徐海軍 王化

(黑龍江省科學(xué)院大慶分院，大慶，163319) (黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所)

姚琴 雪棟 王曉飛 孫宇峰

(大慶油田礦區(qū)事業(yè)服務(wù)部園林綠化公司) (拜泉縣招商局) (黑龍江省科學(xué)院大慶分院)

蒙古黃芪(Astragalusmembranaceusvar.mongholicus)系豆科黃芪屬多年生草本植物，其干燥根為“藥典”收錄的大宗藥材之一[1-2]，其味甘、性微溫，歸脾、肺經(jīng)，具有補(bǔ)氣升陽，益衛(wèi)固表，利水消腫，生津養(yǎng)血，行滯通痹，托毒排膿，斂瘡生肌之功效，在臨床、膳食、保健、飼用等方面都有廣泛的應(yīng)用[3-6]，主產(chǎn)于甘肅、山西、陜西、河南、內(nèi)蒙古、黑龍江、吉林、遼寧等省區(qū)[7-8]。

近些年，蒙古黃芪野生資源破壞嚴(yán)重，資源儲(chǔ)量逐年銳減，為緩解野生黃芪資源壓力，保障市場(chǎng)原料供給，北方地區(qū)開展蒙古黃芪人工種植已是必然趨勢(shì)[3，6-8]。目前，北方地區(qū)黃芪種植還處于起步階段，尤其是在1年生苗期及營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段的養(yǎng)分管理方面還缺乏基礎(chǔ)理論支撐?，F(xiàn)有黃芪養(yǎng)分管理方面的研究主要集中在施肥配比及礦質(zhì)元素效應(yīng)方面，如王振等[9]通過建立氮、磷、鉀施肥量與膜莢黃芪產(chǎn)量、多糖的函數(shù)模型，優(yōu)選施肥組合，認(rèn)為m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=1.00∶0.92～0.95∶1.60～1.62最佳；王渭玲等[10]研究氮、磷、鉀及其配比對(duì)膜莢黃芪生長(zhǎng)發(fā)育及有效成分的影響，認(rèn)為氮、鉀對(duì)膜莢黃芪生長(zhǎng)發(fā)育，產(chǎn)量形成及黃芪甲苷含量有重要的影響，并建議黃芪的栽培應(yīng)該注重氮、磷、鉀的配合施用；宋慶燕等[11]利用室內(nèi)盆栽，澆灌營(yíng)養(yǎng)液研究不同生長(zhǎng)時(shí)期氮磷鉀施用量及配比對(duì)黃芪生長(zhǎng)和干物質(zhì)積累的影響，結(jié)果表明，氮磷鉀合理配施可促進(jìn)黃芪生長(zhǎng)和干物質(zhì)的積累；可見，黃芪種植過程中養(yǎng)分配施對(duì)其生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響研究已經(jīng)較深入了，但不同的氣候環(huán)境下，隨黃芪生長(zhǎng)節(jié)律變化，養(yǎng)分的需求和分配策略也有所不同。北方地區(qū)氣候寒冷、植物生長(zhǎng)周期較短，蒙古黃芪種植過程中對(duì)N、P、K養(yǎng)分的吸收利用效應(yīng)及養(yǎng)分配施對(duì)其生長(zhǎng)及藥用成分有何影響還未見報(bào)道。文中針對(duì)北方高寒地區(qū)蒙古黃芪人工種植中氮磷鉀施入效應(yīng)和配比進(jìn)行研究，以期為地區(qū)黃芪人工種植快速健康發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于大興安嶺地區(qū)呼瑪縣境內(nèi)(51°2′25″～51°58′10″N，125°20′7″～126°42′25″E)，分別設(shè)在呼瑪北園區(qū)中心苗圃(51°43′35″N，126°36′59E；試驗(yàn)點(diǎn)1)和三卡鄉(xiāng)中藥材種植基地(51°6′20″N，126°52′35″E；試驗(yàn)點(diǎn)2)，土壤類型分別為森林暗棕壤和沙壤土(表1)，該區(qū)屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年積溫2 086 ℃，年平均降水量460.4 mm，無霜期90～100 d，年平均氣溫-2.1 ℃，屬VI積溫帶。

