楊玉婷，王華磊,2※，李金玲,2，羅春麗,2，陳松樹,2，李丹丹,2，劉紅昌,2，羅夫來,2，黃明進(jìn),2

(1.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴州 貴陽 550025；2.貴州省藥用植物繁育與種植重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽 550025)

半夏[Piniella ternate（Thunb.）Breit.]為天南星科植物，又名三葉半夏、麻玉果、麻芋子等，以塊莖入藥，是我國常見中藥材之一[1]。半夏屬喜陰類藥材，適宜林下種植，孟衡玲等[2]研究表明，適當(dāng)?shù)卣陉幠芴岣甙胂牡漠a(chǎn)量和品質(zhì)。貴州赫章縣素有“黔地?zé)o閑草，夜郎多靈藥”的美譽(yù)，2017年赫章通過中國中藥協(xié)會“優(yōu)質(zhì)半夏道地藥材示范基地”認(rèn)證；2020年完成半夏種植2 013.33 hm2，所產(chǎn)半夏暢銷國內(nèi)外。同時赫章縣也是我國重要核桃（Juglans regia）產(chǎn)區(qū)，被譽(yù)為“中國核桃之鄉(xiāng)”，現(xiàn)種植面積1.1萬多公頃，核桃種植業(yè)也是當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，“赫章核桃”率先被國家質(zhì)檢總局審查批準(zhǔn)為“國家地理標(biāo)志保護(hù)產(chǎn)品”[3]。然而擁有2項(xiàng)特色產(chǎn)業(yè)的赫章縣屬典型的喀斯特地貌山區(qū)，農(nóng)林用地矛盾突出，林藥間作勢在必行。

林下間作藥用植物是將適宜林下生長的中藥材在林下進(jìn)行栽培，在充分利用林地資源的同時獲得中藥材產(chǎn)品，它是實(shí)現(xiàn)生態(tài)林業(yè)和綠色中藥材生產(chǎn)的重要途徑。在系統(tǒng)內(nèi)增加藥材生產(chǎn)，保護(hù)生物多樣性，提高土壤肥力和水的質(zhì)量，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益[4,5]。張皓等[6]對赫章核桃林下間作半夏后的土壤養(yǎng)分進(jìn)行分析，測定了冠外點(diǎn)、中測點(diǎn)及冠下點(diǎn)的土壤pH、土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、土壤全氮及堿解氮的含量；周翼等[7]對核桃林下小氣候特征進(jìn)行測定，為核桃林下推廣半夏種植提供科學(xué)的理論依據(jù)。杭燁等[8]研究半夏與不同作物間作對土壤微生物、養(yǎng)分及酶活性的影響，得出間作可以提高土壤綜合肥力，可能成為消減半夏連作障礙的理想間作搭配的結(jié)論。權(quán)寶全等[9]探究核桃林間作花生種植行離樹干的適宜距離，發(fā)現(xiàn)6年生核桃林間作花生種植行離樹干90 cm為最適間作距離。目前，關(guān)于核桃-半夏間作、其他作物與半夏間作已有相關(guān)研究報道[10-12]，但是未見核桃-半夏間作對半夏礦質(zhì)元素含量的研究報道。因此，本文通過對赫章核桃林下距樹干不同距離間作半夏對半夏大量元素、微量元素含量進(jìn)行分析，以期為赫章核桃林下種植半夏提供科學(xué)的理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及供試材料

試驗(yàn)地位于畢節(jié)市赫章縣核桃種植示范園（東經(jīng)104.38°，北緯27.05°），海拔高度為1 809.45 m，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，無霜期206～255 d。日溫差較大，年溫差較小，年均氣溫10～13.6℃，年均降雨量785.5～1 068 mm，日照時數(shù)1 260.8～1 548.3 h。土壤為沙壤土，暗棕色，土壤pH為6.77，有機(jī)質(zhì)含量47.91 g kg-1，全氮、全磷和全鉀含量分別為1.80 g kg-1、1.38 g kg-1和8.34 g kg-1，堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別為81.40 mg kg-1、4.36 mg kg-1和192.00 mg kg-1。核桃樹品種為‘黔核7號’，核桃樹由南向北方向種植，冠幅半徑300 cm左右；半夏品種選擇當(dāng)?shù)氐钠贩N‘赫章半夏’。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

