多花黃精高效栽培肥料減施潛力分析

李峻安，劉玉民，鄧遠(yuǎn)葦，代崇雯，劉亞敏

(西南大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715)

多花黃精(PolygonatumcyrtonemaHua)為百合科(Liliaceae)黃精屬多年生草本植物，以根莖入藥[1]，其有效成分主要為黃精多糖、皂苷等，具有補(bǔ)氣益腎、除濕安神、滋養(yǎng)心肺等多種功效[2]，在調(diào)節(jié)免疫功能、抗炎抑菌、抗腫瘤、降血糖血脂等方面作用顯著[3-6]。多花黃精是典型的藥食同源植物，2002年國(guó)家衛(wèi)生部就將其納入《既是食品又是藥品的貨物名單》，由于用途廣泛，極具開(kāi)發(fā)價(jià)值，市場(chǎng)應(yīng)用前景非常好。2013年我國(guó)的黃精需求量就已達(dá)到4 000 t以上[7]。隨著對(duì)黃精藥用及保健領(lǐng)域的深度開(kāi)發(fā)，需求缺口不斷擴(kuò)大，野生資源已無(wú)法滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，因此黃精的人工高效栽培是解決這一問(wèn)題的有效途徑。

土壤養(yǎng)分是多花黃精產(chǎn)量和品質(zhì)形成的關(guān)鍵，但土壤本底養(yǎng)分通常不能滿(mǎn)足黃精高產(chǎn)栽培的需求，需要通過(guò)外施肥料的方式進(jìn)行養(yǎng)分補(bǔ)充。在傳統(tǒng)栽培時(shí)，藥農(nóng)通常采用過(guò)量施肥來(lái)達(dá)到高產(chǎn)的目標(biāo)，但大量施肥不僅增加了農(nóng)民的投入，還會(huì)造成環(huán)境面源污染和黃精品質(zhì)下降。因此，在保證多花黃精產(chǎn)量和品質(zhì)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，探討肥料合理施用是多花黃精高效栽培亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。目前關(guān)于多花黃精的研究多集中在良種選育[8-10]、栽培模式[11-13]以及有效成分分析[14-16]等方面，在養(yǎng)分管理尤其是肥料的合理減施技術(shù)方面還顯欠缺。為此，本研究擬分析不同肥料減施水平對(duì)多花黃精生長(zhǎng)以及有效成分積累的影響，探討多花黃精高效栽培時(shí)減量施肥的可行性及減施潛力，旨在為多花黃精合理施肥及產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在重慶市潼南區(qū)雙江鎮(zhèn)龍門(mén)村的川黃柏林下，位于30°13′33″N，105°41′53″E，海拔305 m，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫17.9 ℃，最低月平均氣溫7 ℃(1月)，最高月平均氣溫29.5 ℃(7月)，年平均降水量987.6 mm，年均日照時(shí)數(shù)1 228.4 h，年均無(wú)霜期360 d，光熱資源豐富。試驗(yàn)基地土壤為紫色土，成土母質(zhì)以遂寧組母質(zhì)為主，0～20 cm土層土壤養(yǎng)分狀況為：土壤全氮含量0.69 g/kg，土壤堿解氮含量81.9 mg/kg，土壤全磷含量0.76 g/kg，土壤有效磷含量8.33 mg/kg，土壤全鉀含量20.9 g/kg，土壤速效鉀含量79.8 mg/kg，土壤有機(jī)質(zhì)含量10.3 g/kg，pH值8.75。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 施肥量的確定 本試驗(yàn)以當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥量作為常量施肥量(N為180 kg/hm2、P2O5為180 kg/hm2、K2O為90 kg/hm2)，以此為基準(zhǔn)氮、磷、鉀均設(shè)置3個(gè)減施肥水平，分別較常量施肥減施100%(N0)、67%(N1)和33%(N2)，在各單因素減施處理時(shí)，均設(shè)置另外2因素為常量施肥水平，以不施肥為空白對(duì)照(CK)，共11個(gè)處理，各處理的具體施肥量方案見(jiàn)表1。

表1 11個(gè)施肥處理及其肥料用量Table 1 11 fertilization treatments and applitcation rates of fertilizers kg/hm2

