不同土壤緊實度對金線蓮生長和品質的影響

胡 坤，王文俊，童晨曉，郭力銘，周碧青,2，張紅雪，鄒雙全，毛艷玲,2, *

（1. 福建農林大學資源與環境學院，福建 福州 350002；2. 土壤生態系統健康與調控福建省高校重點實驗室，福建 福州 350002；3. 自然生物資源保育利用福建省高校工程研究中心， 福建 福州 350002）

0 引言

【研究意義】金線蓮（Anoectochilus roxburghii），又名金草、金蠶，天門冬目蘭科，單子葉植物，主要分布于我國東南部福建、臺灣、浙江、江西等地[1]。其味道甘甜、藥性平和，具有降火、祛濕氣、祛毒、鎮痛止咳、降低血壓血糖、抑制腫瘤等功效，具有極高的藥用價值，在民間被譽為“藥王” “鳥人參”等[2?3]。金線蓮對外界環境要求極高，多生長在環境陰涼、土質良好、水氣充足、有良好團粒結構且有充足肥力的土壤[4]。近年來由于人類過度開墾、灌溉、施肥等活動，導致土壤板結、水土流失、土壤質量不斷惡化，極大地限制了金線蓮產量和品質的提升[5]，因此急需尋找一種合適的種植方式。有研究發現通過調控土壤緊實度能改變土壤物理機械結構，進而影響作物產量[6]。土壤緊實度是指土壤抵抗外力的壓實和破碎的能力，可通過土壤容重、孔隙度和機械阻力等指標來評價，其中土壤容重是反映土壤緊實度最直接、最常用的指標[7]。土壤容重和土壤緊實度直接相關，土壤容重提高，土壤緊實度也增大[7]。土壤緊實度的大小影響作物根系的穿透能力和礦質元素的轉移，進而影響植物生長進程，因此栽培金線蓮不僅需要適宜的水肥，還必須有適宜的土壤緊實度[8]。【前人研究進展】多項研究表明，土壤過度疏松或緊實，會影響作物生長，造成作物減產，品質下降。土壤過于松弛，土壤保水持肥能力下降，更容易加快土壤水分和養分的流失。吳曉蓮等[9]研究發現，土壤容重過低會影響甘蔗苗期生長，最終導致減產。鄒俊等[10]對活血丹設置不同容重處理后發現，土壤容重0.8 g·cm?3處理，活血丹各項生長指標和生物量，以及光合色素、可溶性糖、游離氨基酸含量均顯著低于土壤容重1.0 g·cm?3處理。土壤過于緊實，通氣性變差，影響根系生長發育及生理代謝。劉永晨等[11]研究發現，土壤緊實脅迫處理抑制甘薯生長，降低塊根中干物質分配率和塊根產量。Tracy等[12]研究發現，土壤過于緊實，抑制番茄根系生長，降低根系活性，導致番茄產量和品質下降。【本研究切入點】目前，對金線蓮生長的研究絕大多數集中在栽培基質材料與配方，而缺乏從栽培基質物理性質-土壤緊實度角度出發，對金線蓮生長和品質影響的研究。【擬解決的關鍵問題】本試驗通過改變土壤和珍珠巖用量，設置不同容重處理，研究不同土壤緊實度對金線蓮生長和品質的影響，篩選出金線蓮生長所需的適宜緊實度，以期為金線蓮高產栽培、產量品質提升提供有力的理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試植物為小葉品種金線蓮組培苗，取自福建農林大學自然生物資源保育利用福建省高校工程研究中心。

供試土壤為紅壤，0～20 cm土壤pH值5.82、有機質25.40 g·kg?1，堿解氮63.54 mg·kg?1，有效磷35.41 mg·kg?1，速效鉀109.28 mg·kg?1。

供試珍珠巖購自市場，粒徑大小3～6 mm，容重為100～150 kg·cm?3。

試驗于2019年1月13日～6月13日在福建農林大學田間實驗室（陽光房）內進行，試驗地地理坐標為（25°15′～26°39′N，118°08′～120°31′E），屬典型亞熱帶海洋性季風氣候區，年平均氣溫約20.1 ℃，氣 溫適宜，溫暖濕潤，光照充沛，適宜金線蓮生長。

