生物炭與復(fù)合肥配施對(duì)連作穿心蓮生長(zhǎng)的影響

李珍，何玉婷，鄒毅輝，陳楠濱

（1.漳州衛(wèi)生職業(yè)學(xué)院，福建 漳州 363000；2.福建省閩南特色中藥資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 漳州 363001；3.漳浦縣舊鎮(zhèn)鎮(zhèn)人民政府，福建 漳州 363213）

穿 心 蓮[Andrographis paniculata（Burm.f.）Nees]為爵床科（Acanthaceae）穿心蓮屬（Andrographis）植物，地上部分入藥，具有清熱解毒、涼血、消腫的功效，用于治療感冒發(fā)熱、咽喉腫痛、口舌生瘡等，是《中國(guó)藥典》收錄植物。在規(guī)范化栽培中，黃海波［1］明確提出穿心蓮忌連茬栽培，陳蔚文［2］也報(bào)道穿心蓮存在連作障礙，在種植中通常避免重茬。張庚［3］發(fā)現(xiàn)穿心蓮連作易產(chǎn)生自毒作用是該植物連作障礙的重要原因，穿心蓮內(nèi)酯和一些酚酸類物質(zhì)可能是穿心蓮產(chǎn)生的主要自毒物質(zhì)。曾令杰［4］發(fā)現(xiàn)，穿心蓮在其生長(zhǎng)過程中釋放的化感物質(zhì)進(jìn)入了根際土壤，對(duì)穿心蓮產(chǎn)生化感作用，穿心蓮內(nèi)酯為其中的主要化感物質(zhì)之一。李俊仁［5］研究發(fā)現(xiàn)，穿心蓮連作土壤提取物對(duì)其種子存在化感抑制作用，化感作用可能是造成穿心蓮連作障礙的原因之一。本課題組發(fā)現(xiàn)，添加3 750 kg/hm2的生物炭能有效緩解穿心蓮的連作自毒障礙［6-7］。

在生產(chǎn)上，農(nóng)戶通過施肥來(lái)緩解穿心蓮的連作自毒障礙，但緩解效果如何未見文獻(xiàn)報(bào)道。為此，筆者通過田間試驗(yàn)探討了生物炭和復(fù)合肥配施對(duì)連作穿心蓮生長(zhǎng)的影響，以期為穿心蓮種植地土壤的健康管理和穿心蓮連作自毒障礙的緩解提供技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地在漳州衛(wèi)生職業(yè)學(xué)院藥用植物園內(nèi)。復(fù)合肥（挪威雅冉國(guó)際有限公司，N∶P2O5∶K2O比例為15∶15∶15的硫酸鉀型復(fù)合肥）設(shè)置0、112.5、225 kg/hm2三個(gè)梯度，記作F0、F112.5、F225；生物炭（竹炭）設(shè)置0、112.5、225、337.5、450 kg/hm2五個(gè)梯度，記作C0、C112.5、C225、C337.5、C450。共設(shè)15個(gè)處理：對(duì) 照、F0C112.5、F0C225、F0C337.5、F0C450、F112.5C0、F112.5C112.5、F112.5C225、F112.5C337.5、F112.5C450、F225C0、F225C112.5、F225C225、F225C337.5、F225C450，每個(gè)處理3次重復(fù)。

試驗(yàn)于2019年4月到2021年9月間進(jìn)行。每年4月播種，苗高10 cm左右移栽，行株距15 cm×18 cm左右，移栽前施入生物炭，6月點(diǎn)施復(fù)合肥，其它管理措施與大田生產(chǎn)一致。9月初采收，收獲后至第二年4月不種其它作物。

1.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.2.1 形態(tài)指標(biāo)

穿心蓮收獲前，記錄株高、葉片數(shù)、分蘗數(shù)、莖粗。根系表面積用EPSON EXPRESSION 1680型掃描儀和winRHIZO根系掃描儀進(jìn)行分析。根冠比為地上部分干重與根干重之比。

