鋅硼鉬配施對川白芷藥材農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的影響

張亞琴，雷飛益，陳 雨，李思佳，竇明明，馬留輝，石 峰，陳興福

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/農(nóng)業(yè)部西南作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室，成都 611130）

白芷 (Angelica dahurica) 為傘形科當(dāng)歸屬植物[1]，其根藥食兩用，常用于治療感冒、偏頭痛、皮膚炎癥等疾病，也用作食物香料[2]。四川省遂寧市是白芷的道地產(chǎn)區(qū)，種植白芷的土壤為紫色土[3–4]。研究表明其有效態(tài)養(yǎng)分中缺硼和較缺鋅、鉬[5–6]，是遂寧白芷增產(chǎn)的限制因子之一。長期栽培白芷，產(chǎn)地土壤日趨貧瘠，導(dǎo)致近年來白芷體積普遍瘦小，商品性狀不佳[7]，優(yōu)質(zhì)的川白芷資源常處于供不應(yīng)求的狀態(tài)[8]。為了滿足白芷生長過程中對微量元素的需求，提高藥材川白芷的產(chǎn)量和商品性，增加藥農(nóng)的經(jīng)濟效益，在生產(chǎn)中補充施用微量元素肥料十分必要。

微量元素是植物生長代謝及養(yǎng)分吸收運轉(zhuǎn)相關(guān)酶的重要組成成分，在植物生長發(fā)育過程中扮演著重要角色[9–11]，使用微量元素肥料來調(diào)節(jié)植物生長在經(jīng)濟作物生產(chǎn)實踐中已較為廣泛[12–13]。中藥材作為一種特殊商品，始終遵循著“看貨論級，分檔議價”的指導(dǎo)思想，即藥材的農(nóng)藝性狀可以區(qū)分藥材質(zhì)量，從而決定了藥材的商品等級，是判別藥材價格檔次的重要指標(biāo)[14]。研究證明，施用微量元素肥料可以有效地調(diào)控藥材性狀，同時提高產(chǎn)量。孟杰等[15]研究表明噴施適宜配比的鋅、硼、鉬肥料有利于北柴胡 (Bupleurum chinense) 干物質(zhì)的向地下部分的轉(zhuǎn)移，可顯著提高北柴胡的產(chǎn)量。李瑤等[16]研究了化肥與微肥配施對川澤瀉 (Alisma orientalis) 的影響，發(fā)現(xiàn)化肥、微肥配施有利于增加澤瀉的產(chǎn)量，并優(yōu)化了最優(yōu)施肥量配方。羅意等[17]在附子 (Aconitum carmichaeli Debx) 上葉面噴施微肥，發(fā)現(xiàn)適宜濃度的鐵、鋅、硼、錳肥能提高附子的干物質(zhì)積累及產(chǎn)量，增加一等品的比例。綜合前人研究和當(dāng)前川白芷產(chǎn)區(qū)土壤基本情況，本研究選擇了鋅、硼和鉬三個因素研究其四川遂寧白芷的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的影響，以期為該地區(qū)白芷生產(chǎn)上微肥的施用提供理論參考和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2014年至2015年在四川省遂寧市大英縣隆盛鎮(zhèn)天丹中藥材科技有限責(zé)任公司試驗基地(105°21′E，30°36′N) 進行，該地區(qū)日平均溫度為17.5℃，年平均降雨量為925 mm，無霜期為298 d。試驗地土壤pH 7.3，全氮 (N) 1.47 g/kg，全磷 (P)0.30 g/kg，全鉀 (K) 15.30 g/kg，堿解氮 (N) 14.60 mg/kg，有效磷 (P) 5.15 mg/kg，速效鉀 (K) 112.13 mg/kg，有效鋅 (Zn) 9.47 mg/kg，有效硼 (B) 0.22 mg/kg，有效鉬 (Mo) 0.38 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

