不同供水條件下氮磷肥對北蒼術(shù)生長及有效成分的影響

陳冠州,袁 搏,劉 穎,張靚瑤,張躍川,申秋豫,袁卉馥

(河北北方學院 農(nóng)林科技學院，河北 張家口 075000)

北蒼術(shù)(Atractylodeschinensis(DC.)Koidz.)為菊科多年生草本植物，是中藥材蒼術(shù)的來源之一，主產(chǎn)于我國東北、內(nèi)蒙古自治區(qū)和河北省等地[1]。北蒼術(shù)主要以根莖入藥，具有燥濕、健脾、祛風、散寒、明目等功效[2]。隨著國內(nèi)外市場對蒼術(shù)需求量的增加，野生北蒼術(shù)呈現(xiàn)供不應求局面，為緩解北蒼術(shù)野生資源驟減和市場需求的矛盾，北蒼術(shù)的規(guī)模化生產(chǎn)已經(jīng)勢在必行。

水分和養(yǎng)分是植物生長過程中不可或缺的重要因素。據(jù)統(tǒng)計，我國約有一半左右的耕地年降水量低于500 mm[3]，缺水會降低作物產(chǎn)量，加劇土壤的貧瘠化，限制有限水分的利用效率和轉(zhuǎn)化效率[4]。除水分外，養(yǎng)分也是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要脅迫因子之一，同時水分和養(yǎng)分2個因子在一定范圍內(nèi)又是協(xié)同作用的關(guān)系。研究得出，在旱田農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，作物增產(chǎn)的原因，既有肥料效應，也有肥料與水分互作影響，而且水肥互作對作物的增產(chǎn)影響更為顯著[5]。目前北蒼術(shù)栽培方面的研究大多集中在肥料的使用、干旱的脅迫影響等方面[6-8]，而對水分和肥料互作對北蒼術(shù)的影響研究尚未見報導。本試驗在不同供水情況下，通過施用氮磷肥，揭示水分和氮磷配方施肥對北蒼術(shù)生長指標及有效成分含量的影響，旨在明確并規(guī)范北蒼術(shù)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的最佳水肥配比方案，為北蒼術(shù)的規(guī)?；耘嗵峁├碚撝笇Ш图夹g(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

本試驗于河北省張家口市河北北方學院南校區(qū)旱棚進行，海拔高度為640 m，北緯40°39′58"，東經(jīng)114°55′4"，屬于典型的大陸性干旱和半干旱地區(qū)，處于東亞大陸性季風氣候區(qū)。年降水量為450～550 mm。試驗園土(0～20 cm)土壤肥力中等，質(zhì)地為栗鈣土。

1.2 試驗材料

供試材料為崇禮區(qū)百草匯中藥材種植合作社的一年生北蒼術(shù)幼苗，施用肥料為陽煤豐喜肥業(yè)集團有限責任公司所生產(chǎn)的尿素(N，總氮≥46%)，甕福集團有限責任公司所生產(chǎn)的過磷酸鈣(P2O5，有效磷≥16%)。采用直徑30 cm，高20 cm的塑料盆，每盆8棵植株，進行盆栽試驗。

1.3 試驗設(shè)計

選擇長勢一致、生長健壯、無病蟲害的一年生北蒼術(shù)幼苗進行盆栽施肥試驗。對不同供水條件下(正常供水、輕度干旱和中度干旱)的北蒼術(shù)幼苗，采用氮、磷肥組合施用處理，N設(shè)60、120、180 kg·hm-23水平；P2O5設(shè)100，150，200 kg·hm-23水平。于2021年5月8日將北蒼術(shù)幼苗移栽至直徑30 cm、高20 cm的聚乙烯塑料盆內(nèi)，每盆裝入7.5 kg土壤，每盆移栽8株幼苗。緩苗3 d后進行控水處理，采用稱重法進行補水控水，共設(shè)3個水分梯度：正常供水(田間持水量的75%)，輕度干旱(田間持水量的60%)，中度干旱(田間持水量的45%)。試驗采用L9(33)正交設(shè)計，試驗具體實施方案見表1，每處理重復5次，其中P2O5作為基肥一次施入土壤，N肥1/2作為基肥施入，1/2作為追肥于6月施入。另設(shè)3個對照：CK1(正常供水，不施肥)；CK2(輕度干旱，不施肥)；CK3(中度干旱，不施肥)。其他管理同大田。

