不同基肥处理对连作黄芪产量与品质的影响

Effects of Field Basal Fertilizer Treatments on Yield and Quality of Continuously Cropped Astragalus membranaceus

摘要

为探究不同基肥处理对连作种植条件下黄芪品质和产量的影响，以蒙古黄芪为试验材料，以前茬种植黄芪的土壤为试验示范田，在内蒙古固阳县3个地点分别研究不同基肥处理下黄芪产量和品质的变化，设计了常规施肥对照组（CK）和试验示范施肥试验组（DT），分别施用磷酸二铵+硫酸钾和有机肥+复合微生物肥料，对黄芪外观、根腐病发病率、品质和产量等进行观测分析，并对肥料成本和效益进行核算。结果表明，与对照组相比，3个试验示范点的黄芪根长分别增加了13.58%、31.62%、11.19%，根粗分别增加了26.73%、36.89%、13.30%；黄芪根腐病发病率分别降低了38.90%、63.61%、66.67%；在黄芪品质方面，毛蕊异黄酮葡萄糖苷含量分别较对照组增加了60.38%、41.94%、127.27%，黄芪甲苷含量分别较对照组增加了30.63%、84.30%、39.53%。试验示范施肥试验组对黄芪有显著的增产效果，3个试验示范点的黄芪产量分别较对照组增加了21.38%、24.52%、19.55%。经济效益分析结果显示，试验组总产值和净利润值显著高于对照组。综上，在黄芪第2年连作中，基肥应用有机肥+复合微生物肥料可以显著促进黄芪根系生长，降低根腐病发病率，提升品质，提高产量，提高种植的经济效益，能有效缓解作物连作障碍对黄芪连作产量和品质的影响。

Abstract

In order to explore the effects of different basal fertilizer treatments on the quality and yield of Astragalus membranaceus under continuous cropping conditions, in this study, Astragalus membranaceus in Mongolia was taken as the test material, and the soil where Astragalus was planted in previous stubble was used as the experimental demonstration site, and the effects of different basal fertilizer treatments on the yield and quality of Astragalus membranaceus were carried out in three locations in Guyang county, Inner Mongolia, and conventional fertilization control group(diammonium phosphate + potassium sulfate, CK) and experimental demonstration fertilization experimental group(diammonium phosphate + potassium sulfate and organic fertilizer + compound microbial fertilizer, DT) treatments were designed to observe and analyze the appearance of Astragalus membranaceus, root rot incidence, quality, and yield, and the cost and benefit of fertilizers were calculated. The results showed that compared with the control group, the root length of Astragalus membranaceus in the experimental group increased by 13.58%, 31.62%, and 11.19%, respectively, and the root thickness increased by 26.73%, 36.89%, and 13.30%, respectively. The root rot incidences of Astragalusmembranaceus decreased by 38.90%, 63.61%, and 66.67%, respectively. In terms of the quality of Astragalus membranaceus, the content of calycosin isoflavone glucoside increased by 60.38%, 41.94%, and 127.27%, respectively, and the content of astragaloside IV increased by 30.63%, 84.30%, and 39.53%, respectively. The experimental demonstration treatment had a significant effect on increasing the yield of Astragalus membranaceus, and the yield increased by 21.38%, 24.52%, and 19.55%, respectively. The results of economic benefit analysis showed that the total output value and net profit value of the experimental group were significantly higher than those of the control group. In conclusion, in the second year of continuous cropping planting of Astragalus, the treatment of basal fertilizer application of organic fertilizer + compound microbial fertilizer could significantly promote the root growth of Astragalus membranaceus, reduce the root rot incidence, improve the quality and yield, and improve the economic benefits of planting, which could effectively alleviate the impact of continuous cropping obstacles on the yield and quality of continuous cropping planting of Astragalus membranaceus.

Graphical abstract

关键词

基肥 / 连作 / 黄芪 / 复合微生物肥料 / 根腐病发病率 / 连作障碍

Key words

basal fertilizer / continuous cropping / Astragalus membranaceus / compound microbial fertilizer / root rot incidence / continuous cropping obstacle

