不同坡向对白术根际土壤养分及产质量的影响

罗蓉曹国璠李金玲张猛雷琳琳

(1.贵州大学农学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州省药用植物繁育与种植重点(工程)实验室，贵州 贵阳 550025)

白术(Atractylodes macrocephalaKoidz.)为菊科多年生草本植物，以根茎入药[1]。白术含有丰富的苍术酮、苍术醇、白术内脂、多糖及多种营养元素，具有促进肠胃运动、调节机体免疫功能、延缓衰老、降低血糖等药理作用[2，3]。白术为忌连作类中药材，在同一地块上连续种植，会导致土壤pH值下降，部分酶活性降低，土壤养分失调、理化性质劣变，根际微生物量减少，土传性病虫害加剧，植株死亡率增高，产量降低，品质变差[4，5]。探寻新的栽培技术成为解决该问题的途径之一。然而，目前白术的研究主要集中在临床药理[6，7]、化学成分[8，9]、测定方法[10，11]、提取工艺[12，13]等方面，对白术高产优质栽培技术的研究鲜见报道。坡向是指坡面法线在水平面上投影的方向[14]，是植物外部环境生长的重要地形因子之一，对于植物生长发育所需光照和雨水的再分配起关键作用，能够改善和营造局部小气候，植物对坡向的适应性可以更好地揭示植物的生长规律[15]。因不同坡向接受日照的时长和太阳辐射强度不同，导致温度、光照、水分、土壤质地等环境因子有差异，从而影响植物的生长发育[14，16]。因此，深入研究不同坡向种植对中药材生长状况的影响具有重要意义。本试验通过研究不同坡向种植对白术根际土壤养分及其产质量的影响，分析土壤养分含量的差异，探讨白术产质量与土壤养分的相关性，为探寻栽培新途径、解决白术栽培用地限制及白术优质高产种植提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于贵州省黔东南州锦屏县敦寨镇龙池多彩田园(东经109°23′，北纬26°46′)，该地属中亚热带湿润季风气候，气候温和、雨量充沛、干湿分明且雨热同季。年均降水量1 307 mm，年均气温16.4℃，年均日照时长1 000 h以上，年均无霜期320 d。试验地为平缓坡地，沙壤土，土质疏松、通气透水性好。各坡向土壤理化性状见表1。

表1 各坡向土壤理化性状

1.2 试验设计及方法

试验采用一年生无病虫害且外观完整、带芽的白术健壮种茎作为栽培材料，选取东坡(east，E)、南坡(south，S)、西坡(west，W)、北坡(north，N)4个坡向进行种植。每块试验地坡度相同，且都处于山坡的上部。随机区组排列，重复3次。小区面积为20 m2。

于2019年12月种植，行株距为25 cm×20 cm。供试肥料及用量:尿素300 kg/hm2(N 46%，50%基施，50%于2020年6月追施)、钙镁磷肥250 kg/hm2(P2O512.0%，100%基施)、硫酸钾200 kg/hm2(K2O 52.0%，50%基施，50%于2020年6月追施)。田间管理方式一致。

1.3 样品采集

于2020年11月白术地上部分开始枯萎时进行采样。采用五点取样法对不同坡向试验地白术根际土壤取样并编号，重复3次。将土样阴干、研磨分别过2.00 mm和0.149 mm筛后用以测定土壤pH值、有机质、全氮、全磷、全钾、有效磷、速效钾和碱解氮等；将不同坡向种植的白术采挖并分别称重，计算产量。随机挑选每个坡向种植地中白术10株，3次重复，带回实验室后洗净留下块根，将样品65℃恒温烘干至恒重，打粉，备用。

1.4 测定方法

土壤养分指标参照鲍士旦[17]的方法进行测定。pH值用电位法测定，有机质(SOM)用重铬酸钾容量法测定，全氮(TN)用硫酸消化法测定，碱解氮(AN)用碱解扩散法测定，全磷(TP)用硫酸-高氯酸消煮法测定，有效磷(AP)用碳酸氢钠法测定，全钾(TK)用NaOH熔融-火焰光度计法测定，速效钾(AK)用醋酸铵-火焰光度计法测定。