1.2 試驗設計

試驗采用盆栽試驗，花盆為口徑20 cm，底徑16 cm，高15 cm的PVC盆，花盆底部放置有塑料網，防止土壤沖刷。試驗設置5個土壤容重處理，分別為0.7（T1）、0.8（T2）、0.9（T3）、1.0（T4）、1.1 g·cm?3（T5），每個處理設置5個重復。各處理所需土壤與珍珠巖見表1，選用m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=15∶15∶15的復合肥，每盆施用量為1.2 g，折合大田施用量為444 kg·hm?2。將土壤、肥料與珍珠巖混合均勻后裝入花盆，并壓至相應的刻度（距盆頂3 cm），緩慢澆水，放置2 d后，選取長勢良好、大小一致的金線蓮幼苗，用5 %的多菌靈溶液浸泡10 min進行消毒殺菌，晾干后均勻移栽至PVC花盆中，每盆移栽10株，試驗期間水肥、光照、病蟲害管理按常規進行。

表 1 各處理土壤和珍珠巖質量Table 1 The quality of soil and perlite for each treatment

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品采集與處理 金線蓮栽培管理150 d后，采收所有地上部金線蓮樣品，將采收金線蓮樣品分為兩部分，一部分植株樣品位于4 ℃冰箱進行冷藏處理，用于植物生長、生理指標測定，另一部分植株樣品置于105 ℃鼓風干燥箱殺青2 h，65 ℃烘干至恒重，粉碎至粉末狀，過0.149 mm篩，裝袋編號，用于植物品質指標測定。

1.3.2 生長指標測定 金線蓮采收時對植物生長指標進行測定，每個處理選取5株金線蓮，用卷尺測定植株株高、葉長、葉寬和根長（株高以地面到植株最高處為準；葉長、葉寬測定選取金線蓮中最大的葉片，以長寬最大處為準；根長測定選取金線蓮主根系，以地面到根最底端為準），用電子游標卡尺測定植株地徑（距離地面1 cm處），用電子天平稱量植株鮮重，計算折干率，折干率(%)＝(植株干重/植株鮮重)×100%。

1.3.3 生理指標測定 選用整個植株鮮樣進行金線蓮生理指標測定，葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量均采用乙醇浸提-分光光度法測定，吸收光波長分別為663、645、470 nm[13]。

1.3.4 品質指標測定 全碳、全氮含量采用全自動微量碳氮元素分析儀（德國ELEMENTAR）測定，全磷含量采用釩鉬黃比色法測定，全鉀含量采用火焰光度法測定。多糖含量采用苯酚-硫酸法測定，游離氨基酸含量采用茚三酮柱后衍生法測定，Vc含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定，總酚含量采用酒石酸亞鐵比色法測定，黃酮含量以蘆丁為標準品對照，分光光度法測定[13]。

1.4 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2016整理數據與繪圖，用SPSS 20.0軟件對試驗數據進行單因素方差分析和SNK法進行顯著性檢驗（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同土壤緊實度對金線蓮生長的影響

由表2可以看出，土壤緊實度對于金線蓮的生長影響顯著。金線蓮株高和地徑都隨土壤容重的增加呈先增加后減少的趨勢，株高在土壤容重0.9 g·cm?3達到最大值12.40 cm，分別是其他處理的1.25、1.10、1.11、1.15倍，與其他處理均達顯著性差異（P＜0.05）；地徑在土壤容重0.9 g·cm?3達到最大值2.75 mm，分別是其他處理的1.12、1.01、1.12、1.10倍；表明過高或過低的容重都不利于金線蓮株高和地徑的增長。金線蓮葉片數、葉長、葉寬也受土壤緊實度的影響，葉片數以土壤容重0.9 g·cm?3處理為最大，以土壤容重0.7 g·cm?3處理為最小，兩者間相差0.49片；葉長除容重0.7 g·cm?3處理外，其余處理間無顯著性差異，都顯著大于容重0.7 g·cm?3的處理；各處理葉寬位于1.68～1.77 cm，處理間無顯著差異；表明過高過低的容重都不利于金線蓮葉片的生長。金線蓮根長在土壤容重0.9 g·cm?3達到最大值4.53 cm，分別是其他處理的1.50、1.42、1.06、1.01倍，與土壤容重0.7、0.8 g·cm?3處理間差異較大，表明土壤容重過低會顯著影響根系的生長發育。

