根際土壤元素有效性與丹參質(zhì)量的相關(guān)性分析

沈曉鳳　張琦　嚴鑄云　楊新杰　郭曉恒　陳新　萬德光

[摘要]全國8個省25個產(chǎn)地栽培和野生丹參根際土壤的分析結(jié)果表明，丹參產(chǎn)區(qū)土壤有效氮（N）、磷（P）、鉀（K）、硼（B）、鐵（Fe）、錳（Mn）、鋅（Zn）、銅（Cu）含量豐缺水平差異較大。有效P，F(xiàn)e極其豐富，有效K，Zn，Cu較為豐富，有效N，Mn含量較大面積上缺乏，整個產(chǎn)區(qū)有效B極缺乏。各元素之間存在不同程度的相關(guān)性，并與10種丹參活性成分也存在相關(guān)性，其中有效N，B，F(xiàn)e，Mn影響最為顯著，其余成分未呈現(xiàn)統(tǒng)計學(xué)意義。研究表明土壤營養(yǎng)元素有效性影響著丹參品質(zhì)，丹參肥料管理的重點是分階段控制N，B，F(xiàn)e，Mn肥，并應(yīng)減少磷肥的施用或不施用磷肥。

[關(guān)鍵詞]丹參；根際土壤；元素有效性；有效成分

[Abstract]In order to investigate the content and distribution of available element in the rhizonsphere soil of the growing areas of Salvia miltiorrhiza Bunge， the contents of available element （N，P，K，B，Cu，Zn，F(xiàn)e，Mn） in 26 soil samples were tested and evaluated The results showed that the contents of available P and Fe were very plentiful， available K， Cu and Zn were rich， available N and Mn were deficient， available B was extremely deficient in all growing areas of S miltiorrhiza of eight provinces in China The correlation analysis showed that the contents of eight kinds of available elements were varying degree correlation The stepwise regression analysis between the contents of available elements of rhizonsphere soil and ten kinds of active ingredients of Danshen （Salviae Miltiorrhizae Radix et Rhizoma） were researched The results showed that the rates of contribution of available N，B，Mn and Fe to quality of Danshen were relatively large and they were the significant factors， and the other factors did not show statistical significance The recommended fertilizing strategies is that the usage of N，B and Mn fertilizers should be controlled according to different stages of growth of S miltiorrhiza， and P fertilizer should be reduced in all growing areas of S miltiorrhiza

[Key words]Salvia miltiorrhiza； rhizonsphere soil； the effectiveness of element； active ingredient

doi：10.4268/cjcmm20160709

土壤是植物營養(yǎng)元素的主要來源，土壤中元素含量、形態(tài)分布和有效性不僅與成土母質(zhì)和成土過程等有關(guān)，還受耕作制度、施用肥料和種植作物等因素的影響[1]。根際是植物和土壤相互作用的界面，也是物質(zhì)和能量交換的結(jié)點[2]。植物通過根際分泌行為影響著土壤營養(yǎng)元素的形態(tài)和有效性[34]，從而影響植物的生長發(fā)育、代謝活動和元素積累[56]。無機元素對藥用植物生長發(fā)育和有效成分積累密切相關(guān)[79]。研究表明，大量元素缺乏有利于丹參酮類物質(zhì)積累[10]，鐵、錳、鋅、硼和銅微肥能促進丹參干物質(zhì)累積[1113]，適宜氮磷鉀配比有利于丹參根發(fā)育和有效成分積累[1416]。然而，對根際土壤元素有效性與藥用植物活性關(guān)系的研究報道甚少，同時中藥又具有多品種、多道地的特征，這給我國學(xué)者探討無機元素與藥材品質(zhì)形成的關(guān)系，以及施肥管理研究增添了新的難度。本研究以多道地性的丹參Salvia miltiorrhiza Bunge為研究對象，測定了全國8個省25個產(chǎn)地丹參根際土壤中元素有效態(tài)的含量，分析根際土壤元素有效性與丹參品質(zhì)的關(guān)系。對研究無機元素對丹參品質(zhì)的影響，充分發(fā)揮微量元素在藥用植物生產(chǎn)的作用，制定栽培生產(chǎn)中施肥管理策略具有重要意義。

