汪瑞， 李澤成， 王豪吉， 王昆艷，俞乃琪， 李思民， 徐武美， 官會林

(1.云南師范大學 能源與環(huán)境科學學院，云南 昆明 650500; 2.昆明英武農(nóng)業(yè)科技有限公司，云南 昆明 650500)

白及(Bletillastriata(Thunb.ex A.Murray)Rchb.f.)是我國名貴藥材，根據(jù)中國藥典記載，其具有收斂止血，消腫生肌的功效，常用于咯血、吐血、外傷出血、瘡瘍腫毒和皮膚皸裂等[1]，具有重要的經(jīng)濟價值.同許多藥用植物一樣[2-4]，白及存在較為嚴重的連作障礙問題，表現(xiàn)為連作后植株長勢差、病害嚴重且產(chǎn)量低下.當前，關于白及藥理方面的研究較多[5-8]，而針對連作土壤改良與障礙消減方面的研究少有報道.

生物炭是生物質材料在高溫(<700 ℃)缺氧環(huán)境下熱解而成的富碳材料[9].研究表明，生物炭在耕地土壤改良與連作障礙消減等方面具有較好的潛力[10-14]，如程效義等[15]以連作15年土壤為研究對象，以黃瓜為供試作物，研究了不同生物炭施用量對土壤理化性質、酶活性及黃瓜根系性狀的影響，表明施用生物炭顯著提高了土壤pH值和脲酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶活性以及土壤有效磷、速效鉀和有機碳含量，并促進了黃瓜根系發(fā)育.孫大荃等[16]研究了生物炭對棕壤大豆根際微生物群落的影響，表明施加生物炭提高大豆根際土壤中細菌數(shù)量，而真菌和放線菌數(shù)量減少，指出生物炭可能是緩解大豆連作障礙的土壤改良劑.牟苗等[17]研究表明，施加生物炭顯著提高了三七幼苗存活率，對其連作障礙具有一定的消減作用.

根據(jù)曾令祥等[18]的調查，白及主要受塊莖腐爛病、葉褐斑病、葉斑灰霉病等的侵害，以塊莖腐爛病最為嚴重，而對白及種植土壤進行改良，有望減輕作物病害，促進白及生長.因此，本研究以煙稈炭為試驗原料，探討其對白及連作地土壤理化特征、酶活性與白及生長的影響，為白及連作障礙消減與產(chǎn)量提升提供試驗依據(jù).

1 材料與方法

1.1 田間試驗設置

研究在昆明英武農(nóng)業(yè)科技有限公司科研基地內(nèi)進行，地處昆明市呈貢新區(qū)，土壤類型為酸性紅壤，白及連作6年.采用隨機區(qū)組設計，試驗小區(qū)面積為3.00 m2(1.20 m×2.50 m)，煙稈炭施加量設3.00、4.50 t/hm2和7.50 t/hm23個梯度，以不施加為對照，每個處理設3個重復.將煙稈炭與土壤均勻混合和澆水，一周后移栽白及幼苗，每個小區(qū)種植112株(16行×7株/行)，于2019年5月13日移栽.

1.2 土壤分析與白及生長調查

幼苗栽種3個月后，于8月中旬采集土壤并對白及生長狀況進行調查.各小區(qū)土樣按照五點法進行采集，自然風干后研磨過篩，待測.土壤pH值根據(jù)標準NY/T 1377-2007，用pH計(雷磁 PHS-25)進行測定；有機質含量根據(jù)標準NY/T 1121.6-2006，用滴定法進行測定；總氮含量用全自動凱氏定氮儀(海能K1100)進行測定；硝態(tài)氮與銨態(tài)氮含量根據(jù)標準LY/T 1228-2015，用流動分析儀(AA3，Seal Analytical，ltd.Germany)進行測定；有效磷含量利用鉬銻抗分光光度法進行測定[19].脲酶和蔗糖酶參照姚槐應和黃昌勇[20]的方法進行測定，磷酸酶參照趙蘭坡[21]的方法進行測定，蛋白酶參照關松蔭[22]的方法進行測定.每個小區(qū)隨機選取15株白及，測定株高與最大葉寬，并用植物葉綠素測定儀(Minolta Camera Co.，Osaka，Japan)測定葉綠素含量.

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析用SPSS 16.0進行.用Shapiro-Wilk檢驗探討各變量的正態(tài)性，對于不服從正態(tài)分布的變量進行對數(shù)轉換后再開展后續(xù)分析.用雙因素方差分析與Duncan多重比較檢驗不同處理對土壤理化特征、酶活性與白及生長的影響；結果以“平均值±標準誤”表示.

2 研究結果

2.1 施加煙稈炭對白及連作土壤理化性質的影響

施加煙稈炭對土壤容重、電導率、總氮、硝態(tài)氮和有效磷含量具有顯著影響(P<0.05)(表1和圖1).與對照組相比，施加3.00 t/hm2的煙稈炭對白及連作地土壤容重無顯著影響，而4.50 t/hm2和7.50 t/hm2的煙稈炭則顯著降低了土壤容重(P<0.05)；不同施加量的煙稈炭均顯著提高了土壤總氮含量(P<0.05)，以7.50 t/hm2施加量效果最佳；7.50 t/hm2的煙稈炭顯著提高了土壤硝態(tài)氮含量和電導率(P<0.05)，而3.00 t/hm2和4.50 t/hm2的煙稈炭則施加對土壤硝態(tài)氮含量和電導率無顯著影響；4.50 t/hm2和7.50 t/hm2的煙稈炭顯著提高了土壤有效磷含量(P<0.05)，然而這兩個處理之間土壤有效磷含量的差異不顯著(P>0.05)；施加生物炭對土壤銨態(tài)氮含量無明顯影響(P>0.05).

