生物炭对浙贝母产量和品质及土壤理化性质的影响

张志明， 王斌， 杨生茂， 刘玉学*

(1.宁波市鄞州区农业技术推广站,浙江 宁波 315100； 2.浙江省农业科学院 环境资源与土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

浙贝母又名大贝、象贝、元宝贝，为百合科植物，是“浙八味”中最主要的中药之一[1]，用于风热咳嗽、肺痈、痰核等多种病症的治疗[2]。浙贝母药用有效成分是生物碱，其中贝母素甲和贝母素乙含量较高，是评价浙贝母有效成分的重要指标[3-4]。近年来，浙贝母主要产地宁波市鄞江镇、龙观乡、章水镇等地由于连作种植，造成土壤有机质含量下降，土壤结构退化，营养失调，病菌积累，植株枯萎病发病严重。土壤理化性质成为制约浙贝母生产的重要因素，因此，改善土壤物理结构，提高土壤有机质含量，促进肥料的利用率对于浙贝母生产越来越重要。生物炭是农作物秸秆、稻壳、竹木、畜禽养殖废弃物等生物质在缺氧条件下进行高温热解而形成的一种富碳固体产物。生物炭通常可作为土壤改良剂，起到改善土壤孔隙结构、增加土壤碳库贮量、增加对土壤养分持留、降低土壤养分淋失、提高砂质土壤持水量等作用，并在一定程度上促进土壤微生物活性。目前，关于生物炭应用于水稻、玉米、大豆以及各种蔬菜的研究已有大量报道[5]，对产量通常具有积极影响，但与生物炭种类和添加量直接相关。然而，关于生物炭对浙贝母产量和品质的影响尚未见报道。鉴于此，本研究选择竹炭和稻壳炭为供试生物炭材料，通过田间种植试验，研究生物炭种类和施用量对浙贝母产量及品质以及土壤理化性质的影响，为生物炭在浙贝母生产中的有效利用提供理论依据和数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2016年9月—2017年6月在宁波市章水镇郑家村进行。浙贝母种植田选择质地疏松肥沃，排水良好，微酸性或近中性的砂质轻壤土种植。试验前深翻土地25 cm，碎土耙平，作龟背形畦，畦宽连沟120 cm，沟宽25 cm，沟深20 cm。

供试浙贝母品种为浙贝1号，种贝从南通购买。

供试生物炭选用竹炭(BC)和稻壳炭(RC)，分别由竹子加工废料和水稻壳在600 ℃条件下炭化所得。供试生物炭基本理化性质：稻壳炭pH 7.34，C 30.9%，H 2.21%，N 0.39%，O 66.5%，灰分52.7%，比表面积56.0 m2·g-1；竹炭pH 8.52，C 68.0%，H 2.93%，N 0.70%，O 28.4%，灰分14.4%，比表面积12.7 m2·g-1。

1.2 处理设计

田间试验设置5个生物炭添加水平，分别为：0、5、10、15和30 t·hm-2。其中添加水平为0的生物炭处理即为对照，表示为CK；添加稻壳炭处理分别表示为RC5、RC10、RC15、RC30；添加竹炭处理分别表示为BC5、BC10、BC15、BC30。将不同生物炭按添加水平分别添加到不同试验小区土壤中，通过翻耕与表层土壤(0～20 cm)混合均匀。小区面积7.5 m2(3 m×2.5 m)，每个处理3次重复，采用随机区组设计。对浙贝母进行常规水肥管理。

1.3 样品采集与指标测定

随机测定各处理浙贝母副秆高度，生长后期调查浙贝母枯萎病发病率，收获期记录各处理浙贝母产量。采集每个试验小区的土壤样品，风干处理并充分混匀，过筛之后保存，用于分析土壤pH、全氮、有效磷、速效钾，测定方法参考《土壤农化分析》。浙贝母生物碱含量测定方法参照相关文献[6]，将浙贝母样品烘干后粉碎，采用高效液相色谱仪进行生物碱含量分析。

