唐古特大黃“3414”施肥效果及推薦施肥量研究

齊浩，陳垣*，郭鳳霞，曹師，郭志軍，楊育峰

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅省中藥材規(guī)范化生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)學(xué)院，生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.隴西中天藥業(yè)有限責(zé)任公司甘肅省特色藥用植物資源保護(hù)與利用工程實(shí)驗(yàn)室，

甘肅省特色藥材規(guī)范化可追溯栽培工程技術(shù)研究中心，甘肅 定西 748100；3.卓尼縣佛賜藏藥材開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，甘肅 甘南747000)

唐古特大黃“3414”施肥效果及推薦施肥量研究

齊浩1，陳垣1*，郭鳳霞1，曹師1，郭志軍2，楊育峰3

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅省中藥材規(guī)范化生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)學(xué)院，生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.隴西中天藥業(yè)有限責(zé)任公司甘肅省特色藥用植物資源保護(hù)與利用工程實(shí)驗(yàn)室，

甘肅省特色藥材規(guī)范化可追溯栽培工程技術(shù)研究中心，甘肅 定西 748100；3.卓尼縣佛賜藏藥材開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，甘肅 甘南747000)

摘要：采用“3414”施肥方案，研究不同氮、磷、鉀配比對(duì)唐古特大黃產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響，旨在為唐古特大黃合理施肥提供依據(jù)。結(jié)果表明，各施肥處理對(duì)唐古特大黃的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響表現(xiàn)依次為施肥>不施肥，NPK>P>N>K；兩兩互作對(duì)唐古特大黃產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益的影響表現(xiàn)為NP>PK>NK、PK>NP>NK。除高氮處理(N3P2K2)外，其余施肥處理?xiàng)l件下唐古特大黃總蒽醌含量均優(yōu)于《中國(guó)藥典》標(biāo)準(zhǔn)，總灰分及水分均達(dá)標(biāo)。唐古特大黃施肥量與產(chǎn)量間的三元二次方程、二元二次方程和一元二次方程擬合結(jié)果均典型，能夠較好的反應(yīng)施肥量同產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益之間的關(guān)系。綜合考慮，本試驗(yàn)條件下獲得唐古特大黃最高產(chǎn)量施肥方案為氮 74.06 kg/hm2，磷55.07 kg/hm2，鉀 36.56 kg/hm2，產(chǎn)量可達(dá)12384.3 kg/hm2。最佳經(jīng)濟(jì)施肥方案為氮73.33 kg/hm2、磷54.58 kg/hm2、鉀36.37 kg/hm2，產(chǎn)量為12012.6 kg/hm2，經(jīng)濟(jì)效益為196126.0 元/hm2。

關(guān)鍵詞：唐古特大黃；“3414”肥料設(shè)計(jì)；施肥模型；經(jīng)濟(jì)效益；產(chǎn)量

Use of the ‘3414’ fertilization design to determine optimal fertilization rates forRheumtanguticum

QI Hao1, CHEN Yuan1*, GUO Feng-Xia1, CAO Shi1, GUO Zhi-Jun2, YANG Yu-Feng3

1.GansuKeyLaboratoryofCropGenetic&GermplasmEnhancement,GansuProvincialKeyLaboratoryofGoodAgriculturalProductionforTraditionalChineseMedicines,ProvincialKeyLaboratoryofAridLandCropScience,CollegeofAgronomy,CollegeofLifeSciencesandTechnology,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China; 2.GansuEngineeringLaboratoryofResourceReservationandUtilizationforCharacteristicMedicalPlants,GansuCultivatedEngineeringandTechnologyResearchCenterofStandardizationandTraceabilityforCharacteristicChineseMedicine,LongxiZhongtianPharmaceuticalCo.,Ltd,Dingxi748100,China; 3.ZhuonixianfociTibetMedicineCo.,Ltd,Gannan747000,China

Abstract:To determine the optimal fertilization program for Rheum tanguticum, we evaluated the effects of different amounts of nitrogen, phosphorus, and potassium fertilizers on the yield and economic benefits of the plant, based on the ‘3414’ fertilization design. Based on plant yields and economic benefits, the success of the fertilization treatments was ranked as follows: fertilized>non-fertilized, and NPK>P>N>K. The effects of pairwise interactions on yield and economic benefits, from strongest to weakest, were ranked as follows: NP> PK>NK and PK>NP>NK, respectively. In all treatments except for the excess N treatment, total anthraquinone, total ash, and water content in the R. tanguticum roots met the standard of the Pharmacopoeia of the People’s Republic of China. The data for plant yield and economic benefits under the different fertilizer treatments fitted well with ternary quadratic, binary quadratic, and simple quadratic equations. Therefore, these equations represented the relationships between fertilizer quantity and yield/economic benefits. Taken together, the results of this study show that the fertilization program producing the highest yield (12384.3 kg/ha) under the local experimental conditions was N 74.06 kg/ha, P 55.07 kg/ha, and K 36.56 kg/ha. The fertilization program resulting in the best economic benefits was N 73.33 kg/ha, P 54.58 kg/ha, and K 36.37 kg/ha, resulting in 12012.6 kg/ha of yield and 196126.0 yuan/ha of economic benefit.

