腐殖酸对丹参干物质积累与养分利用的影响
2012-04-29马继红寇太记李威孟繁华姬东华
马继红 寇太记 李威 孟繁华 姬东华
摘要：利用盆栽试验，比较了腐殖酸不同用量下丹参干物质积累、氮磷钾养分的吸收与利用效率的差异。结果表明，适宜腐殖酸用量能够促进丹参的干物质积累与分配，增加根/冠比，提高丹参产量。腐殖酸施用增加了土壤容重，过高的土壤容重不利于丹参生产，1.262～1.265g/cm3的土壤容重有利于丹参生长。腐殖酸适量施用增加了丹参根与地上部的氮、磷养分含量，但降低了钾素含量，而大用量具有提高钾含量的趋势；适量的腐殖酸施用能够提高丹参对氮、磷素的利用率而降低了钾素利用率，但较大用量则降低了氮、磷、钾素利用率。
关键词：丹参；腐殖酸；干物质；养分利用效率；土壤容重
中图分类号：S567.5+30.62文献标识号：A文章编号：1001－4942(2012)01－0063－05
丹参是我国传统中草药，目前野生丹参资源由于过度采集已遭破坏，近年来栽培丹参的面积不断增加。高产优质、质量稳定已成为丹参栽培技术研究的重要内容。目前人们注重繁殖方法和育苗技术、种植模式与适宜密度、采收与加工、水分和肥料管理、优良植株的选育研究。然而，栽培实践中发现丹参连作期短，且栽培品种较野生种有效成分下降，这已成为丹参作为高品质植物药大规模进军国际市场的一个最大障碍。腐殖酸是功能多样优质的土壤改良剂，能降低土壤中重金属的生物有效性，减轻土壤污染对农业生产的影响。腐殖酸能促进植物根系生长，提高产量和改善品质。然而，大量研究结果主要来自烟草、树木等经济植物和粮食作物，涉及丹参研究仅见室内短期水培结果。复杂的田间土壤生态环境不同于室内水培环境，土壤施用腐殖酸对丹参生长及养分利用的影响及其适宜用量鲜有报道，这阻碍了人工栽培丹参高产稳产技术的完善。本试验针对这一问题开展研究，以期为丹参人工栽培中腐殖酸合理施用及其应用效果提供理论依据。
1.材料与方法
1.1试验条件与材料
试验于2010年在河南科技大学农场进行。供试土壤为褐土，取自农场大田耕层，土壤经自然风干后，拣去植物未腐烂残体后混匀备用。其基础理化性状为：有机质含量13.6g/kg，碱解氮70mg/kg，有效磷11.5mg/kg，速效钾135mg/kg，pH8.3。氮、磷、钾肥分别为尿素、过磷酸钙、硫酸钾；供试腐殖酸购置于市场；供试丹参品种为紫花丹参，丹参苗来自伊川县丹参生产基地。
1.2试验方法
采用盆栽试验，腐殖酸设4个用量水平，即对照(CK)，不施腐殖酸；F1(小剂量)：施用腐殖酸20g/(kg干土)；F2(中剂量)：施用腐殖酸40g/(kg干土)；F3(大剂量)：施用腐殖酸60g/(kg干土)。随机区组排列，重复4次。栽培盆为市售PVC大桶(高60cm，直径50cm)，每盆装干土35kg。准确称量腐殖酸与供试土壤混均后装盆。每盆栽种2株丹参。氮(N)用量每盆2.1g(N约合135kg/hm2)，磷(P2O5)和钾(K2O)肥用量分别为每盆1.4g(约合P2O5或K2O90kg/hm2)。
1.3试验管理与测定
种植前1个半月装盆以确保土壤自然压实，试验盆埋入地下0.5m，底部均匀打直径为1cm的6个孔，覆盖以300目尼龙网布以利桶内水分与土体自由交换。2010年4月1日移栽，10月底收获。移栽前2天向盆内施入肥料并灌水2L，氮、磷、钾肥均以1/2作基肥，1/2在6月份追施，所有肥料均溶于水中施用。整个生育期内除施肥、移栽及特旱时保苗灌等量水外，其它时期均依靠自然降水。
