氮磷鉀配施對(duì)瓦布貝母產(chǎn)量及總生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

鄧秋林，楊正明，陳 雨，張亞琴，雷飛益，李思佳，劉震東，陳興福

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，成都 611130;2.四川新荷花川貝母生態(tài)藥材有限公司，四川松潘 623301)

瓦布貝母[FritillariaunibracteataHsiao et K.C.Hsia var.wabuensis(S.Y.Tang et S.C.Yue)Z.D.Liu,S.Wang et S.C.Chen]為百合科貝母屬植物，是川產(chǎn)道地藥材川貝母的基源植物之一。瓦布貝母以鱗莖入藥，具有清熱潤肺、化痰止咳、散結(jié)消癰的功效，用于治療肺熱燥咳、干咳少痰、陰虛勞嗽、痰中帶血、瘰疬、乳癰、肺癰等癥[1]。瓦布貝母主要分布于四川岷江上游山區(qū)的茂縣、北川、松潘、黑水縣境內(nèi)，生長在海拔2500～3000m的灌木林、小喬木林下[2]。川貝母由于生境特殊、生長年限長、野生資源過度采挖等原因而日趨瀕危[3]，然而川貝母的用量逐年增加，川貝母的人工栽培尤為重要。瓦布貝母易成活、產(chǎn)量高且質(zhì)優(yōu)，其引種栽培成功緩解了川貝藥用資源緊張的問題，同時(shí)為促進(jìn)川貝母野生資源的保護(hù)提供了保證。川貝母人工栽培雖然取得了一定的成果，但川貝母的資源量仍然不足，人工栽培技術(shù)的研究仍需要加強(qiáng)，以求達(dá)到高產(chǎn)和高效[2,4]，從而解決川貝藥用資源短缺的問題。合理施肥有利于提高藥材的產(chǎn)量與質(zhì)量[5]。氮磷鉀的施用會(huì)改善藥用植物的性狀，從而影響其產(chǎn)量和質(zhì)量[6]。川貝母中含有多種化學(xué)成分，包括生物堿類和非生物堿類，其中生物堿是川貝母的特征成分，也是主要活性成分，常作為貝母類藥物的指標(biāo)成分[7]。張禮等[8]研究表明施肥水平是影響川貝母燈籠花期產(chǎn)量的主要因素；鄧孔權(quán)[9]研究施肥對(duì)川貝母田間產(chǎn)量的影響結(jié)果表明，田間施用氮磷鉀復(fù)合肥(氮磷鉀為13∶5∶7)的增產(chǎn)效果可達(dá)到70%以上。夏進(jìn)春等[10]研究結(jié)果表明氮磷鉀肥的混合施用比單獨(dú)施用效果好。馬靖[11]通過“3414”田間試驗(yàn)表明，川貝母的需肥量小，5a年生川貝母的最佳施肥方案為氮肥10.91kg/hm2、磷肥0kg/hm2、鉀肥26.85kg/hm2。劉洪見等[12]研究表明，氮肥、鉀肥對(duì)浙貝母所起的增產(chǎn)效益并不顯著，磷肥對(duì)其有極顯著的增產(chǎn)效應(yīng)。前人對(duì)瓦布貝母的研究主要集中資源分類[13-16]、化學(xué)成分[17-20]和藥理作用[21-24]等方面，對(duì)其栽培技術(shù)的研究鮮有報(bào)道，生產(chǎn)上也鮮有合理的氮磷鉀配施量。不同藥材對(duì)氮磷鉀的需求量及其比例不一樣，氮磷鉀對(duì)藥材產(chǎn)量和藥用成分含量的影響也各不相同[23-27]。本試驗(yàn)采用三因素五水平二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)方法，研究不同氮磷鉀配施對(duì)瓦布貝母鱗莖產(chǎn)量及總生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響，明確瓦布貝母高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的氮磷鉀配施量，為瓦布貝母合理施肥和提高肥料利用率提供科學(xué)依據(jù)，從而提高栽培瓦布貝母的產(chǎn)量和質(zhì)量。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在四川省茂縣松坪溝鄉(xiāng)新荷花中藥飲片股份有限公司川貝母標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)基地(32°19′N，103°49′E)進(jìn)行，年均氣溫11.0 ℃，無霜期 215.4 d，年均日照1 549.4 h。。試驗(yàn)地基本養(yǎng)分狀況：pH 5.7，有機(jī)質(zhì)53.57 g/kg，堿解氮490.06 mg/kg，有效磷105.11 mg/kg，速效鉀168.55 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為5 a生瓦布貝母栽培品種，由四川省茂縣松坪溝鄉(xiāng)新荷花中藥飲片股份有限公司川貝母標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)基地提供，試驗(yàn)材料經(jīng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)陳興福教授鑒定為百合科貝母屬植物瓦布貝母(F.unibracteatavar.wabuensis)。供試肥料為尿素(總N≥46%，甘肅劉化(集團(tuán))有限責(zé)任公司)、過磷酸鈣(P2O5≥12%，四川省成都市青白江區(qū)磷肥廠)、硫酸鉀(K2O≥60%，國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用三因素五水平二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，設(shè)置氮肥、磷肥、鉀肥3個(gè)因素、5個(gè)水平 (表1)，共20個(gè)處理(表2)。各小區(qū)隨機(jī)安排于試驗(yàn)地中。瓦布貝母于2016年8月栽種，小區(qū)面積1.5 m2(1.5 m×1.0 m)，株距10 cm、行距 15 cm，每個(gè)小區(qū)栽種貝母90粒，并稱量，在栽培前施用15 000 kg/hm2的農(nóng)家肥作為底肥。后期，除肥料施用外，其他處理與基地管理一致。氮肥、磷肥和鉀肥均做追肥施用，分別在瓦布貝母齊苗期、開花期和掛果期施用，用量為總量的20%、40%和40%，施用時(shí)與小區(qū)土壤混勻后撒施。