白术药材水分、总灰分、醇溶性浸出物含量参照《中华人民共和国药典》(2015年版)(下文简称《中国药典》)[1]的方法测定。水分按通则0832第二法测定，灰分按通则2302方法测定，浸出物按通则2201热浸法测定。

1.5 数据分析

试验数据采用SPSS 21.0软件进行统计分析，差异显著性检验采用Duncan’s法，采用Origin 2021软件进行绘图。采用隶属函数对各指标进行综合评价。

2 结果与分析

2.1 白术根际土壤养分对不同坡向的响应

由表2看出，各坡向白术根际土壤养分之间存在显著性差异。东坡、南坡、西坡、北坡土壤pH值分别为4.92、5.27、5.06、5.16，南坡pH值明显高于其他坡向，其中南坡与东、西坡差异达显著水平。土壤有机质含量高低依次为西坡＞南坡＞北坡＞东坡，西坡有机质含量显著高于东、南、北坡，分别高67.44%、22.86%、30.96%。南坡、西坡、北坡的全氮含量无显著差异，但均显著高于东坡，分别比东坡高34.45%、49.58%、38.66%。土壤碱解氮含量表现为南坡＞西坡＞北坡＞东坡，各坡向之间差异均达显著水平。土壤全磷含量依次为北坡＞西坡＞东坡＞南坡，北坡显著高于东、南、西坡，分别高37.50%、39.44%、13.79%。土壤有效磷含量北坡最高，显著高于东、南、西坡，且后三者之间差异均不显著。土壤全钾含量表现为南坡＞东坡＞西坡＞北坡，而土壤速效钾含量表现为北坡＞西坡＞南坡＞东坡，北坡显著高于其他坡向，南坡与西坡无显著差异，但均显著高于东坡。

表2 不同坡向土壤养分的比较

2.2 白术产量和品质对不同坡向的响应

由表3看出，各坡向种植地白术产量差异较大，依次为西坡＞南坡＞东坡＞北坡，西坡与南坡之间无显著差异，但均与东坡和北坡有显著性差异，西坡产量分别比东坡、北坡高20.55%、29.29%，南坡产量分别比东坡、北坡高20.09%、28.80%。浸出物含量高低顺序为西坡＞东坡＞南坡＞北坡，含量均高于35.00%，达到了《中国药典》标准的要求。各坡向下白术水分含量无显著性差异，均低于15.00%，达到了《中国药典》标准的要求。各坡向灰分含量差异显著，《中国药典》中要求白术灰分不超过5.00%，其中，南坡和北坡不符合要求，而东坡和西坡满足要求，且东、西坡间灰分含量无显著差异。

表3 不同坡向白术产量和品质的比较

2.3 隶属函数综合评价及相关性分析

采用隶属函数模型对各坡向处理的白术产量、浸出物、水分、灰分、土壤养分共12个指标进行综合分析(表4)，结果显示，各坡向处理下各指标隶属函数平均值分别为:0.52、0.54、0.55、0.49。西坡处理的均值最大，该坡向对白术各指标的影响作用最强；北坡向对白术各指标的影响作用最弱。因此，西坡为适宜白术生长的最佳坡向。

表4 白术各指标隶属函数值

白术产质量与土壤养分相关性结果(图1)表明，白术产量与其浸出物、水分、有机质、碱解氮均呈极显著正相关，相关系数分别为0.48、0.46、0.64、0.75；产量与全氮呈显著正相关，与全磷、有效磷呈显著负相关。浸出物与灰分、有效磷呈极显著负相关，相关系数分别为-0.49、-0.53，与速效钾之间存在显著负相关。水分与全钾、碱解氮分别呈显著或极显著正相关，相关系数分别为0.37、0.48。灰分与pH值呈显著正相关，与碱解氮、有效磷、速效钾之间呈极显著正相关，相关系数分别为0.48、0.64、0.55。土壤pH值与全氮、碱解氮呈显著正相关，与速效钾呈极显著正相关。土壤有机质与全氮、碱解氮、速效钾均存在极显著正相关，相关系数分别为0.78、0.55、0.46。土壤全氮与全磷呈显著正相关，与全钾呈极显著负相关；全氮与碱解氮、速效钾呈极显著正相关。土壤全磷分别与全钾、速效钾呈极显著负相关、极显著正相关，相关系数分别为-0.57、0.62；全磷与有效磷之间存在显著正相关。土壤全钾与速效钾之间存在极显著负相关，相关系数为-0.52。土壤有效磷与速效钾之间呈极显著正相关，相关系数为0.48。