Key words:Rheum tanguticum; ‘3414’ fertilizer design; fertilization model; economic benefits; yield

蓼科(Polygonaceae)植物唐古特大黃(Rheumtanguticum)在我國(guó)主要分布于甘肅、青海和四川三省交界地帶[1]，其與掌葉大黃(R.palmatum)或藥用大黃(R.officinale)均為《藥典》規(guī)定的大黃藥材的基原植物，以干燥根及根莖入藥[2]。唐古特大黃藥材主要化學(xué)成分為蒽醌類衍生物，包括大黃素、大黃酸、大黃酚、蘆薈大黃素、大黃素甲醚、B-谷甾醇等化合物[3]。大黃味苦性寒。歸脾、胃、大腸、肝、心包經(jīng)。瀉下攻積，逐瘀通經(jīng)，涼血解毒，清熱瀉火，利濕退黃[2]。藥理及臨床[4-6]研究表明，大黃具有瀉下、抗菌、抗腫瘤、抗病毒、降低血脂、止血、利膽保肝等諸多作用。

唐古特大黃為多年生藥用植物，藥材主要來(lái)源于野生資源，由于過(guò)度采挖已導(dǎo)致野生資源銳減，自然生態(tài)環(huán)境遭到破壞，嚴(yán)重限制其資源的可持續(xù)發(fā)展，為了保護(hù)野生資源和保障藥源，人工栽培成為有效途徑。前人對(duì)掌葉大黃種子質(zhì)量和育苗技術(shù)[7-10]、病蟲(chóng)害防治技術(shù)研究[11]較為詳細(xì)，對(duì)施肥技術(shù)研究也較深入[12-14]，但有關(guān)唐古特大黃栽培方面的研究主要集中在種子處理[15]、種子灌漿[16]和有效成分含量比較[17-19]，對(duì)其需肥規(guī)律和配方施肥的研究尚未見(jiàn)報(bào)道?！?414”肥料方案是農(nóng)業(yè)部測(cè)土配方施肥技術(shù)規(guī)范推薦采用的方案設(shè)計(jì)[20-22]。因此，在前人研究基礎(chǔ)上，利用“3414”施肥方案探尋唐古特大黃最佳施肥配方具有重要意義，可明確氮磷鉀配施對(duì)大黃產(chǎn)量和質(zhì)量的影響，為唐古特大黃合理施肥提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1　試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2012年3月至2013年11月在甘肅省甘南州卓尼縣扎古錄鎮(zhèn)進(jìn)行，海拔2785 m，年平均氣溫4.9℃，年降水量624.2 mm，平均日照2429.2 h，無(wú)霜期90～119 d，屬于高寒陰濕區(qū)。土壤為黑鈣土，0～20 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量2.16%，全氮0.166 g/kg，堿解氮39.9 mg/kg，全磷0.467 g/kg，速效磷45.1 mg/kg，全鉀17.5 g/kg，速效鉀190 mg/kg。

1.2　供試材料

氮肥用尿素(含N 46%)，磷肥用過(guò)磷酸鈣(含P2O512%)，鉀肥用硫酸鉀(含K2O 50%)。施肥量如表1所示。試驗(yàn)用唐古特大黃種苗由卓尼縣佛賜藏藥材開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司提供，供試種苗單株鮮重(29.69±12.29) g，根長(zhǎng)(18.50±3.15) cm，莖粗(1.61±0.27) cm。

1.3　試驗(yàn)方案

試驗(yàn)采用“3414”肥效試驗(yàn)方案[20-22](表1)，氮、磷、鉀3個(gè)因素，4個(gè)水平，共14個(gè)處理。4個(gè)水平的含義：0水平指不施肥，2水平指當(dāng)?shù)赝扑]施肥量，1水平=2水平×0.5，3水平=2水平×1.5(該水平為過(guò)量施肥水平)。試驗(yàn)每處理3次重復(fù)，共42個(gè)小區(qū)。小區(qū)面積4 m×7 m=28 m2，行距90 cm，株距70 cm。施肥均按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一次性作為底肥施入，即將試驗(yàn)地劃分后，將各處理在移栽前均勻撒于各小區(qū)地表，然后翻入土中，整平后移栽。移栽于2012年3月25日完成。

