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化肥減量配施微生物菌劑對(duì)蒙古黃芪生長(zhǎng)生理及養(yǎng)分吸收的影響

2025-08-30 00:00:00雷雪峰蔡萌王妍梁清月郝喜龍李正男侯麗麗李杰董貴成
江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2025年12期

中圖分類(lèi)號(hào): S567.23AA9.06 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1002-1302(2025)12-0161-07

蒙古黃芪(Astragalusmongholicus)是傳統(tǒng)的中藥材,以其優(yōu)良的藥用價(jià)值廣泛應(yīng)用于抗氧化、免疫調(diào)節(jié)和抗炎抗癌等領(lǐng)域,其藥效主要來(lái)源于根部有效成分的積累[1-3]。近年來(lái),隨著市場(chǎng)需求的增長(zhǎng),蒙古黃芪的種植面積逐年擴(kuò)大[4-5]。然而,過(guò)度依賴(lài)化肥的傳統(tǒng)栽培方式不僅導(dǎo)致土壤肥力下降和環(huán)境污染加劇,還影響藥材質(zhì)量的穩(wěn)定性和有效成分含量[。因此,如何通過(guò)科學(xué)施肥管理實(shí)現(xiàn)黃芪的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)與環(huán)境友好,成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。化肥減量是減少農(nóng)業(yè)面源污染的重要措施,但在實(shí)際推廣中面臨挑戰(zhàn),一方面土壤基礎(chǔ)肥力不足可能引發(fā)減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn),另一方面農(nóng)戶(hù)對(duì)生態(tài)種植使藥材品質(zhì)提升的認(rèn)知不足。這種認(rèn)知偏差嚴(yán)重制約了化肥減量措施和生態(tài)種植模式的推廣應(yīng)用[7-8]。近年來(lái),配施微生物菌劑在提高作物養(yǎng)分利用率、促進(jìn)光合作用及提升生物量積累方面的作用已被廣泛研究[9-12]。此外,微生物菌劑在中藥材種植中的應(yīng)用潛力也逐漸顯現(xiàn),研究表明,它能夠提高丹參、黃芪等藥用植物的有效成分積累,同時(shí)優(yōu)化植株的養(yǎng)分吸收和生長(zhǎng)性能[13-14]。目前,關(guān)于化肥減量及微生物菌劑配施對(duì)蒙古黃芪生長(zhǎng)、光合特性及養(yǎng)分吸收的綜合影響仍缺乏系統(tǒng)性研究。本研究以蒙古黃芪為研究對(duì)象,設(shè)置不同化肥減量及配施微生物菌劑處理,系統(tǒng)分析其對(duì)黃芪生長(zhǎng)、光合特性及養(yǎng)分吸收的影響,旨在揭示微生物菌劑在彌補(bǔ)化肥減量負(fù)面效應(yīng)中的作用機(jī)制,為中藥材生態(tài)種植及綠色可持續(xù)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2023年在內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市內(nèi)蒙古天創(chuàng)藥業(yè)科技股份有限公司試驗(yàn)基地進(jìn)行。供試材料為一年生蒙古黃芪種苗。供試復(fù)合肥[總養(yǎng)分 Γ(N+P2O5+K2O 含量 ?45% , N,P2O5,K2O 的養(yǎng)分含量分別為 14% 、 16% 、 15% ],由湖北三寧化工股份有限公司生產(chǎn)。微生物菌劑包括種植專(zhuān)用型EM原露[微生物肥(2005)準(zhǔn)字(0222)號(hào)],由江西天意生物技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司生產(chǎn);翠京元內(nèi)生菌根菌劑[微生物肥(2026)臨字(3500)號(hào)],主要含有有益內(nèi)生菌根真菌,由南京翠京元生物科技有限公司生產(chǎn)。

