不同有机钾肥对人参及栽参土壤元素含量的影响

刘政波，刘继玲，高惠，金桥，王秋霞，李美佳，刘宁，孙海，张亚玉,4※

（1.中国农业科学院特产研究所，吉林 长春 130112；2.吉林省蛟河市木材检查总站，吉林 蛟河 132500；3.汪清林业局塔子沟林场，吉林 汪清 133299；4.成都大学药学与生物工程学院，四川 成都 610106）

人参（Panax ginseng C.A.Mey.）为五加科人参属植物，因其较高的食药用价值，被誉为“百草之王”。人参是典型的喜钾作物，增施钾肥可以促进人参植株的生长，有利于植株器官的建成，增强养分吸收能力，提高人参产量[1]。大量研究表明，钾肥是决定人参产量的重要因素[2]。目前提高植物中钾含量的主要措施之一是增加硫酸钾（K2SO4）等钾肥的施用量[3,4]，但如果长期单一施用某种化学钾肥，残留在土壤中的酸根离子经一系列的反应后会导致土壤酸化，从而对土壤的理化性质产生影响[5]。因此，减少硫酸钾等生理酸性肥料的施用，采用新型钾肥提高植物钾含量的研究已成为趋势[6]。研究表明，黄腐酸钾（BSFA）肥料可提高烟草根系干物质、地上部干物质及矿质元素积累量[7]。许永华等[8]研究表明用腐殖酸钾（KHM）液肥追施4年生人参，增产幅度明显，并且可提高人参的抗病能力和存苗率。本研究以2 年生人参苗为材料，利用土培方法，以传统化学钾肥为对照（CK），考察腐殖酸钾、黄腐酸钾对人参根、地上部分以及栽参土壤中多种元素积累规律的影响，旨在进一步揭示不同类型钾肥对人参元素积累的影响机制，为人参钾肥的合理施用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验时间与地点

2020 年10～12 月在中国农业科学院特产研究所药用植物栽培实验室进行土培试验和理化指标测定。

1.2 试验材料及设计

土培试验选取长势基本一致、无病虫害的2 年生人参苗为试验材料，用2mg/L浓度的赤霉素液浸泡人参芦头2 h，待植。供试土壤pH为6.9，全氮含量为0.96 mg/g，全钾含量为15.46 mg/g，速效钾含量为121.80 mg/kg，有效钾含量为251.21 mg/kg，全磷含量为0.46 mg/g。试验共设3 个处理，即施K2SO4（CK）、KHM 和BSFA，根据本实验室前期筛选出的钾肥最佳浓度，纯钾施用量为80 mg/kg 土，选择规格为21 cm（直径）、16 cm（高）的避光塑料营养钵，每个营养钵装土2.5 kg，栽植5 株，每个处理6 盆，10 月8 日移栽，12 月13 日收获。

1.3 测定项目与方法

人参移栽1 周后开始取样，每20 d 取样1 次，每次取样6 株，分别于2020 年10 月15 日、11 月3 日、11 月23 日和12 月13 日各取样1 次，总计取样4 次。人参样品用自来水洗净，再用蒸馏水冲洗，用滤纸吸干表面水分后，烘干，粉碎过60 目（0.25 mm）筛，备用。P、K 测定参考鲍士旦方法[9]，采用EURO EA3000 元素分析仪测定N 含量，利用ICP-OES 仪器（美国安捷伦公司）测定其他元素的含量，pH 测定采用上海雷磁PHS-3E 检定仪测定。

1.4 数据统计分析

采用EXCEL 2010 和SAS 软件进行数据处理和显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同钾肥处理对栽参土壤pH及元素含量的影响

