椒参轮作缓解土壤酸化的效应

魏丹 赵立 蒋静怡 贺潇宇 庞文生 胡娟

摘 要：目的：比较太子参与辣椒轮作前后土壤pH值和酚酸类物质的变化，探讨椒参轮作对土壤酸化的影响。方法：将风干的土壤样品与去除CO2的超纯水按2∶5的比例混合均匀，检测pH值;碱提酸沉后采用乙酸乙酯萃取法提取土壤样品中酚酸类物质，高效液相色谱法（HPLC）测定酚酸类物质指纹图谱。结果：太子参连作后，土壤pH值降低，酚酸类物质增加;与辣椒轮作后，土壤pH值相对提高，且酚酸类物质减少。结论：椒参轮作对太子参种植土壤酸化有一定的改善作用。

关键词：太子参;轮作;酚酸;土壤酸化

中图分类号 S156.6文献标识码 A文章编号 1007-7731（2021）01-0127-04

The Effect of Rotation of Pepper and Pseudostellaria heterophylla on Reduces Soil Acidification

WEI Dan1 et al.

（1Fujian University of Traditional Chinese Medicine， Fuzhou 350122， China）

Abstract： Objective： To compare the changes of soil pH and phenolic acids before and after the rotation of pepper and Pseudostellaria heterophylla， and to explore the effect of pepper and Pseudostellaria heterophylla on soil acidification. Method： Air-dried soil samples and ultrapure water with CO2 removed at a ratio of 2∶5 to be evenly mixed， and the pH value was measured; After alkaline extraction and acid precipitation， the phenolic acids in the soil samples were extracted by ethyl acetate extraction method， high performance liquid chromatography method （HPLC） to determine the fingerprint of phenolic acids. Results： After continuous cropping of Pseudostellaria heterophylla， the soil pH decreased and the phenolic acids increased. Compared with the rotation of pepper and Pseudostellaria heterophylla， the soil pH increased relatively， and the phenolic acids decreased. Conclusion： The rotation of pepper and Pseudostellaria heterophylla has a certain improvement effect on soil acidification after planting Pseudostellaria heterophylla.

Key words： Pseudostellaria heterophylla; Rotation; Phenolic acid; Soil acidification

太子参系石竹科植物孩儿参[Pseudostellaria heterophylla（ Miq.） Pax ex Pax et Hoffm.]的干燥块根，为益气健脾、生津润肺的补虚药[1]。作为福建道地药材之一，太子参在宁德柘荣县广泛种植，是柘荣县农户的主要收入来源。但太子参长期种植会导致严重的连作障碍，植株生长发育不良，地下部分不能正常膨大。连作障碍不仅损害了当地农户的经济利益，也对中药用药安全产生了不良影响[2]。

太子参连作障碍的主要原因有土壤酸化、土壤中化感自毒物质的富集、土壤微生物群落结构的改变等。土壤酸化会导致土壤中营养物质比例失衡[3]，重金属元素超标，破坏根部细胞，影响作物对营养元素的吸收，导致作物产量和品质严重降低。土壤pH值和酚酸含量具有重要的负反馈机制，酸性环境利于酚酸类物质的富集，同时酚酸类含量的增加导致土壤pH值下降[4]。太子参种植后，土壤pH值降低[5]，且酚酸类物质含量明显增加[6]，说明土壤酸化可能是导致太子参连作障碍的重要原因之一。因此，解决太子参连作障碍可以从缓解土壤酸化方面探索。目前，太子参多与水稻轮作[7]，种植水稻在田间大量注水的同时可能也稀释了土壤中的酚酸物质，缓解土壤酸化。作为太子参主产地之一的福建多山地，实现种植水稻所需水源条件较困难，故稻参轮作存在较大的局限性，寻找其他合适的轮作作物尤为重要。研究发现，辣椒在与其他作物轮作时可以提高土壤pH值，对土壤酸化有一定的改善作用[8]。為此，本研究选取辣椒作为太子参的轮作作物，通过对比椒参轮作前后土壤pH值和酚酸类物质的变化，探讨椒参轮作消减土壤酸化的效应。