供試土壤的基本理化性質(zhì): pH 值8.23,有機(jī)質(zhì)含量 11.57g/kg ,有效磷含量 1.86mg/kg ,速效鉀含量 106.42mg/kg ,堿解氮含量 103.25mg/kg 。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)以當(dāng)?shù)孛晒劈S芪常規(guī)化肥施用量600.00kg/hm2 為對(duì)照(CK),分別設(shè)置 75% 化肥(T1)、 50% 化肥(T2)、 75% 化肥 + 微生物菌劑(T3) 50% 化肥 + 微生物菌劑共4個(gè)處理,詳情見(jiàn)表1。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù),共15個(gè)小區(qū),隨機(jī)排列,小區(qū)面積 6m2(2m×3m) ,小區(qū)間起壟設(shè)間隔保護(hù)行。于2023年5月13日采取平栽的方式移栽,株距 15cm ,行距 30cm ,溝深 10cm 。移栽當(dāng)天進(jìn)行第1次灌溉,7月初進(jìn)行第2次灌溉,整個(gè)生長(zhǎng)期統(tǒng)一人工除草2次。復(fù)合肥按各處理施用量于移栽前均勻施用后翻土;EM原露以500倍稀釋液于移栽前蘸根,出苗后以1000倍稀釋液每20d葉面噴灑1次,共噴施3次;翠京元內(nèi)生根菌劑以200倍稀釋液于移栽前蘸根。于2023年7月1日開(kāi)始,分別在生長(zhǎng)初期(7月1日)生長(zhǎng)前期(7月21日)生長(zhǎng)中期(8月10日)生長(zhǎng)后期(8月30日)生長(zhǎng)末期(9月19日)進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定及取樣,共取樣5次,每小區(qū)選取具有代表性植株3株進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定株高:用卷尺測(cè)定根莖至主莖頂部的高度;根長(zhǎng):用卷尺測(cè)定蘆頭至根最長(zhǎng)處的距離;根粗:用游標(biāo)卡尺測(cè)量蘆頭 1cm 處直徑;地上部、地下部干重:采回的新鮮黃芪植株分成地上部分和地下部分, 105°C 殺青 20min 后,于 80°C 烘干至恒重后測(cè)量其干重。

表1化肥與微生物菌劑施用量 kg/hm2

1.3.2光合指標(biāo)的測(cè)定在第2~4次取樣的同時(shí)進(jìn)行光合指標(biāo)測(cè)定。在各小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取3株代表性植株掛牌標(biāo)記,選取植株中上部葉片,利用CIRAS-3型光合儀測(cè)定蒙古黃芪凈光合速率( )氣孔導(dǎo)度 (Gs )、胞間 CO2 濃度 (Ci) 、蒸騰速率 (Tr) 。同時(shí)使用手持SPAD-502相對(duì)葉綠素含量測(cè)定儀測(cè)定植株中上部葉片SPAD值,每株測(cè)10張葉,每片測(cè)5次取平均值。

1.3.3植株養(yǎng)分含量的測(cè)定將植株分為地上部分、地下部分烘干粉碎,采用 H2SO4-H2O2 聯(lián)合消煮,進(jìn)行植株養(yǎng)分含量測(cè)定。全氮含量采用海能K9860全自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)定。全磷含量采用鉬銻抗比色法測(cè)定,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)為 y=0. 536 3x+ 0. 014 2,r2=0.999 5 。全鉀含量采用火焰光度計(jì)法測(cè)定,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)為 y=0 : 8109x-0.7006 r2=0.999 3 。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用MicrosoftOffice2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析;使用Origin2025對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和獨(dú)立樣本 χt 檢驗(yàn),當(dāng)方差分析結(jié)果為顯著水平( Plt; 0.05)時(shí),采用Duncan's法進(jìn)行多重比較;使用Origin2025繪制柱形圖及相關(guān)性熱圖。

