生物炭配施化肥对圆齿野鸭椿果实产量及品质的影响

李金燃, 李俊伟, 阮学瑞, 练芳松, 陈淑颖, 邹双全

(1.福建农林大学林学院,福建 福州 350002;2.南平市延平区东坑林业站,福建 南平 353000;3.自然生物资源保育利用福建省高校工程研究中心,福建 福州 350002;4.宁德市林业科研与技术推广中心,福建 宁德 352000;5.福建省洋口国有林场,福建 南平 353200)

圆齿野鸦椿(Euscaphiskonishii)是省沽油科(Staphyleaceae)野鸦椿属(Euscaphis)植物,在我国主要分布于福建、江西、广东、海南,是药赏两用的珍稀野生植物。圆齿野鸦椿全株富含酯类、三萜类、黄酮类、鞣花酸类及有机酸类等化合物[1],具有消炎、抗肝纤维化[2]、镇痛、抑制脂肪堆积、抑菌及抗癌等作用[3-5],是我国南方传统的民间药用植物[6]。同时,圆齿野鸦椿果实鲜艳且挂果期长,观赏价值高,在园林上被广泛运用。但圆齿野鸦椿自然更新能力较弱,天然种群在急剧减少[4];人工林果实产量低、品质参差不齐。因此,有必要提高圆齿野鸦椿人工林的产量和品质,以满足日益增长的市场需求。科学施肥有利于圆齿野鸦椿生长和营养物质的积累。黄铭星等[7]研究表明,施用人工菌剂对圆齿野鸦椿生长和生理指标有一定的促进作用;严洪[8]、练芳松[9]研究表明,施肥可以改善圆齿野鸦椿1、2年生幼苗的生长特性,优化苗木生长指标,提高果实产量及药用品质。

生物炭的有机碳含量高、吸附能力强,可以存续土壤有机质、速效磷以及速效钾等元素,从而改善土壤营养环境,提高作物产量[10-12]。陈海浪等[13]研究表明,配施生物炭可以改善土壤细菌的群落结构和功能,促进水稻生长;姜梓渔[14]研究表明,施用生物炭可有效增加花生叶面积,提高产量和品质;刘小月等[15]研究表明,生物炭配施有机肥可显著促进早作燕麦生长,提高水分利用效率和产量。目前,尚未见有关生物炭对圆齿野鸦椿生长影响的报道。因此,本试验利用生物炭与4种化肥配施,测定生物炭配施对4年生圆齿野鸦椿果实产量与品质的影响,以探索适宜的施肥方案。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地设在三明市沙县夏茂镇红豆苗业专业合作社苗圃(117°41′11″E ,26°34′39″N ),海拔180～221 m,属中亚热带海洋性季风气候,年均气温17.6 ℃,年均降雨量1 675 mm,年均日照时数1 878 h。试验地共0.33 hm2,试验对象为4年生圆齿野鸦椿实生苗。施肥前样地土壤基本理化性质如下:pH值为5.09,碱解氮、有效磷、速效钾、全磷、全钾含量分别为38.62、76.53、14.28、0.75、0.09 mg·kg-1。

1.2 试验设计

采用5因素3水平L18(35)正交试验设计[16-17],设置18个配施处理,以未施肥处理为对照(CK)。每个处理设3个重复,每个重复2棵树。选择生长一致、健康的幼树,株间距2 m×2 m,共114棵树。供试生物炭为木炭,氮肥为尿素,磷肥为过磷酸钙,钾肥为KCl,多元微肥“巴斯夫望秋”含Fe≥3.00%、B≥1.00%、Zn≥5.00%、Mo≥0.10%、Cu≥1.00%、Mn≥1.00%。沿树冠两侧滴水线环状沟施肥料,深30～40 cm。具体肥料成分与施肥方式见文献[17]。施肥水平及用量见表1、表2。

