不同生長(zhǎng)年限人參的農(nóng)藝性狀 品質(zhì)及土壤理化分析△

李建鴿，劉濤，楊振興，肖平闊，董林林，姚玲，王學(xué)怡，李世玉

1.深圳津村藥業(yè)有限公司，廣東 深圳 518103；2.中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院 中藥研究所，北京 100700

人參PanaxginsengC.A.Mey.作為古今中外的名貴藥材，在醫(yī)療保健和食品日化方面都扮演了重要角色。目前，種植人參的主要生產(chǎn)方式為伐林栽參，這種傳統(tǒng)粗放的管理模式不僅生產(chǎn)效率低下，而且破壞了森林環(huán)境。

人參是多年生宿根草本植物。隨著種植年限的增加，其周邊土壤肥力下降、理化性質(zhì)惡化、微生態(tài)平衡失調(diào)，增加了人參種植后期的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致人參連作障礙，老參地難以恢復(fù)地力[1-2]。4～6年生人參總皂苷含量差異不明顯，但單體皂苷含量比例存在差異。人參農(nóng)藝性狀雖然與皂苷含量相關(guān)性不大，但關(guān)乎人參長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量，進(jìn)而影響土壤礦質(zhì)元素的消耗，改變土壤原有理化狀態(tài)[3-6]。本研究通過(guò)分析不同生長(zhǎng)年限人參農(nóng)藝性狀、品質(zhì)及土壤理化性質(zhì)的變化，探索人參土壤的階段性變化趨勢(shì)，為保持良好土壤生態(tài)環(huán)境和人參的增產(chǎn)保質(zhì)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

Z-2000型石墨爐原子吸收分光光度計(jì)、Z-2300型火焰原子吸收分光光度計(jì)(日本日立公司)；UV-754型分光光度計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司)；1260型高效液相色譜儀[安捷倫科技(中國(guó))有限公司]。

重鉻酸鉀(批號(hào)：2019092301，成都市科隆化學(xué)品有限公司)；乙酸銨(批號(hào)：20180224，天津市大茂化學(xué)試劑廠)；酒石酸銻鉀(批號(hào)：20180509，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)；甲醇(批號(hào)：0000265373，J.T.Baker)；乙腈(批號(hào)：0000270504，J.T.Baker)。

實(shí)驗(yàn)樣品由黑龍江省鐵力市利源堂中藥材有限公司和敦化野珍參業(yè)有限責(zé)任公司提供，經(jīng)中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院董林林副研究員鑒定為五加科植物人參PanaxginsengC.A.Mey.的種子。

1.2 方法

1.2.1大田試驗(yàn) 2016年，在黑龍江省綏化市慶安縣國(guó)有林業(yè)局大青山林場(chǎng)(N 47°13′10″，E 127°36′57″)，選擇同林地開(kāi)墾的2年生、3年生和4年生人參試驗(yàn)區(qū)各1畝(1 畝≈666.67 m2)，分別標(biāo)記為A1、B1、C；在吉林省敦化市秋梨溝鎮(zhèn)雙發(fā)村(N 43°29′50″，E 128°4′24″)，選擇同林地開(kāi)墾的2年生和3年生人參試驗(yàn)區(qū)各1畝，分別標(biāo)記為A2、B2。吉林省使用豆粕作為基肥，施用量為2000 kg ·hm-2；黑龍江無(wú)基肥，生長(zhǎng)期都不再追肥。不同產(chǎn)地人參生育期種植管理模式相同(表1)。在展葉期(2017年5月23日)和枯萎期(2016年10月22日和2017年9月14日)測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

1.2.2生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定 在不同地塊中隨機(jī)選取3個(gè)20 m2的小區(qū)，每個(gè)小區(qū)選取具有代表性的20株作為調(diào)查樣本。展葉期測(cè)定人參株高、莖粗、地上部鮮質(zhì)量和干質(zhì)量；采收期測(cè)定人參的參長(zhǎng)、主根長(zhǎng)、主根粗、側(cè)根數(shù)量、平均側(cè)根長(zhǎng)度、單根鮮質(zhì)量和干質(zhì)量。