黄芪（Astragalusmembranaceus（Fisch.）Bunge）是豆科黄芪属多年生草本植物，具有补气升阳、固表止汗、利水消肿、生津养血等功效^[1]。黄芪以根入药，为大宗中药材，在临床上应用较多，同时也是药食同源植物，被广泛应用于保健品、化妆品和其他产品的开发中^[2]，我国黄芪主产区集中在内蒙古、陕西、山西、黑龙江等省份^[3]。由于黄芪广阔的应用前景，国内和国际市场对黄芪的需求量急剧增大，黄芪的种植面积也在不断扩大，黄芪连续种植加重了连作障碍的发生，致使土壤营养元素缺失、微生物菌群失衡、有害菌群繁殖、土传病害增加，严重影响黄芪的产量和品质^[4-5]。黄芪的传统种植中，施肥以化肥为主，长期大量单一施用化肥，造成土壤结构恶化，引起土壤酸化、板结、有机质含量下降、肥力下降、作物产量下降等问题^[6]，而合理施肥、平衡施肥可以改善土壤条件，有效缓解连作障碍，从而提高中药材的产量和品质^[7]。

通过施用有机肥、生物肥、微生物肥料等,可以有效改善连作土壤的生物和化学性质，对消减作物连作障碍有良好效果^[8-9]，使土壤更适宜作物生长，从而提高作物产量和品质。周武先等^[10]在连作川党参上施用有机肥、微生物肥和硅钙镁肥，3种改良剂均可提高川党参的光合代谢能力，并对土壤生化性质有不同程度改善，有机肥和硅钙镁肥可显著提高川党参产量，微生物肥可显著提升川党参的品质。王艳萍等^[11]在连作茶菊上施用生物有机肥和微生物菌剂，结果表明，施用生物有机肥和微生物菌剂可以改善土壤肥力和土壤微生物群落结构，增加土壤养分有效供给，显著促进茶菊生长，提高产量，改善品质，对减轻连作障碍具有积极作用。赵涵予等^[8]研究了有益微生物复合菌剂和木霉菌剂对三七连作障碍的消减作用及其机理，结果表明，2种菌剂均可以有效修复三七根际土壤，缓解连作障碍，显著提高三七的产量。目前，通过在中药材上施用有机肥和微生物肥料缓解土壤连作障碍的研究逐渐增加，但在中药材黄芪上通过施肥缓解土壤连作对黄芪的影响的研究还较少。

内蒙古包头市固阳县作为蒙古黄芪的地道产区，黄芪种植历史悠久，截至2023年，黄芪面积达7 467 hm²，占到全国黄芪种植面积的1/6。固阳县被中国中药协会授予“中国固阳正北黄芪之乡”称号，固阳黄芪被农业部授予“农产品地理标志”^[12]。黄芪忌连作，连作后黄芪产量降低30%以上，当年种植过黄芪的耕地至少5 a以上不能再种植黄芪^[7]。当地农民解决连作障碍的措施以大田轮作的方式为主，但由于耕地面积有限，黄芪轮作受限，这一状况严重制约了当地黄芪种植业的发展。因此，本试验以“正北黄芪之乡”固阳县为试验点，以主产于内蒙古的蒙古黄芪为材料，针对2 a连作黄芪，通过施用不同基肥进行效果比较，以期为解决黄芪2 a连作重茬栽培问题提供施肥方案和技术途径。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试蒙古黄芪为1年生黄芪幼苗，选用外观形态一致的健康苗。

肥料包括有机肥（N+P₂O₅+K₂O≥5%、有机质≥45%、Ca+Mg+Cl+Zn+Fe+Si≥15%）、复合微生物肥料（N+P₂O₅+K₂O=20%、有机质≥20%、Ca+Mg+Cl+Fe≥8%、有效活菌数≥5亿个/g，主要菌种包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌），由内蒙古东宝大田生物科技有限公司提供；尿素（N≥46%）、磷酸二铵（N-P₂O₅-K₂O=18-46-0）、硫酸钾（K₂O≥50%）、矿源黄腐酸钾（黄腐酸≥52%、K₂O≥10%）、叶面肥（N≥35%、P₂O₅≥12%、K₂O≥7.8%）由农户在当地农资市场购买。

1.2 试验地概况

试验地位于内蒙古包头市固阳县，地处阴山北麓，地跨E109°40'~110°41'，N40°42′~41°29'，气候类型属中温带半干旱大陆性气候，冬长夏短，四季分明，温差较大，年平均气温3.9 ℃，≥10 ℃的年有效积温1 900~2 400 ℃，无霜期95~110 d，年均降水量为225~375 mm^[13]。试验示范点分别设在固阳县怀朔镇牛场湾村、下湿壕镇西湾子村、金山镇二社村3个村，前茬作物均为蒙古黄芪。试验示范点土壤基本情况如表1所示，土壤剖面如图1所示。