1.2.2 生理指標(biāo)

葉綠素含量測(cè)定：丙酮乙醇混合液法［8］；根系活力測(cè)定：TTC（紅四氮唑）還原法［9］；過氧化氫酶（CAT）活性測(cè)定：紫外吸收法［10］；丙二醛（MDA）含量測(cè)定：硫代巴比妥酸法［11］；過氧化物酶（POD）活性測(cè)定：愈創(chuàng)木酚法［12］；超氧化物歧化酶（SOD）活性測(cè)定：氮藍(lán)四唑（NBT）光還原法西［11］。

1.2.3 產(chǎn)量指標(biāo)

因行株距略有差異，隨機(jī)選取地塊1.70～2.24 m2，割取地上部分，稱量鮮重、干重，然后折算成單位面積產(chǎn)量。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭與復(fù)合肥配施對(duì)連作穿心蓮?fù)獠啃螒B(tài)指標(biāo)的影響

生物炭與復(fù)合肥配施對(duì)穿心蓮生長(zhǎng)的影響見表1。株高是穿心蓮生長(zhǎng)發(fā)育的一個(gè)重要表型。在低水平施炭條件下（施炭量為0～225 kg/hm2），株高隨著復(fù)合肥使用量的增加而增加；在高水平施炭條件下（施炭量為337.5～450 kg/hm2），株高隨著復(fù)合肥使用量的增加呈上下波動(dòng)狀態(tài)；除C337.5組的F0與F112.5之外，相鄰處理間差異都不顯著。在相同的施肥條件下，株高隨著炭使用量的增加而增加（C450F112.5除外），低水平施炭處理間的株高差異顯著（F112.5組C112.5與C225差異不顯著），高水平施炭處理間的株高差異不顯著，高水平施炭比低水平施炭處理差異顯著（C450F225、C337.5F225與C225F225差異不顯著）。

莖粗越粗，表明植株越壯，抗倒伏能力越強(qiáng)。表1中，在相同的施炭條件下，C0、C112.5、C225和C450組莖粗都隨著復(fù)合肥使用量的增加而增加，C225組莖粗不施肥和施肥處理間差異顯著，其它組均未有顯著差異；C337.5組莖粗隨著復(fù)合肥施用量的增加呈現(xiàn)出先增后降的趨勢(shì)，F(xiàn)112.5處理達(dá)到最大值，但差異不顯著。在相同的施肥條件下，隨著施炭量的增加，莖粗也在增加（C450F112.5除外），低水平施炭處理除F112.5組C225處理、F225組C225處理差異顯著外，其余處理間差異不顯著；高水平施炭處理間差異不顯著；高水平施炭比低水平施炭處理差異顯著（C225F337.5與C225F225差異不顯著）。

表1 不同處理對(duì)連作穿心蓮生長(zhǎng)的影響

葉片數(shù)量是植物繁茂特征的表現(xiàn)之一。表1中，在相同的施炭條件下，低水平施炭的C0、C112.5、C225組葉片數(shù)量隨著復(fù)合肥施用量的增加逐漸增加，但處理間差異不顯著；C337.5組葉片數(shù)隨著復(fù)合肥施用量的增加呈先增加后減少，而C450組葉片數(shù)隨著復(fù)合肥施用量的增加而下降，但差異均不顯著。在相同的施肥條件下，F(xiàn)0組葉片數(shù)隨著炭施用量的增加逐漸增加，C112.5與C225處理間達(dá)到顯著性差異；F112.5、F225組葉片數(shù)隨著炭施用量的增加呈先增加后減少，C337.5處理均達(dá)到最大值；低水平施炭處理F0組C225處理、F112.5組各處理、F225組C0處理差異顯著，其余處理間差異不顯著；高水平施炭處理間差異不顯著；高水平施炭比低水平施炭處理差異顯著（C337.5F0與C225F0、C337.5F225與C225F225差異不顯著）。

