有機肥對林下種植大百部產量和品質性狀的影響

楊開太,韓小美,毛 純,劉 軍,杜 鈴,楊舒婷,唐夢云,蔣 林*

(1.廣西壯族自治區林業科學研究院,廣西南寧 530002;2.廣西大學,廣西南寧 530004;3.廣西壯族自治區國有七坡林場,廣西南寧 530219)

林下種植經濟作物已成為發展林下經濟的主要方式之一。在不影響森林防護效益的前提下,充分發掘林下土地的種植潛力,合理利用林地資源,根據其土壤結構、植被分布、土壤肥力等選擇適合林下種植的作物,創造出更高的經濟效益、生態效益及社會效益已成為山區農業經濟發展的重要模式之一[1-2]。在林下種植產業中,以中草藥的林下種植尤為興盛,特別是對一些喜陰的中草藥品種,林下種植能達到一種仿野生生長的環境[3]。雖然與大田種植相比其產量有所減少,但合理使用農藥和化肥,既能保證中草藥的產量和品質,也能保證林地樹木的正常生長和生態環境的平衡。目前在適合林下種植的中草藥品種中,雞血藤(Spatholobussuberectus)、黃芪[Astragalusmembranaceusvar.mongholicus(Bunge)P.K.Hsiao]、珠子參[Pseudocodonconvolvulaceussubsp.forrestii(Diels)D.Y.Hong]、天麻(Gastrodiaelata)等作物的林下套種技術比較成熟,且相關報道較多[4-7],但關于林下百部的種植報道較少。

百部[Stemonajaponica(Bl.)Miq],為百合目(Liliflorae)百部科(Stemonaceae)多年生草本藥用植物,在我國分布較為廣泛。大百部(Stemonatuberosa),又名對葉百部,在兩廣及云貴地區分布廣泛,且產量較高,入藥可用于治療咳嗽、肺癆、頭虱、體虱、陰癢等。隨著環境的變化及人類呼吸系統疾病的高發,對于百部的需求日益增加,但野生的百部生長較慢且產量低,因此,人工種植得到了大力推廣[8]。目前關于百部的人工栽培技術研究較多,對種苗培育、移栽、管理等技術均有了較好掌握[9-11]。關于百部的人工種植主要是在田間或大棚中獨立栽培,也有與臍橙[Citrussinensis(L.)Osbeck]、五味子[Schisandrachinensis(Turcz.)Baill.]等進行套種栽培[12-13],但在低丘林下高效栽培的技術尚鮮見報道。筆者以大百部在廣西南寧地區加勒比松林下高效栽培為研究對象,施用不同種類肥料,比較大百部生物量和體內可溶性糖含量,以期確定大百部林下栽培最適肥料,有助于百部林下高效栽培技術的發展,對百部的栽培管理具有一定指導意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況試驗地位于廣西壯族自治區南寧市吳圩鎮的廣西國有七坡林場立新分場,主要種植林木為加勒比松,郁閉度為0.5～0.7,107°59′～108°21′E,22°28′～22°68′N,海拔180～260 m。年均氣溫20～23 ℃,≥10 ℃年積溫7 500 ℃,極端最低溫-2.6 ℃,極端最高溫38.4 ℃。干濕季節明顯,其中4—9月為雨季,年降水量1 200～1 300 mm,年相對濕度為70%～80%。該區域屬亞熱帶海洋性季風氣候,溫暖濕潤,雨量充沛。林地坡度為20°～30°,土壤以頁巖、砂巖發育的赤紅壤為主,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山坡草叢、林下,在該海拔下也發現野生大百部[14],因此,該試驗林場海拔也符合模擬大百部野生生長海拔。大百部具有喜溫暖、喜濕潤、喜陰涼的特點,試驗地區的溫度、濕度及林下郁閉度均符合大百部的生長,但土壤pH稍有偏低,移栽施用適量石灰。

1.2 試驗材料供試植物:大百部幼苗由林場采用苗床育苗,7—8月進行播種,在苗床上開溝條播。播種后覆土4～5 cm,在播種后澆水濕透,并用稻草覆蓋保溫保濕。幼苗生長至8～12 cm后移入林下種植。林下大百部栽培采用寬幅帶狀間作模式,種植帶沿等高線布置,帶寬1.0～1.2 m,種植帶間隔2～4 m。移栽前90 d完成整地,整地時采用人工或小型機械整地,將原林地上的雜灌和雜草等挖斷后填埋到種植帶內起壟,種植帶整地深度30～40 cm,以行距30～40 cm,株距25 cm。