供試材料經(jīng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)陳興福教授鑒定為傘形科當(dāng)歸屬植物白芷[Angelica dahurica (Fisch. ex Hoffm.) Benth.et Hook. f]。試驗采用三因素二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計，設(shè)置鋅肥 (ZnSO4·7H2O)、硼肥(H3BO3) 和鉬肥[(NH4)2Mo4O13]三個因素，各5個水平，試驗的23個小區(qū)隨機排列，另外設(shè)置1小區(qū)噴施等量的清水為對照。供試微肥均為分析純，含量均 ≥ 99.0%。試驗設(shè)定的各因素水平編碼見表1，各小區(qū)微肥用量見表2。將表2中微肥量按小區(qū)面積折算用量并均分成3份，每份混合配制成500 mL溶液。分別在2015年4月12日﹑2015年4月27日和2015年5月12日清晨用微型噴霧器均勻噴施于川白芷葉面，噴施每小區(qū)時用塑料薄膜遮擋周邊小區(qū)。

表 1 因素水平編碼表(kg/hm2)Table 1 Factor level coding table

表 2 試驗設(shè)計與實施方案Table 2 Experimental design and implementation plan

1.3 田間管理

白芷于2014年10月播種，行距0.5 m，株距0.27 m，小區(qū)面積為21 m2(5 m × 4.2 m)，每穴定苗3株。2015年4月12日起，每15天葉面噴施試驗設(shè)計微肥量共3次，其余農(nóng)業(yè)栽培措施與當(dāng)?shù)厮庌r(nóng)習(xí)慣保持一致。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 藥材性狀的測定 試驗材料于2015年7月11日田間取樣，每小區(qū)采用五點法隨機取5株完整白芷植株，用清水洗凈，除去少量須根，晾干表面水分。將地上部分和地下部分從莖基部分開，測量根長、根直徑、根體積和根重。所有樣品置于105℃烘箱殺青15 min，45℃烘干至恒重后稱干重。

1.4.2 產(chǎn)量測定 于2015年7月11日，白芷地上部分枯黃時取樣，將各小區(qū)內(nèi)川白芷全部取出，去掉地上部分，全部洗凈后稱鮮重，45℃烘干至恒重后稱干重。

1.4.3 數(shù)據(jù)分析與處理 使用Excel 2013軟件進行數(shù)據(jù)的初步換算和處理，使用DPS 7.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行回歸模型的建立和分析，最后用Excel 2013軟件制圖。根據(jù)川白芷生產(chǎn)要求，參考孟杰等[18]對藥材綜合品質(zhì)評價方法，結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)度和DTOPSIS法對川白芷外觀性狀，包括根體積、根密度、根折干率、根長、根直徑和產(chǎn)量6個指標(biāo)進行權(quán)重計算和綜合評價。

根折干率 (%) = 平均根干重/平均根鮮重 × 100

根密度 (g/cm3) = 平均單株鮮重/平均單株體積

川白芷產(chǎn)量 (kg/hm2) = 平均單株根重 × 每公頃株數(shù)

2 結(jié)果與分析

2.1 模型的建立與檢驗

使用DPS 7.05統(tǒng)計軟件對所得數(shù)據(jù)進行回歸分析，分別得到鮮產(chǎn)量 (Y1)、干產(chǎn)量 (Y2)、根折干率(Y3)、根體積 (Y4)、根密度 (Y5)、根長 (Y6)、根直徑(Y7) 與鋅 (X1)、硼 (X2)、鉬 (X3) 的回歸模型。用F檢驗法分別檢驗方程各項回歸系數(shù)、方程總回歸系數(shù)和失擬度，得到方差分析表 (表3)。

由表3可知，在顯著水平α = 0.10的水平下通過方差分析發(fā)現(xiàn)方程Y1、Y2、Y4、Y5的總回歸系數(shù)F1均達到了顯著水平，方程Y1、Y2、Y4的失擬度未達到顯著水平，這說明方程Y1、Y2、Y4的模型成立，具有較好的預(yù)測性，可以進行模型決策。剔除顯著水平α ＜ 0.10不顯著的項后，得到優(yōu)化的回歸方程 Y1′、Y2′和 Y4′。

表 3 方差分析表Table 3 Analysis of variance

2.2 微肥配施對川白芷外觀性狀的影響

2.2.1 因子主效應(yīng)分析 利用表3中各項回歸系數(shù)的F值計算各因素對因變量的貢獻率，可分析回歸方程中各因素的重要性。使用貢獻率計算公式計算，分別得到各因素對川白芷外觀性狀的貢獻率 (表4)。