表2 各处理编号及配方施肥组合Table 2 Numbering and formula of each treatment

1.3 指标测定

1.3.1 果实产量 于2019年9月底,各处理分别选取生长一致的3株平均木,收集所有的果实,并分出果皮和种子。使用电子秤称质量,计算果皮和种子的平均产量,精度0.01 kg。

1.3.2 药用品质 测定产量后,将果皮和种子放入105 ℃烘箱中杀青15 min,80 ℃烘干至恒质量,用于总黄酮、总三萜含量及含油率的测定。果皮总三萜类化合物含量测定采用香草醛—冰醋酸法[18];总黄酮类化合物含量测定采用芦丁对照法[18];种子含油率的测定采用回流提取法[19]。种子油产量=种子产量×种子含油率。

1.4 数据处理

采用Excel 2022整理试验数据,采用SPSS 27.0进行单因素方差分析,用邓肯法进行多重比较和差异显著性检验(P≤0.05);用皮尔逊相关系数表示相关性。

2 结果与分析

2.1 生物炭配施化肥对圆齿野鸦椿产量的影响

圆齿野鸦椿不同施肥处理的果实产量见表3。其中,T8处理的果皮和种子产量都最高,分别为1 527.33、103.24 kg·hm-2,都是CK的10.55倍,表明适当的配方施肥能有效提高圆齿野鸭椿的果皮和种子产量。比较各因素的极差R值(表4)表明,对果皮产量的影响程度依次为:钾肥>微肥>生物炭>氮肥>磷肥,对种子产量的影响程度依次为:钾肥>微肥>生物炭>氮肥>磷肥。从表4还可见,当生物炭施用量处于高水平时,果皮和种子产量最高,说明高水平生物炭施用量更有利于果皮和种子产量的提高。

表4 不同施肥处理下圆齿野鸦椿果实产量及药用品质的极差分析1)Table 4 Range analysis of fruit yield and medicinal quality of E.konishii under different fertilization treatments

2.2 生物炭配施化肥对圆齿野鸦椿品质的影响

2.2.1 种子含油率 由图1A可见,各处理中T2种子含油率最高,T8处理次之,分别为20.68%、19.71%,是CK的1.26、1.21倍。由图1B可见,T2、T4、T7、T8处理的种子油产量显著高于CK,T8处理最高(20.40 kg·hm-2),是CK的12.67倍。以上表明,适当的配方施肥能有效提高种子含油率。比较各因素的极差R值(表4)表明,对种子含油率的影响程度依次为:氮肥>钾肥>磷肥>生物炭>微肥,对种子油产量的影响程度依次为:钾肥>氮肥>生物炭>磷肥>微肥。从表4还可见,种子含油率和种子油产量随着生物炭施肥水平提高呈现先减后增趋势。高生物炭、高过磷酸钙和中等KCl复配的T8处理的果皮产量、种子产量、种子油产量最高,种子含油率仅次于T2处理。

A.种子含油率;B.种子油产量。不同小写字母表示各处理间差异显著(P<0.05)。图1 生物炭配施化肥对圆齿野鸦椿种子含油率和种子油产量的影响Figure 1 Effect of biochar amendment combined with chemical fertilizer on kernel oil content and oil yield of E.konishii

2.2.2 总黄酮、总三萜含量 从图2A可见,各处理的果皮总黄酮含量差异明显,T6、T8、T12、T16处理的果皮总黄酮含量高于CK,其中T8含量最高,是CK的1.18倍。从图2B可见,施肥对圆齿野鸦椿果皮总三萜含量具有明显促进作用,其中T5、T6、T7、T8、T9、T11、T13、T15处理下果皮总三萜含量明显增加,T13处理最为显著,总三萜含量为48.42 mg·g-1,是CK的1.21倍。比较各因素的极差R值(表4),对果皮总黄酮含量的影响程度依次为:磷肥>微肥>生物炭>钾肥>氮肥,对果皮总三萜含量的影响程度依次为:生物炭>微肥>钾肥>磷肥>氮肥。