表1 L9(33)正交設(shè)計表

1.4 測定指標及方法

1.4.1 生長指標測定

在栽植后120 d挖取整株北蒼術(shù)，洗凈并用吸水紙吸干水分，用米尺測量北蒼術(shù)的株高、須根長；用分析天平稱量地上鮮質(zhì)量和根莖鮮質(zhì)量。然后將北蒼術(shù)根莖裝入冰盒帶回實驗室，液氮固定，儲存于-80℃超低溫冰箱備用。

1.4.2 有效成分含量測定

取北蒼術(shù)根莖粉碎，測定蒼術(shù)素和總灰分含量。

1.4.2.1 蒼術(shù)素含量測定[9]

a 色譜條件

Diamonsil C18色譜柱(4.6 mm×250mm，5 μL)，流動相：甲醇-水(79∶21)等度洗脫，流速為1.0 mL·min-1，檢測波長340 nm，進樣量20 μL。

b 對照品和供試品溶液的制備

取蒼術(shù)素對照品適量，精密稱定，加甲醇制成每1 mL含40 μg的溶液，作為蒼術(shù)素對照品溶液。取本品粉末0.2 g，精密稱定，參照2020版《中國藥典》Ⅰ部蒼術(shù)含量測定方法[9]，制備供試品溶液，每個樣品3次重復。

c 線性回歸方程

取蒼術(shù)素對照品溶液(40 μg·mL-1)，分別稀釋成濃度為4、8、12、16、20、28、36和40 μg·mL-1的溶液，各吸取10 μL按照1.6.1的色譜條件測定相應的峰面積，以不同濃度的蒼術(shù)素對照品溶液為橫坐標X，相應的峰面積為縱坐標Y，繪制標準曲線，得到蒼術(shù)素回歸方程為Y=141763X+87854，相關(guān)系數(shù)r=0.9993。對照品在4～40 μg·mL-1范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系。

1.4.2.2 總灰分含量[9]

測定用的根莖粉碎，二號篩過篩，混合均勻后，取供試品2～3 g，置熾灼至恒重的坩堝中，稱定質(zhì)量(準確至0.01 g)，緩緩熾熱，注意避免燃燒，至完全炭化時，逐漸升高溫度至500～600 ℃，使完全灰化并至恒質(zhì)量。根據(jù)殘渣質(zhì)量，計算供試品中總灰分的含量(%)?？偦曳植坏眠^7.0%(通則2302)[9]。

1.5 統(tǒng)計與分析

用Excel進行數(shù)據(jù)處理和作圖，并用SPSS 21.0進行數(shù)據(jù)處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同供水條件下氮磷肥對北蒼術(shù)農(nóng)藝性狀的影響(圖1)

對北蒼術(shù)在不同供水條件下使用不同配比氮、磷肥，測定株高、須根長、地上鮮質(zhì)量和根莖鮮質(zhì)量?？芍诓皇┓是闆r下，隨著水分供應減少，北蒼術(shù)的株高、須根長、地上鮮質(zhì)量和根莖鮮質(zhì)量降低，正常供水時CK1均與輕度干旱CK2、中度干旱CK3形成顯著性差異(P<0.05)。圖1還表明，施用氮肥和磷肥后，在不同水分條件下均可以提高北蒼術(shù)的株高、須根長、地上鮮質(zhì)量和根莖鮮質(zhì)量。

