施肥對(duì)膜莢黃芪生長(zhǎng)及黃芪甲苷含量的影響

彭玉婷，李瑩瑩，邊小禹，韓蕊蓮，常朝陽(yáng)

(1西北農(nóng)林科技大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，陜西 楊凌712100；2浙江理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院，浙江 杭州310018；3中國(guó)科學(xué)院 水利部 水土保持研究所，陜西 楊凌712100)

黃芪為豆科植物蒙古黃芪(Astragalusmembranaceus(Fisch.)Bge.var.mongholicus(Bge.)Hsiao)或膜莢黃芪(Astragalusmembranaceus(Fisch.)Bge.)的干燥根，是我國(guó)常用的大宗中藥材之一，具有補(bǔ)氣升陽(yáng)、利水消腫、抗氧化、抗炎、抗菌和免疫調(diào)節(jié)等廣泛藥理作用[1-7]。因其具有藥食同源價(jià)值，市場(chǎng)對(duì)黃芪需求量不斷增加，人們對(duì)黃芪產(chǎn)量及品質(zhì)的要求也隨之提高，野生黃芪已無(wú)法滿足市場(chǎng)所需，因此人工栽培成為需求導(dǎo)向。施肥是人工栽培中極為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，有報(bào)道指出，不同施肥配比和施肥量會(huì)影響玉米產(chǎn)量和品質(zhì)，其中施用氮肥顯著提高了玉米產(chǎn)量[8-9]；申浩等[10]研究指出，氮磷配施對(duì)川半夏生長(zhǎng)發(fā)育、種莖增重率和增殖率有顯著促進(jìn)效應(yīng)，且氮肥對(duì)川半夏有效成分含量影響顯著，磷肥次之；李子雙等[11]研究發(fā)現(xiàn)，辣椒綜合品質(zhì)受氮磷肥的影響順序?yàn)榱追?氮肥，對(duì)產(chǎn)量的影響順序?yàn)榈?磷肥，但達(dá)到一定量之后，隨著肥料增加，辣椒產(chǎn)量逐漸減少；氮磷鉀配施可提高黃芪根系活力，增強(qiáng)抗逆性[12];對(duì)黃芪根產(chǎn)量的增產(chǎn)作用大小依次為氮肥>鉀肥>磷肥，高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的N、P2O5、K2O質(zhì)量比為1∶(0.92～0.95)∶(1.16～1.62)[13]；Paek等[14]指出，施氮量增加至1.236 kg/hm2時(shí)，黃芪根系灰分含量增大，但醇溶性浸出物含量降低，施氮量增加至1.730 kg/hm2時(shí)，灰分繼續(xù)增加，浸出物無(wú)顯著變化。但由于自然環(huán)境條件不同，且各地設(shè)施條件、生產(chǎn)形式及經(jīng)濟(jì)狀況差異，因此不同區(qū)域植物種植會(huì)有不同表現(xiàn)。目前，有關(guān)陜北地區(qū)黃芪生長(zhǎng)及品質(zhì)對(duì)施肥的響應(yīng)報(bào)道較少。因此本研究于陜西省延安市布設(shè)田間試驗(yàn)，探索黃芪在不同施肥處理下生長(zhǎng)、產(chǎn)量及品質(zhì)的變化，以期為黃芪在陜北地區(qū)的種植提供合理、高效、優(yōu)質(zhì)的施肥方案，同時(shí)為其栽培及品質(zhì)評(píng)價(jià)提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于陜西省延安市安塞縣南溝村，屬陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)，中溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候。最高海拔1 731.1 m,最低海拔1 012 m,四季長(zhǎng)短不等，干濕分明。年平均氣溫8.8 ℃，年平均降雨量505.3 mm，無(wú)霜期157 d。供試地土質(zhì)為沙壤土，土壤肥力狀況為：全氮12.7 mg/kg、堿解氮8.3 mg/kg、速效磷6.5 mg/kg、速效鉀109.8 mg/kg。田間施肥量依據(jù)供試區(qū)土壤養(yǎng)分含量，結(jié)合黃芪特點(diǎn)和當(dāng)?shù)刈魑锸┓柿慷?，共設(shè)10個(gè)處理，各3次重復(fù)，小區(qū)面積為4 m×8 m=32 m2，完全隨機(jī)區(qū)組排列。具體試驗(yàn)編碼及施肥量見(jiàn)表1。2016年4月13日播種，4月23日出苗，5月20日定苗，其余管理措施相同。供試肥料為尿素(N 46%)、過(guò)磷酸鈣(P2O516%)及有機(jī)肥，均在播前一次施入。

表1 黃芪施肥方案Table 1 Fertilizer application scheme of Astragalus membranaceus

注：試驗(yàn)編號(hào)列中0,1,2和3分別表示施用N肥量為0,120,150和180 kg/hm2,施用P肥量為0,450,600和750 kg/hm2。

Note:0,1,2 and 3 represent amounts of nitrogen fertilizer are 0,120,150 and 180 kg/hm2,and the amounts of phosphorus fertilizer are 0,450,600 and 750 kg/hm2.

