生物炭對(duì)浙貝母產(chǎn)量和品質(zhì)及土壤理化性質(zhì)的影響

張志明， 王斌， 楊生茂， 劉玉學(xué)*

(1.寧波市鄞州區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站,浙江 寧波 315100； 2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

浙貝母又名大貝、象貝、元寶貝，為百合科植物，是“浙八味”中最主要的中藥之一[1]，用于風(fēng)熱咳嗽、肺癰、痰核等多種病癥的治療[2]。浙貝母藥用有效成分是生物堿，其中貝母素甲和貝母素乙含量較高，是評(píng)價(jià)浙貝母有效成分的重要指標(biāo)[3-4]。近年來，浙貝母主要產(chǎn)地寧波市鄞江鎮(zhèn)、龍觀鄉(xiāng)、章水鎮(zhèn)等地由于連作種植，造成土壤有機(jī)質(zhì)含量下降，土壤結(jié)構(gòu)退化，營養(yǎng)失調(diào)，病菌積累，植株枯萎病發(fā)病嚴(yán)重。土壤理化性質(zhì)成為制約浙貝母生產(chǎn)的重要因素，因此，改善土壤物理結(jié)構(gòu)，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)肥料的利用率對(duì)于浙貝母生產(chǎn)越來越重要。生物炭是農(nóng)作物秸稈、稻殼、竹木、畜禽養(yǎng)殖廢棄物等生物質(zhì)在缺氧條件下進(jìn)行高溫?zé)峤舛纬傻囊环N富碳固體產(chǎn)物。生物炭通常可作為土壤改良劑，起到改善土壤孔隙結(jié)構(gòu)、增加土壤碳庫貯量、增加對(duì)土壤養(yǎng)分持留、降低土壤養(yǎng)分淋失、提高砂質(zhì)土壤持水量等作用，并在一定程度上促進(jìn)土壤微生物活性。目前，關(guān)于生物炭應(yīng)用于水稻、玉米、大豆以及各種蔬菜的研究已有大量報(bào)道[5]，對(duì)產(chǎn)量通常具有積極影響，但與生物炭種類和添加量直接相關(guān)。然而，關(guān)于生物炭對(duì)浙貝母產(chǎn)量和品質(zhì)的影響尚未見報(bào)道。鑒于此，本研究選擇竹炭和稻殼炭為供試生物炭材料，通過田間種植試驗(yàn)，研究生物炭種類和施用量對(duì)浙貝母產(chǎn)量及品質(zhì)以及土壤理化性質(zhì)的影響，為生物炭在浙貝母生產(chǎn)中的有效利用提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2016年9月—2017年6月在寧波市章水鎮(zhèn)鄭家村進(jìn)行。浙貝母種植田選擇質(zhì)地疏松肥沃，排水良好，微酸性或近中性的砂質(zhì)輕壤土種植。試驗(yàn)前深翻土地25 cm，碎土耙平，作龜背形畦，畦寬連溝120 cm，溝寬25 cm，溝深20 cm。

供試浙貝母品種為浙貝1號(hào)，種貝從南通購買。

供試生物炭選用竹炭(BC)和稻殼炭(RC)，分別由竹子加工廢料和水稻殼在600 ℃條件下炭化所得。供試生物炭基本理化性質(zhì)：稻殼炭pH 7.34，C 30.9%，H 2.21%，N 0.39%，O 66.5%，灰分52.7%，比表面積56.0 m2·g-1；竹炭pH 8.52，C 68.0%，H 2.93%，N 0.70%，O 28.4%，灰分14.4%，比表面積12.7 m2·g-1。

1.2 處理設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)生物炭添加水平，分別為：0、5、10、15和30 t·hm-2。其中添加水平為0的生物炭處理即為對(duì)照，表示為CK；添加稻殼炭處理分別表示為RC5、RC10、RC15、RC30；添加竹炭處理分別表示為BC5、BC10、BC15、BC30。將不同生物炭按添加水平分別添加到不同試驗(yàn)小區(qū)土壤中，通過翻耕與表層土壤(0～20 cm)混合均勻。小區(qū)面積7.5 m2(3 m×2.5 m)，每個(gè)處理3次重復(fù)，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。對(duì)浙貝母進(jìn)行常規(guī)水肥管理。

1.3 樣品采集與指標(biāo)測(cè)定

隨機(jī)測(cè)定各處理浙貝母副稈高度，生長后期調(diào)查浙貝母枯萎病發(fā)病率，收獲期記錄各處理浙貝母產(chǎn)量。采集每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的土壤樣品，風(fēng)干處理并充分混勻，過篩之后保存，用于分析土壤pH、全氮、有效磷、速效鉀，測(cè)定方法參考《土壤農(nóng)化分析》。浙貝母生物堿含量測(cè)定方法參照相關(guān)文獻(xiàn)[6]，將浙貝母樣品烘干后粉碎，采用高效液相色譜儀進(jìn)行生物堿含量分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本研究采用DPS v7.05軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，LSD多重比較判斷處理間的差異顯著性，采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭對(duì)浙貝母副稈高度的影響

