一种将有机肥与化肥结合施用的白术提产增质方法
技术领域
本发明属于白术种植技术领域，具体涉及一种将有机肥与化肥结合施用的白术提产增质方法。
背景技术
白术(Atractylodes macrocephala Koidz.)是菊科苍术属植物，以根茎入药，为我国常用大宗中药材品种，已有2000多年的种植历史，素有“十方九术”和“南术北参”之称，被誉为健脾补气第一要药。其主要药效成分白术内酯I、II和III具有抗氧化、去炎症、抗突变和抗肿瘤的作用。
硒(Selenium,Se)是人体必需的营养元素，对维护身体健康具有重要作用，日常摄入适量的硒可以抵御心脑血管疾病、克山病和关节炎等病症，还具有抗衰老、增强机体免疫力以及预防癌症的功效。硒虽然没有被认定为植物必需的营养元素，但越来越多的研究表明，适量的硒有利于促进植物生长发育，增强其抗氧化能力和缓解逆境胁迫，并具有拮抗重金属的效果。因此，合理利用硒肥有利于植物生长和富硒农产品的开发。
有机肥具有较强阳离子代换能力，能显著提高养分利用率，加速土壤团聚体形成，改善土壤理化性质。土壤一般处于碳缺乏环境，有机肥含有大量的有机质，能矿化分解为碳和其他微生物生长所需的营养物质，进而提高土壤pH、微生物多样性和活性，施用有机肥或有机无机配施能显著提高作物产量和果实品质。前期研究表明，有机肥替代部分化肥是培肥土壤和减肥增效主要途径之一。合理使用有机肥替代部分化肥施用可有效提高白术产量，并改善土壤生态环境，同时能够降低化肥的施用量。而生物有机肥特别添加有益微生物，能够快速改善土壤微生态环境，提高土壤肥力。
目前在白术等作物的种植中，我国大多数农民为了追求作物产量，滥施化肥和农药，导致土壤酸化、水体污染和土壤微生态结构失衡等问题，不利于提升白术的产量与质量。因此有必要开发一种将有机肥与化肥结合施用的白术提产增质方法，以期为白术生态健康栽培和促进中药材产业可持续发展提供科学依据和技术支撑。
发明内容
本发明针对现有技术中大量施用单一化肥、滥施农药降低白术产量和品质的弊端，提供一种将有机肥与化肥结合施用的白术提产增质方法，该方法通过施用有机肥来替代部分化肥，并在白术的不同生产时期喷洒外源硒肥和生防药剂，能够显著增加白术根际土壤养分，提升白术的产量和质量。
本发明的发明目的是通过以下技术方案实现的：一种将有机肥与化肥结合施用的白术提产增质方法，依次包括减肥增效、外源施硒和抑病促生三个步骤，
所述减肥增效为：在白术种苗移栽前10天翻耕土壤，施用基肥，基肥为有机肥和化肥结合施用，以有机肥和化肥中的氮、磷、钾元素计算，施用的有机肥中氮、磷、钾元素总和占总施用肥料中氮、磷、钾元素总和的10～30％，施用的化肥中氮、磷、钾元素总和占总施用肥料中氮、磷、钾元素总和的70～90％；所述减肥增效是指在保持氮磷钾养分投入不变的情况下使用生物有机肥替代部分化肥，能减少化肥施用，可有效改善土壤理化性质和维持土壤微生物群落结构平衡。由于有机肥中的氮磷钾养分释放速度较慢，如果有机肥的替代比例过高，可能导致白术前期生长因缺乏养分而营养不良，同时投入成本较高。如果替代比例过低则无法到到培肥土壤和减肥增效的目的。
所述外源施硒为：在白术生长的苗期、蕾期和花期，于早晨或者傍晚喷施外源硒肥。适量施硒有利于植物生长发育，可增强其抗氧化能力和缓解逆境胁迫，并且可以减少部分白术病虫害的发生。
所述抑病促生为：在白术抽薹期喷淋新特锐菌水溶液，在白术根茎膨大期喷淋枯草芽孢杆菌水溶液。新特锐菌剂是安全无毒无污染的微生物制品，含有专利保护特意活性菌株，在白术抽薹期喷淋新特锐菌水溶液可在白术根系快速生长，形成生物保护膜，帮助白术低于致病菌侵袭，并且能够分解释放原本土壤中固定态不易释放的营养元素，促进营养平衡，同时微生物活动还可以提供多种促生长物质，如活性酶、生长素和抗病素等不断供白术吸收和利用，从而促进白术茁壮生长。枯草芽孢杆菌在菌体生长过程中产生的枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素、短杆菌肽等活性物质，这些活性物质对致病菌或内源性感染的条件致病菌有明显的抑制作用，在白术根茎膨大期喷淋枯草芽孢杆菌水溶液的可显著降低白术白绢病、根腐病和叶斑病等病害，同时还能够分泌促进白术生长的活性物质，使白术叶片浓绿肥厚，提高其免疫力，发酵过程中产生多种氨基酸，对白术生长具有显著的促进作用，从而达到提产增质的效果。
