栽培方式与施肥水平对当归土壤水分和养分的影响

巫蓉，邱黛玉*，齐海敏，王思嘉，沈鹏瑞

(1.甘肃省干旱生境作物学重点实验室，甘肃 兰州 730070；2.甘肃农业大学农学院，甘肃 兰州 730070；3.甘肃省中药材规范化生产技术创新重点实验室，甘肃 兰州 730070；4.庆阳市西峰区温泉镇人民政府，甘肃 庆阳745000)

当归(Angelica sinensis)为伞形科3 年生草本药用植物，其根入药，是中国大宗中药材品种之一[1]。当归的主要药效成分有黄酮类、有机酸和微量元素等[2-4]。当归生长在高寒且多雨的山区[5]。甘肃省是中国当归栽培最多的省份，渭源、漳县、岷县等地当归栽培历史悠久，产品享有“岷归”的称号[6]。随着中医药产业的发展，对当归的需求量剧增，甘肃省当归道地产区的当归生产面临着诸多问题。施用化肥，可促进当归生长，有助于成药后期庞大肉质根系的形成[7-9]，产量和品质也会有所提高。部分药农在栽培当归时为了追求产量，过度依赖化学肥料，土壤缺乏有机肥，氮、磷、钾比例失调，造成营养失衡，土壤板结僵硬、通气性差，导致当归烂根[10]。栽培当归的土壤含水量达25%左右时，会促进当归增产；当土壤的含水量小于13%时，会出现干旱，导致减产[11]。春季和夏季是当归生长的旺盛时期，对水分的需求量较大，但此时降水较少，植株停止代谢，养分无法吸收，影响了当归前期生长发育；而秋季降水较多，土壤积水，导致当归地下部分腐烂、涝死，最终植物死亡[12]。

全膜双垄沟播技术具有沟垄微集水、蓄水及地膜覆盖抑蒸、增温、保墒等多项优势[13]，使地面蒸发降到最少，特别能使春季10 mm 以下的降雨集中入渗于作物根部，被作物有效利用[14]，显著提高耕地生产力和水分利用效率。研究[15]表明，与半膜平作处理相比，全膜双垄沟播玉米的水分利用效率提高了33.4%。本研究中，在不同栽培方式及不同施肥水平下，研究当归不同生育期0～40 cm 土层土壤含水量与养分的变化动态及当归的产量，探究全膜双垄沟栽及施肥水平对土壤水分、养分及当归产量的影响，旨在为甘肃当归道地产区提高当归产量提供依据。

1 研究区概况

试验在甘肃定西市漳县金钟镇(E104°43′62″、N34°55′05″)进行。该地平均海拔高度为 2892 m，无霜期为80～120 d，日照时数为2086.4 h，年最低气温为-22 ℃，年最高气温为28.9 ℃，年均降水量为458.3 mm，年均蒸发量达1494.5 mm，为典型的高寒阴湿地区。前茬作物为大豆。试验地0～20 cm 土层土壤pH 值7.70，铵态氮、速效磷、速效钾的质量分数分别为 4.45、52.09、147.9 mg/kg；＞20～40 cm土层土壤pH 值7.51，铵态氮、速效磷、速效钾的质量分数分别为4.25、36.90、114.85 mg/kg。

2 材料和方法

2.1 供试材料

试验选用大小均一、无腐烂、无虫蛀的当地农户自育 1 年生当归种苗。供试地膜为 70、120 cm宽的黑色农用塑料地膜，产自天水市甘肃天宝塑业有限责任公司。供试肥为史丹利复合肥(养分质量分数≥54%，N、P2O5、K2O 质量分数分别为 26%、14%、14%)。

2.2 试验设计

试验采用栽培方式与施肥水平双因素随机区组设计。设3 种栽培方式：全膜双垄沟栽(FF)，垄底宽40 cm、垄高10 cm 的大垄和垄底宽30 cm、垄高15 cm 的小垄，2 垄中间为播种沟，每个播种沟对应一大一小2 个集雨垄面，选用120 cm 宽的地膜，边起垄边覆膜，膜与膜间不留空隙，相接处用土压住地膜，24 穴/行，穴距25 cm；全膜单垄垄栽(FS)，垄宽50 cm，垄沟宽20 cm，垄高10 cm，带宽70 cm，选用120 cm 宽的地膜，膜与膜间不留空隙，每垄2 行，行距30 cm，24 穴/行，穴距25 cm；全膜平栽(FM)，用70 cm 的薄膜全地面平铺，膜与膜间不留空隙，等行距6 行栽培，行距30 cm，24穴/行，穴距25 cm。设4 个施肥水平：不施肥(CK)，施600、750、900 kg/hm2复合肥，分别记为L、M、H。共 12 个处理(FF-CK、FF-L、FF-M、FF-H、FS-CK、FS-L、FS-M、FS-H、FM-CK、FM-L、FM-M、FM-H)。每个处理重复3 次。每小区面积为12.6 m2(6 m×2.1 m)。小区间距为20 cm，小区周围设1 m保护行。田间管理与大田一致。当归于2016年3 月30 日移栽，9 月27 日收获。