圖1 不同供水條件下氮磷肥對北蒼術(shù)農(nóng)藝性狀的影響

對株高的影響(圖1a):各處理株高最高的為T6和T8，二者與T2、T3、T4和T9形成顯著性差異(P<0.05)，與T1、T5和T7差異不顯著。在供水情況相同情況下，顯著性差異為正常供水時T6和T8與CK1形成顯著性差異(P<0.05)，但T6和T8之間差異不顯著；T1雖然高于CK1，兩者之間差異不顯著；輕度干旱時，T5和T7與CK2形成顯著性差異(P<0.05)，但T5和T7之間差異不顯著；中度干旱時，T4和T9與CK3形成顯著性差異(P<0.05)，但T4和T9之間差異不顯著，T2與CK3之間差異不顯著。由以上分析可知，北蒼術(shù)的株高在水分相同的情況下，多施氮肥有利于提高株高，但施用N120與N180對北蒼術(shù)的株高沒有顯著性影響。

不同供水條件下施用氮磷肥對北蒼術(shù)須根長的影響(圖1b)：各處理須根長最長的為T6和T8，二者與T1、T2、T3、T4和T9形成顯著性差異(P<0.05)，與T5和T7差異不顯著。在供水情況相同情況下，顯著性差異為正常供水時T6和T8與CK1形成顯著性差異(P<0.05)，但T6和T8之間差異不顯著；T1雖然高于CK1，兩者之間差異不顯著；輕度干旱時，T5和T7與CK2形成顯著性差異(P<0.05)，但T5和T7之間差異不顯著；中度干旱時，T2、T4和T9雖然高于CK3，但沒有形成顯著性差異。綜上所述，北蒼術(shù)的須根長在水分情況相同的情況下，多施氮磷肥有利于促進須根增長；且在正常供水和輕度干旱情況下，施用N120與N180對北蒼術(shù)的須根長沒有影響，在中度干旱情況下，氮、磷肥的施用量對須根長的影響不明顯。

不同供水條件下施用氮磷肥對北蒼術(shù)地上鮮質(zhì)量的影響(圖1c)：各處理地上鮮質(zhì)量最高的為T6和T8，二者與T1、T2、T3、T4和T9形成顯著性差異(P<0.05)，與T5和T7差異不顯著。正常供水時，T1和CK1之間沒有形成顯著性差異(P<0.05)，T6、T8和CK1之間差異顯著(P<0.05)，T6、T8之間差異不顯著；輕度干旱情況下，T3和CK2之間差異不顯著，T5、T7與CK2、T3形成顯著性差異(P<0.05)，但T5和T7之間差異不顯著；中度干旱情況下，T2與CK3差異不顯著，T4、T9和CK3之間形成顯著性差異(P<0.05)，T4和T9之間差異不顯著。由以上分析可知，北蒼術(shù)的地上鮮質(zhì)量在水分情況相同的情況下，多施氮有利于地上鮮質(zhì)量增加，但施用N120與N180對北蒼術(shù)的地上鮮質(zhì)量的影響沒有顯著性差異。

由圖1d可知，施用氮磷肥在不同供水情況下均可以促使北蒼術(shù)的根莖鮮質(zhì)量增加。各處理根莖鮮質(zhì)量最高的為T6和T8，二者與T1、T2、T3、T4和T9形成顯著性差異(P<0.05)，與T5和T7差異不顯著。供水情況相同時，差異顯著性分析為正常供水時，T1、T6、T8和CK1之間均差異顯著(P<0.05)，T6、T8和T1之間差異顯著(P<0.05)，T6和T8之間差異不顯著；輕度干旱時，T3、T5和T7均與CK2之間形成顯著性差異(P<0.05)，T5、T7和T3之間差異顯著(P<0.05)，但T5和T7之間差異不顯著；中度干旱時，T2、T4、T9和CK3之間形成顯著性差異(P<0.05)，但T2、T4和T9三者之間差異不顯著。由以上分析可知，北蒼術(shù)的根莖鮮質(zhì)量在水分相同的情況下，多施氮肥有利于根莖鮮質(zhì)量增加，在正常供水和輕度干旱情況下，施用N120與N180對北蒼術(shù)的根莖鮮質(zhì)量沒有顯著性差異；在中度干旱情況下，氮肥的施用量之間對根莖鮮質(zhì)量沒有顯著性影響。