1.3 试验设计

1.3.1 施肥处理

设置2个处理：常规施肥（CK）和试验示范施肥（DT）。CK施肥方案为磷酸二铵375 kg/hm²+硫酸钾225 kg/hm²，DT施肥方案为复合微生物肥料750 kg/hm²+有机肥3 000 kg/hm²，全部在黄芪移植前以基肥形式一次性施入。自黄芪移栽后15 d左右开始追肥，全生育期共追肥7次，第1~4次分别追施尿素150 kg/hm²、矿源黄腐酸钾30 kg/hm²、磷酸二铵225 kg/hm²、硫酸钾150 kg/hm²，第5~7次喷施叶面肥，每隔15 d左右喷施9 kg/hm²一次，具体喷施时间根据黄芪田间长势、降雨等原因调整，其他管理措施均按照当地种植习惯进行。

1.3.2 田间设计

田间设计分田间试验和田间示范2个部分，其中，田间试验于2021年在牛场湾村（试验地）进行，CK、DT小区面积均为67 m²，采取随机区组设计，每个处理重复3次；田间示范于2022、2023年分别在西湾子村（示范地1）和二社村（示范地2）进行，示范地1的CK和DT处理种植面积均为1 333.31 m²，示范地2的CK种植面积为0.67 hm²，DT处理种植面积为1.33 hm²。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 土壤理化性质测定

于黄芪定植前采用“Z”字型取样法，采集试验田0~20 cm土层土样，测定土壤中的有机质、全氮、有效磷、速效钾含量及pH等土壤理化性质。有机质、全氮、有效磷、速效钾含量及pH值分别采用重铬酸钾容量法、凯氏定氮法、钼锑抗比色法、火焰光度法和电位测定法测定。

1.4.2 农艺性状测定

黄芪收获期（10月份）进行采样，试验田每个小区随机选取3个取样点，示范田每666.7 m²随机选取3个取样点，每个样点各采集60株黄芪，样品去除根部泥土、枝叶等，用米尺测定黄芪根长（从芦头至根最长处距离），用游标卡尺测定黄芪根粗（距芦头1 cm处直径）。

1.4.3 黄芪根腐病发病情况

上述样品清洗后，统计根腐病发病情况，计算发病率。

发病率=病根数/调查总数×100%（1）

1.4.4 产量和品质

黄芪收获期，试验田每个小区随机选取3个取样方，样方面积为5.4 m²（长3.0 m，宽1.8 m），去除泥土和枝叶，测量根系的鲜质量；示范田按每666.7 m²随机选取3个取样方，样方面积为54 m²（长30 m，宽1.8 m），称量鲜质量，计算每667 m²产量,最终折算成公顷产量。

采取混合取样法采集，黄芪品质毛蕊异黄酮葡萄糖苷和黄芪甲苷含量按照《中华人民共和国药典（2020）》^[1]要求测定。

1.4.5 经济效益

根据当年黄芪的收购价格和黄芪种植过程中的农资投入成本，计算各处理组的经济效益。农资投入包括种苗、肥料、农药、农机作业、人工投入等。

总产值=鲜黄芪产量×折干率（0.6154）×黄芪单价（2）

生产成本=种子成本+肥料成本+农药成本+农机作业费+人工成本（3）

净利润=总产值-生产成本（4）

1.5 数据处理

采用Excel 2013和SPSS 16.0软件分别进行数据整理和差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同基肥处理对连作黄芪根系性状的影响

根长和根粗是影响黄芪产量及等级的直接因素。从表2可以看出，与CK相比，试验地、示范地1、示范地2的DT处理均能够显著增加黄芪的根长和根粗（P<0.05），根长分别提高了13.58%、31.62%、11.19%，根粗分别提高了26.73%、36.89%、13.30%，其中，示范地1的DT施肥处理效果最明显。表明DT处理可以促进黄芪根系生长。

2.2 不同基肥处理对连作黄芪根腐病的影响

黄芪根腐病是黄芪连作生产中的主要病害，也是影响黄芪产量和品质的主要因素。从图2可以看出，试验地和示范地的DT处理对黄芪根腐病发病率均存在显著影响（P<0.05）。与CK相比，试验地、示范地1、示范地2 DT处理的黄芪根腐病发病率分别降低38.90%、63.61%、66.67%；其中，示范地2黄芪根腐病的发病率降低最明显，CK的发病率为15.00%，而DT处理的发病率仅为5.00%。

