氮磷鉀配施對(duì)燈盞花產(chǎn)量和品質(zhì)的影響及肥料效應(yīng)

魯澤剛 盧迎春 張廣輝 龍光強(qiáng),,? 楊生超

(1云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,云南 昆明 650201；2云南農(nóng)業(yè)大學(xué)西南中藥材種質(zhì)創(chuàng)新與利用國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心,云南昆明 650201)

燈盞花[Erigeron breviscapus(Vant.)Hand-Mazz]學(xué)名短葶飛蓬,是常用中草藥之一,主要藥用成分為黃酮類、咖啡酸酯等次生代謝物。燈盞花類藥品是治療心腦血管疾病的必備急救藥品,在臨床上的應(yīng)用效果顯著。目前,燈盞花的市場(chǎng)需求量正在不斷攀升。研究表明,施肥是增加谷物、藥用植物等[1-2]產(chǎn)量的有效措施,且可調(diào)控藥用植物次生代謝產(chǎn)物積累,從而影響活性成分含量及收獲量[3]。近年來(lái),藥農(nóng)盲目施用氮磷(NP)肥,少施或不施鉀(K)肥的現(xiàn)象比較普遍,導(dǎo)致肥料利用率降低,燈盞花產(chǎn)量提高受限,嚴(yán)重制約了燈盞花的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

“3414”試驗(yàn)設(shè)計(jì)是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的肥料效應(yīng)田間試驗(yàn)方案,該方案設(shè)計(jì)既具有回歸最優(yōu)設(shè)計(jì)處理少、效率高等優(yōu)點(diǎn),又符合肥料試驗(yàn)和施肥決策的專業(yè)要求,近年來(lái)已逐步應(yīng)用于藥用植物生產(chǎn)中。如吳春等[4]對(duì)14 個(gè)不同配方處理的秦艽樣品的11 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),優(yōu)化了秦艽標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)過(guò)程的氮磷鉀(NPK)肥施用量。此外,“3414”施肥方案已被證實(shí)在金盞花[5]、丹參[6-8]、甘草[9-10]等作物中也發(fā)揮了較好的作用,為上述作物生產(chǎn)推薦了在試驗(yàn)產(chǎn)區(qū)適宜氮磷鉀(NPK)施用量及施用配比。目前,前人對(duì)燈盞花的相關(guān)研究主要集中在化學(xué)成分分析[11-15]、遺傳多樣性[16]、工藝提取[17]等方面,而關(guān)于氮磷鉀(NPK)肥配施對(duì)燈盞花產(chǎn)量和品質(zhì)影響及肥料效應(yīng)方面的研究尚鮮見報(bào)道。蘇文華等[18-19]報(bào)道了氮(N)素和鉀(K)素對(duì)燈盞花生長(zhǎng)和次生代謝產(chǎn)物積累的影響；蘇文華等[20]和王初華等[21]均應(yīng)用L9(34) 正交設(shè)計(jì)對(duì)燈盞花氮磷鉀(NPK)肥進(jìn)行了研究,但由于前者采用盆栽試驗(yàn),而后者在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中設(shè)置最高施肥水平施肥量低于實(shí)際生產(chǎn)中的施肥量,導(dǎo)致二者的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)指導(dǎo)燈盞花施肥實(shí)踐的作用均有限,且缺乏對(duì)燈盞花氮磷鉀(NPK)肥交互作用的研究。因此,本研究通過(guò)“3414”試驗(yàn)探究不同氮磷鉀(NPK)配比對(duì)燈盞花產(chǎn)量和品質(zhì)的影響及肥料效應(yīng),旨在為燈盞花規(guī)范化種植技術(shù)提供科學(xué)合理的施肥配方。

1 材料與方法

1.1 供試品種及試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在云南省瀘西縣中樞鎮(zhèn)紅河千山生物工程有限公司燈盞花GAP 基地進(jìn)行,試驗(yàn)區(qū)海拔1 850 m,年平均氣溫15℃,年降水量1 200 mm。

