鉀肥品種及配施比例對滇重樓根際土壤微環境及根莖生長調節的影響

魏祖晨 趙順鑫 黎海靈 趙晶晶 郭冬琴 周濃

摘要：【目的】研究氯化鉀和硫酸鉀2種鉀肥及其配施比例對滇重樓根際土壤微環境的影響，為滇重樓規范化種植中的科學施肥提供理論依據?！痉椒ā坎捎门柙酝僚嘣囼?，以滇重樓生長過程中不施鉀肥為對照（CK），設氯化鉀和硫酸鉀配施比例依次為100∶0（PF1）、75∶25（PF2）、50∶50（PF3）、25∶75（PF4）和0∶100（PF5）的5個施肥處理，測定滇重樓成熟期不同處理的根際土壤養分含量、微生物數量、土壤酶活性及根系活力和根莖鉀含量?！窘Y果】與CK相比，各鉀肥處理的土壤pH均有所降低;除PF1外，其余處理不同程度地增加了根際土壤養分和土壤微生物數量，其中，PF4處理的調控效果最佳，可使速效氮、速效磷、速效鉀和有機質含量依次增加107.98%、13.95%、31.32%和10.81%，使細菌數量增加58.93%;除中性磷酸酶活性外，多數施肥處理增加了土壤中其余6種酶的活性。與CK相比，施用外源鉀肥時，多數處理可顯著提高滇重樓根系活力。所有處理均顯著增加滇重樓老根莖和新根莖鉀含量（P<0.05，下同），其中PF4處理使滇重樓老根莖和新根莖內的鉀含量達峰值，較對應CK顯著提高134.57%和131.13%?！窘Y論】外源施用鉀肥對于滇重樓的生長發育和根際土壤微環境有積極影響，但不同鉀肥配施比例對土壤微環境的調控效果存在差異，其中以氯化鉀和硫酸鉀按25∶75比例配施的調控效果最佳。

關鍵詞： 鉀肥;滇重樓;土壤養分;土壤微生物;土壤酶活性;根系活力;根莖鉀含量

Abstract：【Objective】To study the effects of two different potassium fertilizers（potassium chloride and potassium sulfate） and the mixture at different proportions on the rhizosphere soil microenvironment of Paris polyphylla var. yunnanensis（Franch.） and provided a scientific basis for the rational application of potassium fertilizers in the cultivation of P. polyphylla var. yunnanensis（Franch.）. 【Method】The rhizosphere soil nutrient content，microbial quantity and soil enzyme activity， and root viability and rhizome potassium content of P. polyphylla var. yunnanensis（Franch.） was observed in present study by pot experiment. No potassium fertilizer during the growth of P. polyphylla var. yunnanensis（Franch.） was as control（CK）， and various ratio potassium chloride and potassium sulfate was set as follows：100∶0（PF1），75∶25 （PF2），50∶50（PF3），25∶75（PF4）， and 0∶100（PF5）. 【Result】The pH value was downregulated in alltreatment groups compared with CK. Treatments except PF1 have increased the rhizosphere soil nutrients and soil microbial numbers to varying degrees， the regulation effects of PF4 was the best， the available nitrogen， available phosphorus， available potassium， organic matter， and the bacterianumber increased by 107.98%，13.95%，31.32%，10.81%，58.93% compared to CK. Except of neutral phosphatase activity in the soil，most fertilization treatments increased the activities of the other six enzymes. Exogenous application of potassium fertilizer improved the root vitality of P. polyphylla var. yunnanensis（Franch.）compared to CK. Potassium content significantly increased in all treatments both in the old rhizomes and new rhizomes（P<0.05， the same below）. The potassium content in old rhizomes and new rhizomes of P. polyphylla var. yunnanensis（Franch.）reached the peak value in PF4 treatment，which were increased by 134.57% and 131.13%，compared with CK. 【Conclusion】Exogenous application of potassium fertilizer has positive impact on the growth and development of P. polyphylla var. yunnanensis（Franch.） and the rhizosphere soil microenvironment， but different potash fertilizer ratios have different roles in the soil on micro-environment regulation. The effect of potassium chloride and potassium sulfate in the ratio of 25∶75（PF4） is the best.

