栽培密度對通遼牛膝生長生理特性的影響

包金花，李旭新，孫德智，賈俊英，沈祥軍，楊恒山

（1內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古通遼 028043；2通遼市科爾沁區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，內(nèi)蒙古通遼 028000）

0 引言

牛膝(Achyranthes bidentateBlume.)是傳統(tǒng)常用大宗中藥材，有著悠久的藥用歷史和廣泛的分布與栽培。近幾年，通遼市大力發(fā)展蒙中藥材產(chǎn)業(yè)，藥材種植面積逐年增加，種類不斷豐富，由于牛膝栽培比較容易，病蟲害較少，對土地質(zhì)量要求不高，當(dāng)年種植就能收獲，是比較適合通遼發(fā)展的藥材品種[1-2]。但是栽培歷史不長，面積有限，沒有形成規(guī)范化的栽培技術(shù)，因此，積極探討通遼地區(qū)的牛膝栽培技術(shù)，尤其適宜栽培密度，對于促進(jìn)牛膝品質(zhì)栽培，擴大牛膝的藥材資源，推進(jìn)通遼中蒙藥材產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

在對牛膝的眾多研究中，研究懷牛膝的栽培管理以及產(chǎn)品質(zhì)量的較多[3-5]，多是對種植經(jīng)驗的總結(jié)，研究東北地區(qū)牛膝生產(chǎn)栽培的較少，關(guān)于施肥和栽培地區(qū)對牛膝生長生理的影響的研究較多[6-8]，栽培密度對牛膝生長和生理的影響研究較少。栽培密度是影響植物個體、群體發(fā)育的重要栽培技術(shù)之一，不但影響地上、地下部分的生物學(xué)特性，也會顯著影響其質(zhì)量[9-10]。探索牛膝適當(dāng)?shù)脑耘嗝芏?，正確處理個體發(fā)育與群體發(fā)育的關(guān)系，才能達(dá)到個體充分發(fā)育、群體生物產(chǎn)量獲得集體增長的目的，變粗放的種植為規(guī)范化、規(guī)?；臉?biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，以保證牛膝品質(zhì)與產(chǎn)量。本文通過研究不同栽培密度下牛膝各個時期生長和生理指標(biāo)及采收期有效藥用成分含量，探討了密度對牛膝生長發(fā)育規(guī)律和生長狀態(tài)的影響，在保證有效成分含量的前提下，提高種植密度以達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，為對通遼地區(qū)牛膝規(guī)模化種植、高產(chǎn)栽培提供最適密度依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗地概況

供試材料：牛膝(Achyranthes bidentateBlume.)種子來源于內(nèi)蒙古赤峰市牛營子生產(chǎn)農(nóng)家種，品種為懷牛膝。

供試土壤：試驗設(shè)在內(nèi)蒙古民族大學(xué)科技示范園區(qū)試驗地，土地性質(zhì)為風(fēng)沙土，試驗前采耕作層(0～20 cm)的基礎(chǔ)土樣，測定土壤主要性狀：有機質(zhì)2.8 g/kg，堿解氮16.44 mg/kg，有效磷16.92 mg/kg，速效鉀60.1 mg/kg，pH 7.3。

試驗時間：于2019年4月—2019年11月份進(jìn)行。

1.2 試驗設(shè)計

采用單因素完全隨機設(shè)計，各3次重復(fù)。小區(qū)面積為4 m×5 m，間距為50 cm，四周保護(hù)行為2 m。底施有機肥1500 kg/hm2，磷酸二氫鈣300 kg/hm2，氮、磷、鉀復(fù)合肥750 kg/hm2，硫酸鉀肥150 kg/hm2。將備好的種子，于6月10日播種，按行距20 cm，按照30 kg/hm2的種子量人工播種，出苗后待4片真葉長出，采用人工間苗的方法進(jìn)行密度控制，分別為株距6、9、12、15、18 cm，即 每 公 頃 株 數(shù) 約 為 D1：834000，D2：556000，D3：417000，D4：333500，D5：278000。按照常規(guī)田間管理方法進(jìn)行澆水除草等田間操作。

1.3 觀察測定指標(biāo)與方法

1.3.1 牛膝生長發(fā)育期的觀察 分別于7月17日、7月28日、8月8日、8月25日、9月10日進(jìn)行生長指標(biāo)觀測，分別于8月8日、8月25日、9月10日進(jìn)行生理指標(biāo)測定。

1.3.2 各指標(biāo)測定方法 采用直尺測定株高、根長，采用游標(biāo)卡尺測定莖粗，采用精密天平測定重量指標(biāo)。采用上海雷磁-300電導(dǎo)率儀測定電導(dǎo)率；采用丙酮-乙醇法測定葉綠素含量、考馬斯亮藍(lán)G-250法測定可溶性蛋白含量、蒽酮比色法測定可溶性糖含量；采用李合生編著的《植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)》中的方法測定牛膝葉片中過氧化物酶、超氧化物歧化酶和丙二醛含量[11]。選取9月10日采收測產(chǎn)的牛膝根部，測定不同栽培密度下牛膝主要有效成分β-脫皮甾酮含量，參照《中國藥典》2015版，采用高效液相色譜法測定[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同栽培密度對牛膝生長指標(biāo)的影響