作为优选，所述化肥包括氮肥、磷肥、钾肥，其中，氮肥选用含有效N量50％的尿素，磷肥选用含有效P2O512％的过磷酸钙，钾肥选用含有效K2O50％硫酸钾。
作为优选，所述基肥中氮、磷、钾的施用量需要根据以下公式进行计算：基肥中所需元素的施用量＝目标产量下白术需肥量-耕层土壤中有效养分含量。即基肥用氮元素的施用量＝目标产量下白术氮元素需肥量-耕层土壤中氮元素含量；
基肥用磷元素的施用量＝目标产量下白术磷元素需肥量-耕层土壤中磷元素含量；
基肥用钾元素的施用量＝目标产量下白术钾元素需肥量-耕层土壤中钾元素含量。
作为优选，所述有机肥为生物有机肥，有机质含量≥42％，枯草芽杆菌数量≥0.5亿/g。
作为优选，所述外源硒肥为硒酸钠或亚硒酸钠水溶液，每次的施用量为16～24mg·m-2。外源硒肥施用量过少会导致效果欠佳，施用过量则会产生毒害。
作为优选，所述新特锐菌水溶液由新特锐菌可湿性粉剂配制而成，所述新特锐菌可湿性粉剂有效成分为哈茨木霉T-22孢子，其有效活菌数≥6亿/g，喷淋浓度为2000～3000倍液。新特锐菌水溶液施用浓度过低会导致效果欠佳，使用过量则会导致成本大幅增加，甚至产生副作用。
作为优选，所述枯草芽孢杆菌水溶液由诺丰可湿性粉剂配制而成，所述诺丰可湿性粉剂有效成分为Bacillus subtilis NBF-809，其有效活芽孢数≥1000亿/g，脂肽抗生素含量≥1％，喷淋浓度为600～1200倍液。试验表明，枯草芽孢杆菌600～1200倍液对党参促生效果和病害的防治效果较为显著，枯草芽孢杆菌水溶液喷淋浓度过低达不到预期效果，喷淋浓度过高可能产生副作用，且成本大大增加。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：采用本发明的技术方案，能促进白术生理生长，显著活化白术根际土壤养分，提高白术产量，产量最高增幅达到121.7％。本发明还可以显著增加白术有效成分白术内酯I、白术内酯II、白术内酯III和总内酯的含量，白术总内酯最高增幅达23.1％。实施本发明可有效提升白术药材的产量和品质，缓解白术种植过程中化肥和农药滥施滥用的现象，有效提高白术药材的经济效益，促进白术产业快速发展。
附图说明
图1为实施例1-5中不同处理对白术株高、SPAD、产量和总硒含量影响的对比图；
图2为实施例1-5中不同处理对白术根际土壤养分影响的对比图；
图3为实施例1-5中不同处理对白术内酯含量影响的对比图；
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
实施例1
本实施例于2017年12月在湖北省农业科学院中药材研究所试验基地恩施州咸丰县小村乡李子溪村(108°54'51″E,29°53′5″N，海拔832米)。具有北亚热带温润性季风气候特征，年均降雨量为1400～1600mm，年均温度12～14℃，无霜期225-260天，年日照时数1062小时。试验地为灰色沙壤土，耕层土壤(0～20cm)有机质34.87g·kg-1，碱解氮68.39mg·kg-1，速效磷52.32mg·kg-1，速效钾145.61mg·kg-1，pH为4.65。
本实施例为对照实施例，本实施例代号为CK，具体操作如下：
常规施肥：按照白术目标产量为200kg(干重)/667m2，根据白术氮、磷、钾需求量(张美德,吴德洲,艾伦强,王华,何银生.白术氮、磷、钾营养吸收分配规律研究[J].中药材,2016,39(03):469-472.)和耕层土壤中有效氮、磷、钾含量，计算出基肥中氮、磷、钾的施用量分别为施用含有效N量50％的尿素600kg·hm-2，含有效P2O512％的过磷酸钙1245kg·hm-2，含有效K2O50％的硫酸钾270kg·hm-2。