1材料和方法

11樣品采集與處理

2007年11月中旬至12月上旬，在全國8個省25個丹參產(chǎn)地采集栽培或野生丹參的根和根際土壤，采用GPS定位儀定位（表1）。采用“S”型平行采樣多點混合法，每份樣品為20～25點采集，根際土壤采用抖根法[17]收集，最后經(jīng)四分法獲取分析用樣品，其中根際土保留2 kg/份，藥用部位5 kg/份。樣品采集后快速運回實驗室，藥材經(jīng)常規(guī)加工處理，土壤樣品風(fēng)干處理，備用。

12元素有效性測定

參考文獻[1819]的方法，有效鉀（K）、銅（Cu）、鋅（Zn）、鐵（Fe）、錳（Mn） 采用碳酸氫銨二乙基三胺五乙酸（ABDTPA）浸提后，采用原子吸收分光光度計測定；堿解氮（N）采用堿解擴散法測定；有效磷（P）采用碳酸氫鈉提取鉬銻抗比色法測定；有效硼（B）采用沸水浸提姜黃素比色法測定。

13有效成分的含量測定

采用高效液相色譜法測定，具體見課題組報道 [2021]。

14數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 200進行計算和分析。

2結(jié)果與分析

21丹參根際土壤元素有效態(tài)分布規(guī)律

211不同產(chǎn)地根際土壤元素有效態(tài)特征土壤中有效元素含量高低是制定科學(xué)，合理施肥方案的依據(jù)。全國8省25個產(chǎn)地丹參根際土壤中元素（N，P，K，F(xiàn)e，Mn，Zn，Cu，B）有效態(tài)的含量測定結(jié)果表明，根際土壤中各元素平均含量高低順序為P>K>Fe>N>Mn>Cu>Zn>B，產(chǎn)區(qū)和產(chǎn)地之間土壤元素有效態(tài)的含量差異較大。其中，根際土壤有效氮2415～8470 mg·kg-1，平均5273 mg·kg-1；有效磷20626～4 49920 mg·kg-1，平均1 44611 mg·kg-1；有效鉀2200～25900 mg·kg-1，平均12585 mg·kg-1；有效錳313～4352 mg·kg-1，平均1159 mg·kg-1；有效銅050～1042 mg·kg-1，平均235 mg·kg-1；有效鋅094～514 mg·kg-1，平均197 mg·kg-1；有效鐵560～28695 mg·kg-1，平均5719 mg·kg-1；有效硼004～125 mg·kg-1，平均023 mg·kg-1（圖1）。

212根際土壤元素豐缺度狀況土壤元素全量不能完全反映土壤供給植物的營養(yǎng)水平，而有效態(tài)更能反應(yīng)土壤的元素可利用狀況。因此，根據(jù)第二次全國土壤普查中土壤元素的分級標準[22]，對各產(chǎn)區(qū)丹參根際土壤的營養(yǎng)元素進行了豐缺狀況分級（表2）。丹參各產(chǎn)地根際土壤有效N偏低，全部產(chǎn)地處于稍低及其以下水平，其中處于低水平的產(chǎn)地占577%，稍低水平占346%。有效P極豐富，全部產(chǎn)地處于極富水平；有效K多屬中等水平以上，其中處于豐富以上水平占346%，中等水平

占231%，低水平占308%。有效Fe極豐富，全部產(chǎn)地均處于中等水平以上，其中處于極豐富水平占654%。有效Zn較豐富，均在中等水平以上，其中豐富水平占846%。有效Cu多在中等水平以上，其中極豐富水平占423%，豐富水平占346%。有效B的含量最低，大部分產(chǎn)地在中等水平以下，處于極低水平占615%。有效Mn較低，大部分產(chǎn)地在中等和中等水平以下，處于低水平占462%，中等水平以上占346%。

213根際土壤元素有效態(tài)的相關(guān)性和聚類分析因是多產(chǎn)區(qū)和多性狀比較，為了消除偏態(tài)，并將變量之間的關(guān)系線性化，把各測量值轉(zhuǎn)換成自然對數(shù)后進行相關(guān)分析（表3），數(shù)據(jù)標準化和全距化后采用組間聯(lián)結(jié)法，以元素有效態(tài)含量為變量，對產(chǎn)地進行聚類分析（圖2，3），其目的是進一步分析研究丹參生長根際土壤元素有效性之間的關(guān)系和地理差異，為相應(yīng)品種和地區(qū)丹參種植中的肥料管理研究提供依據(jù)。

