有機肥和海藻酸配施提高鹽堿地蒙古黃芪抗逆性和品質(zhì)

劉杰　吳強　趙鵬　王永龍　高雪峰　趙培偉　馬斌　范菠菠

摘要： 【目的】研究有機肥施用量和海藻酸施用濃度對鹽堿地蒙古黃芪 [Astragalus membranaceus （Fisch.） Bge.var. mongholicus （Bge.） Hsiao] 光合效率、抗逆能力、產(chǎn)量和質(zhì)量的影響，為鹽堿地中蒙古黃芪生態(tài)種植的合理施肥提供理論參考?！痉椒ā恳悦晒劈S芪種苗為材料，連續(xù)兩年在內(nèi)蒙古固陽縣的鹽堿地上開展了大田試驗。試驗采用兩因素三水平完全設(shè)計，兩因素為有機肥（O）、海藻酸（A）。3 個有機肥施用量為0、1200、2400kg/hm2，分別記為O0、O1、O2；3 個海藻酸施用濃度為0、1、2 g/L，分別記為A0、A1、A2，共組成9 個處理。于蒙古黃芪種苗返青后60 天開始測定葉片光合效率參數(shù)、抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，于蒙古黃芪種苗返青后120 天開始測定根系產(chǎn)量、藥效成分和重金屬含量?！窘Y(jié)果】相較于O0 處理，O1、O2 處理黃芪兩年凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr） 和氣孔導(dǎo)度（Gs） 分別提高了13.6%～29.2%、17.0%～32.3%、14.8%～21.2%，過氧化氫酶（ C A T ）、超氧化物歧化酶（ S O D ）、過氧化物酶（ P O D ） 活性分別提高了1 0 . 4 %～2 4 . 0 %、9.5%～13.5%、7.5%～29.5%，可溶性糖（SS）、可溶性蛋白（SP）、脯氨酸（Pro） 含量分別提高了11.0%～28.8%、22.3%～94.3%、13.2%～61.4%，根系產(chǎn)量提高了3.8%～8.1%，黃芪甲苷（AIV） 和毛蕊異黃酮葡萄糖苷（C7G） 含量分別提高了7.4%～19.4%、4.5%～22.7%，Pb、Cd、As 和Cu 含量分別下降了1.4%～16.0%、5.0%～19.5%、5.6%～9.7%、11.5%～35.2%。相較于A0 處理，A1 處理顯著提高了黃芪光合效率、抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，提升了根系產(chǎn)量和藥效成分含量，Pb、Cd、As、Hg 和Cu 含量分別降低了12.0%～22.2%、6.9%～17.1%、7.5%～13.3%、7.1%～18.9%、16.1%～21.9%。2022、2023 年均以O(shè)2A1 處理的產(chǎn)量（6887、7153 kg/hm2） 最高，O0A2 處理的產(chǎn)量（6065、6278 kg/hm2） 最低。2022、2023 年O1A1 處理的兩種藥效成分含量最高，AIV 含量（0.144%、0.148%） 較O2A1 提高了5.1%～7.2%，C7G 含量（0.059%、0.060%） 較O2A1 處理提高了5.3%～13.5%?！窘Y(jié)論】施用有機肥和適宜濃度的海藻酸均可增強蒙古黃芪的光合效率，提高蒙古黃芪的抗逆能力，進而提高蒙古黃芪的產(chǎn)量和藥用品質(zhì)。以施用有機肥1200 kg/hm2 配合噴施濃度為1 g/L 的海藻酸提升鹽堿地蒙古黃芪產(chǎn)量、品質(zhì)和抗逆能力的效果最佳，且沒有引起重金屬污染的風(fēng)險。

關(guān)鍵詞： 有機肥； 海藻酸； 鹽堿地； 蒙古黃芪； 產(chǎn)量； 品質(zhì)

黃芪有補氣升陽等藥效作用[1]，具有多種藥用價值，為多年生草本豆科植物膜莢黃芪或蒙古黃芪的干燥根，是我國重要的大宗藥材，其含有的毛蕊異黃酮葡萄糖苷等黃酮類和黃芪甲苷等三萜皂苷類次生代謝產(chǎn)物[2]，具有抗病毒和抗衰老等功效[3]。其中蒙古黃芪的道地產(chǎn)區(qū)為內(nèi)蒙古包頭市固陽縣[4]，并獲得黃芪“農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志”等稱號。