1.4 数据处理

本研究采用DPS v7.05软件对试验数据进行单因素方差分析，LSD多重比较判断处理间的差异显著性，采用Excel进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 生物炭对浙贝母副秆高度的影响

生物炭对浙贝母副秆高度的影响如图1所示。稻壳炭用量由5 t·hm-2增加到15 t·hm-2时，浙贝母副秆高度逐步增加，用量为15 t·hm-2时浙贝母副秆高度最大，为18.4 cm，较对照增加19.3%。当稻壳炭用量为30 t·hm-2时，浙贝母副秆高度较对照减少。随着竹炭用量由5 t·hm-2增加到15 t·hm-2时，浙贝母副秆高度逐渐增高，当竹炭施用量为15 t·hm-2时，和对照相比浙贝母副秆高度增加。试验结果表明，稻壳炭15 t·hm-2的施用量对浙贝母副秆高度增加效果最好。

图1 生物炭对浙贝母副秆高度的影响

2.2 生物炭对浙贝母枯萎病发病率的影响

由图2可知，对照浙贝母枯萎病发病率最高，为15.86%；稻壳炭用量为5 t·hm-2时，浙贝母枯萎病发病率最低，为12.61%，较对照下降；稻壳炭的用量为10和15 t·hm-2时，浙贝母枯萎病发病率分别为14.25%和14.18%，较对照下降。在浙贝母的种植土壤中添加竹炭，当竹炭添加量为10 t·hm-2时，浙贝母枯萎病发病率最低，为13.75%，较对照下降；竹炭用量为30 t·hm-2时，浙贝母枯萎病发病率为14.56%，较对照下降。试验结果表明，稻壳炭5 t·hm-2的施用量时浙贝母的枯萎病发病率最低。

图2 生物炭对浙贝母枯萎病发病率的影响

2.3 生物炭对浙贝母产量的影响

由图3可知，稻壳炭由5 t·hm-2增加到15 t·hm-2，浙贝母的产量逐步增加，用量为15 t·hm-2时，浙贝母产量最高，每667 m2达到1 036.8 kg，较对照增产21.62%。当稻壳炭用量为30 t·hm-2时，浙贝母产量较对照减少。当竹炭添加量为10 t·hm-2时，每667 m2浙贝母产量为981.76 kg，较对照增加；随着竹炭用量由10 t·hm-2增加到30 t·hm-2时，浙贝母产量逐渐降低；当竹炭施用量为30 t·hm-2时，和对照相比，浙贝母产量下降。

图3 生物炭对浙贝母产量的影响

2.4 生物炭对浙贝母生物碱含量的影响

由图4可知，对照的浙贝母生物碱含量最低，为0.146%；稻壳炭用量为5 t·hm-2时，浙贝母的生物碱含量为0.153%，较对照增加；随着稻壳炭的用量逐步加大，用量为15 t·hm-2时，浙贝母中的生物碱含量最高，达到0.166%，较对照增加；当稻壳炭用量为30 t·hm-2时，浙贝母生物碱含量较对照减少。在浙贝母的种植土壤中添加竹炭，当竹炭添加量为5 t·hm-2时，浙贝母中生物碱含量增加；随着竹炭用量由5 t·hm-2增加到30 t·hm-2时，浙贝母生物碱的含量逐渐降低。试验结果表明，在2种生物炭处理中，稻壳炭15 t·hm-2的施用量对浙贝母的生物碱含量增加效果最好。

图4 生物炭对浙贝母生物碱含量的影响

2.5 生物炭对浙贝母土壤理化性质的影响

表1可知，与对照相比，施用稻壳炭和竹炭均使浙贝母土壤pH值有所升高，且pH值的升高和生物炭施用量呈正相关，当竹炭用量达到30 t·hm-2时，浙贝母土壤pH最大，为6.64。稻壳炭和竹炭处理均使浙贝母土壤容重呈下降趋势，并与添加量呈负相关，当竹炭用量达到30 t·hm-2时，浙贝母土壤容重下降幅度最大，为1.85 g·cm-3。稻壳炭和竹炭处理均使浙贝母地土壤全氮有所上升，当稻壳炭用量达到30 t·hm-2时，浙贝母土壤全氮含量最高，为0.27%。2种生物炭处理浙贝母地土壤速效钾均有所上升，当竹炭用量达到30 t·hm-2时，浙贝母土壤速效钾含量最高，达740.80 mg·kg-1。