一定數(shù)量的分蘗不僅能擴(kuò)大光合面積，提高群體光合效率，也能增加產(chǎn)量。表1中，在相同的施炭條件下，除C337.5組外，其余4組分蘗數(shù)都是隨著施肥量的增加呈現(xiàn)出逐漸增多的趨勢(shì)；C0組的F0與F225處 理 間 差 異 顯 著，C225組 的F225處 理 差 異 顯著，C337.5組的F0處理差異顯著。在相同的施肥條件下，分蘗數(shù)隨著施炭量的增加而增加（C450F112.5除外），低水平施炭處理除F0組C0與C225處理、F112.5組C225處理、F225組C225處理差異顯著外，其余處理間差異不顯著；高水平施炭處理間差異不顯著；高水平施炭比低水平施炭處理差異顯著（C337.5F0與C225F0差異不顯著）。

根系表面積是根系生長(zhǎng)情況的反映指標(biāo)。表1中，在相同的施炭條件下，根系表面積隨著施肥量的增加而增加，但是差異不顯著。在相同的施肥條件下，根系表面積也隨著施炭量的增加而增加，低水平施炭處理除F0組C0與C225處理差異顯著外，其余處理間差異不顯著；高水平施炭處理間差異不顯著；高水平施炭比低水平施炭處理差異顯著（C337.5F225與C225F225差異不顯著）。

根冠比是反映根系和地上部分協(xié)調(diào)生長(zhǎng)的重要指標(biāo)。表1中，在相同的施炭條件下，C0、C112.5、C225組根冠比隨著施肥量的增加而減少，C337.5、C450組根冠比隨著施肥量的增加呈先降后增的趨勢(shì)，僅C112.5組的F0處理差異顯著。在相同的施肥條件下，根冠比隨施炭量增加都呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)（C450趨平），低水平施炭的F0組C225差異顯著，F(xiàn)112.5組各處理間差異顯著，F(xiàn)225組的C225與C0差異顯著；高水平施炭處理間差異不顯著；高水平施炭比低水平施炭處理差異顯著（C450F0、C337.5F225與C225F0，C450F225與C225F225、C112.5F225差異不顯著）。

2.2 生物炭與復(fù)合肥配施對(duì)連作穿心蓮生理指標(biāo)的影響

葉綠素是植物體內(nèi)與光合作用密切相關(guān)的重要色素，其含量變化直接影響到光合效率和光合產(chǎn)物的積累。表2中，在相同的施炭條件下，C0、C112.5、C225組葉綠素隨著施肥量的增加而增加，C337.5與C450兩組呈先增后降的趨勢(shì)，除C0組的F225與F112.5、F0處理間差異顯著外，其余組處理間差異均不顯著。在相同的施肥條件下，隨著施炭量的增加，葉綠素均呈現(xiàn)出先增后降的趨勢(shì)，低水平施炭F0、F112.5組的C0差異顯著；高水平施炭處理間差異不顯著；高水平施炭比低水平施炭處理差異顯著（F225組、C337.5F0與C225F0、C225F0差異不顯著）。

根系負(fù)責(zé)從土壤中吸收水分和無(wú)機(jī)養(yǎng)料供地上部分所用，其活力水平直接影響著植物個(gè)體的營(yíng)養(yǎng)狀況和生長(zhǎng)情況。表2中，在相同的施炭條件下，隨著施肥量的增加，各組根系活力均表現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)，除C112.5組的F225、C337.5組的F0、C450組的F0處理差異顯著外，其余處理間差異均不顯著。在相同的施肥條件下，根系活力隨著施炭量的增加呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，低水平施炭F225組的C0差異顯著；高水平施炭處理間差異不顯著；高水平施炭比低水平施炭處理差異顯著（C225F0與C337.5F0差異不顯著）。