花生麩液:花生麩購自南寧市武鳴區太平鎮榨油工坊,林場內制作花生麩液,花生麩與水的比例根據試驗要求按50倍、100倍質量比進行搭配,密封浸泡60 d以上方能使用,同一批次試驗采用同一批次花生麩液。腐熟羊糞液:堆放發酵腐熟的羊糞由南寧好年景農資有限責任公司提供,羊糞為粉碎袋裝,林場內制作腐熟羊糞液,水與腐熟羊糞的比例根據試驗要求按50倍、100倍質量比進行配比,密封浸泡7 d以上方能進行試驗,同一批次試驗采用同一批次腐熟羊糞液。發酵豬糞:發酵豬糞由南寧好年景農資有限責任公司提供,豬糞為粉碎袋裝,水與糞的配比根據試驗要求按50倍、100倍質量比進行配比,密封7 d便可進行施肥,同一批次試驗采用同一批次配制的沼液。

1.3 試驗儀器AUY220型萬分之一電子天平(日本島津),TP-5 200型電子天平(湖南湘儀),YP20 000型電子天平(上海越平),UV-1750型紫外可見分光光度計(日本島津公司),DHG-9050A型鼓風干燥箱(濟南歐萊博),電熱恒溫水浴鍋:GSY-II(上海一恒)等。

1.4 試驗方法

1.4.1不同肥料對大百部生物量的影響試驗。試驗小區長10.0 m、寬1.2 m。為探究不同肥料對大百部生長的影響,設置清水對照和肥料處理。其中,肥料處理采用“1.2”中稀釋后的肥料進行施肥,每處理設置3個小區,以壟為單位,各小區按單因素隨機分布。設7個處理:CK,清水對照;T1,花生麩液稀釋50倍;T2,花生麩液稀釋100倍;T3,腐熟羊糞稀釋50倍;T4,腐熟羊糞稀釋100倍;T5,發酵豬糞稀釋50倍;T6,發酵豬糞稀釋100倍。每小區施用12.5 L。肥料和清水的施用根據大百部的日常肥水管理進行,2020年4月13日首次施用肥料,試驗期間再追肥施肥3次(4月30日、6月16日、8月22日),分別在首次施肥后30、90、120、360 d(±2 d)內隨機采樣,每小區取5株,測定大百部根的數量、鮮質量及干質量。根數量的確定:根部有膨大算作有效根數量;鮮質量的測定:將有效根數洗凈表層泥土后擦干,采用天平進行鮮質量測定;干質量的測定:將進行鮮質量測定后的根剪碎后置于烘箱中60 ℃烘干24 h后用天平測定。

1.4.2不同肥料對大百部根內可溶性糖含量的影響試驗。大百部塊根內可溶性糖含量采用蒽酮硫酸法測定,參照由繼紅等[15]的研究方法并加以改進,稱取干重測試后的百部塊根0.02 g,用研缽磨碎成粉末后加入10 mL蒸餾水,沸水浴加熱60 min后轉移至尖嘴離心管中,再加入0.02 g活性炭,劇烈搖晃后10 000 r/min 離心3 min,將上清液轉移至25 mL容量瓶中,加入3 mL無水乙醇后用蒸餾水定容。取1 mL提取液與5 mL配制好的蒽酮硫酸試劑混勻,沸水浴加熱15 min后取出,置于冷水中恢復至室溫,靜置20 min采用紫外分光光度計測定625 nm波長下的吸光度,以蒸餾水作為參比,各重復3次,根據葡萄糖標準溶液繪制的標準曲線,計算可溶性糖含量。其中,葡萄糖標準溶液濃度為50～400 μg/mL,采用上述相同的處理方法處理后在625 nm波長下進行吸光光度測定,以吸光光度值為橫坐標,葡萄糖濃度為縱坐標進行擬合,得到標準曲線為y=132.930x+28.346,R2=0.995 4。

