文献类型：学位论文

中文题名：减氮配施有机肥/凹凸棒石对当归产量和品质的影响及机制研究

作者：雒军[1];

第一作者：雒军

机构：[1]甘肃中医药大学;

第一机构：甘肃中医药大学

导师：王引权;甘肃中医药大学

授予学位：博士

语种：中文

中文关键词：当归;有机肥;无机肥;凹凸棒石;品质

年份：2022

摘要：氮直接影响药用植物产量和品质,因此合理施用氮肥在保障药材安全和有效性方面发挥着重要作用。当归生长适宜的生境为2000米以上高海拔山地,由于交通和成本问题农民施肥以无机化肥为主,很少施加有机肥,雨季山坡地化肥淋溶损失严重,因此施肥量大,肥料利用率很低,当归田土壤生态不断恶化,当归产量和品质有逐年下降趋势。凹凸棒石(Attapulgite,ATP)作为富有潜力的土壤生态调节剂应用于农业生产已经表现出很多优势,有机肥养分全面性和多样性优势对于药材品质至关重要,减氮配施有机肥/凹凸棒石可能对药材提质增效和可持续发展具有重要意义。为此,本论文开展减氮配施有机肥/凹凸棒石对土壤特性、当归生长及药材产量和品质的影响,由此提出减氮配施有机肥/凹凸棒石的合理比例,探讨减氮配施有机肥/凹凸棒石提高当归产量和品质的机制。于2019年和2020年在当归道地产区甘肃岷县分别开展盆栽试验和田间小区试验。盆栽试验采用完全随机设计,共设置七个处理组,(1)N100(常规氮肥量),(2)N75OA(常规氮肥减量25%+ATP和有机肥),(3)N50OA(常规氮肥减量50%+ATP和有机肥),(4)N25OA(常规氮肥减量75%+ATP和有机肥),(5)N0(不施氮肥、ATP和有机肥),(6)CK(不施肥),(7)CKS(不施肥+土壤灭菌),处理1～5均施常规相同量磷肥和钾肥,处理6和7不施任何肥料。大田小区试验采用随机区组设计,施肥量和盆栽试验相同,设置盆栽试验中1～6六个处理组。取得的主要研究结果如下:1.施肥方式没有对当归株高产生显著的影响,但不同施肥方式对株幅和茎直径有明显影响,相对于N100组,减氮配施有机肥/凹凸棒石可提高根系膨大期(REP)当归植株株幅和基生茎直径,降低干物质积累期(DAP)株幅,减氮配施有机肥/凹凸棒石的肥料缓释效应和全面效应可充分保证植物生长的营养需求,使植株更早进入生长旺盛期,地上源生产的结构性碳水化合物更早时期流向地下根,引起地下库的扩大,从而促进当归根部增长和干物质的积累,因此收获期凸棒石/有机无机配施组具有更大的单株鲜重。2.减氮配施有机肥/凹凸棒石对叶丛期(LCP)和DAP叶片净光合速率(Pn)影响不太显著,但是能显著提高REP Pn。可能是由于减氮配施有机肥/凹凸棒石改善土壤物理、化学和生物性质,增加了土壤养分有效性和速效养分含量,促进根部发育和养分吸收,提高叶片氮含量,从而使Pn提高,促进当归植株的健康生长。与N100组相比,减氮配施有机肥/凹凸棒石各组可提高REP土壤呼吸强度(SR),可降低药材收获期(MHP)SR。Pearson相关分析显示REP Pn与REP SR呈极显著的正相关,REP Pn与MHP的当归根鲜重呈极显著的正相关,说明当归生长旺盛期具有强大的光合源和呼吸通量,对收获期地下部分当归根重增加具重要意义。3.相对于N100,减氮配施有机肥/凹凸棒石组均具有更大的单株根鲜重,N50OA、N75OA和N25OA三组当归药材单株平均鲜重分别为72.86 g、71.26 g和66.36 g,分别是N100组的1.44、1.41和1.32倍。