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)采用單因素多水平隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積為5 m×6 m，每個(gè)處理3次重復(fù)，共33個(gè)小區(qū)，各小區(qū)間隔50 cm作為隔離區(qū)。與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥保持一致，磷肥和鉀肥于4月底一次性全部施入，氮肥分2次施入(4月底施入1/2，7月中旬施入1/2)，期間進(jìn)行常規(guī)田間管理。

1.3 研究方法

1.3.1 樣品采集 分別于開(kāi)花期(6月上旬)、果實(shí)期(8月中旬)和采收期(10月下旬)，在各試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)挖取生長(zhǎng)健康、長(zhǎng)勢(shì)均勻的多花黃精植株10株，分離地上部分(莖葉)和地下部分(根莖)，裝入密封袋中帶回實(shí)驗(yàn)室。

1.3.2 測(cè)定指標(biāo)及方法 株高采用卷尺測(cè)量莖基部到地上部分最高葉片處的垂直高度。地徑采用游標(biāo)卡尺測(cè)量多花黃精莖基部上方1 cm處直徑。選取健康且完全展開(kāi)的葉片，從上到下依次統(tǒng)計(jì)葉片數(shù)。

葉面積(S)：采用鋼尺測(cè)定最大葉片葉基至葉尖的長(zhǎng)度(L)和葉片最寬部位的寬度(b)，計(jì)算葉面積。S=L·b·K，其中K取0.6。

干(鮮)質(zhì)量：取多花黃精地上部分(莖葉)和地下部分(根莖)，清洗并擦干表面水跡，用電子天平稱(chēng)取鮮質(zhì)量；取多花黃精根莖，切為厚約0.5 cm的薄片，鋪在牛皮紙上，將根莖切段和葉片裝入信封，于105 ℃烘箱殺青30 min，調(diào)至60 ℃烘至恒質(zhì)量(1～2 d)，用電子天平稱(chēng)干質(zhì)量，以5株的平均值作為該小區(qū)的干物質(zhì)產(chǎn)量。

有效成分：取烘干的多花黃精干燥根莖，參照2015年《中國(guó)藥典》中的方法，提取并測(cè)定黃精多糖含量[2]；采用乙醇超聲波提取法提取多花黃精皂苷，采用香草醛-冰醋酸比色法測(cè)定皂苷含量[17]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理，采用SPSS Satatistics 22.0進(jìn)行單因素方差分析，采用Origin 2017進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷鉀減施對(duì)不同生長(zhǎng)時(shí)期多花黃精根莖產(chǎn)量的影響

由表2可知，外施肥料均能提高多花黃精不同生長(zhǎng)時(shí)期根莖的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量，但不同施肥處理對(duì)鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的影響存在差異。氮肥對(duì)多花黃精各生長(zhǎng)期根莖鮮質(zhì)量、干質(zhì)量的影響基本一致，不同生長(zhǎng)期多花黃精根莖鮮質(zhì)量、干質(zhì)量均隨施氮量增加而增大，各生長(zhǎng)期N2處理的根莖鮮質(zhì)量與常量施肥間均無(wú)顯著差異(P>0.05)，常量施肥處理的根莖干質(zhì)量明顯大于其他處理組。施入磷肥能有效促進(jìn)根莖生長(zhǎng)，但施P量與產(chǎn)量間并無(wú)明顯的量效關(guān)系，在P1處理?xiàng)l件下，各時(shí)期的根莖鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均達(dá)到最大，且開(kāi)花期和果實(shí)期的根莖鮮質(zhì)量均顯著高于常量施肥(P<0.05)，采收期的根莖鮮質(zhì)量和干質(zhì)量與常量施肥間均無(wú)顯著差異(P>0.05)。外施K肥對(duì)各時(shí)期根莖生長(zhǎng)也有促進(jìn)作用，其中開(kāi)花期和果實(shí)期的根莖鮮質(zhì)量與施K量間無(wú)明顯的量效關(guān)系，采收期時(shí)根莖鮮質(zhì)量隨施K量的提高而增加，在K2處理時(shí)，根莖鮮質(zhì)量與常量施肥處理無(wú)顯著差異(P>0.05)；根莖干質(zhì)量與常量施肥處理相差較大，這可能是由于外施肥料配比不同影響了含水量而導(dǎo)致。綜上，適量的肥料減施對(duì)黃精根莖生長(zhǎng)影響不大，且在磷肥減量67%時(shí)能獲得更大產(chǎn)量。