由表4可知，各因素對川白芷外觀性狀的影響不同。對根折干率、根體積、根長和根直徑的影響表現(xiàn)為：鉬 ＞ 鋅 ＞ 硼?？梢钥闯?，硼肥對外觀性狀的影響最小，鉬肥對外觀品質(zhì)影響較大，鋅肥處于中間調(diào)控的地位。對根密度的影響表現(xiàn)為：硼 ＞鋅 ＞ 鉬。

2.2.2 單因素效應(yīng)分析 使用降維法，固定其他因子為零水平，可分析鋅、硼、鉬對川白芷外觀性狀的影響。由表3可知，單因素項中，鋅分別對根體積和根直徑有顯著影響，硼分別對根密度和根長有顯著影響，鉬分別對根體積和根密度有顯著影響。由此分別計算出鋅、硼、鉬肥對根體積、根密度、根長和根直徑的單因素效應(yīng)方程，由方程作單因素圖(圖 1)。

表 4 單因素貢獻率Table 4 Single factor contribution rate

由圖1A可看出，在本研究地區(qū)的地力水平下，鉬肥對川白芷的根體積的影響存在一個最佳濃度值X3= 0.90，即鉬肥濃度為0.096 kg/hm2時，其根體積最大，說明噴施適宜濃度的鉬肥有利于根體積的增加。由圖1B可看出隨著鉬肥水平的增加，根密度先降低后增加，與鉬肥對根體積的影響恰好相反，說明鉬肥在增加川白芷根體積的同時，根密度在降低。由圖1A可知，隨著鋅肥濃度的升高，根體積逐漸降低。由圖1B、C可看出隨著硼肥水平的增加，根密度逐漸降低，根長在縮短，這說明硼肥抑制了川白芷根密度的增長和根的伸長，濃度越高，抑制效果越明顯。由圖1D可看出，鋅肥對川白芷根直徑存在最佳濃度值X1= – 1.18，即鋅肥濃度為0.043 kg/hm2時，其根最粗。這說明適宜濃度的鋅肥有利于川白芷根的增粗，但對其體積的增加有抑制作用。2.2.3 互作效應(yīng)分析 由表3可知，鋅、鉬互作對根體積有顯著影響，硼、鉬互作對根密度有較顯著影響。使用降維法固定單因子為零，可得到鋅、鉬互作對根體積和硼、鉬互作對根密度的方程，分別作互作效應(yīng)圖 (圖2、圖3)。

由圖2可知，在鉬肥水平為1.68，鋅肥水平為–1.68時，川白芷根體積最高。當(dāng)鉬肥處于1水平以上時隨著鋅肥水平的增加，根體積越來越低。當(dāng)鋅肥處于1以上水平時，隨著鉬肥水平的增加，根體積越來越低。在鋅肥和鉬肥均處于1.68水平時體積最小。這說明鋅、鉬互作對川白芷根體積增長有抑制作用。

由圖3可知，當(dāng)硼肥和鉬肥處于 –1.68水平時，川白芷根密度最大。當(dāng)硼肥保持一定水平時，鉬肥水平越高，川白芷根密度先降低后升高，在鉬肥為零水平左右時達到最低。這說明鉬肥與硼肥互作不利于川白芷根密度的增加，尤其是在鉬肥處于零水平左右時抑制作用最為明顯。

2.3 微肥配施對川白芷產(chǎn)量的影響

2.3.1 因子主效應(yīng)分析 使用2.2.1中貢獻率法計算得到各因素對產(chǎn)量的貢獻率為Δ鋅=1.713，Δ硼=0.725，Δ鉬=1.985。按從大到小排序為鉬肥 ＞ 鋅肥 ＞ 硼肥，說明鉬肥對產(chǎn)量的影響最大，鋅肥和硼肥次之。2.3.2 單因素效應(yīng)分析 由表3分析可知，鋅硼鉬配施對川白芷的折干率無影響，且川白芷的鮮產(chǎn)量和干產(chǎn)量回歸方程趨勢一致，由此本文僅對干產(chǎn)量進行分析，以下簡稱產(chǎn)量。使用降維法對產(chǎn)量的回歸方程進一步分析，可分別得到鋅、硼、鉬肥對產(chǎn)量的單因素效應(yīng)方程，分別由方程作單因素圖 (圖4)。