表1不同煙稈炭施加量對連作地土壤特征與白及生長的影響

Table1EffectsoftobaccostalkbiocharapplicationonthesoilpropertiesandgrowthofB.striataundercontinuouscropping

土壤與白及生長特征SSdfs2FPr>FpH1.3830.4637.31 <0.01土壤容重0.0530.025.880.03電導率17 250.1435 750.0517.08<0.01總氮1.0730.3623.68<0.01銨態(tài)氮1.1530.380.920.49硝態(tài)氮1 445.933481.9823.30<0.01有效磷1 220.843406.954.620.05脲酶8.2332.740.630.62酸性磷酸酶0.0430.019.770.01中性磷酸酶0.0030.007.470.02蔗糖酶11.7233.9135.76<0.01蛋白酶0.0030.000.050.99株高52.31317.4463.78<0.01最大葉寬1.5330.5138.93<0.01葉綠素含量136.15345.386.190.03

葉綠素含量用SPAD值表示.

圖1 煙稈炭對白及連作地土壤理化性質的影響

Fig.1EffectsoftobaccostalkbiocharapplicationonthesoilphysicochemicalpropertiesundercontinuouscroppingofB.striata

2.2 施加煙稈炭對白及連作土壤pH與酶活性的影響

施加煙稈炭對白及連作土壤pH及酸性磷酸酶、中性磷酸酶和蔗糖酶活性具有顯著影響(P<0.05)(表1和圖2)，且隨著施炭量的增加，土壤pH及酸性磷酸酶、中性磷酸酶和蔗糖酶活性均呈上升趨勢.與對照組相比，三個施加量的煙稈炭均顯著提高了土壤pH和蔗糖酶活性(P<0.05)，4.50 t/hm2和7.50 t/hm2的煙稈炭顯著提高了土壤酸性磷酸酶和中性磷酸酶活性(P<0.05).但施加煙稈炭對土壤脲酶與蛋白酶活性的影響不顯著(P>0.05).

2.3 施加煙稈炭對連作地白及生長的影響

不同施加量的煙稈炭對白及生長具有顯著影響，與對照組相比，施加煙稈炭后白及株高與最大葉寬顯著增加(P>0.01)，施加3.00、4.50 t/hm2和7.50 t/hm2的煙稈炭使白及平均株高分別增加了2.82、4.70 cm和5.39 cm，最大葉寬分別提高了0.28、0.61 cm和0.95 cm.此外，施加煙稈炭還提高了白及葉片的葉綠素含量(P<0.05),但煙稈炭不同施加量處理之間的差異不顯著(表1，圖3).

圖2 煙稈炭對白及連作地土壤pH與酶活性的影響

Fig.2EffectsoftobaccostalkbiocharapplicationonthesoilpHandenzymeactivitiesundercontinuouscroppingofB.striata

圖3 煙稈炭對連作地白及生長與葉片葉綠素含量的影響

3 討 論

3.1 施用煙稈炭與土壤理化性質

施加煙稈炭顯著降低了白及連作土壤容重(P<0.05)，而顯著提高土壤電導率(P<0.01).由于生物炭具有較低的密度，施入土壤后導致容重降低，可改善土壤板結、排水、透氣方面的問題[29]，然而，由于生物炭一方面對鹽基離子具有吸附作用，另一方面其本身又含有一定量的鹽基離子[9]，因此施入土壤后，短期內(nèi)可能導致土壤可溶性鹽分含量增加，電導率提高，這在利用生物炭修復土壤鹽漬化問題方面需要引起注意[29].施加3.00、4.50 t/hm2稈炭使白及連作土壤電導率分別提高了15.15、17.90 μS/cm，而施加7.50 t/hm2炭后土壤電導率則大幅增至97.15 μS/cm，說明施加煙稈炭短期內(nèi)對土壤電導率的影響不是線性的，這在應用過程中需要引起注意.

3.2 施用煙稈炭與土壤pH和酶活性

3.3 施用煙稈炭與連作地白及的生長

施加煙稈炭顯著提高了白及的株高、最大葉寬和葉片葉綠素含量(P<0.05)，說明其對白及的生長具有一定的促進作用.生物炭促進連作地作物生長已有大量的研究報道，如王玫等[12]研究表明，施用稻殼炭顯著提高了連作地蘋果常用砧木—平邑甜茶的生物量；武春成等[35]研究表明，施用玉米秸稈炭顯著改善了黃瓜根區(qū)土壤微生態(tài)環(huán)境，促進了黃瓜生長和產(chǎn)量的提高.結合3.1和3.2的討論可知，施加煙稈炭可有效改善白及連作地土壤理化性質，提高部分土壤酶活性，因此，根據(jù)連作土壤特征施加一定量的煙稈炭可對白及連作障礙問題起到一定的消減作用，但同時需要指出的是，白及為多年生草本植物，而本研究中白及的種植時間相對較短，因此施加煙稈炭對白及病害及其長期效應還有待進一步深入探討.