1 仪器与材料

1.1 仪器 Waters e2695高效液相色谱仪（2998二极管阵列检测器、Empower数据处理系统，美国Waters公司）;AE240S型电子分析天平（梅特勒-托利多有限公司）;CN-V3-3003型电子计数天平（厦门巨林仪器有限公司）;KQ-500DV数控超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）;Orbital shaker TS-1000型水平脱色摇床（海宁市其林贝尔仪器制造有限公司）;L550型大容量低速离心机（上海卢湘仪离心机仪器有限公司）;FE28-Standard pH计（梅特勒-托利多仪器有限公司）;R-100旋转蒸发仪（瑞士BUCHI公司）。

1.2 样品 土壤样品共47份，采集于福建省柘荣县，详细情况见表1。

1.3 试剂 对照品：原儿茶酸（批号：110809-201205，中国食品药品检定研究院）;香草酸（批号：110776-201503，中国食品药品检定研究院）;丁香酸（批号：MUST-16041910，成都曼思特生物科技有限公司）;香草醛（批号：100093-200804，中国食品药品检定研究院）;对香豆酸（批号：MUST-16060613，成都曼思特生物科技有限公司）;阿魏酸（批号：0773-9910，中国药物生物制品检定所）;苯甲酸（批号：100419-201302，中国食品药品检定研究院）;水杨酸（批号：100106-200404，中国药物生物制品检定所）。试剂：氢氧化钠（批号：20160509，国药集团化学试剂有限公司），盐酸（批号：190505，西陇科学股份有限公司）;乙酸乙酯（批号：181011，国药集团化学试剂有限公司）;冰醋酸（批号：20191005，国药集团化学试剂有限公司）;色谱级甲醇（批号：LOT194311，赛默飞世尔科技有限公司）。

2 试验方法

2.1 样品采集 按5点取样法和抖根法采集（空白、太子参、辣椒及轮作）土壤。去除细根、石块等杂物，风干，研磨，过三号筛，密封保存，用于检测pH值以及酚酸类物质。

2.2 pH值测定 参照中华人民共和国农业行业标准《土壤检测》第二部分：土壤pH值的测定，对各类土壤pH值进行酸碱度测定。称取土壤样品10.00g于50mL烧杯中，精密加入去除CO2的超纯水25mL，搅拌1min，土粒均匀分散后静置30min，进行测定。以pH4.01（25℃）和pH6.08（25℃）标准缓冲溶液对pH计进行校准。校准无误后，将电极插入试样混悬液中，轻轻转动烧杯，静置片刻后，记录pH值稳定读数。

2.3 酚酸类物质HPLC图谱测定

2.3.1 对照品溶液的制备 精密称取原儿茶酸0.98mg、香草酸0.97mg、丁香酸1.01mg、香草醛1.24mg、对香豆酸1.28mg、阿魏酸0.97mg、苯甲酸0.98mg、水杨酸0.98mg，加甲醇溶解并配置成1mg/mL的混合对照品溶液。

2.3.2 供试品溶液的制备 称取土壤样品25.00g，置于500mL锥形瓶中。分别加入1mol/L NaOH溶液200mL，振荡，超声30min后，置于摇床上振摇（2h;speed：120）。离心后过滤，滤液用盐酸调节pH至2.5，静置过夜。离心后上清液转移至500mL分液漏斗，加入200mL乙酸乙酯溶液萃取两次，合并收集乙酸乙酯层。于旋转蒸发仪上蒸干，残渣用5mL甲醇溶解定容。经0.45μm微孔滤膜过滤，即得供试品溶液，进行HPLC检测。

