有机肥对林下种植大百部产量和品质性状的影响

杨开太,韩小美,毛 纯,刘 军,杜 铃,杨舒婷,唐梦云,蒋 林*

(1.广西壮族自治区林业科学研究院,广西南宁 530002;2.广西大学,广西南宁 530004;3.广西壮族自治区国有七坡林场,广西南宁 530219)

林下种植经济作物已成为发展林下经济的主要方式之一。在不影响森林防护效益的前提下,充分发掘林下土地的种植潜力,合理利用林地资源,根据其土壤结构、植被分布、土壤肥力等选择适合林下种植的作物,创造出更高的经济效益、生态效益及社会效益已成为山区农业经济发展的重要模式之一[1-2]。在林下种植产业中,以中草药的林下种植尤为兴盛,特别是对一些喜阴的中草药品种,林下种植能达到一种仿野生生长的环境[3]。虽然与大田种植相比其产量有所减少,但合理使用农药和化肥,既能保证中草药的产量和品质,也能保证林地树木的正常生长和生态环境的平衡。目前在适合林下种植的中草药品种中,鸡血藤(Spatholobussuberectus)、黄芪[Astragalusmembranaceusvar.mongholicus(Bunge)P.K.Hsiao]、珠子参[Pseudocodonconvolvulaceussubsp.forrestii(Diels)D.Y.Hong]、天麻(Gastrodiaelata)等作物的林下套种技术比较成熟,且相关报道较多[4-7],但关于林下百部的种植报道较少。

百部[Stemonajaponica(Bl.)Miq],为百合目(Liliflorae)百部科(Stemonaceae)多年生草本药用植物,在我国分布较为广泛。大百部(Stemonatuberosa),又名对叶百部,在两广及云贵地区分布广泛,且产量较高,入药可用于治疗咳嗽、肺痨、头虱、体虱、阴痒等。随着环境的变化及人类呼吸系统疾病的高发,对于百部的需求日益增加,但野生的百部生长较慢且产量低,因此,人工种植得到了大力推广[8]。目前关于百部的人工栽培技术研究较多,对种苗培育、移栽、管理等技术均有了较好掌握[9-11]。关于百部的人工种植主要是在田间或大棚中独立栽培,也有与脐橙[Citrussinensis(L.)Osbeck]、五味子[Schisandrachinensis(Turcz.)Baill.]等进行套种栽培[12-13],但在低丘林下高效栽培的技术尚鲜见报道。笔者以大百部在广西南宁地区加勒比松林下高效栽培为研究对象,施用不同种类肥料,比较大百部生物量和体内可溶性糖含量,以期确定大百部林下栽培最适肥料,有助于百部林下高效栽培技术的发展,对百部的栽培管理具有一定指导意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况试验地位于广西壮族自治区南宁市吴圩镇的广西国有七坡林场立新分场,主要种植林木为加勒比松,郁闭度为0.5～0.7,107°59′～108°21′E,22°28′～22°68′N,海拔180～260 m。年均气温20～23 ℃,≥10 ℃年积温7 500 ℃,极端最低温-2.6 ℃,极端最高温38.4 ℃。干湿季节明显,其中4—9月为雨季,年降水量1 200～1 300 mm,年相对湿度为70%～80%。该区域属亚热带海洋性季风气候,温暖湿润,雨量充沛。林地坡度为20°～30°,土壤以页岩、砂岩发育的赤红壤为主,土壤呈酸性,表土pH小于 4.5。野生大百部常分布于海拔300～400 m山坡草丛、林下,在该海拔下也发现野生大百部[14],因此,该试验林场海拔也符合模拟大百部野生生长海拔。大百部具有喜温暖、喜湿润、喜阴凉的特点,试验地区的温度、湿度及林下郁闭度均符合大百部的生长,但土壤pH稍有偏低,移栽施用适量石灰。

1.2 试验材料供试植物:大百部幼苗由林场采用苗床育苗,7—8月进行播种,在苗床上开沟条播。播种后覆土4～5 cm,在播种后浇水湿透,并用稻草覆盖保温保湿。幼苗生长至8～12 cm后移入林下种植。林下大百部栽培采用宽幅带状间作模式,种植带沿等高线布置,带宽1.0～1.2 m,种植带间隔2～4 m。移栽前90 d完成整地,整地时采用人工或小型机械整地,将原林地上的杂灌和杂草等挖断后填埋到种植带内起垄,种植带整地深度30～40 cm,以行距30～40 cm,株距25 cm。