当归药材表面呈浅棕褐色,质柔韧,断面黄白色,形成层环明显将韧皮部和木质部隔开,侧根(归尾)韧皮部/木质部厚度比例明显大于归身和归头。减氮配施有机肥/凹凸棒石对当归药材性状有明显影响,主要表现为气味变浓,侧根数明显增多。相对于N100组,氮肥OA配施组能提高当归药材总挥发油、总阿魏酸和藁本内酯等苯酞类等活性成分的含量。不同部位活性测定结果显示,阿魏酸和苯酞类挥发油在归尾(侧根)中含量均最高、其次是归头、最后是归尾。因此,减氮配施有机肥/凹凸棒石可一定程度改变当归药材形态、增加侧根数量,从而提高全归药材活性成分的含量和单株鲜重,从而提升当归药材的品质。4.减氮配施有机肥/凹凸棒石对当归生长土壤团粒结构分布有一定影响,与N100组相比,可提高>2.50 mm团聚体含量,而降低<0.25 mm团聚体含量。粒径0.25～5.00 mm的团粒含量越高,土壤透气度越大,土壤涵养水分和供应植物所需水分的能力越强,故减氮配施有机肥/凹凸棒石对土壤团聚体结构组成具有一定的改良作用。减氮配施有机肥/凹凸棒石可提高当归生长期土壤碱解氮、有效磷、速效钾和有机质的含量。减氮配施有机肥/凹凸棒石对参与土壤C、N、P、S循环的9种土壤酶影响不同,可提高当归土壤β-1,4-葡萄糖苷酶酶、磷酸单酯酶和硫酸酯酶活性活性,而降低β-1,4-木糖苷酶、多酚氧化酶和过氧化物酶活性。5.七个处理组当归根际土壤微生物高通量测序表明,相对于CK组,不同施肥模式都能提高当归根际土壤微生物群落的丰富度和多样性。与N100组相比,氮肥OA配施虽然降低了当归根际细菌群落丰富度,但是提高了多样性。相对于CK组,灭菌组(CKS)虽然在细菌群落丰富度方面显著降低,但是细菌群落多样性没有显著降低,提示在当归生长过程中,根际微生物群落的形成是一个植物根际和土壤环境相互作用、动态塑造的过程。PCo A和NMDS分析表明氮肥OA配施、无机氮肥和土壤灭菌显著影响细菌和真菌群落结构,磷肥和钾肥影响较小。通过分析不同组间主要菌门和菌属的相对含量变化以及菌门与土壤酶和土壤养分含量RDA分析表明施肥模式-微生物-土壤养分之间存在密切关系。6.田间小区试验表明,减氮配施有机肥/凹凸棒石对当归小区产量和药材活性成分积累的影响和盆栽试验结果基本一致。相对于N100组,N75OA、N50OA和N25OA组当归小区平均产量分别提高41%、33%和23%。总阿魏酸和苯酞类总挥发油含量最高两组为N75OA和N50OA组,二者差异无统计学意义,其次为N25OA组,有机无机配施组均高于单施无机氮肥组。综上,减氮配施有机肥/凹凸棒石一方面对养分具有缓释效应,提高肥料利用率,另一方面无机有机肥配施,提供微生物全面的营养,引起微生物群落结构与多样性的变化和功能微生物富集,分泌更多C、N、P和S循环的土壤酶,使土壤中有机物矿化过程加强,提供土壤更多的速效养分,从而促进根系发育并分生更多的侧根。根系输送更多的营养元素至植株地上功能叶片,增加叶片中氮、磷等元素含量,从而使叶片具有更高的光合效率,促使建成更大的库强,最终导致当归地下根的增长,单株根鲜重增加,在韧皮部合成和积累更多的总阿魏酸和挥发油类活性物质,从而提升当归的品质。总之,土壤养分-微生物-植株根系之间相互作用、相互影响,引起土壤营养物质的转化和有效性的改变,最终影响当归植株的生长和根部形态的变化和活性物质合成和积累的改变可能是减氮配施有机肥/凹凸棒石提高当归产量和品质的重要机制。