供試品種：燈盞花千山1 號(hào),購(gòu)自云南省瀘西縣中樞鎮(zhèn)紅河千山生物工程有限公司。于6月15日播種,11月收獲。土壤為典型紅壤,基本理化性質(zhì)為土壤pH 值6.9、全氮2.1 g·kg-1、有機(jī)質(zhì)31 g·kg-1、速效磷8.4 mg·kg-1、速效鉀21.3 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用二次回歸“3414”肥料試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,設(shè)計(jì)氮、磷、鉀三因素四水平,共14 個(gè)處理的田間隨機(jī)區(qū)組小區(qū)試驗(yàn),各處理均設(shè)3 次重復(fù),不同施肥水平施肥量如表1 所示。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)面積為11.2 m2(1.6 m×7.0 m),小區(qū)間過(guò)道0.4 m,區(qū)組間過(guò)道0.4 m 寬。

供試氮、磷、鉀肥料分別為尿素(N 46.4%)、普鈣(P2O517%)、硫酸鉀(K2O 52%)。N 肥分基肥(30%)和3 次追肥(20%、30%、20%)施用,P 肥全部用做基肥,K 肥分基肥(60%)和1 次追肥(40%)施用。8月19日第1 次追施尿素,9月2日和9月15日分別追施第2 次、第3 次,硫酸鉀在第2 次追施尿素時(shí)一起施用。所有處理均施用養(yǎng)分含量小于5%有機(jī)肥1 199.4 kg·hm-2作底肥,其他灌溉、雜草防除、病蟲害防治等管理措施按GAP 操作規(guī)程進(jìn)行。

表1 不同施肥水平施肥量Table 1 Application amounts under different fertilization levels /(kg·hm-2)

1.3 樣品采集與指標(biāo)測(cè)定

于采收期分別稱取每個(gè)小區(qū)全部燈盞花地上部鮮重,抽取10 株燈盞花植株樣105℃殺青30 min,75℃烘干稱重計(jì)算含水量,然后計(jì)算小區(qū)產(chǎn)量(kg)和單位面積產(chǎn)量(kg·hm-2)。每小區(qū)采集10 株地上部植株作為該小區(qū)植株樣,測(cè)定野黃芩苷、總黃酮和總咖啡酸酯含量,并計(jì)算提取物單位面積收獲量。稱取燈盞花樣品粉末0.500 0 g,加入50 mL 70% CH3OH,稱重,靜置30 min,超聲提取30 min,用70%CH3OH 補(bǔ)充減少重量,搖勻,0.45 μm 微孔濾膜過(guò)濾,即得野黃芩苷供試品溶液,采用高效液相色譜(high performance liquid chromatography,HPLC)法[22]測(cè)定；總黃酮采用分光光度法[23]測(cè)定,稱取燈盞花粉末0.500 0 g 于25 mL 容量瓶中,加入20 mL 60% C2H5OH,60℃超聲提取30 min,定容,過(guò)濾,用移液槍吸取1 mL 濾液用30%C2H5OH 定容至25 mL 容量瓶中,在510 nm 波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度值；總咖啡酸酯含量按照參照文獻(xiàn)[24]的方法進(jìn)行測(cè)定,稱取燈盞花粉末1.000 g 于含有50 mL 0.1%NaHCO3溶液的容量瓶中,超聲提取5 min,冷卻過(guò)濾,用移液槍吸取1 mL 濾液定容至100 mL,利用紫外可見分光光度計(jì)(上海元析儀器有限公司)在305 nm 波長(zhǎng)處測(cè)定總咖啡酸酯含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

肥料成本按照N 5.0 元·kg-1、P2O53.5 元·kg-1、K2O 7.0 元·kg-1,燈盞花干重40.0 元·kg-1計(jì)算。

采用Microsoft Excel 2013 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和作圖,SPSS 22.0 進(jìn)行Duncan’s 單因素方差分析,并在0.05水平上進(jìn)行顯著性檢驗(yàn),測(cè)土配方施肥“3414”試驗(yàn)分析軟件(揚(yáng)州市土肥站,江蘇)進(jìn)行肥料效應(yīng)函數(shù)擬合。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)燈盞花產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

由表2 可知,與不施肥處理(N0P0K0)相比,施肥處理的燈盞花產(chǎn)量均顯著增加,燈盞花增產(chǎn)4 732.2 ～10 148.8 kg·hm-2,增產(chǎn)率為96.4%～206.7%；其中,N2P3K2 處理的產(chǎn)量最高,顯著高于不施肥處理(N0P0K0)、 不 施 氮 處 理(N0P2K2), 增 產(chǎn) 率 為206.7%,其次是N3P2K2、N2P2K2 處理。缺肥區(qū)燈盞花產(chǎn)量依次表現(xiàn)為缺K 處理(N2P2K0)＞缺P 處理(N2P0K2)＞缺N 處理(N0P2K2)。