表1 生物炭对浙贝母土壤理化性质的影响

3 讨论

3.1 生物炭对浙贝母生长及品质的影响

副秆是浙贝母生长好坏的重要标志，副秆生长高度接近或超过主秆，形成的鳞茎就大，产量就高[7]。试验结果表明，施用竹炭和稻壳炭可提高浙贝母副秆的高度，当施用稻壳炭15 t·hm-2时浙贝母副秆高度增加效果最好。施用竹炭和稻壳炭可降低浙贝母枯萎病发病率，当施用稻壳炭5 t·hm-2时浙贝母的枯萎病发病率最低，可能是由于施用竹炭和稻壳炭增加了浙贝母植株对肥料的吸收，提高了植株抗性。

浙贝母由于连作障碍、土壤肥力、无性繁殖等问题，导致其产量和品质下降，影响了浙贝母药用疗效[8]。因此，通过改良土壤、提高肥料利用率对于提高浙贝母产量和品质越来越重要。本试验中浙贝母的产量随着生物炭施用量的增加先升高后降低，在稻壳炭处理中，当用量为15 t·hm-2时，浙贝母产量最高，每667 m2达1 036.80 kg，较对照增产。浙贝母的药用有效成分是生物碱，本试验中浙贝母生物碱含量随着竹炭和稻壳炭用量的增加先升高后降低，当施用稻壳炭15 t·hm-2时，浙贝母的生物碱含量较对照增加，效果最好。因此，对于提高浙贝母的产量和品质方面，本试验中稻壳炭15 t·hm-2为最佳施用量。

3.2 生物炭对浙贝母土壤理化性质的影响

浙贝母在质地疏松肥沃，排水良好，微酸性或近中性的砂质轻壤土中生长最为适宜[9]，但砂质土壤保水保肥性能较差。生物炭具有高稳定性和强吸附性，可以增加对土壤养分的持留作用，降低土壤养分淋失，提高砂质土壤的持水量。因此，探明施用生物炭对浙贝母土壤理化性质的影响，对于研究生物炭在浙贝母生产中的应用效果具有重要意义。

土壤容重是表征土壤物理结构的重要指标之一，影响土壤养分的扩散及其吸收利用。施用竹炭和稻壳炭2种生物炭均不同程度降低了浙贝母土壤容重，这与刘玉学等[10]研究结果一致。土壤pH影响土壤有机质的分解速率，是影响浙贝母生产的重要因素。生物炭通常呈碱性，对土壤酸化具有明显的改良效果。本研究中竹炭和稻壳炭均对浙贝母土壤pH产生一定程度的提高作用，且随生物炭施用量的增加而提高。在生物炭施用量较高(30 t·hm-2)的条件下，浙贝母土壤全氮含量显著增加，这与刘玉学等[10-11]研究结果一致。这主要是由于生物炭具有发达的孔隙结构和丰富的表面官能团，比表面积大，对土壤氮素起到吸附固持作用，降低氮磷等养分的径流和淋溶损失。土壤速效钾含量随生物炭施用量的增加而增加，这可能是由于生物炭可以激发土壤中具有溶钾作用的微生物活性，促进了土壤钾素的溶解，也可能是由于生物炭将自身含有的钾素带入土壤中所致。

综上所述，本研究结果表明施用适量生物炭可提高浙贝母的产量和品质，改良浙贝母土壤理化性质，对于指导生物炭在浙贝母生产实践中的应用，提高浙贝母药用价值，以及增加农户经济收益具有重要的现实意义。