1.5 數據處理所有試驗數據均采用SPSS 16.0軟件進行整理和分析,使用單因素方差分析法(one-way ANOVA)分析數據的顯著性,采用Duncan檢驗對數據進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同肥料對大百部根數量的影響由圖1可見,首次施肥后30 d開始進行測量,隨著時間的推移,各處理和CK的根數量變化趨勢一致。在首次施肥后30～180 d,根數量急劇增多,但在180～360 d,根數量變化較為平緩。首次施肥后30 d時,CK的根數量與T5處理接近,分別為(9.4±0.9)和(9.4±0.5)根,且與其他處理差異顯著(P<0.05)。首次施肥后90 d發現,各處理大百部根數量增長迅速,其中以T5處理根數量最多,為(20.6±2.5)根,其次為T3處理,為(20.4±1.9)根,花生麩液處理(T1、T2處理)的根數量少于其他2種肥料處理。首次施肥后180 d根數量的增長仍較大,以發酵豬糞處理(T5、T6處理)的根數量最多,且根數量多余其他處理。在首次施肥后180～360 d,根數量增加較少,這可能與季節進入秋冬有關,仍以發酵豬糞處理(T5、T6處理)的根數量為多,較CK分別增加17.93%和16.30%。總體來看,花生麩液處理(T1、T2處理)對根數量的促進作用均弱于其他2種肥料處理,腐熟羊糞在稀釋100倍時(T4處理)對根數量的促進作用不明顯,但在稀釋50倍時(T3處理)具有一定的促進作用,但在整個試驗周期促進作用不穩定,同時也低于發酵豬糞(T5、T6處理),發酵豬糞在2種稀釋倍數處理下根數量差距不大,且促進作用較其他處理佳。

注:不同小寫字母表示同一施肥時期不同處理間差異顯著(P< 0.05)。Note:Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments during the same fertilization period(P<0.05).圖1 不同肥料對大百部根數量的影響Fig.1 Effects of different fertilizers on the number of Stemona tuberosa roots

2.2 不同肥料對大百部根鮮質量的影響從圖2可知,在首次施肥后30～90 d,各處理及CK的根均為細根,無較明顯的膨大,各組間差異較小,因此在前2次結果調查中,大百部根鮮質量組間差異較小,且根鮮質量增長率為結果調查3階段中最小。首次施肥后90～180 d,根鮮質量開始快速增長,180 d發酵豬糞處理(T5、T6處理)的鮮質量最大,且與除T3外的其他處理差異顯著(P<0.05),分別為(644.9±33.5)和(648.1±49.1) g,花生麩液和腐熟羊糞處理(T1、T2和T3、T4)的鮮質量較CK有增加。首次施肥后360 d,各處理大百部根鮮質量較前一次測定增加較多,且各處理間的差異也越趨明顯,T5和T6處理大百部根鮮質量最大,分別為(1 838.5±90.3)和(1 762.1±90.1)g,分別較CK增加38.24%和32.49%,T3處理對大百部根鮮質量也有較大的促進作用,較CK增加了24.58%,其他各處理較CK增長均在20%以下。各處理根鮮質量增長情況與指數增長模型較為相似,因此對根鮮質量增加較多的T5、T6、T3處理和CK進行指數增長模型擬合,其模擬增長曲線分別為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:不同小寫字母表示同一施肥時期不同處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments during the same fertilization period(P<0.05).圖2 不同肥料對大百部根鮮質量的影響Fig.2 Effects of different fertilizers on the fresh quality of Stemona tuberosa roots

2.3 不同肥料對大百部根干質量的影響從圖3可見,首次施肥后30 d對各處理的根進行干質量測定,T5處理干質量最大,較CK增加32.32%,花生麩液處理(T1、T2)大百部根干質量較CK有所降低,分別降低1.18%和4.04%。首次施肥后90 d各處理干質量均較CK增加,其中以T6處理干質量增加最多,增長率達34.46%,T5處理干質量僅次于T6處理,發酵豬糞液處理(T5、T6)根干質量與CK有顯著差異(P<0.05)。從首次施肥后180 d開始,大百部根干質量開始不斷增加,增長率明顯高于前階段,在第3次結果檢測中,肥料處理大百部根干質量增長較大,其中T5和T3處理干質量分別為(150.3±10.2)和(141.8±16.8) g,較CK的增長率分別為66.76%和57.35%,除T2處理外,其他各處理的干質量增長率均超過30%。在首次施肥后360 d,各處理間差異最為明顯,T5和T3處理大百部根干質量位居前列,分別較CK增加96.45%和74.86%,增幅明顯,花生麩液處理(T1、T2)在2種濃度下也具有一定的促進作用,但增幅較其他處理低,肥料處理(除T2處理)大百部根干質量與CK相比均有顯著差異(P<0.05)。根據4次大百部根干質量的測定,其變化過程符合指數增長模型,將T5和T3處理及CK處理根干質量變化過程進行模型擬合,其增長曲線分別為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:不同小寫字母表示同一施肥時期不同處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments during the same fertilization period(P<0.05).圖3 不同肥料對大百部根干質量的影響Fig.3 Effects of different fertilizers on the dry quality of Stemona tuberosa roots