花生麸液:花生麸购自南宁市武鸣区太平镇榨油工坊,林场内制作花生麸液,花生麸与水的比例根据试验要求按50倍、100倍质量比进行搭配,密封浸泡60 d以上方能使用,同一批次试验采用同一批次花生麸液。腐熟羊粪液:堆放发酵腐熟的羊粪由南宁好年景农资有限责任公司提供,羊粪为粉碎袋装,林场内制作腐熟羊粪液,水与腐熟羊粪的比例根据试验要求按50倍、100倍质量比进行配比,密封浸泡7 d以上方能进行试验,同一批次试验采用同一批次腐熟羊粪液。发酵猪粪:发酵猪粪由南宁好年景农资有限责任公司提供,猪粪为粉碎袋装,水与粪的配比根据试验要求按50倍、100倍质量比进行配比,密封7 d便可进行施肥,同一批次试验采用同一批次配制的沼液。

1.3 试验仪器AUY220型万分之一电子天平(日本岛津),TP-5 200型电子天平(湖南湘仪),YP20 000型电子天平(上海越平),UV-1750型紫外可见分光光度计(日本岛津公司),DHG-9050A型鼓风干燥箱(济南欧莱博),电热恒温水浴锅:GSY-II(上海一恒)等。

1.4 试验方法

1.4.1不同肥料对大百部生物量的影响试验。试验小区长10.0 m、宽1.2 m。为探究不同肥料对大百部生长的影响,设置清水对照和肥料处理。其中,肥料处理采用“1.2”中稀释后的肥料进行施肥,每处理设置3个小区,以垄为单位,各小区按单因素随机分布。设7个处理:CK,清水对照;T1,花生麸液稀释50倍;T2,花生麸液稀释100倍;T3,腐熟羊粪稀释50倍;T4,腐熟羊粪稀释100倍;T5,发酵猪粪稀释50倍;T6,发酵猪粪稀释100倍。每小区施用12.5 L。肥料和清水的施用根据大百部的日常肥水管理进行,2020年4月13日首次施用肥料,试验期间再追肥施肥3次(4月30日、6月16日、8月22日),分别在首次施肥后30、90、120、360 d(±2 d)内随机采样,每小区取5株,测定大百部根的数量、鲜质量及干质量。根数量的确定:根部有膨大算作有效根数量;鲜质量的测定:将有效根数洗净表层泥土后擦干,采用天平进行鲜质量测定;干质量的测定:将进行鲜质量测定后的根剪碎后置于烘箱中60 ℃烘干24 h后用天平测定。

1.4.2不同肥料对大百部根内可溶性糖含量的影响试验。大百部块根内可溶性糖含量采用蒽酮硫酸法测定,参照由继红等[15]的研究方法并加以改进,称取干重测试后的百部块根0.02 g,用研钵磨碎成粉末后加入10 mL蒸馏水,沸水浴加热60 min后转移至尖嘴离心管中,再加入0.02 g活性炭,剧烈摇晃后10 000 r/min 离心3 min,将上清液转移至25 mL容量瓶中,加入3 mL无水乙醇后用蒸馏水定容。取1 mL提取液与5 mL配制好的蒽酮硫酸试剂混匀,沸水浴加热15 min后取出,置于冷水中恢复至室温,静置20 min采用紫外分光光度计测定625 nm波长下的吸光度,以蒸馏水作为参比,各重复3次,根据葡萄糖标准溶液绘制的标准曲线,计算可溶性糖含量。其中,葡萄糖标准溶液浓度为50～400 μg/mL,采用上述相同的处理方法处理后在625 nm波长下进行吸光光度测定,以吸光光度值为横坐标,葡萄糖浓度为纵坐标进行拟合,得到标准曲线为y=132.930x+28.346,R2=0.995 4。

1.5 数据处理所有试验数据均采用SPSS 16.0软件进行整理和分析,使用单因素方差分析法(one-way ANOVA)分析数据的显著性,采用Duncan检验对数据进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同肥料对大百部根数量的影响由图1可见,首次施肥后30 d开始进行测量,随着时间的推移,各处理和CK的根数量变化趋势一致。在首次施肥后30～180 d,根数量急剧增多,但在180～360 d,根数量变化较为平缓。首次施肥后30 d时,CK的根数量与T5处理接近,分别为(9.4±0.9)和(9.4±0.5)根,且与其他处理差异显著(P<0.05)。首次施肥后90 d发现,各处理大百部根数量增长迅速,其中以T5处理根数量最多,为(20.6±2.5)根,其次为T3处理,为(20.4±1.9)根,花生麸液处理(T1、T2处理)的根数量少于其他2种肥料处理。首次施肥后180 d根数量的增长仍较大,以发酵猪粪处理(T5、T6处理)的根数量最多,且根数量多余其他处理。在首次施肥后180～360 d,根数量增加较少,这可能与季节进入秋冬有关,仍以发酵猪粪处理(T5、T6处理)的根数量为多,较CK分别增加17.93%和16.30%。总体来看,花生麸液处理(T1、T2处理)对根数量的促进作用均弱于其他2种肥料处理,腐熟羊粪在稀释100倍时(T4处理)对根数量的促进作用不明显,但在稀释50倍时(T3处理)具有一定的促进作用,但在整个试验周期促进作用不稳定,同时也低于发酵猪粪(T5、T6处理),发酵猪粪在2种稀释倍数处理下根数量差距不大,且促进作用较其他处理佳。