1.2.3土壤理化指標(biāo)測(cè)定 采用5點(diǎn)取樣法，將人參整個(gè)根系完整采挖，抖動(dòng)根系收集黏附在根系上的土壤，混勻裝入聚乙烯自封袋中。土壤pH用玻璃電極法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)用高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容量法測(cè)定，腐殖酸用焦磷酸鈉提取-重鉻酸鉀氧化-容量法測(cè)定，全氮用凱氏-蒸餾滴定法測(cè)定，全磷用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法測(cè)定，全鉀用氫氧化鈉熔融-火焰原子吸收分光光度法測(cè)定，堿解氮用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，有效磷用鹽酸-氟化銨提取-鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀用乙酸銨提取-火焰原子吸收分光光度法測(cè)定，交換性鈉、鈣、鎂用乙酸銨提取-火焰原子吸收分光光度法測(cè)定，有效銅、鋅、鐵、錳用二乙烯三胺五乙酸提取-火焰原子吸收分光光度法測(cè)定[7]。

表1 人參種植管理明細(xì)

1.2.4人參品質(zhì)的測(cè)定 人參醇提物、皂苷含量、pH按照《日本藥局方》進(jìn)行檢測(cè)[8]。

1.2.5數(shù)據(jù)處理 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010和SAS 9.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和方差分析。

2 結(jié)果

2.1 不同生長(zhǎng)年限人生生長(zhǎng)指標(biāo)的對(duì)比分析

在本研究范圍內(nèi)，隨著生長(zhǎng)年限增加，人參生物量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)(表2)。相較于3年生人參，黑龍江種植的5年生人參的株高、地上部鮮質(zhì)量和干質(zhì)量分別增加了42.00%、262.34%、263.16%；相較于4年生人參，5年生人參分別增加了55.13%、213.48%、203.30%。同時(shí)，吉林4年生人參的株高、地上部鮮質(zhì)量和干質(zhì)量顯著高于3年生人參，分別增加了44.69%、290.12%和257.35%。

黑龍江種植的4年生和5年生人參的參長(zhǎng)、主根長(zhǎng)、主根粗和平均側(cè)根長(zhǎng)度均大于3年生人參，但4年生和5年生差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。種植第四年的人參根干質(zhì)量增加了95.44%，第五年的人參根干質(zhì)量增加了41.71%，不同生長(zhǎng)年限的人參根干質(zhì)量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。相較于3年生人參，吉林種植的4年生人參主根長(zhǎng)、主根粗、側(cè)根數(shù)量、平均側(cè)根長(zhǎng)度、根鮮質(zhì)量和根干質(zhì)量分別增加了29.74%、56.91%、76.92%、39.24%、245.70%和222.51%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)果表明，隨著生長(zhǎng)年限增加，人參生物量不斷積累，尤其根干質(zhì)量，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

2.2 不同生長(zhǎng)年限人參根系年生物積累量分析

隨種植年限增加，人參根系的生物量也在增加(表3)。黑龍江種植第三年的人參側(cè)根數(shù)量的增長(zhǎng)量顯著大于第五年，增長(zhǎng)量擴(kuò)大了75%；第五年人參的根鮮質(zhì)量積累量擴(kuò)大了68.26%，達(dá)到顯著水平。吉林人參種植第四年的主根粗、根鮮質(zhì)量和根干質(zhì)量顯著大于第三年，分別增加了555.81%、656.33%和313.17%。結(jié)果表明，人參種植第三年和第四年的側(cè)根數(shù)量增長(zhǎng)比較快，人參種植第四年和第五年的主根粗、根鮮質(zhì)量和根干質(zhì)量積累速度比較快。

表2 不同產(chǎn)地、不同生長(zhǎng)年限人參生長(zhǎng)指標(biāo)

表3 不同產(chǎn)地、不同生長(zhǎng)年限人參根系年生物積累量

2.3 不同生長(zhǎng)年限人參品質(zhì)對(duì)比

不同生長(zhǎng)年限的人參醇提物和皂苷含量都有所變化(表4)。黑龍江人參種植的第三年、第四年和第五年的醇提物分別降低了16.85%、8.60%和11.02%，吉林人參種植的第三年和第四年的醇提物分別降低了31.93%和17.58%。人參種植的第五年，黑龍江的人參皂苷Rg1和Rb1含量的增加值最大，分別增加了73.08%和86.44%?？梢?jiàn)，不同生長(zhǎng)年限人參pH波動(dòng)不明顯，人參皂苷Rg1和Rb1含量呈升高趨勢(shì)，但醇提物含量呈下降趨勢(shì)。

