王恩軍, 陳 垣, 韓多紅, 蔡子平, 張芬琴

(1.甘肅省中藥材規(guī)范化生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省藥用植物栽培育種工程研究中心/甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 蘭州730070; 2.河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院 張掖 734000; 3.甘肅天士力中天藥業(yè)有限責(zé)任公司/甘肅省特色藥用植物資源保護(hù)與利用工程實(shí)驗(yàn)室/甘肅省特色藥材規(guī)范化可追溯栽培工程技術(shù)研究中心 定西 748100)

栽培方式對菘藍(lán)農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響*

王恩軍1,2, 陳 垣1,3**, 韓多紅2, 蔡子平1, 張芬琴2

(1.甘肅省中藥材規(guī)范化生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省藥用植物栽培育種工程研究中心/甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 蘭州730070; 2.河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院 張掖 734000; 3.甘肅天士力中天藥業(yè)有限責(zé)任公司/甘肅省特色藥用植物資源保護(hù)與利用工程實(shí)驗(yàn)室/甘肅省特色藥材規(guī)范化可追溯栽培工程技術(shù)研究中心 定西 748100)

栽培方式對中藥材產(chǎn)量和品質(zhì)影響較大。本研究為了探討河西走廊綠洲灌溉區(qū)菘藍(lán)的最佳栽培方式,通過田間試驗(yàn), 采用栽培模式(平作和壟作)和覆膜方式(不覆膜、覆白膜和覆黑膜)二因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì),設(shè)置6個(gè)處理。按照播種至收獲每月一次定期采集菘藍(lán)植株樣品, 測定了6種栽培方式下菘藍(lán)根農(nóng)藝性狀指標(biāo)、板藍(lán)根產(chǎn)量及檢測成分(R,S)-告依春含量。結(jié)果表明, 不同栽培方式對菘藍(lán)根長、根直徑、單株根干重的累積動(dòng)態(tài)、板藍(lán)根產(chǎn)量和質(zhì)量均具有顯著影響。壟作覆黑膜栽培菘藍(lán)根的快速生長持續(xù)期最長, 根系最發(fā)達(dá),根長、根直徑和單株根干重均較高。板藍(lán)根產(chǎn)量以壟作覆黑膜栽培最高(4 514.4 kg·hm-2), 壟作覆白膜產(chǎn)量最低(3 116 kg·hm-2); (R,S)-告依春含量以壟作覆白膜最高(2.61 g·kg-1), 壟作不覆膜最低(1.37 g·kg-1)。在不同栽培方式下, 菘藍(lán)主根長、根直徑和單株根干重生長隨生長時(shí)間均呈現(xiàn)“S”型生長趨勢, 符合 Logistic生長模型。河西走廊綠洲灌區(qū)菘藍(lán)收獲板藍(lán)根適宜栽培方式為壟作覆黑膜栽培。