2.2 不同供水條件下氮磷肥對北蒼術(shù)蒼術(shù)素含量和總灰分的影響(圖2)

對北蒼術(shù)在不同供水條件下使用不同配比氮、磷肥，測定根莖中蒼術(shù)素和總灰分含量。

不施肥情況下，水分供應量不影響北蒼術(shù)中蒼術(shù)素含量(圖2a)，CK1、CK2和CK3之間差異不顯著；圖2a還表明，施用氮磷肥會增加北蒼術(shù)根莖中蒼術(shù)素含量，其中T3、T6與T8均與其他處理差異顯著(P<0.05)，而三者之間差異不顯著。正常供水時，T1、T6和T8的蒼術(shù)素含量分別比CK1提高9.12%、50.49%和46.61%，蒼術(shù)素含量排序為T6>T8>T1；輕度干旱情況下，T3、T5和T7比CK2分別提高73.78%、41.74%和33.33%，蒼術(shù)素含量排序為T3>T5>T7；中度干旱情況下，T2、T4和T9的蒼術(shù)素含量分別比CK3提高22.72%、21.71%33.83%，蒼術(shù)素含量排序為T9>T2>T4。綜上所述，供水情況相同的情況下，多施磷肥可以提高北蒼術(shù)根莖中的蒼術(shù)素含量。

圖2 不同供水條件下氮磷肥對北蒼術(shù)蒼術(shù)素及總灰分含量的影響

總灰分是物質(zhì)在高溫下燃燒后殘留的無機物質(zhì)量占總質(zhì)量的百分比，是藥材質(zhì)量指標的重要組成，總灰分含量的高低又反映了藥材的品質(zhì)狀況[10]?？偦曳趾吭降驼f明北蒼術(shù)根莖中自身的重金屬殘留和外來雜質(zhì)越少，品質(zhì)越佳。圖2b表明，不施肥情況下，水分供應量對北蒼術(shù)中總灰分含量沒有顯著影響，CK1、CK2和CK3之間差異不顯著，施用氮磷肥后，各處理中總灰分含量和對照相比有所增加，其中T6、T7和T8三者與其他處理形成顯著性差異(P<0.05)，3個處理之間差異不顯著，T1、T2、T3、T4和T5之間差異不顯著。圖2b還表明，施用氮磷肥會增加北蒼術(shù)根莖中總灰分含量，但各處理中總灰分含量最大為T8處理的5.16%，符合藥典規(guī)定的總灰分≤7.00%。綜上所述，氮磷肥增加會使北蒼術(shù)根莖中總灰分含量提高，且高氮水平下總灰分增加明顯。

2.3 不同供水條件下氮磷肥對北蒼術(shù)農(nóng)藝性狀及有效成分含量的相關(guān)性分析(表2)

表2表明，不同供水條件下施用氮磷肥時，北蒼術(shù)株高與其他各項指標均呈正相關(guān)，其中與須根長、地上鮮質(zhì)量、根莖鮮質(zhì)量、蒼術(shù)素含量和總灰分含量達到極顯著水平(P<0.01)；須根長與蒼術(shù)素含量有顯著性差異(P<0.05)，與株高、地上鮮質(zhì)量、根莖鮮質(zhì)量、總灰分含量有極顯著性差異(P<0.01)；地上鮮質(zhì)量與其他各指標均有極顯著差異(P<0.01)；根莖鮮質(zhì)量與株高、須根長、地上鮮質(zhì)量、蒼術(shù)素含量、總灰分含量達到極顯著性水平(P<0.01)；蒼術(shù)素含量和其他指標均達到極顯著性差異(P<0.01)；總灰分含量與其他各項指標均呈正相關(guān)，有極顯著性差異(P<0.01)。綜合分析表明，可通過北蒼術(shù)地上部分的生長情況調(diào)整施肥方案，可以有效地調(diào)節(jié)有效成分含量。

