株块根数存在显著性差异。随着有机肥用量的增加，地黄的单株块根数呈现出逐渐增加的趋势，T2、T3和T4处理相比T1处理下的地黄单株块根数分别显著提高92.71%、175.00%和229.16%。

由图1可知，与T1处理相比，T2处理下的地黄总株数无明显差异，T3和T4处理下的地黄总株数存在显著差异。相比T1处理，T3和T4处理下的地黄总株数分别显著降低27.84%和34.54%。T2、T3、T4处理中随着生物有机肥用量的增加，地黄的总株数呈下降趋势，说明施用生物有机肥能提高地黄产量，但小区单株数有所降低。

2.1.2 地黄主根根长和根粗

由图2可知，与T1处理相比，T2、T3和T4处理下的地黄主根根长无明显差异。随着生物有机肥用量的增加，地黄的主根根长无显著变化。与T1处理相比，T2和T3处理下的地黄主根根粗无明显差异，T4处理下的地黄主根根粗存在显著差异，T4处理相比T1处理下的地黄主根根粗增加10.75%。随着生物有机肥用量的增加，地黄的主根根粗有增加的趋势。

2.1.3 地黄主块根质量

由图3可知，与T1处理相比，T3和T4处理下的地黄最小块根质量无显著性差异，T2处理下的地黄最小块根质量存在显著差异，T2处理相比T1处理下的地黄最小块根质量显著降低40.00%。随着生物有机肥用量的增加，地黄最小块根质量呈先下降后上升的趋势，在T2处理下，地黄的最小块根质量最小，T4处理下地黄最小块根质量最大。

与T1处理相比，T2处理下的地黄最大块根质量无显著性差异，T3和T4处理与T1处理下的地黄最大块根质量存在显著性差异，分别显著增加23.17%和31.71%。随着生物有机肥用量的增加，地黄最大块根质量呈上升趋势，在T4处理下地黄最大块根质量达到最大，T2处理时地黄最大块根质量最小，T2处理相比T4处理下的地黄最大块根质量显著降低19.44%。总体来看，施用生物有机肥可以提高地黄最大块根质量。

2.1.4 地黄实际产量

由图4可知，与T1处理相比，T2、T3和T4处理下的地黄实际产量显著增加。随着生物有机肥用量的增加，T2、T3和T4处理相比T1处理下的地黄实际产量分别显著增加81.67%、109.58%和122.12%。其中T4处理下地黄的实际产量最大，T2处理时地黄的实际产量最低，T2处理相比T4处理下的地黄实际产量显著降低18.21%。

2.1.5 地黄品质指标

由图5可知，与T1处理相比，T2、T3和T4处理下地黄可溶性糖的含量显著增加。随着生物有机肥用量的增加，地黄可溶性糖的含量逐渐增加，相比T1处理，T2、T3和T4处理下地黄可溶性糖的含量分别显著提高12.18%、19.95%和22.57%。与T1处理相比，T2、T3和T4处理下可溶性蛋白的含量差异不显著。

2.2 生物有机肥用量对地黄块根养分积累量的影响

与T1处理相比，T2、T3和T4处理下的地黄块根养分在大量元素全氮、全磷和全钾积累量方面存在显著差异。由表1可知，随着有机肥用量的增加，地黄块根大量元素积累量逐渐增加，特别是磷元素积累量增加最为显著。T2、T3和T4处理下地黄养分与T1处理在中量元素全钙和全镁积累量方面存在显著差异，随着有机肥用量的增加，地黄块根中全钙和全镁积累量逐渐下降。此外，T2处理下的地黄块根养分在微量元素铁、锰和锌积累量方面与T1处理无显著差异，然而T3和T4处理下的地黄块根养分在微量元素铁、锰和锌积累量方面存在显著差异，随着有机肥用量的增加，地黄块根养分在微量元素铜元素积累量方面呈现出先下降再上升的趋势。

表1 生物有机肥用量对地黄块根养分积累量的影响

2.3 生物有机肥用量对地黄根际土和非根际土pH值的影响

由图6可知，T2、T3和T4处理下地黄非根际土的pH值相对T1处理都有所上升。随着有机肥用量的增加，地黄非根际土的pH值呈现出先上升再下降的趋势。在T2处理下地黄非根际土的pH值为8.60，相对T1处理增加9.83%。T3和T4处理地黄非根际土的pH值分别为8.48和8.25。在根际土中，T2、T3和T4处理下地黄根际土的pH值与T1处理相比都有所下降，T2、T3和T4处理相对T1处理pH值分别降低2.79%、2.31%和2.03%。

2.4 生物有机肥用量对地黄根际土和非根际土有机质含量的影响

在非根际土中，T1、T2、T3和T4处理下的地黄非根际土有机质的含量无显著变化（图7）。然而，在根际土中，随着有机肥用量的增加，地黄根际土有机质含量呈现出上升趋势，T2、T3和T4处理的有机质含量比T1处理分别增加了4.51%、7.49%和9.30%。

