不同時期牛大力礦質(zhì)元素分析

李明松，李金玲※，鄧祿軍，吳銀發(fā)，羅蓉，王華磊，羅夫來，羅春麗

（1.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴州貴陽550025；2.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所，貴州貴陽550006；3.貴州省藥用植物繁育與種植重點實驗室，貴州貴陽550025）

牛大力始載于《生草藥性備要》[1]，又名倒吊金鐘、金鐘根、山蓮藕等，為蝶形花科植物美麗崖豆藤（Millettia speciosa Champ）的干燥根[2-5]。廣泛分布于廣東、廣西、海南和福建等地[6,7]。牛大力性平，味甘，歸肺、脾和腎經(jīng)[8]?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，牛大力對腰肌勞損、抗炎抗氧化、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、肺結(jié)核和慢性支氣管炎等慢性疾病有一定療效[9-11]，其作為一種藥食兩用的中藥資源，備受青睞，需求與日俱增，其資源的利用和開發(fā)具有廣闊的前景[12]。

目前，對牛大力的研究主要集中在種苗繁育[13,14]、組織培養(yǎng)[15-18]、化學(xué)成分[19-22]、指紋圖譜[23-25]和藥理作用研究[26-29]領(lǐng)域，而有關(guān)牛大力施肥技術(shù)方面研究鮮有報道，其在生長發(fā)育過程中對營養(yǎng)元素的需求規(guī)律更是無人問津。然而近些年來，由于過度采挖，加之生態(tài)環(huán)境遭到破壞，野生牛大力資源瀕臨枯竭，對其進行人工栽培尤為迫切。為此，本文開展牛大力不同時期礦質(zhì)元素含量變化規(guī)律的研究，測定分析不同時期礦質(zhì)元素含量，探討礦質(zhì)元素對牛大力營養(yǎng)施肥的指導(dǎo)價值，以期為牛大力合理施肥和規(guī)范化種植提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為牛大力植株，采自于貴州省黔東南苗族侗族自治州錦屏縣新化鄉(xiāng)牛大力種植基地，經(jīng)貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所鄧祿軍副研究員鑒定為蝶形花科植物美麗崖豆藤（Milletia speciosa Champ）。

1.2 實驗儀器

ICP-OES Optima 8000型等離子體發(fā)射光譜儀（美國PerkinElmer公司），Kjeltec 8400型凱式定氮儀（丹麥FOSS公司）。

1.3 試驗方法

2020年7～11 月份選取長勢基本一致、無病蟲害的牛大力植株每隔1個月定期進行采樣，參照梁智等[30]的方法徹底刨根，分解取樣，將植株分為根、莖和葉3部分，105℃殺青20 min，60℃恒溫烘至恒重，粉碎裝入密封袋備用。采用凱氏定氮法測定N元素，ICP法測定P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn及B元素。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2019、DPS 9.01、R語言軟件—R-studio進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同時期牛大力根部和葉片礦質(zhì)元素含量比較

牛大力根部、葉片中10種礦質(zhì)元素N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn及B含量分別見表1和表2。根部和葉片的大中量元素含量大小順序有所差異，根部平均質(zhì)量分數(shù)為N＞K＞Ca＞P＞Mg，而葉片中為N＞Ca＞K＞P＞Mg，其中根部N、P、K元素含量均大于葉片，而Ca、Mg元素含量低于葉片。根部中N元素含量平均質(zhì)量分數(shù)為13.41g/kg，其次是K元素，平均質(zhì)量分數(shù)為5.90g/kg，再次是Ca元素，平均質(zhì)量分數(shù)為3.68g/kg，P元素為2.68g/kg，Mg（1.09g/kg）元素最低；葉片中N元素質(zhì)量分數(shù)為7.88 g/kg，其次是Ca元素，平均質(zhì)量分數(shù)為6.15 g/kg，再次是K元素，平均質(zhì)量分數(shù)為5.33 g/kg，P和Mg元素分別為2.15 g/kg和1.30 g/kg。

表1 不同時期牛大力根部和葉片大中量元素含量Table 1 The contents of large and medium elements in the roots and leaves of Champ in different periods單位：g/kg

表1 不同時期牛大力根部和葉片大中量元素含量Table 1 The contents of large and medium elements in the roots and leaves of Champ in different periods單位：g/kg

注：同列不同小寫字母表示差異顯著（P＜0.05），所標字母相同表示差異不顯著（P＞0.05），下同。Note:Different lowercase letters in the same column indicate significant differences(P＜0.05),and the same marked letters indicate insignificant differences(P＞0.05),the same as below.

