河北省主栽山藥品種礦質(zhì)養(yǎng)分累積及礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)差異

楊雪貞，許華森，張月萌，馬文奇，孫志梅*

（1 河北農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院，河北保定 071001；2 河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點實驗室，河北保定 071001）

作物養(yǎng)分累積量和分配特性是表征其對土壤中養(yǎng)分吸收利用和分配能力的重要指標，也是指導合理施肥的重要參數(shù)。作物對養(yǎng)分的累積分配特性受品種、土壤環(huán)境、養(yǎng)分供應等多方面的影響[1]。了解評價現(xiàn)有特色農(nóng)產(chǎn)品的營養(yǎng)品質(zhì)、礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)等內(nèi)在品質(zhì)差異，以充分發(fā)揮品種資源優(yōu)勢，并根據(jù)作物的養(yǎng)分需求特性優(yōu)化施肥管理模式，對于提高肥料利用率、減輕環(huán)境污染風險，同時改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，保證人類健康具有重要意義[2]。

山藥起源于熱帶和亞熱帶地區(qū)，廣泛種植于非洲、亞洲、南美洲及南太平洋島嶼[3–4]，我國從南到北也均有種植。作為一種藥食兼用的經(jīng)濟作物，山藥日益受到世人喜愛，市場需求量很大[5–7]。但山藥的營養(yǎng)成分和藥用價值及其養(yǎng)分累積分配特性同樣受產(chǎn)地、品種和管理措施等諸多因素的影響，差異很大。已有研究表明，尼泊爾山藥的粗纖維素含量明顯高于世界其他產(chǎn)區(qū)[8]。我國河南產(chǎn)區(qū)山藥的總多糖含量顯著高于河北產(chǎn)區(qū)，吉林臨江山藥的尿囊素含量和薯蕷皂苷含量均高于長春和白城的山藥[9–10]，印度引進品種的粗蛋白和粗纖維含量明顯高于本地品種[11]；謝彩俠等[12]研究表明，在沁陽種植的太古山藥根莖對氮、磷、鉀的吸收量遠高于平遙[13]。北方地區(qū)主栽的西施、雞皮糙、大和芋2號和鐵棍山藥淀粉含量明顯高于大和長芋，蛋白質(zhì)含量明顯高于米山藥和大和長芋[14]。Pan等[15]通過對11個山藥品種中礦質(zhì)養(yǎng)分利用及產(chǎn)量的比較，篩選出了2個高產(chǎn)同時富含鉀、鐵、鋅的品種?？梢?，當前對山藥品質(zhì)及其養(yǎng)分吸收的研究不少，但主要集中在糖類、蛋白質(zhì)、氨基酸、淀粉、尿囊素等有機營養(yǎng)成分和藥性成分方面，對養(yǎng)分吸收累積特性的研究也多局限于大量營養(yǎng)元素氮磷鉀，而對山藥礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)及其吸收累積特性的研究還不多見。農(nóng)產(chǎn)品中的礦質(zhì)元素作為人體補充礦質(zhì)營養(yǎng)的重要來源，對人體健康的重要性不言而喻[16]。而作物的養(yǎng)分吸收累積特性又直接決定著作物的礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)[17–18]。因此，探明不同品種山藥養(yǎng)分累積分配特性及礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)差異，并從養(yǎng)分累積分配特性角度解析影響礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)形成的主要因素，對于今后通過養(yǎng)分的科學管理進一步提升山藥產(chǎn)量和品質(zhì)，實現(xiàn)山藥產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展具有重要意義。