2.3 不同基肥处理对连作黄芪品质的影响

《中华人民共和国药典》中药用黄芪指标要求，毛蕊异黄酮葡萄糖苷含量≥0.020%，黄芪甲苷含量≥0.080%^[1]。从表3可以看出，试验地CK的毛蕊异黄酮葡萄糖苷含量未达到《药典》要求，黄芪甲苷含量达标，其余施肥处理所测指标均符合《药典》要求。示范地2 DT处理的毛蕊异黄酮葡萄糖苷含量最高，达到0.050%，为《药典》规定达标值的2.5倍；黄芪甲苷含量以示范地1的DT处理最高，为0.223%，为《药典》规定达标值的2.8倍。与CK相比，试验地、示范地1、示范地2 DT处理的黄芪品质指标均显著增加（P<0.05），其中，毛蕊异黄酮葡萄糖苷含量分别增加60.38%、41.94%、127.27%，黄芪甲苷含量分别增加30.63%、84.30%、39.53%。

2.4 不同基肥处理对连作黄芪产量的影响

由表4可知，与CK相比，DT处理均能显著提高黄芪产量（P<0.05）。其中，示范地1 DT处理的黄芪增产幅度最大，比CK提高了24.52%；示范地2 DT处理黄芪产量最高，达12 750.15 kg/hm²，与CK相比，产量提高了19.55%；试验地DT处理的黄芪产量为8 108.55 kg/hm²，与CK相比，产量提高了21.38%。在黄芪2 a连作种植中，可以通过施肥技术提高黄芪产量，克服黄芪连作种植中产量低的问题。

2.5 不同基肥处理对连作黄芪经济效益的影响

根据市场的需求，不同年限黄芪的市场售卖价格不同，2021年售卖价格为16~17元/kg，2022年售卖价格为16~26元/kg，2023年售卖价格为16~18元/kg，按照黄芪当年产量和市场收购价格，计算不同年限CK组和DT组的总产值和净利润值。结果表明（表5），DT处理的总产值和净利润值均显著高于CK（P<0.05），试验地、示范地1、示范地2的净利润值分别较CK增加了12 779.56、21 879.31、20 095.49元/hm²，净利润值的增幅分别为104.28%、53.80%、35.89%。总产值最大的为示范地2的DT处理，达133 389.52元/hm²，其净利润值达到76 089.52元/hm²，比CK多获得净利润20 095.49元/hm²。

3 结论与讨论

连作障碍产生的主要因素是土壤微生态环境恶化和植物的自毒作用，而土壤微生态环境包括土壤生物环境和土壤理化性质^[14]，改善土壤性质是消减连作障碍的重要举措。合理施肥可以改善土壤条件，从而达到缓解连作障碍的作用^[15]。有机肥含有大量的有机质，施入土壤后可以为作物提供大量的碳源和矿质营养元素^[16]；复合微生物肥料是一种含有大量功能性微生物活菌的新型肥料，兼具化肥的速效性和有机肥的长效性^[17]，2种肥料结合施用，可有效改善土壤条件，调节微生物群落结构，缓解土壤连作障碍，从而使得黄芪的生长、抗病性、品质和产量均有不同程度提高^[18]。本研究中的基肥是采用有机肥和复合微生物肥料替代传统化肥，结果表明，DT处理对黄芪的根长和根粗有促进作用，示范地1的DT处理效果最明显，与CK相比，根长、根粗分别增加了31.62%和36.89%。根长和根粗的增加可能是由于有机肥和复合微生物肥料的施用增加了土壤中的有机质含量，能吸附土壤中的养分，减少养分的流失^[19]，同时为作物提供大量的碳源和其他微生物生长所需的营养物质，促进微生物快速生长，从而提升土壤通透性，使土壤变得更加疏松，调节作物根部生态环境，促进根部生长^[6，10]。王乐等^[20]在研究不同肥料种类对黄芪生长的影响中发现，有机肥+矿物肥+微生物肥（移栽时蘸根）对黄芪根系生长有显著影响。杨炎^[21]研究表明，在连作1年的黄芪土壤中添加微生物有机肥，可以促进黄芪生长，与空白对照相比，微生物有机肥处理的黄芪株高、根长和干质量分别增加了约32.6%、44.3%和32.3%，与本研究结果一致。