栽培密度不同，每株植物生長所在土壤的營養(yǎng)面積不同，形成的生態(tài)環(huán)境也有差別，因此，生長狀態(tài)會受到影響，通過調(diào)查生長指標(biāo)，可以明確不同密度下牛膝的生長狀態(tài)，從而確定最適宜的栽培密度。

2.1.1 不同栽培密度對牛膝莖粗的影響 在距根莖節(jié)1 cm處測定牛膝的莖粗。如表1所示，在7月28日取樣時D5處理的牛膝莖粗顯著高于D3和D1，其他取樣時期不同栽培密度牛膝的莖粗沒有顯著差異。從整體趨勢上看，8月8日前牛膝莖粗增長較快，之后增長緩慢。

表1 不同栽培密度下各取樣時期牛膝莖粗 cm

2.1.2 不同栽培密度對牛膝株高和根長的影響 如表2所示，8月8日前不同密度下牛膝的株高差異不顯著，8月25日、D3、D5處理牛膝的株高顯著高于D1和D4，9月10日D3處理的牛膝株高極顯著高于D1和D2，顯著高于D3和D4，生長后期植株間對水分養(yǎng)分以及陽光的競爭關(guān)系越來越激烈，高密度處理受到這種機制的影響最大，因此植株會相對矮小，而低密度處理空間較大在生長時會增加側(cè)枝的生長量，其株高會相對小一些。根長的生長和株高有相同的規(guī)律如表3所示。

表2 不同栽培密度下各取樣時期牛膝株高 cm

表3 不同栽培密度下各取樣時期牛膝根長 cm

2.1.3 不同栽培密度對牛膝根粗的影響 如表4所示，7月17日D1和D2處理牛膝根粗極顯著高于D5處理，其余各取樣時期不同密度牛膝根粗均無顯著差異。這可能是由于前期植株較小，密度較大的植株之間會受到群體效應(yīng)的影響生長相對較快。

表4 不同栽培密度下各取樣時期牛膝根粗 cm

2.1.4 不同栽培密度對牛膝根鮮重和干重的影響 如表5所示，7月17日D1處理的牛膝根鮮重極顯著高于D5，與其他處理無顯著差異，其他各取樣時期各密度處理的根鮮重之間無顯著差異，與根粗的生長規(guī)律相似。

表5 不同栽培密度下各取樣時期牛膝根鮮重 g

2.1.5 不同栽培密度對牛膝地上部鮮重的影響 如表所6示，8月25日D5和D4處理牛膝地上部鮮重顯著高于其他處理，9月10日D3、D4和D5處理牛膝地上部鮮重極顯著高于D1和D2處理，從整體上看，前期牛膝地上部鮮重有隨著密度的降低而減小的趨勢，后期牛膝地上部鮮重有隨著密度的降低而增大的趨勢。

表6 不同栽培密度下各取樣時期牛膝地上部鮮重 g

2.2 不同栽培密度對牛膝生理指標(biāo)的影響

通過對牛膝生長狀況進(jìn)行觀測，在8月25日前后，牛膝底部葉片開始變黃，這表明地上部營養(yǎng)開始向地下運輸，此時植株葉片的生理狀態(tài)最能夠體現(xiàn)各處理對其內(nèi)在影響，因此，選擇這個時期對各處理進(jìn)行生理指標(biāo)測定。

隨著栽培密度的降低，牛膝葉片葉綠素含量逐漸升高，D4和D5處理顯著高于D1處理，D5處理的牛膝葉片葉綠素含量是D1處理的3.26倍（如圖1A）。這可能是由于密度大土壤水分和養(yǎng)分競爭激烈，葉片相互遮擋造成的。不同密度下牛膝葉片可溶性蛋白（如圖1B）和可溶性糖（如圖1C）含量無顯著差異。不同栽培密度下D1處理的牛膝葉片相對電導(dǎo)率最高，極顯著高于D3，D4，D5處理，較D5高66.66%（如圖1D），表明高密度處理葉片細(xì)胞電解質(zhì)滲出較多，細(xì)胞膜受損嚴(yán)重。不同密度下牛膝葉片丙二醛含量無顯著差異（如圖2），葉片過氧化物酶(POD)和過氧化物歧化酶(SOD)活性無顯著差異（如圖3）。因此，從葉片酶活性和丙二醛含量上看，可能反映的不是葉片真實的生理狀態(tài)，這可能是由于牛膝葉片中含有的某些藥物成分對這些指標(biāo)的測定有某些未知的影響造成的，還需要進(jìn)一步研究驗證。