表 2 不同土壤緊實度對金線蓮生長指標的影響Table 2 The effect of different soil compaction on the growth index of Anoectochilus

由圖1可知，土壤緊實度對金線蓮產量有著顯著的影響。金線蓮鮮重和折干率均隨土壤容重的增加呈現先增加后減少的趨勢。鮮重在土壤容重0.9 g·cm?3達到最大值1.35 g，相比其他處理顯著增加68.51%、18.04%、16.61%、24.13%（P＜0.05），在土壤容重0.7 g·cm?3達到最小值0.80 g，與其他各處理間均達顯著性差異。折干率在土壤容重0.8 g·cm?3達到最大值14.18%，相比其他處理顯著增加47.71%、26.72%、57.73%、51.17%，在土壤容重1.0 g·cm?3達到最小值8.99%，而土壤容重0.7、1.0、1.1 g·cm?3處理下折干率之間無顯著差異。表明過高或過低的土壤緊實度均不利于金線蓮產量提升和體內干物質的合成與積累。

圖 1 不同土壤緊實度對金線蓮產量指標的影響Fig. 1 The effect of different soil compaction on the yield index of Anoectochilus

2.2 不同土壤緊實度對金線蓮生理的影響

由表3可知，土壤緊實度對金線蓮葉綠素和類胡蘿卜素合成有著顯著的影響。金線蓮葉片中葉綠素及類胡蘿卜素隨土壤容重總體上均呈現先增加后減少的趨勢，葉綠素a含量在土壤容重0.9 g·cm?3達到最大值1.99 mg·g?1，分別是其他處理的1.08、1.02、1.07、1.09倍，土壤容重0.8、0.9 g·cm?3處理間無明顯差異。各處理葉綠素b含量平均為0.45 mg·g?1，各處理間差異不顯著。各處理類胡蘿卜素含量平均為0.56 mg·g?1，在土壤容重0.9 g·cm?3達到最大值0.63 mg·g?1，分別是其他處理的1.24、1.15、1.07、1.19倍，在土壤容重0.7 g·cm?3達到最小值0.51 mg·g?1，與最大值間存在顯著性差異（P＜0.05），但與其他處理間無顯著差異。表明適宜的土壤緊實度會促進金線蓮 葉綠素和類胡蘿卜素的合成，影響植物光合作用。

2.3 不同土壤緊實度對金線蓮養分、品質的影響

各處理間金線蓮植株碳、氮、磷、鉀養分含量變化趨勢相同（見表4），均隨土壤容重的增加呈先增加后減少的趨勢。金線蓮中碳素的含量最多，平均達到348.59 mg·g?1，其次是氮元素，磷元素含量最少，平均為1.15 mg·g?1。碳素含量在土壤容重1.0 g·cm?3達到最大值357.92 mg·g?1，相比其他處理分別增加了18.34、16.37、2.59、9.34 mg·g?1，在土壤容重0.7 g·cm?3達到最小值339.58 mg·g?1，高 土 壤 容重（大 于0.9 g·cm?3）處理的金線蓮碳素積累量顯著大于低土壤容重。氮素含量位于25.79～28.71 mg·g?1，除土壤容重1.1 g·cm?3處理金線蓮氮素積累量最低外，其余處理間無顯著性差異。磷素含量在土壤容重0.9 g·cm?3達到最大值1.27 mg·g?1，分別是其他處理的1.23、1.10、1.09、1.13倍，與其他處理均達顯著差異（P＜0.05）。鉀素含量也以土壤容重0.9 g·cm?3處理為最大，以土壤容重1.1 g·cm?3處理為最小，兩處理間鉀素含量差距達到1.80 mg·g?1，達到顯著差異。表明適宜的土壤容重可以促進金線蓮植株養分積累，對碳、磷、鉀素促進作用較為明顯，而對氮素促進作用不明顯。

表 3 不同土壤緊實度對金線蓮葉綠素與類胡蘿卜素的影響Table 3 The effect of different soil compaction on physiological index of Anoectochilus

表 4 不同土壤緊實度對金線蓮養分含量的影響Table 4 The effect of different soil compaction on nutrient content of Anoectochilus