1.4　測(cè)定項(xiàng)目與方法

藥材采挖期2013年11月按處理小區(qū)采挖測(cè)定鮮產(chǎn)量，然后統(tǒng)一置太陽(yáng)能烘干室烘干后測(cè)定干產(chǎn)量，本文產(chǎn)量均指藥材干產(chǎn)量。

藥材蒽醌類化合物、總灰分和水分測(cè)定按照《中華人民共和國(guó)藥典》2010版大黃測(cè)定方法測(cè)定[2]。采用儀器有高效液相色譜儀(JYL-QC06-022A ，SPD-20A日本島津)、色譜柱為WondaSil C18(5 μm，4.6 mm×250 mm)。流動(dòng)相為甲醇-0.1%磷酸溶液(80∶15)，流速為1 mL/min，檢測(cè)波長(zhǎng)254 nm，柱溫30℃，進(jìn)樣量10 μL?？偦曳譁y(cè)定采用箱式電阻爐(KSY-6D-16，北京科偉永興儀器有限公司)，水分測(cè)定用電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(GZX-GF101-4BS-Ⅱ型，上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司)。樣品稱重采用1/10000電子天平(AL104型，梅特勒-托利多儀器上海有限公司)。

表1　唐古特大黃“3414”試驗(yàn)方案和施肥量

注：純N、P2O5、K2O、唐古特大黃價(jià)格分別為5.4，10.0，5.0，16.0 元/kg。

Note: The price of pure nitrogen, phosphorus pentoxide, potassium oxide andP.tanguticumare 5.4, 10.0, 5.0, 16.00 Yuan/kg respectively.

1.5　統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2007處理數(shù)據(jù)，建立肥料效益模型及制圖[21]。采用SPSS 11.5軟件進(jìn)行方差分析，多重比較采用Duncan法。

2結(jié)果與分析

2.1　不同施肥方案下唐古特大黃產(chǎn)量和效益分析

土壤自身肥力即地力是限制作物產(chǎn)量的重要因素，是確定適宜施肥量的重要依據(jù)。根據(jù)表2數(shù)據(jù)，以空白處理1(N0P0K0)產(chǎn)量與出現(xiàn)最高產(chǎn)量的處理6(N2P2K2)比較，得出試驗(yàn)點(diǎn)的地力貢獻(xiàn)率為52.88%，說(shuō)明本試驗(yàn)條件下唐古特大黃的產(chǎn)量更依賴于不同的氮磷鉀肥配比。將氮、磷、鉀缺素區(qū)與全肥區(qū)處理6的產(chǎn)量比較表明，氮、磷、鉀缺素區(qū)相對(duì)產(chǎn)量分別為78.05%，66.20%，80.64%，說(shuō)明試驗(yàn)區(qū)土壤K為中等水平，P為中等偏下水平，N的含量較低。

經(jīng)對(duì)生長(zhǎng)2年(2012年3月移栽，2013年11月采挖)的唐古特大黃產(chǎn)量和效益分析(表2)，施肥處理的產(chǎn)量均高于不施肥對(duì)照的水平，提高程度因施肥處理的不同而異。處理6增產(chǎn)效果居第一位，較對(duì)照增產(chǎn)47.12%。缺氮處理(N0P2K2)產(chǎn)量較最高產(chǎn)量處理6(N2P2K2)減產(chǎn)21.95%；缺磷處理(N2P0K2)減產(chǎn)率為33.80%；缺鉀處理(N2P2K0)減產(chǎn)率為19.36%；說(shuō)明限制唐古特大黃產(chǎn)量的主要養(yǎng)分因子是磷>氮>鉀，即磷肥增產(chǎn)效果最明顯，氮肥次之，鉀肥最差。氮、磷、鉀缺素處理較不施肥處理(N0P0K0)分別增產(chǎn)32.25%，20.13%，34.43%，說(shuō)明正交互作效應(yīng)為NP>PK>NK。高氮處理(N3P2K2)產(chǎn)量為10587.86 kg/hm2，比最佳施肥量處理(N2P2K2)減產(chǎn)15.64%；高磷處理(N2P3K2)產(chǎn)量為11513.99 kg/hm2，比最佳施肥量處理減產(chǎn)6.34%；而高鉀處理(N2P2K3)產(chǎn)量為11932.44 kg/hm2，比最佳施肥量處理減產(chǎn)2.61%，表明試驗(yàn)設(shè)置的最佳施肥量較為準(zhǔn)確。

表2　氮磷鉀配施對(duì)唐古特大黃產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響

注：純收入=經(jīng)濟(jì)效益-肥料成本；純氮、五氧化二磷、氧化鉀，大黃價(jià)格分別為5.4，10.0，5.0，16.0元/kg。

Note: Net income=Economic benefits-cost of fertilizer. The price of pure nitrogen, phosphorus pentoxide, potassium andR.tanguticumare 5.4, 10.0, 5.0, 16.0 Yuan/kg, respectively.

