生物炭配施化肥對圓齒野鴨椿果實產量及品質的影響

李金燃, 李俊偉, 阮學瑞, 練芳松, 陳淑穎, 鄒雙全

(1.福建農林大學林學院,福建 福州 350002;2.南平市延平區東坑林業站,福建 南平 353000;3.自然生物資源保育利用福建省高校工程研究中心,福建 福州 350002;4.寧德市林業科研與技術推廣中心,福建 寧德 352000;5.福建省洋口國有林場,福建 南平 353200)

圓齒野鴉椿(Euscaphiskonishii)是省沽油科(Staphyleaceae)野鴉椿屬(Euscaphis)植物,在我國主要分布于福建、江西、廣東、海南,是藥賞兩用的珍稀野生植物。圓齒野鴉椿全株富含酯類、三萜類、黃酮類、鞣花酸類及有機酸類等化合物[1],具有消炎、抗肝纖維化[2]、鎮痛、抑制脂肪堆積、抑菌及抗癌等作用[3-5],是我國南方傳統的民間藥用植物[6]。同時,圓齒野鴉椿果實鮮艷且掛果期長,觀賞價值高,在園林上被廣泛運用。但圓齒野鴉椿自然更新能力較弱,天然種群在急劇減少[4];人工林果實產量低、品質參差不齊。因此,有必要提高圓齒野鴉椿人工林的產量和品質,以滿足日益增長的市場需求?？茖W施肥有利于圓齒野鴉椿生長和營養物質的積累。黃銘星等[7]研究表明,施用人工菌劑對圓齒野鴉椿生長和生理指標有一定的促進作用;嚴洪[8]、練芳松[9]研究表明,施肥可以改善圓齒野鴉椿1、2年生幼苗的生長特性,優化苗木生長指標,提高果實產量及藥用品質。

生物炭的有機碳含量高、吸附能力強,可以存續土壤有機質、速效磷以及速效鉀等元素,從而改善土壤營養環境,提高作物產量[10-12]。陳海浪等[13]研究表明,配施生物炭可以改善土壤細菌的群落結構和功能,促進水稻生長;姜梓漁[14]研究表明,施用生物炭可有效增加花生葉面積,提高產量和品質;劉小月等[15]研究表明,生物炭配施有機肥可顯著促進早作燕麥生長,提高水分利用效率和產量。目前,尚未見有關生物炭對圓齒野鴉椿生長影響的報道。因此,本試驗利用生物炭與4種化肥配施,測定生物炭配施對4年生圓齒野鴉椿果實產量與品質的影響,以探索適宜的施肥方案。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地設在三明市沙縣夏茂鎮紅豆苗業專業合作社苗圃(117°41′11″E ,26°34′39″N ),海拔180～221 m,屬中亞熱帶海洋性季風氣候,年均氣溫17.6 ℃,年均降雨量1 675 mm,年均日照時數1 878 h。試驗地共0.33 hm2,試驗對象為4年生圓齒野鴉椿實生苗。施肥前樣地土壤基本理化性質如下:pH值為5.09,堿解氮、有效磷、速效鉀、全磷、全鉀含量分別為38.62、76.53、14.28、0.75、0.09 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

采用5因素3水平L18(35)正交試驗設計[16-17],設置18個配施處理,以未施肥處理為對照(CK)。每個處理設3個重復,每個重復2棵樹。選擇生長一致、健康的幼樹,株間距2 m×2 m,共114棵樹。供試生物炭為木炭,氮肥為尿素,磷肥為過磷酸鈣,鉀肥為KCl,多元微肥“巴斯夫望秋”含Fe≥3.00%、B≥1.00%、Zn≥5.00%、Mo≥0.10%、Cu≥1.00%、Mn≥1.00%。沿樹冠兩側滴水線環狀溝施肥料,深30～40 cm。具體肥料成分與施肥方式見文獻[17]。施肥水平及用量見表1、表2。