图1 白术产质量与土壤养分相关性热图

3 讨论

土壤养分组成是植物外部环境中重要的影响因子，对植物生长至关重要，植物的光合作用、矿质代谢等过程与土壤养分供应状况关系密切[18，19]。坡向是山地主要地形因子之一，坡向的变化主要会引起太阳辐射量的变化[20]，这将间接导致土壤微环境因子的变化，从而影响植物的生长[21]。土壤pH值是反映土壤酸碱度的指标，它影响植物生长、土壤微生物的活动、酶活性和土壤的肥力状况[22]。有研究表明6.5～7.5是最佳土壤pH值范围[23]，本研究中土壤pH值均小于6.5，偏酸性。土壤有机质是评价土壤肥力的重要指标之一，也是影响土壤结构、土壤保水保肥、供肥性、养分有效性和土壤通气性等理化性状的关键因子[24，25]。土壤肥力和养分循环受土壤有机质的影响[26]。本研究中西坡的有机质含量显著高于其他坡向。且东坡的有机质含量最低。土壤全氮、碱解氮含量是衡量土壤氮素供应状况的重要指标，在一定程度上影响植物的生长发育[27]。本研究结果表明，全氮、碱解氮含量均在南坡含量较高，显著性较强，可能是因为南坡为阳坡，太阳辐射最强，土壤温度较高，有利于氮素转化。磷素是植物体内核酸、蛋白质等多种化合物的组成元素，是植物生长的主要营养元素之一[28]。本研究结果显示全磷、有效磷含量均在北坡最高。有研究表明，与阳坡(南坡)相比，阴坡(北坡)可接收到太阳辐射量少，地表温度相对较低，土壤含水量和土壤紧实度较高，土壤水分蒸发量小，且磷在土壤中的存在形式不易淋溶[29，30]，这可能是本研究中全磷和有效磷含量在北坡最高的原因。钾素对植物光合作用及光合产物的运输有显著影响[31]。本试验结果显示，全钾含量在南坡最高，北坡最低；而速效钾含量在东坡最低，北坡最高。土壤中养分因为坡向不同而存在差异，这与张兴昌[32]、陈正兴[33]等的研究结果一致。朱云云等[34]研究发现坡向对土壤速效养分分布状况具有较强烈的影响，本研究结果中碱解氮含量大小表现为南坡＞西坡＞北坡＞东坡，且各坡向下含量有显著差异，而有效磷和速效钾含量在北坡最高且显著高于其他坡向，不同方向坡地的土壤速效养分含量差异显著，这与前人研究结果相似[35]。

土壤养分在作物生长过程中起着不可或缺的作用，均衡的养分供给可以保证作物的生长发育，提高作物产量和品质[36]。本研究结果显示，西坡白术产量最高，南坡次之，北坡最低。可能是因为西坡土壤养分较为均衡，有利于白术对养分的吸收，促进白术生长，从而提高产量。根据《中国药典》(2015版)规定，浸出物不得少于35.0%，水分不得超过15.0%，灰分不得超过5.0%。本研究结果显示，各坡向浸出物、水分均满足规定，而灰分含量只在东坡和西坡达到标准。

相关性分析结果表明，白术产质量与土壤养分间的相关性较强。白术产量与有机质、碱解氮呈极显著正相关，与全氮呈显著正相关，与全磷、有效磷之间呈显著负相关；浸出物与有效磷呈极显著负相关，与速效钾呈显著负相关。水分与全钾之间存在显著正相关，与碱解氮呈极显著正相关；灰分与pH值之间存在显著正相关，与碱解氮、有效磷、速效钾之间呈极显著正相关。

4 结论

本试验分别于东、南、西、北坡种植白术，研究表明坡向对土壤养分和白术产质量的影响较大，土壤养分与白术产质量间的相关性较强。4个坡向中，西坡种植白术产量品质最优，因此推荐在西坡地种植白术，有利于提高白术的产量和品质。