Key words： potassium fertilizer; Paris polyphylla var. yunnanensis（Franch.）; soil nutrients; soil microorganisms; soil enzyme activity; root vitality; potassium content in rhizome

0 引言

【研究意義】滇重樓[（Paris polyphylla var. yunnanensis（Franch.）]屬于百合科重樓屬多年生藥用植物，其根莖為主要用藥部位，具有涼肝定驚、清熱解毒、消腫止痛等功效（周濃等，2021a）。滇重樓的生長對周圍環境要求較高，具有種子自然繁殖率低、生長周期長的特點，使得野生滇重樓產量低下，無法滿足市場需求。由于野生滇重樓市價高，亂挖亂采行為導致野生資源急劇下降（谷文超等，2020;周濃等，2021b），人工栽培已成為實現滇重樓資源可持續發展的有效途徑之一（黃艷萍等，2020）。人工栽培中增施肥料能通過增加土壤酶活性而改善土壤環境（盧維宏，2019），但濫用肥料會造成土壤及生態環境污染。土壤環境變化又會直接影響滇重樓的生長與根莖品質（王騫，2020）。鉀是植物生長中必不可少的元素之一，鉀供應不足會直接影響植物生長（?uk-Go?aszewska et al.，2015）。目前有關鉀肥對土壤微環境改善的研究主要集中在農作物及果蔬上，而對于其改善藥用植物土壤環境的研究甚少。因此，研究鉀肥品種及其配施對滇重樓土壤環境的改善，對增加人工栽培滇重樓產量及形成規范化種植具有重要的實踐意義?！厩叭搜芯窟M展】藥用植物生長過程中，在基肥中加入適量的鉀肥不僅能促進其生長發育，還能保障土壤養分供應，達到改良土壤和減肥增效的目的，同時提高藥材產量（Bussi and Smith，1998;Singh and Rao，2015）。宋旭紅等（2017）研究發現，按750 kg/ha向土壤中施加復合鉀肥（N∶P2O5∶K2O=15∶8∶10）能有效提高玄參中的肉桂酸等7種有效成分含量及玄參產量，實現產量與品質的同步提升。鄔小紅等（2020）研究發現，氯化鉀和硫酸鉀（25：75）配施能增強浙貝母抗逆能力，促進生物堿含量累積。在鉀肥對滇重樓生長的影響方面，李金龍等（2016）研究表明，當土壤中鉀素含量供應充足時，氮、磷肥的復配施用能使滇重樓根莖產率有效提高;劉哲等（2019）按照24.16～39.95 kg/ha施用鉀肥，并與氮、磷肥合理配施后，能有效提高華重樓根莖的增重率、總皂苷含量和浸出物含量。此外，王騫等（2020）研究發現，滇重樓根莖品質和土壤酶活性緊密相關，滇重樓根莖活性成分總黃酮和總多糖分別與蔗糖酶和堿性磷酸酶活性呈顯著正相關，土壤微環境改變能顯著影響滇重樓品質。鉀肥對植物生長的改善主要在于其能提高植物對鉀素的吸收，進而參與植物的光合作用等重要生理過程（范雅芳等，2021），且鉀肥能通過提高土壤中硝態氮、有效磷和速效鉀的含量改善土壤環境（李琦等，2020）。但鉀肥過量不僅會降低對植物產量和品質的改善效果，還會造成資源的浪費?！颈狙芯壳腥朦c】目前，在滇重樓的種植中，關于鉀肥的報道主要是探究氮磷鉀配施對滇重樓產量和有效成分的影響（李金龍等，2016;劉哲等，2019），而針對不同鉀肥品種及配施對滇重樓根際土壤微環境影響的研究尚無報道。【擬解決的關鍵問題】采用室溫盆栽試驗，探討氯化鉀和硫酸鉀2種不同鉀肥品種及其配施對滇重樓根際土壤養分含量、微生物數量、土壤酶活性及根系活力和根莖鉀含量的影響，以期了解適合滇重樓生長及土壤微環境改善的鉀肥種類及配施比例，為滇重樓規范化種植中的科學施肥提供理論依據。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