2 結(jié)果與分析

2.1化肥減量配施微生物菌劑對(duì)蒙古黃芪生長(zhǎng)特性的影響

不同處理對(duì)蒙古黃芪各生長(zhǎng)時(shí)期株高、根長(zhǎng)、根粗、地上部分及地下部分干重的影響如圖1所示。可以看出,隨著生育期的推移,蒙古黃芪株高逐漸增加,基本表現(xiàn)為前期增長(zhǎng)較快,后期增長(zhǎng)放緩,各處理在最后測(cè)定時(shí)期株高達(dá)到最大值,表現(xiàn)為 T3gt; T4gt;CKgt;T1gt;T2 。與CK相比,化肥減量(T1、T2)處理各時(shí)期的株高差異均不顯著( Pgt;0.05 。在生育后期,化肥減量配施微生物菌劑(T3、T4)處理均不同程度增加了蒙古黃芪株高,其中T3處理對(duì)蒙古黃芪株高促進(jìn)作用最大,各時(shí)期蒙古黃芪株高依次達(dá) 39.58,49.51,60.28,62.96,63.99cm ,分別較CK顯著增加 12.97% 、11. 15% ,16.49% 、14. 49% 、10.60% 。

隨著生育期的推移,蒙古黃芪根長(zhǎng)的變幅較小,且各處理間差異均不顯著。化肥適當(dāng)減量對(duì)根長(zhǎng)未產(chǎn)生明顯的影響,但化肥減量配施微生物菌劑對(duì)蒙古黃芪根長(zhǎng)產(chǎn)生了小幅促進(jìn)作用,其中T3處理對(duì)蒙古黃芪根長(zhǎng)的促進(jìn)效果最大,在各時(shí)期均達(dá)到最大值,分別為50.60、51.28、53.53、50.91、52.32cm ,較CK分別增加11. 56% 、3. 13% !12.97%.0.28%.1.77% 。

蒙古黃芪根粗在生長(zhǎng)前期增加較緩慢,中期明顯加快,后期又有所減慢。從不同處理來(lái)看,8月30日之前各處理間差異均不顯著,3次測(cè)定時(shí)期間也無(wú)明顯規(guī)律可尋。8月30日和9月19日處理間出現(xiàn)規(guī)律性差異,隨著化肥用量的減少,蒙古黃芪根粗逐漸降低,但與CK相比差異未達(dá)到顯著水平。化肥減量配施微生物菌劑處理的根粗顯著高于其他處理(8月30日的T4處理除外),T3、T4處理的最大值分別達(dá)到 1.27,1.24cm ,較CK顯著增加12. 44% .10.16% ,其中T3處理對(duì)根粗的促進(jìn)效果更顯著。

隨著生育期的推移,蒙古黃芪地上部分干重呈先上升后下降趨勢(shì),前期上升幅度較大,后期下降幅度較小。各時(shí)期各處理間地上部分干重存在一定的差異,但多數(shù)差異不顯著。8月30日以后可以明顯看出,化肥減量引起地上部分干重下降,但差異未達(dá)顯著水平;化肥減量 25% 配施微生物菌劑(T3)處理可促進(jìn)蒙古黃芪地上部分干重增加,各時(shí)期地上部分干重分別為 2.99.7.80.10.43.10.25 、8.98g/ 株,分別較CK提高59. 08% 、35. 21% 、8.30%16.30%?17.46% 。

隨著生育期的推移,蒙古黃芪地下部分干重逐漸增加,各時(shí)期間增幅相近。從化肥減量方面來(lái)看,除生長(zhǎng)前期外,化肥減量處理均不同程度降低了蒙古黃芪地下部分干重,尤其在生長(zhǎng)后期降幅明顯,與CK相比,T2處理顯著降低了蒙古黃芪地下部分干重(9月19日)。從化肥減量配施微生物菌劑方面來(lái)看,生長(zhǎng)后期配施微生物菌劑不同程度增加了蒙古黃芪地下部分干重,9月19日T3、T4處理地下部分干重分別達(dá)到 11.92,11.07g/ 株,與CK相比,分別增加 8.23% .0.49% ,但差異未達(dá)顯著水平。