圖 1 單因素效應(yīng)Fig. 1 Single factor effect

圖 2 鋅、鉬互作對根體積的影響Fig. 2 Effect of Zn-Mo interaction on root volume

圖 3 硼、鉬互作對根密度的影響Fig. 3 Effect of B-Mo interaction on root density

由圖4可知，隨著鋅肥水平的升高，產(chǎn)量逐漸降低，施用鋅肥對產(chǎn)量有抑制作用；隨著鉬肥水平的增加，產(chǎn)量先增加后降低，鉬肥在0.5～1.5水平川白芷產(chǎn)量達到最高，這說明0.139～0.203 kg/hm2的鉬肥水平可使產(chǎn)量達到較高水平。

圖 4 產(chǎn)量單因素效應(yīng)Fig. 4 Single factor effect of yield

2.3.3 互作效應(yīng)分析 由表3的回歸系數(shù)顯著性分析可知，鋅和硼、鋅和鉬對川白芷產(chǎn)量的影響達到了顯著水平，硼和鉬對產(chǎn)量的影響不顯著。通過降維法對互作效應(yīng)進一步分析，可得到鋅和硼互作、鋅和鉬互作與川白芷產(chǎn)量的關(guān)系方程，由此可根據(jù)方程作出互作效應(yīng)的曲面圖 (圖5A和圖5B)。

由圖5A可知在高水平的鋅肥和硼肥水平下川白芷產(chǎn)量最低，而高水平的硼肥和低水平的鋅肥條件下川白芷產(chǎn)量達到最高，即1.682水平的硼肥和0水平的鋅肥條件下產(chǎn)量可達到極值11626 kg/hm2。隨著硼肥水平的提高，鋅肥水平越低，產(chǎn)量越高。這說明高水平的鋅肥和硼肥配合不利于川白芷產(chǎn)量的增加。由圖5B可知鋅肥和鉬肥的互作效應(yīng)與鋅肥和硼肥類似，在1.682水平的硼肥和0水平的鋅肥水平下產(chǎn)量最高可達12345 kg/hm2。這說明在互作關(guān)系中，鋅肥對硼、鉬肥料的肥效產(chǎn)生了抑制作用。

2.3.4 川白芷產(chǎn)量優(yōu)化配方分析 通過已建立的產(chǎn)量的回歸模型，可計算出各因素的最適施用配方的理論值?？紤]到實際生產(chǎn)時存在土壤、氣候環(huán)境的差異影響，通過使用統(tǒng)計頻數(shù)法進行分析可以得到一個合適的高產(chǎn)范圍。按照當(dāng)?shù)赝寥?、氣候條件可知小區(qū)產(chǎn)量高于8250 kg/hm2即為高產(chǎn)，在此使用統(tǒng)計頻數(shù)法計算出產(chǎn)量高于8250 kg/hm2的最佳施肥量范圍 (表 5)。

圖 5 鋅硼、鋅鉬互作效應(yīng)分析Fig. 5 Interactions analysis of Zn-B, Zn-Mo

由表5可知，當(dāng)鋅肥在低水平編碼 – 1.682～ – 1時頻率最高，即鋅肥施用濃度在0～0.058 kg/hm2間，川白芷的產(chǎn)量呈現(xiàn)較高狀態(tài)；硼肥頻率分布較平均，這說明施用硼肥濃度對產(chǎn)量的影響并不大；鉬肥在中高水平編碼1～1.682間頻率較大，即當(dāng)鉬肥濃度在0.171～0.214 kg/hm2時川白芷產(chǎn)量較高。綜合以上的頻數(shù)分析，可以優(yōu)化最佳農(nóng)藝措施為鋅肥0.0305～0.0960 kg/hm2，硼肥1.0270～1.7928 kg/hm2，鉬肥 0.1354～0.1774 kg/hm2。

