半夏连作的障碍效应及其缓解措施初探

马小奇，许宏亮，何志贵，梁宗锁,2， 韩蕊莲,常建平，蔡晓明，王 静

(1.西北农林科技大学 生命科学学院，陕西杨凌 712100；2.浙江理工大学 生命科学学院，杭州 310018；3.甘肃省清水县农业局，甘肃清水 741400)

半夏连作的障碍效应及其缓解措施初探

马小奇1，许宏亮1，何志贵1，梁宗锁1,2， 韩蕊莲1,常建平3，蔡晓明3，王 静3

(1.西北农林科技大学 生命科学学院，陕西杨凌 712100；2.浙江理工大学 生命科学学院，杭州 310018；3.甘肃省清水县农业局，甘肃清水 741400)

通过对重茬地、2 a和4 a前种植过半夏的土壤进行再植，测试半夏的连作障碍效应，以土壤、种茎消毒及撒施重茬肥等措施组成不同组合(A1、A2、A3、A4、A5)处理2 a轮作地土壤进行半夏连作障碍效应的缓解效果测试。统计调查田间农艺性状及产量，测定不同处理下半夏叶片中的叶绿素和块茎中琥珀酸、还原糖、生物碱、可溶性蛋白的质量分数。结果表明，与4 a轮作半夏相比，连作半夏幼苗长势较弱，叶绿素质量分数和产量均显著低于4 a轮作，其块茎中浸出物和琥珀酸质量分数均未达到药典标准，块茎中还原糖、蛋白质和生物碱质量分数最低；2 a轮作处理半夏叶片偏黄，长势依然较差，琥珀酸、还原糖、生物碱、可溶性蛋白质量分数均高于连作，且低于4 a轮作；半夏连作障碍效应的缓解试验结果表明，A4和A5处理下半夏生长状况显著高于对照和其他组处理，其中A5处理半夏块茎琥珀酸、还原糖、可溶性蛋白等有效成分质量分数最高，对半夏的障碍效应缓解效果最佳。

半夏；土壤；连作障碍效应；有效成分；缓解措施

半夏Pinelliaternata(Thunb.)breit.为天南星科(Araceae)半夏属多年生草本植物，为喜阴药用植物，是中药临床常用药[1]。中国半夏资源分布广泛，国内除内蒙、吉林、黑龙江、新疆、青海、西藏外，其余省区均有分布。在甘肃清水地区，因可播种土地面积有限，制约着半夏轮作倒茬栽培，出现半夏的连续种植，逐渐呈现半夏严重的连作障碍。有限的土地资源，加之半夏逐年严重的连作障碍危害，严重制约着半夏的规范化生产，故当地农户为了降低半夏头茬种植带来的危害，一般间隔5 a～7 a为轮作周期，因此当地半夏产量及经济产值大幅下降。目前，对半夏的研究，主要集中于光、水分、不同施肥等措施对半夏生长的影响[2-4]，以及其生物学特性和有效化学成分的分析等方面[5-6]，而在半夏栽培中轮作及其连作障碍效应方面，相关报道尚少。因此，本试验以重茬地、2 a和4 a前种植过半夏的土壤进行再植生物测试，测定其生长状况、产量和品质，探究半夏连作导致的严重障碍效应，以不同处理结合轮作对连作障碍效应的消减为目的，评价不同处理方法在半夏连作障碍效应方面的缓解效果，为进一步克服半夏连作障碍的研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以当地主栽的甘肃省华亭县半夏块茎为材料。

1.2 试验方法

1.2.1 连作障碍效应 于2013年10月-2014年8月在甘肃省清水县永清镇进行连作障碍效应试验，以4 a轮作地(即半夏种植后玉米、马铃薯、西瓜、小麦依次耕作4 a)为对照(CK)，依次选择连作1 a地(半夏重茬地，T1)、2 a轮作地(即半夏种植后玉米、小麦依次耕作2 a，T2)不同处理。以当地主栽的甘肃省华亭县半夏块茎为材料，按农户种植方式，小区试验，小区面积120 m2，重复3次。施农家肥和复合肥，播种前整平地块，耙细，做成4 m×1.5 m的畦块，畦间距50 cm，畦深13 cm，畦底做平，施农家肥、复合肥依次为0.95 kg/m2、83 g/m2，边做畦边播，做前一行畦时先将畦内土翻入下一行畦内，播种完后将土回填，下种量为3 375 kg/hm2，2014-03-26搭建小拱棚，经正常田间管理，2014-08-20采收轮作与连作半夏，测定产量及品质。