2.4 不同肥料對大百部根內可溶性糖含量的影響從圖4可見,在首次施肥后30 d各處理可溶性糖含量差異不大,其中以T2處理可溶性糖含量為最高,達(128.28±11.54) mg/g,較CK增加15.72%。在首次施肥后90 d的結果檢測中,可溶性糖含量差異仍不明顯,除CK外仍以T2處理最高,T5處理最低。在首次施肥180 d,各處理可溶性糖含量差異較大,稀釋倍數越大其可溶性糖含量越大,其中T2處理可溶性糖含量最高,達到(446.97±13.11) mg/g,T5和T6處理可溶性糖含量均低于其他處理,分別為(362.73±8.47)和(380.49±23.43)mg/g,與其他各處理(除T3處理)差異顯著(P<0.05)。在首次施肥后360 d,大百部根內可溶性糖含量較首次施肥后180 d有所下降,但趨勢與施肥后180 d保持一致,仍以T5處理含量最低[(340.80±17.50) mg/g]。整體而言,大百部根內可溶性糖含量呈先逐步上升后緩慢下降趨勢,可能與生長周期有關,將含量最低的T5處理進行模型擬合,其動態變化過程擬合曲線方程為y=-4.587 9x2-82.046 0x+19.370 0,R2= 0.972 7;將含量最高的T2處理進行模型擬合,其動態變化過程擬合曲線方程為y=-5.721 7x2+102.760 0x+8.061 5,R2=0.949 2。根據曲線方程可以預測,在試驗階段T5處理可溶性糖含量在首次施肥后約268 d時可達到最大值,為386.18 mg/g,后逐漸下降;T2處理可溶性糖含量在首次施肥后約269 d可達到最大值,為469.45 mg/g,后逐漸下降。

注:不同小寫字母表示同一施肥時期不同處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments during the same fertilization period(P<0.05).圖4 不同肥料對大百部根可溶性糖含量的影響Fig.4 Effects of different fertilizers on soluble sugar content in Stemona tuberosa roots

3 結論與討論

該研究在林下種植大百部,研究施用不同肥料對大百部生長及體內可溶性糖含量的影響,綜合大百部的根數量、根鮮質量和干質量,發現使用發酵豬糞、腐熟羊糞和花生麩液均能促進大百部的生長。3種肥料中,以發酵豬糞對大百部生長的促進作用最為明顯。有研究發現,豬糞的使用可使土壤容重和pH隨著土壤剖面垂直深度的加深而增大,總孔隙度、水穩性團聚體、總持水量、有機質、有機碳、有機碳密度、酶活性和重金屬含量均隨著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質,提高土壤有機質含量和酶活性[16]。豬糞還能在一定程度上替代化肥的使用,不僅能促進植物的生長,還能提高其產量及品質[17-18]。因此,可在林下百部的種植過程中推廣發酵豬糞的使用。

不同肥料對百部體內可溶性糖含量的影響也有一定差異,可溶性糖是植物光合作用的產物,在植物生長發育過程中參與植物的生長代謝[19]。該研究中,各處理可溶性糖含量先逐漸升高,在首次施肥后360 d緩慢降低,這可能是由于首次施肥后已進入秋天,作物生長放緩,進入冬季后大百部生長幾乎停止,因此可溶性糖含量的減少可能是由于氣溫降低導致。百部的藥理活性是由百部體內總生物堿含量決定的,可將百部藥材質量控制的指標性成分定為百部總生物堿類成分[20],百部體內可溶性糖含量與總生物堿的含量呈負相關[21],因此,可溶性糖含量越低,說明百部品質越好。在該研究中,各肥料處理稀釋倍數越大,其可溶性糖量越高,說明施肥濃度高可提高百部的品質,發酵豬糞稀釋50倍處理的可溶性糖含量最低。可見,林下種植百部使用發酵豬糞有助于增加其體內總生物堿的含量,提高百部的品質。

目前,林下種植中草藥具有較高的經濟價值,在林下種植經濟發展的過程中,應結合林區實際情況,合理規劃安排,在保護生態環境的前提下,將有限的林地資源實現最大化的經濟效益和生態效益。在不斷發展的林下經濟產業中,應加大力度進行技術研究,提倡施用有機肥,減少化學肥料的使用,既能保護生態,又能保證作物品質,實現“保護—開發—再保護—再開發”的良性循環,維持林地生態平衡[22]。此外,還應健全林下種植產業監督制度,以求保障該產業的合規合法、有序建設,實現林下中草藥種植產業與林業的可持續發展。