不施N 處理(N0P2K2)的燈盞花野黃芩苷、總黃酮和總咖啡酸酯含量均顯著高于其他施肥處理(除N1P2K1 的總咖啡酸酯含量),分別為3.28%、7.21%、6.10%,而不施肥處理(N0P0K0)的野黃芩苷、總黃酮、總咖啡酸酯含量均低于N0P2K2,但無(wú)顯著差異。在N2K2 和N2P2 水平下,P 肥、K 肥各處理間燈盞花的野黃芩苷、總黃酮、總咖啡酸酯含量均無(wú)顯著差異。

表2 不同氮磷鉀處理對(duì)燈盞花產(chǎn)量和品質(zhì)影響Table 2 Effect of different N, P and K treatments on Erigeron breviscapus yields and quality

2.2 不同施肥處理對(duì)燈盞花主要提取成分收獲量的影響

由表3 可知,施肥處理的燈盞花單位面積野黃芩苷、總黃酮、總咖啡酸酯收獲量均顯著高于不施肥處理(N0P0K0),但施肥處理間均無(wú)顯著差異。N2P2K2、N0P2K2、N2P3K2 處理下的單位面積野黃芩苷收獲量均較高；N2P3K2、N2P2K2、N2P2K3 處理下的單位面積總黃酮和總咖啡酸酯收獲量均較高。缺肥區(qū)野黃芩苷收獲量依次表現(xiàn)為缺N 處理(N0P2K2)＞缺P 處理(N2P0K2)＞缺K 處理(N2P2K0),即缺肥區(qū)野黃芩苷收獲量表現(xiàn)為PK＞NK＞NP,同理可知,缺肥區(qū)總黃酮和總咖啡酸酯收獲量分別依次表現(xiàn)為PK＞NK＞NP、PK＞NP＞NK。

2.3 氮磷鉀肥的互作效應(yīng)

將N、P、K 任一肥料施用量固定在中水平,計(jì)算出兩個(gè)因素各水平兩兩組合的平均值,得到雙因素對(duì)燈盞花產(chǎn)量互作效應(yīng)二元柱狀圖[25]。由圖1-A 可知,無(wú)論P(yáng) 肥用量在低水平還是高水平,燈盞花產(chǎn)量均隨著施N 量的增加而增加,且高P 水平下的增產(chǎn)幅度大于低P 水平；同樣,無(wú)論N 肥用量在低水平還是高水平,燈盞花產(chǎn)量均隨著施P 量的增加而升高,高N 水平下的增產(chǎn)幅度大于低N 水平。說(shuō)明NP 互作為正效應(yīng),二者可互補(bǔ)增加產(chǎn)量。

在施肥量適宜的情況下,NK 間的互作為正效應(yīng)(圖1-B)。施K 量在低水平或高水平時(shí),產(chǎn)量隨施N量的增加而增加,高K 水平下的增產(chǎn)幅度大于低K 水平；在低N 水平或高N 水平時(shí),產(chǎn)量均隨施K 量的增加先大幅增加后降低的趨勢(shì),且高N 水平下的增產(chǎn)幅度大于低N 水平,且施K 量為中水平時(shí),燈盞花產(chǎn)量較高。

表3 不同氮磷鉀處理對(duì)燈盞花主要提取成分收獲量的影響Table 3 Effect of different N, P and K treatments on outputs of main extraction composition in Erigeron breviscapus /(kg·hm-2)

圖1 氮磷、氮鉀和磷鉀的交互作用對(duì)燈盞花產(chǎn)量的影響Fig.1 Effect of interaction between N and P, N and K, P and K on yield of Erigeron breviscapus

由圖1-C 可知,無(wú)論是高K 水平還是低K 水平,產(chǎn)量均隨著施P 量的增加而增加,當(dāng)施K 量為中水平時(shí),燈盞花產(chǎn)量較高；無(wú)論是高P 水平還是低P 水平,產(chǎn)量均隨著施K 量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì),且高P 水平下的增產(chǎn)幅度大于低P 水平。說(shuō)明施用量在適宜的情況下,PK 間的互作為正效應(yīng),同時(shí)也表明中水平的K 肥可以滿足燈盞花生長(zhǎng)的需求。