表2 各處理編號及配方施肥組合Table 2 Numbering and formula of each treatment

1.3 指標測定

1.3.1 果實產量 于2019年9月底,各處理分別選取生長一致的3株平均木,收集所有的果實,并分出果皮和種子。使用電子秤稱質量,計算果皮和種子的平均產量,精度0.01 kg。

1.3.2 藥用品質 測定產量后,將果皮和種子放入105 ℃烘箱中殺青15 min,80 ℃烘干至恒質量,用于總黃酮、總三萜含量及含油率的測定。果皮總三萜類化合物含量測定采用香草醛—冰醋酸法[18];總黃酮類化合物含量測定采用蘆丁對照法[18];種子含油率的測定采用回流提取法[19]。種子油產量=種子產量×種子含油率。

1.4 數據處理

采用Excel 2022整理試驗數據,采用SPSS 27.0進行單因素方差分析,用鄧肯法進行多重比較和差異顯著性檢驗(P≤0.05);用皮爾遜相關系數表示相關性。

2 結果與分析

2.1 生物炭配施化肥對圓齒野鴉椿產量的影響

圓齒野鴉椿不同施肥處理的果實產量見表3。其中,T8處理的果皮和種子產量都最高,分別為1 527.33、103.24 kg·hm-2,都是CK的10.55倍,表明適當的配方施肥能有效提高圓齒野鴨椿的果皮和種子產量。比較各因素的極差R值(表4)表明,對果皮產量的影響程度依次為:鉀肥>微肥>生物炭>氮肥>磷肥,對種子產量的影響程度依次為:鉀肥>微肥>生物炭>氮肥>磷肥。從表4還可見,當生物炭施用量處于高水平時,果皮和種子產量最高,說明高水平生物炭施用量更有利于果皮和種子產量的提高。

表4 不同施肥處理下圓齒野鴉椿果實產量及藥用品質的極差分析1)Table 4 Range analysis of fruit yield and medicinal quality of E.konishii under different fertilization treatments

2.2 生物炭配施化肥對圓齒野鴉椿品質的影響

2.2.1 種子含油率 由圖1A可見,各處理中T2種子含油率最高,T8處理次之,分別為20.68%、19.71%,是CK的1.26、1.21倍。由圖1B可見,T2、T4、T7、T8處理的種子油產量顯著高于CK,T8處理最高(20.40 kg·hm-2),是CK的12.67倍。以上表明,適當的配方施肥能有效提高種子含油率。比較各因素的極差R值(表4)表明,對種子含油率的影響程度依次為:氮肥>鉀肥>磷肥>生物炭>微肥,對種子油產量的影響程度依次為:鉀肥>氮肥>生物炭>磷肥>微肥。從表4還可見,種子含油率和種子油產量隨著生物炭施肥水平提高呈現先減后增趨勢。高生物炭、高過磷酸鈣和中等KCl復配的T8處理的果皮產量、種子產量、種子油產量最高,種子含油率僅次于T2處理。

A.種子含油率;B.種子油產量。不同小寫字母表示各處理間差異顯著(P<0.05)。圖1 生物炭配施化肥對圓齒野鴉椿種子含油率和種子油產量的影響Figure 1 Effect of biochar amendment combined with chemical fertilizer on kernel oil content and oil yield of E.konishii

2.2.2 總黃酮、總三萜含量 從圖2A可見,各處理的果皮總黃酮含量差異明顯,T6、T8、T12、T16處理的果皮總黃酮含量高于CK,其中T8含量最高,是CK的1.18倍。從圖2B可見,施肥對圓齒野鴉椿果皮總三萜含量具有明顯促進作用,其中T5、T6、T7、T8、T9、T11、T13、T15處理下果皮總三萜含量明顯增加,T13處理最為顯著,總三萜含量為48.42 mg·g-1,是CK的1.21倍。比較各因素的極差R值(表4),對果皮總黃酮含量的影響程度依次為:磷肥>微肥>生物炭>鉀肥>氮肥,對果皮總三萜含量的影響程度依次為:生物炭>微肥>鉀肥>磷肥>氮肥。