表1 因素水平表Table 1 Factor level table kg/hm2

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表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施方案Table 2 Experimental design and implementation plan g/m2

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1 瓦布貝母產(chǎn)量 2017-08-06在瓦布貝母植株地上部分完全倒苗后進(jìn)行采挖，分別按照試驗(yàn)小區(qū)的編號(hào)測(cè)定產(chǎn)量，并折算成單位面積產(chǎn)量，再與播種下去的鱗莖質(zhì)量計(jì)算鱗莖増重率。

增重率=(采收時(shí)的鱗莖質(zhì)量-播種時(shí)的鱗莖質(zhì)量)/播種時(shí)的鱗莖質(zhì)量×100%。

1.4.2 瓦布貝母總生物堿 精密稱取西貝母堿對(duì)照品3.3 mg，用三氯甲烷溶液定容至25 mL容量瓶中。精密吸取標(biāo)準(zhǔn)溶液0、0.l、0.2、0.4、 0.6、1.0 mL，置于具塞試管中，分別補(bǔ)加三氯甲烷至10.0 mL，精密加入5 mL水、2 mL 0.05%溴甲酚綠緩沖液(取溴甲酚綠0.05 g，用0.2 moL/L氫氧化鈉溶液6 mL使溶解，加磷酸二氫鉀1 g，加水使溶解并稀釋至100 mL，即得)，劇烈振搖1 min，分液放置30 min。取三氯甲烷層液，用干燥濾紙過濾，取續(xù)濾液，用紫外分光光度計(jì)測(cè)定415 nm波長下的吸光度，以吸光度為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。參照2015版《藥典》[1]中的方法，略加改進(jìn)，即取瓦布貝母粉末約1 g，精密稱定，置平底燒瓶中，加濃氨試液1.5 mL，浸潤1 h，加三氯甲烷-甲醇(體積比4∶1)混合溶液20 mL，置80 ℃水浴加熱回流2 h，放冷，過濾，濾液置50 mL量瓶中，用適量三氯甲烷-甲醇(體積比4∶1)混合溶液洗滌藥渣2～3次，洗液并入同一量瓶中，加三氯甲烷-甲醇(體積比 4∶1)混合溶液至刻度，搖勻。精密量取1 mL，置25 mL具塞試管中，水浴上蒸干，精密加入三氯甲烷10 mL使溶解，照標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備方法，自“精密加入5 mL水”起，依法測(cè)定吸光度，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上讀出供試品溶液中西貝母堿的質(zhì)量(mg)，計(jì)算，即得。

1.5 數(shù)據(jù)分析與處理

采用Excel 2016和DPS 7.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)文中數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，三元二次通用旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)原理建立數(shù)學(xué)模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)學(xué)模型的建立與檢驗(yàn)

根據(jù)測(cè)得鱗莖增重率和總生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)，通過二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見表3。