喷施清水：在白术生长的苗期、蕾期和花期喷施清水。
喷施清水：在白术抽薹期和根茎膨大期喷施清水。
其他生产管理按照传统习惯进行。
实施例2
实施例2与实施例1位于同一试验基地进行，本实施例代号为OM，具体操作如下：
减肥增效：在实施例1中常规施肥的基础上，保持氮磷钾养分投入不变的情况下，使用生物有机肥替代30％化肥作为基肥，即施用生物有机肥3700kg·hm-2，亩施尿素420kg·hm-2，过磷酸钙871.5kg·hm-2，硫酸钾189kg·hm-2作为基肥。施用的有机肥中，有机质含量42％，N+P2O5+K2O＝4.5％，枯草芽杆菌数量0.5亿/g。
喷施清水：在白术生长的苗期、蕾期和花期喷施清水。
喷施清水：在白术抽薹期和根茎膨大期喷施清水。
其他生产管理与实施例1保持一致。
实施例3
实施例3与实施例1位于同一试验基地进行，本实施例代号为OM+16Se，具体操作如下：
减肥增效：在实施例1中常规施肥的基础上，保持氮磷钾养分投入不变的情况下，使用生物有机肥替代20％化肥作为基肥。即施用生物有机肥2220kg·hm-2，亩施尿素480kg·hm-2，过磷酸钙996kg·hm-2，硫酸钾216kg·hm-2作为基肥。施用的有机肥中，有机质含量45％，N+P2O5+K2O＝5.0％，枯草芽杆菌数量1亿/g。
喷施硒肥：在白术生长的苗期、蕾期和花期均喷施16mg·m-2(以硒元素计)的硒酸钠溶液。
抑病促生：在白术抽薹期喷淋新特锐菌2000倍液，根茎膨大期喷淋枯草芽孢杆菌1200倍液，喷施量均为100mL/m2。
其他生产管理与实施例1保持一致。
实施例4
实施例4与实施例1位于同一试验基地进行，本实施例代号为OM+20Se，具体操作如下：
减肥增效：在实施例1中常规施肥的基础上，保持氮磷钾养分投入不变的情况下，使用生物有机肥替代10％化肥作为基肥。即施用生物有机肥1009kg·hm-2，亩施尿素540kg·hm-2，过磷酸钙1120.5kg·hm-2，硫酸钾243kg·hm-2作为基肥。施用的有机肥中，有机质含量46％，N+P2O5+K2O＝5.5％，枯草芽杆菌数量1.5亿/g。
喷施硒肥：在白术生长的苗期、蕾期和花期均喷施20mg·m-2(以硒元素计)的亚硒酸钠溶液。
抑病促生：在白术抽薹期喷淋新特锐菌2500倍液，根茎膨大期喷淋枯草芽孢杆菌900倍液，喷施量均为100mL/m2。
其他生产管理与实施例1保持一致。
实施例5
实施例5与实施例1位于同一试验基地进行，本实施例代号为OM+24Se具体操作如下：
减肥增效：在实施例1中常规施肥的基础上，保持氮磷钾养分投入不变的情况下，使用生物有机肥替代10％化肥作为基肥。即施用生物有机肥925kg·hm-2，亩施尿素540kg·hm-2，过磷酸钙1120.5kg·hm-2，硫酸钾243kg·hm-2作为基肥。施用的有机肥中，有机质含量48％，N+P2O5+K2O＝6.0％，枯草芽杆菌数量1.8亿/g。
喷施硒肥：在白术生长的苗期、蕾期和花期均喷施24mg·m-2(以硒元素计)的亚硒酸钠溶液。
抑病促生：在白术抽薹期喷淋新特锐菌3000倍液，根茎膨大期喷淋枯草芽孢杆菌600倍液，喷施量均为100mL/m2。
其他生产管理与实施例1保持一致。
为了进一步了解每一个实施例的具体效果，对采用实施例种植的白术以及种植后的土壤进行测定，测定具体项目及数据如下：
对实施例1-5中，在白术现蕾期对每个实施例的每个区块随机挑选15株白术，选取茎梢往下的第三轮叶片，每株一枚，测定叶片形态特征、SPAD值以及株高。2018年10月现场进行测产采收，采用抖根法收集白术根际土壤，带回室内阴干，用于测定土壤养分含量。白术块茎洗净后切片，置于50℃烘箱中烘至恒重，粉碎后用于总硒含量测定。
白术株高采用钢卷尺测定,新鲜叶片叶面积采用作物叶片形态测量仪(YMJ-C，浙江托普云农科技股份有限公司)测定；叶绿素相对含量(SPAD)采用叶绿素仪(TYS-A,浙江托普云农科技股份有限公司)测定；叶片干重采用千分之一天平(Sartorius，BSA223S)称量；白术总硒含量使用HNO3–HClO4消煮法测定。白术内酯采用HPLC-DAD波长切换法测定。