在試驗(yàn)地選擇冠幅半徑為300 cm的核桃樹，以樹干為圓心種植半夏，種植密度控制在400株/m2，選擇在距樹干0～60 cm、61～120 cm、121～180 cm、181～240 cm、241～300 cm、301～360 cm（CK）共6個距離范圍內(nèi)隨機(jī)取樣，進(jìn)行半夏礦質(zhì)元素含量的測定，試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。2020年3月播種，11月收獲，整個生長期統(tǒng)一水、肥管理，定時清除雜草及防治病蟲害。

1.3 試劑

半夏消解用的濃硫酸、濃硝酸為重慶川東化工有限公司產(chǎn)品；ICP測試混合標(biāo)準(zhǔn)液包含鈣（Ca）、鎂（Mg）、鈉（Na）、鐵（Fe）、銅（Cu）、鋅（Zn）、硼（B）及錳（Mn）等元素，由國家有色金屬及電子材料分析測試中心提供（批號：GBS 04-17XX-2004）。

1.4 樣品測定方法

室內(nèi)試驗(yàn)于2021年1月在貴州省藥用植物繁育與種植重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)樣品采收后洗凈、去皮晾干，并在55℃條件下烘至恒重（電熱鼓風(fēng)干燥箱，北京科偉永興儀器有限公司），粉碎后過4號篩備用。N元素含量采用凱氏定氮法（HGK-55全自動凱氏定氮儀，上海赫冠儀器有限公司）；Ca、Mg、Na、Fe、Cu、Mn、Zn及B采用等離子發(fā)射光譜儀測定（Optima 8100電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀/Perkin Elmer公司）；實(shí)驗(yàn)過程中所用水為超純水（純水機(jī)，Thermo公司），每個樣品設(shè)置3次重復(fù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用WPS 2019進(jìn)行統(tǒng)計分析，利用IBM SPSS 26.0對不同距離半夏的元素含量進(jìn)行單因素方差分析、多重比較（LSD）及相關(guān)性分析（Pearson相關(guān)）；數(shù)據(jù)處理結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 礦質(zhì)元素含量分析

不同距離范圍內(nèi)半夏礦質(zhì)元素含量見表1及表2。在半夏9種礦質(zhì)元素中，N元素含量最高，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.79 g kg-1；其次是Ca元素，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.63 g kg-1；再次是Na元素，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.25 g kg-1；Mg元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.66 g kg-1。半夏大量元素含量整體表現(xiàn)為N＞Ca＞Na＞Mg。

表1 距核桃樹主干不同距離半夏大量元素含量Table 1 The content of macroelements in at different distances from J.regia trunk 單位：g kg-1

表1 距核桃樹主干不同距離半夏大量元素含量Table 1 The content of macroelements in at different distances from J.regia trunk 單位：g kg-1

注：同列不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著，下同。Note:Different lowercase letters in the same column indicate significant difference at 0.05 level,the same as below.

距離（cm）Distance 大量元素 Macroelement N Ca Mg Na 0～60 11.46±0.05 d 3.74±0.06 a 0.70±0.01 a 2.24±0.00 b 61～120 12.44±0.04 b 3.75±0.01 a 0.70±0.01 a 2.24±0.00 b 121～180 12.75±0.02 a 3.65±0.04 a 0.69±0.01 a 2.25±0.01 b 181～240 11.39±0.03 d 3.48±0.08 b 0.65±0.02 b 2.24±0.00 b 241～300 10.78±0.01 e 3.39±0.04 b 0.60±0.00 c 2.24±0.00 b CK 11.95±0.03 c 3.74±0.03 a 0.64±0.01 b 2.27±0.01 a平均值 11.79 3.63 0.66 2.25變異系數(shù)（%） 5.81 4.42 6.55 0.66