有機肥主要是由植物殘體或動物排泄物等富含有機質(zhì)的原料經(jīng)發(fā)酵腐熟后而形成的肥料，施用后可以有效的提高作物的產(chǎn)量和質(zhì)量[5?6]，改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)[7]等。海藻酸（C6H8O6）n 作為一種天然多糖聚合物，是由單糖醛酸線性聚合而成的多糖，存在于褐藻植物的細(xì)胞間質(zhì)和細(xì)胞壁中，具有強化細(xì)胞壁的作用，是植物的重要供能物質(zhì)，也是海藻肥中的標(biāo)志成分[8]，同時也可以作為肥料助劑，在促進作物生長發(fā)育、改善肥料品質(zhì)以及提高肥料利用率等方面具有重要作用[9]。

內(nèi)蒙古自治區(qū)存在大面積的鹽堿荒地[10]，鹽堿荒地受到化肥和農(nóng)藥的污染較少，種植抗鹽堿類藥材，具有易集約化管理、成本低和污染少等的優(yōu)勢，同時也與“不向農(nóng)田搶地”的中藥材的生態(tài)種植理念相契合[11]。目前藥用植物施肥研究是栽培的核心問題之一[12]，而不同肥料及助劑對逆境脅迫下根莖類藥用植物的影響研究相對較少，因此本研究在鹽堿地中探究有機肥的施用量和海藻酸的施用濃度對蒙古黃芪產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，為鹽堿地中蒙古黃芪生態(tài)種植的合理施肥提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2022 年和2023 年在內(nèi)蒙古包頭市固陽縣銀號鎮(zhèn)進行，該地位于東經(jīng)110°20′0.024″，北緯41°7′19.308″，海拔1357 m，年平均降水量272.7～291.1 mm，耕層土壤化學(xué)性狀見表1。

1.2 試驗材料

優(yōu)質(zhì)蒙古黃芪種苗（平均根長≥32 cm，平均根粗≥0.8 cm，平均百苗重530 g），株距15 cm，行距30 cm，溝深8～10 cm，平栽。供試有機肥為呼和浩特市德源肥業(yè)有限公司生產(chǎn)的商品有機肥（有機質(zhì)含量≥90%，N+P2O5+K2O≥12%），海藻酸由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部海藻類肥料重點實驗室提供。有機肥隨開溝移栽蒙古黃芪種苗時一次性施入。海藻酸在蒙古黃芪返青后30 天一次性施入，海藻酸稀釋后均勻噴灑在葉片表面，并在噴灑后將剩余溶液澆灌在根系周圍。

1.3 試驗設(shè)計

試驗為兩因素三水平完全設(shè)計，兩因素為有機肥施用量和海藻酸施用濃度，3 個有機肥施用量為0、1200、2400 kg/hm2，分別記為O0、O1、O2；3 個海藻酸施用濃度包括0、1、2 g/L，分別記為A0、A1、A2，3 個海藻酸用量均為3 t/hm2，共9 個處理，每個處理3 次重復(fù)，小區(qū)面積為20 m2 （5 m×4 m），其他田間管理同常規(guī)栽培。其中，兩年蒙古黃芪種苗返青時間分別為2022?06?10 和2023?06?03。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 葉片光合氣體交換參數(shù)

返青后60 天，于晴天的上午9：30—11：30，在各小區(qū)內(nèi)隨機選取3 株無破損樣株葉片，使用CIRAS-3 型光合儀測定光合氣體交換參數(shù)，包括凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、胞間CO2 濃度（Ci）、氣孔導(dǎo)度（Gs），以及葉片水分利用率（WUE）。

1.4.2 葉片抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量

于返青后60 天在各小區(qū)內(nèi)隨機選取3 株樣株，摘下葉片后放入液氮速凍，并在?80℃ 冰箱保存。參考Liu等[ 1 3 ]的方法測定葉片中的抗氧化酶[ 過氧化氫酶（catalase，CAT）、超氧化物歧化酶（superoxidedismutase，SOD）、過氧化物酶（peroxidase，POD）]活性以及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[ 可溶性糖（soluble sugar，SS）、可溶性蛋白（soluble protein，SP）、脯氨酸（proline，Pro）] 含量。

