煤基肥對(duì)平遙岳壁山藥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

王學(xué)府， 靳寧， 劉霞， 董光華*， 程永剛

(1.晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 晉中 030600； 2.山西能源學(xué)院 能源基地生態(tài)修復(fù)與綠色發(fā)展研究中心，山西 晉中 030600；3.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 環(huán)境工程學(xué)院，山西 晉中 030800)

土壤改良是保障食品安全、環(huán)境安全的關(guān)鍵，增肥力、變緩效、低肥害是肥料的發(fā)展趨勢(shì)，煤基肥正是適應(yīng)趨勢(shì)的一種土壤改良型肥料。山藥亦稱(chēng)長(zhǎng)山藥，是薯蕷科薯蕷屬多年生藤本植物[1]，其滋補(bǔ)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值備受藥學(xué)家、營(yíng)養(yǎng)學(xué)家的推崇[2-3]，是優(yōu)良的藥食同源良材[4]。長(zhǎng)山藥是平遙國(guó)家地理標(biāo)志產(chǎn)品[5]，但平遙山藥面臨重茬率高、土壤板結(jié)、標(biāo)準(zhǔn)化低[6-7]等諸多問(wèn)題。風(fēng)化煤富含腐殖酸[8-10]，且可改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增加含氧官能團(tuán)[11-12]，有益于作物根系生長(zhǎng)[13-15]，增加作物產(chǎn)量[16-17]，改善作物外觀品質(zhì)[18-19]，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有很大的應(yīng)用前景[20-21]。前人對(duì)施用煤基肥的研究只針對(duì)產(chǎn)量、外觀表征等，同時(shí)對(duì)煤基肥的使用缺乏數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。本試驗(yàn)對(duì)長(zhǎng)山藥品質(zhì)的諸多數(shù)量性狀進(jìn)行研究[22]，根據(jù)目前種植地塊土壤基本情況、煤基肥的基本養(yǎng)分標(biāo)準(zhǔn)，利用相關(guān)、回歸等方法分析對(duì)長(zhǎng)山藥品質(zhì)的具體影響，通過(guò)試驗(yàn)明確煤基肥的合理使用標(biāo)準(zhǔn)，為種植者提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)地點(diǎn)位于山西省平遙縣岳壁鄉(xiāng)岳北村山藥種植基地，屬溫帶大陸性季風(fēng)半干旱氣候，四季分明，年平均氣溫10.6 ℃，年日照時(shí)數(shù)2 436 h，年無(wú)霜期158 d，年降水量415.5 mm，氣候條件適宜種植長(zhǎng)山藥。供試材料為當(dāng)?shù)仄贩N平遙岳壁山藥，經(jīng)過(guò)統(tǒng)一消毒、曬種、藥劑浸種。施肥在定植前進(jìn)行。煤基肥的制備采用不同比例的當(dāng)?shù)仫L(fēng)化煤以及固定比例的生物活性菌、基肥混合。

試驗(yàn)地土壤基本性狀，0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)36.23 g·kg-1，堿解氮112.34 mg·kg-1，速效磷135.42 mg·kg-1，速效鉀81.12 mg·kg-1，pH 7.23；20～40 cm土層有機(jī)質(zhì)31.25 g·kg-1，堿解氮113.25 mg·kg-1，速效磷124.32 mg·kg-1，速效鉀81.35 mg·kg-1，pH 7.25。

供試煤基肥總養(yǎng)分3.45%，全氮0.69%，P2O30.33%，K2O 1.02%，有機(jī)質(zhì) 60.91%，pH 7.99。

1.2 方法

本試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)1個(gè)對(duì)照和3個(gè)處理，其對(duì)照(CK)只施基肥；處理1(T1)施基肥加4 000 kg·hm-2風(fēng)化煤；處理2(T2)施基肥加8 000 kg·hm-2風(fēng)化煤；處理3(T3)施基肥加12 000 kg·hm-2風(fēng)化煤。對(duì)照和3個(gè)處理的基肥成分一致，施用量一致。每個(gè)處理3次重復(fù)，共12個(gè)地塊，每個(gè)地塊面積20 m2。山藥于2019年5月1日定植，栽培行距0.8 m，株距0.3 m，各區(qū)組管理方法相同。土樣采集嚴(yán)格按照經(jīng)典取樣方法，委托檢測(cè)。

1.3 調(diào)查及測(cè)定

1.3.1 土壤基本性狀

土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用高溫外熱氧化亞鐵滴定法；堿解氮測(cè)定采用改進(jìn)的堿解蒸餾法；速效磷測(cè)定采用碳酸氫銨的方法；速效鉀測(cè)定用1 mol·L-1乙酸銨浸提后使用火焰光度法；pH測(cè)定采用電位法；有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定用酸鉀-硫酸外加熱法；總養(yǎng)分、全氮、P2O3、K2O等采用常規(guī)方法檢測(cè)。