表2顯示，處理6(N2P2K2)凈收益最高。與不施肥處理相比，施肥處理收益均明顯提高。從增產(chǎn)效果和經(jīng)濟(jì)效益綜合考慮，處理5和12產(chǎn)量雖較高，但因成本高其收益反而降低，而處理7和10因成本相對(duì)低經(jīng)濟(jì)效益有所提升。收益前3位的處理依次為N2P2K2>N1P1K2>N2P2K3，缺氮處理(N0P2K2)、缺磷處理(N2P0K2)和缺鉀處理(N2P2K0)較最高收益處理(N2P2K2)利潤(rùn)分別降低62.88%，67.81%和32.60%。高氮處理11(N3P2K2)、高磷處理7(N2P3K2)、高鉀處理10(N2P2K3)凈收益均較最佳施肥量處理(N2P2K2)低，可見(jiàn)影響收益的施肥為P>N>K，經(jīng)濟(jì)效益最佳處理為N2P2K2，說(shuō)明本試驗(yàn)最佳配比設(shè)計(jì)較為合理，能夠反應(yīng)當(dāng)?shù)氐氖┓仕健?/p>

2.2　單種肥料的增產(chǎn)效應(yīng)分析

根據(jù)處理2、3、6、11，處理4、5、6、7，處理6、8、9、10的結(jié)果，對(duì)氮、磷、鉀肥施用條件下的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益比較分析。對(duì)N肥同大黃根產(chǎn)量和效益的關(guān)系做散點(diǎn)圖，擬合一元二次曲線(圖1)。N與產(chǎn)量的擬合函數(shù)R2=0.974(F=19.04，F(xiàn)0.01=0.16，P<0.01)；N與效益的擬合曲線R2=0.974，F(xiàn)檢驗(yàn)后得出F=18.76>F0.01=0.1611，說(shuō)明曲線擬合程度較高，能真實(shí)反映在P、K二水平上N施用量同大黃根產(chǎn)量及效益之間的關(guān)系。由于一元二次方程二次項(xiàng)系數(shù)為負(fù)數(shù)，說(shuō)明函數(shù)具有最大值。在磷鉀施用量固定時(shí)，大黃的產(chǎn)量、收益隨施氮量的增加呈先增加后減少的趨勢(shì)。氮肥最大施肥量為77.49 kg/hm2，最大產(chǎn)量為12098.07 kg/hm2。缺N時(shí)理論產(chǎn)量為9556.25 kg/hm2，占理論最大產(chǎn)量的78.99%。在磷及鉀2水平的基礎(chǔ)上分析不同氮肥用量對(duì)唐古特大黃增產(chǎn)效應(yīng)(表2)表明，施用氮肥能顯著提高大黃產(chǎn)量，施氮肥比不施氮肥增產(chǎn)9.74%～21.95%。N肥用量為77.06 kg/hm2時(shí)，最大增加凈收益88754.3 元/hm2。增加的凈收益與處理6的接近，說(shuō)明2水平為最佳水平。

圖1　施氮量與產(chǎn)量和收益效應(yīng)曲線Fig.1　The effect curve of yields and income to N application rates

同法得到P肥和K肥的擬合曲線(圖2)和收益效益曲線表(圖3)。F檢驗(yàn)表明，擬合函數(shù)極顯著(P<0.01)。圖2和圖3顯示，產(chǎn)量和收益隨K和P施肥量的增加而提高，且具最大值。計(jì)算得理論最高產(chǎn)量和對(duì)應(yīng)施肥量，即施P量為61.01 kg/hm2時(shí)其最高產(chǎn)量為12417.6 kg/hm2，P空白區(qū)產(chǎn)量占理論最高產(chǎn)量的65.28%；K肥施用量為42.37 kg/hm2時(shí)最高產(chǎn)量為12075.96 kg/hm2，空白區(qū)產(chǎn)量占理論最高產(chǎn)量的81.76%。最佳經(jīng)濟(jì)效益和對(duì)應(yīng)施肥量：P施用量為60.75 kg/hm2時(shí)，其最大增加凈收益為93840.3 元/hm2；K肥施用量為42.11 kg/hm2時(shí)，最大增加凈收益為57124.8 元/hm2；擬合結(jié)果顯示，磷肥估測(cè)的可靠性最高，氮肥次之。估測(cè)的磷肥最佳施肥量60.65 kg/hm2與理論推薦量相接近；鉀肥最佳施肥量42.11 kg/hm2較理論推薦量高出10.11 kg/hm2，說(shuō)明磷肥最佳施肥量為P2水平，而鉀肥最佳施肥量低于K2水平。