河北省蠡縣的氣候條件、土壤類型十分適宜山藥的生長，是麻山藥的發(fā)源地，也是我國五大山藥栽培區(qū)之一[19]，至今已有3000余年的種植歷史。由于經(jīng)濟效益遠高于小麥、玉米等大田作物，山藥產(chǎn)業(yè)已成為河北省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的特色支柱產(chǎn)業(yè)。當前主栽品種除了棒藥、紫藥和小白嘴這3個原地方特色品種外[20–21]，大和白玉作為日本引進品種，因其適應性強，目前也已發(fā)展成為河北省主栽山藥品種之一。隨著人民生活水平的不斷提高，對山藥品質(zhì)提出了更高的要求。因此，本研究以棒藥、紫藥、小白嘴和大和白玉4個山藥品種作為供試材料，在解析山藥生物量和養(yǎng)分累積分配特性、養(yǎng)分需求量的基礎上，采用主成分分析法對山藥根莖的礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)進行綜合評價，旨在為山藥食藥功能的進一步開發(fā)及科學養(yǎng)分管理方案的制定提供理論依據(jù)和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本研究試驗地點位于河北蠡縣隨東村，平均海拔15.6 m，年平均氣溫11℃，年均降水量522 mm，為暖溫帶季風氣候。供試土壤類型為砂壤土，土壤有機質(zhì)11.04 g/kg，全氮0.58 g/kg，銨態(tài)氮1.60 mg/kg，硝態(tài)氮32.92 mg/kg，有效磷9.94 mg/kg，速效鉀80.00 mg/kg，交換性鈣9.68 g/kg，交換性鎂346.80 mg/kg，有效鐵25.87 mg/kg，有效錳5.87 mg/kg，有效銅1.04 mg/kg，有效鋅0.76 mg/kg，pH 8.11，電導率170 μs/cm。供試山藥品種為當?shù)刂髟云贩N棒藥、大和白玉、紫藥和小白嘴。

1.2 試驗設計

品種試驗在保證地力水平相當，及施肥、水分管理和病蟲害防控等農(nóng)田管理措施均一致的基礎上進行。施肥方法除基肥在播種之前施用外，追肥按照農(nóng)戶普遍采用的撒施后大水漫灌的方式。在施肥量的確定方面，因為種植山藥的土壤為漏水漏肥嚴重的砂壤土，農(nóng)民采用的大水漫灌方式又容易造成養(yǎng)分損失量較大，而且山藥的生育期長，產(chǎn)量水平高，所以種植期間的養(yǎng)分投入量按農(nóng)民傳統(tǒng)施肥經(jīng)驗確定，基肥量為N 224 kg/hm2，P2O5227 kg/hm2，K2O 240 kg/hm2；追肥量為N 226 kg/hm2，P2O576 kg/hm2，K2O 270 kg/hm2。追肥于苗期(促苗生長，保證地上部的生物量)、根莖膨大初期和膨大盛期(保證根莖產(chǎn)量和品質(zhì)的形成)分3次施入。當年5月1日播種，10月9日收獲，每個品種種植面積667 m2。收獲時，各品種隨機劃定3個小區(qū)[小區(qū)面積為89.7 m2(39 m×2.3 m)]，進行測產(chǎn)和樣品采集。

1.3 樣本采集、處理及分析方法

收獲季在每個小區(qū)隨機選取遠離邊行的代表性樣點3個，量取10 m長采樣段進行測產(chǎn)，用于折算單位面積產(chǎn)量。測產(chǎn)之前，在其中段量取3 m長采樣段，采集地上部的莖、葉和零余子，現(xiàn)場稱重，記錄各品種每個部位鮮重，再折算地上部單位面積鮮生物量。然后取部分樣品帶回實驗室，蒸餾水洗凈后，105℃殺青0.5 h，65℃烘干至恒重，記錄干重，再折算單位面積干生物量，試驗結果的地上部為莖、葉、零余子三者之和。將山藥干樣粉碎，經(jīng)濃H2SO4–H2O2消煮后，全氮含量用凱氏定氮法測定，全磷含量用釩鉬黃比色法測定，全鉀含量用火焰光度計法測定；樣品經(jīng)干灰化后，中量元素(鈣、鎂)和微量元素(鐵、錳、銅、鋅)采用用原子吸收分光光度法測定。