1.2.2 半夏障碍效应的缓解 根据半夏连作带来的障碍效应，选择2 a轮作试验地，分别设置5个不同处理：土壤消毒(80%多菌灵水分散粒剂和绿都菌剂1号，分别以体积比为1∶300和1∶150对小区土壤进行喷雾消毒，A1)；浸种消毒(80%多菌灵水分散粒剂500倍液浸泡30 min，再以绿都菌剂1号300倍液浸种30 min，A2)；土壤消毒+浸种消毒(土壤消毒方法同A1，浸种方法同A2，A3)；土壤消毒+浸种消毒+生物肥(在A3方法的基础上，播种前与底肥一起施入抗重茬固体肥0.5 kg/m2，出苗灌水时以体积比1∶10施抗重茬液体肥，A4)；土壤消毒+浸种消毒+遮阴[在A3方法的基础上，于6月25日至8月10日进行遮阴处理(遮阴网密度为45%)，A5]。以空白处理为对照，每个处理播种5个重复小区，于8月22日采收。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 生长指标及产量 于第1次倒苗前(6月5日)测定半夏叶面积、株高、茎粗和繁殖系数生长指标，在8月22日测定密度、产量和折干率。

每小区按5点法选取5处，每个点测定15株，采用叶面积仪测定叶宽和面积，用直尺测定地面到中间小叶基部的株高，游标卡尺测定半夏茎粗；另外于2014年4月取3块不同地的土壤装于直径15 cm、高25 cm盆栽中，取直径为2 cm半夏块茎，每盆均匀点播5颗，每个土样重复10盆，至采收田间半夏时一并采收，以大于1.5 cm的球茎计数，采收的球茎数除以播种数的值为繁殖系数。

密度、产量和折干率：按5点法分别计数每平方米内半夏苗的株数为密度；产量按小畦单收计产，并取样100颗球茎称量后进行去皮烘干之后再称量，并计算其折干率，重复5次，折干率=小区采收块茎干质量/小区采收鲜质量×100%。

1.3.2 叶绿素质量分数 于半夏生长旺盛期(6月5日)，随机采取3块不同年限地的半夏植株叶片，液氮桶带回实验室，参照文献[7]的方法，将叶片剪成0.2 cm×2 cm的碎片，且避开叶脉，称取碎叶片0.2 g放入50 mL试管中，加入0.5 mL纯丙酮和10 mLφ= 80%的丙酮，封口，放入摇床，置黑暗处浸提过夜，至半夏叶碎片发白，浸提液于6 500 r/min下离心5 min，用φ=80%丙酮溶液分别定容至25 mL，各设3次平行，并以φ=80%丙酮为空白，在波长663、645和470 nm处测定提取液吸光度，按Amon[8]法计算叶绿素质量分数。

1.3.3 半夏块茎品质 水溶性浸出物参照中国药典2010年版第1部附录XA采用冷浸法测定水溶性浸出物[1]，采用3，5-二硝基水杨酸比色法[9]测定还原糖质量分数，采用考马斯亮蓝染色法[9]测定可溶性蛋白质量分数，按照电位滴定法[1](附录Ⅷ A)，用盐酸滴定液(0.1 mol/L)滴定，并将滴定的结果用空白试验校正，测定琥珀酸质量分数，每1 mL氢氧化钠滴定液(0.1 mol/L)相当于5.904 mg的琥珀酸(C4H6O4)，利用酸性染料比色法[2]测定总生物碱质量分数。

1.4 数据处理

用Excel 2010对试验数据统计处理，并用SPSS 17.0软件进行因素方差分析，并用LSD检验法分析差异显著性的多重比较。

2 结果与分析

2.1 连作对半夏生长发育的影响

由表1可知，除茎粗无显著差异外，其他形态指标各处理间均呈极显著差异。T1(连作)处理下半夏植株株高、叶面积和密度、繁殖系数、产量、折干率均极显著低于CK，而T2处理半夏株高、叶面积、密度及小畦产量显著优于T1，却极显著弱于CK，介于二者之间，说明半夏连作障碍效应也影响到间隔2 a轮作的第2茬半夏的生长发育及产量。

2.2 连作对半夏叶片光合色素质量分数的影响

由表2可知，T1处理下，叶绿素a质量分数显著低于T2处理和CK，且与CK达极显著差异；T1和T2处理下叶绿素b和类胡萝卜素质量分数无显著差异，显著低于CK。

表1 不同处理下半夏生理生长及产量(±s)Table 1 Physiological growth and yield of the Pinellia ternata under different treatments

表1 不同处理下半夏生理生长及产量(±s)Table 1 Physiological growth and yield of the Pinellia ternata under different treatments

处理Treatment株高/cmPlantheight叶面积/cm2Leafarea茎粗/mmStemdiameter密度/(株/m2)Density繁殖系数Propagationindex小畦产量/kgTuberyield折干率/%DryingrateCK9．230±0．231A26．195±1．898A2．22±0．380a238±12A14．451±1．253A11．010±0．482A41．485±1．540AT15．800±0．313C15．680±2．512C2．16±0．361a98±10C3．283±2．447C1．660±0．890C25．381±1．812CT26．910±0．244B21．050±2．441B2．21±0．319a173±8B9．428±2．018B4．770±0．667B36．620±1．394B

注：差异显著性分析取α=0.05(小写字母表示)和α=0.01(大写字母表示)水平，同一列中含有不相同字母者为差异显著。表2～5同。

Note:The date is treated by the significant difference ofα=0.05(shown in lowercase letters) andα=0.01(shown in uppercase letters) level,the same column with different letters are significantly different.The same as table 2 to table 5.