2.5 生物有机肥用量对地黄根际土和非根际土全氮含量的影响

在非根际土中，T1处理与T2处理下的地黄非根际土全氮含量无显著差异，但T3和T4处理下的地黄非根际土全氮含量相对T1处理显著提高，且随着有机肥用量的增加，地黄非根际土全氮含量呈现上升的趋势。从图8可知，T4处理下地黄非根际土全氮含量为0.11%，相对T1处理增加了146.09%。在根际土中，不同处理下地黄根际土全氮含量无显著差异。

2.6 生物有机肥用量对地黄根际土和非根际土有效磷含量的影响

在地黄非根际土中，T2、T3和T4处理与T1处理下的有效磷含量存在显著性差异，随着有机肥用量的增加，地黄非根际土有效磷含量呈现上升的趋势（图9），T4处理下地黄非根际土有效磷含量最高（18.51 mg/kg），相比T1处理地黄非根际土有效磷含量增加了98.39%。在地黄根际土中，随着有机肥用量的增加，地黄根际土有效磷含量呈现出缓慢上升的趋势。与T1处理相比，T2和T3处理下的地黄根际土有效磷含量无显著变化，而T4处理下的地黄根际土有效磷含量增加109.43%。

2.7 生物有机肥用量对地黄根际土和非根际土速效钾含量的影响

由图10可知，与T1处理相比，T2、T3和T4处理下的地黄非根际土速效钾含量差异不显著。随着有机肥用量的增加，地黄根际土速效钾含量呈现上升的趋势。与T1处理相比，T2和T3处理下的地黄根际土速效钾含量差异不显著，但T4处理下地黄根际土速效钾含量存在显著差异，显著增加14.10%。

3 结论与讨论

生物有机肥是药用植物提质增效的有力保障。生物有机肥是有机物料和微生物的有机结合体，其养分种类丰富，以微生物活动来改善土壤生态环境从而产生特定肥效的新型产品，已成为重要的土壤特效肥源。有研究表明生物有机肥可以显著提高药用植物生姜、人参、白术和川麦冬等药材产量和品质［16-19］。地黄在生长过程中地上部分光合速率对地下部块根的形成起着重要的作用，已有研究表明，生物有机肥的增施能有效地提高地黄的块根形成期及块根膨大期的光合速率，从而提高块根鲜重及地黄产量［20］，这与罗兴录等［21-22］和韦茂贵等［23］研究的结果相一致，他们认为生物有机肥能提高叶片叶绿素含量和光合强度，促进块根生长，进而提高地黄产量。本研究也发现，与当地农民习惯性施肥相比，生物有机肥的施用能显著增加地黄块根鲜重、产量以及可溶性糖含量，并且随着生物有机肥用量的增加，地黄的产量和可溶性糖含量也随之增加。

生物有机肥中营养丰富，富含有益微生物，能够为植物提供充足养分。生物有机肥的增施能有效提高地黄根系活力，增加根系物质积累［24］。这与姜蓉等［25］和郑少玲等［26］研究的结果一致，配施有机肥能显著促进植株养分的吸收、累积、转运以及提高了向生殖器官的分配。地黄在膨大后期对养分的需求急剧上升，尤其是大量元素（氮、磷和钾），其中对磷元素的需求最大，本研究发现T4处理下块根中全磷的积累量高于全氮和全钾的积累量。从基础土样中可以知道，土壤中有效磷的含量偏低，地黄后期对磷的需求较大，因此生物有机肥用量的增加有利于块根的膨大，增加地黄根系养分积累，从而增加产量。生物有机肥对土壤重金属含量的降低有影响，减少对作物的危害，对维持土壤中有益微生物菌群起到重要作用［27］。本研究发现块根中微量元素铁、锰和锌的积累量随着施肥量的增加而降低。

生物有机肥的增施能有效促进作物周围微生物大量繁殖，发挥自生固氮或联合固氮溶解土壤中难溶化合物供给作物吸收，增加土壤向作物提供营养的能力，促进作物生长［28］。孔涛等［29］认为追施有机肥不同程度提高土壤有机质、全氮、有效磷的含量及根系生物量、根系分泌物，增加土壤养分。本研究也发现，与当地农民习惯性施肥相比，生物有机肥的施用能降低根际土壤pH，提高土壤养分有效性，从而促进地黄根系对养分的吸收利用，达到增加产量的效果。

生物有机肥的施用一方面能为地黄提供营养，更重要的是生物有机肥作为有益微生物的载体，可以调整土壤微生物群落结构，改善土壤生物环境，促进养分的释放，从而培肥地力［30］。本研究表明施用生物有机肥对地黄块根有促生效果，当施用量为4500 kg/hm2时，可以提高地黄块根产量和品质，有利于地黄大量元素的积累。但是从中微量元素积累量来看，生物有机肥与化肥按一定比例配施，才能获得高产优质的地黄。