1.4 礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)評價方法

山藥根莖礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)綜合評價以《中國食物成分表》中干山藥的礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)指標作為參考標準[22]。因《中國食物成分表》中無干山藥的全氮含量及鎂含量，故評價之前首先將干山藥的蛋白質(zhì)含量除以換算系數(shù)6.25轉(zhuǎn)換為全氮含量；根據(jù)表中鮮山藥含水量、鎂含量及干山藥的含水量，計算干山藥的鎂含量，轉(zhuǎn)換后的值設定為品質(zhì)評價參考值。

采用主成分分析法[23]對4個供試山藥品種的礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)進行綜合評價。將選定的9個評價指標依次標記為X1，X2，X3，···，X9，4個山藥品種的9個評價指標構成了數(shù)據(jù)矩陣X=[Xij]4×9，式中Xij代表第i個品種第j個評價指標的數(shù)據(jù)(i=1，2，3，4；j=1，2，3，···，9)。

為了消除指標量綱及數(shù)量級的影響，首先要將原始數(shù)據(jù)標準化，公式如下：

式中，Xij*為Xij標準化后的數(shù)據(jù)；和Sj為第j個指標的平均值和標準差。利用SPSS軟件對各原始變量進行主成分分析，從方差分析結果中選取特征值大于1的前m個主成分，建立標準化變量與m個主成分之間的關系，公式如下：

式中，Yk代表第k個主成分得分(k=1，2，···，m)；hk為第k個主成分的特征向量。

各個主成分的權重，用以下公式計算：

式中，αk代表第k個主成分的權重；λk表示第k個主成分的貢獻率。

根據(jù)公式(2)篩選出的m個主成分和公式(3)得到的權重建立綜合評價函數(shù)：

其中，F(xiàn)為各品種的綜合得分，得分越高，說明該品種的礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)越好。

1.5 統(tǒng)計分析與數(shù)據(jù)計算

采用SPSS 24.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，多重比較用Duncan法。采用origin 2021繪制PCA載荷圖。

本研究所用元素累積量和元素累積分配系數(shù)的計算方法如下：

植株各礦質(zhì)元素累積量=總干物質(zhì)量×植株內(nèi)該礦質(zhì)元素含量[24]；

根莖中某元素累積分配系數(shù)=根莖中該元素累積量/整株該元素累積量[25]。

2 結果與分析

2.1 不同品種山藥地上部和地下部生物量

4個山藥品種單位面積根莖的鮮生物量、干生物量均明顯高于地上部(表1)。其中，棒藥地上部的鮮生物量顯著高于其他3個品種。根莖的鮮生物量則以大和白玉最高，棒藥其次，紫藥和小白嘴較低，且二者差異不顯著。各品種地上部的干生物量之間差異不顯著，但根莖的干生物量則以棒藥最低，且顯著低于紫藥和大和白玉，而與小白嘴差異不顯著。

表1 不同山藥品種的生物量(t/hm2)Table 1 Biomass of different yam cultivars

4個供試山藥品種根莖的鮮生物量、干生物量與地上部的比值均大于1，其中鮮生物量的根莖/地上部表現(xiàn)為大和白玉＞紫藥＞小白嘴＞棒藥，干生物量的根莖/地上部表現(xiàn)為紫藥＞大和白玉＞小白嘴＞棒藥。

2.2 礦質(zhì)元素累積量及在根莖中的分配

2.2.1 大量營養(yǎng)元素 由表2可知，不同山藥品種的整株氮累積量存在顯著差異。其中，大和白玉的整株氮累積量最高，為206.45 kg/hm2(P＜0.05)，紫藥則顯著高于小白嘴。紫藥、大和白玉根莖的氮累積量顯著高于棒藥和小白嘴。地上部的氮累積量則表現(xiàn)為大和白玉、棒藥顯著高于紫藥和小白嘴。

不同山藥品種整株以及根莖中的磷累積量均表現(xiàn)為紫藥和小白嘴顯著高于棒藥和大和白玉，而紫藥和小白嘴之間、棒藥和大和白玉之間差異不顯著。地上部的磷累積量各品種之間的差異也基本表現(xiàn)出了相似的結果，同樣以紫藥和小白嘴累積量最高，大和白玉和棒藥基本相當，但紫藥和大和白玉之間差異沒有達到統(tǒng)計學上的顯著水平。