由表5可知，土壤緊實度顯著影響金線蓮的品質。多糖含量在土壤容重0.9 g·cm?3達到最大值143.07 mg·g?1，相比其他處理顯著增加了30.65%、70.81%、24.83%、29.00%（P＜0.05），而在土壤容重0.8 g·cm?3時含量最低。氨基酸含量位于1.44～2.57 mg·g?1，在土壤容重0.9 g·cm?3達到最大值，相比其他處理顯著增加了25.37%、29.80%、44.38%、78.47%，在高容重下氨基酸含量下降明顯。黃酮含量位于8.65～13.98 mg·g?1，以土壤容重0.9 g·cm?3處理為最大，以土壤容重0.8 g·cm?3處理為最小。總酚和Vc含量均隨土壤容重的增加呈先增加后減少的趨勢，總酚在土壤容重0.9 g·cm?3達到最大值34.37 mg·g?1，相比其他處理顯著增加了27.39%、24.80%、14.68%、26.92%，除土壤容重0.9 g·cm?3處理外，其余處理間無顯著差異。Vc含量位于21.77～27.57 mg·g?1，以土壤容重0.9 g·cm?3處理為最大，以土壤容重1.1 g·cm?3處理為最小，兩處理間Vc含量差距為5.80 mg·g?1，達到顯著性差異。表明中等土壤緊實度的土壤最適于金線蓮多糖、氨基酸、Vc等的合成和積累，促進品質提升。

表 5 不同土壤緊實度對金線蓮品質指標的影響Table 5 The effect of different soil compaction on the quality index of Anoectochilus

3 討論

3.1 不同土壤緊實度對金線蓮生長的影響

土壤緊實度作為反映土壤松緊狀況的指標，通過影響土壤水分、養分、通氣狀況、熱量以及微生物，進而影響植物的生長[14]。本試驗結果表明，通過珍珠巖調控，土壤物理性質發生變化，金線蓮株高、地徑、葉片數、根長、鮮重等隨著土壤容重增加，都呈先增加后減少的趨勢。在紅壤與珍珠巖配比為40∶1，即土壤容重0.9 g·cm?3時達到最大。表明適宜的土壤容重會促進金線蓮的生長，提高作物產量，而過高或過低的土壤容重會影響金線蓮生長發育進程。這些與前人的研究結果相似。

劉憲輝[15]研究發現珍珠巖施入蔬菜大棚土壤中能有效改良土壤，增加作物產量。這是因為一方面珍珠巖具有較高的吸附容量和離子交換能力，可有效起到保水保肥、抗滲漏、提高養分生物有效性作用，另一方面它自身含有一定量的鉀、磷、鈦、錳、硅、鐵、鈣等植物不可缺少的中微量元素，為農作物提高了良好的生長條件。徐海等[16]研究發現，玉米地上部生長受土壤容重影響顯著，土壤過松或過緊均不利于作物的生長。劉兆娜等[17]對花生設置不同容重處理，發現適宜土壤容重在整個生育期都有利于花生各器官干物質積累，有利于增加結果數和莢果飽滿度，提高莢果和籽仁產量。土壤緊實度過高，土壤孔隙度降低，土壤板結程度增加，土壤通氣透水能力變差，土壤內空氣缺乏，進而抑制微生物活動和養分轉化進程，根系對水和養分的吸收能力降低；而土壤緊實度過低，土壤孔隙度大，土壤內部空氣濃度變高，土壤熱量擴散速度加快，植物根系與土壤接觸面積變小，土壤對植物根系的支持能力減弱，土壤保水持肥能力下降，養分易隨降水或灌溉水流失。因此，只有適宜的土壤緊密度，才能保證土壤水分、養分供應充足、通氣狀況良好，有助于金線蓮的正常生長[18]。

