馬小奇，許宏亮，何志貴，梁宗鎖,2， 韓蕊蓮,常建平，蔡曉明，王 靜

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，陜西楊凌 712100；2.浙江理工大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，杭州 310018；3.甘肅省清水縣農(nóng)業(yè)局，甘肅清水 741400)

半夏連作的障礙效應(yīng)及其緩解措施初探

馬小奇1，許宏亮1，何志貴1，梁宗鎖1,2， 韓蕊蓮1,常建平3，蔡曉明3，王 靜3

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，陜西楊凌 712100；2.浙江理工大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，杭州 310018；3.甘肅省清水縣農(nóng)業(yè)局，甘肅清水 741400)

通過對重茬地、2 a和4 a前種植過半夏的土壤進行再植，測試半夏的連作障礙效應(yīng)，以土壤、種莖消毒及撒施重茬肥等措施組成不同組合(A1、A2、A3、A4、A5)處理2 a輪作地土壤進行半夏連作障礙效應(yīng)的緩解效果測試。統(tǒng)計調(diào)查田間農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量，測定不同處理下半夏葉片中的葉綠素和塊莖中琥珀酸、還原糖、生物堿、可溶性蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。結(jié)果表明，與4 a輪作半夏相比，連作半夏幼苗長勢較弱，葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)和產(chǎn)量均顯著低于4 a輪作，其塊莖中浸出物和琥珀酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)均未達到藥典標(biāo)準(zhǔn)，塊莖中還原糖、蛋白質(zhì)和生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低；2 a輪作處理半夏葉片偏黃，長勢依然較差，琥珀酸、還原糖、生物堿、可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于連作，且低于4 a輪作；半夏連作障礙效應(yīng)的緩解試驗結(jié)果表明，A4和A5處理下半夏生長狀況顯著高于對照和其他組處理，其中A5處理半夏塊莖琥珀酸、還原糖、可溶性蛋白等有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，對半夏的障礙效應(yīng)緩解效果最佳。

半夏；土壤；連作障礙效應(yīng)；有效成分；緩解措施

半夏Pinelliaternata(Thunb.)breit.為天南星科(Araceae)半夏屬多年生草本植物，為喜陰藥用植物，是中藥臨床常用藥[1]。中國半夏資源分布廣泛，國內(nèi)除內(nèi)蒙、吉林、黑龍江、新疆、青海、西藏外，其余省區(qū)均有分布。在甘肅清水地區(qū)，因可播種土地面積有限，制約著半夏輪作倒茬栽培，出現(xiàn)半夏的連續(xù)種植，逐漸呈現(xiàn)半夏嚴(yán)重的連作障礙。有限的土地資源，加之半夏逐年嚴(yán)重的連作障礙危害，嚴(yán)重制約著半夏的規(guī)范化生產(chǎn)，故當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶為了降低半夏頭茬種植帶來的危害，一般間隔5 a～7 a為輪作周期，因此當(dāng)?shù)匕胂漠a(chǎn)量及經(jīng)濟產(chǎn)值大幅下降。目前，對半夏的研究，主要集中于光、水分、不同施肥等措施對半夏生長的影響[2-4]，以及其生物學(xué)特性和有效化學(xué)成分的分析等方面[5-6]，而在半夏栽培中輪作及其連作障礙效應(yīng)方面，相關(guān)報道尚少。因此，本試驗以重茬地、2 a和4 a前種植過半夏的土壤進行再植生物測試，測定其生長狀況、產(chǎn)量和品質(zhì)，探究半夏連作導(dǎo)致的嚴(yán)重障礙效應(yīng)，以不同處理結(jié)合輪作對連作障礙效應(yīng)的消減為目的，評價不同處理方法在半夏連作障礙效應(yīng)方面的緩解效果，為進一步克服半夏連作障礙的研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以當(dāng)?shù)刂髟缘母拭C省華亭縣半夏塊莖為材料。