不同山藥品種整株鉀累積量表現(xiàn)為紫藥＞大和白玉＞小白嘴＞棒藥，大和白玉和小白嘴之間差異不顯著。根莖部則表現(xiàn)為紫藥和大和白玉鉀素累積量顯著高于小白嘴，棒藥鉀素累積量顯著低于小白嘴，且前二者顯著高于后二者。地上部的鉀素累積量仍以紫藥最高，其次是小白嘴，而大和白玉和棒藥鉀素累積量差異不大，且顯著低于紫藥和小白嘴。

對氮磷鉀的累積量進行比較發(fā)現(xiàn)，4個品種根莖中均以鉀累積量最高，其次是氮。

礦質(zhì)元素在根莖中的分配用分配系數(shù)，即根莖中該元素累積量占整株該元素累積總量的比例來表征。表2結果表明，氮磷鉀在山藥根莖中的分配以鉀最高(75%～80%)，其次是磷(59%～68%)，氮最低(52%～59%)。大和白玉根莖鉀的分配系數(shù)顯著高于其他品種。紫藥根莖磷的分配系數(shù)與小白嘴差異不顯著，但顯著高于大和白玉和棒藥。紫藥、大和白玉根莖氮的分配系數(shù)顯著高于棒藥和小白嘴?？梢?，氮磷鉀在不同山藥品種根莖中的分配系數(shù)差異較大。

表2 不同山藥品種各部位氮、磷、鉀累積量及根莖分配系數(shù)Table 2 Accumulation of N, P, and K in different parts of yam cultivars and their distribution ratios in tubers (DI)

2.2.2 中量營養(yǎng)元素 對4個山藥品種的鈣元素累積情況進行分析(表3)發(fā)現(xiàn)，根莖中以大和白玉和棒藥的鈣累積量最高，其次是小白嘴，紫藥鈣累積量最低，且差異顯著。地上部和整株的鈣累積量表現(xiàn)基本一致，均以棒藥最高，且顯著高于其他3個品種。

表3 不同山藥品種各部位鈣、鎂累積量及根莖分配系數(shù)Table 3 Accumulation of Ca and Mg in different parts of yam cultivars and their distribution ratio in tubers (DI)

不同山藥品種整株及根莖中鎂累積量的差異結果相似，且與根莖的鈣累積量差異表現(xiàn)基本一致，但大和白玉根莖鎂累積量顯著高于棒藥，紫藥和小白嘴鎂累積量相對較低，且二者無顯著差異。地上部的鎂累積量4個品種之間差異不顯著。

各品種鈣、鎂累積量在根莖中的分配系數(shù)均較低，分別僅為16%～24%和24%～36%，說明山藥累積的鈣、鎂主要分配于地上部，且不同品種之間的分配系數(shù)差異也較大，鈣、鎂在大和白玉根莖中的分配系數(shù)顯著高于其他品種，小白嘴根莖的鈣分配系數(shù)顯著高于紫藥，但與棒藥差異不顯著。

2.2.3 微量營養(yǎng)元素 對不同品種間鐵的累積量進行比較（表4）可以看出，整株鐵元素的累積量表現(xiàn)為大和白玉最高，其次是棒藥，但二者差異不顯著，第3位是紫藥，小白嘴鐵的累積量最低。根莖中鐵元素的累積量則以棒藥最高，其次是大和白玉，但二者差異仍不顯著，紫藥和小白嘴鐵的累積量基本相當，且顯著低于大和白玉和棒藥。地上部的鐵累積量則以大和白玉最高，其次是紫藥和棒藥，小白嘴則顯著低于大和白玉和紫藥。

表4 不同山藥品種各部位微量元素累積量及根莖分配系數(shù)Table 4 Accumulation of micronutrients in different parts of yam cultivars and their distribution ratios in tubers (DI)

整株錳累積量表現(xiàn)為棒藥最高，其次是紫藥，大和白玉和小白嘴差異不顯著。根莖的錳累積量則表現(xiàn)為大和白玉顯著高于小白嘴，小白嘴顯著高于紫藥和棒藥。紫藥、棒藥地上部的錳累積量顯著高于大和白玉和小白嘴。