試驗土壤為重慶地區典型的沙壤土，未種植過滇重樓，試驗開展前測定供試土壤的基本理化性質。土壤pH為6.72，屬于弱酸性土壤;土壤有機質含量為21.20 g/kg，全氮、全磷和全鉀含量分別為1.83、0.32 和28.83 g/kg，速效氮、速效磷和速效鉀含量分別為10.64、104.66和328.64 mg/kg。

供試鉀肥為硫酸鉀（K2SO4，K2O 50%，分析純）和氯化鉀（KCl，K2O 60%，分析純），磷肥為磷酸二銨[（NH4）2HPO4，P2O5 17.8%]，氮肥為硝酸銨（NH4NO3，N 46.2%），購自重慶多來利化肥有限公司。

供試植株為滇重樓[P. polyphylla var. yunnanensis（Franch.）]實生苗，采集于貴州省安順市滇重樓種植基地，經重慶三峽學院周濃教授鑒定為延齡草科重樓屬植物滇重樓。試驗材料選用其新鮮根莖。

1. 2 試驗方法

試驗在重慶市萬州區鐵峰山國家森林公園進行。采用溫室盆栽法，栽培容器為直徑15 cm、深18 cm白色塑料花盆，使用前用75%乙醇溶液內外擦拭3遍，每盆裝土量控制在16.0 kg。試驗共設6個處理，分別為植物生長過程中不施鉀肥的對照組（CK）及鉀肥處理組。鉀肥處理組為氯化鉀和硫酸鉀按100∶0（PF1）、75∶25（PF2）、50∶50（PF3）、25∶75（PF4）和0∶100（PF5）比例配施。不同處理組中除已添加的鉀肥外，各處理組按總N量0.15 g/kg土、總P2O5量0.12 g/kg土、總K2O量0.30 g/kg土添加其他肥料。計算得出需要的氮肥總量為2.4 g/盆，磷肥總量為2.4 g/盆，鉀肥總量為2.4 g/盆，按設計的比例精確稱取氯化鉀和硫酸鉀。所有氮、磷、鉀肥均做基肥一次性施用，溶解于1 L的潔凈水中配成水溶液一次性澆入，為避免肥料散失，每個花盆均配有托盤，后期不再施加肥料。各處理組均設5次重復，每盆栽種3株，其余管理措施按照室內常規栽培方法進行。

1. 3 樣品采集

于滇重樓成熟期，每處理組隨機連根拔取大小均勻一致的5株試驗植株的根莖，采用抖根法去掉0～2 cm表土及根圍附近較大土壤團塊、石塊及其他雜質，收集黏附在滇重樓根莖上的土壤即為根際土壤（石汝杰等，2020）。所取的根際土壤分為2份，一份晾干過篩，置于室內自然風干后備用，用于土壤養分含量測定;另一份根際土壤放入無菌塑料袋中，用于后續微生物數量及土壤相關酶活性測定。

1. 4 測定項目及方法

1. 4. 1 土壤理化性質測定 土壤養分測定參照魯如坤（1999）和鮑士旦（2000）的方法進行。土壤pH采用常規方法測定，速效氮含量采用堿解擴散法測定，速效磷含量采用碳酸氫鈉提取—鉬銻抗比色法測定，速效鉀含量采用醋酸銨—原子吸收法測定，有機質含量采用經典重鉻酸鉀法測定。

1. 4. 2 土壤微生物數量測定 土壤微生物數量測定參照趙青云等（2012）的方法，采用稀釋平板計數法測定細菌、真菌和放線菌數量。

1. 4. 3 土壤酶活性測定 土壤酶活性測定參照關松蔭（1986）和潘云龍等（2018）的方法。蛋白酶活性采用改良茚三酮比色法測定，脲酶活性采用靛酚比色法測定，磷酸酶活性采用對硝基苯磷酸二鈉法測定，過氧化氫酶活性采用紫外分光光度法測定，蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定。