3.2 不同土壤緊實度對金線蓮生理的影響

葉綠素和類胡蘿卜素作為表征植物光合作用能力的指標，其含量的高低會影響植物光合作用，進而影響植物物質的合成與轉運[19]。本試驗結果表明，在紅壤與珍珠巖配比為40∶1，即土壤容重0.9 g·cm?3時金線蓮葉綠素a和類胡蘿卜素含量最高，葉綠素b含量無顯著差異，表明土壤緊實度會影響金線蓮的生理，影響葉綠素和類胡蘿卜素的合成，過高或者過低的土壤緊實度均不利于金線蓮葉綠素和類胡蘿卜素的合成與積累。尚慶文等[20]研究表明，土壤緊實度增加，生姜葉片活性降低，葉綠素含量下降，光合速率下降，光合作用減弱。田樹飛等[21]研究表明適宜的土壤緊實度有利于花生葉片光合色素的合成與積累。這些都與本研究結果一致。適宜的土壤緊實度會提高植株中葉綠素和類胡蘿卜素含量，促進光合作用。這可能與土壤環境改善、水肥氣熱環境適宜、植株生長發育良好、植株各項生理活性提高有關[22]。

3.3 不同土壤緊實度對金線蓮養分和品質的影響

C、N、P、K含量是間接反映植物生長及物質合成的指標，通過影響植物體內物質轉化進程，進而影響物質的合成與積累[23]。多糖、總酚、氨基酸、黃酮、Vc等物質，是反映金線蓮營養及藥用價值的重要指標，其含量高低能夠反映金線蓮活性物質含量的高低[24]。

本試驗結果表明，金線蓮N、P、K含量均在0.9 g·cm?3處理達到最大值，C含量在1.0 g·cm?3處理達到最大值，在0.9 g·cm?3處理與1.0 g·cm?3處理間兩者僅相差2.59 mg·g?1，可以得知金線蓮生長在紅壤與珍珠巖配比為40∶1，即容重為0.9 g·cm?3的土壤中，其養分含量最高。金線蓮多糖、氨基酸、總酚、黃酮、Vc含量隨土壤容重的增加總體呈先增加后減少的趨勢，也均在0.9 g·cm?3處理達到最大值，多糖、氨基酸、總酚含量與其他處理均達顯著差異，表明過高過低的土壤緊實度均不利于金線蓮品質的提升。張亞如等[25]研究發現，土壤過高或者過低的緊實度都會抑制花生結莢期氮、磷、鉀等元素的吸收，影響植株品質。張向東等[26]對桔梗設置不同緊實度處理，發現土壤緊實脅迫下，桔梗根系活力下降，葉綠素含量降低，可溶性蛋白含量減少，植株品質降低。綜合分析原因，過高過低的土壤緊實度，會導致金線蓮根系對于土壤中營養元素的供給和吸收能力降低，從而使體內物質循環和轉化途徑效率降低[27]。過高的土壤緊實度，其土壤結構緊實黏重，土層氧氣濃度低，土壤膠體對養分和水分的吸附作用強烈，土壤酶活性低，微生物活動弱，根系難以下扎，從而根系難以吸收水分和養分；過低的土壤緊實度，土壤結構松碎易散，土壤保水保肥能力低，土壤水分易通過土面蒸騰而損失，土壤養分易流失，土壤養分和水分供應不足，進而導致金線蓮養分積累量降低、品質下降等[28]。

4 結論

適宜的土壤緊實度會促進金線蓮生長和產量提升，對金線蓮根、莖、葉生長及物質合成與積累有顯著影響，在紅壤與珍珠巖配比達到40∶1，土壤容重為0.9 g·cm?3時效果最佳，而土壤緊實度對金線蓮葉長和葉寬的增長沒有顯著影響。

土壤緊實度的高低會影響金線蓮的生理，適宜的土壤緊實度促進金線蓮葉片中葉綠素a和類胡蘿卜素的合成，但對葉綠素b含量沒有顯著影響。

適宜的土壤緊實度增加金線蓮體內C、N、P、K養分含量，提高植株中多糖、氨基酸、總酚、黃酮和Vc含量，在紅壤與珍珠巖配比達到40∶1，土壤容重為0.9 g·cm?3時效果最佳，土壤容重過高或者過低均不利于金線蓮養分合成積累和品質提升。

綜上，土壤緊實度對于金線蓮的生長和品質有顯著影響。在紅壤與珍珠巖配比達到40∶1，即土壤容重為0.9 g·cm?3時金線蓮各項生長、品質指標優于其他處理，總體效果最佳，對金線蓮科學種植具有一定的指導意義。