注:不同小写字母表示同一施肥时期不同处理间差异显著(P< 0.05)。Note:Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments during the same fertilization period(P<0.05).图1 不同肥料对大百部根数量的影响Fig.1 Effects of different fertilizers on the number of Stemona tuberosa roots

2.2 不同肥料对大百部根鲜质量的影响从图2可知,在首次施肥后30～90 d,各处理及CK的根均为细根,无较明显的膨大,各组间差异较小,因此在前2次结果调查中,大百部根鲜质量组间差异较小,且根鲜质量增长率为结果调查3阶段中最小。首次施肥后90～180 d,根鲜质量开始快速增长,180 d发酵猪粪处理(T5、T6处理)的鲜质量最大,且与除T3外的其他处理差异显著(P<0.05),分别为(644.9±33.5)和(648.1±49.1) g,花生麸液和腐熟羊粪处理(T1、T2和T3、T4)的鲜质量较CK有增加。首次施肥后360 d,各处理大百部根鲜质量较前一次测定增加较多,且各处理间的差异也越趋明显,T5和T6处理大百部根鲜质量最大,分别为(1 838.5±90.3)和(1 762.1±90.1)g,分别较CK增加38.24%和32.49%,T3处理对大百部根鲜质量也有较大的促进作用,较CK增加了24.58%,其他各处理较CK增长均在20%以下。各处理根鲜质量增长情况与指数增长模型较为相似,因此对根鲜质量增加较多的T5、T6、T3处理和CK进行指数增长模型拟合,其模拟增长曲线分别为y=0.660e0.275 9x,R2= 0.949 1;y=83.702e0.270 7x,R2=0.944 6;y=79.664e0.269 5x,R2=0.945 8;y=83.500e0.242 3x,R2=0.965 9。

注:不同小写字母表示同一施肥时期不同处理间差异显著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments during the same fertilization period(P<0.05).图2 不同肥料对大百部根鲜质量的影响Fig.2 Effects of different fertilizers on the fresh quality of Stemona tuberosa roots

2.3 不同肥料对大百部根干质量的影响从图3可见,首次施肥后30 d对各处理的根进行干质量测定,T5处理干质量最大,较CK增加32.32%,花生麸液处理(T1、T2)大百部根干质量较CK有所降低,分别降低1.18%和4.04%。首次施肥后90 d各处理干质量均较CK增加,其中以T6处理干质量增加最多,增长率达34.46%,T5处理干质量仅次于T6处理,发酵猪粪液处理(T5、T6)根干质量与CK有显著差异(P<0.05)。从首次施肥后180 d开始,大百部根干质量开始不断增加,增长率明显高于前阶段,在第3次结果检测中,肥料处理大百部根干质量增长较大,其中T5和T3处理干质量分别为(150.3±10.2)和(141.8±16.8) g,较CK的增长率分别为66.76%和57.35%,除T2处理外,其他各处理的干质量增长率均超过30%。在首次施肥后360 d,各处理间差异最为明显,T5和T3处理大百部根干质量位居前列,分别较CK增加96.45%和74.86%,增幅明显,花生麸液处理(T1、T2)在2种浓度下也具有一定的促进作用,但增幅较其他处理低,肥料处理(除T2处理)大百部根干质量与CK相比均有显著差异(P<0.05)。根据4次大百部根干质量的测定,其变化过程符合指数增长模型,将T5和T3处理及CK处理根干质量变化过程进行模型拟合,其增长曲线分别为y=13.564e0.316 9x,R2=0.953 1;y=12.314e0.317 6x,R2=0.944 7;y=11.192e0.275 5x,R2=0.950 8。

注:不同小写字母表示同一施肥时期不同处理间差异显著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments during the same fertilization period(P<0.05).图3 不同肥料对大百部根干质量的影响Fig.3 Effects of different fertilizers on the dry quality of Stemona tuberosa roots