随着人参生育期的延长，与CK 相比，KHM 处理条件下栽参土壤的pH 呈现出升高的趋势。在人参收获期，栽参土壤的pH 大小依次为KHM ＞BSFA ＞CK。随着人参生育期的延长，栽参土壤中全K、Ca、Zn和As 的含量呈现先升高后降低的趋势；土壤中全P的含量在KHM 和BSFA 处理条件下呈现升高趋势，而CK 则呈现降低趋势；栽参土壤中全C 含量在各处理条件下均呈现先降低后升高的趋势；栽参土壤中Al、Fe、Mg 和Na各处理条件下均呈现升高的趋势；Pb、Cd的含量随着生育期的延长未呈现明显变化规律；汞（Hg）、Se 元素均未检出。在人参收获期，在CK处理条件下栽参土壤中全K 和速效K、Al、Fe、Mg、Na、Pb 和铬（Cd）的含量最高，其中土壤中全K和速效K 的含量最高，分别为13.38 mg/g 和0.218 4 mg/g；在KHM 处理条件下栽参土壤中Al 含量最低；在BSFA 处理条件下栽参土壤中全N、全P、全C、Ca、Zn 和As 的含量最高，分别为1.06 mg/g、0.43 mg/g、11.09 mg/g、4.32 mg/g、0.052 1 mg/g 和0.009 8 mg/g，与对照处理差异显著。

表1 不同有机钾肥处理对栽参土壤pH 以及各元素含量的影响Table 1 Effects of different organic potassium fertilizer treatments on pH and element contents of ginseng soil

2.2 不同钾肥处理对人参根中元素积累的影响

不同钾肥处理条件下，随着人参生育期的延长，人参根中K 含量在KHM 处理呈现先升高后降低的趋势，BSFA和CK处理条件下呈现降低的趋势；在BSFA处理条件下人参根中N 含量呈现先升高后降低的趋势，而施用KHM 和CK 处理的人参根中N 的含量则一直呈现降低的趋势。各处理条件下人参根中C 的含量呈现先降低后升高趋势，人参根中P、Ca、Fe、Mg、Al及Zn 的含量均呈现降低趋势，人参根中Se 的含量呈现先升高后降低的趋势，人参根中Na 的含量未呈现明显的变化规律。收获期，在KHM 处理条件下人参根中N、P、K、C、Ca、Mg 和Zn 的含量最高，分别达到24.32 mg/g、2.84 mg/g、21.93 mg/g、365.36 mg/g、2.83 mg/g、1.99 mg/g 和0.012 5 mg/g，与CK 处理差异显著；在BSFA 处理条件下人参根中Na 和Se 的含量最高，含量分别为0.56mg/g 和0.003 0 mg/g，与CK 处理差异显著。在CK 处理条件下参根中Fe、Al 的含量最高，与KHM 和BSFA 处理差异显著。各处理条件下，人参根中Hg、Pb、Cd 及As 元素均未检出。

表2 不同有机钾肥处理对人参根中各元素含量的影响Table 2 Effects of different organic potassium potassium fertilizer treatments on element contents of ginseng roots单位：mg/g

2.3 不同钾肥处理对人参茎叶中各元素积累规律的影响

随着人参生育期的延长，各处理条件下，人参茎叶中N、P、K 的含量均呈现降低的趋势。人参茎叶中Fe的含量均呈现先降低后升高的趋势。人参茎叶中Al 的含量在KHA 处理条件下呈现升高的趋势，其他处理条件下Al 的含量呈现先降低后升高的趋势；各处理条件下，人参茎叶中Ca 及Mg 的含量在各处理条件下均呈现升高趋势；在各处理条件下人参茎叶中全C、Na、Se 和Zn 的含量未呈现出明显变化规律。在人参收获期，人参茎叶中N、P、K、C、Fe 和Se 的含量在KHM 处理下最高，含量分别为20.85 mg/g、2.22 mg/g、19.66 mg/g、436.71 mg/g、0.11 mg/g 和0.006 5 mg/g，与对照处理差异显著；人参茎叶中Mg 含量在BSFA处理条件下最高，含量为0.004 2 mg/g，与对照处理差异显著；人参茎叶中Al、Ca 的含量在CK 处理条件下最高，分别为0.085 8 mg/g、11.00 mg/g，与其他处理差异显著。人参茎叶中Hg、Pb、As 及Cd 等元素在各处理条件下均未检出。

表3 不同有机钾肥处理对人参茎叶中各元素含量的影响Table 3 Effects of different organic potassium fertilizer treatments on element contents of ginseng stems and leaves单位：mg/g