表2 氮磷鉀減施對(duì)多花黃精根莖產(chǎn)量的影響Table 2 Effect of fertilizer reduction on yield of Polygonatum cyrtonema Hua g/株

2.2 氮磷鉀減施對(duì)采收期多花黃精地上部分生長(zhǎng)的影響

氮磷鉀減施對(duì)采收期多花黃精地上部分生長(zhǎng)的影響結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 氮磷鉀減施對(duì)采收期多花黃精地上部分生長(zhǎng)的影響Table 3 Effect of fertilizer reduction on above-ground growth of Polygonatum cyrtonema Hua in harvest time

由表3可知，不同施肥處理對(duì)多花黃精地上部分生長(zhǎng)的影響存在一定差異。施入N肥能夠有效促進(jìn)多花黃精地上部分的生長(zhǎng)，多花黃精的株高、葉片數(shù)和莖葉干質(zhì)量均隨施N量的提高而增加，而N2處理在株高、地徑、葉片數(shù)和葉面積上均與常量施肥間無(wú)顯著差異(P>0.05)；N1處理的地徑反而大于常量施肥處理。株高生長(zhǎng)在各施P處理組間無(wú)顯著差異，適量的磷減施反而會(huì)促進(jìn)地徑生長(zhǎng)；P2處理與常量施肥間的各項(xiàng)指標(biāo)無(wú)顯著差異(P>0.05)，莖葉干質(zhì)量則在P1處理時(shí)達(dá)到最大(10.80 g/株)。K肥的施入也會(huì)促進(jìn)多花黃精株高、葉片數(shù)、葉面積和莖葉干質(zhì)量的增加；在各項(xiàng)指標(biāo)中，K2處理與常量施肥間均無(wú)顯著差異(P>0.05)，且株高、葉片數(shù)、葉面積和莖葉干質(zhì)量均以K2處理最大，其中莖葉干質(zhì)量與K0、K1處理有顯著差異(P<0.05)。綜上，適量的肥料減施對(duì)多花黃精地上部分的生長(zhǎng)影響不大，在一定程度上還可以促進(jìn)莖葉干質(zhì)量的增加。

2.3 氮磷鉀減施對(duì)采收期多花黃精干物質(zhì)分配的影響

由圖1可見(jiàn)，多花黃精地下部分的干物質(zhì)累積遠(yuǎn)高于地上部分，氮磷鉀減施對(duì)多花黃精干物質(zhì)分配比例的影響不同。在N減施處理中，各減量施氮處理與常量施肥間的干物質(zhì)分配比例相差不大。P減施處理中，P2處理更有利于根莖干物質(zhì)的積累。

圖1 氮磷鉀減施對(duì)采收期多花黃精干物質(zhì)分配的影響Fig.1 Effect of fertilizer reduction on distribution ratio of dry matter of Polygonatum cyrtonema Hua in harvest time

K減施處理中，隨施K量的增加根莖干物質(zhì)分配比例呈先增后減再增的趨勢(shì)，以K1處理達(dá)到最大，為94.62%。由此可見(jiàn)，進(jìn)行適量的肥料減施反而對(duì)多花黃精地下部分干物質(zhì)的累積具有促進(jìn)作用，綜合經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益考慮，適量的肥料減施是可行的。

2.4 氮磷鉀減施對(duì)多花黃精有效成分的影響

2.4.1 多 糖 氮磷鉀減施對(duì)采收期多花黃精根莖多糖和皂苷含量的影響結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖柱上不同小寫(xiě)字母表示同一減施處理間在0.05水平上差異顯著The lowercase letters in the figure indicated that there was significant difference at the level of 0.05 between the same reduction treatment圖2 氮磷鉀減施對(duì)采收期多花黃精根莖中多糖和皂苷含量的影響 Fig.2 Effect of fertilizer reduction on contents of polysaccharide and saponin of Polygonatum cyrtonema Hua in harvest time

由圖2可知，施用肥料均能增加多花黃精根莖中的多糖含量，其中氮肥和磷肥用量與多糖含量存在一定的量效關(guān)系，隨N、P肥用量增加多糖含量呈上升趨勢(shì)，在N減施處理中，常量施肥的多糖含量顯著高于其他處理組，在P減施處理中，P1、P2處理與常量施肥之間無(wú)顯著差異(P>0.05)。在K減施處理中，隨施鉀水平提高，多花黃精根莖中多糖含量先增大后減小，K1和K2處理的多糖含量均大于常量施肥處理，且在K2處理時(shí)多糖含量最大。表明N減施會(huì)導(dǎo)致多花黃精根莖中多糖累積減少，適量P減施對(duì)多糖累積影響不大，適量K減施反而促進(jìn)多糖累積。

