连作土壤施加竹炭对广藿香幼苗生长的影响

李敬辉，李 明,，李龙明，蔡 淼，周 界，洪 彪，段书蕾

(1.广东药科大学 中药学院，广州 510006；2.国家中医药管理局岭南药材生产与开发重点实验室，广州 510006；3.云浮市南领药业有限公司， 广东云浮 527200)

广藿香(Pogostemoncablin(Blanco) Benth)是常用的芳香化湿药[1]，为广东的道地药材之一，也在食品及化妆品行业中应用广泛[2]。广藿香在栽培生产中，存在严重的连作障碍现象，随着连作年限的增加，广藿香出现根腐病发病加剧，植株发育不良，叶片枯萎甚至整株死亡的现象，对其产量和品质产生严重的影响。生物质炭是植物或动物来源的生物质材料在低氧或者无氧环境下的热解产物，可作为高度稳定的碳源在土壤中存留上千年[3]。生物质炭具有较高土壤阳离子交换量、低密度、弱碱性和较高的C/N比等性质，能够改善土壤保水、保肥性能，提高土壤PH及有机碳含量，具有多孔状结构，较大的比表面积，有益于土壤中微生物栖息和活动，能够保护土壤有益微生物，改善土壤微生态环境[4-5]。研究表明，生物炭对于连作障碍与化感作用存在一定的缓解效应[6-7]。而竹炭作为生物质炭的一种，其来源易获得，价格相对低廉，在生物质炭的应用中具有一定的优势。本试验以竹炭为土壤改良剂，釆用盆栽法研究其对广藿香组培驯化苗生长、生理生化指标、有效成分含量及土壤酚酸质量分数的影响，为研究利用竹炭缓解广藿香连作障碍提供科学 依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

广藿香(P.cablin)幼苗是广藿香连作障碍及其缓解技术研究课题组(以下称本课题)在广东药科大学中药学院组织培养实验室培育的组培苗，经田间炼苗的八叶期幼苗。试验用土采于广东药科大学药用植物广藿香种植实验园，取栽培1 a的连作土，其未种植植物的相同土壤为对照土。竹炭(Bamboo charcoal)颗粒记作BC，粉碎，过30目筛。

1.2 试验设计

采用盆栽法，试验设对照土(CK)、连作土(CS)、和以V(竹炭)∶V(土壤)分别为1∶99(BC1)、5∶95(BC2)、10∶90(BC3)共5个处理。每盆培育10株幼苗，每个处理重复3次，常规管理，并于移栽后的0 d、10 d、20 d和30 d测定广藿香植株的抗氧化酶活性和丙二醛质量摩尔浓度，同时，30 d试验结束时测定广藿香植株农艺性状，有效成分质量浓度和土壤酚酸质量分数。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 农艺性状 株高、鲜质量、根长、根数采用常规生测法，叶面积采用YMJ-C/CH型叶面积仪进行测定，根系活力参考李玲[8]的试验方法，采用TTC法。

1.3.2 抗氧化酶活性和丙二醛质量摩尔浓度的测定 参考李玲[8]及李合生[9]的方法，过氧化物酶 (POD)采用愈创木酚法进行测定，过氧化氢酶 (CAT)采用高锰酸钾滴定法，超氧化物歧化酶 (SOD)采用NBT还原抑制法，丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸法。

1.3.3 总挥发油质量浓度及百秋李醇质量分数的测定 参照2015年版中国药典方法测定广藿香总挥发油质量浓度及百秋李醇质量分数[1]。

1.3.4 土壤酚酸质量分数的测定 参考吴立洁等[10]和李培栋等[11]的方法，采用高效液相色谱法检测土壤中原儿茶酸、绿原酸、香草酸、咖啡酸、丁香酸、阿魏酸、苯甲酸的质量分数。

1.4 数据分析

采用Excel 2010和SPSS 20.0对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 连作土施加竹炭对广藿香幼苗农艺性状的影响