综上分析,施肥会影响果皮总黄酮含量,选择合适的施肥配比会促进果皮总黄酮含量的升高,T8处理最适于提高果皮总黄酮含量;施肥对果皮总三萜含量也具有促进作用,T13处理对果皮总三萜含量的提高最为显著。生物炭对果皮总三萜含量影响较大,果皮总三萜含量随生物炭水平提高呈现先增后减趋势,且中等水平生物炭更适合果皮总三萜含量的提高。

2.3 相关性分析

进一步对圆齿野鸦椿果实产量、药用指标进行相关性分析(表5)表明,果皮产量与种子产量均呈极显著正相关;种子含油率与果皮产量和种子产量呈极显著正相关,即产量越高、含油率越高;种子油产量与果皮产量、种子产量及种子含油率呈极显著正相关。

表5 圆齿野鸦椿果实产量与品质指标的相关性分析1)Table 5 Correlation analysis on fruit yield and quality-related indexes of E.Konishii

2.4 隶属函数分析

因测量指标较多,且大部分指标具有一定的相关性,无法说明哪个处理是圆齿野鸦椿的最佳施肥模式。因此,采用模糊数学隶属函数进一步分析。隶属平均值越大,证明该处理综合效果越好。隶属函数公式为:U(Xi)= (Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin),反隶属函数公式为:U(Xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)。式中:U(Xi)为第i项指标隶属函数值,Xi为第i项指标的测定值,Xmin、Xmax分别为所有参试样本第i项指标的最小值和最大值。各指标隶属函数值如表6所示,其中T8处理的隶属函数平均值最大,为0.55。说明T8处理为该试验的最适配施,其施肥模式为:C3N2P3K2W1,即生物炭120.0 g·株-1、氮肥54.5 g·株-1、磷肥89.3 g·株-1、钾肥33.0 g·株-1、微肥稀释2 000倍。

表6 圆齿野鸭椿果实产量与品质指标的隶属函数值Table 6 Subordinate function values of fruit yield and quality-related indexes of E.konishii

3 讨论与结论

生物炭配施化肥可以显著提高化肥的利用率,减少化肥流失。本试验在氮、钾、微肥为高水平时,圆齿野鸦椿果实产量降低,说明过施氮、钾、微肥不利于圆齿野鸦椿果实生产,与李永闲等[20]对轮台白杏果实的研究结论相一致。Asai et al[21]研究表明,生物炭配施可以显著提高土壤肥力,促进水稻对氮、磷、钾肥的吸收与利用,进而提高其产量。本试验中,高生物炭、高磷与中等水平氮、钾、微肥配施的T8处理有利于提高圆齿野鸦椿的果实产量,进而也相对提高果皮、种子和油产量。圆齿野鸦椿挂果期在3～4年,本试验供试林分处于初果期,因此部分处理的果实产量不高,但各处理果实、果皮、种子和油产量趋势基本一致,T4、T6、T7、T8处理显著高于CK,其氮肥、钾肥施用量为中低水平。T2、T8处理种子含油率显著高于CK,其余处理效果不明显。

生物炭配施后圆齿野鸦椿果皮的总三萜含量总体均高于CK;在生物炭配施量不变的情况下,随着氮肥的增施,总黄酮与总三萜含量呈先上升后下降的趋势,这与过量施肥造成植物药用成分含量降低的结果[21-22]相一致。T8、T13等处理总黄酮、总三萜含量显著高于CK,其余处理增加不显著,说明T8处理是提高总黄酮与总三萜含量的最适配方。

通过隶属函数分析表明,T8处理的隶属函数平均值最大,且产量与药用品质均较好,是圆齿野鸦椿最适配施方案。T8处理施生物炭120.0 g·株-1,并配施54.5 g·株-1氮肥、89.3 g·株-1磷肥、33.0 g·株-1钾肥和稀释2 000倍的微肥。本试验结果可供圆齿野鸭椿人工林经营参考,实践中可根据不同的药用需求调整配施方案。