同一大量元素含量在各距離范圍內(nèi)存在差異。隨著與樹干距離的增加，N元素含量表現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，在121～180 cm范圍內(nèi)N元素含量達(dá)到最大，為12.75 g kg-1，除0～60 cm和181～240 cm外，其他各距離范圍間N元素含量差異顯著。CK的Ca元素含量為3.74g kg-1，與距樹干181～240 cm及241～300 cm范圍內(nèi)的Ca元素含量差異顯著，與其他距離范圍內(nèi)Ca元素含量差異不顯著；除CK外，Ca元素含量隨著與樹干距離的增加，表現(xiàn)出先增加后減小的趨勢。Mg元素含量隨著樹干距離的增加表現(xiàn)為逐漸降低，241～300 cm范圍內(nèi)Mg含量最低，為0.60 g kg-1，顯著低于CK；181～240 cm范圍內(nèi)Mg含量與CK差異不顯著，其余范圍內(nèi)Mg含量與CK差異顯著。CK的Na元素含量最高，為2.27 g kg-1，顯著高于其他距離范圍內(nèi)Na元素含量。

在4種大量元素中，變異系數(shù)大小依次為Mg＞N＞Ca＞Na，其中Mg元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變異系數(shù)最大，為6.55%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.60～0.70 g kg-1；其次是N元素，變異系數(shù)為5.81%；Na元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變異系數(shù)最小，為0.66%，說明半夏生長在各個范圍內(nèi)，對Na元素的需求量比較穩(wěn)定。

半夏中微量元素含量豐富，微量元素的種類及含量不僅與藥物療效密切相關(guān)，還能從礦質(zhì)元素角度為評價半夏藥材質(zhì)量提供一種新方法[13,14]。在微量元素中，Zn元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為63.49 mg kg-1；Fe元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)次之，為23.92 mg kg-1；再次是B元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)，為14.59 mg kg-1；Mn元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.04 mg kg-1；Cu元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)最小，為6.32 mg kg-1。在所有距離范圍內(nèi)微量元素含量大小均為Zn＞Fe＞B＞Mn＞Cu。

由表2可知，Cu、B元素含量在距核桃樹主干所有距離范圍內(nèi)差異均不顯著；61～120 cm的Fe元素含量顯著高于其他處理，為24.18 mg kg-1；CK的Fe元素含量為最低且與0～60 cm的Fe元素含量差異顯著。除CK外，Zn元素含量隨著與核桃樹干距離的增加呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，241～300 cm范圍內(nèi)Zn元素含量最低，為56.57 mg kg-1；CK的Zn元素含量最高，為67.18 mg kg-1。CK的Mn元素含量最高，為14.07 mg kg-1，與241～300 cm范圍內(nèi)Mn元素含量差異顯著，與其他各距離范圍內(nèi)Mn元素含量差異不顯著。CK的Zn、Mn和B元素含量均為最高。

表2 距核桃樹主干不同距離半夏微量元素含量Table 2 The content of microelements in at different distances from J.regia trunk 單位：g kg-1

表2 距核桃樹主干不同距離半夏微量元素含量Table 2 The content of microelements in at different distances from J.regia trunk 單位：g kg-1

距離（cm）Distance 微量元素 Microelement Fe Cu Zn Mn B 0～60 23.93±0.01 b 6.33±0.12 a 60.40±1.66 bc 14.04±0.01 ab 14.57±0.02 a 61～120 24.18±0.03 a 6.36±0.05 a 64.54±2.54 ab 14.06±0.03 a 14.60±0.03 a 121～180 23.89±0.04 bc 6.28±0.13 a 67.01±1.30 a 14.03±0.01 ab 14.56±0.01 a 181～240 23.91±0.02 bc 6.54±0.05 a 65.23±1.58 ab 14.02±0.02 ab 14.58±0.01 a 241～300 23.84±0.10 bc 6.20±0.15 a 56.57±2.06 c 14.00±0.02 b 14.59±0.01 a CK 23.76±0.03 c 6.20±0.08 a 67.18±1.09 a 14.07±0.01 a 14.62±0.01 a平均值 23.92 6.32 63.49 14.04 14.59變異系數(shù)（%） 0.63 3.11 7.41 0.23 0.24

在所有微量元素中，Zn元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變異系數(shù)最大，為7.41%；Cu元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變異系數(shù)次之，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.20～6.54 mg kg-1。Mn和B元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變異系數(shù)接近，分別為0.23%和0.24%。