3 讨论

3.1 不同钾肥处理对栽参土壤pH及各元素含量变化规律的影响

李芳明等[7]研究表明，新参林地土壤中的pH 一般为6.5，1 年后会降至5.8，土壤的pH 与栽参年限呈负相关，即随着栽参年限的增加pH 会逐渐降低，土壤酸度增大，进而引起土壤酸化。在试验条件下，随着人参生育期的延长，CK 处理条件下土壤的pH 一直呈现降低的趋势，而KHM 和BSFA 处理条件下栽参土壤pH则呈现出升高的趋势，表明使用KHM 和BSFA 可能在一定程度上缓解人参种植导致的土壤酸化。随着人参生育期的推进，各处理条件下栽参土壤中Al 的含量均出现不同程度地升高，尤其以CK 条件处理下在收获期栽参土壤中Al 的含量最高，据此本研究推断Al也是限制人参生长、导致土壤酸化的因素之一，这与张冉等[10]报道的一致。在KHM 处理条件下栽参土壤中全K 和速效K 最高含量出现的时期较CK 处理条件下出现高峰期后移，这可能是因为KHM 中含有大量的微生物相关酶，这些酶可以有效促进土壤中K 的转化，对K 的有效性具有重要的影响，进而提升土壤的保水保肥性能[11-13]。在人参的收获期，土壤中全K 和速效K 的含量均以CK 处理条件下含量最高，表明化学钾肥的使用可能在植株生长后期有盈余，并未得到充分利用；土壤中全C、全N 含量在BSFA 处理条件下最高，与对照处理差异显著，表明有机钾肥可以在一定程度上增加土壤固C 量，提高土壤C 储量[13-15]，同时BSPA本身N 含量较高，养分释放平稳，保证了人参生长后期仍具有充足氮可吸收。有机钾肥的施入能够提高土壤中全P 的含量，在人参收获期，BSFA 和KHM处理条件下土壤中全P 的含量均较CK 处理条件下显著增加，但以BSFA 处理条件下土壤中全P含量最高，但土壤中速效P 的含量则较CK 显著降低，这可能与不同处理条件下人参植株后期对速效磷的吸收差异有关。在人参收获期，各处理条件下土壤中其他元素的含量也不尽相同，在BSFA 处理条件下土壤中Ca、Zn、As含量最高，与对照处理差异显著，这说明BSFA 在一定程度上可能有利于Ca、Zn、As元素的富集；土壤中Al、Fe、Mg、Na、Pb 及Cd 元素的含量在CK 处理条件下含量最高，且各处理间差异显著，说明在CK 处理条件下提高了土壤中Al、Fe 的富集；综上所述，与CK 处理相比，KHM 和BSFA 对人参土壤中元素的富集存在差异，这可能与元素在土壤中的分配与转运机制差异相关，也可能与植物在不同处理条件下启动某些应激反应造成的差异有关[16]。