表3可見，丹參根際土壤中有效N，P，K，F(xiàn)e，Mn，Zn，Cu，B之間相關(guān)性不高，僅僅有效N與有效Zn成正相關(guān)（P<005）；有效K與有效Zn成負相關(guān)（P<005），與有效P成正相關(guān)（P<005）。但提示丹參對元素的利用存在協(xié)同和拮抗特性。圖2可見，土壤8種營養(yǎng)元素有效態(tài)含量水平聚為2組，第一組包括四川中江石泉和石埡，與其有效Fe，N，Zn的異質(zhì)有關(guān)；第二組包括了其余產(chǎn)地。圖3可見，在去掉受施肥影響較大的N，P，K后，雖然產(chǎn)地之間的關(guān)系發(fā)生了一些變化，但仍然沒有地理相近的聚類或道地產(chǎn)區(qū)的聚類關(guān)系。說明根際土壤中元素有效性差異不是由地理分異形成，而由耕作制度或丹參的營養(yǎng)型差異引起的。

22根際土壤元素有效態(tài)與丹參有效成分回歸分析

因土壤的營養(yǎng)水平會引起植物生長，發(fā)育和代謝改變，本研究采用課題組對同行采集的藥材質(zhì)量分析數(shù)據(jù)[1920]進行關(guān)聯(lián)分析。因?qū)俣嘈誀畋容^，對各測量值進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)化消除偏態(tài)，并將變量之間的關(guān)系線性化進行相關(guān)分析。在10種有效成分（丹參素，原兒茶醛，咖啡酸，迷迭香酸，丹酚酸B，丹酚酸A，丹參酮Ⅰ，丹參酮ⅡA，二氫丹參酮Ⅰ，隱丹參酮）和根際土壤中有效N，P，K，Mn，Cu，Zn，F(xiàn)e，B含量相關(guān)性的復(fù)雜關(guān)系中找出影響藥材質(zhì)量的重要營養(yǎng)元素，因此采用回歸的方法，將P<005的因素保留在模型中。采用穩(wěn)健逐步回歸獲得了以下幾個有效成分的預(yù)測模型。這些模型說明營養(yǎng)元素主要影響丹參酮類的合成和積累，特別是有效N，B，F(xiàn)e的影響較大，在肥料管理中值得關(guān)注。

二氫丹參酮Ⅰ（預(yù)測值）= 0113 3-0001 1N×100%

丹參酮Ⅰ（預(yù)測值）= 0311 2-0027 9 log B-0003 3×N-0412 8÷Fe×100%

丹參酮ⅡA（預(yù)測值）= 0610 6-0068 2 log B-0005 3×N-0786 2÷Fe×100%

丹酚酸A（預(yù)測值）= 0010 1+0071 3÷Mn×100%

上式中的 N，B，F(xiàn)e，Mn 分別代表氮、硼、鐵和錳元素的有效態(tài)質(zhì)量分數(shù)，單位為mg·kg-1。

3討論

土壤元素有效態(tài)含量的高低，可以表明其被植物直接吸收利用的強度大小。由于藥用植物吸收微量元素的規(guī)律研究甚少，尤其缺乏丹參對微量元素吸收規(guī)律的認識。因此，本研究依據(jù)全國土壤微量元素分級標準進行評價，在丹參主要栽培區(qū)土壤中有效P，F(xiàn)e，Zn和Cu的含量豐富，有效N，B，Mn處于較低水平?？紤]植物生長的需求，丹參栽培生產(chǎn)中應(yīng)減少磷肥的施用或不施用磷肥，應(yīng)適當(dāng)補充N，B，Mn肥；但元素有效態(tài)與有效成分的回歸分析結(jié)果，提示N，B，F(xiàn)e是影響丹參酮合成積累的重要因素。可見，丹參栽培的肥料管理中應(yīng)在藥材產(chǎn)量和質(zhì)量之間尋求一種平衡，按植物的生長發(fā)育時期控肥值得重點關(guān)注。