1.2 試驗方法

1.2.1 連作障礙效應(yīng) 于2013年10月-2014年8月在甘肅省清水縣永清鎮(zhèn)進行連作障礙效應(yīng)試驗，以4 a輪作地(即半夏種植后玉米、馬鈴薯、西瓜、小麥依次耕作4 a)為對照(CK)，依次選擇連作1 a地(半夏重茬地，T1)、2 a輪作地(即半夏種植后玉米、小麥依次耕作2 a，T2)不同處理。以當(dāng)?shù)刂髟缘母拭C省華亭縣半夏塊莖為材料，按農(nóng)戶種植方式，小區(qū)試驗，小區(qū)面積120 m2，重復(fù)3次。施農(nóng)家肥和復(fù)合肥，播種前整平地塊，耙細(xì)，做成4 m×1.5 m的畦塊，畦間距50 cm，畦深13 cm，畦底做平，施農(nóng)家肥、復(fù)合肥依次為0.95 kg/m2、83 g/m2，邊做畦邊播，做前一行畦時先將畦內(nèi)土翻入下一行畦內(nèi)，播種完后將土回填，下種量為3 375 kg/hm2，2014-03-26搭建小拱棚，經(jīng)正常田間管理，2014-08-20采收輪作與連作半夏，測定產(chǎn)量及品質(zhì)。

1.2.2 半夏障礙效應(yīng)的緩解 根據(jù)半夏連作帶來的障礙效應(yīng)，選擇2 a輪作試驗地，分別設(shè)置5個不同處理：土壤消毒(80%多菌靈水分散粒劑和綠都菌劑1號，分別以體積比為1∶300和1∶150對小區(qū)土壤進行噴霧消毒，A1)；浸種消毒(80%多菌靈水分散粒劑500倍液浸泡30 min，再以綠都菌劑1號300倍液浸種30 min，A2)；土壤消毒+浸種消毒(土壤消毒方法同A1，浸種方法同A2，A3)；土壤消毒+浸種消毒+生物肥(在A3方法的基礎(chǔ)上，播種前與底肥一起施入抗重茬固體肥0.5 kg/m2，出苗灌水時以體積比1∶10施抗重茬液體肥，A4)；土壤消毒+浸種消毒+遮陰[在A3方法的基礎(chǔ)上，于6月25日至8月10日進行遮陰處理(遮陰網(wǎng)密度為45%)，A5]。以空白處理為對照，每個處理播種5個重復(fù)小區(qū)，于8月22日采收。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 生長指標(biāo)及產(chǎn)量 于第1次倒苗前(6月5日)測定半夏葉面積、株高、莖粗和繁殖系數(shù)生長指標(biāo)，在8月22日測定密度、產(chǎn)量和折干率。

每小區(qū)按5點法選取5處，每個點測定15株，采用葉面積儀測定葉寬和面積，用直尺測定地面到中間小葉基部的株高，游標(biāo)卡尺測定半夏莖粗；另外于2014年4月取3塊不同地的土壤裝于直徑15 cm、高25 cm盆栽中，取直徑為2 cm半夏塊莖，每盆均勻點播5顆，每個土樣重復(fù)10盆，至采收田間半夏時一并采收，以大于1.5 cm的球莖計數(shù)，采收的球莖數(shù)除以播種數(shù)的值為繁殖系數(shù)。

密度、產(chǎn)量和折干率：按5點法分別計數(shù)每平方米內(nèi)半夏苗的株數(shù)為密度；產(chǎn)量按小畦單收計產(chǎn)，并取樣100顆球莖稱量后進行去皮烘干之后再稱量，并計算其折干率，重復(fù)5次，折干率=小區(qū)采收塊莖干質(zhì)量/小區(qū)采收鮮質(zhì)量×100%。