2.2化肥減量配施微生物菌劑對(duì)蒙古黃芪光合特性的影響

不同處理對(duì)蒙古黃芪光合特性的影響如表2所示。各指標(biāo)在不同測(cè)定時(shí)期總體變化趨勢(shì)存在一定差異,隨著測(cè)定時(shí)期推移,蒙古黃芪凈光合速率平穩(wěn)增加,氣孔導(dǎo)度、胞間 CO2 濃度及蒸騰速率先增后減(T1處理的 Gs 除外),葉片SPAD值基本保持平穩(wěn)不變。化肥減量在不同時(shí)期對(duì)蒙古黃芪光合特性的影響趨勢(shì)不同,總體上表現(xiàn)為蒙古黃芪 及葉片SPAD值隨著化肥減量有降低趨勢(shì), Ci 表現(xiàn)為先降后增, 均值的最大變幅為-35.11%.6s 為 -34.11% , Tr 為 -9.96% , Ci 為-4.04% ,葉片SPAD值為 -4.61% 。從化肥減量配施微生物菌劑(T3、T4)方面來(lái)看,與化肥減量未配施微生物菌劑(T1、T2)相比,T3、T4 處理的 、Gs,Tr 總體上有了明顯的提高,平均最高增幅分別為 51.37%.30.27%.12.50%;Ci 及葉片SPAD值差異較小,平均最高增幅分別為 6.61% 及 7.18% 。

表2化肥減量配施微生物菌劑對(duì)蒙古黃芪光合特性的影響

注:表中數(shù)據(jù)為平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)誤。同行數(shù)據(jù)后標(biāo)有不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著( Plt;0.05 。

2.3化肥減量配施微生物菌劑對(duì)蒙古黃芪養(yǎng)分含量的影響

不同處理對(duì)蒙古黃芪養(yǎng)分含量的影響如圖2所示。隨著生長(zhǎng)時(shí)間的推移,蒙古黃芪地上部分氮含量呈先緩慢下降后快速下降趨勢(shì),地下部分氮含量則呈先平穩(wěn)后上升的趨勢(shì)。化肥減量對(duì)蒙古黃芪氮含量產(chǎn)生了一定的影響,基本表現(xiàn)為隨著化肥用量的減少,氮含量逐漸降低,但生長(zhǎng)前期差異不明顯,生長(zhǎng)后期差異逐漸明顯,在最后的9月19日,T2處理地上部分氮含量較CK顯著降低 18.98% ,地下部分氮含量顯著降低 10.78% 。化肥減量配施微生物菌劑處理在各時(shí)期下均能提高蒙古黃芪地上及地下部分氮含量水平,但提高的幅度因生長(zhǎng)時(shí)期而異,T3處理對(duì)地上部分氮含量促進(jìn)效果較為明顯,各生長(zhǎng)階段地上部分氮含量分別較CK提高6.96% (20號(hào) .5.60% (20 ,6.37% 、5. 10% 、 1.29% ,地下部氮含量分別較CK提高 8.51% 、11. 52% 、 4.95% 、2.94%.11.13% 。

蒙古黃芪地上部分磷含量隨生長(zhǎng)時(shí)期的推移呈先降后升的趨勢(shì),地下部分磷含量則呈先增加后緩慢降低的趨勢(shì)。化肥減量對(duì)蒙古黃芪磷含量產(chǎn)生了一定的影響,基本表現(xiàn)為隨著化肥用量的減少,磷含量逐漸降低,地上部分比地下部分差異更明顯,T2處理與CK相比,7月21日、8月10日、9月19日的地上部分磷含量差異達(dá)到顯著水平,而地下部分只有7月21日差異顯著。化肥減量 25% 配施微生物菌劑(T3處理)在多數(shù)時(shí)期均能提高蒙古黃芪地上及地下部分磷含量水平,與CK相比差異不顯著,但與T2處理相比差異較為明顯,表現(xiàn)出明顯的促進(jìn)吸收作用。

