氮磷鉀配方施肥對凹葉厚樸低肥力區(qū)幼樹生長及藥用成分含量的影響

王湘瑩，王曉明，喬中全，李永欣，蔡能，曾慧杰，劉思思，陳藝

（1.湖南省林業(yè)科學院,湖南 長沙 410004；2.湖南林下特色生物資源培育與利用工程技術(shù)研究中心,湖南 長沙 410004）

凹葉厚樸（Magnolia officinalisRehd.et Wils.var.bilobaRehd.et Wils.）［1］為我國特有的珍貴樹種，是國家二級保護中藥材［2］，其干燥干皮、枝皮和根皮可入藥，其苦、辛，溫。歸脾、胃、肺、大腸經(jīng)，具燥濕消痰，下氣除滿功能，用于濕滯傷中，吐瀉，食積氣滯，腹脹便秘，痰飲喘咳［1］。近年來我國學者對凹葉厚樸的研究主要集中在育種［3］、繁殖［4-6］、栽培［6-11］、藥用成分［12-14］、質(zhì)量［15-16］等方面，而有關(guān)凹葉厚樸施肥的研究報道較少［11］［17-18］，配方施肥的研究幾乎是空白。實踐證明，配方施肥是施肥技術(shù)上的重大改革，是由傳統(tǒng)的經(jīng)驗施肥向科學計量施肥的一大轉(zhuǎn)變，是精準農(nóng)業(yè)的一項重要技術(shù)，是促進農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、增效和農(nóng)民增收的一項重要措施，在一些農(nóng)作物、果樹、林木、藥用植物、觀賞植物等均取得較大成效。為此，筆者開展了配方施肥對凹葉厚樸低肥力區(qū)幼樹生長及藥用成分含量影響的研究，旨探討氮、磷、鉀肥不同施肥配比對低肥力區(qū)凹葉厚樸幼樹生長量及藥用成分含量的影響，建立低肥力區(qū)凹葉厚樸幼樹優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的定量精準施肥技術(shù)體系，為凹葉厚樸高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的栽培提供技術(shù)支撐和理論依據(jù)。

1 試驗地概況

試驗地設(shè)置在湖南省湘西自治州龍山縣農(nóng)車鄉(xiāng)長光林場凹葉厚樸種植基地。該基地位 于 北 緯29°07′40.32″，東經(jīng)109°37′49.12″，海撥500～1 000 m，屬亞熱帶季風濕潤區(qū)，氣候溫暖，雨量豐沛，年均氣溫13.4 ℃，≥10 ℃積溫5 139.6 ℃；一月份均溫4.2 ℃，七月份均溫28.1 ℃，年均降雨量1 512 mm，全年無霜期285.3 d，極端最高氣溫40.1 ℃，最低氣溫-9.7 ℃；土壤類型為黃壤。

2 材料與方法

2.1 凹葉厚樸主要栽培區(qū)土壤肥力分級

2.1.1 土壤采集和分析

2012 年項目組對湖南省凹葉厚樸主產(chǎn)區(qū)林地土壤肥力狀況進行了分析。根據(jù)取樣典型性和代表性的原則，選擇厚樸主產(chǎn)區(qū)的永州市道縣、江華縣、雙牌縣，郴州市桂東縣，益陽市安化縣，湘西自治州龍山縣、永順縣，邵陽市新寧縣、隆回縣，張家界市桑植縣（6 個市、州，10 個縣）進行土壤采樣分析，共采集土壤樣本498 個。土樣風干后研磨過篩，按《土壤農(nóng)化分析》（第三版）分析土壤PH 值、有機質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀［19］。

2.1.2 土壤肥力分級

以土壤肥力檢測結(jié)果的平均值為依據(jù)劃分土壤肥力等級標準，分別計算堿解氮、速效磷、速效鉀、有機質(zhì)的算術(shù)平均值，然后按六級進行分等，其中介于平均值±20%為中等，低于平均值20%為較低，低于平均值50%為低，低于平均值75%為極低，高于平均值20%為較高，高于平均值50%為高。湖南省凹葉厚樸土壤肥力分級標準如表1。