2.3 测定指标及方法

分别于2016 年7 月3 日(当归地上部分生长旺盛期，以下简称为旺盛期)、2016 年 8 月 24 日(当归根部膨大期，以下简称为膨大期)2 个时期采样。采用 5 点“S”采样法，用土钻分别取 0～20、＞20～40 cm土层土壤，置于铝盒并立即盖好，用于测定土壤含水量。取5 株当归植株，采用抖根法收集根际土壤，自然风干后用于测定养分。收获期在各小区随机取样 10 株当归，阴干，测定主根干质量，取平均值作为当归单株质量，再按实际穴数计小区当归产量，折算平均产量。

参照文献[16]，采用烘干称重法、靛酚蓝比色法、碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法、火焰光度法分别测定土壤含水量、铵态氮、速效磷、速效钾质量分数。指标测定时每个样品重复3 次。

2.4 数据分析

运用Microsoft Excel 2010 进行数据处理。利用SPSS 22.0 作方差分析，用Duncan 法进行多重比较。

3 结果与分析

3.1 栽培方式与施肥对土壤含水量的影响

从表1 可知，在旺盛期，0～40 cm 土层土壤含水量随深度增加而降低；0～20 cm 土层土壤中，处理FF-H 的土壤含水量最高，达19.32%，比最低的FM-M 的(16.18%)高19.41%，且差异有统计学意义(P＜0.05)；>20～40 cm 土层土壤中，处理 FF-M 的土壤含水量最高，为 17.54%，比最低的 FM-CK 的(14.78%)高18.67%，但差异无统计学意义。在膨大期，0～40 cm 土层土壤中，处理FF-M 的土壤含水量最高，0～20cm 和＞20～40 cm 土层土壤的含水量分别为 13.35%和 14.02%，比最低的处理 FM-CK 的(8.82%和9.94%)分别高51.36%和41.05%，且其差异均有统计学意义(P＜0.05)。

表1 不同栽培方式与施肥处理当归种植土壤的含水量及其方差分析Table 1 Analysis of water c ontent and v ariance of Angelica sine nsis plan ting so il un der diffe rent c ultivation methods a nd fertilization treatments %

当归2 个时期0～40 cm 土层土壤含水量最高的处理均为全膜双垄沟栽的；除旺盛期0～20 cm 土层的处理 FF-CK、FF-L 和＞20～40 cm 土层的处理FS-H 外，同一施肥水平下，同时期同层土壤中，FF、FS、FM 的土壤含水量依次减少；同一栽培方式下，不同施肥处理间的土壤含水量差异均无统计学意义。双因素方差分析结果显示，栽培方式极显著影响旺盛期0～20 cm 土层土壤的含水量(P＜0.01)，显著影响膨大期 0～40 cm 土层土壤的含水量(P＜0.05)；施肥对土壤含水量无显著影响；栽培方式和施肥对土壤含水量无互作效应。可见，全膜双垄沟能有效的减少土壤水分蒸发。

3.2 栽培方式与施肥对土壤养分的影响

由表2 可知，当归2 个时期0～40 cm 土层的土壤铵态氮质量分数均呈垂直递减的趋势；同时期同层土壤中，铵态氮质量分数均以处理FF-M 的最高，处理 FM-CK 的最低，旺盛期 0～20 cm 和＞20～40 cm土层、膨大期 0～20 cm 和＞20～40 cm 土层处理 FF-M的土壤铵态氮质量分数分别为 6.66、6.47、4.81、3.80 mg/kg，分别比同时期同层的 FM-CK 的高67.34%、127.02%、71.17%、112.29%，且差异有统计学意义(P＜0.05)；同一栽培模式下，同时期同层土壤中，铵态氮质量分数均以施肥 750 kg/hm2(M)的处理的最高；同一施肥水平下，同时期同层土壤中，多数FF 处理的土壤铵态氮质量分数高于另外2种栽培方式的；全膜双垄沟栽下，处理FF-M 的土壤铵态氮质量分数显著高于同时期同层的 FF-CK和FF-L 的土壤铵态氮质量分数。可见，全膜双垄沟栽下，施肥750 kg/hm2能有效提高当归0～40 cm土层土壤的铵态氮质量分数。