蒙古黃芪地上部分鉀含量隨著生長(zhǎng)時(shí)期的推移呈先升后降的趨勢(shì),地下部分則呈先降后升的趨勢(shì)。從化肥減量方面來(lái)看,化肥用量的減少降低了蒙古黃芪地上部分及地下部分鉀含量,各生長(zhǎng)時(shí)期降低程度有所差異,與CK相比,T3處理差異均未達(dá)到顯著水平,T2處理多數(shù)時(shí)期差異顯著。化肥減量 25% 配施微生物菌劑在多數(shù)時(shí)期提高蒙古黃芪地上部分及地下部分鉀含量水平,T3處理對(duì)地上部分及地下部分鉀含量促進(jìn)效果最明顯,與CK相比差異不顯著,但與T2處理相比,差異明顯,多數(shù)時(shí)期能達(dá)到顯著水平。表明化肥減量條件下配施適宜的微生物菌劑有利于促進(jìn)蒙古黃芪對(duì)鉀素的吸收。

2.4化肥減量配施微生物菌劑下蒙古黃芪各指標(biāo)相關(guān)性分析

相關(guān)性分析顯示,蒙古黃芪的養(yǎng)分含量、光合特性及生物量積累密切相關(guān)(圖3)。地下部分磷含量與株高、地下干重及凈光合速率呈顯著正相關(guān)關(guān)系,說(shuō)明磷元素促進(jìn)地下生物量積累和光合作用。地上部分鉀含量與凈光合速率、地下部分磷含量顯著正相關(guān),反映出磷鉀元素的協(xié)同作用有助于促進(jìn)光合作用和生物量積累。而地上部分氮含量與地下部分干重呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,說(shuō)明過(guò)多的氮素吸收可能促進(jìn)地上部分的生長(zhǎng),抑制地下生物量的積累。地下部分干重與凈光合速率呈顯著正相關(guān)關(guān)系,地上部分干重與氣孔導(dǎo)度呈顯著正相關(guān)關(guān)系,表明光合作用及氣體交換效率直接影響地上、地下部分生物量的積累。蒸騰速率與地上部分干重呈顯著正相關(guān)關(guān)系,表明水分蒸騰對(duì)生物量的積累具有一定的影響。

圖3蒙古黃芪生長(zhǎng)、光合特性及養(yǎng)分吸收的相關(guān)性

3結(jié)論與討論

已有研究表明,化肥減量會(huì)顯著影響植物生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收能力,尤其是在土壤養(yǎng)分供應(yīng)不足的情況下,表現(xiàn)為株高、根系生長(zhǎng)及生物量積累的下降[15]。趙歡等研究發(fā)現(xiàn),氮肥投入不足可抑制中藥材百花前胡(Peucedanumpraeruptorum)根系對(duì)氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素的吸收,進(jìn)而限制植物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量。然而,有機(jī)肥的部分替代使用,能夠顯著提高百花前胡的產(chǎn)量,并促進(jìn)氮、鉀、鈣、鎂、硫等元素的吸收[16]。生物有機(jī)肥的施用也能顯著提升巴戟天(MorindaeofficinalisHow)根莖葉中氮、磷鉀元素以及鋅、鐵、錳、硼等微量元素的吸收[1]。本研究結(jié)果顯示,單純化肥減量(T1、T2)在一定程度上降低了蒙古黃芪的株高、根粗及干重,但多數(shù)差異不顯著。而化肥減量 25% 配施微生物菌劑(T3)處理改善了這些指標(biāo),株高、根粗、地上和地下部分干重均高于CK( 100% 化肥)。這一結(jié)果很可能是因?yàn)槲⑸锞鷦└纳聘H微環(huán)境,并釋放難溶態(tài)磷鉀,對(duì)植株生長(zhǎng)有促進(jìn)作用[15] O