表1 試驗(yàn)地土壤理化性質(zhì)

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

蒙古黃芪(Astragalusmembranaceusvar.mongholicus)種子購于內(nèi)蒙古赤峰；采用大田起壟直播，壟距60 cm，壟高20 cm；出苗后30 d進(jìn)行養(yǎng)分調(diào)控試驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 N、P、K單因素試驗(yàn)

2017年5月25日于試驗(yàn)點(diǎn)1播種，7月4日布置單因素肥效試驗(yàn)，N、P、K施入量分別設(shè)置3個(gè)水平梯度，即N1(10 g·m-2)、N2(20 g·m-2)、N3(30 g·m-2)，P1(7.5 g·m-2)、P2(15.0 g·m-2)、P3(22.5 g·m-2)，K1(10 g·m-2)、K2(20 g·m-2)、K3(30 g·m-2)，N素水平用尿素調(diào)節(jié)，P(P2O5)用磷酸二銨調(diào)節(jié)，K(K2O)用硫酸鉀調(diào)節(jié)，樣方面積為6 m×6 m，每個(gè)區(qū)組設(shè)置空白對(duì)照(CK，0 g·m-2)，3次重復(fù)。

2.2.2 多因素正交試驗(yàn)

2018年5月27日于試驗(yàn)點(diǎn)2播種，7月3日布置多因素正交試驗(yàn)(表2)，采用L9(33)正交表，每個(gè)處理的樣方面積6 m×6 m，區(qū)組排列，2次重復(fù)。

表2 正交試驗(yàn)

2.2.3 指標(biāo)測(cè)定

樣品于當(dāng)年的9月17日采集，人工挖掘出單株后，將泥土清理干凈，用卷尺和游標(biāo)卡尺測(cè)量黃芪株高、地徑、根長(zhǎng)、根粗(距莖基部1、10 cm處主根直徑粗度，分別記為R0、R1)，然后從莖基部將植株分為地上和地下兩部分，分別用精度為0.01 g天平測(cè)量鮮質(zhì)量，計(jì)算冠根比(A/U)，之后地上和地下植物樣品帶回實(shí)驗(yàn)室烘干、粉碎待測(cè)；每個(gè)處理樣品采集5～10株，重復(fù)3次。

藥效成分測(cè)定：黃芪多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用硫酸-苯酚比色法測(cè)定；毛蕊異黃酮苷、刺芒柄花苷、毛蕊異黃酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)用高效液相色譜法測(cè)量[12-14]。

2.3 數(shù)據(jù)處理

用SPSS(16.0)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(One-Way ANOVA)，LSD多重比較，數(shù)據(jù)采用3次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)借助DPS(7.05)分析，Excel制表。

3 結(jié)果與分析

3.1 N、P、K不同單因素水平對(duì)黃芪表觀生長(zhǎng)量的影響

不同氮素水平處理下，N3的株高、根粗(R0，R1)、地下鮮質(zhì)量與N2差異不顯著，但顯著高于N1和CK(P<0.05)，且N3地上鮮質(zhì)量和A/U顯著高于另外兩處理(P<0.05)；不同磷素水平條件下，株高、莖粗、根粗、地上鮮質(zhì)量、地下鮮質(zhì)量差異不顯著(P>0.05)，根長(zhǎng)表現(xiàn)為P1與P2差異不顯著，但顯著高于P3(P<0.05)，A/UP2與P3差異不顯著，但顯著高于P1(P<0.05)；不同鉀素水平條件下，株高、地上鮮質(zhì)量表現(xiàn)為K2與K3差異不顯著，但顯著高于K1和CK(P<0.05)，根粗、地下鮮質(zhì)量K2顯著高于其他處理，而A/UK3顯著高于K1、K2。