1.3.2 山藥塊莖性狀和產(chǎn)量

收獲時(shí)每個(gè)小區(qū)隨機(jī)抽10株山藥觀察其塊莖的外觀性狀，測(cè)量塊莖長(zhǎng)度和周長(zhǎng)，稱(chēng)量塊莖質(zhì)量并計(jì)算其平均值，對(duì)小區(qū)實(shí)收產(chǎn)量進(jìn)行平均值計(jì)算，并折合成公頃產(chǎn)量。

一等品山藥的塊莖外觀新鮮，個(gè)體間長(zhǎng)短、粗細(xì)均勻，無(wú)機(jī)械損傷、畸形(塊莖分叉或彎曲)和缺陷，無(wú)黑斑，無(wú)明顯砂土附著物，長(zhǎng)30 cm以上，直徑大于5.5 cm。

1.3.3 山藥營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)

可溶性蛋白質(zhì)含量以鮮樣采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定；可溶性糖以鮮樣采用蒽酮比色法測(cè)定；淀粉含量以干樣采用碘化鉀反應(yīng)法測(cè)定；VB1、VB2含量采用熒光分光光度法測(cè)定；黏度采用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定；水分含量采用常壓干燥法測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)山藥塊莖性狀的影響

山藥塊莖的外形(如長(zhǎng)度、粗度、均勻度，是否有畸形、蟲(chóng)害、空心、黑斑等)是決定其商品品質(zhì)的重要指標(biāo)，在很大程度上決定了山藥的價(jià)格及其受歡迎程度。不同處理的平遙縣岳壁山藥塊莖外觀顏色和粗糙程度基本一致。與對(duì)照相比，3種處理的塊莖平均長(zhǎng)度、平均周長(zhǎng)、畸形率和一等品率均存在顯著性差異(表1)。處理2的山藥塊莖平均長(zhǎng)度最長(zhǎng)(49.5 cm)，且與處理1和處理3之間存在顯著性差異；處理2的山藥塊莖平均周長(zhǎng)最大(17.1 cm)，與處理1和處理3存在差異但不顯著；3種處理之間山藥塊莖畸形率均存在顯著性差異，處理2的莖畸形率最低(24.5%)；處理2的山藥塊莖一等品率最高(55.9%)，與處理1和3有顯著性差異。施用煤基肥可以不同程度地提高山藥塊莖的平均長(zhǎng)度、平均周長(zhǎng)和一等品率，同時(shí)可以降低畸形率，其中以處理2的效果最佳。

表1 不同處理對(duì)山藥塊莖性狀的影響

2.2 對(duì)山藥產(chǎn)量的影響

單位面積產(chǎn)量是綜合反映土地生產(chǎn)能力和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理水平的重要指標(biāo)。在確定植株數(shù)量的情況下，山藥的單位面積產(chǎn)量由單株所結(jié)塊莖的數(shù)量和單個(gè)塊莖質(zhì)量決定，塊莖的數(shù)量越多，質(zhì)量越大，產(chǎn)量就越高。但單株形成塊莖太多，往往降低塊莖質(zhì)量，導(dǎo)致降低產(chǎn)量，嚴(yán)重影響其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。一般直徑小于3 cm(周長(zhǎng)約10 cm)的山藥賣(mài)價(jià)很低[23]。因此，保證單個(gè)山藥塊莖的質(zhì)量，才能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。

3個(gè)處理與對(duì)照相比，山藥塊莖的平均質(zhì)量、每小區(qū)平均總產(chǎn)量以及折合產(chǎn)量均有顯著性差異(表2)。處理2的塊莖平均質(zhì)量最大(0.818 kg)，每小區(qū)折合產(chǎn)量最高，為33 270 kg·hm-2。與處理1和處理3相比，處理2的增產(chǎn)率最高(18.2%)。總之，施用煤基肥可以明顯提高平遙縣岳壁山藥的產(chǎn)量，特別是處理2的效果最顯著。

表2 不同處理對(duì)山藥產(chǎn)量的影響

2.3 對(duì)山藥品質(zhì)的影響

水分是山藥品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，水分過(guò)高不利于儲(chǔ)藏，并容易滋生病菌等微生物。對(duì)照處理的山藥塊莖含水量最高(80.4%)，與3個(gè)處理差異顯著性。3個(gè)處理山藥塊莖的含水量均顯著低于對(duì)照，其中處理2的含水量最低(74.7%)。3個(gè)處理間的山藥含水量差異不顯著。處理2可以降低山藥塊莖的含水量。

淀粉含量是山藥品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，對(duì)山藥的產(chǎn)量有重要影響，淀粉含量越高，山藥的糯性越高，口感越綿軟。表3中3個(gè)處理與對(duì)照塊莖的淀粉含量均有顯著性差異；對(duì)照的淀粉含量最低(13.0%)；處理2的淀粉含量最高(17.4%)，比對(duì)照高出33.8%；處理2與處理1之間淀粉含量差異顯著；處理3的淀粉含量雖然高于處理1，但二者差異性不顯著。處理2更利于山藥塊莖中淀粉的積累。