不同山藥品種整株銅累積量表現(xiàn)為大和白玉＞小白嘴＞紫藥＞棒藥，但紫藥和小白嘴差異不顯著。根莖中銅的累積量差異與整株銅的累積量差異一致。地上部的銅累積量則表現(xiàn)為大和白玉、棒藥和小白嘴含量差異不大，且均顯著高于紫藥。

4個山藥品種整株和根莖鋅累積量的差異與銅在整株和根莖中的累積特征一致。地上部鋅累積量則表現(xiàn)為大和白玉和小白嘴顯著高于紫藥和棒藥。

對微量營養(yǎng)元素在山藥體內(nèi)的分配進行分析，可以看出，鐵和錳元素在根莖中的分配系數(shù)均在50%以下，而銅和鋅的占比均大于50%，說明山藥累積吸收的鐵、錳元素主要分配在地上部，而銅、鋅元素則主要分配在根莖中。進一步對4個微量元素進行比較發(fā)現(xiàn)，以錳在根莖中的分配系數(shù)最低，僅為15%～35%，大和白玉根莖中的錳分配系數(shù)最高，其次是小白嘴，棒藥和紫藥差異不顯著。鐵元素在根莖中的分配系數(shù)為30%～45%，以棒藥在根莖中的鐵分配系數(shù)最高，其次是大和白玉，紫藥和小白嘴差異不顯著。鋅元素在根莖中的分配系數(shù)為61%～69%，品種間差異表現(xiàn)為紫藥、大和白玉顯著高于棒藥和小白嘴。銅元素在根莖中的分配系數(shù)在4個微量元素中是最高的，達到了62%～80%，且各品種間差異較大，以大和白玉根莖銅分配系數(shù)最高，棒藥根莖銅的分配系數(shù)最低，紫藥和小白嘴基本相當。

2.3 形成1000 kg產(chǎn)量的養(yǎng)分需求量

由表5可知，不同山藥品種形成1000 kg產(chǎn)量對大量營養(yǎng)元素的需求量存在明顯差異。紫藥、小白嘴對氮、磷、鉀的需求量均較高，大和白玉的需磷量顯著低于其他3個品種，棒藥的需氮量和需鉀量最低，但與大和白玉差異不顯著。不同山藥品種形成1000 kg產(chǎn)量對大量元素的需求比例為1∶(0.19～0.33)∶(1.06～1.31)。

表5 不同山藥品種形成1000 kg產(chǎn)量的養(yǎng)分需求量Table 5 Amounts of N, P2O5, K2O, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu and Zn for producing 1000 kg yield of different yam cultivars

4個山藥品種形成1000 kg產(chǎn)量對鎂的需求量明顯高于鈣，且品種間無顯著差異。棒藥、小白嘴對鈣的需求量顯著高于紫藥和大和白玉。

不同山藥品種形成1000 kg產(chǎn)量對微量營養(yǎng)元素的需求量表現(xiàn)為鐵＞鋅＞錳＞銅。4個品種間形成1000 kg產(chǎn)量的需鐵量無顯著差異，但小白嘴的需鋅量顯著高于其他品種，棒藥的需錳量顯著高于大和白玉和小白嘴，與紫藥差異不顯著，大和白玉、小白嘴的需銅量顯著高于紫藥和棒藥。

2.4 根莖礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)評價

2.4.1 根莖礦質(zhì)元素含量對比 以《中國食物成分表》中各礦質(zhì)元素含量為參考進行比較發(fā)現(xiàn)，供試4個山藥品種根莖中的磷、鉀、鎂、鐵、錳、鋅含量均較高(表6)。4個山藥品種的氮、鈣含量以及棒藥、紫藥和小白嘴的銅含量則均低于參考值。

表6 不同山藥品種根莖礦質(zhì)元素含量比較Table 6 Comparison of mineral element contents in tubers of different yam cultivars