土壤母質(zhì)類型，元素全量，pH，有機質(zhì)，土壤質(zhì)地，土壤營養(yǎng)物質(zhì)等因素均影響根際土壤元素有效性[2326]，同時植物根系分泌行為是“植物土壤微生物”系統(tǒng)的重要調(diào)節(jié)過程，是影響根際元素形態(tài)和養(yǎng)分吸收的重要因素[2729]。本研究結(jié)果提示不同地區(qū)由于耕作制度和施肥管理水平的差異，可能是造成丹參各產(chǎn)地營養(yǎng)元素有效態(tài)差異的原因，如河南洛陽丹參種植區(qū)內(nèi)土壤有效氮，有效磷和有效鉀含量豐富[30]。同時基于藥材采收期根際土壤元素有效態(tài)和藥材有效成分相關(guān)性分析結(jié)果，可能與施肥實驗的結(jié)果存在差異，如文獻[31]報道磷肥對丹參素和丹參酮ⅡA的積累表現(xiàn)正效應(yīng)，而本研究中有效磷的含量并未見此效應(yīng)，結(jié)合文獻[10]的研究結(jié)果，認為是元素可給性或元素間利用的拮抗問題。而各元素有效態(tài)之間存在不同水平的相關(guān)性，提示丹參對元素的吸收存在協(xié)同或拮抗作用。進一步提示在當(dāng)今中藥材需求和種植面積不斷擴大的形勢下，首先應(yīng)開展藥用植物吸收利用元素的規(guī)律，以及微量元素與藥材品質(zhì)形成機制的研究。并制訂相應(yīng)品種的土壤元素豐缺指標，為科學(xué)合理地施肥奠定基礎(chǔ)。同時也提示中藥材栽培中，特別是多產(chǎn)地種植的品種應(yīng)實施測土配方施肥，不宜提倡大范圍地推廣使用“專用肥”。

4結(jié)語

全國丹參主要栽培區(qū)土壤中有效P，F(xiàn)e，Zn，Cu豐富，有效N，B，Mn處于較低水平，各產(chǎn)地元素有效態(tài)存在明顯差異性，但不存在地理分異特性。根際土壤中元素有效態(tài)影響丹參有效成分的合成和積累，N，B，Mn，F(xiàn)e影響丹參品質(zhì)的形成，尤其N，B，F(xiàn)e較明顯；丹參對不同元素的利用存在一定協(xié)同或拮抗作用。因此，丹參栽培生產(chǎn)中應(yīng)減少磷肥的施用或不施用磷肥，分階段控制N，B，F(xiàn)e，Mn肥，并在藥材產(chǎn)量和質(zhì)量之間尋求一種施肥平衡點。同時，應(yīng)加強圍繞藥材品質(zhì)形成機制，開展藥用植物對元素吸收利用規(guī)律的研究，以期制訂相應(yīng)品種土壤元素有效性豐缺的指標，為科學(xué)合理地開展配方施肥奠定基礎(chǔ)。

[參考文獻]

[1]魏孝榮，郝明德，邵明安. 黃土高原旱地長期種植作物對土壤微量元素形態(tài)和有效性的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報，2005，25（12）：3196.

[2]張福鎖，申建波，馮固. 根際生態(tài)學(xué)——過程與調(diào)控[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2009.

[3]Youssef R A， Fattah A E A， Hilal M H. Studies on the movement of Ni in wheat rhizosphere using rhizobox technique Egyptian[J]. Soil Sci， 1997， 37（2）：175.

[4]Shuman L M， Wang J. Effect of rice variety on zinc， cadmium， iron and manganese content in rhizosphere and nonrhizosphere soil fractions[J]. Commun Soil Sci Plan，1997，28（1）：23.

[5]姜志艷，王建英，楊雪梅. 銅，鉛，鋅對黃芪生長及其DNA損傷的影響[J]. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報，2013，44（2）：205.

[6]涂書新，孫錦荷. 植物根系分泌物與根際營養(yǎng)關(guān)系評述[J]. 土壤與環(huán)境，2000，9（1）：64.

[7]王利麗，張濤，陳隨清，等. 土壤中無機元素與山茱萸藥材質(zhì)量的相關(guān)性分析[J]. 中藥材，2011，34（8）：1167.

[8]金航，崔秀明，徐珞珊，等. 三七道地與非道地產(chǎn)區(qū)藥材及土壤微量元素分析[J]. 云南大學(xué)學(xué)報，2006，28（2）：144.