表1 湖南省凹葉厚樸土壤肥力分級標準（%）Table 1 Soil fertility classification standard of Magnolia officinalis in Hunan Province（%）

2.2 試驗地土壤樣品采集及分析

樣地采集不同土壤層次（0～20 cm，20～40 cm）的土壤混合樣品各一份。對采回的土壤樣品進行分析化驗。土壤有機質(zhì)含量8.09 g/kg，堿解氮含量26.12 mg/kg，速效磷含量1.28 mg/kg，速效鉀含量11.83 mg/kg。根據(jù)湖南省凹葉厚樸土壤肥力分級標準，該試驗地為低肥力區(qū)。

2.3 研究材料和試驗設(shè)計

選擇5 年生凹葉厚樸良種‘洪塘營7 號’幼樹作為試驗研究對象。試驗采用農(nóng)業(yè)部推薦的“3414”施肥方案設(shè)計，設(shè)置氮、磷、鉀3 因素、4 水平、14個處理，氮、磷、鉀施肥方案和施肥量見表2。每個處理4株單行小區(qū)，各處理間設(shè)一隔離行，3次重復，完全隨機區(qū)組排列。試驗布置后的林分管理保持一致。肥料選用尿素（含N 46%）、鈣鎂磷肥（含P2O513%）和氯化鉀（含K2O 60%）。肥料于3 月初和5 月上旬分兩次平均施用。施肥方法為條狀溝施。

表2 氮、磷、鉀肥施肥方案Table 2 Experiment scheme of different treatments of nitrogen,phosphate and potassium fertilizers

續(xù)表

2.4 樹皮樣品的采集與分析

在每個處理樣地中選擇3 株樹，離地面1 米處采集樹皮，帶回實驗室風干，參照《中華人民共和國藥典》（2015 版一部）測定藥用成分厚樸酚、和厚樸酚、總酚含量［2］。

2.5 生長量測定

于12 月份對參試各處理的植株測定樹高、地徑的當年生長量。

2.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 和DPS 軟件進行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 氮磷鉀肥對凹葉厚樸幼樹生長量及藥用成分含量的影響

凹葉厚樸在低肥力區(qū)幼樹不同施肥處理的樹高、地徑生長量及厚樸酚、和厚樸酚、總酚含量測定結(jié)果如表3。

表3 不同施肥處理對凹葉厚樸低肥力區(qū)幼樹生長及藥用成分含量的影響Table 3 Effects of different fertilization treatments on growth and content of medicinal components of young trees in low fertility area of Magnolia officinalis

3.1.1 氮磷鉀肥對凹葉厚樸低肥力區(qū)幼樹生長量的影響

從表3可見，不同施肥處理對凹葉厚樸低肥力區(qū)幼樹生長量有顯著影響，氮、磷、鉀配方施肥處理的樹高和地徑生長量之間有一定的差異。所有的施肥處理的樹高和地徑生長量都比不施肥處理高（N0P0K0），樹高、地徑生長量增長幅度分別在42.50%～102.26%、65.75%～128.77%之間，說明施肥均能顯著提高凹葉厚樸低肥力區(qū)幼樹的樹高、地徑生長量。不同施肥處理中以處理9（N2P2K1）的樹高、地徑生長量最大，顯著高于不施肥處理（N0P0K0），分別增長102.26%、128.77%。

施肥量固定在水平2 上，缺氮處理2（N0P2K2）、缺磷處理4（N2P0K2）、缺鉀處理8（N2P2K0）的樹高生長量分別比不施肥處理（N0P0K0）增長了44.83%、48.32%、42.50%，地徑生長量則分別增長了65.75%、68.49%、93.15%。缺肥處理對樹高生長量的影響是NK＞PK＞NP，而對地徑生長量的影響是NP＞NK＞PK，說明缺少氮、磷、鉀都不同程度影響凹葉厚樸低肥力區(qū)的幼樹生長。