由表1可知，与对照土处理相比较，连作土中广藿香组培驯化苗的株高、根长、根数、鲜质量及叶面积均表现出不同程度的抑制作用。添加不同比例竹炭颗粒处理连作土30 d后，随着竹炭比例的增加，广藿香幼苗的株高、根长、根数、鲜质量及叶面积均呈现逐渐升高的变化趋势。与CS相比， BC2和BC3处理的各项农艺性状均显著升高，其中BC3处理组幼苗的株高、根长、根数、鲜质量及叶面积较CS分别升高11.25%、 28.57%、34.07%、66.90%和75.40%。

表1 广藿香连作土壤施加竹炭对其幼苗农艺性状的影响Table 1 Effects of continuous cropping soil added with bamboo charcoal on agronomic traits of Pogostemon cablin seedlings

注：不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)，下同。

Notes:Different lowercase letters indicate the significant difference between different treatments (P<0.05),the same below.

2.2 连作土施加竹炭对广藿香幼苗根系活力的影响

随着栽培时间的延长，对照土及连作土处理下广藿香幼苗根系活力均逐渐升高，但连作土的根系活力在同一时间点显著低于对照组。施加不同比例的竹炭，其根系活力均较重茬组显著升高，且随竹炭比例的增加而升高。在培育30 d时，BC1、BC2及BC3处理组的根系活力与连作土相比分别增加45.94%、51.78%和53.25%(图1)。

2.3 连作土施加竹炭对广藿香幼苗POD、CAT和SOD活性的影响

对照土、连作土及BC1处理组的抗氧化酶活性均呈现出先升后降的变化，其中，对照组的POD、CAT和SOD活性在20 d时达到最大，而连作土和BC1处理组的酶活性在10 d时达到最高，与同时间对照组相比，CAT升高2.56倍，POD升高4.15倍，SOD升高1.62倍。BC2和BC3处理组的酶活性随处理时间的延长逐渐增加，至30 d时达到最高，与连作土处理组相比，BC2和BC3的POD、CAT和SOD活性显著升高，且分别升高1.76倍、1.29倍和2.92倍、2.73倍及2.22倍、1.92倍(图2，图3和图4)。

2.4 连作土施加竹炭对广藿香幼苗MDA质量摩尔浓度的影响

由图5可知，在不同培育时间内，连作土培育的幼苗叶片的MDA质量摩尔浓度显著高于对照。连作土添加竹炭后，MDA质量摩尔浓度均较连作土显著降低，在培育30 d时，与连作土相比，BC1、BC2和BC3处理组的MDA质量摩尔浓度分别降低20.05%、35.99%和40.25%。

图1 广藿香连作土壤施加竹炭对其幼苗根系活力的影响Fig.1 Effects of continuous cropping soil added with bamboo charcoal on root activity of Pogostemon cablin seedlings

图2 广藿香连作土壤施加竹炭对其幼苗POD活性的影响Fig.2 Effects of continuous cropping soil added with bamboo charcoal on POD activity of Pogostemon cablin seedlings

图3 广藿香连作土壤施加竹炭对其幼苗CAT活性的影响Fig.3 Effects of continuous cropping soil added with bamboo charcoal on CAT activity of Pogostemon cablin seedlings

图4 广藿香连作土壤施加竹炭对其幼苗SOD活性的影响Fig.4 Effects of continuous cropping soil added with bamboo charcoal on SOD activity of Pogostemon cablin seedlings

2.5 连作土施加竹炭对广藿香幼苗百秋李醇质量分数的影响

连作土培育30 d的广藿香幼苗百秋李醇质量分数显著低于对照(P<0.05)，3种添加竹炭培育的幼苗的百秋李醇质量分数均较连作土显著增加，且随竹炭比例的增加而升高，BC3培育的幼苗的百秋李醇质量分数较连作土的升高1.18倍(P<0.05)(图6)。

2.6 连作土施加竹炭对广藿香幼苗总挥发油质量浓度的影响

连作土培育30 d的广藿香幼苗的总挥发油质量浓度显著低于对照组，3种添加竹炭培育的幼苗的总挥发油质量浓度均较连作土显著增加，且随竹炭比例的增加而升高，BC3培育的幼苗的总挥发油质量浓度较连作土升高1.33倍(图7)。