1.2 試劑與材料

Waters 1525二元高效液相色譜儀、Waters 2996二極管陣列檢測(cè)器、Empower 2色譜分析軟件，美國(guó)Waters公司；RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠；KQ-250B型超聲清洗機(jī)，昆山市超聲儀器有限公司；XMTD-8222型恒溫水浴鍋，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；D101型大孔吸附樹(shù)脂，安徽三星樹(shù)脂科技有限公司。色譜級(jí)乙腈購(gòu)自Fisher Scientific (Fair-lawn,NJ,USA)，水為超純水(自制)，其余試劑均為分析純。

供試黃芪(Astragalusmembranaceus)采收后，洗凈、陰干、粉碎，過(guò)0.250 mm篩備用。黃芪甲苷對(duì)照品購(gòu)自北京中科儀友化工技術(shù)研究院，批號(hào)0462-160127。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

(1)生長(zhǎng)指標(biāo)。于出苗后75，93，121，142，172 d進(jìn)行5次對(duì)角線取樣，每次每小區(qū)9株，用直尺分別測(cè)定株高、冠幅、根長(zhǎng)，用游標(biāo)卡尺測(cè)量莖直徑、根直徑,用分析天平分別測(cè)定地上部分及根系鮮質(zhì)量，105 ℃殺青10 min，70 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱干質(zhì)量。

(2)品質(zhì)指標(biāo)。黃芪根粉碎過(guò)篩后，采用中華人民共和國(guó)藥典[15](2015 年版四部)方法測(cè)定水分、總灰分、水溶性浸出物和醇溶性浸出物含量。

(3)黃芪甲苷含量。采用中華人民共和國(guó)藥典[1](2015 年版一部)中的方法測(cè)定黃芪甲苷含量。色譜條件：X-Bridge C18色譜柱(250 mm×4.6 mm,5 μm)，以乙腈-水(體積比32∶68)為流動(dòng)相；流速1.0 mL/min；柱溫30 ℃；檢測(cè)波長(zhǎng)205 nm；進(jìn)樣量10 μL。方法學(xué)考察結(jié)果顯示，該條件的精密度、重現(xiàn)性、穩(wěn)定性良好。以峰面積為縱坐標(biāo)(Y)，對(duì)照品注入量為橫坐標(biāo)(X)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得回歸方程為：Y=245 202X+10 189，r=0.999 7，線性關(guān)系良好，可用來(lái)計(jì)算樣品中的黃芪甲苷含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0、Origin 8.1軟件和Excel 2007，分別對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、作圖及統(tǒng)計(jì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)黃芪生長(zhǎng)的影響

如圖1所示，黃芪莖直徑、株高和冠幅隨生長(zhǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)均呈先增大后減小的趨勢(shì)，且在142 d時(shí)最大；根長(zhǎng)和根直徑呈持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)。其中，莖直徑、株高和根長(zhǎng)于75～121 d緩慢增長(zhǎng)，121～142 d增幅最大；冠幅和根直徑在75～172 d內(nèi)增幅無(wú)顯著差別。對(duì)同一氮肥或磷肥處理，計(jì)算不同時(shí)段的平均值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)施氮量為120 kg/hm2時(shí)，施磷量對(duì)莖直徑的影響表現(xiàn)為:450 kg/hm2>750 kg/hm2>600 kg/hm2，對(duì)株高、冠幅和根直徑的影響表現(xiàn)為：750 kg/hm2>600 kg/hm2>450 kg/hm2，對(duì)根長(zhǎng)的影響表現(xiàn)為：750 kg/hm2>450 kg/hm2>600 kg/hm2。施氮量為150 kg/hm2時(shí)，施磷量對(duì)莖直徑的影響表現(xiàn)為：450 kg/hm2>600 kg/hm2>750 kg/hm2，對(duì)株高和根長(zhǎng)的影響表現(xiàn)為：750 kg/hm2>450 kg/hm2>600 kg/hm2，對(duì)冠幅和根直徑的影響表現(xiàn)為：750 kg/hm2>600 kg/hm2>450 kg/hm2。施氮量為180 kg/hm2時(shí)，施磷量對(duì)莖直徑和株高的影響表現(xiàn)為：450 kg/hm2>600 kg/hm2>750 kg/hm2，對(duì)根直徑和根長(zhǎng)的影響表現(xiàn)為：450 kg/hm2>750 kg/hm2>600 kg/hm2，對(duì)冠幅的影響表現(xiàn)為：600 kg/hm2>750 kg/hm2>450 kg/hm2。施磷量為450 kg/hm2時(shí)，施氮量對(duì)莖直徑、冠幅、根長(zhǎng)和根直徑的影響表現(xiàn)為：150 kg/hm2>180 kg/hm2>120 kg/hm2，對(duì)株高的影響表現(xiàn)為：180 kg/hm2>150 kg/hm2>120 kg/hm2。施磷量為600 kg/hm2時(shí)，施氮量對(duì)莖直徑、根長(zhǎng)和株高的影響表現(xiàn)為：180 kg/hm2>150 kg/hm2>120 kg/hm2，對(duì)冠幅的影響表現(xiàn)為：150 kg/hm2>180 kg/hm2>120 kg/hm2，對(duì)根直徑的影響表現(xiàn)為：150 kg/hm2>120 kg/hm2>180 kg/hm2。施磷量為750 kg/hm2時(shí)，施氮量對(duì)莖直徑的影響表現(xiàn)為：180 kg/hm2>150 kg/hm2>120 kg/hm2，對(duì)株高和根長(zhǎng)的影響表現(xiàn)為：120 kg/hm2>150 kg/hm2>180 kg/hm2，對(duì)冠幅和根直徑的影響表現(xiàn)為：150 kg/hm2>120 kg/hm2>180 kg/hm2。