氮肥不同水平（N1、N2、N3）的樹高生長量平均分別為98.77 cm、107.95 cm、108.41 cm，較不施氮肥分別提高27.23%、39.06%、36.65%，平均為34.31%；地徑生長量平均分別為1.43 cm、1.63 cm、1.65 cm，較不施氮肥分別提高18.18%、34.71%、36.36%，平均為29.75%。磷肥不同水平（P1、P2、P3）的樹高生長量平均分別為97.89 cm、107.95 cm、105.93 cm，較不施磷肥分別提高23.13%、35.79%、33.25%，平均為30.72%；地徑生長量平均分別為1.44 cm、1.63 cm、1.64 cm，較不施磷肥分別提高17.07%、32.52%、33.33%，平均為27.64%。鉀肥不同水平（K1、K2、K3）的樹高生長量平均分別為108.41 cm、107.95 cm、104.97 cm，較不施鉀肥分別提高41.93%、41.33%、37.43%，平均為40.23%；地徑生長量平均分別為1.67 cm、1.63 cm、1.54 cm，較不施鉀肥分別提高18.44%、15.60%、9.22%，平均為14.24%。這說明氮、磷、鉀對凹葉厚樸低肥力區(qū)幼樹樹高生長量的影響依次是K＞N＞P，而對地徑生長量的影響順序是N＞P＞K。

3.1.2 氮磷鉀肥對凹葉厚樸低肥力區(qū)幼樹藥用成分含量的影響

從表3可以看出，不施肥情況下凹葉厚樸低肥力區(qū)幼樹樹皮的厚樸酚、和厚樸酚、總酚含量最低，分別為1.048%、1.062%、2.111%。施肥后均能不同程度的提高了厚樸酚、和厚樸酚、總酚的含量。各施肥處理的厚樸酚、和厚樸酚、總酚平均含量為1.108%、1.119%、2.219%，分別比不施肥處理平均高出5.73%、5.37%、5.12%。不同施肥水平對厚樸酚、和厚樸酚、總酚含量的影響不同，其中，處理10（N2P2K3）的厚樸酚、和厚樸酚、總酚含量最高，分別為1.141%、1.168%、2.309%，分別比不施肥處理提高了8.82%、9.99%、9.38%。

氮肥不同水平（N1、N2、N3）的厚樸酚含量分別為1.097%、1.132%、1.113%，比不施氮肥分別提高3.60%、6.83%、5.10%，平均為5.18%；和厚樸酚含量分別為1.126%、1.137%、1.150%，比不施氮肥分別提高2.56%、3.54%、4.78%，平均為3.63%；總酚含量分別為2.189%、2.247%、2.264%，比不施氮肥分別提高3.70%、6.44%、7.25%，平均為5.80%。磷肥不同水平（P1、P2、P3） 的厚樸酚含量分別為1.128%、1.132%、1.136%，比不施磷肥分別提高2.13%、3.89%、4.27%，平均為3.43%；和厚樸酚含量分別為1.129%、1.137%、1.141%，比不施磷肥分別提高1.65%、2.33%、2.75%，平均為2.24%；總酚含量分別為2.196%、2.236%、2.281%，比不施磷肥分別提高4.03%、5.92%、8.05%，平均為6.00%。鉀肥不同水平（K1、K2、K3） 的厚樸酚含量分別為1.128%、1.132%、1.141%cm，比不施鉀肥分別提高0.54%、0.87%、1.69%，平均為1.03%；和厚樸酚含量分別為1.127%、1.137%、1.168%cm，比不施鉀肥分別提高1.00%、1.84%、4.67%，平均為2.50%；總酚含量分別為2.204%、2.225%、2.309%cm，比不施鉀肥分別提高4.41%、5.40%、9.38%，平均為6.40%。這說明氮、磷、鉀對凹葉厚樸低肥力區(qū)幼樹樹皮的厚樸酚含量的影響依次是N＞P＞K，對和厚樸酚含量的影響順序是N＞K＞P，而對總酚含量的影響順序是K＞P＞N，表明不同氮、磷、鉀施肥水平及其不同水平的組合對提高樹皮厚樸酚、和厚樸酚、總酚含量的作用各異。

3.2 氮磷鉀肥對凹葉厚樸幼樹樹高影響的肥料效應(yīng)分析

本試驗研究中擬合的氮、磷、鉀施肥量與樹高生長量的肥料效應(yīng)方程模型達到有顯著性水平，而氮、磷、鉀施肥量與地徑生長量、樹皮厚樸酚、和厚樸酚、總酚的含量的肥料效應(yīng)方程模型卻沒有達到顯著性水平，因樹高生長量是凹葉厚樸樹皮產(chǎn)量的決定因素，因此，本研究僅分析氮、磷、鉀施肥量對凹葉厚樸幼樹樹高生長量影響的肥料效應(yīng)。