2.2 半夏礦質(zhì)元素間相關(guān)性

對半夏所含9種礦質(zhì)元素進(jìn)行相關(guān)性分析，由表3可知，N與Ca、Mg和Zn呈極顯著正相關(guān)；Ca與Mg達(dá)極顯著正相關(guān)，與Zn、Mn達(dá)顯著正相關(guān)；Mg與Fe，Na與Zn，F(xiàn)e與Cu達(dá)顯著正相關(guān)。半夏所有礦質(zhì)元素間未出現(xiàn)顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。

表3 礦質(zhì)元素間相關(guān)性分析Table 3 The correlation analysis of all mineral elements in

表3 礦質(zhì)元素間相關(guān)性分析Table 3 The correlation analysis of all mineral elements in

注：**表示極顯著水平，*表示顯著水平。Note:**indicates extremely significant level,*indicates significant level.

元素 Elements N Ca Mg Na Fe Cu Zn Mn B N 1.000 Ca 0.598** 1.000 Mg 0.602** 0.751** 1.000 Na 0.249 0.295 -0.148 1.000 Fe 0.366 0.306 0.532* -0.215 1.000 Cu -0.002 0.125 0.341 -0.062 0.510* 1.000 Zn 0.643** 0.497* 0.346 0.481* 0.184 0.304 1.000 Mn 0.247 0.564* 0.241 0.409 0.287 -0.007 0.247 1.000 B-0.018 -0.116 -0.208 0.326 0.174 0.099 0.189 0.455 1.000

3 討論

核桃與半夏間作方式與常規(guī)的林農(nóng)間作類似，農(nóng)地與林地間作能大幅度提高地上空間利用率，間作過程中核桃的根系分布在土壤深層，半夏的根系局限于土壤淺層[15]。但是在兩種植物間作過程中，種間促進(jìn)與競爭作用是相互并存的，應(yīng)當(dāng)采取適當(dāng)措施進(jìn)行調(diào)控，把促進(jìn)作用與競爭作用的閾值控制在最佳范圍[16]。半夏是喜陰植物，核桃與半夏間作，能使半夏得到適當(dāng)?shù)卣陉?，使塊莖及成活率升高，從而增加產(chǎn)量，但過度遮陰會使植株莖稈伸長，葉綠素含量增加，葉面積增大，導(dǎo)致生物量優(yōu)先供應(yīng)地上部分，不利于地下塊莖的生長[17]。

礦質(zhì)元素是人體內(nèi)某些酶、活性蛋白、維生素和激素不可缺少的組成成分，對機(jī)體的新陳代謝和生長發(fā)育有著極其重要的生物學(xué)作用[18]，在植物生長發(fā)育過程中，礦質(zhì)元素更是產(chǎn)量和品質(zhì)提高的營養(yǎng)基礎(chǔ)。本文對距核桃樹主干不同距離的半夏礦質(zhì)元素含量進(jìn)行了單因素方差分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行多重比較（LSD法），以檢驗(yàn)同一礦質(zhì)元素含量在不同距離范圍內(nèi)的顯著性。藥材具有道地性說明藥用植物有效成分含量與藥材生長環(huán)境密切相關(guān)，礦質(zhì)元素之間會相互影響，存在協(xié)同或拮抗作用，對半夏礦質(zhì)元素含量的變異系數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)果說明了不同距離范圍內(nèi)同一礦質(zhì)元素含量的變化程度，9種礦質(zhì)元素中，Mn和B元素變異系分別為0.23%和0.24%，在半夏生長發(fā)育過程中含量穩(wěn)定，說明半夏的生長需要一定量的Mn和B；相關(guān)性分析衡量礦質(zhì)元素間的相關(guān)密切程度。綜上所述，本文對距核桃樹主干不同距離的半夏礦質(zhì)元素含量進(jìn)行了單因素方差分析、多重比較、變異系數(shù)分析及相關(guān)性分析，以期更全面地了解不同距離對半夏礦質(zhì)元素含量的影響。