采樣時期Sampling periods根部Roots 葉片Leaves N P K Ca Mg N P K Ca Mg 7月份July 15.67±1.01a 3.15±0.10a 7.60±0.54a 3.27±0.14c 1.33±0.08a 9.42±0.56a 2.37±0.14a 8.57±0.59a 6.24±0.47ab 1.80±0.11a 8月份August 15.23±1.23a 1.86±0.14c 5.37±0.47b 3.11±0.21c 1.08±0.15b 7.51±1.09ab 2.35±0.06a 4.35±0.68b 5.36±0.37c 1.12±0.06c 9月份September 13.13±2.30ab 2.78±0.10b 6.30±1.01ab 3.82±0.32b 1.23±0.04a 8.30±2.13ab 2.24±0.07a 4.63±1.44b 6.83±0.17a 1.31±0.09b 10月份October 11.93±1.53b 2.91±0.10b 5.15±0.63b 4.29±0.07a 0.93±0.01c 7.46±1.20ab 1.72±0.02c 5.17±0.63b 5.82±0.04bc 1.28±0.08b 11月份November 11.11±0.15b 2.70±0.09b 5.09±0.96b 3.93±0.20ab 0.87±0.05c 6.73±0.88b 2.08±0.08b 3.91±0.19b 6.52±0.43a 1.00±0.03c最大值Max 15.67 3.15 7.60 4.29 1.33 9.42 2.37 8.57 6.83 1.80最小值Min 11.11 1.86 5.09 3.11 0.87 6.73 1.72 3.91 5.36 1.00極差Range 4.56 1.29 2.51 1.18 0.46 2.69 0.65 4.66 1.47 0.80平均值A(chǔ)verage value 13.41 2.68 5.90 3.68 1.09 7.88 2.15 5.33 6.15 1.30變異系數(shù)（%）CV 13.33 16.32 16.16 11.81 15.99 11.60 11.12 31.41 8.41 20.97

表2 不同時期牛大力根部和葉片微量元素含量Table 2 The content of trace elements in the roots and leaves of Champ in different periods單位：mg/kg

表2 不同時期牛大力根部和葉片微量元素含量Table 2 The content of trace elements in the roots and leaves of Champ in different periods單位：mg/kg

采樣時期Sampling periods根部Roots 葉片Leaves Fe Mn Cu Zn B Fe Mn Cu Zn B 7月份July 607.23±30.06a 109.44±3.37a 15.62±2.76a 30.30±2.56a 6.22±2.53a 150.63±20.00b 342.88±52.27ab 9.15±2.78ab 27.73±2.75a 8.26±0.74c 8月份August 500.90±1.12bc 84.69±4.43c 11.81±7.97ab 12.53±2.43c 2.59±0.07bc 220.58±21.33a 292.80±19.96bc 7.63±1.23ab 24.92±6.95a 8.61±0.43c 9月September 380.58±13.51d 96.00±0.03b 10.30±1.84ab 20.73±2.76b 4.29±0.25ab 149.32±10.70b 231.86±52.98c 10.51±1.14a 22.60±0.82a 15.31±0.14a 10月份October 531.63±11.81b 115.66±3.09a 8.75±1.25b 24.03±3.37b 2.29±0.35bc 139.30±7.34b 322.27±24.44ab 7.16±1.15b 27.89±2.88a 12.96±0.17b 11月November 457.82±55.36c 92.07±5.90bc 7.45±1.44b 23.00±1.63b 1.33±0.70c 244.53±10.90a 371.62±24.52a 4.18±1.26c 15.14±1.38b 7.01±1.09d最大值Max 607.23 115.66 15.62 30.30 6.22 244.53 371.62 10.51 27.89 15.31最小值Min 380.58 84.69 7.45 12.53 1.33 139.30 231.86 4.18 15.14 7.01極差Range 226.65 30.97 8.17 17.77 4.89 105.23 139.76 6.33 12.75 8.30平均值A(chǔ)verage value 495.63 99.57 10.79 22.12 3.34 180.87 312.29 7.73 23.65 10.43變異系數(shù)（%）CV 15.22 11.42 26.20 25.99 51.63 23.80 15.29 27.57 19.87 30.30

微量元素中，F(xiàn)e和Mn兩種元素含量較多，在根部平均值分別為495.63 mg/kg和99.57 mg/kg，在葉片中分別為180.87 mg/kg和312.29 mg/kg。各元素含量大小順序不同，其中根部平均質(zhì)量分數(shù)為Fe＞Mn＞Zn＞Cu＞B，葉片為Mn＞Fe＞Zn＞B＞Cu，F(xiàn)e、Cu元素在根部中的含量大于葉片中的含量，而Mn、Zn、B元素含量則表現(xiàn)出葉片高于根部。