表2 不同处理下半夏叶片光合色素Table 2 Leaf photosynthetic pigment of Pinellia ternata under different treatments

2.3 连作对半夏块茎中有效成分质量分数的影响

表3显示，连作与轮作下半夏块茎有效成分的质量分数差异明显，T1和T2处理下的块茎生物碱质量分数极显著低于CK；T1处理下块茎水溶性浸出物质量分数极显著低于CK，而T2处理下块茎水溶性浸出物质量分数小于CK，但无显著差异；T1处理的还原糖质量分数、可溶性蛋白质量分数、琥珀酸质量分数比CK降低20.22%、24.69%、23.79%，T2处理下块茎还原糖质量分数、可溶性蛋白质量分数和琥珀酸质量分数与T1、CK无显著差异，可溶性蛋白质质量分数却显著高于T1，说明连作一定程度上抑制有效成分的合成与积累，且这种抑制通过土壤影响到2 a轮作的半夏块茎。

表3 不同处理下半夏块茎中有效成分质量分数Table 3 Active compositions of Pinellia ternatatuber under different treatments g/g

2.4 不同措施对半夏生长发育和产量的影响

不同组合处理对2 a轮作土壤中的半夏植株的生长发育结果(表4)显示：A4、A5处理下的株高和叶面积表现出明显优势，且显著高于CK；茎粗无明显差异；A3、A4、A5处理的半夏密度、产量和折干率均高于A1和A2，且显著高于CK，顺序为A5>A4>A3。说明半夏土壤、块茎消毒与遮阴、重茬肥的组合处理有利于其自身的生长，对2 a间隔年限轮作地的连作障碍也有一定的缓解效果。

表4 不同处理下半夏生长指标及产量Table 4 Growth indexs and yield of Pinellia ternata under different treatments

2.5 不同措施对半夏块茎有效成分质量分数的影响

表5显示，不同处理对半夏块茎有效成分产生一定的影响，其中A4、A5处理浸出物和琥珀酸的质量分数显著高于其他处理和CK，A1、A2处理下的还原糖质量分数和可溶性蛋白质量分数较低，与CK无显著差异；而A5处理下的块茎还原糖、可溶性蛋白和琥珀酸的质量分数最高，高于CK、A2、A3和A4；生物碱质量分数各处理顺序为A4>A3>A2>A1=A5=CK，说明土壤与块茎消毒及生物重茬肥和遮阴有利于半夏生长过程中的有效成分积累，而遮阴处理明显抑制半夏块茎中生物碱的合成。

表5 不同处理下半夏块茎有效成分质量分数Table 5 Active composition mass fraction in Pinellia ternata tuber under different treatments g/g

3 讨 论

本试验中，与CK相比，T1处理下半夏植株变矮、叶片面积缩小，同时由于土传病害等诸多因素的影响使其倒苗严重，密度较对照小58.8%，繁殖系数降至CK的22.7%，小畦产量仅为CK的15.0%，相当于播种量的一半，这与太子参[10]、地黄[11]、当归[12]、附子[13]、三七、丹参[14-15]等药材连作障碍效应的研究结果一致。然而，连作的半夏块茎在后期加工时出现腐烂、折干率低下等现象。对T1处理块茎粉末中有效成分的质量分数测定结果表明，浸出物质量分数低于9.0%，有机酸质量分数不足0.25%，低于国家药典规定[1]，表明连作导致半夏的生长发育受到一定程度的抑制，生长期病虫害频发，采后加工的块茎品质降低。

前人研究发现，间隔1 a～2 a后再种不同于黄瓜、玉米[16-17]等经济作物时，对自身的生长发育及产量影响较小。而T2处理下半夏的生长依然受到影响，其生长状况介于T1和CK之间。T2处理下的半夏倒苗时间较CK提前，生长期的叶绿素质量分数低于CK，一定程度上影响到自身的光合作用，导致地下块茎次生代谢产物的合成减少，这可能是T2处理下块茎中生物碱等有效成分的质量分数低于CK且与T1处理下几乎相持平的原因。T2处理下产量刚好与其播种量相持平，经济产值为负数，说明半夏的连作障碍严重影响较短年限轮作的第2茬半夏的生长和品质。