圖2　施磷量與產(chǎn)量和收益效應(yīng)曲線Fig.2　The effect curve of yields and income to P-applicated rates

圖3　施鉀量與產(chǎn)量和收益效應(yīng)曲線Fig.3　The effect curve of yields and income to K-applicated rates

2.3　交互效應(yīng)及最佳施肥量

2.3.1氮、磷、鉀肥的交互作用分析根據(jù)表2數(shù)據(jù)對(duì)肥料交互作用進(jìn)一步分析(圖4)顯示，氮肥與磷、鉀肥間存在互作效應(yīng)，在鉀肥K2(32 kg/hm2)條件下，當(dāng)?shù)视昧繌腘1(45 kg/hm2)增加到N2(90 kg/hm2)時(shí)，P1(30 kg/hm2)水平減產(chǎn)415.78 kg/hm2，P2(60 kg/hm2)水平增產(chǎn)819.18 kg/hm2，說(shuō)明一定的磷肥用量可極大提高氮肥肥效的發(fā)揮，對(duì)氮肥具有增效作用。在P2水平施肥條件下，氮肥用量從1水平增加到2水平，K1(16 kg/hm2)水平減產(chǎn)494.35 kg/hm2，K2(32 kg/hm2)水平增產(chǎn)819.18 kg/hm2，說(shuō)明鉀肥用量的增加也極大提高了氮肥肥效的發(fā)揮，當(dāng)磷肥施用量為90 kg/hm2，鉀肥施用量為32 kg/hm2時(shí)，更有利于氮肥肥效的發(fā)揮，較高鉀肥水平下施用氮肥效果更好。

圖4顯示，不同的氮肥、鉀肥用量也影響磷肥的用量。在K2水平下，磷肥用量從1水平增加到2水平，N1水平減產(chǎn)481.98 kg/hm2， N2水平增產(chǎn)752.98 kg/hm2，表明氮肥用量的提高有利于磷肥肥效的發(fā)揮。在N2水平下，磷肥用量從1水平增加到2水平，在K1和K2水平下，大黃增產(chǎn)量分別為752.98和432.14 kg/hm2，說(shuō)明鉀肥的增加不利于氮肥效果的發(fā)揮。同樣，不同氮磷肥施用量明顯影響鉀肥效果的發(fā)揮。在P2水平下，鉀肥用量從1水平增加到2水平，在相應(yīng)的N1和N2水平下，增產(chǎn)量分別為48.38和1361.91 kg/hm2，表明氮肥用量增加能夠提高K肥肥效的發(fā)揮。在N2水平下，鉀肥用量從1水平增加到2水平，在P1和P2水平下，大黃增產(chǎn)量分別為1041.07和1361.91 kg/hm2，說(shuō)明提高磷肥用量對(duì)鉀肥肥效可起到促進(jìn)作用。

圖4　氮磷鉀交互效應(yīng)分析Fig.4　Analysis of the interactions among the nitrogen, phosphorus and potassium fertilization level

2.3.2兩兩之間的交互效應(yīng)及最佳施肥量根據(jù)表1數(shù)據(jù)采用回歸法分別對(duì)施肥處理，氮磷(1～7、11、12)，氮鉀(1～3、6、8～11、13)，磷鉀(1、4～10、14)擬合二元二次肥料效應(yīng)函數(shù)(Y為唐古特大黃產(chǎn)量，N、P、K分別對(duì)應(yīng)氮肥、磷肥和鉀肥的施用量)，并在a=0.05水平上對(duì)函數(shù)進(jìn)行F檢驗(yàn)得到其擬合函數(shù)(表3)。由表3可知，擬合方程檢驗(yàn)達(dá)到顯著水平，且符合肥料報(bào)酬遞減律(二次項(xiàng)為負(fù)值，一次項(xiàng)為正值)，說(shuō)明擬合的函數(shù)是典型肥料函數(shù)，能較好的表述兩種肥料施用量同唐古特大黃產(chǎn)量間的關(guān)系，在N2水平上肥料效應(yīng)函數(shù)的交叉項(xiàng)系數(shù)為0.909，可知K，P交互增產(chǎn)效果最為明顯。根據(jù)表3采用微分偏導(dǎo)數(shù)法求解得到最高產(chǎn)量、最佳產(chǎn)量及對(duì)應(yīng)施肥量(表4)。