2.4 基于灰色關(guān)聯(lián)度和DTOPSIS法綜合評價川白芷外觀性狀和產(chǎn)量

為了用川白芷的各項指標(biāo)對川白芷整體做出一個客觀評價，本文綜合了產(chǎn)量、根折干率、根體積、根密度、根長、根直徑，使用灰色關(guān)聯(lián)度法計算出各參評材料的權(quán)重值和灰關(guān)聯(lián)度 (表6)。使用灰關(guān)聯(lián)權(quán)重值進行了DTOPSIS法處理，得到DTOPSIS法的相對接近度值Ci及其排序 (表7)，并計算出待評材料與理想材料的關(guān)聯(lián)度 (表7)。

由表7可知，采用灰色關(guān)聯(lián)度法和DTOPSIS法的綜合評價結(jié)果幾乎一致。兩種方法所得綜合表現(xiàn)最優(yōu)的處理5和處理7，即當(dāng)使用鋅肥0.06 kg/hm2、硼肥2.28 kg/hm2、鉬肥0.17 kg/hm2和鋅肥0.06 kg/hm2、硼肥0.58 kg/hm2、鉬肥0.17 kg/hm2時川白芷的經(jīng)濟性狀和產(chǎn)量綜合最優(yōu)，這與頻數(shù)分析法得到的最優(yōu)方案相同。這兩種配方僅硼肥施用量不同，這印證了單因素分析過程中，硼對產(chǎn)量無影響的結(jié)果。由表7可知灰色關(guān)聯(lián)度法所得關(guān)聯(lián)度最大差異為25.39%，DTOPSIS法所得Ci值最大差異可達64.04%，這說明DTOPSIS法能放大樣品間的差異性，更便于區(qū)分待評材料間表現(xiàn)的優(yōu)劣。

3 討論

微量元素在植物生長代謝過程中起到重要的作用，缺乏微量元素會影響植物根系營養(yǎng)供給和生理活動，過量時植物會受到毒害，而每種植物對微量元素的耐受性和需求量不同，不同地區(qū)的土壤微量元素含量也存在較大差異[19]，施用適合的微量元素用量才能有效調(diào)控植物的生長。本研究的三個因素鋅、硼、鉬對植物生長發(fā)育影響較大[20–22]，已在眾多植物中得到印證[23–25]。本研究結(jié)果表明，各因素對產(chǎn)量、根體積等的貢獻率排序為鉬肥 ＞ 鋅肥 ＞ 硼肥，對根密度的貢獻率排序為鋅肥 ＞ 鉬肥 ＞ 硼肥。單因素分析結(jié)果表明，鉬肥能降低川白芷根的密度、增加體積和增產(chǎn)，在施用鉬肥0.1 kg/hm2左右濃度時體積最大，密度最小，在0.17 kg/hm2濃度左右，川白芷產(chǎn)量最高。這與鉬肥對甘草[26]和萵筍[27]的影響相同。這可能與鉬肥促進了植物光合作用，有利于植物干物質(zhì)積累有關(guān)[28]，鉬肥對增加根類藥材的性狀和產(chǎn)量有較好的提升效果。鋅肥能夠增加川白芷根的長度，在濃度為0.043 kg/hm2時根長最長，但是施用鋅肥會抑制根體積和產(chǎn)量的增長，鋅和鉬互作對根體積和產(chǎn)量有抑制效應(yīng)，鋅和硼互作對產(chǎn)量也產(chǎn)生了抑制效應(yīng)。這與柴胡[15]、澤瀉[29]不同，可能是由于白芷對鋅肥的耐受性較低，使鋅肥對白芷的根系干物質(zhì)積累產(chǎn)生了抑制，也影響了鉬肥對根體積和產(chǎn)量的促進效果。硼對川白芷的根密度和根直徑都有抑制作用，對產(chǎn)量影響較小，硼和鉬互作會影響根密度的增加。這可能與硼肥移動性較弱，對根部干物質(zhì)積累的控制力度不夠?qū)е?，而硼鉬互作影響根密度可能與硼影響細胞伸展有關(guān)，影響了鉬肥對根密度的調(diào)控效果[30]。已有研究證明硼肥對川白芷有效成分含量影響較大，能有效增加川白芷中香豆素成分的含量[31]，這說明硼肥對有效成分含量的提高效果更佳，其原因有待進一步研究探索。藥材市場上通常按白芷的粗細、重量、粉性和香氣分3等，一等品的價格最貴而三等品的藥效成分更高[32]。以本試驗結(jié)果看，鉬肥既能增加藥材性狀，提高白芷的商品等級和經(jīng)濟效益，也能有效增產(chǎn)；鋅肥能影響根長，也能提高白芷等級，從而增加經(jīng)濟效益。