本研究中，试验田和示范田DT处理的黄芪产量均高于CK其原因是复合微生物肥料具有化肥速效性的功能，可以在黄芪生长前期提供生长所需营养，因其又具有有机肥的缓效性，在黄芪生长后期，与有机肥共同作用为黄芪提供充足养分，加快黄芪根部生长，同时2种肥料都具有改善土壤理化条件、调节微生物群落结构的作用，可以保持土壤养分供应平衡，促进植物健康生长，有效提高黄芪产量。段媛媛等^[22]研究发现，有机肥能显著增加大黄的根茎鲜质量，有效提高连作大黄的产量。周芳等^[23]在连作白术上施用不同有机肥研究得出，有机肥可促进白术生长，提高白术产量。田露等^[24]研究发现，2 a连作甜菜，施用微生物肥料可以提高甜菜产糖量和产量。可见，在连作土壤中施用有机肥和复合微生物肥料可提高作物的产量。

土壤微生物是土壤生物环境中的重要组成部分，参与地上和地下物质的交换与转化，同时在土壤矿物质、养分转化和循环中起重要作用^[25]。土壤微生物种群由真菌型转变为细菌型是土壤肥力提高的一个标志，病原微生物的严重富集，会导致真菌种类和数量增多、细菌等有益菌群减少、生态系统的稳定性降低、植物的抗病能力下降^[26-27]。根腐病是大多数药材种植过程中所面临的一种防治难度较大的微生物病害，通常田间植株发病率在30%~50%，极大地降低了黄芪产量和品质^[28]。据报道，施用微生物肥料可以提高中药材抗病性^[18]。本研究结果表明，DT处理可以显著降低黄芪根腐病发病率，与CK相比，根腐病降低幅度分别达到42.03%、66.42%、71.69%。栗瑞红等^[4]研究了ETS复合菌剂、多维特抗菌剂（DWTK）、多功能维生素菌剂（WSS）对蒙古黄芪的影响，结果表明，多维特抗菌剂可以有效改善蒙古黄芪根际真菌群落结构，减少病原菌数量，有利于提高连作蒙古黄芪的抗病性，增加蒙古黄芪的生物量。辛中尧等^[29]研究发现，枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）B1、B2菌株对当归、黄芪根腐病具有较好的防治作用，对黄芪根腐病防治效果为41.48%和48.16%，与本研究结果相似。本研究中，复合微生物肥料添加的菌剂为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌的复合菌种，有效活菌数≥5亿个/g。据报道，芽孢杆菌是目前研究较多的具有抗真菌能力的细菌类群^[5]，因此，根腐病发病率降低的原因可能是复合微生物肥料施入土壤后，肥料中芽孢杆菌复合菌种在生长繁殖的过程中，促进有益微生物的增加，使土壤从真菌型土壤向细菌型土壤转变，通过发挥微生物之间的拮抗作用，抑制连作土壤中病原菌的繁殖，从而降低了根腐病的发病率^[23]。

黄芪甲苷和毛蕊异黄酮葡萄糖苷是评价蒙古黄芪质量的重要指标，二者含量的高低也是评价蒙古黄芪品质的重要参数^[30]。本研究中3个不同试验点DT组黄芪中的毛蕊异黄酮葡萄糖苷含量和黄芪甲苷含量均高于CK，且均达到《药典》要求，这与姬丽君等^[31]对蒙古黄芪增施有机肥的研究结果一致，说明施用有机肥能够提高黄芪甲苷和毛蕊异黄酮葡萄糖苷含量、改善黄芪品质。本研究通过在当地不同地貌种类、不同成土母质和土壤质地、不同土壤肥力的3个地点分别开展田间试验，探究基肥处理对2 a连作黄芪的生长、发病率、品质、产量和经济效益的影响，结果表明，基肥施用有机肥和复合微生物肥料可以增加黄芪根长、根粗等生长指标，显著降低黄芪根腐病的发病率，提高黄芪产量，改善黄芪品质，增加经济效益，其效果优于单施化肥处理。

本研究证实了施用有机肥和复合微生物肥料替代化肥，通过增添生物功能菌、碳源养分和矿质营养元素，能够有效缓解和降低连作对黄芪2 a连作的影响，达到提高产量和改善品质的目的，同时还可提高农民在黄芪上的种植经济效益，为解决受连作障碍影响和黄芪种植耕地面积限制等问题提供简单有效的施肥技术方法。本试验在包头市固阳县北纬41°地理生长环境下和黄芪2 a连作条件下完成，该试验示范施肥处理方案是否完全适合多年连作黄芪种植以及是否适合在其他地区连作种植还需进一步研究。

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