2.4 氮磷鉀肥施用量與燈盞花產(chǎn)量、主要提取物收獲量的回歸分析

對(duì)NPK 三因素進(jìn)行產(chǎn)量及收獲量的三元二次數(shù)學(xué)模型回歸統(tǒng)計(jì)分析(表4)。通過(guò)回歸方程解析得到最高產(chǎn)量(15 216.4 kg ·hm-2)的施肥量為N 145.7 kg·hm-2、P2O5133.8 kg·hm-2、K2O 116.7 kg·hm-2；經(jīng)濟(jì)最佳產(chǎn)量(13 807.2 kg·hm-2)的施肥量為N 151.4 kg·hm-2、P2O5120.7 kg·hm-2、K2O 71.0 kg·hm-2,由主效應(yīng)系數(shù)可知,NPK 肥對(duì)產(chǎn)量的影響依次表現(xiàn)為N＞K＞P。

由三元二次方程解析得到最高單位面積野黃芩苷收獲量的施肥量為N 120.0 kg·hm-2、P2O592.1 kg·hm-2、K2O 113.6 kg·hm-2；最高單位面積總黃酮收獲量的施肥量為N 119.5 kg·hm-2、P2O569.1 kg·hm-2、K2O 101.4 kg·hm-2；經(jīng)肥料效應(yīng)函數(shù)擬合的單位面積總咖啡酸酯收獲量的回歸方程,F 值小于F0.05,擬合效應(yīng)未達(dá)到顯著水平。由主效應(yīng)系數(shù)得出NPK 肥對(duì)單位面積野黃芩苷、總黃酮收獲量的影響分別表現(xiàn)為K＞P＞N、N＞K＞P。

表4 燈盞花產(chǎn)量、主要提取物收獲量的擬合方程Table 4 Fitting equations on Erigeron breviscapus yields and outputs of main extraction composition

3 討論

合理施肥是提高中藥材產(chǎn)量和品質(zhì)的重要農(nóng)藝措施。本研究中,施用不同配比的NPK 肥,燈盞花產(chǎn)量顯著高于不施肥處理(N0P0K0),其中以N2P3K2 處理(N 103.5 kg·hm-2、P2O5126 kg·hm-2、K2O 112.5 kg·hm-2)產(chǎn)量較高,較不施肥增產(chǎn)206.7%,對(duì)產(chǎn)量的影響依次表現(xiàn)為N＞K＞P,說(shuō)明施N 肥對(duì)燈盞花產(chǎn)量的提高起著重要作用,但合理的NPK 配施是提高燈盞花產(chǎn)量的重要保障。這與前人研究[21,26]結(jié)果不同。其原因可能是,本研究提高了NPK 施肥水平,還與肥料種類、土壤肥力狀況、中藥材種類不同有關(guān)。

燈盞花主要提取成分含量是衡量藥材品質(zhì)的重要指標(biāo)。不施N 處理(N0P2K2)下燈盞花中野黃芩苷、總黃酮、總咖啡酸酯含量總體上均顯著高于施N 處理,而其他施肥處理間無(wú)顯著差異,表明不施N 肥的情況下,施用中等水平的P 肥和K 肥可以提高燈盞花品質(zhì),這與蘇文華等[20]和宋毓雪等[27]的研究結(jié)果相似,但與王初華等[21]的研究結(jié)果不同,這可能是肥料種類、施肥時(shí)間、施肥方式及施肥量不同導(dǎo)致的。

本研究中,對(duì)燈盞花產(chǎn)量而言,NP 肥間的交互效應(yīng)表現(xiàn)為正效應(yīng),即高N 高P 有利于增產(chǎn)；在施肥量適宜的情況下,NK 肥間及PK 肥間的互作均為正效應(yīng),即中K 高N 和中K 高P 均有利于增產(chǎn),表明中水平的K 肥已能滿足燈盞花生長(zhǎng)的需求。這與崔曉星等[28]對(duì)半夏的研究結(jié)果相似。本研究還發(fā)現(xiàn)NP 肥間的交互作用較大,PK 肥間的交互作用較小,這與王峰等[29]對(duì)玉米的研究結(jié)果一致。