2.4 不同供水條件下氮磷肥對北蒼術(shù)農(nóng)藝性狀及有效成分含量的綜合評價

采用模糊數(shù)學隸屬函數(shù)法對不同供水條件下氮磷肥對北蒼術(shù)農(nóng)藝性狀及有效成分含量的影響進行綜合性評價(表3)。數(shù)據(jù)中數(shù)值越大說明該施肥條件下北蒼術(shù)生長狀況越好(表中總灰分含量采用反隸屬函數(shù))。由表3可知，不同供水條件下氮磷肥對北蒼術(shù)農(nóng)藝性狀及有效成分含量影響的隸屬函數(shù)排序從大到小為T6>T8>T7>T5>T1>T3>T4>T9>T2>CK1>CK2>CK3。不同處理下北蒼術(shù)的隸屬均值均大于空白組CK1、CK2和CK3，說明不同供水條件下氮磷肥配施對北蒼術(shù)生長發(fā)育和有效成分積累有直接影響，該評價體系中T6施肥方案效果最佳；表3還表明，正常供水條件下，T6(N120P200)施肥方案效果最佳；輕度干旱條件下，T7((N180P100)效果最好；中度干旱條件下，T4(N120P100)效果最好。

3 討論與結(jié)論

北蒼術(shù)是河北省的道地藥材，隨著北蒼術(shù)市場需求加強，規(guī)?；a(chǎn)勢在必行，其生長發(fā)育及藥材質(zhì)量形成機制逐步受到重視。中藥有效成分含量受到溫度、光照、水分、肥料等環(huán)境因素影響，其中水分和土壤養(yǎng)分為調(diào)控其產(chǎn)量和品質(zhì)的最有效措施之一[11]。水分是藥用植物維持生命活動的重要環(huán)境因子之一，土壤水分的缺失會導致藥用植物遭受干旱逆境，從而影響藥用植物次生代謝產(chǎn)物的積累[12]。氮、磷、鉀合理配施不僅能提高藥用植物產(chǎn)量，而且能改善其品質(zhì)[13]。氮、磷、鉀肥配施不僅對根莖類中藥材，如三七[14]、黃連[15]、西洋參[16]等的生長和藥材質(zhì)量有顯著影響，對其次生代謝過程的調(diào)控尤為重要。本研究中，北蒼術(shù)在不同供水條件下氮磷肥對北蒼術(shù)株高、須根長、地上鮮質(zhì)量、根莖鮮質(zhì)量和蒼術(shù)素影響均以正常供水情況T6(N120P200)和T8(N180P150)為最高；對各處理中的蒼術(shù)素分析表明，正常供水時T6(N120P200)、T8(N180P150)和輕度干旱時的T3(N60P200)蒼術(shù)素含量最高，說明輕度干旱時低氮高磷有利于北蒼術(shù)中的蒼術(shù)素積累，這和梁建萍[17]、郝崗平等[18]研究認為輕度干旱有利于黃芪中黃酮類和皂苷類成分、銀杏中銀杏內(nèi)酯和黃酮類物質(zhì)的積累結(jié)果一致。本研究中雖然正常供水加施用氮磷肥可以促進北蒼術(shù)生長及蒼術(shù)素含量增加，但高氮會使北蒼術(shù)根莖中總灰分含量增加，在生產(chǎn)實踐中切勿大水大肥，避免導致總灰分含量超標。

本研究經(jīng)綜合比較認為，不同供水條件下氮、磷肥對北蒼術(shù)農(nóng)藝性狀及有效成分含量影響為北蒼術(shù)株高、須根長、地上鮮質(zhì)量、根莖鮮質(zhì)量和蒼術(shù)素、總灰分含量均存在一定相關(guān)性；綜合評價為正常供水下，T6(N120P200)施肥方案效果最佳；輕度干旱條件下，T7((N180P100)效果最好；中度干旱條件下，T4(N120P100)效果最好。