1.4.3 根系產(chǎn)量

于返青后120 天，小區(qū)預(yù)留1/2面積進行蒙古黃芪根系產(chǎn)量的測定。

1.4.4 根系藥效成分和重金屬含量

于返青后120天在各小區(qū)內(nèi)隨機選取3 株樣株根系，參考《中國藥典》[1]進行根系藥效成分[ 黃芪甲苷（AIV）、毛蕊異黃酮葡萄糖苷（C7G）] 和重金屬[ 鉛（Pb）、鎘（Cd）、砷（As）、汞（Hg）、銅（Cu）] 含量的測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2016 進行處理和作圖，使用SPSS 24.0 進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機肥和海藻酸對蒙古黃芪葉片光合氣體交換參數(shù)的影響

由表2 和表3 可見，有機肥施用量和海藻酸施用濃度對黃芪葉片的Pn、Tr、Ci 和Gs 均有顯著影響（P<0.05），而兩者之間的互作效應(yīng)僅對2023 年Ci 有顯著的影響。相較于O0 處理，O1、O2處理兩年的Pn、Tr 和Gs 分別提高了13.6%～29.2%、17.0%～32.3% 和14.8%～21.2%，Ci 下降了8.6%～18.0%，而水分利用率（WUE） 無顯著變化，說明有機肥可以有效提高蒙古黃芪葉片的光合作用，且O2 處理的增效更加明顯。相較于A0 處理，A1 處理提高了兩年的Pn 和Tr，降低了兩年的Ci，對2022 年O0 和O1處理條件下的Gs 也有顯著的提高作用；而A2 處理反而降低了2022 年O0 處理條件下的Pn 和Tr，提高了2023 年O0 處理條件下的Ci，說明適宜的海藻酸濃度更有利于蒙古黃芪葉片光合作用的提高。

2.2 有機肥和海藻酸對蒙古黃芪葉片抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

由表4 和表5 可見，2 年有機肥施用量和海藻酸施用濃度對蒙古黃芪葉片的抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量影響顯著，兩者之間的互作效應(yīng)僅在2023 年P(guān)OD 活性上顯著。相較于O0 處理，O1、O2 處理兩年的CAT、SOD、POD 活性分別提高了10.4%～24.0%、9.5%～13.5%、7.5%～29.5%，SS、SP、Pro 含量分別提高了11.0%～28.8%、22.3%～94.3%、13.2%～61.4%，說明有機肥可以顯著提高蒙古黃芪的抗逆能力，且O2 處理的提高效果更加明顯。相較于A0 處理，施用海藻酸后，A1 處理顯著提高了兩年的CAT 和SOD 活性以及O0 和O1 處理條件下的POD 活性，同時對兩年的SP 和Pro 含量、2022 年SS 含量以及2023 年O0 和O1 處理條件下的SS 含量也有著顯著的提高；A2 處理顯著提高了兩年O0 處理條件下的SP 含量、2022 年O0 和O1 處理條件下的SS 和Pro 含量以及O2 處理條件下的SP 含量，說明海藻酸也可以顯著提高蒙古黃芪的抗逆能力，且A1 處理的提升效果更加明顯。

2.3 有機肥和海藻酸對蒙古黃芪根系產(chǎn)量的影響

由圖1 可見，兩年有機肥和海藻酸處理對蒙古黃芪產(chǎn)量均有顯著影響，但兩者之間對產(chǎn)量均無顯著性互作效應(yīng)。O1、O2 處理兩年根系產(chǎn)量較O0 處理提高了3.8%～8.1%，說明有機肥的施用有利于蒙古黃芪產(chǎn)量的增加。不論有機肥施用量高低，A1 處理兩年產(chǎn)量均顯著高于A 2 處理， 且兩年均以O(shè)2A1 處理的產(chǎn)量最高，2022 和2023 年分別為6887 和7153 kg/hm2，且較O1A1 處理提高了1.7%～4.2%，O0A2 處理的產(chǎn)量分別為6065、6278 kg/hm2。說明適宜濃度的海藻酸有利于提高蒙古黃芪產(chǎn)量，較高的有機肥施用量可進一步提升海藻酸的增產(chǎn)效果。