2.4.2 皂 苷 由圖2可以看出，多花黃精根莖中皂苷含量隨施氮量增加呈增大趨勢(shì)，N1和N2處理與常量施肥間無(wú)顯著差異(P>0.05)。隨施磷量增加，多花黃精根莖中皂苷含量呈先增后減趨勢(shì)，在P2處理時(shí)達(dá)到最大，為16.49 mg/g，顯著高于常量施肥(P<0.05)，表明P2處理有利于多花黃精根莖中皂苷累積。施入鉀肥能夠有效提高多花黃精根莖中皂苷含量，且K2處理的皂苷含量顯著高于常量施肥處理(P<0.05)。綜上，施肥量與多花黃精根莖有效成分間并不是簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系，過(guò)量肥料施用會(huì)降低多花黃精根莖中皂苷累積，為提高多花黃精根莖中皂苷含量，可適量進(jìn)行磷、鉀肥單量減施。

3 討 論

3.1 氮磷鉀減施對(duì)多花黃精地上部分的影響

合理施肥對(duì)提高藥用植物產(chǎn)量、改善藥材品質(zhì)具有重要作用[18-20]。為提高作物產(chǎn)量，農(nóng)民在栽培過(guò)程中通常會(huì)出現(xiàn)過(guò)量施肥，這樣不僅增加了農(nóng)民的投入，還會(huì)造成面源污染等環(huán)境問(wèn)題。有研究表明，目前許多作物在高效栽培中均存在肥料減施潛力[21-23]。本研究中33%減量施肥(N2)與常量施肥黃精在株高、地徑、葉片數(shù)和葉面積上均無(wú)顯著差異，表明適量減少肥料施用對(duì)多花黃精地上部分生長(zhǎng)不會(huì)產(chǎn)生顯著影響，推測(cè)多花黃精高效栽培時(shí)具有肥料減施的潛力。

3.2 氮磷鉀減施對(duì)多花黃精根莖產(chǎn)量的影響

氮肥在作物產(chǎn)量形成中起決定性作用，但過(guò)量施氮會(huì)導(dǎo)致氮肥利用率降低[24-25]，而適量減少氮肥施用可以提高作物產(chǎn)量[26]。有研究發(fā)現(xiàn)，黃芪和白芷等藥用植物均有適宜的施氮水平，其產(chǎn)量隨施肥量增加均呈先增后減趨勢(shì)[27-28]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施用氮肥可以有效提高不同生長(zhǎng)時(shí)期多花黃精的根莖產(chǎn)量，且隨施氮量增加多花黃精根莖產(chǎn)量呈上升趨勢(shì)，未出現(xiàn)隨施氮量增加黃精產(chǎn)量降低的拐點(diǎn)，但隨施氮量的持續(xù)增加黃精產(chǎn)量變化較小，減氮33%與常量施肥在根莖鮮質(zhì)量上無(wú)顯著差異，但常量施肥的根莖干質(zhì)量高于其他處理組。說(shuō)明在僅考慮多花黃精根莖鮮質(zhì)量時(shí)，適量減少氮肥施用是可行的。

過(guò)量施磷不僅會(huì)造成磷肥利用效率降低，長(zhǎng)期過(guò)量施磷還會(huì)導(dǎo)致土壤富磷化進(jìn)而加劇土壤面源污染[29-30]。研究表明，磷肥施用量由120 kg/hm2增加到180 kg/hm2時(shí)黃芪產(chǎn)量反而降低[31]；磷肥施用雖然可以提高苦參根莖產(chǎn)量，但過(guò)量磷肥會(huì)導(dǎo)致苦參根莖中磷酸鹽沉淀，引起元素失調(diào)而使苦參植株鐵和鋅吸收受阻，導(dǎo)致根莖的產(chǎn)量和品質(zhì)降低[32]。本研究結(jié)果顯示，施用磷肥可以有效促進(jìn)多花黃精根莖的生長(zhǎng)和干物質(zhì)累積，且隨施磷量增加多花黃精根莖產(chǎn)量呈先增后減趨勢(shì)，也表明適量減施磷肥有利于多花黃精根莖產(chǎn)量的提高，因此后期高效栽培時(shí)可考慮適量減少磷肥的施用。