各處理組中，株高、冠幅、根長(zhǎng)和根直徑均在N1P3和N2P3處理下達(dá)最大值，其均值分別比對(duì)照N0P0增加85.7%和90.3%、111.1%和109.4%、88.9%和69.4%、55.7%和63.3%。莖直徑在N1P1、N2P1和N3P1處理下較大，其均值分別比對(duì)照N0P0提高33.70%，42.6%和41.1%。

圖1 不同施肥量下黃芪各時(shí)期植株生長(zhǎng)的變化Fig.1 Changes of plant growth in different fertilization treatments of Astragalus membranaceus

2.2 不同施肥處理下黃芪干物質(zhì)的積累特征

表2 不同施肥處理下黃芪干物質(zhì)的積累特征Table 2 Features of dry matter accumulation of Astragalus membranaceus under different fertilization treatments

2.3 不同施肥處理對(duì)黃芪品質(zhì)的影響

不同施肥處理對(duì)黃芪水分、灰分、水溶性浸出物、醇溶性浸出物和黃芪甲苷含量的影響見(jiàn)表3。

表3 不同施肥處理對(duì)黃芪品質(zhì)的影響Table 3 Effects of different fertilization treatments on quality of Astragalus membranaceus %

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同小寫(xiě)字母表示各處理間差異達(dá)5%顯著水平。

Note:Different lowercase letters indicate significant difference between treatments at the 5% level.

表3表明，除N1P1和N3P3處理外，各施肥處理黃芪水分含量均顯著低于對(duì)照N0P0，施氮量為120和150 kg/hm2時(shí)，施磷量對(duì)黃芪水分含量的影響表現(xiàn)為：450 kg/hm2>600 kg/hm2>750 kg/hm2；施氮量為180 kg/hm2時(shí)，施磷量對(duì)黃芪水分含量的影響表現(xiàn)為：750 kg/hm2>450 kg/hm2>600 kg/hm2；水分含量對(duì)氮肥響應(yīng)不明顯。氮磷配施中，N1P3處理下水分含量最低，比N0P0處理降低了11.92%；各施肥處理灰分含量均略高于對(duì)照，且隨施肥量的增加略有降低。各施肥處理黃芪水溶性浸出物、醇溶性浸出物和黃芪甲苷含量在施氮量為120～150 kg/hm2時(shí)，總體隨施磷量的增大而升高；施氮量高于150 kg/hm2時(shí)，隨施磷量的升高而降低。除N3P3處理外，黃芪水溶性浸出物含量均顯著高于對(duì)照N0P0，尤以N2P3處理最高，比對(duì)照N0P0提高了4.82%；醇溶性浸出物含量也以N2P3處理最高，比最低的對(duì)照N0P0提高了14.39%，差異達(dá)顯著水平；除N1P2處理外，各處理黃芪甲苷含量均顯著高于對(duì)照N0P0，其中也以N2P3處理最高，比N0P0高出48.48%，可見(jiàn)氮磷肥配施可明顯提高黃芪品質(zhì)。