1. 4. 4 根系活力測定 選取各處理中長勢均勻一致的滇重樓成熟植株，在其根系近地面處剪斷，將根際多余的土壤抖落，置根系于輕緩的流水下沖洗干凈，吸水紙吸干根系表面水分，采用TTC法測定根系活力（張志良和瞿偉箐，1990）。

1. 4. 5 根莖鉀含量測定 于滇重樓成熟期，采集各處理組的根莖，用蒸餾水洗凈后，將靠近頂芽第一莖痕處帶有頂芽的根莖切段作為新根莖（何忠俊等，2011），余下的根莖則為老根莖，置于35 ℃烘箱中干燥至恒重，粉碎過80目篩，采用火焰光度法測定滇重樓根莖中鉀含量（張志良和瞿偉箐，1990）。

1. 5 統計分析

采用Excel 2003進行試驗數據的整理，采用SPSS 22.0進行數據的差異顯著性分析，采用Origin 9.0繪圖。

2 結果與分析

2. 1 不同鉀肥品種及配施比例對滇重樓根際土壤理化性質的影響

由表1可知，各處理的土壤均呈弱酸性，pH 6.17～6.33，與滇重樓生長最適土壤pH范圍（4.50～6.30）相符（楊永紅等，2012）。滇重樓根際土壤pH隨氯化鉀施用量減少、硫酸鉀施用量增加而略有降低趨勢，PF1～PF5處理較CK分別降低1.79%、1.91%、3.14%、3.86%和4.14%，但差異未達顯著水平（P>0.05，下同）。滇重樓根際土壤中的速效氮、速效磷、速效鉀和有機質含量隨著氯化鉀施用量減少、硫酸鉀施用量增加呈先升后降的變化趨勢。各施肥處理上述養分指標含量均高于CK，且最大值均為PF4處理，較CK依次增加107.98%、13.95%、31.32%和10.81%;PF5處理的調控效果次之，較CK依次增加74.92%、13.70%、26.90%和7.54%;其中，PF4處理的速效養分含量顯著高于PF5處理（P<0.05，下同），且二者均顯著高于其他處理。

2. 2 不同鉀肥品種及配施比例對滇重樓根際土壤微生物數量的影響

由表2可看出，不同處理的土壤微生物數量由多到少依次為細菌>放線菌>真菌。與CK相比，單獨施用氯化鉀（PF1處理）會導致土壤中的微生物數量減少，細菌、真菌和放線菌分別減少5.36%、7.53%和10.90%;其余處理則均增加了土壤中的微生物數量，隨著氯化鉀施用量減少、硫酸鉀施用量增加，土壤中細菌、真菌和放線菌數量整體上呈上升趨勢，其中PF4處理的細菌數量達最大值，較CK顯著增加58.93%;PF5處理的真菌和放線菌數量達最大值（PF5與PF4處理的放線菌數量均值相同），分別較CK顯著增加49.46%和21.79%。

2. 3 不同鉀肥品種及配施比例對滇重樓根際土壤酶活性的影響

由表3可看出，不同鉀肥處理對滇重樓根際土壤酶活性的影響存在差異。隨著氯化鉀施用量減少、硫酸鉀施用量增加，土壤蛋白酶和脲酶活性先升高后降低，其中，PF4處理對土壤蛋白酶活性的調控效果最佳，較CK顯著增加13.23%，PF2處理的脲酶活性最高，較CK顯著增加24.07%。隨著氯化鉀施用量減少、硫酸鉀施用量增加，土壤酸性磷酸酶活性先升高后降低，PF4處理達最大值，較CK顯著增加152.86%;同時，各施肥處理的土壤中性磷酸酶活性先升高后降低，PF1和PF2處理分別較CK顯著增加40.98%和16.39%，而PF3、PF4和PF5處理則分別較CK顯著減少26.23%、29.51%和59.02%;各施肥處理的土壤堿性磷酸酶活性逐漸降低，PF4和PF5處理的堿性磷酸酶活性與CK無顯著差異。外源施用鉀肥可顯著增加土壤的過氧化氫酶和蔗糖酶活性，PF5處理達最大值，分別較CK提高12.88%和35.60%。