生物炭對(duì)浙貝母副稈高度的影響如圖1所示。稻殼炭用量由5 t·hm-2增加到15 t·hm-2時(shí)，浙貝母副稈高度逐步增加，用量為15 t·hm-2時(shí)浙貝母副稈高度最大，為18.4 cm，較對(duì)照增加19.3%。當(dāng)?shù)練ぬ坑昧繛?0 t·hm-2時(shí)，浙貝母副稈高度較對(duì)照減少。隨著竹炭用量由5 t·hm-2增加到15 t·hm-2時(shí)，浙貝母副稈高度逐漸增高，當(dāng)竹炭施用量為15 t·hm-2時(shí)，和對(duì)照相比浙貝母副稈高度增加。試驗(yàn)結(jié)果表明，稻殼炭15 t·hm-2的施用量對(duì)浙貝母副稈高度增加效果最好。

圖1 生物炭對(duì)浙貝母副稈高度的影響

2.2 生物炭對(duì)浙貝母枯萎病發(fā)病率的影響

由圖2可知，對(duì)照浙貝母枯萎病發(fā)病率最高，為15.86%；稻殼炭用量為5 t·hm-2時(shí)，浙貝母枯萎病發(fā)病率最低，為12.61%，較對(duì)照下降；稻殼炭的用量為10和15 t·hm-2時(shí)，浙貝母枯萎病發(fā)病率分別為14.25%和14.18%，較對(duì)照下降。在浙貝母的種植土壤中添加竹炭，當(dāng)竹炭添加量為10 t·hm-2時(shí)，浙貝母枯萎病發(fā)病率最低，為13.75%，較對(duì)照下降；竹炭用量為30 t·hm-2時(shí)，浙貝母枯萎病發(fā)病率為14.56%，較對(duì)照下降。試驗(yàn)結(jié)果表明，稻殼炭5 t·hm-2的施用量時(shí)浙貝母的枯萎病發(fā)病率最低。

圖2 生物炭對(duì)浙貝母枯萎病發(fā)病率的影響

2.3 生物炭對(duì)浙貝母產(chǎn)量的影響

由圖3可知，稻殼炭由5 t·hm-2增加到15 t·hm-2，浙貝母的產(chǎn)量逐步增加，用量為15 t·hm-2時(shí)，浙貝母產(chǎn)量最高，每667 m2達(dá)到1 036.8 kg，較對(duì)照增產(chǎn)21.62%。當(dāng)?shù)練ぬ坑昧繛?0 t·hm-2時(shí)，浙貝母產(chǎn)量較對(duì)照減少。當(dāng)竹炭添加量為10 t·hm-2時(shí)，每667 m2浙貝母產(chǎn)量為981.76 kg，較對(duì)照增加；隨著竹炭用量由10 t·hm-2增加到30 t·hm-2時(shí)，浙貝母產(chǎn)量逐漸降低；當(dāng)竹炭施用量為30 t·hm-2時(shí)，和對(duì)照相比，浙貝母產(chǎn)量下降。

圖3 生物炭對(duì)浙貝母產(chǎn)量的影響

2.4 生物炭對(duì)浙貝母生物堿含量的影響

由圖4可知，對(duì)照的浙貝母生物堿含量最低，為0.146%；稻殼炭用量為5 t·hm-2時(shí)，浙貝母的生物堿含量為0.153%，較對(duì)照增加；隨著稻殼炭的用量逐步加大，用量為15 t·hm-2時(shí)，浙貝母中的生物堿含量最高，達(dá)到0.166%，較對(duì)照增加；當(dāng)?shù)練ぬ坑昧繛?0 t·hm-2時(shí)，浙貝母生物堿含量較對(duì)照減少。在浙貝母的種植土壤中添加竹炭，當(dāng)竹炭添加量為5 t·hm-2時(shí)，浙貝母中生物堿含量增加；隨著竹炭用量由5 t·hm-2增加到30 t·hm-2時(shí)，浙貝母生物堿的含量逐漸降低。試驗(yàn)結(jié)果表明，在2種生物炭處理中，稻殼炭15 t·hm-2的施用量對(duì)浙貝母的生物堿含量增加效果最好。

圖4 生物炭對(duì)浙貝母生物堿含量的影響

2.5 生物炭對(duì)浙貝母土壤理化性質(zhì)的影響

表1可知，與對(duì)照相比，施用稻殼炭和竹炭均使浙貝母土壤pH值有所升高，且pH值的升高和生物炭施用量呈正相關(guān)，當(dāng)竹炭用量達(dá)到30 t·hm-2時(shí)，浙貝母土壤pH最大，為6.64。稻殼炭和竹炭處理均使浙貝母土壤容重呈下降趨勢(shì)，并與添加量呈負(fù)相關(guān)，當(dāng)竹炭用量達(dá)到30 t·hm-2時(shí)，浙貝母土壤容重下降幅度最大，為1.85 g·cm-3。稻殼炭和竹炭處理均使浙貝母地土壤全氮有所上升，當(dāng)?shù)練ぬ坑昧窟_(dá)到30 t·hm-2時(shí)，浙貝母土壤全氮含量最高，為0.27%。2種生物炭處理浙貝母地土壤速效鉀均有所上升，當(dāng)竹炭用量達(dá)到30 t·hm-2時(shí)，浙貝母土壤速效鉀含量最高，達(dá)740.80 mg·kg-1。