大中量元素N、P、K、Ca及Mg含量7～11月份在根部中的變異系數(shù)差異不大，為11.81%～16.32%，在葉片中K元素變異系數(shù)最大，為31.41%；Ca元素變異系數(shù)最小，為8.41%，表明Ca元素在根部和葉片中變異系數(shù)都為最小，相對含量最為穩(wěn)定；微量元素Fe、Mn、Cu、Zn及B含量在根部中變異系數(shù)差異較大，為11.42%～51.63%，最大的為B元素，Cu元素次之，Mn元素最小；在葉片中變異系數(shù)為15.29%～30.30%，B元素最大，Cu元素次之，Mn元素最小。

從牛大力根部和葉片中大中量元素和微量元素含量的變化規(guī)律可以看出，大量元素方面，在根部中N含量呈下降趨勢，P、K、Ca及Mg含量呈降-升-降的變化趨勢；在葉片中N、K及Mg含量呈降-升-降的變化趨勢，P含量呈下降-上升的趨勢，Ca含量呈降-升-降-升的變化趨勢。7～8月份根部和葉片中所有元素含量均呈下降的趨勢，8～9月份除了根中的N元素和葉片

中的P元素含量繼續(xù)下降以外，其余元素含量均表現(xiàn)出上升的趨勢。8～9月份或8～10月份根部中的P、K、Ca及Mg元素和葉片中的N、K、Ca及Mg元素含量呈上升的趨勢。7～11月份除了根部和葉片中的Ca含量表現(xiàn)出微弱的上升趨勢，其余大量元素含量整體上均呈下降趨勢。微量元素方面，在根部中Cu含量呈下降趨勢，F(xiàn)e、Mn、Zn及B含量呈降-升-降的變化趨勢；在葉片中Cu和Zn含量呈降-升-降的變化趨勢，Mn含量呈下降-上升的趨勢，F(xiàn)e含量呈升-降-升的變化趨勢，B含量呈上升-下降的趨勢。除了葉片中的Fe和Mn含量表現(xiàn)出微弱的上升趨勢，根部和葉片中各微量元素含量整體上均呈下降趨勢。

2.2 牛大力根部、葉片礦質(zhì)元素相關(guān)性分析

研究表明，牛大力根部中的N含量與Ca含量呈顯著負相關(guān)（P＜0.05），與Cu含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；P含量與Zn含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；K含量與Mg、B含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與Cu含量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）；Mg含量與Cu含量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），與B含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；Cu含量與B含量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）；所有元素中只有Fe、Mn沒有與其余元素達到顯著或極顯著水平。牛大力葉片中N含量與K含量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），與Mg含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；K含量與Mg含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），見圖1和圖2。

圖1 牛大力根部礦質(zhì)元素相關(guān)性分析Fig.1 The correlation analysis of mineral elements in the roots ofChamp

圖2 牛大力葉片礦質(zhì)元素相關(guān)性分析Fig.2 The correlation analysis of mineral elements in the leaves ofChamp

3 討論與結(jié)論

植株養(yǎng)分吸收積累是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，是合理施肥的重要依據(jù)[31]。礦質(zhì)元素水平能直接反映植株對土壤礦質(zhì)元素的吸收利用狀況，因此利用礦質(zhì)營養(yǎng)狀況可以對植株潛在的營養(yǎng)狀況進行有效地診斷，改善牛大力施肥方式，使施肥方式更加科學(xué)化[32,33]。本文測定牛大力的10種礦質(zhì)元素含量表明，根中礦質(zhì)元素含量大小順序依次為N＞K＞Ca＞P＞Mg＞Fe＞Mn＞Zn＞Cu＞B，葉片中為N＞Ca＞K＞P＞Mg＞Mn＞Fe＞Zn＞B＞Cu，可以得出牛大力在生長發(fā)育期間，不管是根部還是葉片中N的含量均最高。多數(shù)研究證明，生物量受施氮量影響較大，施氮量過高或過低均會造成產(chǎn)量下降[34]。牛大力對N、K、Ca 3種元素的積累量大，占所有元素含量的83.47%，且這3種元素的變異系數(shù)低，表明這3種元素含量變化范圍相對較窄，即含量相對穩(wěn)定，一定量的N、K、Ca元素是構(gòu)成牛大力產(chǎn)量與品質(zhì)的必要條件，因此在施肥時加大N、K、Ca肥料的施用，符合牛大力生長發(fā)育的需求。Ca元素在所有元素中變異系數(shù)最小，在根部中為11.81%，葉片中為8.41%，并且葉片中的含量（11.81 g/kg）遠遠高于根部中的含量（3.68 g/kg），這與Ca元素的特性以及在植物體內(nèi)的運輸機制有關(guān)。研究結(jié)果表明，Ca是不易移動和轉(zhuǎn)移利用的元素[35]，在植物內(nèi)鈣的長距離運輸主要發(fā)生在木質(zhì)部，其運輸?shù)膭恿κ钦趄v作用，即鈣通過蒸騰水流移動，而幼嫩的新梢以及莢的蒸騰作用較小，對鈣的競爭弱于葉片[36]，因此，Ca元素表現(xiàn)出含量穩(wěn)定，在葉中積累能力強。