對供試4個山藥品種進行比較發(fā)現(xiàn)，大和白玉的氮含量顯著高于紫藥和小白嘴。紫藥和小白嘴的磷含量無顯著差異，但顯著高于其他2個品種。4個品種的鉀含量差異不顯著。棒藥的鈣含量顯著高于小白嘴和紫藥，但與大和白玉差異不顯著。大和白玉的鎂、錳、銅、鋅含量顯著高于其他3個品種。紫藥、小白嘴的鐵含量顯著低于大和白玉和棒藥。

2.4.2 根莖礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)綜合評價 對山藥9個礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)指標進行主成分分析（表7)，根據(jù)特征值大于1的原則提取出3個主成分，第1主成分與第2主成分的貢獻率較大，分別達到了56.45%和29.09%，第3主成分的貢獻率較小，只有11.22%，但前3個主成分的累計貢獻率達到了96.77%，說明前3個主成分已經(jīng)代表了山藥礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)指標96.77%的信息。因此，可以用這3個主成分來反映9個原始指標的基本信息，前3個主成分主要包括鉀、鎂、鐵、錳和鋅元素。用3個主成分中各指標的因子載荷除以各主成分的特征值的算術平方根得到各指標對應的特征向量，將特征向量與標準化后的數(shù)據(jù)相乘，得到各主成分的函數(shù)表達式，其結果為各主成分的得分。

表7 山藥礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)的主成分分析Table 7 Principal component analysis of mineral nutrition quality of yam cultivars

根據(jù)F=0.583×Y1+0.301×Y2+0.116×Y3計算各個品種的綜合得分(Y1、Y2、Y3分別為主成分1、2、3的得分)，結果如表8所示。主成分1、2中，大和白玉得分最高，主成分3中，棒藥得分最高。綜合得分為大和白玉＞棒藥＞小白嘴＞紫藥，均優(yōu)于《中國食物成分表》中的山藥礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)。

表8 山藥礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)各主成分得分與排名Table 8 Scores and rankings of principal components of yam mineral nutrition quality

2.4.3 礦質(zhì)元素對根莖礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)的影響程度分析

主成分分析中的因子載荷是原始變量與主成分的相關系數(shù)，載荷值越大說明元素對該主成分的影響程度越大。由圖1可見，N對第2、3主成分的影響均為正向，但載荷值不高(分別為0.585和0.168)，而對第1主成分的影響為負向，且載荷值較高(–0.743)；P對第1主成分的影響較大(載荷值0.891)，但對第2、3主成分的影響均為負向(載荷值分別為–0.441和–0.035)；K對第1、3主成分的影響均為正向，且在第1主成分的載荷值高達0.993，而對第2主成分的負向影響很小(–0.098)；Ca對第1主成分的影響為負向，載荷值為–0.579，而對第2、3主成分的影響均為正向，且載荷值分別達到了0.607和0.394；Mg對3個主成分的影響均為正向，且在1、2主成分的載荷值分別達0.577和0.777；Fe與Mg相似，且在第1和3主成分的載荷值(0.812和0.495)均高于Mg；Mn在第1、2主成分的載荷值分別高達0.715和0.657，而對第3主成分的負向影響很弱；Cu雖對第2主成分是正向影響，載荷值較高(0.676)，但對第1、3主成分均為負向，且載荷值分別為–0.299和–0.673；Zn對第1、2主成分的影響均為正向，且在第1主成分的載荷值高達0.907。因此，K、Zn是第1主成分的主要影響因素；Mg、Mn是第2主成分的主要影響因素；Fe是第3主成分的主要影響因素。

圖1 礦質(zhì)元素對山藥根莖礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)的影響Fig.1 Effects of mineral elements on mineral nutritional quality of yam tuber