圖1 不同栽培密度下牛膝葉片

圖2 不同栽培密度下牛膝葉片丙二醛（MDA）含量

圖3 不同栽培密度下牛膝葉片過氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性

2.3 栽培密度對牛膝主要有效成分含量的影響

由圖4可知，本試驗5個種植密度處理中，處理D3的β-脫皮甾酮含量最高，但與其他4個處理之間差異不顯著，說明在本試驗種植密度各處理對根中β-脫皮甾酮的積累影響很小。

圖4 不同栽培密度下牛膝β-脫皮甾酮含量

3 討論

研究種植密度對產(chǎn)量和品質(zhì)影響的多位研究者一致認(rèn)為合理密植，增加單位種植株數(shù)，構(gòu)建合理群體結(jié)構(gòu)，適當(dāng)?shù)脑黾臃N植密度，可以通過較高的種植密度對單株產(chǎn)量的降低加以補償，從而提高群體產(chǎn)量，但過大的種植密度也無法補償單株產(chǎn)量的損失，從而導(dǎo)致群體產(chǎn)量下降[13-14]。

合理密植是作物獲得高產(chǎn)的重要途徑之一，密度不僅影響作物單位面積上的最大物質(zhì)產(chǎn)量，而且對作物根系的形態(tài)特征、生長發(fā)育也有重要影響。生產(chǎn)中密度會造成群體結(jié)構(gòu)不同而帶來溫光等生態(tài)條件的差異，最終影響產(chǎn)量和品質(zhì)[15-16]。

栽培密度直接影響根用藥材的根系形態(tài)，而藥材的形態(tài)影響藥材的品級[17-19]，較低密度下，一年生根用藥材個體根部相對較大，分支多，在一定程度上降低了藥材本身的品級；而相對高密度下，藥材根部分支較少，直挺整齊，在收購時品級較高。密度過大則根部過細(xì)，品級也會下降。為了提高經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)該選擇產(chǎn)量高而且品級高的種植密度。

對于牛膝的種植密度，各地有不同的規(guī)格，這可能是由于種植地形、種植品種、氣候條件等有所差異造成的[20]。近兩年，通遼地區(qū)牛膝的種植都是依據(jù)其他地區(qū)的經(jīng)驗和習(xí)慣，在調(diào)查通遼地區(qū)牛膝生產(chǎn)情況時，了解到產(chǎn)量都達(dá)不到所參考的地區(qū)。

本研究中，在D1密度下，牛膝苗期生長相對較好，采收期地上部生長顯著受限，單株地上部鮮重顯著低于D5處理；隨著栽培密度的降低，牛膝葉片葉綠素含量逐漸升高，相對電導(dǎo)率逐漸降低，D4和D5處理葉綠素含量顯著高于D1，D1處理的牛膝葉片相對電導(dǎo)率極顯著高于D3、D4、D5處理；由于牛膝是中藥材，含有的某些活性物質(zhì)對一些生理指標(biāo)的測定有影響。在發(fā)生某些反應(yīng)時，活性物質(zhì)也有可能參與其中，進(jìn)而可能加快、鈍化或減慢反應(yīng)的進(jìn)行，這都對測定結(jié)果產(chǎn)生影響，對此還需要進(jìn)一步研究確認(rèn)。

不同密度處理的可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛、SOD、POD活性無顯著差異。同時，牛膝根中主要有效成分β-脫皮甾酮含量在各種植密度處理下無顯著差異。說明在保證牛膝有效成分含量的前提下，可以適當(dāng)提高種植密度，以達(dá)到高產(chǎn)。

4 結(jié)論

密度是構(gòu)成群體產(chǎn)量的主要因素之一。群體密度的高低與個體物質(zhì)累計量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，為達(dá)到群體干物質(zhì)累積量的最大值，一方面要求有一定的大群體密度同時又要保證有較高的個體發(fā)育，這樣才能達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的目的[21-23]。合理的種植密度是植物營養(yǎng)生長與生殖生長均衡協(xié)調(diào)發(fā)展的結(jié)果，這對有效物質(zhì)的累積也是至關(guān)重要的。

該試驗結(jié)果表明，在牛膝5個栽培密度處理中，產(chǎn)量隨著栽培密度的增加而增加，在834000株/hm2下獲得最高產(chǎn)量，并且地下部的根長與根粗也無明顯差異。同時，不同種植密度下除了牛膝葉片相對電導(dǎo)率隨密度增大而增大，牛膝葉片可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛、SOD、POD活性無顯著差異。處理間有效成分β-脫皮甾酮含量差異也不顯著。

說明在種植密度D1下，地上部分植株生長空間不足，受脅迫程度加大，造成生長受阻，肥水競爭激烈，光合產(chǎn)量積累下降，但此密度沒有打破植株個體與群體間的平衡。

綜上所述，為使牛膝品質(zhì)不受影響的同時產(chǎn)量達(dá)到最大，既能發(fā)揮個體優(yōu)勢，又能兼顧群體產(chǎn)量和藥材的內(nèi)、外品質(zhì)，在該試驗條件下，通遼地區(qū)該品種牛膝推薦栽培密度以834000株/hm2為宜。