表3 不同處理對(duì)山藥塊莖內(nèi)含物的影響

可溶性糖不僅是高等植物光合作用主要初始產(chǎn)物轉(zhuǎn)運(yùn)和暫時(shí)貯藏的主要形式，也是淀粉、蛋白質(zhì)等物質(zhì)合成的基礎(chǔ)原料[24]。由表3可知，3個(gè)處理的可溶性糖含量均低于對(duì)照；對(duì)照的可溶性糖含量最高(3.6%)，處理2的最低(2.01%)；且處理2和處理3的可溶性糖含量與對(duì)照差異顯著。可溶性糖含量的變化趨勢(shì)為CK>T1>T3>T2，與淀粉含量變化趨勢(shì)相反，這與溫國(guó)泉等[25]的研究相一致，淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)與可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著負(fù)相關(guān)。

蛋白質(zhì)是山藥塊莖中重要的營(yíng)養(yǎng)成分之一。由表3可知，對(duì)照的蛋白質(zhì)含量最低(2.02%)，處理2的最高(3.1%)；處理2的蛋白質(zhì)含量與對(duì)照有顯著性差異；處理1和處理3的蛋白質(zhì)含量與對(duì)照有差異但并不顯著。由此可知，處理2最有利于山藥塊莖中蛋白質(zhì)含量的提高。

由表3可知，VB1含量的變化趨勢(shì)為CK

由表3可知，VB2含量的變化趨勢(shì)為T(mén)1

黏度也是山藥品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，黏度與黏液質(zhì)有關(guān)。黏液質(zhì)是蛋白質(zhì)和多糖的復(fù)合體，在該復(fù)合體中蛋白質(zhì)占47.6%，多糖占52.4%，黏多糖占0.06%～1.09%，黏度越高，在一定程度上也說(shuō)明該山藥的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越高。如表3所示，對(duì)照的黏度最低(79.8%)，處理2的黏度最高(82.3%)，比對(duì)照高3.13%[26]；處理2的黏度雖然高于處理1和處理3，但不存在顯著性差異。由此可知，處理2更利于提高山藥塊莖的黏度，蛋白質(zhì)和多糖的復(fù)合體更豐富。

2.4 長(zhǎng)山藥塊莖內(nèi)含物與煤基肥配比回歸方程

對(duì)長(zhǎng)山藥塊莖內(nèi)含物與煤基肥配比建立二次回歸方程模型，得到表4回歸方程。其中淀粉、蛋白質(zhì)、可溶性糖、VB1、黏度等取得極大值時(shí)，煤基肥的配合比在7 800～8 500 kg·hm-2，這個(gè)數(shù)值與處理3最為接近。

表4 長(zhǎng)山藥塊莖內(nèi)含物與煤基肥配比回歸方程模型

3 小結(jié)與討論

研究認(rèn)為，風(fēng)化煤與基肥適當(dāng)?shù)呐浜媳扔欣陂L(zhǎng)山藥淀粉、蛋白質(zhì)含量的提高，其品質(zhì)特性與煤基肥的施用量呈現(xiàn)拋物線關(guān)系，通過(guò)計(jì)算求得風(fēng)化煤的用量為0.780～0.845 kg·m-2。風(fēng)化煤不但能改變土壤的理化性質(zhì)，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，而且其中的主要成分腐殖酸還能刺激植物分泌生長(zhǎng)激素和分裂素[27-28]，提高山藥產(chǎn)量和單個(gè)塊莖的質(zhì)量。本實(shí)驗(yàn)不同比例的風(fēng)化煤均有助于提高山藥的產(chǎn)量和塊莖品質(zhì)，其中處理3風(fēng)化煤的比例大于處理2，效果卻不如處理2，2個(gè)處理之間甚至存在顯著性差異。當(dāng)風(fēng)化煤比例高時(shí)，一方面會(huì)造成浪費(fèi)，另一方面當(dāng)養(yǎng)分超過(guò)一定閾值后，植物體會(huì)發(fā)生負(fù)效應(yīng)[29-30]。因此，選用合適的煤基肥配比對(duì)提高山藥產(chǎn)量和塊莖營(yíng)養(yǎng)成分的積累具有重要意義[31-32]。與對(duì)照組相比，3種煤基肥處理都能不同程度的提高山藥產(chǎn)量和品質(zhì)。山藥的產(chǎn)量和品質(zhì)隨風(fēng)化煤比例的增加呈拋物線變化，即隨著風(fēng)化煤比例的增加，山藥產(chǎn)量和品質(zhì)的提高先增加，當(dāng)達(dá)到最大值時(shí)，又有所下降[33-34]。這與劉增照等和李興杰等[35-36]的研究結(jié)果相一致。綜合所述，認(rèn)為處理2較為接近理想煤基肥配合比，且通過(guò)模擬方程得到煤基肥的配合比在7 800～8 750 kg·hm-2時(shí)，有利于淀粉、蛋白質(zhì)、可溶性糖、VB1、黏度取得最大值。