2.4 有機肥和海藻酸對蒙古黃芪根系藥效成分和重金屬含量的影響

由圖2 可見，有機肥施用量對2 年蒙古黃芪根系毛蕊異黃酮葡萄糖苷 （C7G） 含量和2022 年黃芪甲苷（AIV） 含量有顯著影響，海藻酸施用濃度對兩年的AIV 和C7G 含量均有顯著影響，但有機肥施用量和海藻酸施用濃度對兩年的AIV 和C7G 含量均無顯著性交互效應(yīng)。相較于O0 處理，O1、O2 處理兩年的AIV 和C7G 含量分別提高了7.4%～19.4% 和4.5%～22.7%，相較于O1 處理，O2 處理的AIV 和C7G 含量分別下降了 1.6%～3.0% 和3.6%～14.8%，說明施用有機肥更有利于提高蒙古黃芪的藥效成分含量。相較于A0 處理，兩年僅A1 處理顯著提高了AIV 和C7G 含量，分別提高了8.4%～19.4%和13.3%～40.2%，且兩年均以O(shè)1A1 處理的兩種藥效成分含量最高，AIV 含量2022 和2023 年分別為0.144% 和0.148%，C7G 含量分別為0.059% 和0.060%，且AIV 含量較O2A1 處理提高了5.1%～7.2%，C7G 含量較O2A1 處理提高了5.3%～13.5%，說明適宜濃度的海藻酸在較低有機肥用量下提高蒙古黃芪藥效成分含量的效果更佳。

由表6 可見，有機肥施用量對2022 年P(guān)b、Cd、As、Cu 含量和2023 年Cd、Hg、Cu 含量有顯著的影響，海藻酸施用濃度對兩年的5 種重金屬含量均有顯著的影響，而兩者之間的互作效應(yīng)僅對2023 年P(guān)b 含量有顯著的影響。相較于O0 處理，施用有機肥后，僅對2022 年Hg 含量無著性影響，而兩年的Pb、Cd、As 和Cu 含量分別下降了1.4%～16.0%、5.0%～19.5%、5.6%～9.7% 和11.5%～35.2%，說明有機肥有利于降低蒙古黃芪根系重金屬的含量。相較于A0 處理，施用海藻酸后，A1 處理的Pb、Cd、As、Hg 和Cu 含量分別降低了12.0%～22.2%、6.9%～17.1%、7.5%～13.3%、7.1%～18.9%、16.1%～21.9%，A1 和A2 處理顯著降低了兩年的Pb 含量；A1 處理顯著降低了兩年O0 處理條件下和2022 年O1 處理條件下Cd 含量，A2 處理顯著降低了2023 年O0 和O1 處理條件下Cd 含量；A1 處理顯著降低了兩年O0 和O1 處理條件下As 含量，A2 處理顯著降低了2023 年O0 和O2 處理條件下As 含量；A1 處理顯著降低了2023 年O1 和O2 處理條件下和2022 年Hg 含量，A2 處理顯著降低了兩年O0 和O2 處理條件下Hg 含量；A1 處理顯著降低了兩年Cu 含量，A2 處理顯著降低了2023 年O2 處理條件下和2022 年Cu 含量，說明海藻酸也有降低蒙古黃芪重金屬含量的作用。

3 討論

鹽堿地是我國重要的后備耕地戰(zhàn)略資源，研究表明有機肥可以改善鹽堿地土壤的容重和孔隙度等物理結(jié)構(gòu)，提升耕層的養(yǎng)分含量，增強土壤微生物的活性和土壤膠體吸附鹽基離子的能力，其含有的有機質(zhì)在分解時產(chǎn)生的有機酸等物質(zhì)可有效降低土壤的pH[14]；含有海藻酸的海藻肥也可以通過改善鹽堿地土壤的微生物群落結(jié)構(gòu)進一步增加土壤肥力，改善土壤理化性質(zhì)，一定程度上可以替代或者減少化肥的施用[15]。

沈向捷[16]的研究表明2250 kg/hm2 的有機肥可以增加鹽堿地中紅花的光合作用及其對逆境的抵抗能力，提高紅花產(chǎn)量，并有效提高紅花羥基紅花黃色素A 和山柰酚這兩種藥效成分含量；方雅瑜等[17]的研究表明施用有機肥后，水稻各器官中Cd 和Pb 含量顯著降低；楊青山[18]的研究也表明，蠶沙有機肥可以在一定程度上緩解連作障礙下藥用植物延胡索根系重金屬含量的積累。本研究表明施用有機肥后，蒙古黃芪的光合作用和抗逆能力明顯增強，表現(xiàn)在Pn、Tr、Gs、CAT 活性、SOD 活性、POD 活性、SS含量、SP 含量和Pro 含量的提高；產(chǎn)量也明顯提高；同時重金屬含量明顯降低，表現(xiàn)在Pb、Cd、As 和Cu 含量的下降；但相較于O1 處理，O2 處理的AIV 和C7G 含量分別下降了1.6%～3.0% 和3.6%～14.8%。原因可能是有機肥對鹽堿地有一定的改良作用[19- 20]，隨著有機肥施用量的增加，蒙古黃芪受到的鹽堿脅迫降低，而適度的鹽堿脅迫可以增加藥用植物藥效成分的含量[21]。