1.3.2 葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù) 于半夏生長旺盛期(6月5日)，隨機采取3塊不同年限地的半夏植株葉片，液氮桶帶回實驗室，參照文獻[7]的方法，將葉片剪成0.2 cm×2 cm的碎片，且避開葉脈，稱取碎葉片0.2 g放入50 mL試管中，加入0.5 mL純丙酮和10 mLφ= 80%的丙酮，封口，放入搖床，置黑暗處浸提過夜，至半夏葉碎片發(fā)白，浸提液于6 500 r/min下離心5 min，用φ=80%丙酮溶液分別定容至25 mL，各設(shè)3次平行，并以φ=80%丙酮為空白，在波長663、645和470 nm處測定提取液吸光度，按Amon[8]法計算葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.3.3 半夏塊莖品質(zhì) 水溶性浸出物參照中國藥典2010年版第1部附錄XA采用冷浸法測定水溶性浸出物[1]，采用3，5-二硝基水楊酸比色法[9]測定還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)，采用考馬斯亮藍染色法[9]測定可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)，按照電位滴定法[1](附錄Ⅷ A)，用鹽酸滴定液(0.1 mol/L)滴定，并將滴定的結(jié)果用空白試驗校正，測定琥珀酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)，每1 mL氫氧化鈉滴定液(0.1 mol/L)相當(dāng)于5.904 mg的琥珀酸(C4H6O4)，利用酸性染料比色法[2]測定總生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010對試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理，并用SPSS 17.0軟件進行因素方差分析，并用LSD檢驗法分析差異顯著性的多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 連作對半夏生長發(fā)育的影響

由表1可知，除莖粗無顯著差異外，其他形態(tài)指標(biāo)各處理間均呈極顯著差異。T1(連作)處理下半夏植株株高、葉面積和密度、繁殖系數(shù)、產(chǎn)量、折干率均極顯著低于CK，而T2處理半夏株高、葉面積、密度及小畦產(chǎn)量顯著優(yōu)于T1，卻極顯著弱于CK，介于二者之間，說明半夏連作障礙效應(yīng)也影響到間隔2 a輪作的第2茬半夏的生長發(fā)育及產(chǎn)量。

2.2 連作對半夏葉片光合色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

由表2可知，T1處理下，葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著低于T2處理和CK，且與CK達極顯著差異；T1和T2處理下葉綠素b和類胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)無顯著差異，顯著低于CK。

表1 不同處理下半夏生理生長及產(chǎn)量(±s)Table 1 Physiological growth and yield of the Pinellia ternata under different treatments

表1 不同處理下半夏生理生長及產(chǎn)量(±s)Table 1 Physiological growth and yield of the Pinellia ternata under different treatments

處理Treatment株高/cmPlantheight葉面積/cm2Leafarea莖粗/mmStemdiameter密度/(株/m2)Density繁殖系數(shù)Propagationindex小畦產(chǎn)量/kgTuberyield折干率/%DryingrateCK9．230±0．231A26．195±1．898A2．22±0．380a238±12A14．451±1．253A11．010±0．482A41．485±1．540AT15．800±0．313C15．680±2．512C2．16±0．361a98±10C3．283±2．447C1．660±0．890C25．381±1．812CT26．910±0．244B21．050±2．441B2．21±0．319a173±8B9．428±2．018B4．770±0．667B36．620±1．394B

注：差異顯著性分析取α=0.05(小寫字母表示)和α=0.01(大寫字母表示)水平，同一列中含有不相同字母者為差異顯著。表2～5同。

Note:The date is treated by the significant difference ofα=0.05(shown in lowercase letters) andα=0.01(shown in uppercase letters) level,the same column with different letters are significantly different.The same as table 2 to table 5.

表2 不同處理下半夏葉片光合色素Table 2 Leaf photosynthetic pigment of Pinellia ternata under different treatments

2.3 連作對半夏塊莖中有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

表3顯示，連作與輪作下半夏塊莖有效成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異明顯，T1和T2處理下的塊莖生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)極顯著低于CK；T1處理下塊莖水溶性浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)極顯著低于CK，而T2處理下塊莖水溶性浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于CK，但無顯著差異；T1處理的還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)、琥珀酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)比CK降低20.22%、24.69%、23.79%，T2處理下塊莖還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)和琥珀酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)與T1、CK無顯著差異，可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)卻顯著高于T1，說明連作一定程度上抑制有效成分的合成與積累，且這種抑制通過土壤影響到2 a輪作的半夏塊莖。

表3 不同處理下半夏塊莖中有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 3 Active compositions of Pinellia ternatatuber under different treatments g/g