收获时测定完土壤容重后，将丹参植株从盆中完整取出，按地上部(茎、叶)和地下部(根)分别称鲜重后，放入烘箱中在105℃条件下杀青30min，80℃条件下经过48h烘至恒重，称量地上部和地下部干重。样品经粉碎、过60目筛后以备测定植株氮、磷、钾养分含量。
土壤容重测定采用环刀法；全氮采用H2SO4-H2O2消煮一开氏法；全磷采用H2SO4-H2O2消煮-钒钼黄比色法；全钾采用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度计法。具体操作详见文献[16]。
1.4数据处理与计算
养分积累量=∑(不同器官的干物质重×不同器官的养分含量)
农学养分利用效率(％)=某养分干物质积累总量/施肥纯养分量×100
根/冠=根干重/地上部干重
所有数据均利用Microsoft Excel软件进行方差分析，检验处理间效应的差异显著性。
2.结果与分析
2.1腐殖酸对丹参干物质积累与分配的影响
腐殖酸不同用量影响丹参干物质的积累(图1)。与对照相比，F1处理丹参根干重增加25.2％(P<0.05)，地上部干重增加13.7％(P<0.05)，总生物量增加20.5％(P<0.05)。而F2、F3处理却显著降低了丹参的干物质重，降低幅度随用量增加而增大；F2处理丹参根、地上部干重和总生物量分别降低6.6％、14.3％和9.5％(P<0.05)；F3处理分别降低33.3％、36.9％和33.9％(P<0.05)。与对照相比，F1、F2处理增加丹参根冠比12.3％、11.0％(P<0.05)，F3增加未达到显著水平。这表明，适宜的腐殖酸用量能够促进丹参干物质积累和提高产量，但用量过大不利于丹参干物质积累和分配，本试验适宜用量在20g/(kg干土)左右。
2.2腐殖酸对土壤容重的影响及容重与干物质积累的相关性
2.2.1腐殖酸对土壤容重的影响土壤容重是土壤松紧度的一个数量指标，适宜的土壤容重有利于植物生长。由图2知，土壤容重随着腐殖酸用量的增大呈线性增加(Y=0.0367X+1.1939，R2=0.9711)，增幅在4.9％～9.8％。土壤容重的改变势必改变土壤的水肥气热状况，即在一定程度上改变了作物根系生长的土壤生态环境。
2.2.2土壤容重与丹参物质积累的关系
土壤容重与丹参总生物量和产量之间呈二次函数关系(图2)，相关程度分别达到92.51％和91.96％。在一定范围内，随着土壤容重的增加，干物质积累和产量呈先升后降趋势，表明适宜的土壤容重能使丹参获得高产，由函数计算出的适宜丹参高产容重为1.262～1.265g/cm3；F1腐殖酸用量改良的土壤容重有利于丹参生长。
2.3腐殖酸对丹参养分利用的影响
2.3.1腐殖酸对丹参地上部养分含量的影响腐殖酸不同用量影响丹参地上部养分含量(表1)。与对照相比，腐殖酸增加地上部氮素含量17.9％～35.9％(P<0.05)，其中处理F1增加幅度最大，与其他处理差异显著；腐殖酸对地上部磷素含量的影响不大，仅F3处理增加10.8％(P<0.05)，F1、F2处理与对照差异不显著；腐殖酸也影响地上部钾素的含量，与对照相比，F1、F2处理地上部钾含量降低13.7％～14.8％(P<0.05)，而F3处理增加了钾素含量，但与对照差异不显著。
2.3.2腐殖酸对丹参根系养分含量的影响腐殖酸具有增加丹参根系氮、磷含量和降低钾含量趋势，施用量不同对各养分的影响程度存在差异(表1)。与对照相比，F2和F3处理根系氮含量增加13.6％～23.8％和磷含量增加9.3％～13.2％(P<0.05)，F1和F2处理降低钾含量37.5％～43.7％(P<0.05)。
2.3.3腐殖酸对丹参养分农学利用效率的影响