丙二醛（MDA）是植物細(xì)胞內(nèi)膜脂過氧化的產(chǎn)物，其含量可反映植物膜脂過氧化和膜系統(tǒng)受傷害程度。表2中，在相同的施炭條件下，隨著施肥量的增加，C112.5組呈現(xiàn)出逐漸降低的態(tài)勢(shì)，其它四組沒有明顯的規(guī)律性，而且5組各處理間都無(wú)顯著性差異。在相同的施肥條件下，隨著施炭量的增加，丙二醛都呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì)，且C337.5處理都為各組最低值，其中C337.5F112.5為全組最低值；低水平施炭處理間差異不顯著；高水平施炭處理間差異也不顯著；高水平施炭比低水平施炭只有C337.5與C0處理間差異顯著。

表2 不同處理對(duì)連作穿心蓮生理指標(biāo)的影響

POD、SOD和CAT為植物細(xì)胞內(nèi)的重要保護(hù)酶，它們與其它抗氧化酶和抗氧化物質(zhì)協(xié)同作用，共同防御產(chǎn)生過量的活性氧及自由基。POD酶，在相同的施炭條件下，C337.5組隨著施肥量的增加呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，在F112.5處達(dá)到全組最高值。其它各組隨著施肥量的增加，都表現(xiàn)出升高的趨勢(shì)；除C337.5組的F0與F112.5處理間差異顯著外，其它處理間無(wú)顯著差異。在相同的施肥條件下，F(xiàn)0和F112.5兩組呈先升后降的趨勢(shì)且都在C337.5處達(dá)到最高值，F(xiàn)225組呈上升趨勢(shì)且在C337.5和C450處趨于穩(wěn)定；低水平施炭除F112.5組的C112.5處理外，差異不顯著；高水平施炭處理間差異也不顯著；高水平施炭比低水平施炭處理差異顯著。SOD酶，在相同的施炭條件下，隨著施肥量的增加，C0、C112.5和C225組都呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)，C337.5和C450兩組呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)；除了C225組的F0、C450組的F112.5與F225處理間差異顯著外，其它處理間無(wú)顯著差異。在相同的施肥條件下，隨著施炭量的增加，F(xiàn)0和F112.5組呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)，F(xiàn)225組呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)；低水平施炭F0、F112.5、F225三 組 在C112.5到C225處 理 間 差 異顯 著；高水平施炭處理間差異不顯著；高水平施炭比低水平施炭處理差 異 顯 著（C225F112.5與C337.5F112.5、C225F225與C337.5F225差異不顯著）。CAT酶，在相同的施炭條件下，隨著施肥量的增加，C0、C112.5和C225三組都呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)，C337.5組呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，C450組處理保持平穩(wěn)狀態(tài)；C0、C112.5、C225、C337.5四組在F0到F112.5的4個(gè)處理間差異顯著外，其余各處理間差異不顯著。在相同的施肥條件下，隨著施炭量的增加，F(xiàn)0和F225兩組呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)，F(xiàn)112.5呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)；低水平施炭處理間差異顯著；高水平施炭處理間差異不顯著；高水平施炭比低水平施炭處理差異顯著（C225F225與C337.5F225差異不顯著）。

2.3 生物炭與復(fù)合肥配施對(duì)連作穿心蓮產(chǎn)量指標(biāo)的影響

根據(jù)圖1結(jié)果可知，在相同的施炭條件下，隨著施肥量的增加，C0、C112.5、C225、C450組產(chǎn)量都呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)；只有C337.5組產(chǎn)量呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，F(xiàn)112.5處理最高產(chǎn)，但沒有顯著性差異。在相同的施肥條件下，隨著施炭量的增加，F(xiàn)0、F225兩組產(chǎn)量呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)，F(xiàn)112.5產(chǎn)量呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，各處理間也沒有顯著性差異。連作兩年的穿心蓮空白對(duì)照（不施肥不加炭），產(chǎn)量只有7 217 kg/hm2；在不加炭，只施肥112.5、225 kg/hm2的 條 件 下，產(chǎn) 量 分 別 是7 240、7 265 kg/hm2，增幅0.31%、0.67%。在不施肥，只加炭112.5、225 kg/hm2的條件下，產(chǎn)量分別是7 484、7 838 kg/hm2，增幅3.74%、8.60%。隨著施肥量和施炭量的增加，C337.5F112.5處理產(chǎn)量達(dá)到最高值8 284kg/hm2，與空白對(duì)照比較增幅達(dá)14.83%。

