煤基肥对平遥岳壁山药产量和品质的影响

王学府， 靳宁， 刘霞， 董光华*， 程永刚

(1.晋中职业技术学院，山西 晋中 030600； 2.山西能源学院 能源基地生态修复与绿色发展研究中心，山西 晋中 030600；3.山西农业大学 环境工程学院，山西 晋中 030800)

土壤改良是保障食品安全、环境安全的关键，增肥力、变缓效、低肥害是肥料的发展趋势，煤基肥正是适应趋势的一种土壤改良型肥料。山药亦称长山药，是薯蓣科薯蓣属多年生藤本植物[1]，其滋补营养价值备受药学家、营养学家的推崇[2-3]，是优良的药食同源良材[4]。长山药是平遥国家地理标志产品[5]，但平遥山药面临重茬率高、土壤板结、标准化低[6-7]等诸多问题。风化煤富含腐殖酸[8-10]，且可改善土壤团粒结构，增加含氧官能团[11-12]，有益于作物根系生长[13-15]，增加作物产量[16-17]，改善作物外观品质[18-19]，在农业生产中具有很大的应用前景[20-21]。前人对施用煤基肥的研究只针对产量、外观表征等，同时对煤基肥的使用缺乏数据标准。本试验对长山药品质的诸多数量性状进行研究[22]，根据目前种植地块土壤基本情况、煤基肥的基本养分标准，利用相关、回归等方法分析对长山药品质的具体影响，通过试验明确煤基肥的合理使用标准，为种植者提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验地点位于山西省平遥县岳壁乡岳北村山药种植基地，属温带大陆性季风半干旱气候，四季分明，年平均气温10.6 ℃，年日照时数2 436 h，年无霜期158 d，年降水量415.5 mm，气候条件适宜种植长山药。供试材料为当地品种平遥岳壁山药，经过统一消毒、晒种、药剂浸种。施肥在定植前进行。煤基肥的制备采用不同比例的当地风化煤以及固定比例的生物活性菌、基肥混合。

试验地土壤基本性状，0～20 cm土层有机质36.23 g·kg-1，碱解氮112.34 mg·kg-1，速效磷135.42 mg·kg-1，速效钾81.12 mg·kg-1，pH 7.23；20～40 cm土层有机质31.25 g·kg-1，碱解氮113.25 mg·kg-1，速效磷124.32 mg·kg-1，速效钾81.35 mg·kg-1，pH 7.25。

供试煤基肥总养分3.45%，全氮0.69%，P2O30.33%，K2O 1.02%，有机质 60.91%，pH 7.99。

1.2 方法

本试验采用随机区组设计，设1个对照和3个处理，其对照(CK)只施基肥；处理1(T1)施基肥加4 000 kg·hm-2风化煤；处理2(T2)施基肥加8 000 kg·hm-2风化煤；处理3(T3)施基肥加12 000 kg·hm-2风化煤。对照和3个处理的基肥成分一致，施用量一致。每个处理3次重复，共12个地块，每个地块面积20 m2。山药于2019年5月1日定植，栽培行距0.8 m，株距0.3 m，各区组管理方法相同。土样采集严格按照经典取样方法，委托检测。

1.3 调查及测定

1.3.1 土壤基本性状

土壤有机质测定采用高温外热氧化亚铁滴定法；碱解氮测定采用改进的碱解蒸馏法；速效磷测定采用碳酸氢铵的方法；速效钾测定用1 mol·L-1乙酸铵浸提后使用火焰光度法；pH测定采用电位法；有机质含量测定用酸钾-硫酸外加热法；总养分、全氮、P2O3、K2O等采用常规方法检测。

1.3.2 山药块茎性状和产量

收获时每个小区随机抽10株山药观察其块茎的外观性状，测量块茎长度和周长，称量块茎质量并计算其平均值，对小区实收产量进行平均值计算，并折合成公顷产量。

一等品山药的块茎外观新鲜，个体间长短、粗细均匀，无机械损伤、畸形(块茎分叉或弯曲)和缺陷，无黑斑，无明显砂土附着物，长30 cm以上，直径大于5.5 cm。

1.3.3 山药营养品质

可溶性蛋白质含量以鲜样采用考马斯亮蓝G-250染色法测定；可溶性糖以鲜样采用蒽酮比色法测定；淀粉含量以干样采用碘化钾反应法测定；VB1、VB2含量采用荧光分光光度法测定；黏度采用旋转黏度计测定；水分含量采用常压干燥法测定。

2 结果与分析

2.1 对山药块茎性状的影响

山药块茎的外形(如长度、粗度、均匀度，是否有畸形、虫害、空心、黑斑等)是决定其商品品质的重要指标，在很大程度上决定了山药的价格及其受欢迎程度。不同处理的平遥县岳壁山药块茎外观颜色和粗糙程度基本一致。与对照相比，3种处理的块茎平均长度、平均周长、畸形率和一等品率均存在显著性差异(表1)。处理2的山药块茎平均长度最长(49.5 cm)，且与处理1和处理3之间存在显著性差异；处理2的山药块茎平均周长最大(17.1 cm)，与处理1和处理3存在差异但不显著；3种处理之间山药块茎畸形率均存在显著性差异，处理2的茎畸形率最低(24.5%)；处理2的山药块茎一等品率最高(55.9%)，与处理1和3有显著性差异。施用煤基肥可以不同程度地提高山药块茎的平均长度、平均周长和一等品率，同时可以降低畸形率，其中以处理2的效果最佳。