3.2.1 單因子肥料效應(yīng)分析

（1）氮肥對凹葉厚樸幼樹樹高生長量的影響。從“3414”最優(yōu)回歸設(shè)計方案中選擇處理2、3、6、11可求得以磷、鉀肥用量處于中等水平（P2K2）為基礎(chǔ)的氮肥效應(yīng)方程［20］：YN=77.65+ 0.537x-0.002x2（R2＝1.000）。從圖1 可見，當磷、鉀肥用量處于中等水平（P2K2）時，在低肥力區(qū)凹葉厚樸幼樹樹高的生長量與不同氮肥施用量密切相關(guān)。樹高生長量隨著施氮量的增加先升后降，呈拋物線曲線。說明適量氮肥能增加凹葉厚樸幼樹樹高生長量，當超過一定量，樹高生長量反而呈現(xiàn)下降趨勢。從圖1 可以看出，N3水平已經(jīng)超出氮肥的效益遞減階段，此時的使用量大于作物本身對氮元素的需用量。由該氮肥效應(yīng)方程求得低肥力區(qū)凹葉厚樸幼樹最佳氮肥施用量為125 g/株，樹高生長量最大值為109.63 cm。

圖1 氮肥肥料效應(yīng)Fig.1 Effect of nitrogen fertilizer

（2）磷肥對凹葉厚樸幼樹樹高生長量的影響。從“3414”最優(yōu)回歸設(shè)計方案中選擇處理4、5、6、7 可求得以氮、鉀肥用量處于中等水平（N2K2）為基礎(chǔ)的磷肥效應(yīng)方程［20］：YP=79.31 + 0.808x-0.005x2（R2＝0.998）。從圖2 可見，當?shù)?、鉀肥用量處于中等水平（N2K2），低肥力區(qū)凹葉厚樸幼樹樹高的生長量也與不同磷肥施用量水平關(guān)系密切，磷肥效應(yīng)與氮肥效應(yīng)相似。當?shù)?、鉀肥用量處于中等水平（N2K2）時，樹高生長量隨著施磷量的增加先升后降，呈拋物線曲線。說明施用適量的磷肥可增加凹葉厚樸幼樹樹高生長量，當超過一定量，樹高生長量反而下降。由該磷肥效應(yīng)方程求得低肥力區(qū)凹葉厚樸幼樹最佳磷肥施用量為72 g/株，樹高生長量最大值為108.08 cm。

圖2 磷肥肥料效應(yīng)Fig.2 Effect of phosphate fertilizer

（3）鉀肥對凹葉厚樸幼樹樹高生長量的影響。從“3414”最優(yōu)回歸設(shè)計方案中選擇處理6、8、9、10可求得以氮、磷肥用量處于中等水平（N2P2）為基礎(chǔ)的鉀肥效應(yīng)方程［20］：YK=77.91 + 1.722x-0.021x2（R2＝0.934）。從圖3可見，在N2P2水平時，不同鉀肥施肥量與低肥力區(qū)凹葉厚樸幼樹樹高生長量的關(guān)系密切，表現(xiàn)出與氮肥和磷肥相似的效應(yīng)。幼樹樹高生長量隨著施鉀量的增加呈現(xiàn)先升后降的拋物線曲線。說明鉀肥存在最佳施肥量，超過這個臨界點將導致凹葉厚樸幼樹樹高生長量下降。由該鉀肥效應(yīng)方程求得低肥力區(qū)凹葉厚樸幼樹最佳鉀肥施用量為40 g/株時，樹高生長量最大值為112.45 cm。