吉狀狀等[22]的研究表明，以海藻酸為主要成分的包衣劑能通過提高甜玉米種子萌發(fā)期間的抗氧化酶活性，從而促進種子的萌發(fā)和苗期建成，進而提高產(chǎn)量；李松偉等[23]的研究也表明，海藻肥明顯增強和改善了煙葉的滲透調(diào)節(jié)能力和光合作用。本研究表明A1 處理下的海藻酸可以顯著提高蒙古黃芪的光合作用、抗逆能力、產(chǎn)量和藥效成分含量，并顯著降低了重金屬含量，而A2 處理下的海藻酸僅對降低蒙古黃芪重金屬含量有著明顯的作用。原因可能是海藻酸進行灌根后，土壤中Pb、Cd、As、Hg 和Cu 等重金屬離子易被海藻酸分子中的眾多羥基和羧基結(jié)合[8]，土壤中的重金屬離子可以通過藥用植物根系的吸收、轉(zhuǎn)運和遷移進入體內(nèi)[24]，海藻酸起到的鈍化土壤重金屬的作用，減少了蒙古黃芪根系對重金屬離子的吸收；而A2 處理下的海藻酸由于較高的濃度，葉面噴施后引起了蒙古黃芪葉片的翻卷，導(dǎo)致葉片的光合作用和抗逆能力沒有明顯提高，這也與何銳等[25]在芥藍上的研究結(jié)果有相似之處。

互作效應(yīng)下的分析表明，各處理的產(chǎn)量和藥效成分含量與部分光合氣體交換參數(shù)、抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量有著相似的變化趨勢，原因可能是光合作用制造的有機物可以反饋根部，進而提高了根系的干物質(zhì)積累量，也可以為藥效成分合成的次生代謝途徑提供原料，而抗逆能力的提高也促進了根系干物質(zhì)和藥效成分合成的代謝途徑，這與呂學(xué)蓮等[26]在甘草上的研究結(jié)果有相似之處；而各處理重金屬含量則與之有著相反的變化趨勢，原因可能是鹽堿脅迫增加了重金屬含量對蒙古黃芪光合作用和抗逆能力的影響，蒙古黃芪體內(nèi)的重金屬離子可能與葉綠素、SS、SP、Pro 合成的幾種酶以及CAT、SOD 和POD 肽鏈中氫硫基結(jié)合，從而阻礙了葉綠素和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成，抑制了抗氧化酶的活性[27]，這與陸佳欣等[28]在芍藥上的研究結(jié)果有相似之處。

藥用植物栽培過程中其產(chǎn)量和藥效成分含量經(jīng)常不能兼得[29]，本研究O2A1 處理的產(chǎn)量最高且較O1A1 處理提高了1.7%～4.2%，O1A1 處理的兩種藥效成分含量均最高，其中AIV 含量較O2A1 處理提高了5.1%～7.2%，C7G 含量較O2A1 處理提高了5.3%～13.5%，由于O1A1 處理對兩種藥效成分含量的提升更加明顯，且藥用植物更加注重藥用價值，再考慮到實踐中的肥料成本，可認(rèn)為O1A1 處理為最佳處理。后期在道地產(chǎn)區(qū)的鹽堿地栽培過程中，可進一步增加肥料的組合種類與施用梯度，使蒙古黃芪在保證藥效成分含量的基礎(chǔ)上盡可能提高產(chǎn)量、降低重金屬含量。

4 結(jié)論

施用有機肥和適宜濃度的海藻酸可增強蒙古黃芪的光合效率，提高蒙古黃芪的抗逆能力，進而提高蒙古黃芪的產(chǎn)量和品質(zhì)，以施用有機肥1200 kg/hm2配合噴施濃度為1 g/L 的海藻酸提升鹽堿地蒙古黃芪產(chǎn)量、品質(zhì)和抗逆能力的效果最佳，且沒有引起重金屬污染的風(fēng)險。

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基金項目：包頭師范學(xué)院自然科學(xué)類青年科研項目（BSYKJ2023-ZQ10）；寧夏回族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金資助項目（NGSB-2021-16-02）；內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)校青年科技人才發(fā)展項目（NJYT24051）；國家自然科學(xué)基金項目（32260027）；包頭師范學(xué)院黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展研究院科研項目（BSYHY202217）。