表1 不同处理对山药块茎性状的影响

2.2 对山药产量的影响

单位面积产量是综合反映土地生产能力和农业生产管理水平的重要指标。在确定植株数量的情况下，山药的单位面积产量由单株所结块茎的数量和单个块茎质量决定，块茎的数量越多，质量越大，产量就越高。但单株形成块茎太多，往往降低块茎质量，导致降低产量，严重影响其经济价值。一般直径小于3 cm(周长约10 cm)的山药卖价很低[23]。因此，保证单个山药块茎的质量，才能实现高产优质。

3个处理与对照相比，山药块茎的平均质量、每小区平均总产量以及折合产量均有显著性差异(表2)。处理2的块茎平均质量最大(0.818 kg)，每小区折合产量最高，为33 270 kg·hm-2。与处理1和处理3相比，处理2的增产率最高(18.2%)。总之，施用煤基肥可以明显提高平遥县岳壁山药的产量，特别是处理2的效果最显著。

表2 不同处理对山药产量的影响

2.3 对山药品质的影响

水分是山药品质的一项重要指标，水分过高不利于储藏，并容易滋生病菌等微生物。对照处理的山药块茎含水量最高(80.4%)，与3个处理差异显著性。3个处理山药块茎的含水量均显著低于对照，其中处理2的含水量最低(74.7%)。3个处理间的山药含水量差异不显著。处理2可以降低山药块茎的含水量。

淀粉含量是山药品质的重要指标之一，对山药的产量有重要影响，淀粉含量越高，山药的糯性越高，口感越绵软。表3中3个处理与对照块茎的淀粉含量均有显著性差异；对照的淀粉含量最低(13.0%)；处理2的淀粉含量最高(17.4%)，比对照高出33.8%；处理2与处理1之间淀粉含量差异显著；处理3的淀粉含量虽然高于处理1，但二者差异性不显著。处理2更利于山药块茎中淀粉的积累。

表3 不同处理对山药块茎内含物的影响

可溶性糖不仅是高等植物光合作用主要初始产物转运和暂时贮藏的主要形式，也是淀粉、蛋白质等物质合成的基础原料[24]。由表3可知，3个处理的可溶性糖含量均低于对照；对照的可溶性糖含量最高(3.6%)，处理2的最低(2.01%)；且处理2和处理3的可溶性糖含量与对照差异显著。可溶性糖含量的变化趋势为CK>T1>T3>T2，与淀粉含量变化趋势相反，这与温国泉等[25]的研究相一致，淀粉质量分数与可溶性糖质量分数呈显著负相关。

蛋白质是山药块茎中重要的营养成分之一。由表3可知，对照的蛋白质含量最低(2.02%)，处理2的最高(3.1%)；处理2的蛋白质含量与对照有显著性差异；处理1和处理3的蛋白质含量与对照有差异但并不显著。由此可知，处理2最有利于山药块茎中蛋白质含量的提高。

由表3可知，VB1含量的变化趋势为CK

由表3可知，VB2含量的变化趋势为T1

黏度也是山药品质的一个重要指标，黏度与黏液质有关。黏液质是蛋白质和多糖的复合体，在该复合体中蛋白质占47.6%，多糖占52.4%，黏多糖占0.06%～1.09%，黏度越高，在一定程度上也说明该山药的营养价值越高。如表3所示，对照的黏度最低(79.8%)，处理2的黏度最高(82.3%)，比对照高3.13%[26]；处理2的黏度虽然高于处理1和处理3，但不存在显著性差异。由此可知，处理2更利于提高山药块茎的黏度，蛋白质和多糖的复合体更丰富。

2.4 长山药块茎内含物与煤基肥配比回归方程

对长山药块茎内含物与煤基肥配比建立二次回归方程模型，得到表4回归方程。其中淀粉、蛋白质、可溶性糖、VB1、黏度等取得极大值时，煤基肥的配合比在7 800～8 500 kg·hm-2，这个数值与处理3最为接近。

表4 长山药块茎内含物与煤基肥配比回归方程模型

3 小结与讨论

研究认为，风化煤与基肥适当的配合比有利于长山药淀粉、蛋白质含量的提高，其品质特性与煤基肥的施用量呈现抛物线关系，通过计算求得风化煤的用量为0.780～0.845 kg·m-2。风化煤不但能改变土壤的理化性质，促进植物的生长，而且其中的主要成分腐殖酸还能刺激植物分泌生长激素和分裂素[27-28]，提高山药产量和单个块茎的质量。本实验不同比例的风化煤均有助于提高山药的产量和块茎品质，其中处理3风化煤的比例大于处理2，效果却不如处理2，2个处理之间甚至存在显著性差异。当风化煤比例高时，一方面会造成浪费，另一方面当养分超过一定阈值后，植物体会发生负效应[29-30]。因此，选用合适的煤基肥配比对提高山药产量和块茎营养成分的积累具有重要意义[31-32]。与对照组相比，3种煤基肥处理都能不同程度的提高山药产量和品质。山药的产量和品质随风化煤比例的增加呈抛物线变化，即随着风化煤比例的增加，山药产量和品质的提高先增加，当达到最大值时，又有所下降[33-34]。这与刘增照等和李兴杰等[35-36]的研究结果相一致。综合所述，认为处理2较为接近理想煤基肥配合比，且通过模拟方程得到煤基肥的配合比在7 800～8 750 kg·hm-2时，有利于淀粉、蛋白质、可溶性糖、VB1、黏度取得最大值。