對(duì)上述方程進(jìn)行失擬性檢驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果見表4。由表4可知，對(duì)Y1、Y2回歸方程進(jìn)行方差分析，Y1回歸方程在F檢驗(yàn)中，F(xiàn)R達(dá)到極顯著水平，F(xiàn)Lf不顯著，表明該回歸方程擬合度合理可靠，用其來預(yù)測(cè)增重率的數(shù)學(xué)模型可靠程度高。Y2回歸方程在F檢驗(yàn)中，F(xiàn)R達(dá)到顯著水平，F(xiàn)Lf不顯著，表明該回歸方程擬合度較好，該數(shù)學(xué)模型成立。

2.2 模型分析

2.2.1 主效應(yīng)分析 一次項(xiàng)回歸系數(shù)絕對(duì)值的大小可以直接比較各因素對(duì)瓦布貝母增重率和總生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響，試驗(yàn)中各因素對(duì)增重率影響的大小順序?yàn)椋毫追?X2)>氮肥(X1)>鉀肥(X3)，試驗(yàn)中各因素對(duì)總生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響的大小順序?yàn)椋旱?X1)>鉀肥(X3)>磷肥(X2)。

根據(jù)方程得出Y1(增重率)單因素回歸方程效應(yīng)影響圖1，由圖1可以看出，磷肥對(duì)瓦布貝母增重率影響呈先上升后下降的趨勢(shì)。在 -1.682水平到0水平之間，隨著磷肥用量的增加，增重率增加，在0水平達(dá)到最大，之后，隨著施肥水平的增加，增重率減少。

表3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣和試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Experimental design structure matrix and test results

表4 試驗(yàn)結(jié)果的方差分析Table 4 Variance analysis of test results

注：*為差異顯著(P<0.05)，**為差異極顯著(P<0.01)。

Note：* show significant different(P<0.05)；** show extremely significant different(P<0.01).

根據(jù)方程得出Y2(總生物堿)回歸方程效應(yīng)影響圖2。由圖2可以看出，各因素對(duì)瓦布貝母總生物堿影響整體趨勢(shì)呈先上升后下降。在 -1.682水平到0水平之間，隨著施肥水平的增加，總生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，在0水平達(dá)到最大，之后，隨著施肥水平的增加，總生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù) 減少。

圖1Y1(增量率)單因素效應(yīng)分析Fig.1Y1 (mass gain rate) single factor analysis

圖2 Y2(總生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù))單因素效應(yīng)分析Fig.2 Y2 (total alkaloid mass fraction) single factor analysis

2.2.3 互作效應(yīng)分析 由表4可知，X2X3對(duì)瓦布貝母增重率影響顯著，X1X2和X1X3未達(dá)到顯著；X1X3對(duì)瓦布貝母總生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響顯著，X1X2和X2X3未達(dá)到顯著。

由此方程可以計(jì)算出鉀肥與磷肥的互作效應(yīng)圖3。由圖3可以看出，不同水平磷肥、鉀肥均影響瓦布貝母增重率的提高，磷肥和鉀肥的互作效應(yīng)有利于增重率的提高。在-1.682水平到-1水平l鉀肥和1水平到1.682水平磷肥有利于增重率的提高，磷肥為1水平，鉀肥為-1.682水平時(shí)，瓦布貝母的增重率達(dá)到最大。

由方程得到X1X3互作效應(yīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化圖4。

圖3 磷、鉀互作對(duì)增重率的影響Fig.3 Effects of phosphorus and potassium interaction on weight gain rate

圖4 氮、鉀互作對(duì)總生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Fig.4 Effects of nitrogen and potassium interaction on total alkaloid content

由圖4可以看出，不同水平的氮肥、鉀肥均影響瓦布貝母總生物堿的積累，磷肥和鉀肥的互作效應(yīng)利于總生物堿的積累。在0水平到1水平氮肥和0水平到1水平鉀肥有利于總生物堿的積累，氮肥和磷肥都在0水平時(shí)，瓦布貝母的總生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高。

2.2.4 施肥方案的優(yōu)選 以Y1(增重率)、Y2(總生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù))方程作為相關(guān)函數(shù)，通過統(tǒng)計(jì)頻數(shù)法選優(yōu)分析得出符合相關(guān)目標(biāo)的氮磷鉀配施 方案。

綜合考慮瓦布貝母的生產(chǎn)潛力以及茂縣松坪溝鄉(xiāng)的土壤狀況，可將瓦布貝母增重率為 105.13%作為高產(chǎn)目標(biāo)，利用統(tǒng)計(jì)頻數(shù)法選優(yōu)，計(jì)算試驗(yàn)處理全部實(shí)施時(shí)全部的理論產(chǎn)量。通過DPS 7.05軟件分析可知，在組合方案中，產(chǎn)量預(yù)測(cè)值達(dá)到目標(biāo)要求的有51個(gè)，結(jié)果見表5。通過對(duì)95%的置信區(qū)間分布進(jìn)行計(jì)算，可優(yōu)化出穩(wěn)定的施肥范圍。當(dāng)施用氮肥7.79～12.00 kg/hm2、磷肥38.79～49.25 kg/hm2、鉀肥15.39～24.49 kg/hm2時(shí)，瓦布貝母增重率大于105.13%。