3 討論

作物對礦質(zhì)元素的吸收累積分配特性因品種而異，通過分析基因型差異挖掘利用作物本身的養(yǎng)分高效利用潛力和較高的礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)，對于養(yǎng)分資源高效管理，同時維護人類健康具有重要意義[26–27]。本研究在同樣的地力水平上，采用相同的栽培管理措施進行品種比較試驗，結果發(fā)現(xiàn)，供試4個山藥品種的養(yǎng)分累積特性和養(yǎng)分需求特性存在明顯差異。大和白玉根莖的氮、鎂、錳、銅和鋅的累積量最高，棒藥根莖的鈣、鐵累積量最高，而紫藥根莖的鉀累積量最高。作物形成單位產(chǎn)量的養(yǎng)分需求量是生產(chǎn)中確定施肥量的重要參數(shù)，供試4個山藥品種形成1000 kg產(chǎn)量對氮、磷、鉀的需求量分別為4.38～4.86 kg、0.83～1.60 kg 和 4.65～6.27 kg，4 個品種均表現(xiàn)為對鉀的需求量最高，其次是氮，而對磷的需求量最低。且紫藥和小白嘴對氮的需求量顯著高于棒藥，對磷的需求量顯著高于棒藥和大和白玉，而對鉀素的需求量則以紫藥最高；形成1000 kg產(chǎn)量對鈣、鎂的需求量分別為0.38～0.54 kg、1.00～1.07 kg，可見對鎂的需求量明顯高于對鈣，甚至與對磷的需求量相當，但4個品種間對鎂的需求量無顯著差異，而對鈣的需求量則表現(xiàn)為棒藥和小白嘴顯著高于大和白玉和紫藥；形成1000 kg產(chǎn)量對鐵、錳、銅、鋅的需求量分別為15.04～16.39 g、3.44～5.02 g、1.19～1.76 g和 4.92～6.95 g，可見山藥對鐵的需求量明顯高于錳、銅、鋅，但與對鎂的需求特性相似，4個品種對鐵的需求量也無顯著差異，棒藥對錳的需求量最高，大和白玉、小白嘴對銅的需求量顯著高于棒藥和紫藥，而對鋅的需求量4個品種間則表現(xiàn)為小白嘴＞大和白玉＞紫藥＞棒藥(P＜0.05)。當前河北省山藥主產(chǎn)區(qū)氮磷鉀養(yǎng)分投入量分別為 N 209～1978 kg/hm2、P2O5263～2016 kg/hm2和K2O 429～2017 kg/hm2，平均分別達到了884 kg/hm2、759 kg/hm2和 943 kg/hm2[28]?？梢?，當前的養(yǎng)分投入量很高，變異也很大。本試驗中養(yǎng)分投入總量為N 450 kg/hm2、P2O5303 kg/hm2和K2O 510 kg/hm2，雖然也偏高，但均低于河北省山藥主產(chǎn)區(qū)的養(yǎng)分投入量平均水平。當前山藥生產(chǎn)中對中微量元素投入的關注很少，也缺乏相關的技術參數(shù)作為依據(jù)。本研究通過對4個不同山藥品種養(yǎng)分累積量以及形成1000 kg產(chǎn)量的礦質(zhì)養(yǎng)分需求量的分析，為未來山藥生產(chǎn)中合理施肥量的確定，特別是中微量元素養(yǎng)分的科學管理提供了重要的技術參數(shù)。