蒙古黃芪在單因素不同水平條件下，N3和K2在株高、根粗、地下鮮質(zhì)量方面顯著高于CK(P<0.05)，而其他處理與CK差異不顯著；在根長(zhǎng)和莖粗方面，所有處理均與CK差異不顯著(P>0.05)；A/U表現(xiàn)為P1和K1顯著低于CK(P<0.05)，其他處理與CK差異不顯著(表3)；可見，單施氮肥或鉀素對(duì)黃芪表觀生長(zhǎng)量的促進(jìn)作用較磷素明顯，單因素條件下N2、N3、P2、K2、K3處理水平對(duì)植株表觀生長(zhǎng)量有較好的促進(jìn)作用。

表3 蒙古黃芪在N、P、K不同單因素水平條件下生長(zhǎng)特征差異性分析

3.2 N、P、K不同單因素水平對(duì)黃芪藥用成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

在不同氮素水平下，毛蕊異黃酮苷、刺芒柄花苷、毛蕊異黃酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)N2顯著高于另兩個(gè)處理，而多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)卻恰好相反(P<0.05)。在不同磷素水平條件下，毛蕊異黃酮苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)P3最高；刺芒柄花苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)各處理間差異不顯著(P>0.05)；毛蕊異黃酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)P2與CK差異不顯著，但顯著高于P1和P3；多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)P2顯著高于其他處理(P<0.05)。在不同鉀素水平條件下，毛蕊異黃酮苷、刺芒柄花苷、毛蕊異黃酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)各處理間差異不顯著(P>0.05)；多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)K2顯著高于其他處理(P<0.05)。

單因素條件下，毛蕊異黃酮苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于CK的處理由大到小的順序依次為N2、K1、N3、P3、K3，刺芒柄花苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅有N2顯著高于CK，毛蕊異黃酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于CK處理由大到小的順序依次為N2、N3，多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于CK處理由大到小的順序依次為K2、K1、K3、P2(表4)，可見，單施鉀肥可能有利于多糖的積累，而施氮肥有利于黃酮類成分的積累。

表4 蒙古黃芪在N、P、K不同單因素水平條件下藥用成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異性

3.3 N、P、K多因素配施對(duì)黃芪表觀生長(zhǎng)量的影響

蒙古黃芪在N、P、K配施條件下(表5)，株高、中部根粗(R1)、地下鮮質(zhì)量受N素影響效應(yīng)顯著(P<0.05)，根長(zhǎng)受K素影響顯著(P<0.05)，而地徑、上端根粗(R0)、地上鮮質(zhì)量、A/U受3元素的影響均未達(dá)到顯著水平(P>0.05)；由極差(R)值分析可知，株高、中部根粗、地下鮮質(zhì)量在N素水平2表現(xiàn)最好，而根長(zhǎng)在K素水平1和3較好；從9個(gè)試驗(yàn)處理的表觀生長(zhǎng)量差異性分析結(jié)果可知，處理5較有利于植株的生長(zhǎng)(表6)。

表5 黃芪在N、P、K多因素配施條件下表觀生長(zhǎng)量正交試驗(yàn)分析

3.4 N、P、K多因素配施對(duì)黃芪藥用成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

N、P、K多元配施條件下(表7)，蒙古黃芪根系毛蕊異黃酮苷和刺芒柄花苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)受N、K元素影響效應(yīng)顯著(P<0.05)，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別在N素水平1和K素水平2時(shí)影響效應(yīng)最大(表7)；多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)受N、P、K元素影響均達(dá)顯著水平(P<0.05)，影響由大到小的順序?yàn)镹、K、P，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別在N、P元素處于水平2，K素處于水平2或水平3時(shí)影響效果顯著最大；毛蕊異黃酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)受N、P、K的影響均未達(dá)到顯著水平(P>0.05)；從處理間差異性分析可知，處理9(N1P2K2)有利于毛蕊異黃酮苷和刺芒柄花苷的積累，而處理5(N2P2K3)較有利于蒙古黃芪多糖積累(表8)。