2.4 不同生長(zhǎng)年限人參土壤理化性質(zhì)分析

2.4.1人參土壤肥力指標(biāo)變化的分析 從表5可以看出，黑龍江A1地，人參種植第三年的土壤pH和有機(jī)質(zhì)、腐殖酸含量分別降低了14.88%、41.82%和52.52%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；B1地和C地也有類似規(guī)律。吉林B2地，人參種植第四年的土壤pH顯著低于第三年，降低了3.61%。結(jié)果表明，隨著人參生長(zhǎng)年限增加，土壤pH和有機(jī)質(zhì)、腐殖酸含量都有降低趨勢(shì)。

表4 不同產(chǎn)地、不同生長(zhǎng)年限人參品質(zhì)指標(biāo)

表5 不同產(chǎn)地、不同生長(zhǎng)年限人參土壤肥力指標(biāo)

黑龍江所有地塊隨著種植年限增加，土壤的全磷含量顯著降低，A1地、B1地和C地分別降低了42.63%、47.93%和20.12%，但有效磷含量差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。土壤全氮和堿解氮雖然有差異，但未達(dá)到顯著水平。B1地和C地的土壤全鉀含量有所降低，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。A1地，人參種植3年的土壤全鉀含量高于種植2年16.06%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。A1、B1和C地的土壤速效鉀含量都有所增加，B1地達(dá)到顯著水平，增加了68.35%。吉林地塊的土壤堿解氮含量都有所下降，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。A2地，種植3年的土壤全磷和堿解氮含量顯著低于種植2年的土壤，分別降低了21.66%和49.95%。B2地，人參種植4年的土壤全鉀含量顯著低于種植3年的土壤，而全氮卻是相反的趨勢(shì)。數(shù)據(jù)表明，隨著人參種植年限增加，土壤全磷含量均表現(xiàn)為降低趨勢(shì)。

2.4.2人參土壤中微量元素含量變化的分析 不同種植年限人參土壤的中微量礦質(zhì)元素存在一致的變化規(guī)律(表6)。黑龍江參地，隨著種植年限增加，土壤的有效銅和有效鐵含量顯著降低。其中，最大降低值為56.32%和61.37%。A1地，人參種植3年的土壤有效鋅含量顯著低于種植2年的土壤，降低了48.65%。B1地，人參種植4年的土壤有效錳含量顯著高于種植3年的土壤。吉林人參地，土壤有效鐵含量變化趨勢(shì)與黑龍江相同。A2地，人參種植3年的土壤有效銅含量顯著低于種植2年的土壤，降低了33.67%。結(jié)果表明，有效銅和有效鐵是人參消耗較大的微量元素。

黑龍江C地，人參種植5年的土壤交換性鈣含量顯著高于種植4年的土壤，增加了17.53%。吉林B2地，人參種植4年的土壤交換性鈉、交換性鈣和交換性鎂含量顯著高于種植3年的土壤，分別增加了36.64%、50.13%和37.14%。數(shù)據(jù)表明，種植年限越長(zhǎng)，土壤的交換性鈉、鈣、鎂的積累量越多。

2.4.3人參土壤理化指標(biāo)與單株根干質(zhì)量的相關(guān)性分析 由表7相關(guān)性分析表來(lái)看，土壤有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)含量都與全氮、全磷和有效鐵呈極顯著正相關(guān)，與交換性鎂顯著相關(guān)。土壤有效鐵與全氮、全磷呈極顯著正相關(guān)。土壤全鉀與有效銅顯著相關(guān)，堿解氮、速效鉀與交換性鈉顯著相關(guān)，有效磷與速效鉀、有效銅之間也存在極顯著相關(guān)性。另外，根干質(zhì)量與堿解氮、速效鉀和有效錳呈極顯著正相關(guān)，與交換性鈉顯著相關(guān)。