圖3 鉀肥肥料效應(yīng)Fig.3 Effect of potassium fertilizer

3.2.2 雙因子肥料交互效應(yīng)分析

對氮磷鉀肥進行雙因子肥料效應(yīng)分析（其它因子為2 水平），得到施肥量與低肥力區(qū)凹葉厚樸幼樹樹高生長量的二元二次肥料效應(yīng)函數(shù)模型（表4）和曲線圖（圖4）。由表4、圖4 可以看出，與單一肥料處理相比，多因子處理并非僅僅表現(xiàn)出簡單的作用，同時還存在協(xié)同促進或拮抗作用。圖4 表明，以樹高生長量為考察對象，當?shù)租浄嗜我灰蜃犹幱? 水平時，隨著另外兩個施肥因子施肥量的增加，樹高生長量均表現(xiàn)為先增加后減少的趨勢，說明任意兩個因子在一定范圍內(nèi)存在協(xié)同促進作用，當二者過量時又表現(xiàn)出拮抗作用。

圖4 雙因素效應(yīng)曲面圖Fig.4 3D maps of interaction between two factors

表4 二元二次肥料效應(yīng)函數(shù)的配置及檢驗Table 4 Configuration and test of the fertilizer response function of the two factors

3.2.3 三因子肥料效應(yīng)分析

對“3414”試驗數(shù)據(jù)（表3）進行三因子肥料效應(yīng)分析，以氮、磷、鉀施肥量為因變量，以低肥力區(qū)凹葉厚樸幼樹樹高生長量為因變量，進行三元二次多項式擬合分析，得到樹高生長量與氮（X1）、磷（X2）、鉀（X3） 三元二次肥料效應(yīng)方程模型：Y=52.77+0.361X1+0.374X2+0.63X3－0.002X12－0.005X22－0.015X32+0.001X1X2－0.002X1X3+0.008X2X3（R2＝0.957）。經(jīng)方差分析和顯著性檢驗，F(xiàn)=10.009＞F0.05=0.020，達到了顯著性差異，氮、磷、鉀肥料效應(yīng)方程擬合程度好。模型中一次項系數(shù)為正值，二次項系數(shù)為負值，說明該肥料效應(yīng)方程符合報酬遞減規(guī)律，厚樸樹高生長量隨施肥量的增加而按漸減率緩慢增加，為典型肥料效應(yīng)方程模型，進一步證明該肥料效應(yīng)方程擬合程度好［21］，可以用來指導氮磷鉀肥的合理配比并預測厚樸樹高的增長量，這也表明凹葉厚樸幼樹樹高生長量與氮、磷、鉀肥施肥量之間有顯著性回歸關(guān)系。

從該三元二次肥料效應(yīng)方程可看出，X1、X2、X3的一次項偏回歸系數(shù)都為正值，說明磷肥、氮肥、鉀肥對樹高生長量的影響為正效應(yīng)。氮與磷、磷與鉀的交互效應(yīng)系數(shù)為正值，說明它們之間存在正交互作用；氮與鉀的交互效應(yīng)系數(shù)為負值，說明它們之間存在負交互作用。

由三元二次肥料效應(yīng)方程求得低肥力區(qū)凹葉厚樸幼樹樹高最大生長量的施肥量為氮肥125.44 g/株、磷肥71.13 g/株、鉀肥40.22 g/株，樹高最大生長量為113.56 cm。

3.2.4 模型的優(yōu)化

本試驗建立的三元二次肥料效應(yīng)方程模型，用求最大值的方法求得低肥力區(qū)凹葉厚樸幼樹樹高最大生長量的施肥量，這只是理論值，在生產(chǎn)實際中出現(xiàn)的概率較低，因此，依據(jù)肥料效應(yīng)方程模型，采用頻次分析方法進行模型優(yōu)化［22-23］，獲得平均樹高生長量以上的較高生長量的施肥組合。根據(jù)“3414”試驗，共有43=64 方案。其中凹葉厚樸幼樹樹高生長量在平均值79.32 cm 以上的施肥方案有26 個（表5）。

從表5 可以看出：氮肥施用量以2、3 水平取值頻率最高，為34.62%，氮肥施用量在95%的分布區(qū)間為85.29～118.56 g/株時，易獲得高增長量。磷肥施用量以2、3 水平取值頻率最高，為34.62%，磷肥施用量在95%的分布區(qū)間為51.17～71.13 g/株時，易獲得高增長量。鉀肥施用量以1、2水平取值頻率最高，為34.62%，鉀肥施用量在95 %的分布區(qū)間為32.56～45.88 g/株時，易獲得高增長量。由此可見，低肥區(qū)厚樸幼樹以氮肥85.29～118.56 g/株、磷肥51.17～71.13 g/株、鉀肥32.56～45.88 g/株的3 種用量進行組合，容易獲得樹高的較大生長量。