4 結(jié)論與討論

氮、磷、鉀是植物必需的礦質(zhì)元素，在植物代謝過程中既是參與者又是代謝進(jìn)程的重要影響因子，對(duì)植物的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、利用及物質(zhì)分配均有著重要的促進(jìn)和調(diào)節(jié)作用[15]。王渭玲等[10]研究指出，磷可以促進(jìn)光合產(chǎn)物由地上部分向根系的運(yùn)輸，單施磷肥有利于膜莢黃芪根系生長(zhǎng)，氮可以促進(jìn)地上部分器官的生長(zhǎng)，降低了光合產(chǎn)物向根系轉(zhuǎn)移的比例，鉀肥可促進(jìn)根長(zhǎng)和根直徑的增加；曹鮮艷等[16]研究氮磷鉀對(duì)黃芩生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明，氮素最有利于黃芩株高生長(zhǎng)，施磷可以促進(jìn)根系物質(zhì)積累；本試驗(yàn)結(jié)果顯示，單施N或K素蒙古黃芪的株高、根粗、地下鮮質(zhì)量與CK有顯著性差異，而磷素僅是A/U呈顯著變化，在3元素配施條件下，N素對(duì)株高、根粗R1、地下鮮質(zhì)量影響較顯著，K素對(duì)根長(zhǎng)生長(zhǎng)影響最為顯著，3元素的影響由大到小依次為N、K、P，這表明施氮素和鉀素對(duì)黃芪地上植株伸長(zhǎng)生長(zhǎng)及增粗生長(zhǎng)方面有促進(jìn)作用，而磷元素在根系物質(zhì)分配方面有促進(jìn)作用，此結(jié)果與上述學(xué)者研究結(jié)論相近。在氮、磷、鉀養(yǎng)分對(duì)黃芪根系藥用成分積累影響方面，楊祎臣等[17]研究認(rèn)為，鉀元素對(duì)蒙古黃芪可溶性糖、還原糖的積累有促進(jìn)作用，氮素對(duì)于黃芪根部總黃酮的積累有一定的促進(jìn)作用；王靜等[18]的研究指出，氮、磷、鉀肥對(duì)桔梗皂苷含量的作用效果由大到小依次為氮、鉀、磷，對(duì)多糖含量的影響由大到小依次為磷、氮、鉀；本試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著N、P水平的增加根系黃酮類物質(zhì)(毛蕊異黃酮苷、刺芒柄花苷、毛蕊異黃酮)積累呈上升趨勢(shì)，分別在N2和P3時(shí)達(dá)到最高；不同鉀素水平條件下，隨鉀素水平增加多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈先升后降趨勢(shì)，在K2水平根系多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著最高，可見，單施氮、磷肥對(duì)蒙古黃芪根系黃酮類成分積累有促進(jìn)作用，鉀肥對(duì)黃芪多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)積累有促進(jìn)作用。經(jīng)3元素配施驗(yàn)證、分析，根系中黃酮類物質(zhì)積累受氮、鉀元素影響顯著，多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)受氮、磷、鉀互作影響顯著，此結(jié)果與前文學(xué)者的觀點(diǎn)基本一致。

表6 在N、P、K多因素配施處理下黃芪表觀生長(zhǎng)量差異性分析

表7 N、P、K多因素配施條件下黃芪藥用成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)正交試驗(yàn)分析