表1 生物炭對(duì)浙貝母土壤理化性質(zhì)的影響

3 討論

3.1 生物炭對(duì)浙貝母生長及品質(zhì)的影響

副稈是浙貝母生長好壞的重要標(biāo)志，副稈生長高度接近或超過主稈，形成的鱗莖就大，產(chǎn)量就高[7]。試驗(yàn)結(jié)果表明，施用竹炭和稻殼炭可提高浙貝母副稈的高度，當(dāng)施用稻殼炭15 t·hm-2時(shí)浙貝母副稈高度增加效果最好。施用竹炭和稻殼炭可降低浙貝母枯萎病發(fā)病率，當(dāng)施用稻殼炭5 t·hm-2時(shí)浙貝母的枯萎病發(fā)病率最低，可能是由于施用竹炭和稻殼炭增加了浙貝母植株對(duì)肥料的吸收，提高了植株抗性。

浙貝母由于連作障礙、土壤肥力、無性繁殖等問題，導(dǎo)致其產(chǎn)量和品質(zhì)下降，影響了浙貝母藥用療效[8]。因此，通過改良土壤、提高肥料利用率對(duì)于提高浙貝母產(chǎn)量和品質(zhì)越來越重要。本試驗(yàn)中浙貝母的產(chǎn)量隨著生物炭施用量的增加先升高后降低，在稻殼炭處理中，當(dāng)用量為15 t·hm-2時(shí)，浙貝母產(chǎn)量最高，每667 m2達(dá)1 036.80 kg，較對(duì)照增產(chǎn)。浙貝母的藥用有效成分是生物堿，本試驗(yàn)中浙貝母生物堿含量隨著竹炭和稻殼炭用量的增加先升高后降低，當(dāng)施用稻殼炭15 t·hm-2時(shí)，浙貝母的生物堿含量較對(duì)照增加，效果最好。因此，對(duì)于提高浙貝母的產(chǎn)量和品質(zhì)方面，本試驗(yàn)中稻殼炭15 t·hm-2為最佳施用量。

3.2 生物炭對(duì)浙貝母土壤理化性質(zhì)的影響

浙貝母在質(zhì)地疏松肥沃，排水良好，微酸性或近中性的砂質(zhì)輕壤土中生長最為適宜[9]，但砂質(zhì)土壤保水保肥性能較差。生物炭具有高穩(wěn)定性和強(qiáng)吸附性，可以增加對(duì)土壤養(yǎng)分的持留作用，降低土壤養(yǎng)分淋失，提高砂質(zhì)土壤的持水量。因此，探明施用生物炭對(duì)浙貝母土壤理化性質(zhì)的影響，對(duì)于研究生物炭在浙貝母生產(chǎn)中的應(yīng)用效果具有重要意義。

土壤容重是表征土壤物理結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)之一，影響土壤養(yǎng)分的擴(kuò)散及其吸收利用。施用竹炭和稻殼炭2種生物炭均不同程度降低了浙貝母土壤容重，這與劉玉學(xué)等[10]研究結(jié)果一致。土壤pH影響土壤有機(jī)質(zhì)的分解速率，是影響浙貝母生產(chǎn)的重要因素。生物炭通常呈堿性，對(duì)土壤酸化具有明顯的改良效果。本研究中竹炭和稻殼炭均對(duì)浙貝母土壤pH產(chǎn)生一定程度的提高作用，且隨生物炭施用量的增加而提高。在生物炭施用量較高(30 t·hm-2)的條件下，浙貝母土壤全氮含量顯著增加，這與劉玉學(xué)等[10-11]研究結(jié)果一致。這主要是由于生物炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和豐富的表面官能團(tuán)，比表面積大，對(duì)土壤氮素起到吸附固持作用，降低氮磷等養(yǎng)分的徑流和淋溶損失。土壤速效鉀含量隨生物炭施用量的增加而增加，這可能是由于生物炭可以激發(fā)土壤中具有溶鉀作用的微生物活性，促進(jìn)了土壤鉀素的溶解，也可能是由于生物炭將自身含有的鉀素帶入土壤中所致。

綜上所述，本研究結(jié)果表明施用適量生物炭可提高浙貝母的產(chǎn)量和品質(zhì)，改良浙貝母土壤理化性質(zhì)，對(duì)于指導(dǎo)生物炭在浙貝母生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用，提高浙貝母藥用價(jià)值，以及增加農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)收益具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。