表3　二元肥料效應(yīng)模型擬合結(jié)果

表4　二元二次方程下施肥量及產(chǎn)量

表5　不同施肥量對(duì)唐古特大黃藥材品質(zhì)的影響

注：數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差。不同小寫(xiě)字母表示在P<0.05差異顯著。

Note: The data indicates mean±SD. Different small letters mean significant difference atP<0.05.

2.4　三因子肥料效應(yīng)模型和最佳施肥量

依據(jù)“3414”田間肥料試驗(yàn)設(shè)計(jì)，利用Excel軟件建立以唐古特大黃“3414”不完全試驗(yàn)方案中1~14處理產(chǎn)量為目標(biāo)函數(shù)的氮、磷、鉀肥效三元二次回歸模型為：Y=6519.14+28.35N-0.48N2+80.29P-1.06P2+142.5K-1.84K2+0.67NP+0.16NK-0.36PK，式中，Y為唐古特大黃干根產(chǎn)量，N為氮肥施用量，P為磷肥施用量，K為鉀肥施用量。該擬合函數(shù)R2=0.9772，F(xiàn)=19.06>F0.05=0.0061，二次項(xiàng)系數(shù)為負(fù)，一次項(xiàng)系數(shù)為正，符合肥料報(bào)酬遞減規(guī)律，判定為典型性效應(yīng)函數(shù)。對(duì)方程關(guān)于N、P、K分別求偏導(dǎo)，利用Excel規(guī)劃求解，得出N=74.06 kg/hm2，P=55.07 kg/hm2，K=36.56 kg/hm2，得到最大產(chǎn)量12017.2 kg/hm2。按純氮5.4 元/kg、五氧化二磷10 元/kg、氧化鉀5 元/kg、唐古特大黃16 元/kg進(jìn)行計(jì)算?？鄢柿铣杀臼杖?I),按照公式I=16Y-(5.4N+10.0P+5.0K)計(jì)算。

結(jié)合三元二次效益模型，對(duì)上式I關(guān)于N，P，K求偏導(dǎo)數(shù)，令其為0計(jì)算得，當(dāng)N=73.33 kg/hm2，P=54.58 kg/hm2，K=36.37 kg/hm2時(shí)，得最大經(jīng)濟(jì)效益為143111.0 元/hm2，該施肥配方條件下產(chǎn)量為12012.6 kg/hm2，恰好與處理6(N2P2K2)產(chǎn)量相接近。唐古特大黃價(jià)格及氮、磷、鉀肥料的銷售價(jià)變化較大，價(jià)格的變化對(duì)最佳施肥效益產(chǎn)生一定影響。

2.5　不同施肥量對(duì)唐古特大黃藥材品質(zhì)的影響

唐古特大黃作為藥用經(jīng)濟(jì)植物，其有效成分的高低直接影響著品質(zhì)的優(yōu)劣，進(jìn)而影響其售價(jià)。唐古特大黃的有效成分以蒽醌類化合物為主，并作為評(píng)價(jià)其質(zhì)量的主要依據(jù)。表5顯示，施肥對(duì)唐古特大黃大黃酚和總蒽醌含量具有顯著(P<0.05)影響。對(duì)蘆薈大黃素，大黃酸，大黃素和大黃素甲醚的含量影響不顯著(P>0.05)，對(duì)灰分和含水量的影響不顯著(P>0.05)，但其灰分和水分含量均達(dá)到《藥典》標(biāo)準(zhǔn)(總灰分不得過(guò)10.0%，減失重量不得過(guò)15.0%)。處理13(N1P2K1)蘆薈大黃素含量最高，處理12(N1P1K2)大黃酚含量最高，較處理11(N3P2K2)顯著提高(P<0.05)。處理6的總蒽醌較處理11極顯著提高(P<0.05)。且不施肥處理1(N0P0K0)的總蒽醌含量較處理11(N3P2K2)顯著提高(P<0.05)?？傒祯孔罡邽樘幚?(N2P2K2)，其次為不施肥組，高氮組含量最低(1.48%)。除高氮組外，其余各處理含量均達(dá)藥典標(biāo)準(zhǔn)(總蒽醌不得少于1.5%)。