土壤养分测定指标包括有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量，参考鲍士旦的《土壤农化分析》进行。有机质含量采用重铬酸钾氧化还原滴定外加热法测定；碱解氮含量采用NaOH碱解扩散法测定；速效磷含量采用0.03mol·L-1NH4F-0.025mol·L-1HCl浸提-钼蓝比色法测定；速效钾含量采用醋酸铵浸提-火焰光光度计法测定。
参照下面的方法计算白术对外源硒的生理和生长响应指数(physiology andgrowth response index，PGRI)，即：
式(1)中：C为对照值；T为处理值。当PGRI＞0，表示对某一生理生长指标具有促进作用；PGRI＝0，表示没有影响；PGRI＜0，表示具有抑制作用，绝对值的大小表示作用强度。
综合效应(comprehensive effect，CE)使用白术正向生理生长指标的PGRI的算术平均值表示，即：
CE＝(PGRI1+PGRI2+PGRI3+…+PGRIn)/n (2)
式(2)中：CE＞0表示具有促进作用,值越大表明促进作用越强；CE＝0表示没有影响(相对)；CE＜0表示具有抑制作用，绝对值越大表明抑制作用越强。
针对测定到的数据，采用Excel 2007、SPSS 20.0软件对数据进行统计分析和单因素方差分析(one-wayANOVA)，并用新复极差法(Duncan)进行多重比较(α＝0.05)。使用Pearson法对白术生理生长性状及土壤理化性质间的相关性进行分析。采用主成分分析法对影响白术生理生长性状的土壤理化性质进行PCA排序。利用Origin 8.5和Canoco 5.0软件作图。图表中数据均为平均值±标准偏差。
以下为实施例1-5中，得到不同处理的各项测定数据以及结论：
从表1可以看出，与CK相比，OM、OM+16Se、OM+20Se和OM+24Se处理的叶面积显著增加，增幅分别为12.3％、25.3％、22.5％和10.4％。所有处理对白术叶周长、叶长和叶宽无显著影响。OM+16Se和OM+20Se处理显著增加白术叶片干重，增幅分别为10.8％和13.0％。OM+16Se处理显著增加白术叶片比叶面积，增幅为13.0％。OM+16Se和OM+20Se处理显著降低白术叶片叶长宽比，降幅分别为15.6％和18.4％。可见，有机肥替代部分化肥和有机肥替代部分化肥结合喷施硒肥均会显著改变白术的叶功能性状。
表1不同处理对白术叶片性状的影响
注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同
如图1所示，采用实施例1-5中不同处理对白术株高和叶绿素相对含量无显著影响。OM、OM+16Se、OM+20Se和OM+24Se处理相比于CK分别增产1100kg·hm-2、3589kg·hm-2、2706kg·hm-2和1922kg·hm-2，增幅分别达到37.3％、121.7％、91.7％和65.2％。CK和OM处理硒含量没有显著差异，外源喷施硒肥后，白术硒含量显著增加，且喷施硒浓度越高，白术硒含量越高。OM+16Se、OM+20Se和OM+24Se处理白术硒含量分别为0.98mg·kg-1、1.94mg·kg-1和3.12mg·kg-1，均达到富硒农产品的标准(Se≥0.2mg·kg-1，DBS42002-2014湖北省食品安全地方标准富有机硒食品硒含量要求)。
如图2所示，相比于CK处理，OM、OM+16Se、OM+20Se和OM+24Se处理的土壤有机质含量显著增加，增幅分别为20.4％、20.4％、21.6％和18.1％；碱解氮含量显著增加，增幅分别为33.1％、35.2％、33.1％和26.3％；四个处理的土壤有机质和碱解氮含量相互之间差异不显著。OM、OM+16Se、OM+20Se和OM+24Se处理的土壤速效磷含量显著高于CK，增幅分别为65.0％、30.5％、55.0％和39.7％，其中以OM处理的速效磷含量最大且显著高于其他处理。与CK相比，OM、OM+16Se、OM+20Se和OM+24Se处理的土壤速效钾含量显著增加，增幅分别为13.6％、22.2％、35.2％和33.0％。