2.4 不同措施對半夏生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響

不同組合處理對2 a輪作土壤中的半夏植株的生長發(fā)育結(jié)果(表4)顯示：A4、A5處理下的株高和葉面積表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，且顯著高于CK；莖粗無明顯差異；A3、A4、A5處理的半夏密度、產(chǎn)量和折干率均高于A1和A2，且顯著高于CK，順序為A5>A4>A3。說明半夏土壤、塊莖消毒與遮陰、重茬肥的組合處理有利于其自身的生長，對2 a間隔年限輪作地的連作障礙也有一定的緩解效果。

表4 不同處理下半夏生長指標(biāo)及產(chǎn)量Table 4 Growth indexs and yield of Pinellia ternata under different treatments

2.5 不同措施對半夏塊莖有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

表5顯示，不同處理對半夏塊莖有效成分產(chǎn)生一定的影響，其中A4、A5處理浸出物和琥珀酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于其他處理和CK，A1、A2處理下的還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)和可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，與CK無顯著差異；而A5處理下的塊莖還原糖、可溶性蛋白和琥珀酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，高于CK、A2、A3和A4；生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)各處理順序為A4>A3>A2>A1=A5=CK，說明土壤與塊莖消毒及生物重茬肥和遮陰有利于半夏生長過程中的有效成分積累，而遮陰處理明顯抑制半夏塊莖中生物堿的合成。

表5 不同處理下半夏塊莖有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 5 Active composition mass fraction in Pinellia ternata tuber under different treatments g/g

3 討 論

本試驗中，與CK相比，T1處理下半夏植株變矮、葉片面積縮小，同時由于土傳病害等諸多因素的影響使其倒苗嚴(yán)重，密度較對照小58.8%，繁殖系數(shù)降至CK的22.7%，小畦產(chǎn)量僅為CK的15.0%，相當(dāng)于播種量的一半，這與太子參[10]、地黃[11]、當(dāng)歸[12]、附子[13]、三七、丹參[14-15]等藥材連作障礙效應(yīng)的研究結(jié)果一致。然而，連作的半夏塊莖在后期加工時出現(xiàn)腐爛、折干率低下等現(xiàn)象。對T1處理塊莖粉末中有效成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定結(jié)果表明，浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于9.0%，有機酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)不足0.25%，低于國家藥典規(guī)定[1]，表明連作導(dǎo)致半夏的生長發(fā)育受到一定程度的抑制，生長期病蟲害頻發(fā)，采后加工的塊莖品質(zhì)降低。

前人研究發(fā)現(xiàn)，間隔1 a～2 a后再種不同于黃瓜、玉米[16-17]等經(jīng)濟作物時，對自身的生長發(fā)育及產(chǎn)量影響較小。而T2處理下半夏的生長依然受到影響，其生長狀況介于T1和CK之間。T2處理下的半夏倒苗時間較CK提前，生長期的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于CK，一定程度上影響到自身的光合作用，導(dǎo)致地下塊莖次生代謝產(chǎn)物的合成減少，這可能是T2處理下塊莖中生物堿等有效成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于CK且與T1處理下幾乎相持平的原因。T2處理下產(chǎn)量剛好與其播種量相持平，經(jīng)濟產(chǎn)值為負(fù)數(shù)，說明半夏的連作障礙嚴(yán)重影響較短年限輪作的第2茬半夏的生長和品質(zhì)。

根據(jù)當(dāng)歸、地黃、三七等藥材連作障礙機制的研究，針對土傳病害、化感效應(yīng)和微生物種群失衡等原因，選擇間隔年限為2 a的地，利用多菌靈等對土壤和塊莖消毒，并與遮陰、生物肥等不同措施間進行比較試驗，發(fā)現(xiàn)A4處理和A5處理表現(xiàn)出較好的緩解效果，即土壤和種莖消毒以后，施入生物重茬肥進行調(diào)節(jié)養(yǎng)分平衡的同時，也對其根際微生物的分布起到一定的平衡作用，有利于緩解半夏在2 a間隔年限輪作地的連作障礙效應(yīng)。A5處理的結(jié)果同樣表明遮陰在夏季高溫期有效地減少水分的蒸發(fā)，更有利于半夏生長，同時遮陰也有利于其糖成分和蛋白質(zhì)的合成，但不利于生物堿的合成，這與徐立軍[18]在研究林藥間作對掌葉半夏生長和質(zhì)量的影響時得出的結(jié)論相符。