不同用量腐殖酸对氮、钾养分利用效率具有相同规律，但钾素利用率则随施用量的增大而下降(图3)。与对照相比，F1用量氮和钾素利用率提高11.7％和9.6％(P<0.05)，降低钾素利用率8.4％；但F2用量氮、磷、钾利用效率分别降低9.4％、7.7％、28.5％(P<0.05)。F3处理氮、磷、钾利用效率降低23.0％～36.5％(P<0.05)。以上结果表明，处理F1的效果相对最好。
3.讨论
腐殖酸为重要的大分子土壤改良剂0。本研究发现当腐殖酸用量为20g/(kg干土)时，显著增加丹参根、地上部与总生物量(13.7％～25.2％)，但用量为40～60g/(k干土)时则降低了根、地上部与总生物量。何国军(2001)等水培试验结果表明，随着腐殖酸用量的增加促进了丹参干物质的积累，80mg/kg时增加了49％。两个试验均证明腐殖酸适宜的用量能促进丹参生长，但水培试验不受复杂的土壤生态环境影响，而本试验中丹参受腐殖酸直接影响及与通过改变土壤理化性状的间接影响。腐殖酸应用于花生、水稻作物上也促进了产量的提高，但徐冰等(2009)发现适量施用利于促产，但过量施用则造成水稻减产，这与本试验结果一致。本研究中腐殖酸施用致土壤容重增大且二者呈正相关，土壤容重与丹参根干重、总生物量呈二次函数关系。土壤容重的适度增大给丹参生长创造了较好的土壤生态环境，然而土壤容重过大将致土壤中液气相比例大幅度下降，导致土壤生物的活性与丹参根系生长下降，这可能是腐殖酸施用过多造成丹参物质积累减少的原因。20～40g/(kg干土)的腐殖酸用量致根/冠增大，促进了光合产物向根的积累，将有助于提高丹参产量。在丹参栽培中应施用适量腐殖酸来改善土壤结构以促高产。
本研究表明，腐殖酸不同用量影响丹参对氮、磷、钾的吸收及其在不同组织器官中的分配，但影响趋势及程度与元素种类及腐殖酸用量相关。徐全辉等(2010)在水稻上施用腐殖酸提高了磷的吸收，但对氮钾吸收影响不明显，这不同于本研究结果。本试验腐殖酸增加了根系与地上部的氮含量，低用量下地上部的氮含量最大且显著高于根系11.2％，而高用量下根系氮含量高于地上部。由于植株含氮量增加将致植株的蛋白质含量也相应增加，光合作用增强和光合产物增加，相应提高植物生长量。施用腐殖酸促进丹参根系对磷素的吸收及其含磷量的提高，磷是核酸、激素和磷脂的主要组成成分，磷含量增加有助于丹参增强植物的抗寒、抗旱和抗病虫害的能力。本研究中低用量腐殖酸提高氮、磷利用率，而高用量则降低了氮、磷利用率。这不同于在水稻、玉米应用上单纯提高氮利用率的报道，而基本一致的结论是过量施用含腐殖酸的肥料会降低氮磷钾肥料的利用率。低用量的腐殖酸增加了丹参产量却降低了钾素含量，高用量提高了钾素含量但干物质积累减少。由于钾直接参与植物代谢过程，增进碳水化合物的合成、运转和贮藏，腐殖酸施用致钾肥利用效率下降，下降幅度随使用量的增大而增加。钾素含量不足与利用率的下降均不利干物质的积累，本研究结果暗示丹参对钾吸收利用有一个阈值，低于这个阈值丹参干物质积累和产量形成将受影响。
4.结论
豫西褐土丘岭区施用腐殖酸能够促进丹参的干物质积累、通过增加根冠比从而提高丹参产量，但用量过大则不利于干物质积累和产量的形成，不利于丹参生产。适宜用量能提高氮、磷素的含量和农学利用效率，但却降低了钾含量与农学利用效率。腐殖酸施用增大了土壤容重改变了丹参根系生长环境，腐殖酸施用应注意适量原则，20g/(kg干土)臆可作为田间参考用量。但丹参作为重要药材，明确腐殖酸用量对有效成分和中微量元素的吸收与积累影响，事关中药材的品质与生产安全，应该作为进一步的研究重点。
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