2.4 不同肥料对大百部根内可溶性糖含量的影响从图4可见,在首次施肥后30 d各处理可溶性糖含量差异不大,其中以T2处理可溶性糖含量为最高,达(128.28±11.54) mg/g,较CK增加15.72%。在首次施肥后90 d的结果检测中,可溶性糖含量差异仍不明显,除CK外仍以T2处理最高,T5处理最低。在首次施肥180 d,各处理可溶性糖含量差异较大,稀释倍数越大其可溶性糖含量越大,其中T2处理可溶性糖含量最高,达到(446.97±13.11) mg/g,T5和T6处理可溶性糖含量均低于其他处理,分别为(362.73±8.47)和(380.49±23.43)mg/g,与其他各处理(除T3处理)差异显著(P<0.05)。在首次施肥后360 d,大百部根内可溶性糖含量较首次施肥后180 d有所下降,但趋势与施肥后180 d保持一致,仍以T5处理含量最低[(340.80±17.50) mg/g]。整体而言,大百部根内可溶性糖含量呈先逐步上升后缓慢下降趋势,可能与生长周期有关,将含量最低的T5处理进行模型拟合,其动态变化过程拟合曲线方程为y=-4.587 9x2-82.046 0x+19.370 0,R2= 0.972 7;将含量最高的T2处理进行模型拟合,其动态变化过程拟合曲线方程为y=-5.721 7x2+102.760 0x+8.061 5,R2=0.949 2。根据曲线方程可以预测,在试验阶段T5处理可溶性糖含量在首次施肥后约268 d时可达到最大值,为386.18 mg/g,后逐渐下降;T2处理可溶性糖含量在首次施肥后约269 d可达到最大值,为469.45 mg/g,后逐渐下降。

注:不同小写字母表示同一施肥时期不同处理间差异显著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments during the same fertilization period(P<0.05).图4 不同肥料对大百部根可溶性糖含量的影响Fig.4 Effects of different fertilizers on soluble sugar content in Stemona tuberosa roots

3 结论与讨论

该研究在林下种植大百部,研究施用不同肥料对大百部生长及体内可溶性糖含量的影响,综合大百部的根数量、根鲜质量和干质量,发现使用发酵猪粪、腐熟羊粪和花生麸液均能促进大百部的生长。3种肥料中,以发酵猪粪对大百部生长的促进作用最为明显。有研究发现,猪粪的使用可使土壤容重和pH随着土壤剖面垂直深度的加深而增大,总孔隙度、水稳性团聚体、总持水量、有机质、有机碳、有机碳密度、酶活性和重金属含量均随着土壤剖面垂直深度的加深而降低,能在一定程度上改善土壤理化性质,提高土壤有机质含量和酶活性[16]。猪粪还能在一定程度上替代化肥的使用,不仅能促进植物的生长,还能提高其产量及品质[17-18]。因此,可在林下百部的种植过程中推广发酵猪粪的使用。

不同肥料对百部体内可溶性糖含量的影响也有一定差异,可溶性糖是植物光合作用的产物,在植物生长发育过程中参与植物的生长代谢[19]。该研究中,各处理可溶性糖含量先逐渐升高,在首次施肥后360 d缓慢降低,这可能是由于首次施肥后已进入秋天,作物生长放缓,进入冬季后大百部生长几乎停止,因此可溶性糖含量的减少可能是由于气温降低导致。百部的药理活性是由百部体内总生物碱含量决定的,可将百部药材质量控制的指标性成分定为百部总生物碱类成分[20],百部体内可溶性糖含量与总生物碱的含量呈负相关[21],因此,可溶性糖含量越低,说明百部品质越好。在该研究中,各肥料处理稀释倍数越大,其可溶性糖量越高,说明施肥浓度高可提高百部的品质,发酵猪粪稀释50倍处理的可溶性糖含量最低。可见,林下种植百部使用发酵猪粪有助于增加其体内总生物碱的含量,提高百部的品质。

目前,林下种植中草药具有较高的经济价值,在林下种植经济发展的过程中,应结合林区实际情况,合理规划安排,在保护生态环境的前提下,将有限的林地资源实现最大化的经济效益和生态效益。在不断发展的林下经济产业中,应加大力度进行技术研究,提倡施用有机肥,减少化学肥料的使用,既能保护生态,又能保证作物品质,实现“保护—开发—再保护—再开发”的良性循环,维持林地生态平衡[22]。此外,还应健全林下种植产业监督制度,以求保障该产业的合规合法、有序建设,实现林下中草药种植产业与林业的可持续发展。