表5 凹葉厚樸低肥力區(qū)幼樹肥料試驗頻率分布及優(yōu)化方案Table 5 Frequency distribution and optimization scheme of fertilizer experiment for young trees in low fertility area of Magnolia officinalis

4 結(jié)論與討論

配方施肥是提高作物生長量、產(chǎn)量和品質(zhì)的重要抓手。本試驗研究表明，氮磷鉀配方施肥可顯著提高凹葉厚樸低肥力區(qū)幼樹的樹高和地徑生長量，也能不同程度的提高了厚樸酚、和厚樸酚、總酚的含量。不同施肥處理中以N2P2K1的樹高、地徑生長量最大，顯著高于不施肥處理（N0P0K0），分別增長102.26%、128.77%；N2P2K3的厚樸酚、和厚樸酚、總酚含量最高，分別比不施肥處理提高了8.82%、9.99%、9.38%。陸寧等認為氮磷鉀肥不同施肥水平能增加厚樸樹高和胸徑［24］，與本研究的結(jié)果一致。

氮、磷、鉀肥對凹葉厚樸低肥力區(qū)幼樹樹高生長量的影響依次是K＞N＞P，這與陸寧等［24］關(guān)于不同氮磷鉀施肥水平對厚樸生長的影響研究結(jié)果相吻合，他們認為對厚樸生長量影響最大的是鉀肥，其次是氮肥，再次為磷肥。氮、磷、鉀肥對地徑生長量的影響順序是N＞P＞K，對樹皮的厚樸酚、和厚樸酚、總酚含量的影響順序分別是N＞P＞K、N＞K＞P 和K＞P＞N，不同氮、磷、鉀施肥水平及其不同水平的組合對提高樹皮厚樸酚、和厚樸酚、總酚含量的作用各異。

單因子肥料效應(yīng)分析結(jié)果表明，氮肥、磷肥、鉀肥對凹葉厚樸幼樹樹高的單因子影響表現(xiàn)出相似的效應(yīng)，幼樹樹高生長量分別隨著施肥量的增加呈現(xiàn)先升后降的拋物線曲線，適量氮、磷、鉀肥施用量能增加凹葉厚樸幼樹樹高生長量，當超過一定量，樹高生長量反而呈現(xiàn)下降趨勢。雙因子肥料交互效應(yīng)分析結(jié)果表明，任意兩個肥料施用量在一定范圍內(nèi)存在協(xié)同促進作用，當二者過量時又表現(xiàn)出拮抗作用。

氮、磷、鉀三因子肥料效應(yīng)分析結(jié)果表明，磷肥、氮肥、鉀肥對樹高生長量的影響為正效應(yīng)。氮與磷、磷與鉀之間存在正交互作用，氮與鉀之間則存在負交互作用。由三元二次肥料效應(yīng)方程求得低肥力區(qū)凹葉厚樸幼樹樹高最大生長量的施肥量為氮肥125.44 g/株、磷肥71.13 g/株、鉀肥40.22 g/株，樹高最大生長量為113.56 cm。

肥料效應(yīng)方程模型優(yōu)化結(jié)果表明，低肥區(qū)凹葉厚樸幼樹最優(yōu)施肥量為：氮肥85.29-118.56 g/株、磷肥51.17～71.13 g/株、鉀 肥32.56～45.88 g/株，用這3 種施肥量進行組合，容易獲得樹高的較大生長量。

凹葉厚樸的品種、栽培的立地條件及栽培管理技術(shù)措施等均影響其生長量和藥用成分含量。本試驗研究所獲得的肥料效應(yīng)模型及最高生長量的施肥量、最優(yōu)施肥量都是在本試驗條件下取得的，在生產(chǎn)應(yīng)用中尚需要依據(jù)本地的實際情況進行修正，方能實現(xiàn)凹葉厚樸高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的栽培目標。