綜上分析,施肥會影響果皮總黃酮含量,選擇合適的施肥配比會促進果皮總黃酮含量的升高,T8處理最適于提高果皮總黃酮含量;施肥對果皮總三萜含量也具有促進作用,T13處理對果皮總三萜含量的提高最為顯著。生物炭對果皮總三萜含量影響較大,果皮總三萜含量隨生物炭水平提高呈現先增后減趨勢,且中等水平生物炭更適合果皮總三萜含量的提高。

2.3 相關性分析

進一步對圓齒野鴉椿果實產量、藥用指標進行相關性分析(表5)表明,果皮產量與種子產量均呈極顯著正相關;種子含油率與果皮產量和種子產量呈極顯著正相關,即產量越高、含油率越高;種子油產量與果皮產量、種子產量及種子含油率呈極顯著正相關。

表5 圓齒野鴉椿果實產量與品質指標的相關性分析1)Table 5 Correlation analysis on fruit yield and quality-related indexes of E.Konishii

2.4 隸屬函數分析

因測量指標較多,且大部分指標具有一定的相關性,無法說明哪個處理是圓齒野鴉椿的最佳施肥模式。因此,采用模糊數學隸屬函數進一步分析。隸屬平均值越大,證明該處理綜合效果越好。隸屬函數公式為:U(Xi)= (Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin),反隸屬函數公式為:U(Xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)。式中:U(Xi)為第i項指標隸屬函數值,Xi為第i項指標的測定值,Xmin、Xmax分別為所有參試樣本第i項指標的最小值和最大值。各指標隸屬函數值如表6所示,其中T8處理的隸屬函數平均值最大,為0.55。說明T8處理為該試驗的最適配施,其施肥模式為:C3N2P3K2W1,即生物炭120.0 g·株-1、氮肥54.5 g·株-1、磷肥89.3 g·株-1、鉀肥33.0 g·株-1、微肥稀釋2 000倍。

表6 圓齒野鴨椿果實產量與品質指標的隸屬函數值Table 6 Subordinate function values of fruit yield and quality-related indexes of E.konishii

3 討論與結論

生物炭配施化肥可以顯著提高化肥的利用率,減少化肥流失。本試驗在氮、鉀、微肥為高水平時,圓齒野鴉椿果實產量降低,說明過施氮、鉀、微肥不利于圓齒野鴉椿果實生產,與李永閑等[20]對輪臺白杏果實的研究結論相一致。Asai et al[21]研究表明,生物炭配施可以顯著提高土壤肥力,促進水稻對氮、磷、鉀肥的吸收與利用,進而提高其產量。本試驗中,高生物炭、高磷與中等水平氮、鉀、微肥配施的T8處理有利于提高圓齒野鴉椿的果實產量,進而也相對提高果皮、種子和油產量。圓齒野鴉椿掛果期在3～4年,本試驗供試林分處于初果期,因此部分處理的果實產量不高,但各處理果實、果皮、種子和油產量趨勢基本一致,T4、T6、T7、T8處理顯著高于CK,其氮肥、鉀肥施用量為中低水平。T2、T8處理種子含油率顯著高于CK,其余處理效果不明顯。

生物炭配施后圓齒野鴉椿果皮的總三萜含量總體均高于CK;在生物炭配施量不變的情況下,隨著氮肥的增施,總黃酮與總三萜含量呈先上升后下降的趨勢,這與過量施肥造成植物藥用成分含量降低的結果[21-22]相一致。T8、T13等處理總黃酮、總三萜含量顯著高于CK,其余處理增加不顯著,說明T8處理是提高總黃酮與總三萜含量的最適配方。

通過隸屬函數分析表明,T8處理的隸屬函數平均值最大,且產量與藥用品質均較好,是圓齒野鴉椿最適配施方案。T8處理施生物炭120.0 g·株-1,并配施54.5 g·株-1氮肥、89.3 g·株-1磷肥、33.0 g·株-1鉀肥和稀釋2 000倍的微肥。本試驗結果可供圓齒野鴨椿人工林經營參考,實踐中可根據不同的藥用需求調整配施方案。