图5 广藿香连作土壤施加竹炭对其幼苗MDA质量摩尔浓度的影响Fig.5 Effects of continuous cropping soil added with bamboo charcoal on the molality of MDA in Pogostemon cablin seedlings

图6 广藿香连作土壤施加竹炭对其幼苗百秋李醇质量分数的影响Fig.6 Effects of continuous cropping soil added with bamboo charcoal on mass fraction of patchouli alcohol in the Pogostemon cablin seedlings

图7 广藿香连作土壤施加竹炭对其幼苗总挥发油质量浓度的影响Fig.7 Effects of continuous cropping soil added with bamboo charcoal on mass concentration of total volatile oil in Pogostemon cablin seedlings

2.7 广藿香连作土施加竹炭对土壤中酚酸质量分数的影响

由表2可知，对照土和连作土中均检测到原儿茶酸、绿原酸、香草酸、咖啡酸、丁香酸、阿魏酸和苯甲酸，且连作土中各酚酸质量分数显著高于对照土。连作土施加竹炭后，土壤中酚酸质量分数显著降低，且随竹炭施加比例的增大而下降，其中，在BC2处理组中未检测到香草酸和咖啡酸，原儿茶酸、绿原酸、阿魏酸及苯甲酸质量分数与连作土相比分别下降85.87%、60.84%、80.5%和98.33%；在BC3处理组中未检测到香草酸、咖啡酸、阿魏酸及苯甲酸4种酚酸，原儿茶酸和绿原酸质量分数与连作土相比分别降低92.53%和 60.77%。

3 讨 论

前人的研究表明，生物质炭可应用于连作障碍的缓解中并取得了较好的效果，但这些研究多涉及农作物和果蔬[6,7,12]，关于药用植物连作障碍缓解的研究鲜有报道。药用植物因其有效成分与化感自毒物质的同源性[13]，连作障碍问题更加 严重。

研究表明，酚酸类物质的化感自毒作用是导致广藿香连作障碍的重要原因[14]，而生物质炭对酚酸类物质具有较强的吸附作用[15-16]。本研究发现，广藿香连作土壤中施加竹炭，能够显著降低连作土壤中酚酸的种类和质量分数，减轻其对广藿香的化感自毒作用。这可能与生物质炭促进了以根系分泌物(酚酸类化合物)为碳源的微生物的生长有关[12]。同时，广藿香连作土施加竹炭后，能够在一定程度上缓解连作对广藿香幼苗生长产生的不利影响。本研究表明，广藿香连作土施加竹炭后，其幼苗的根长、根数及根系活力均显著高于连作土，这与张伟明等[17]和Oguntunde等[18]的研究结果相一致。根系是植株生长发育的重要器官，根系生长状况的好坏，反映了土壤理化性质及肥力的优劣，同时也与植株地上部分的生长密切相关，生物质炭能够改良土壤源于其独特的物理结构及其对土壤理化性质的改善[19]，因此，推测广藿香农艺性状的改变是竹炭通过降低酚酸类化感自毒物质的种类和质量分数以及改善土壤理化性质促进了植株根系的生长，进而改善了植株地上部的农艺性状。

表2 广藿香连作土壤施加竹炭对土壤酚酸质量分数的影响Table 2 Effects of continuous cropping soil added with bamboo charcoal on mass fraction of phenolic acid in soil μg·g-1

注：ND.未检测到。

Note：ND.Not detected.

连作导致广藿香幼苗的MDA质量摩尔浓度显著升高，抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性下降，表明连作可能导致广藿香幼苗发生了氧化胁迫。施加竹炭显著降低了广藿香幼苗MDA质量摩尔浓度，并促进广藿香幼苗的抗氧化酶活性显著升高，表明施加竹炭能够提高植物抗氧化酶的活性，改善植物在逆境下的适应性，缓解因连作产生的胁迫对广藿香植株细胞的损伤。此外，施加竹炭可以缓解由于连作导致的广藿香幼苗的百秋李醇和总挥发油质量分数的下降，其中的作用机制还有待于研究。利用竹炭在缓解广藿香连作障碍上的应用具有广阔的前景。