3.2 不同钾肥处理对人参根中各元素积累规律的影响

人参是多年生药用植物，根是营养元素积累的最大器官。在不同钾肥处理条件下，人参根对大量元素N和K 的需求量较大，对P 的需求量相对较小。随着人参生育期的延长，在BSFA 处理条件下，人参根中K的含量呈现降低的趋势，而在KHM 处理条件下，人参根中K 的含量则呈现先升高后降低的趋势，最高含量出现在第3 次取样期。在收获期，人参根中K 的含量在KHM 处理条件下最高，与对照处理差异显著，表明KHM 处理可以相对持续有效地供给人参根系生长所需的K 素，促进人参根部对K 的吸收，因此生产中可以尝试将KHM 作为人参的基肥一次性施入；人参根中N 和P 的含量均较第1 次取样时显著降低，尤其是第3 次取样期后下降趋势显著，可能是随着人参的生长衰老对N 和P 肥的吸收利用率开始降低，加上人参根系快速膨大，造成人参根中这些元素的“稀释效应”有关[18]。人参根中的C 含量在不同生育期差异较大，随着生育期的延续，C 的含量呈现先降低后升高的趋势，KHM 和BSFA 处理条件下参根中C 的含量增加较多，收获期以KHM 处理条件下参根中C 的含量最高，表明有机钾肥能够有效促进C 素在人参根内的转化和分配。中量元素Ca 和Mg 在人参生长过程中需要量较大，但随着人参生育期的延长各处理条件下均呈现下降的趋势，收获期BSFA 和KHM 处理条件下Ca的含量显著低于CK 处理；BSFA 处理条件下，Mg 含量显著低于CK 处理，而土壤中Mg 含量则呈现升高趋势，表明Mg 与K 存在一定的拮抗效应。据此推测，人参施用有机肥KHM 和BSFA 条件下应该额外补充Ca 肥，才能达到高品质、高产量的目的。Al、Fe、Na、Se和Zn等元素广泛参与植物体内生理和生化代谢过程，是人参营养生长和生殖生长所必需的微量元素。结果表明，随着人参生育期的延长，Al、Fe 和Zn 含量在各处理条件下均呈现下降的趋势，在收获期，KHM 和BSFA 处理条件下人参根中Al 和Fe 的含量均较CK明显降低，而栽参土壤中Al、Fe、Pb 及Cd 元素的含量在CK 处理条件下含量最高，表明有机钾在维持植物健康、抵御生物和非生物胁迫等的很多复杂的生理功能有关[19]；在收获期，在BSFA 处理条件下Na 含量最高，在CK 处理条件下Na 的含量最低，可能与人参对有机钾肥具有较高的K 利用效率，K+和Na+的协同运转能力增强，进而促进Na 的吸收或者代谢[20]；Zn 和Se 为人体必需的矿质元素，与多种疾病密切相关。研究结果表明，在收获期BSFA处理条件下参根中Se 的含量最高，KHM 处理条件下Zn 的含量最高，本研究推测有机K 可以在一定程度上提高人参根内Zn 及Se 的吸收和转化，从而在某种程度上提高人参品质，由于实验局限性，关于这一假设还需进一步开展实验加以验证。

3.3 不同钾肥处理对人参茎叶中各元素积累规律的影响

人参茎叶吸收的元素主要来源于人参根部，因此人参根和人参茎叶矿质元素的吸收积累有着相互促进或相互抑制的密切关系。结果表明，随着生育期的延长，人参茎叶不同钾肥处理条件下，人参根和人参茎叶对K 的吸收利用具有一定的相关性，即人参茎叶中K的含量也呈现降低的趋势。在收获期，人参茎叶中K的含量在KHM 处理条件下最高，与对照处理差异显著，表明KHM 处理可以促进人参茎叶对K 的积累，进而持续有效地供给人参根部生长。在不同K 肥处理条件下，随着人参生育期的延长，人参茎叶中N 及P的含量在收获期均较第1 次取样时显著降低，可能是随着人参的生长衰老对氮磷肥的吸收利用率开始降低的原因。茎叶中C 的含量在BSFA 和KHM 处理下呈现升高、降低、升高的趋势，而CK 处理条件下人参茎叶中C 含量呈现降低的趋势，表明人参在生长过程中，在BSFA 和KHM 处理条件下可以显著提高地上部分C 的积累。在收获期，K、N、P、C、Fe 和Se 在KHM 处理下人参茎叶中含量最高，发现收获期根中K、N、P和C 的含量也是在KHM 处理下最高，因此推断人参根和茎叶在大量元素的吸收上具有一定的相关性，但在微量元素的吸收上存在一定的差异。收获期，人参茎叶在BSFA 和KHM 处理条件下Al、Ca 的含量均显著低于CK 处理条件下Al 及Ca 的含量，这与根中结果相一致，由于人参中Al 代谢积累与土壤中Al 元素富集有相关性，揭示了BSFA 和KHM 处理条件下可能在一定程度上缓解由于Al 含量增加导致土壤酸化问题，在BSFA 和KHM 处理下人参茎叶中Ca 的含量降低，与人参根中结果相一致，表明人参茎叶与根中Ca元素的积累代谢具有一定相关性，提示在应用BSFA和KHM过程中应通过叶面追肥或根包追肥等方式补充Ca 肥，从而保证人参健康生长。

综上所述，KHM 和BSFA 处理可以显著降低土壤中Al、Fe、Na、Pb 和Cd 等元素的含量，在提高人参根及人参茎叶中N、P、K、C、Ca 和Mg 等元素含量方面以KHM处理效果较好。为此，本研究对调控人参根系生长和提高人参品质等具有一定意义，生产中可结合对人参品质或其他特殊需求选择性应用有机钾肥。