3 討 論

藥用植物需從土壤及肥料中吸收營(yíng)養(yǎng)元素，以滿足自身生長(zhǎng)發(fā)育及次生代謝物形成的需要。研究表明，平衡合理施肥是促進(jìn)黃芪生長(zhǎng)、增加產(chǎn)量及提高品質(zhì)的重要栽培手段[16-17]。本研究表明，合理配施肥料可明顯促進(jìn)黃芪植株生長(zhǎng)、干物質(zhì)和有效成分的積累。在10個(gè)處理中，N1P3和N2P3處理下黃芪株高、冠幅、根長(zhǎng)和根直徑較優(yōu)，施氮量在120～150 kg/hm2水平時(shí)對(duì)植株生長(zhǎng)效果最好，而更高氮素水平(180 kg/hm2)下黃芪長(zhǎng)勢(shì)較弱，究其原因可能是黃土高原地區(qū)夏季陽(yáng)光強(qiáng)烈，氣候干旱，出于對(duì)自身保護(hù)的需要，植株莖葉生長(zhǎng)不會(huì)達(dá)到水分充足時(shí)的最大幅度，以減小蒸騰造成的水分損失，故對(duì)于莖葉生長(zhǎng)的氮素需求稍低。在陜西延安地區(qū),120～150 kg/hm2水平氮素足以滿足黃芪地上部分的生長(zhǎng)；施氮過(guò)量反而導(dǎo)致莖葉徒長(zhǎng)，加快葉片老化，阻礙根系吸收[18]。與氮素需求相反，本試驗(yàn)中黃芪對(duì)磷的需求較高，即施磷量在750 kg/hm2水平下植株長(zhǎng)勢(shì)較好。由于缺磷會(huì)限制植物光合器官建成和光合性能，降低物質(zhì)生產(chǎn)并減緩個(gè)體發(fā)育[19-20]，且供試地土壤磷素含量較低(速效磷6.5 mg/kg)，故750 kg/hm2施磷水平較600和450 kg/hm2充足，可促進(jìn)光合產(chǎn)物由地上部分向根系的運(yùn)輸，利于根系生長(zhǎng)，最終提高黃芪的干物質(zhì)積累量。

Logistic方程已被廣泛運(yùn)用于研究玉米[9]、柴胡[21]、車前[22]、掌葉大黃[23]等植物的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)過(guò)程，以反映其生長(zhǎng)、物質(zhì)生產(chǎn)及許多生理生化變化全過(guò)程。本研究顯示，黃芪于整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，干物質(zhì)積累呈現(xiàn)“S”型動(dòng)態(tài)曲線變化，與Logistic方程吻合。黃芪生長(zhǎng)75～93 d期間，植株個(gè)體較小，光合速率低，有機(jī)物合成緩慢，此時(shí)較高磷素可促進(jìn)側(cè)根形成，以便吸取地下養(yǎng)分供植株生長(zhǎng)所需；至生長(zhǎng)121～142 d，植株快速生長(zhǎng)，環(huán)境溫度升高，光照強(qiáng)度增大，光合速率提高，120～150 kg/hm2水平氮素足以提供植株葉片光合所需，有機(jī)物大量合成，并向根中運(yùn)輸儲(chǔ)存。此時(shí)的干物質(zhì)積累處于“S”型的上升期。至生長(zhǎng)后期(172 d)，地上部分趨于凋零，有機(jī)物漸移至莖及根中，根干物質(zhì)積累進(jìn)一步增大，此后隨時(shí)間延長(zhǎng)，逐步趨于恒定，并保持一定的生命力，以便順利越冬。本研究表明，與對(duì)照相比，氮、磷配施對(duì)黃芪干物質(zhì)積累有明顯影響。各施肥處理干物質(zhì)累積總量比對(duì)照增加 18.18%～70.06%，平均增加44.12%。干物質(zhì)是作物光合作用產(chǎn)物的最高形式，其積累量與產(chǎn)量有密切關(guān)系[24]。生產(chǎn)實(shí)踐中可根據(jù)黃芪干物質(zhì)積累的動(dòng)態(tài)規(guī)律，結(jié)合生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程，合理配施肥料，保證營(yíng)養(yǎng)元素正常供應(yīng)，避免因前期營(yíng)養(yǎng)缺乏，影響干物質(zhì)積累而減產(chǎn)，為黃芪高產(chǎn)的形成打下基礎(chǔ)。

本研究發(fā)現(xiàn)，氮、磷及其配施使黃芪水溶性浸出物、醇溶性浸出物及黃芪甲苷含量明顯增加，不論在產(chǎn)量還是有效成分含量上，N1P3和N2P3處理均優(yōu)于其他施肥處理，主要是因?yàn)楸驹噮^(qū)土壤磷素肥力水平較低，較高的磷素(750 kg/hm2)可促進(jìn)黃芪光合產(chǎn)物向根際運(yùn)輸，促使根系水溶性浸出物、醇溶性浸出物及黃芪甲苷含量增加，韓建萍等[25]、Wang[26]亦有相似報(bào)道。綜上所述，在陜西延安地區(qū)栽培黃芪時(shí)，應(yīng)注重調(diào)整氮、磷比例來(lái)增強(qiáng)黃芪根系活力，促進(jìn)植株生長(zhǎng)，以促進(jìn)黃芪干物質(zhì)及品質(zhì)的提升。