2.3.3 色谱条件 色谱柱：SinoChrom ODS-BP C18（4.6mm×250mm，5μm）;检测波长：280nm;流速0.6mL/min;柱温：30℃;进样量：10μL;流动相A为色谱级甲醇，流动相B为1%乙酸水溶液，0～17min（A，25%～25%），17～23min（A，25%～40%），23～45min（A，40%～40%），45～50min（A，40%～100%），50～55min（A，100%～25%）。

3 结果与分析

3.1 椒参轮作对土壤pH值的影响 如表2、图1所示，土壤pH值由低至高依次为LS、JS、SJ、LJ、K。K的pH值最高，为6.10，相较于K而言，太子参连作后土壤pH值下降1.59，辣椒连作后土壤pH值下降0.22;相较于LS而言，太子参-辣椒轮作后的土壤pH值分别上升0.36、0.31。

3.2 椒参轮作对土壤酚酸类物质含量的影响 如表3、图2所示，对土壤酚酸类物质总峰面积由低至高依次为K、JS、LJ、SJ、LS。K的酚酸类物质总峰面积最小，相较于K而言，LS中酚酸类物质总峰面积较K增加19.98%，LJ中酚酸类物质总峰面积较K增加14.63%;相较于LS而言，太子参-辣椒轮作后酚酸类物质总峰面积分别降低1.20%、11.20%。

如图3所示，对不同土壤样品酚酸类物质HPLC色谱图进行比较，K中各酚酸峰高最低;LS中香草酸、香草醛、对香豆酸和阿魏酸的峰高最高;连作后，LJ与LS相比各酚酸峰高较低;轮作后，JS和SJ较LS各酚酸峰高降低。

4 讨论

通过对K、LS、LJ、SJ、JS 5个样品组的土壤酚酸类物质总峰面积和pH值的测定发现，土壤pH值随酚酸类物质总峰面积的增加而降低，大致成反比。相较于空白土壤而言，太子参连作后，土壤pH值降低，酚酸类物质总峰面积增加，由此推测酚酸类物质在土壤中的富集是导致土壤酸化的主要原因。

种植辣椒后土壤平均pH值为5.88，种植太子参后土壤平均pH值为4.51，椒参轮作后，土壤pH值在4.51～5.88，且酚酸类物质减少，说明椒参轮作对调整土壤酸碱度具有一定的作用。实际种植中，发现2种作物轮作过程中均能正常生长，不会出现减产，病虫害严重的情况。综上所述，太子参连作会导致酚酸类物质在土壤中的富集，加剧土壤酸化。椒参轮作可以调节土壤酸碱度，对于土壤酸化具有一定的缓解作用，其存在理论与实际上的可行性。

参考文献

[1]国家药典委员会.中华人民共和国药典：2020年版[M].1部.北京：中国医药科技出版社，2015：69.

[2]林燕华，周春权，陈炬烽.太子参化感自毒作用的研究[J].中药材，2019（04）：709-714.

[3]李志刚，王灿，杨建峰，等.连作对胡椒园土壤和植株中微量元素含量的影響及相关特征分析[J].热带作物学报，2017，38（12）：2215-2220.

[4]母媛，袁大刚，兰永生，等.植茶年限对土壤pH值、有机质与酚酸含量的影响[J].中国土壤与肥料，2016（04）：44-48.

[5]位小丫，林煜，陈婷，等.田间条件下植物促生细菌缓解太子参连作障碍的效果评价[J].生态学杂志，2018，37（02）：399-408.

[6]吴丹，赵立，庞文生，等.太子参根际土壤酚酸类自毒物质的分析测定[J].中国民族民间医药，2017（24）：32-34.

[7]王毓光，黄冬寿.太子参-水稻轮作高效栽培技术[J].农业科技通讯，2009（12）：17-172.

[8]剧虹伶.辣椒-香蕉轮作联合生物有机肥减轻高发枯萎病蕉园连作障碍机制研究[D].海口：海南大学，2017.

（责编：张宏民）