3討論與結(jié)論

3.1　唐古特大黃最佳肥料配比為N2P2K1或N2P2K2

土壤肥力是提供作物所需各種營(yíng)養(yǎng)元素的綜合能力，施肥是維持土壤持續(xù)生產(chǎn)力、改善土壤營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)、提高土壤肥力和維持穩(wěn)定增產(chǎn)的有效措施，合理施肥可促進(jìn)作物生長(zhǎng)，有效提高產(chǎn)量。羅世瓊等[23]研究發(fā)現(xiàn)施肥可促進(jìn)黃花蒿(Artemisiaannua)的生長(zhǎng)。適量施磷也可增加寬葉羌活(Notopterygiumforbesii)根莖產(chǎn)量[24]。由于營(yíng)養(yǎng)元素不僅具有主要效應(yīng)，其交互作用效應(yīng)也是影響作物產(chǎn)量的重要因素，成為土壤肥料學(xué)與植物營(yíng)養(yǎng)研究的熱點(diǎn)[25]，只有探明不同作物養(yǎng)分間的交互作用方向(正向還是負(fù)向)，制訂適宜養(yǎng)分配比，才能充分發(fā)揮肥料的肥效?？緹?Nicotiana)單施氮、磷、鉀的施肥量與產(chǎn)量和效益呈拋物線關(guān)系，在一定施肥范圍內(nèi)產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益均隨施肥量的增加而提高，但超過(guò)此范圍均降低[26]。張永清和苗果園[27]發(fā)現(xiàn)氮與磷對(duì)黍子(Panicummiliaceum)根系生長(zhǎng)表現(xiàn)出明顯的協(xié)同作用，施用氮和磷基礎(chǔ)上施鉀具有一定正向效果。張美俊等[28]研究表明適宜氮肥施用量是影響糜子(Panicummiliaceum)產(chǎn)量的關(guān)鍵因子，氮、磷、鉀肥間存在明顯的交互作用，配合施用能提高肥效，三因素對(duì)糜子產(chǎn)量的影響大小順序?yàn)榈?磷>鉀，任一因素過(guò)量施用均會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量顯著降低。本研究通過(guò)對(duì)唐古特大黃“3414”配方施肥發(fā)現(xiàn)，施肥能促進(jìn)唐古特大黃干物質(zhì)積累，提高產(chǎn)量，限制其產(chǎn)量和收益的主要養(yǎng)分作用依次為P>N>K，磷肥增產(chǎn)效應(yīng)最明顯，氮肥次之，鉀肥最差。單施肥料增產(chǎn)效果和收益表現(xiàn)為P>N>K，這可能是因?yàn)榱追视欣谟袡C(jī)物更多地向根系分配，氮肥與作物的光合作用緊密聯(lián)系，形成的有機(jī)物為根的生長(zhǎng)提供了保障。單施氮、磷、鉀量與產(chǎn)量和效益呈拋物線關(guān)系，一定范圍內(nèi)產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益隨肥料的增加而提高，但超過(guò)此范圍反而降低，這與張文明等[26]的研究結(jié)果相似，這種現(xiàn)象符合“報(bào)酬遞減律學(xué)說(shuō)”[29]。對(duì)氮、磷、鉀肥間的交互效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)，P2K2組合最有利于氮肥效發(fā)揮，N2K1組合最有利于磷肥效發(fā)揮；N2P2組合最有利于鉀肥肥效發(fā)揮。3種肥料的配合施用能夠最大限度提高藥材產(chǎn)量。施肥處理的增產(chǎn)效果依次為NPK>P>N>K，N2P2K2施肥處理唐古特大黃產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益均最高，不施肥處理N0P0K0產(chǎn)量最低，最高產(chǎn)量較N0P0K0增產(chǎn)47.12%，以上說(shuō)明本試驗(yàn)最佳配比設(shè)計(jì)較為合理，最佳肥料配比為N2P2K1或N2P2K2。

3.2　合理施肥有利于唐古特大黃有效成分的積累

中藥材有效成分含量是中藥材質(zhì)量的重要因素，也是為控制藥材質(zhì)量的一種有效手段。藥材總灰分含量低說(shuō)明含雜質(zhì)少，藥材水分含量低意味著貯藏過(guò)程中不易霉變或干制需要時(shí)間較短。施肥可提高黃花蒿抗瘧成分含量[23]。本研究結(jié)果表明，卓尼縣扎古錄鎮(zhèn)各處理?xiàng)l件下唐古特大黃均達(dá)到藥典規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，處理13(N1P2K1)的蘆薈大黃素含量最高，處理12(N1P1K2)大黃酚含量最高，處理6(N2P2K2)的大黃酸、大黃素甲醚含量和總蒽醌含量均最高。施肥對(duì)灰分和水分影響不大，除高氮處理外，其余處理均達(dá)到藥典規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。值得注意的是施氮肥不利于其有效成分的積累，可能是由于多施氮肥造成植株的莖葉徒長(zhǎng)，其機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