[9]索風(fēng)梅，陳士林，任德權(quán). 道地藥材的產(chǎn)地適宜性研究[J]. 中國中藥雜志，2005，30（19）：1485.

[10]毛瑩，袁媛，何希榮，等. 不同元素對丹參毛狀根生長及丹參酮類成分積累的影響[J]. 中國實驗方劑學(xué)雜志，2009，15（11）：6.

[11]韓建萍，梁宗鎖，張文生. 微量元素對丹參生長發(fā)育及有效成分的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2005，11（4）：560.

[12]孫玉新，李永明，劉德輝. 錳對栽培丹參的生長和丹參酮類物質(zhì)累積的影響[J]. 土壤，2011，43（1）：95.

[13]汪斌，劉德輝，談獻和，等. 銅、鋅對栽培丹參的丹參酮類物質(zhì)影響機制的研究[J]. 中國中藥雜志，2008，17（33）：2082.

[14]李建軍，孫華，高致明，等. 施肥對丹參根結(jié)構(gòu)發(fā)育及有效成分積累的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007，41（4）：405.

[15]王渭玲，梁宗鎖，孫群，等. 不同氮磷施用量對丹參產(chǎn)量及有效成份的影響[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2005，21（3）：218.

[16]夏奉乾，苗艷芳，李俊偉，等. 氮磷鉀肥配施對豫西旱地丹參生產(chǎn)的影響[J]. 河南科技大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2010，31（6）：73.

[17]Riley D， Barber S A. Bicarbonate accumulation and pH changes at the soybean （Glycine max （L.） Merr.） rootsoil interface[J]. Soil Sci Soc of Am J， 1969， 33（6）：905.

[18]魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，2000.

[19]馮兩蕊. ABDTPA通用浸提劑測定石灰性土壤微量元素的可行性研究[J]. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2004，24（4）：351.

[20]楊新杰，萬德光，林貴兵，等. 丹參水溶性成分的地域分布特點分析[J]. 天然產(chǎn)物研究與開發(fā)，2011，23（4）：684.

[21]楊新杰，萬德光，林貴兵，等. 丹參脂溶性成分的地域分布特點分析[J]. 中草藥，2010，41（5）：809.

[22]全國土壤普查辦公室. 中國土壤普查技術(shù)[M]. 北京：農(nóng)業(yè)出版社，1992：86.

[23]唐麗靜，王冬艷，宋誠亮. 山東省沂源縣耕層土壤營養(yǎng)元素有效態(tài)含量及其影響因素研究[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，46（8）：71.

[24]劉全友，童依平，李繼云，等. 多倫縣土壤營養(yǎng)元素有效態(tài)含量的影響因素研究[J].生態(tài)學(xué)報，2000，20（6）：103.

[25]崔斗斗，林昌虎，何騰兵，等. 鳥王茶產(chǎn)地土壤微量元素有效態(tài)特征及影響因素研究[J].貴州科學(xué)，2011，29（2）：60.

[26]章程，謝運球，呂勇，等.廣西弄拉峰叢山區(qū)土壤有機質(zhì)與微量營養(yǎng)元素有效態(tài)[J]. 中國巖溶，2006，25（1）：63.

[27]Takagi S. Naturally occurring ironchelating compounds in oatandrice root washings. Ⅰ：activity measurement and preliminary characterization [J]. Soil Sci Plant Nutr，1976，22（4）：423.

[28]Ae N，Arihara J，Yoshihara T. Phosphorus uptake by pigeonpea and its role in cropping systems of the Indian subcontinent[J]. Science，1990，248（4954）：477.

[29]郭亞利，李明海，吳洪田，等. 烤煙根系分泌物對烤煙幼苗生長和養(yǎng)分吸收的影響[J]. 2007，13（3）：458.

[30]扶艷艷，呂靜霞，苗艷芳，等. 洛陽丹參基地土壤肥力質(zhì)量評價與培肥對策[J]. 中國現(xiàn)代中藥，2012，14（6）：24.

[31]韓建萍，梁宗鎖. 氮、磷對丹參生長及丹參素和丹參酮ⅡA積累規(guī)律研究[J]. 中草藥，2005，36（5）：756.

[責(zé)任編輯呂冬梅]