綜上，作為無性繁殖的半夏藥材，其連作障礙效應(yīng)嚴(yán)重制約其在生產(chǎn)實踐中的經(jīng)濟效益，面對半夏的連作障礙難題，縮短半夏的輪作間隔年限與改善其生長環(huán)境的有效措施相結(jié)合，成為緩解其連作障礙效應(yīng)最佳手段，有望成為克服半夏連作障礙相關(guān)研究發(fā)展的趨勢。

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(責(zé)任編輯：史亞歌 Responsible editor:SHI Yage)

Obstruction Effect of Continuous Cropping onPinelliatemata(Thumb) Breit and Its Mitigation Measures

MA Xiaoqi1,XU Hongliang1,HE Zhigui1,LIANG Zongsuo1,2,HAN Ruilian1, CHANG Jianping3,CAI Xiaoming3and WANG Jing3

(1.College of Life Sciences Northwest A&F University,Yangling Shaanxi 712100,China; 2.School of Life Science Zhejiang Sci-tech University, Hangzhou 310018,China; 3.Qingshui County Agricultural Bureau in Gansu Province,Qingshui Gansu 741400,China)

In order to verify the effect of continuous cropping obstacle inPinelliaternata,P.tematawereplanted in continuous cropping,with 2 and 4 years planting ofPinelliaternata,the biological test of replanted soil was conducted, and thenP.ternatatuber were planted in 2-year rotation soilas treated by disinfection of soil and tuber,also cooperated with cropping fertilizer which be mitigated disorder effects onP.ternata. The agronomic characters and yield were investigated by the field of statistics, and also measured the mass fractions of chlorophyll, acid, reducing sugar, alkaloid and soluble protein ofP.temataweredifferent treatments.The results showed that compared withP.ternataof 4-years rotation, continuous croppingP.ternataseedling was the weakest, and the chlorophyll mass fraction and yield were significantly lower than that of the former. Tuber extracts mass fraction and succinic acid mass fraction of continuous croppingP.ternatadidnot meet the standard of national pharmacopoeia, the mass fraction of sugar, protein and alkaloid was the lowest; The leaf of 2-year rotation ofP.ternatawere yellow and the growing condition was still not good.The mass fractions of chlorophyll, succinic acid, reducing sugars, alkaloids and soluble protein in 2-year rotationwere lower than the treatments of 4-year rotation, higher than that of continuous cropping; The test on mitigating continuous cropping obstacle ofP.ternataresults showed that the treatments of A4 and A5 processing pinellia tuber growth condition was significantly higher than that of the control and other groups.For the effective mass fractions of succinic acid, reducing sugar, soluble protein, A5 processing pinelliwas the highest,so it had the best effect on continuous cropping obstacle ofP.ternata.

Pinelliatemata; Soil;Effect of continuous cropping obstacle;Active constituents; Mitigation

MA Xiaoqi,male,master student. Research area:development and utilization of medicinal plant resources.E-mail:maxiaoqi2012@163.com

LIANG Zongsuo,male，professor,doctoral supervisor.Research area:the theory and technology of the cultivation of Chinese herbal medicine.E-mail:liangzs@ms.iswc.ac.cn

2016-01-08

2016-01-23

天水市科技支撐計劃；國家科技部“十二五”科技支撐項目(2015BAC01B03)。

馬小奇，男，碩士生，從事藥用植物資源開發(fā)與利用研究。E-mail:maxiaoqi2012@163.com

梁宗鎖，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事中草藥規(guī)范化栽培的理論與技術(shù)研究。E-mail:liangzs@ms.iswc.ac.cn

日期：2016-12-20

R282.2

A

1004-1389(2017)01-0048-06

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20161220.1640.012.html

Received 2016-01-08 Returned 2016-01-23

Foundation item Science and Technology Support Plan Item of Tianshui City;“12th Five-year” Pillar Ministry of Science and Technology(No.2015BAC01803).