3.3　唐古特大黃施肥應(yīng)綜合考慮產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益

施肥對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響源于施肥可以改變土壤理化特性。鄧少虹等[30]研究表明，施肥對(duì)植草土壤活性有機(jī)碳和碳庫(kù)管理指數(shù)的影響顯著，對(duì)土壤酶活性的影響存在差異。合理配方施肥可極顯著提高甘草根系TTC活力[22]。本研究通過(guò)建立唐古特大黃的產(chǎn)量和施肥效益的一元二次、二元二次和三元二次肥料效應(yīng)函數(shù)，得到不同肥效函數(shù)的施肥參數(shù)。利用一元二次肥效方程估測(cè)得最高產(chǎn)量氮、磷、鉀最佳施肥量不同，N=77.49 kg/hm2，最大產(chǎn)量為12098.07 kg/hm2；P=61.01 kg/hm2，最大產(chǎn)量為12417.59 kg/hm2；K=42.27 kg/hm2，最大產(chǎn)量為12075.96 kg/hm2。氮磷、氮鉀、磷鉀的二元二次肥效方程理論最大產(chǎn)量施肥量N=74.96 kg/hm2，P=57.46 kg/hm2，最大產(chǎn)量為12534.4 kg/hm2；N=74.16 kg/hm2，K=37.65 kg/hm2，最大產(chǎn)量為13636.7 kg/hm2；P=63.77 kg/hm2，K=39.38 kg/hm2，最大產(chǎn)量為12268.9 kg/hm2。氮磷鉀的三元二次數(shù)學(xué)模型估測(cè)最大產(chǎn)量施肥量分別為N=74.06 kg/hm2，P=55.07 kg/hm2，K=36.56 kg/hm2，最高產(chǎn)量為12384.3 kg/hm2；最佳經(jīng)濟(jì)效益施肥量N為73.33 kg/hm2，P為54.58 kg/hm2，K為36.37 kg/hm2，產(chǎn)量為12012.6 kg/hm2。結(jié)合產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益和總蒽醌含量結(jié)果，建議該地的施肥量為N為73～90 kg/hm2，P為53～60 kg/hm2，K為32～37 kg/hm2。

綜上所述，只有了解作物需肥規(guī)律、土壤供肥性能和肥料元素間的互作效應(yīng)進(jìn)行配方施肥，才能提高肥料利用率，保證作物增產(chǎn)，改善產(chǎn)品品質(zhì)，最大限度地降低肥料流失，減少環(huán)境污染，降低生產(chǎn)成本。唐古特大黃適宜施肥量對(duì)產(chǎn)量具有顯著促進(jìn)作用，并有利于有效成分的積累。在生產(chǎn)中，制定唐古特大黃生產(chǎn)方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)肥料及藥材價(jià)格合理預(yù)測(cè)，優(yōu)化肥料種類及配比，并根據(jù)當(dāng)季生長(zhǎng)情況適當(dāng)調(diào)整，以獲得最大收益。本研究得出的最佳施肥處理將在后期研究中進(jìn)一步進(jìn)行驗(yàn)證和示范。

致謝：甘南藏族自治州科技局提供合作，甘玉偉站長(zhǎng)提供幫助，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士生米永偉、何媛麗、周傳猛、王華麗和楊慧珍，本科生李玲玲、張盼盼、楊鵬偉等參與試驗(yàn)工作。

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通訊作者*Corresponding author. E-mail: cygcx1963@163.com

作者簡(jiǎn)介：齊浩(1990-)，男，甘肅平?jīng)鋈耍谧x碩士。E-mail: 274906233@qq.com

基金項(xiàng)目：甘肅省科技重大專項(xiàng)唐古特大黃GAP種植及產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)(1102NKDP019)，國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2009ZX09308-002-1)，國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2007BAI37B04)，甘肅省中藥材產(chǎn)業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目(GYC09-06-03)，國(guó)家藥用植物種質(zhì)保存與利用支撐平臺(tái)的可持續(xù)發(fā)展——種質(zhì)收集保存及數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)和甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)研究等項(xiàng)目資助。

收稿日期：2014-09-30；改回日期：2014-12-31

DOI：10.11686/cyxb2014409http://cyxb.lzu.edu.cn