表 5 產(chǎn)量 ≥ 8250 kg/hm2的頻率分布及農(nóng)藝措施Table 5 The frequency distribution of yield ≥ 8250 kg/hm2 and agronomic measures

表 6 參評材料的關(guān)聯(lián)度γi和權(quán)重值ωkTable 6 Correlative degree weight value of the evaluation materials

表 7 待評價材料的加權(quán)關(guān)聯(lián)度ri與Ci排序值比較Table 7 Comparison of the weighted correlation degree ri and Ci sorting value of the material

鋅硼鉬的調(diào)控效果不同，但是三者協(xié)同作用時可使川白芷達到高產(chǎn)的目標(biāo)。竇明明等[29]研究微肥和化肥在澤瀉上的應(yīng)用，結(jié)果表明適宜配比的鋅、硼、鉬肥料和化肥配施可顯著提高澤瀉的產(chǎn)量。羅意等[17]研究發(fā)現(xiàn)適當(dāng)濃度鐵、錳、鋅、硼的微肥配比能顯著提高附子產(chǎn)量，并優(yōu)化出4∶1∶1∶2的附子最優(yōu)微肥施用配方。本研究結(jié)果表明，微肥鋅、硼、鉬配施可調(diào)控川白芷根密度、根體積、根長和根粗，增加川白芷產(chǎn)量，并優(yōu)化出微肥配施方案：在噴施鋅肥0.0305～0.0960 kg/hm2、硼肥1.0270～1.7928 kg/hm2、鉬肥0.1354～0.1774 kg/hm2時，川白芷能夠高產(chǎn)。本文還使用了灰色關(guān)聯(lián)度和DTOPSIS法綜合分析比較了本試驗條件下所有處理的優(yōu)劣，結(jié)果表明，使用鋅肥0.06 kg/hm2、硼肥2.28 kg/hm2、鉬肥0.17 kg/hm2和鋅肥0.06 kg/hm2、硼肥0.58 kg/hm2、鉬肥0.17 kg/hm2時川白芷的藥材性狀和產(chǎn)量綜合最優(yōu)，這與頻數(shù)分析法的結(jié)果一致，也說明了硼肥對產(chǎn)量的影響很小。但因素之間是通過什么途徑對川白芷產(chǎn)量產(chǎn)生影響，怎樣協(xié)同互作還需進一步研究。

4 結(jié)論

通過正交旋轉(zhuǎn)試驗設(shè)計，本研究建立了以鋅、硼、鉬為自變量，川白芷藥材性狀和產(chǎn)量為因變量的函數(shù)模型。通過對模型分析得出，鋅、鉬對川白芷藥材性狀和產(chǎn)量有顯著影響，且因素間存在互作效應(yīng)。三因素對產(chǎn)量和根體積等的影響排序為鉬 ＞鋅 ＞ 硼，對根密度的影響排序為鋅 ＞ 鉬 ＞ 硼。

鋅、硼、鉬三種微肥配施能調(diào)節(jié)川白芷藥材性狀，增加川白芷的產(chǎn)量，但存在一個合適的濃度配比，施用濃度過高或過低都會影響其產(chǎn)量和藥材農(nóng)藝性狀。本研究使用頻數(shù)分析法和灰色關(guān)聯(lián)度和DTOPSIS法綜合優(yōu)化出川白芷施肥配方為鋅肥0.0305～0.0960 kg/hm2、硼肥 1.0270～1.7928 kg/hm2、鉬肥0.1354～0.1774 kg/hm2。川白芷生產(chǎn)上可根據(jù)土壤、產(chǎn)量、經(jīng)濟效益預(yù)期等，依據(jù)此配方調(diào)整鋅、硼、鉬肥施用量，以提高川白芷產(chǎn)量。

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