2. 4 不同鉀肥品種及配施比例對滇重樓根系活力的影響

根系作為植物吸收養分的主要器官，其根系活力的強弱可綜合反映植物根系吸收養分的能力。由圖1可看出，PF2處理對滇重樓根系活力的調控效果最佳，其根系活力為22.10 mg/（g·h），較CK的根系活力[11.25 mg/（g·h）]顯著提高96.44%;PF5處理對滇重樓根系活力的調控效果次之，其根系活力為16.56 mg/（g·h），較CK顯著提高47.20%;而PF4處理卻降低了滇重樓的根系活力，其根系活力為9.35 mg/（g·h），較CK降低16.89%。

2. 5 不同鉀肥品種及配施比例對滇重樓根莖鉀含量的影響

從圖2可看出，隨著氯化鉀施用量的減少、硫酸鉀施用量的增加，滇重樓老根莖和新根莖內的鉀含量均呈先上升后下降的變化趨勢，其中，PF4處理的老根莖和新根莖鉀含量達最大值（15.81和11.88 mg/kg），分別較對應CK（6.74和5.14 mg/kg）顯著提高134.57%和131.13%%;PF5處理的調控效果次之，老根莖和新根莖鉀含量分別為14.51和9.57 mg/kg，較對應CK提高115.28%和86.19%。此外，鉀肥對滇重樓老根莖內鉀含量的調控效果優于新根莖。

3 討論

根際作為植物根系—土壤—微生物共同存在的場所影響著植物的生態環境，其中速效養分、微生物數量及土壤相關酶活性是評價土壤質量和土壤肥力的重要指標。王炎等（2019）在對苦蕎的研究中發現，隨著施鉀量的增加，根際土壤速效鉀和有機質含量呈先升高后降低的變化趨勢，而速效氮和速效磷含量則相反;王天等（2020）在對油橄欖的研究中發現，施用硫酸鉀可使土壤pH降低，土壤速效磷、速效鉀和有機質含量增加。本研究結果與上述研究結論一致，即不同鉀肥配施可使滇重樓根際土壤pH降低，速效氮、速效磷、速效鉀和有機質含量呈先升后降的變化趨勢，其中，氯化鉀和硫酸鉀按25：75比例配施（PF4處理）對滇重樓根際土壤理化性質的調控效果最佳，單施硫酸鉀（PF5處理）次之，但單獨施用氯化鉀（PF1處理）卻不利于滇重樓土壤理化性質的改善。其原因可能是因為土壤中的氯離子濃度超過了滇重樓耐氯臨界值，導致滇重樓產量和品質降低。滇重樓生長與土壤性質和氣候類型有關，本研究發現，不同鉀肥品種及其配施均可顯著提高滇重樓老根莖和新根莖內的鉀含量，可能是因為供試土壤中鉀含量能達到滇重樓對鉀素的需求，故使滇重樓根莖中鉀含量增加。