牛大力礦質(zhì)元素含量除了根部Ca元素和葉片中的Ca、Fe、Mn元素含量呈現(xiàn)微弱的上升趨勢以外，整體上都表現(xiàn)出下降的趨勢，這與牛大力進入生殖生長期有關(guān)，7月下旬牛大力進入初花期以及新梢的萌發(fā)，此時根部和葉片中的營養(yǎng)物質(zhì)逐漸向花和新梢中轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致礦質(zhì)元素在7～8月份含量開始下降。牛大力花期表現(xiàn)出花量大、花期長及花果同期的特點，隨著花序軸的伸長和花的開放，大量的花朵和莢從花序軸上掉落，此時花序軸的營養(yǎng)需求也會相應(yīng)減弱，因此8～10月份牛大力根部和葉片中的礦質(zhì)元素含量會略微上升。9月初，牛大力的盛花期結(jié)束，牛大力莢進入膨大關(guān)鍵期，此時營養(yǎng)供需的源庫關(guān)系逐漸從“根部/葉片-花”向“根部/葉片-莢”轉(zhuǎn)移，因此9～11月份礦質(zhì)元素含量又逐漸下降。謝花期和莢的生長會消耗根部和葉片過多的養(yǎng)分，以及花和莢會與根部爭奪葉片制造的光合產(chǎn)物，尤其影響根部的膨大。因此，在注重施基肥提高植株體貯藏養(yǎng)分積累的基礎(chǔ)上，進入牛大力生殖生長期應(yīng)及時追肥以滿足新梢旺長和開花的營養(yǎng)需求[37]。此外，還應(yīng)采取修剪枝條、疏花疏莢等措施，避免花、莢及新梢消耗過多的養(yǎng)分，阻礙根部的生長。

調(diào)控土壤養(yǎng)分的投入量，減少養(yǎng)分的無效損失，對促進植物體養(yǎng)分的有效吸收與利用具有重要意義[38]。在植物體相同部位，不同營養(yǎng)元素的吸收、轉(zhuǎn)運和利用存在一定的促進或拮抗關(guān)系[39]。根據(jù)相關(guān)性分析可知，根部和葉片中礦質(zhì)元素的吸收具有相互促進或抑制的作用，因此，在施肥管理當中可以以此作為施肥的依據(jù)，例如根部中N元素的吸收可以促進Cu元素的吸收，P元素的吸收可以促進Zn的吸收，K元素的吸收可促進對Mg、Cu和B元素的吸收，葉片中N和K的吸收可以促進Mg的吸收；但N的吸收會抑制P和Ca的吸收，K的吸收會抑制Ca的吸收，因此在施肥管理中要密切關(guān)注元素間吸收的相互作用，避免得到適得其反的結(jié)果。

綜上所述，7月下旬牛大力進入花期，花期持續(xù)到10月份，礦質(zhì)元素含量隨著花期的進行整體上呈現(xiàn)下降的趨勢。這也表明牛大力進入生殖生長期，營養(yǎng)供給重心轉(zhuǎn)移到花和果實中，根部的生長因此受到抑制，為了避免牛大力產(chǎn)量的下降，在花期到來半個月之前，也就是7月上旬就應(yīng)開始施肥，施肥配比上N、K和Ca含量可以適當增加，但同時還應(yīng)注意不同元素間吸收存在促進或抑制的效應(yīng)。此外還應(yīng)修枝、疏花疏莢，防止養(yǎng)分過多地消耗，保證根部養(yǎng)分的供給。本研究僅分析了牛大力不同時期根部和葉片中礦質(zhì)元素含量與營養(yǎng)需求規(guī)律，卻未深入研究牛大力不同生長階段根部總黃酮和多糖等含量的變化，具有一定的局限性，因此下一步將對牛大力全生育期礦質(zhì)元素含量的動態(tài)變化及根部多糖等進行深入研究，探索牛大力對礦質(zhì)元素的積累及需肥規(guī)律和根部品質(zhì)變化過程，從而為牛大力的合理施肥提供參考。