圖1 不同處理對(duì)連作穿心蓮產(chǎn)量的影響

3 討論

3.1 生物炭與復(fù)合肥配施對(duì)連作穿心蓮形態(tài)指標(biāo)的影響

多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究者［13-16］對(duì)連作障礙的形成機(jī)理進(jìn)行了研究并取得顯著進(jìn)展，包括土壤養(yǎng)分虧缺、土壤理化性質(zhì)變化、化感自毒物質(zhì)的積累等。隨著連作年限的增加，被作物吸收的元素在土壤中越來(lái)越少，容易造成土壤養(yǎng)分的失衡，合理有效的施肥在改善土壤理化性質(zhì)及微生態(tài)環(huán)境中發(fā)揮著重要作用。本試驗(yàn)中，株高、莖粗、葉片數(shù)、分蘗數(shù)、根系表面積5個(gè)指標(biāo)，在相同的施炭條件下，隨著施肥量的增加，低水平施炭C0、C112.5、C225三組都呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)；C337.5組除根系表面積一直是上升的趨勢(shì)外，其余4個(gè)方面都呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì)，出現(xiàn)拐點(diǎn)的組合都是C337.5F112.5；C450組莖粗、分蘗數(shù)、根系表面積呈上升趨勢(shì)，株高先升后降，葉片數(shù)呈下降趨勢(shì)。以上趨勢(shì)說明在相同的施炭條件下，低水平施肥能促進(jìn)穿心蓮生長(zhǎng)，高水平施肥未必能取得更好的效果。另外，雖然施肥能促進(jìn)穿心蓮生長(zhǎng)，但是只有幾個(gè)處理間存在顯著性差異，其余處理間都無(wú)顯著性差異，說明施肥可以緩解穿心蓮的連作自毒障礙，但是效果有限。

鑒于施肥緩解穿心蓮連作自毒障礙的效果有限，本文還探討了在施肥的基礎(chǔ)上添加生物炭能否更好地緩解穿心蓮連作帶來(lái)的危害。本研究中，株高、莖粗、葉片數(shù)、分蘗數(shù)、根系表面積5個(gè)指標(biāo)，在相同的施肥條件下，隨著施炭量的增加，F(xiàn)0組都呈上升的趨勢(shì)；F112.5組除根系表面積一直是上升的趨勢(shì)外，其余4個(gè)指標(biāo)都表現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，出現(xiàn)的拐點(diǎn)組合也是C337.5F112.5；F225組除葉片數(shù)外，其余4個(gè)指標(biāo)都呈上升的趨勢(shì)。與施肥不同之處在于：隨著施炭量的增加，大部分形態(tài)指標(biāo)都呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，且多數(shù)處理間存在顯著性差異，差異組的數(shù)量明顯多于施肥處理。說明對(duì)連作穿心蓮，添加生物炭和施肥比較起來(lái)，添加生物炭緩解連作障礙的效果要強(qiáng)于施肥。原因可能是：①生物炭能改善土壤的理化性狀，生物炭具備較大的表面積和多孔特性，有利于提高土壤孔隙度，降低土壤緊實(shí)度，增強(qiáng)土壤持水能力［17］；②生物炭的疏松多孔性為土壤微生物提供了棲息地，顯著提高了土壤微生物的數(shù)量和活性［18］；③生物炭具有較強(qiáng)的吸附能力，可以吸附根系分泌物、病原菌分泌物等有機(jī)物質(zhì)，從而減輕對(duì)自身的毒害［19］。