在實(shí)際生產(chǎn)中,除關(guān)注燈盞花的品質(zhì)外,還應(yīng)注重提取物收獲量。本研究中,燈盞花的野黃芩苷、總黃酮、總咖啡酸酯收獲量分別在N2P2K2、N2P2K3、N2P3K2 處理下較高,但施肥處理間差異未達(dá)到顯著水平(P＞0.05)。原因在于,在進(jìn)行中藥材的田間小區(qū)試驗(yàn)時(shí),其品種一致性、栽培種植管理精細(xì)化程度均無(wú)法與玉米、水稻等農(nóng)作物相比,可能在一定程度上造成了相同處理的各重復(fù)間在產(chǎn)量和含量上的一致性較差,標(biāo)準(zhǔn)差較高。本研究中,相關(guān)田間管理是保證與生產(chǎn)實(shí)際一致的基礎(chǔ)上實(shí)施的,對(duì)研究結(jié)果的數(shù)理統(tǒng)計(jì)有一定影響,對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐的指導(dǎo)性更強(qiáng),但同時(shí)也暗示中藥材種植生產(chǎn)中品種和栽培管理的粗放問(wèn)題可能會(huì)帶來(lái)品質(zhì)穩(wěn)定性的風(fēng)險(xiǎn)。綜合產(chǎn)量與主要提取成分收獲量指標(biāo),N2P3K2 處理在14 個(gè)處理中對(duì)產(chǎn)量和主要提取成分收獲量的增加效果較好。對(duì)產(chǎn)量和3 種主要提取物收獲量的14 個(gè)處理進(jìn)行三元二次方程擬合,由方程解析得施肥量為N 145.7 kg·hm-2、P2O5133.8 kg·hm-2、K2O 116.7 kg·hm-2時(shí)可獲得最高產(chǎn)量(15 216.4 kg · hm-2),經(jīng)濟(jì)最佳產(chǎn)量(13 807.2 kg·hm-2)的施肥量為N 151.4 kg·hm-2、P2O5120.7 kg·hm-2、K2O 71.0 kg·hm-2,同理可得最高單位面積野黃芩苷收獲量的施肥量為N 120.0 kg·hm-2、P2O592.1 kg·hm-2、K2O 113.6 kg·hm-2,NPK 肥對(duì)其影響表現(xiàn)依次為K＞P ＞N,這與蘇文華等[20]的研究結(jié)果一致；獲得最高單位面積總黃酮收獲量的施肥量為N 119.5 kg·hm-2、P2O569.1 kg·hm-2、K2O 101.4 kg·hm-2,NPK 肥的影響表現(xiàn)依次為N＞K＞P。由于施N 肥會(huì)顯著抑制野黃芩苷含量,要獲得最高單位面積野黃芩苷收獲量應(yīng)在施用獲得最高產(chǎn)量施肥量的基礎(chǔ)上適當(dāng)?shù)乜刂剖㎞ 量,同時(shí)也可獲得較高的單位面積總黃酮收獲量。因此,在燈盞花的栽培中,根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需求,合理配施N、P、K 肥是高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的重要保證。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明,施用不同配比的NPK 肥可提高燈盞花產(chǎn)量,在N2P3K2(N 103.5 kg·hm-2、P2O5126.0 kg·hm-2、K2O 112.5 kg·hm-2)處理時(shí)產(chǎn)量較高,達(dá)到15 059.5 kg·hm-2。施用中等水平的P 肥和K 肥,減少N 肥施用,可提高燈盞花品質(zhì),說(shuō)明品質(zhì)和燈盞花主要提取成分收獲量同等重要。根據(jù)三元二次肥料效應(yīng)函數(shù),當(dāng)施肥配比N ∶P2O5∶K2O 為2.1 ∶1.7 ∶1.0,施肥量N 151.4 kg·hm-2、P2O5120.7 kg·hm-2、K2O 71.0 kg·hm-2時(shí)經(jīng)濟(jì)效益最佳,可獲得產(chǎn)量13 807.2 kg·hm-2。而獲得最高的單位面積野黃芩苷收獲 量, 推 薦 施 N 120.0 kg · hm-2、 P2O592.1 kg·hm-2、K2O 113.6 kg·hm-2,施肥配比N ∶P2O5∶K2O 為1.3 ∶1.0 ∶1.2。