N是植物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素之一，半夏中N元素含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他元素，這可能與核桃、半夏均為喜N植物有關(guān)[6]，也可能是因?yàn)橘F州喀斯特半夏產(chǎn)區(qū)土壤含氮量較高[19]。Ca是人體生命之本，參與骨骼形成、肌肉收縮、心臟跳動、神經(jīng)以及大腦的思維活動、影響人體的生長發(fā)育、消除疲勞、健腦益智和延緩衰老等[20]。試驗(yàn)表明，半夏中Ca元素含量較為豐富，在發(fā)揮藥效的同時，半夏也可為人體補(bǔ)充一定的Ca。Mg與植物體內(nèi)生理反應(yīng)和細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)發(fā)育密切相關(guān)，是構(gòu)成葉綠素的主要礦質(zhì)元素，直接影響植物的光合作用和糖、蛋白質(zhì)的合成[21]，試驗(yàn)中距離核桃樹干越近，核桃對半夏的遮陰越嚴(yán)重，半夏中Mg元素含量越高，說明Mg元素通過影響葉綠素含量而影響半夏的光合作用。

微量元素含量與藥材的道地性、中藥療效、中藥栽培、采收期和藥用部位的選擇、炮制方法等密切相關(guān)[22]。Fe、Cu、Zn和Mn作為人體不可缺少的微量元素，與中藥的臨床療效關(guān)系復(fù)雜。Fe是構(gòu)成血紅蛋白、肌紅蛋白及多種酶的重要成分，含F(xiàn)e豐富的中藥多為歸肝經(jīng)藥，具有補(bǔ)血、化痰理氣等功效，含有豐富Fe元素的中藥能治療心血管和呼吸疾病[23]。Cu可抑制人肺癌A549細(xì)胞的增殖和誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡，在一定濃度范圍內(nèi)，呈量-效關(guān)系[24]。缺鋅時會使人體發(fā)育和生長受阻、厭食及影響生殖等[25]。在半夏微量元素中，F(xiàn)e和Zn元素的含量豐富，Zn元素含量是Fe元素的2.65倍，這可能與當(dāng)?shù)氐耐寥涝胤植加嘘P(guān)，也可能與半夏自身的調(diào)控基因有關(guān)。中藥能有選擇性地吸收和富集某些人體必需和有益的微量元素，因此使得半夏中Fe、Zn元素含量高于其他微量元素。

大量研究表明，癌癥和惡性腫瘤的發(fā)生與Cu、Zn含量及Cu、Zn比值密切相關(guān)。腦膜瘤患者中，Zn離子濃度術(shù)后較術(shù)前下降顯著[26]。肝癌患者存在微量元素異常，血清中Cu升高，Zn降低，說明肝癌與微量元素水平有關(guān)[27]。血清中Cu水平升高、Cu、Zn比值增加是胃癌的危險因素，具有臨床意義[28]。Meta分析提示，子宮肌瘤患者血清中Zn低于對照組，而血清中Cu高于對照組[29]。婦科惡性腫瘤的發(fā)生與Cu、Zn含量及比值密切相關(guān)，對微量元素進(jìn)行檢測，對輔助診斷和早期發(fā)現(xiàn)婦科腫瘤具有重要價值[30]。半夏微量元素中含有豐富的鋅元素，低含量的Cu元素，Cu、Zn比值較低，這可能與半夏具有抗癌作用有關(guān)。

作為常用藥用植物，半夏中重金屬超標(biāo)不僅威脅人體健康，影響半夏的售賣，而且可能在應(yīng)用時產(chǎn)生不良反應(yīng)[31]，重金屬等指標(biāo)也應(yīng)納入檢測的范圍[32]。根據(jù)《藥用植物及制劑進(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》（WM/T2-2004）對重金屬的限量指標(biāo)，Cu的最大閾值為20 mg kg-1[33]，而間作半夏中Cu元素平均含量為6.32 mg kg-1，約為規(guī)定指標(biāo)的1/3，遠(yuǎn)低于危害人體健康的程度，且所有距離范圍內(nèi)半夏均符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

核桃與藥用植物間作是常見的種植模式，赫章地區(qū)核桃種植面積大，在核桃林下間作半夏，既解決了核桃種植早期經(jīng)濟(jì)效益差的問題，又緩解了農(nóng)林用地沖突。本試驗(yàn)從礦質(zhì)元素角度出發(fā)，對距核桃樹主干不同距離范圍內(nèi)的半夏礦質(zhì)元素含量進(jìn)行了分析，對發(fā)展赫章核桃與半夏間作模式具有一定的參考價值。關(guān)于核桃-半夏間作模式中半夏化學(xué)成分含量、豐產(chǎn)栽培技術(shù)等需要進(jìn)一步的研究。