如表2所示，不同处理下白术的生理生长响应指数和综合效应存在差异，OM、OM+16Se、OM+20Se和OM+24Se处理对白术叶面积、叶干重、比叶面积、叶绿素、株高和产量均具有促进作用，但促进作用大小不同。从综合效应来看，OM+16Se处理对白术生长的促进作用最强，CE为0.171，其次为OM+20Se和OM+24Se，CE分别为0.153和0.108。随着喷施硒肥浓度的提升，外源硒肥对白术生长的促进作用呈现先上升后下降的趋势，说明喷施适量的硒肥对白术生长具有促生作用，过量喷施硒肥后促进作用减弱。
表2不同处理对白术生理生长的综合效应
不同处理对白术内酯含量的影响见图3，相比于对照处理，OM+16Se处理显著增加白术内酯I和白术内酯II的含量，增幅分别为21.1％和27.8％。OM和OM+16Se处理显著增加了白术内酯III含量，增幅分别为14.8％和21.6％。OM+16Se和OM+20Se处理显著增加白术总内酯含量，增幅分别为23.1％和16.2％。
综上可知，有机肥替代部分化肥结合喷施适量硒肥(16mg·m-2)能够显著促进(CE>0)白术的生长，主要表现为白术叶面积、叶干重和比叶面积等功能性状提升，产量显著提高。外源施硒肥对白术幼苗生理生长的影响呈现低浓度促进，高浓度抑制的现象。本研究在有机肥替代部分化肥的基础上喷施外源硒肥，发现其作用效果与单施硒肥类似，并且能够强化有机肥对白术的促生效果。喷施16mg·m-2时，其对白术的促生效果最强，当喷施20mg·m-2以上的硒时，其对白术生长的促进作用减弱，以喷施24mg·m-2硒肥的促进效果下降最为明显。说明喷施外源硒肥可以强化有机肥对白术的促生作用，但仍然表现出典型的剂量效应。研究还表明，所有喷施外源硒肥的处理，白术硒含量均达到富硒农产品标准，说明喷施外源硒肥是生产富硒白术药材的有效途径。
土壤和植物是生态系统中的重要组成部分，两者相辅相成，互相影响。根际土壤是植物根系及其分泌物与土壤直接接触的区域，也是土壤微生物与植物相互作用的重要场所。根际土壤养分作为植物养分吸收的直接来源，其养分含量的变化直接影响作物的生理代谢过程，进而影响作物生长。相关性分析表明，白术产量与根际土壤有机质、碱解氮和速效钾含量均呈极显著正相关关系，说明白术的生长与土壤养分含量密切相关。有机肥替代部分化肥后白术根际土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量显著增加。有机质含量增加是由于有机肥含有大量有机质输入到土壤所致；而碱解氮、速效磷和速效钾含量提升是由于有机肥具有较强的离子代换能力，活化了土壤中的氮磷钾所致。相比于有机肥替代部分化肥处理，有机肥替代部分化肥结合喷施外源硒肥对白术根际土壤中的有机质和碱解氮含量没有显著影响，但显著降低了速效磷含量。有机肥替代部分化肥结合喷施外源硒肥也显著增加了白术根际土壤的速效钾含量，说明有机肥替代部分化肥或有机肥替代部分化肥结合喷施外源硒肥均能活化土壤养分，促进白术生理生长，并以有机肥结合喷施外源硒肥效果更佳，这表明在白术种植过程中，使用有机肥替代部分化肥并结合喷施外源硒肥将有利于提高白术产量。
综上可知，有机肥替代部分化肥或有机肥替代部分化肥结合喷施适量外源硒肥均能促进白术生理生长，提高白术产量，并以施用有机肥结合喷施外源硒肥的效果更佳，且喷施的外源硒浓度为16mg·m-2时，对白术的促生效果最好。
应该理解，在本发明的权利要求书、说明书中，所有“包括……”均应理解为开放式的含义，也就是其含义等同于“至少含有……”，而不应理解为封闭式的含义，即其含义不应该理解为“仅包含……”。
文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