鉀在植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中同樣有著重要影響。有研究表明，鉀肥可以促進(jìn)玉米和馬鈴薯干物質(zhì)積累，但施鉀量過(guò)多也會(huì)表現(xiàn)抑制作用[33-34]。張良彪等[35]研究發(fā)現(xiàn)，隨施鉀量增加，三七根質(zhì)量和產(chǎn)量逐漸增加，但施鉀量達(dá)到60 kg/hm2時(shí)產(chǎn)量反而降低，說(shuō)明適量的K肥有利于三七根莖生長(zhǎng)。本研究中，采收期多花黃精根莖產(chǎn)量隨施K水平的提高始終呈上升趨勢(shì)，但隨施鉀量的持續(xù)增加多花黃精根莖產(chǎn)量變化較小，且33%減量施鉀與常量施肥間無(wú)顯著差異。說(shuō)明不同藥用植物對(duì)肥料的需求存在差異，且肥料的施用與產(chǎn)量的增加并不是簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系，需要綜合考慮肥料施用配比、植物營(yíng)養(yǎng)生理和吸肥規(guī)律對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[36-37]，進(jìn)而才能確定適宜的施肥量。

3.3 氮磷鉀減施對(duì)多花黃精根莖多糖和皂苷含量的影響

目前藥農(nóng)通常采用大量施肥的方法來(lái)提高藥材產(chǎn)量，卻忽略了過(guò)量施肥對(duì)藥材品質(zhì)的不利影響。有研究表明，過(guò)量施肥會(huì)改變藥用植物的性狀或降低藥材中有效成分含量，但這種變化在不同藥用植物或不同肥料類(lèi)型間存在較大差異[38-39]。莫讓瑜等[40]研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)量施用氮肥、磷肥和鉀肥對(duì)金錢(qián)草全草的山奈酚和槲皮素含量均無(wú)顯著影響。而紀(jì)瑛等[41]研究表明，施用氮肥可顯著增加苦參根莖中苦參總堿含量。施用鉀肥可提高北沙參中多糖和皂苷含量，當(dāng)鉀肥施用量大于240 kg/hm2時(shí)有效成分含量并無(wú)顯著變化[42]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施用氮磷鉀肥料可促進(jìn)多花黃精根莖中多糖和皂苷的積累，隨施氮量增加，多花黃精根莖中多糖含量顯著升高，N1、N2和常量施肥間皂苷含量無(wú)顯著變化；隨施磷量增加多糖含量升高，而皂苷含量隨施磷量增加呈先升高后下降趨勢(shì)，減量33%施P能獲得更多的皂苷累積；多花黃精根莖中多糖和皂苷含量與施鉀量之間不存在量效關(guān)系，隨施鉀量增加多糖含量呈先升高后下降趨勢(shì)，減量33%施K有利于多花黃精根莖中皂苷累積。說(shuō)明不同的肥料種類(lèi)對(duì)多花黃精有效成分的影響存在一定差異，磷鉀肥減施時(shí)更有利于有效成分的合成。

4 結(jié) 論

施肥可提高多花黃精的生物量，對(duì)多糖、皂苷的累積有著顯著的促進(jìn)作用。33%的氮、磷、鉀肥單量減施對(duì)多花黃精根莖鮮質(zhì)量并無(wú)顯著影響，磷減施67%(氮、磷、鉀施肥量分別為180,60,90 kg/hm2)能獲得更多的根莖干質(zhì)量；同時(shí)磷減施33%(氮、磷、鉀施肥量分別為180,120,90 kg/hm2)能明顯提高根莖中干物質(zhì)的分配比例；磷、鉀肥適量減施有利于提高多花黃精的品質(zhì)，鉀減施33%(氮、磷、鉀施肥量分別為180,180,60 kg/hm2)時(shí)最利于多花黃精根莖中多糖和皂苷累積。結(jié)合成本投入及環(huán)境效益等綜合分析，在目前農(nóng)民常量施肥的基礎(chǔ)上，進(jìn)行33%的氮、磷、鉀單量減施是可行的。