表5 瓦布貝母增重率≥105.13%的方案頻數(shù)分布Table 5 The program frequency distribution of Fritillaria unibracteata var.wabuensis weight gain rate≥105.13%

《中華人民共和國藥典》[1]中要求，川貝母中總生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)不得少于0.05%，根據(jù)《藥典》指標(biāo)的要求并結(jié)合本試驗(yàn)結(jié)果，將瓦布貝母中總生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.37%定為高質(zhì)量分?jǐn)?shù)。在組合方案中，瓦布貝母中總生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于 0.37%時(shí)有41個(gè)方案，結(jié)果見表6。通過對(duì)95%的置信區(qū)間分布進(jìn)行計(jì)算，可優(yōu)化出穩(wěn)定的施肥范圍。當(dāng)施用氮肥8.98～12.96 kg/hm2、磷肥 26.63～43.37 kg/hm2、鉀肥17.44～25.40 kg/hm2時(shí)，瓦布貝母總生物質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于 0.37%。

綜合考慮增重率和總生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)，當(dāng)施用氮肥8.98.79～12.00 kg/hm2、磷肥38.79～43.37 kg/hm2、鉀肥17.44～24.49 kg/hm2時(shí)，可使瓦布貝母增重率大于105.13%，總生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.37%。

表6 瓦布貝母總生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥0.37%的方案頻數(shù)分布Table 6 Program frequency distribution of Fritillaria unibracteata var.wabuensis total alkaloid mass fraction ≥0.37%

3 討論與結(jié)論

氮磷鉀被稱為“肥料三要素”，過量或缺乏會(huì)影響藥用植物的生長發(fā)育，同時(shí)，土壤中氮磷鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也影響著藥用植物對(duì)這些元素的吸收，從而影響中藥材的品質(zhì)?？茖W(xué)合理的施肥有利于藥用植物的生長發(fā)育以及產(chǎn)量質(zhì)量的形成。研究表明[28-29]氮磷鉀合理配施可以促進(jìn)黃芪的生長和干物質(zhì)的積累，提高黃芪中毛蕊異黃酮苷、芒柄花苷和總黃酮等活性成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。本研究結(jié)果表明，在試驗(yàn)因素范圍內(nèi)氮、磷、鉀均有利于瓦布貝母增重率的提高和總生物堿的積累。試驗(yàn)中測(cè)得的總生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于張培培等[17]的測(cè)定結(jié)果，說明氮磷鉀配施可以提高瓦布貝母總生物堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

大量研究表明氮肥對(duì)產(chǎn)量的影響較大[30-32]，本試驗(yàn)中磷肥對(duì)瓦布貝母產(chǎn)量的影響較大，原因可能是氮肥用量較少，增加用量影響較??；磷可以促進(jìn)根系的生長發(fā)育。氮肥對(duì)生物堿的積累影響較大，可能是因?yàn)榈厥巧飰A的組成元素之一，張燕等[33]的研究結(jié)果也說明氮對(duì)生物堿的合成有促進(jìn)作用，但對(duì)其作用機(jī)制還未有更深入的研究。由互作效應(yīng)得到的兩因素互作效應(yīng)可知磷鉀互作影響增重率，氮鉀互作影響瓦布貝母總生物堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)積累。磷鉀均可以影響植物的生長發(fā)育，鉀的作用只有在磷充足的條件下發(fā)揮出來[34]，鉀可以提高氮肥的效應(yīng)。

通過二次通用旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，本研究建立氮肥、磷肥、鉀肥與瓦布貝母鱗莖增重率和總生物堿之間的回歸方程。試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)果表明，氮磷鉀肥配施有利于瓦布貝母增重率和總生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，但是需要適量施用，過量施用會(huì)對(duì)產(chǎn)量、總生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)產(chǎn)生抑制效果。綜合考慮產(chǎn)量與質(zhì)量可以得出施用氮肥8.98～12.00 kg/hm2、磷肥 38.79～43.37kg/hm2、鉀肥17.44～24.49 kg/hm2時(shí)，可使瓦布貝母增重率大于105.13%，總生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.37%。