表8 N、P、K多因素配施條件下黃芪藥用成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異性分析

正交試驗(yàn)結(jié)果顯示，蒙古黃芪高生長(zhǎng)和根系生物量積累受氮素影響顯著，根長(zhǎng)生長(zhǎng)受鉀素影響顯著，這與單因素分析結(jié)果基本相吻合，不同處理排序認(rèn)為促進(jìn)植株生長(zhǎng)的最優(yōu)組合為處理5(N2P2K3)，而處理9(N1P2K2)則較差；對(duì)根系有效成分方差分析表明，黃酮類藥用成分主要受氮、鉀影響顯著，多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)受3元素影響均顯著，排序結(jié)果，處理9(N1P2K2)有利于黃酮類成分(毛蕊異黃酮苷和刺芒柄花苷)的積累，而處理5(N2P2K3)較有利于蒙古黃芪多糖積累，由此可見，N、K元素的增施有利于植株的生長(zhǎng)、生物量及多糖的積累，但降低了根系黃酮類成分的積累。這正好反映了植物生長(zhǎng)過程中，養(yǎng)分從源到庫物質(zhì)分配存在著矛盾統(tǒng)一性[15，19-20]，植物吸收礦質(zhì)養(yǎng)分一方面輸送到地上部分構(gòu)建莖干、枝葉等器官[21-22]，并利用綠色器官進(jìn)行光合作用制造更多的碳水化合物以促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)育，因而會(huì)降低根系物質(zhì)的輸送[23]；然而，另一方面地上綠色器官制造的光合產(chǎn)物又會(huì)向下輸送到根部，促進(jìn)根系發(fā)育，從而更好的吸收土壤中礦質(zhì)養(yǎng)分供植株轉(zhuǎn)化和利用[24]。在這個(gè)吸收、利用、轉(zhuǎn)化、運(yùn)輸?shù)倪^程中，植株會(huì)根據(jù)自身生長(zhǎng)發(fā)育需求進(jìn)行物質(zhì)分配，另外，植物也會(huì)受到物候節(jié)氣等外界信號(hào)的干擾而做出相應(yīng)的生理響應(yīng)，進(jìn)而改變物質(zhì)分配策略，植物從根系對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分吸收到轉(zhuǎn)化利用形成初生代謝產(chǎn)物，然后再到植物體內(nèi)進(jìn)行物質(zhì)運(yùn)輸和分配就形成了一個(gè)完整的對(duì)立統(tǒng)一體系。所以，處理5表觀生長(zhǎng)量及根系多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)顯著較高，而黃酮類表現(xiàn)較低，而處理9則呈現(xiàn)相反規(guī)律，這可能恰好反映了北方高寒地區(qū)蒙古黃芪在生長(zhǎng)過程中的物質(zhì)分配特征。

試驗(yàn)雖在同一氣候條件下進(jìn)行，但分別設(shè)在不同的壤質(zhì)類型的地域上，由于地形和土壤理化性質(zhì)的差異，可能會(huì)在N、P、K配施效果方面與單因素試驗(yàn)結(jié)果不一致。不過，經(jīng)過試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，單因素試驗(yàn)與正交試驗(yàn)得出的元素施肥對(duì)蒙古黃芪表觀生長(zhǎng)量和藥用成分積累的影響效應(yīng)是相一致的，因此，本試驗(yàn)結(jié)果還是具有很好的可靠性。另外，在光照下，由于北園區(qū)森林暗棕壤較三卡沙壤土升溫較慢，如此三卡土壤晝夜溫差較北園區(qū)波動(dòng)幅度大，且白天接收的有效熱量也較多，這可能就促使沙壤土中蒙古黃芪植株生長(zhǎng)更旺盛，生物量積累也較高。此外，試驗(yàn)結(jié)果顯示，植株生長(zhǎng)旺盛，多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨之也高，但黃酮類物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)卻較低，在9月下旬地上植株干枯后，根系仍然保持生理活動(dòng)，在蒙古黃芪進(jìn)入休眠期前，根系可能會(huì)通過生理代謝不斷的將多糖轉(zhuǎn)化為次生代謝物，從而提高根系中黃酮類物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。綜上所述，氮素對(duì)蒙古黃芪植株伸長(zhǎng)、增粗生長(zhǎng)、黃酮類物質(zhì)積累有顯著影響，鉀素對(duì)植株根長(zhǎng)、增粗、多糖積累有顯著影響，磷素對(duì)植株物質(zhì)分配有顯著影響，影響效果由大到小的順序?yàn)镹、K、P；單元素施肥時(shí)，N2、P2、K2對(duì)蒙古黃芪植株生長(zhǎng)及藥用成分積累均有顯著促進(jìn)作用；3元素配施時(shí)，處理5(N2P2K3)有利于蒙古黃芪植株生長(zhǎng)及根系多糖積累，而處理9(N1P2K2)有利于黃酮類物質(zhì)的積累；建議種植生產(chǎn)中，根據(jù)目標(biāo)收獲物進(jìn)行定向施肥管理。