化肥減量會(huì)導(dǎo)致作物凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率等光合特性指標(biāo)下降[18]。劉杰等研究發(fā)現(xiàn),有機(jī)肥料用量減少會(huì)引起蒙古黃芪光合效率及抗逆性降低[19]。本研究進(jìn)一步顯示,T1和 T2處理的 最大降幅達(dá) 35.11% 。配施微生物菌劑后(T3、T4), PnGs 和 Tr 有所提高,T3處理的 增幅達(dá) 51.37% 。這種改善可能與微生物菌劑分泌的植物生長(zhǎng)促進(jìn)物質(zhì)(如吲哚乙酸、細(xì)胞分裂素)及其對(duì)葉片養(yǎng)分供應(yīng)的促進(jìn)作用有關(guān)[20],也可能與微生物菌劑通過(guò)激活磷和鉀的釋放,提高葉綠素含量(SPAD值)來(lái)增強(qiáng)光合系統(tǒng)的穩(wěn)定性有關(guān)。

化肥減量通常導(dǎo)致植物吸收及生長(zhǎng)能力下降,尤其是氮、磷、鉀含量的降低。譚勇等對(duì)膜莢黃芪進(jìn)行缺素水培試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),缺素條件下,黃芪根系活力、根系導(dǎo)水率及葉綠素含量降低,根面積減少[21]也有研究發(fā)現(xiàn),不同肥料處理對(duì)黃芪各器官中氮、磷、鉀等礦質(zhì)養(yǎng)分元素吸收、積累、分配存在差異,有機(jī)肥 + 礦物肥 + 微生物肥能顯著促進(jìn)黃芪根系對(duì)氮、鉀、鐵等的吸收和積累,促進(jìn)莖葉對(duì)磷的吸收和積累[22]。本研究結(jié)果顯示,單獨(dú)化肥減量(T2)顯著降低了蒙古黃芪地上和地下部分的養(yǎng)分積累,尤其是在生長(zhǎng)后期,地上部分氮含量下降 18.98% ,地下部分下降 10.78% 。配施微生物菌劑顯著改善了氮、磷、鉀的吸收水平,其中T3處理增幅最為顯著,地上部分氮含量平均增幅達(dá) 1.29%~6.96% ,地上部分磷、鉀含量總體較CK有所增加。這可能與微生物菌劑通過(guò)分泌有機(jī)酸和磷酸酶,促進(jìn)土壤中難溶性磷和鉀的釋放,提高植物對(duì)養(yǎng)分的吸收效率有關(guān)[23] O

磷元素作為能量代謝的核心組分,能提高光合碳同化能力,鉀通過(guò)調(diào)節(jié)氣孔導(dǎo)度和水分利用效率,進(jìn)一步優(yōu)化光合作用[24-25]。本研究發(fā)現(xiàn),磷鉀協(xié)同作用對(duì)光合效率和生物量積累具有顯著促進(jìn)作用。同時(shí),研究還顯示,蒙古黃芪地上部分氮含量與地下部分干重呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,表明過(guò)量氮素吸收可能導(dǎo)致光合產(chǎn)物向地上部分優(yōu)先分配,抑制地下部分的生物量積累。氮素過(guò)量會(huì)抑制根系生長(zhǎng),影響地下養(yǎng)分的分配與積累[26]

綜上所述,化肥減量雖然對(duì)蒙古黃芪生長(zhǎng)、光合特性及養(yǎng)分吸收產(chǎn)生一定抑制作用,但配施微生物菌劑通過(guò)改善根際環(huán)境、提升光合效率和優(yōu)化養(yǎng)分利用,能有效彌補(bǔ)化肥減量的不利影響,最終提高了生物量積累。化肥適當(dāng)減量配施微生物菌劑是一種有效的綠色生產(chǎn)模式,為中藥材蒙古黃芪的生態(tài)種植提供了重要的科學(xué)參考依據(jù)。

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