土壤微生物作為土壤生態系統中最活躍的部分，在土壤系統穩定性、養分轉化循環和土壤可持續生產力及抗干擾能力中占據主導地位。王天等（2020）研究表明，不同施肥品種及不同配施方式可導致土壤微生物種群、數量和活性發生變化，油橄欖根際土壤中的細菌和放線菌數量隨著鉀肥（K2SO4）施用的增加而增加，但真菌數量卻呈相反變化趨勢。李鑫等（2016）研究發現，無論是正常水分調控還是干旱脅迫，施鉀均能提高土壤中真菌、細菌及微生物總數量，且硫酸鉀肥配施枸溶性鉀肥對微生物數量的增加效果顯著優于不施鉀肥和施加單一肥料處理，正常水分調控下施用25%硫酸鉀肥+75%枸溶性鉀肥對土壤微生物數量的調控效果最佳，干旱脅迫下施用50%硫酸鉀肥+50%枸溶性鉀肥效果最佳。本研究發現，單獨施用氯化鉀（PF1處理）會導致土壤中的放線菌、細菌和真菌數量減少，而氯化鉀配施硫酸鉀可顯著增加土壤中的微生物數量，其中氯化鉀和硫酸鉀按25：75比例配施（PF4處理）效果最佳，與李鑫等（2016）、王天等（2020）的研究結果不完全一致，可能與試驗地的土壤類型、植物種類及土壤水分含量的不同有關，但具體原因還有待進一步研究。

土壤酶作為土壤物質和能量代謝程度的重要體現，主要來源于植物根系的自身分泌和微生物代謝分泌，可促進土壤中多種重要生化反應的完成。王天等（2020）研究表明，外源施用硫酸鉀可促進油橄欖根際土壤中的蔗糖酶、過氧化氫酶和脲酶活性顯著增強，堿性磷酸酶活性略有下降。本研究發現，不同氯化鉀和硫酸鉀配施比例能調控土壤中的蛋白酶和脲酶活性，蛋白酶作為促進土壤中氨基酸、蛋白質及其他含蛋白質氮轉化的關鍵酶，其活性增加有利于土壤中含氮物質的分解，促使土壤內速效氮含量增加;由于各處理土壤施用的氮肥和磷肥保持一致，故氯化鉀和硫酸鉀的不同配比導致土壤pH有所降低而影響了脲酶活性。磷酸酶作為土壤中磷素循環的關鍵酶，可將土壤中復雜有機磷水解成能被植物根系直接吸收的無機磷，從而緩解土壤磷的限制，其活性可用來評價土壤磷素轉化的強度，PF4處理可使土壤內的總磷酸酶活性升高，致使土壤中的速效磷含量增加。根系是植物與土壤之間進行物質相互交換的場所，對植株水分和營養物質的吸收利用起到重要作用。適當使用鉀肥可擴大植物根系，加快根系對營養物質的吸收（劉麗華等，2011）。根系活力作為衡量作物吸收水分和養分能力的指標，根系活力越高，說明植物根系對土壤水分和營養物質的吸收能力越強（劉鑫等，2021）。本研究結果顯示，單獨施用硫酸鉀（PF5處理）或氯化鉀和硫酸鉀按75：25配施（PF2處理）均可顯著提高滇重樓根系活力，其中，PF2處理的根系活力最高，較CK顯著增加96.44%，PF5處理對滇重樓根系活力的調控效果次之，較CK顯著增加47.20%，而單獨施用氯化鉀（PF1處理）卻降低了滇重樓的根系活力，可能是因為土壤中氯離子濃度過高對滇重樓根系造成一定程度的滲透脅迫，損傷了根系。

市場上常見的鉀肥品種主要是氯化鉀和硫酸鉀，這兩種鉀肥除了可向土壤提供鉀元素外，還可提供氯元素和硫元素。氯元素可調控植物體內的激活酶活性、氣孔運動及激素含量等（杜彩艷等，2018），但當土壤中氯含量超過臨界值后會對植物產生毒害作用，導致葉片黃化、產量和品質降低。而硫元素是植物體內蛋氨酸與半胱氨酸生物合成的主要原料，也是一些酶、輔酶及小分子物質的組成元素之一（龔成文等，2013）。故外源施用氯化鉀或硫酸鉀均可對滇重樓的生長發育及根際土壤微環境產生良好的調控效果。

4 結論

外源施用鉀肥對滇重樓的生長發育和根際土壤微環境有積極影響，但不同鉀肥配施比例對土壤微環境的調控效果存在差異，其中以氯化鉀和硫酸鉀按25∶75比例配施的調控效果最佳。

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（責任編輯 王 暉）