双因素方差分析结果显示，栽培方式显著影响旺盛期0～20 cm 土层土壤铵态氮质量分数(P＜0.05)，极显著影响旺盛期＞20～40 cm 土层土壤铵态氮质量分数(P＜0.01)；施肥极显著影响旺盛期0～40 cm 土层和膨大期＞20～40 cm 土层土壤铵态氮质量分数(P＜0.01)，显著影响膨大期0～20 cm 土层土壤的铵态氮质量分数(P＜0.05)；栽培方式和施肥对土壤的铵态氮质量分数无互作效应。

表2 不同栽培方式与施肥处理当归种植土壤的铵态氮质量分数及其方差分析Table 2 Analysis of a mmonia-nitrogen mass fr action and v ariance of Angelica sine nsis planting s oil u nder diffe rent c ultivation methods and fertilization treatments mg/kg

由表 3 和表 4 可知，当归 2 个时期 0～40 cm 土层的土壤速效磷和速效钾质量分数均呈垂直递减的趋势；同时期同层土壤中，速效磷和速效钾质量分数均以处理FF-H 的最高，处理FM-CK 的最低，且差异有统计学意义(P＜0.05)；旺盛期0～20 cm 和＞20～40 cm 土层、膨大期 0～20 cm 和＞20～40 cm 土层处理FF-H 的土壤速效磷质量分数分别为67.28、56.06、67.02、61.88 mg/kg，分别比同时期同层的FM-CK 的高107.08%、190.72%、65.40%、138.83%，土壤速效钾质量分数分别为249.88、128.17、259.30、216.60 mg/kg，分别比同时期同层的 FM-CK 的高53.77%、47.29%、56.56%、136.51%；除膨大期0～20 cm 土层的处理FS-CK 土壤速效钾质量分数外，同一施肥水平下，同时期同层土壤中，FF、FS、FM的土壤速效磷和速效钾质量分数依次减少；同一栽培模式下，同时期同层土壤中，随施肥量的增加土壤速效磷和速效钾质量分数呈增大的趋势。

表3 不同栽培方式与施肥处理当归种植土壤的速效磷质量分数及其方差分析Table 3 Analysis of the available phosphorus mass fraction and variance of Angelica sinensis planting soil under different cultivation methods and fertilization treatments mg/kg

表4 不同栽培方式与施肥处理当归种植土壤的速效钾质量分数及其方差分析Table 4 Analysis of av ailable potassium mass fraction and variance of Angelica sinensis planting soil under different cultivationmethods and fertilization treatments mg/kg

双因素方差分析结果显示，栽培方式和施肥均显著影响旺盛期0～20 cm 土层、膨大期＞20～40 cm土层土壤速效磷质量分数(P＜0.05)；施肥极显著影响旺盛期＞20～40 cm 土层、膨大期 0～20 cm 土层土壤的速效磷质量分数(P＜0.01)；除旺盛期 0～20 cm土层的处理外，栽培方式显著影响土壤速效钾质量分数(P＜0.05)；施肥显著影响旺盛期0～40 cm 土层土壤速效钾质量分数(P＜0.05)，极显著影响膨大期0～40 cm 土层土壤速效钾质量分数(P＜0.01)；栽培方式和施肥对土壤的速效磷和速效钾质量分数无互作效应。可见，施肥能有效提高土壤速效磷和速效钾质量分数，以全膜双垄沟栽的效果尤佳。

3.3 栽培方式与施肥对当归产量的影响

由表5 可知，各处理均有较强增产作用；以处理FF-M 的产量最高，达1456.09 kg/hm2，较最低的处理FM-CK 的高102.67%，差异有统计学意义(P＜0.05)；同一施肥水平下，FF、FS、FM 的当归产量依次减少，且FF 的4 个处理的当归产量均显著高于另外 2 种栽培方式各处理的当归产量(P＜0.05)；同一栽培模式下，均以施肥 750 kg/hm2的处理的产量最高。双因素方差分析结果显示，栽培方式和施肥均极显著影响当归产量(P＜0.01)，但二者无互作效应。