根据当归、地黄、三七等药材连作障碍机制的研究，针对土传病害、化感效应和微生物种群失衡等原因，选择间隔年限为2 a的地，利用多菌灵等对土壤和块茎消毒，并与遮阴、生物肥等不同措施间进行比较试验，发现A4处理和A5处理表现出较好的缓解效果，即土壤和种茎消毒以后，施入生物重茬肥进行调节养分平衡的同时，也对其根际微生物的分布起到一定的平衡作用，有利于缓解半夏在2 a间隔年限轮作地的连作障碍效应。A5处理的结果同样表明遮阴在夏季高温期有效地减少水分的蒸发，更有利于半夏生长，同时遮阴也有利于其糖成分和蛋白质的合成，但不利于生物碱的合成，这与徐立军[18]在研究林药间作对掌叶半夏生长和质量的影响时得出的结论相符。

综上，作为无性繁殖的半夏药材，其连作障碍效应严重制约其在生产实践中的经济效益，面对半夏的连作障碍难题，缩短半夏的轮作间隔年限与改善其生长环境的有效措施相结合，成为缓解其连作障碍效应最佳手段，有望成为克服半夏连作障碍相关研究发展的趋势。

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(责任编辑：史亚歌 Responsible editor:SHI Yage)

Obstruction Effect of Continuous Cropping onPinelliatemata(Thumb) Breit and Its Mitigation Measures

MA Xiaoqi1,XU Hongliang1,HE Zhigui1,LIANG Zongsuo1,2,HAN Ruilian1, CHANG Jianping3,CAI Xiaoming3and WANG Jing3

(1.College of Life Sciences Northwest A&F University,Yangling Shaanxi 712100,China; 2.School of Life Science Zhejiang Sci-tech University, Hangzhou 310018,China; 3.Qingshui County Agricultural Bureau in Gansu Province,Qingshui Gansu 741400,China)

In order to verify the effect of continuous cropping obstacle inPinelliaternata,P.tematawereplanted in continuous cropping,with 2 and 4 years planting ofPinelliaternata,the biological test of replanted soil was conducted, and thenP.ternatatuber were planted in 2-year rotation soilas treated by disinfection of soil and tuber,also cooperated with cropping fertilizer which be mitigated disorder effects onP.ternata. The agronomic characters and yield were investigated by the field of statistics, and also measured the mass fractions of chlorophyll, acid, reducing sugar, alkaloid and soluble protein ofP.temataweredifferent treatments.The results showed that compared withP.ternataof 4-years rotation, continuous croppingP.ternataseedling was the weakest, and the chlorophyll mass fraction and yield were significantly lower than that of the former. Tuber extracts mass fraction and succinic acid mass fraction of continuous croppingP.ternatadidnot meet the standard of national pharmacopoeia, the mass fraction of sugar, protein and alkaloid was the lowest; The leaf of 2-year rotation ofP.ternatawere yellow and the growing condition was still not good.The mass fractions of chlorophyll, succinic acid, reducing sugars, alkaloids and soluble protein in 2-year rotationwere lower than the treatments of 4-year rotation, higher than that of continuous cropping; The test on mitigating continuous cropping obstacle ofP.ternataresults showed that the treatments of A4 and A5 processing pinellia tuber growth condition was significantly higher than that of the control and other groups.For the effective mass fractions of succinic acid, reducing sugar, soluble protein, A5 processing pinelliwas the highest,so it had the best effect on continuous cropping obstacle ofP.ternata.

Pinelliatemata; Soil;Effect of continuous cropping obstacle;Active constituents; Mitigation

MA Xiaoqi,male,master student. Research area:development and utilization of medicinal plant resources.E-mail:maxiaoqi2012@163.com

LIANG Zongsuo,male，professor,doctoral supervisor.Research area:the theory and technology of the cultivation of Chinese herbal medicine.E-mail:liangzs@ms.iswc.ac.cn

2016-01-08

2016-01-23

天水市科技支撑计划；国家科技部“十二五”科技支撑项目(2015BAC01B03)。

马小奇，男，硕士生，从事药用植物资源开发与利用研究。E-mail:maxiaoqi2012@163.com

梁宗锁，男，教授，博士生导师，主要从事中草药规范化栽培的理论与技术研究。E-mail:liangzs@ms.iswc.ac.cn

日期：2016-12-20

R282.2

A

1004-1389(2017)01-0048-06

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20161220.1640.012.html

Received 2016-01-08 Returned 2016-01-23

Foundation item Science and Technology Support Plan Item of Tianshui City;“12th Five-year” Pillar Ministry of Science and Technology(No.2015BAC01803).