3.2 生物炭與復(fù)合肥配施對(duì)連作穿心蓮生理指標(biāo)的影響

葉綠素和根系活力是植物生長(zhǎng)的重要生理指標(biāo)。本試驗(yàn)中，對(duì)照處理的兩個(gè)指標(biāo)都處于最低值。在相同的施炭條件下，隨著施肥量的增加，低水平施炭C0、C112.5、C225組葉綠素都呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，高水平施炭C337.5、C450組葉綠素呈先升后降趨勢(shì)；根系活力隨著施肥量的增加都呈上升趨勢(shì)。但是相鄰處理間，葉綠素組有1個(gè)處理、根系活力組有3個(gè)處理存在顯著性差異，其余處理間無(wú)顯著性差異。以上趨勢(shì)說明施肥可以提高葉綠素含量和提升根系活力，但是改善的能力有限。在相同的施肥條件下，隨著施炭量的增加，葉綠素含量呈先升后降的趨勢(shì)，根系活力呈上升趨勢(shì)。相鄰處理間，葉綠素組有3個(gè)處理、根系活力組有3個(gè)處理存在顯著性差異。說明施炭后，葉綠素含量有了較大幅度的提高，植株的光合作用能力增強(qiáng)，促進(jìn)了生長(zhǎng)，這點(diǎn)與其他學(xué)者的研究結(jié)果一致［20-21］。

正常情況下，細(xì)胞體內(nèi)的活性氧、氧化酶類和非酶類抗氧化物處于生理平衡狀態(tài)。當(dāng)植物遭受逆境脅迫如連作時(shí)，體內(nèi)活性氧積累過多，致使植物組織受到傷害。抗氧化酶可以清除活性氧，避免造成細(xì)胞膜脂的過氧化，如SOD，能將細(xì)胞中的O2-轉(zhuǎn)化為H2O2和O2［22］，H2O2又可以在CAT和POD等酶的共同作用下被消除，減輕逆境脅迫對(duì)細(xì)胞的損傷［23］。本研究中，連作兩年的穿心蓮在不施肥、不加炭的情況下，POD、SOD和CAT三種酶的酶活處于最低值。在相同的施炭條件下，低水平施炭C0、C112.5、C225組3種酶活都呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，高水平施炭C337.5、C450組3種酶活呈上下波動(dòng)、平穩(wěn)或略有上升的趨勢(shì)；相鄰處理間，POD有1個(gè) 處 理、SOD有2個(gè) 處 理、CAT有4個(gè) 處 理 存在顯著性差異。在相同的施肥條件下，低水平施炭的C0、C112.5、C225組，POD、SOD和CAT三種酶活都呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)；高水平施炭C337.5和C450組，3種酶活呈現(xiàn)出上下波動(dòng)、平穩(wěn)或略有上升的趨勢(shì)。相 鄰 處 理間，POD有4個(gè)處 理、SOD有4個(gè)處理、CAT有8個(gè)處理存在顯著性差異，差異數(shù)量明顯多于施肥處理。說明在連作兩年的情況下，3種酶活的含量最低，體內(nèi)活性氧含量高，穿心蓮處于逆境脅迫狀態(tài)，隨著施肥量的增加，逆境脅迫有所緩解，但是緩解的能力有限；隨著施炭量的增加，逆境脅迫明顯緩解，緩解效果大于施肥的；肥料和生物炭?jī)煞N配施的情況下，緩解力度加大，在C337.5F112.5處，緩解的力度達(dá)到最大值。

4 結(jié)論

在生物炭與復(fù)合肥以337.5 kg/hm2和112.5 kg/hm2配施的條件下，連作兩年穿心蓮的形態(tài)、生理指標(biāo)較好，產(chǎn)量較高，收獲的經(jīng)濟(jì)效益較高；加炭比施肥的緩解連作障礙效果要好。研究結(jié)果可為大田條件下栽培出產(chǎn)量較高、品質(zhì)較好的穿心蓮提供參考。