3 討論

隨著種植年限增加，人參生物量不斷積累。側(cè)根數(shù)量主要在人參種植第三年和第四年增長(zhǎng)較快，主根粗、根鮮質(zhì)量和根干質(zhì)量的積累量主要集中在種植第四年和第五年。3年生、4年生和5年生人參相關(guān)品質(zhì)指標(biāo)都符合《日本藥局方》規(guī)定[8]。土壤pH、有機(jī)質(zhì)和腐殖酸隨種植年限增加都有降低趨勢(shì)。這與大多數(shù)學(xué)者的觀點(diǎn)是一致的[9-11]。黑龍江種植第三年的土壤有機(jī)質(zhì)和腐殖酸消耗較大，這可能是因?yàn)槿藚?cè)根大量形成，土壤呼吸增強(qiáng)，加快有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)分解。

表6 不同產(chǎn)地、不同生長(zhǎng)年限人參土壤中微量元素變化

表7 土壤理化指標(biāo)與單株根干質(zhì)量的相關(guān)性(Pearson法)

土壤氮元素降低不明顯，可能本研究只追蹤1年內(nèi)的土壤變化，故差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。土壤的全磷含量顯著降低，但速效磷增加不顯著，這與劉顯嬌等[2]研究一致。張可等[12]認(rèn)為，速效磷含量有下降趨勢(shì)，可能與農(nóng)田栽培地的磷酸酶和脲酶等土壤酶活性降低有關(guān)，全磷轉(zhuǎn)化較慢，難以彌補(bǔ)速效磷的消耗量[13]。另外，土壤全氮、堿解氮和速效磷的差異不顯著，也從側(cè)面說(shuō)明常年消耗才導(dǎo)致老參地的土質(zhì)惡化。除A1地，不同種植年限的人參地，土壤全鉀含量都在降低。這可能是土壤pH降低，不利于鉀的固化，導(dǎo)致土壤全鉀消耗較多。

土壤交換性鈉、交換性鈣和交換性鎂含量都有增加的趨勢(shì)，土壤的有效銅和有效鐵含量顯著降低，這與簡(jiǎn)在友等[14]觀點(diǎn)是一致的。而李成等[15]認(rèn)為，人參根際土壤中銅含量隨人參種植年限的增加有明顯的累積趨勢(shì)。這可能是農(nóng)戶使用含銅量較高的肥料和農(nóng)藥，導(dǎo)致土壤銅含量累積。種植第三年的土壤有效鋅含量有降低趨勢(shì)，而種植第四年卻增加，說(shuō)明人參種植第三年需鋅量較大。黑龍江和吉林土壤有效錳的變化趨勢(shì)完全相反，這可能與土壤pH、氧化還原電位、配位體及表面特性有關(guān)。

根干質(zhì)量與堿解氮、有效鉀和有效錳呈極顯著正相關(guān)，與交換性鎂呈顯著相關(guān)。Rubenecia等[16]也認(rèn)為，人參根系的整體生長(zhǎng)與土壤有效磷、有效鎂、陽(yáng)離子交換量有顯著相關(guān)性。土壤有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)、全氮、全磷、有效鐵呈極顯著相關(guān)性，這與文獻(xiàn)報(bào)道一致[7]。程海濤[17]也報(bào)道土壤有機(jī)質(zhì)與全氮、速效氮和全鉀呈顯著相關(guān)。另外，Jin等[18]認(rèn)為，交換性陽(yáng)離子的鈣、鎂、鉀比率可用于人參植株生長(zhǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)?？梢?jiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)元素彼此牽制又相互依賴，最終影響人參生長(zhǎng)發(fā)育。因此，適時(shí)適量追肥和調(diào)理土壤可以補(bǔ)償?shù)亓ο?，有利于人參后期生長(zhǎng)，預(yù)防病害大面積發(fā)生。

研究發(fā)現(xiàn)，人參種植第三年，側(cè)根增長(zhǎng)量較大。同時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)消耗量也大，而有效鋅、交換性鈉和鎂的變化趨勢(shì)卻不同于其他生長(zhǎng)年限。因此，人參生長(zhǎng)第三年可能是人參生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期，有待深入研究。對(duì)于多年生宿根植物人參，本文只展開(kāi)了2～5年生人參的農(nóng)藝性狀和品質(zhì)及土壤理化分析，具有一定局限性，有待繼續(xù)研究。