根莖的礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)同樣存在品種間的顯著差異。在同樣的地力水平及栽培管理措施下，供試4個主栽山藥品種中，以大和白玉的礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)最優(yōu)，其次是棒藥，小白嘴和紫藥分列第3和第4位。進一步比較發(fā)現(xiàn)，4個山藥品種根莖的大量營養(yǎng)元素氮磷鉀含量變化范圍分別為1.21%～1.56%、0.14%～0.22%和1.89%～1.98%，中量營養(yǎng)元素鈣和鎂的含量變化范圍分別為0.34～0.65 g/kg和1.25～2.13 g/kg，微量營養(yǎng)元素鐵、錳、銅、鋅的含量變化范圍分別為22.68～44.64 mg/kg、3.50～7.08 mg/kg、4.79～8.38 mg/kg和18.95～25.40 mg/kg，與明鶴等[29]的研究相比，氮、鉀、鎂含量較高，磷含量基本相當，其余5個礦質(zhì)元素含量結果均偏低，即使礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)最優(yōu)的大和白玉也表現(xiàn)出同樣的結果，其原因可能與栽培方式、土壤中的礦質(zhì)元素含量及生育期不同的水肥管理措施等因素有關。與李元亭等[30]對根(塊)莖類蔬菜營養(yǎng)成分的研究比較，山藥的鈣、鐵、鋅含量平均分別提高了0.03～0.34 g/kg、15.68～37.64 mg/kg和15.95～22.40 mg/kg，說明山藥是富鈣、鐵、鋅的根莖類蔬菜，其中，棒藥為高鈣、鐵品種，大和白玉為高鋅品種。在栽培管理、環(huán)境因子相同的條件下，不同山藥品種的礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)差異主要取決于其本身的遺傳特性，主要包括生長發(fā)育特性和養(yǎng)分吸收累積分配特性差異[17–18]。通過礦質(zhì)元素對礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)的貢獻度分析發(fā)現(xiàn)，鉀、鎂、鐵、錳和鋅含量是造成山藥礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)差異的主要特征元素。大和白玉根莖的干生物量較高，且氮、鎂、錳、銅、鋅含量均為最高，鉀、鈣、鎂、錳、銅、鋅在根莖中的分配系數(shù)也最高，故其礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)最優(yōu)；棒藥根莖的干生物量雖最低，但氮、鈣、鎂、鐵的含量均為較高水平，且鐵在根莖中的分配系數(shù)最高，故其礦質(zhì)營養(yǎng)綜合品質(zhì)也較優(yōu)，排名第2；而小白嘴的干生物量較低，但磷、鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅含量均高于紫藥，其礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)綜合評價相對較差，排名第3；紫藥的干生物量、鉀含量及根莖的氮、磷分配系數(shù)雖較高，但與其他3個品種的差異較小，故紫藥的礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)最低。此外，從日本引進的大和白玉的礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)最優(yōu)，可能也與其遺傳背景有關[31]。由此可見，干生物量、養(yǎng)分吸收分配特性等基因型差異通過綜合影響礦質(zhì)元素含量，最終影響不同山藥品種的礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)。對山藥礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)、食用品質(zhì)、藥用品質(zhì)的綜合評價，仍是今后山藥綜合品質(zhì)研究方面需要進一步深入探討的問題。

綜上所述，從養(yǎng)分資源高效管理和利用以及有利于改善山藥礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)角度考慮，山藥生產(chǎn)中，應在優(yōu)先選擇高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)品種的前提下，以提高產(chǎn)量、品質(zhì)和養(yǎng)分資源利用效率，減少農(nóng)業(yè)環(huán)境污染、促進農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展為目標，在充分考慮山藥的養(yǎng)分需求特性、影響礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)的不同礦質(zhì)元素貢獻度及山藥田土壤肥力特性基礎上，結合當前農(nóng)戶施肥習慣，采用穩(wěn)氮、控磷鉀、增鎂，同時注意補鐵、鋅的養(yǎng)分管理策略，以進一步改善山藥礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)。

4 結論

山藥形成1000 kg根莖產(chǎn)量對營養(yǎng)元素的需求表現(xiàn)為鉀＞氮＞磷(大量元素)，鎂＞鈣(中量元素)，鐵＞鋅＞錳＞銅(微量元素)。4個供試山藥品種相比，大和白玉根莖氮、鈣、鎂、錳、銅和鋅累積量最高，且鉀、鈣、鎂、錳、銅、鋅在根莖的分配系數(shù)也最高；棒藥根莖的鐵累積量和鐵分配系數(shù)均為最高；而紫藥根莖的磷、鉀累積量最高，氮分配系數(shù)較高，磷分配系數(shù)最高。

4個山藥品種中礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量均高于《中國食物成分表》中的參考值，礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)排名依次為大和白玉、棒藥、小白嘴、紫藥。大和白玉為高鋅品種，棒藥為高鈣、鐵品種，土壤中鉀、鎂、鐵、錳和鋅含量是影響山藥礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)差異的主要元素。