表5 不同栽培方式与施肥处理当归产量及其方差分析Table 5 Yield an d va riance a nalysis of Angelica si nensis un der different cultivation methods and fertilization treatment

4 结论与讨论

覆膜可调节作物生长在时间和空间上的含水量需求[17]。全膜双垄沟播可增加玉米生育期积温，抑制土壤水分的垂直蒸发，减少无效蒸发，从而提高降水的利用效率，提高产量[18]。全膜双垄沟栽能使表层土壤含水量保持相对稳定，含水量的改善直接影响植物根系发育，同时植物的毛细管作用还增强了对土壤深层水分的利用[19]。本研究中，当归2个时期 0～40 cm 土层土壤含水量最高的处理均为FF 的，除旺盛期 0～20 cm 土层的处理 FF-CK 和FF-L 外，同一施肥水平下，同时期同层土壤中FF的土壤含水量均最高；栽培方式极显著影响旺盛期0～20 cm 土层土壤含水量(P＜0.01)，显著影响膨大期0～40 cm 土层土壤含水量(P＜0.05)。可见，全膜双垄沟栽能提高土壤含水量，这与敬克农等[20]、郭满平等[21]的研究结果一致。这主要是由于全膜双垄沟技术垄的分水作用、地膜的阻渗作用提高了土壤含水量，同时覆膜还有抑制水分蒸发、增温的作用。

根及根茎类药用植物需要土壤中的氮、磷、钾元素均衡、丰富，为入药部位提供全面养分，有利于入药部位的生长及有效成分的积累。合理的施用磷肥可提高植物抗性及对水分和养分的吸收能力，最终提高植物产量[22]。本研究中，各栽培方式均以施肥750 kg/hm2的铵态氮质量分数最高，施肥900 kg/hm2的速效磷和速效钾质量分数最高；施肥极显著影响或显著影响当归2 个时期0～40 cm 土层土壤铵态氮、速效磷和速效钾质量分数。可见，施肥提高了土壤养分，为当归高产提供了条件。

舒英杰等[23]研究显示，地膜覆盖可显著增加土壤氮、磷含量。全膜双垄沟栽技术能够提水、增温、改变土壤微环境，进而通过土壤含水量和地温影响着土壤养分[24]。大量研究[25-26]结果表明，全膜双垄沟栽下，合理的氮肥配施不仅能提高产量，还可减少因施氮过多而对环境造成的破坏。本研究中，同一施肥水平下，同时期同层土壤中，多数 FF 处理的土壤铵态氮质量分数高于另外2 种栽培方式的；除膨大期0～20 cm 土层的处理FS-CK 土壤速效钾质量分数外，FF、FS、FM 的土壤速效磷和速效钾质量分数依次减少；栽培方式极显著影响旺盛期＞20～40 cm 土层土壤铵态氮质量分数(P＜0.01)，显著影响旺盛期0～20 cm 土层土壤铵态氮、速效磷质量分数和膨大期＞20～40 cm 层土壤速效磷质量分数及除旺盛期0～20 cm 土层的处理外的土壤速效钾质量分数(P＜0.05)。可见，提高当归种植土壤养分含量，以全膜双垄沟栽的效果尤佳。

全膜覆盖和双垄沟栽提高了降雨的利用率，使土壤中含水量较稳定。各耕层地温较其他3 个处理高，且保温效果好，使土温比较稳定，改善了耕层微生态环境，这些特点保证了当归植株和根系的正常生长发育[27]，这对提高当归产量具有重要作用，也是当归丰产的先决条件。本研究中，FF 处理的当归产量显著高于另外2 种栽培方式各处理的当归产量(P＜0.05)；同一栽培模式下，均以施肥750 kg/hm2的当归产量最高。栽培方式与施肥均极显著影响当归产量(P＜0.01)。可见，全膜双垄沟栽+施肥 750 kg/hm2可有效提高当归产量。

本研究中，栽培方式和施肥对土壤的含水量和铵态氮、速效磷、速效钾质量分数及当归产量均无互作效应。这与张平良等[28]的研究有所不同，可能是由于试验时间较短的缘故，还需要进一步的研究。

综上可知，当归全膜双垄沟栽+施肥750 kg/hm2可在甘肃省当归道地产区推广。