菘藍(lán); 栽培方式; Logistic生長方程; 根系農(nóng)藝性狀; 板藍(lán)根產(chǎn)量; (R,S)-告依春含量

菘藍(lán)(Isatis indigoticaFort.)為十字花科(Cruciferae)菘藍(lán)屬兩年生草本植物, 以干燥葉和根入藥, 根稱板藍(lán)根, 葉稱大青葉, 加工品稱青黛[1]。大青葉和板藍(lán)根具有清熱解毒等功效[2], 已廣泛用于治療感冒、抗流感和抗病毒等方面[3]。我國栽培區(qū)主要分布在甘肅、黑龍江、河北、安徽等地, 甘肅和黑龍江產(chǎn)量較大[4]。河西走廊民樂縣2012年被中國特產(chǎn)之鄉(xiāng)暨宣傳活動(dòng)組委會(huì)命名為“中國板藍(lán)根之鄉(xiāng)”。有關(guān)該地區(qū)板藍(lán)根栽培方式的研究主要有黑膜全膜栽培技術(shù)[5], 壟作覆膜板藍(lán)根套種王不留行[Vaccaria segetalis(Neck.) Garcke]高效栽培技術(shù)[6],平作覆黑膜穴播栽培技術(shù)[7-8]等。目前對藥材栽培方式的研究多集中在表觀的產(chǎn)量增減方面, 而有關(guān)農(nóng)藝性狀指標(biāo)、根系的生長等理論層面模擬研究較少。Logistic生長曲線廣泛應(yīng)用于作物栽培和生態(tài)等方面的模擬研究中[9], 用于描述植物的生長周期、產(chǎn)量預(yù)估、干物質(zhì)積累、果實(shí)、種群生長動(dòng)態(tài)等[10-12]。但由于根系生長環(huán)境的不可視性以及測量技術(shù)的局限性, 對根系的模擬研究發(fā)展遲緩[13]。陳亞楠等[14]研究表明, 用Logistic曲線可較好地?cái)M合丹參(Salvia miltiorrhizaBunge)根部生長量與定植時(shí)間的關(guān)系。張文輝等[15]研究表明, 泡沙參[Adenophora tetraphylla(Thunb.) Fisch]種群根系生物量累積過程符合Logistic增長規(guī)律。王文康等[16]研究表明, 亞麻(Linum usitatissimumL.)根系體積和干重的增長符合Logistic生長方程。本研究結(jié)合前人研究方法, 綜合生產(chǎn)中實(shí)際用到的栽培方式, 設(shè)置栽培模式和覆膜方式二因素隨機(jī)區(qū)組田間試驗(yàn), 設(shè)置6個(gè)不同栽培方式, 通過研究不同栽培方式對菘藍(lán)根系農(nóng)藝性狀、板藍(lán)根產(chǎn)量及板藍(lán)根品質(zhì)指標(biāo)(R,S)-告依春含量的影響, 明確不同栽培方式下菘藍(lán)根農(nóng)藝性狀的累積動(dòng)態(tài)、板藍(lán)根產(chǎn)量高低和有效成分含量的多少,同時(shí)建立基于Logistic方程的菘藍(lán)根系主根長、主根直徑和單株根干重的模型, 從理論上分析不同栽培方式下生物量各指標(biāo)的變化特征, 為河西走廊菘藍(lán)最佳栽培方式的選擇提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)用種子2014年7月采自甘肅省民樂縣六壩鎮(zhèn)誠泰藥業(yè)種植基地。試驗(yàn)于2015年5—11月在甘肅省民樂縣六壩鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)高科技園區(qū)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)位于100°43′28″E, 38°38′36″N, 海拔1 824 m; 氣候干燥, 初霜期10月25日, 無霜期140 d, 作物生長期(4—8月)日照時(shí)數(shù)1 300 h, 年太陽輻射總量587.58 kJ·cm-2。2015年5—11月日均最高溫22.26 ℃, 降雨量125.4 mm。試驗(yàn)期間具體的降水量和氣溫變化如圖1。試驗(yàn)地土壤為灌淤土, 土質(zhì)為砂質(zhì)壤土, 肥力中等, 前茬為馬鈴薯(Solanum tuberosumL.)。耕作層0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)17.8 g·kg-1, 有效氮98.6 mg·kg-1, 有效磷10.7 mg·kg-1, 有效鉀157.5 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為栽培模式和覆膜方式二因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 栽培模式為平作和壟作, 覆膜方式為不覆膜、覆白膜和覆黑膜, 試驗(yàn)包括: 平作不覆膜(PN)、平作覆白膜(PW)、平作覆黑膜(PB)、壟作不覆膜(LN)、壟作覆白膜(LW)、壟作覆黑膜(LB)6個(gè)處理組合, 具體田間操作見表1。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù), 共18個(gè)小區(qū)。小區(qū)面積3 m×5 m=15 m2。小區(qū)間距為40 cm, 四周保護(hù)行寬1 m。黑色和白色塑料膜(PE膜)膜寬80 cm,膜厚0.008 mm, 株行距為10 cm×15 cm。

圖1 試驗(yàn)?zāi)攴葺克{(lán)栽培期間氣溫和有效降雨量的動(dòng)態(tài)變化Fig.1 Dynamics of monthly average temperature and prceipitation during cultivation of Isatis indigotica in the experiment year

表1 菘藍(lán)不同栽培方式田間操作Table 1 Field operation of different cultivation methods of Isatis indigotica

1.3 田間管理

于播種前 20 d按照 450 m3·hm-2灌水, 播種前10 d 深翻并平整土地, 按照純 N 180 kg·hm-2、P2O5100 kg·hm-2、K2O 85 kg·hm-2, 作為基肥一次性翻入土壤。于8月20日和9月20日灌水兩次, 每次600 m3·hm-2,栽培期間結(jié)合除草中耕兩次, 8月份作好菜青蟲的化學(xué)防治, 未發(fā)現(xiàn)病害。于 5月 10日播種, 播量為 75 kg·hm-2, 覆膜播種采取膜上穴播, 不覆膜播種直接穴播。6月5日出苗, 6月15日結(jié)合間苗一次性定苗,11月5日收獲。

1.4 測定項(xiàng)目和方法

分別于播種后45 d、75 d、105 d、135 d、165 d及收獲后, 進(jìn)行一次破壞性取樣, 每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取植株 10株, 共 6次, 每次完整挖取植株根系, 凈土后立即帶回實(shí)驗(yàn)室, 用自來水清洗干凈后晾干水分, 分別測定單株根長(cm)、根直徑(cm)、根干重(g),以其平均值作為實(shí)測值。11月5日按照小區(qū)收獲根,凈土、雜質(zhì)后在通風(fēng)干燥處自然晾干, 即為板藍(lán)根,測定小區(qū)根產(chǎn)量, 折算成公頃產(chǎn)量(kg·hm-2)。將每次測完干重后的板藍(lán)根粉碎, 過60目篩, 裝于試劑瓶中備用。待全部測定結(jié)束后按照2015版《中華人民共和國藥典》中規(guī)定板藍(lán)根的(R,S)-告依春含量的測定方法測定[1]。

利用Logistics生長模型定量描述菘藍(lán)根系農(nóng)藝性狀的動(dòng)態(tài)累積過程: 主根長、主根直徑和單株根干重。各指標(biāo)生長進(jìn)程按照下述方程[17]擬合:

式中:為各指標(biāo)平均值;x為生長天數(shù),x∈[45,180];K為各指標(biāo)生長極限值;A、B為方程參數(shù)。

令:

利用方程估算根系各指標(biāo)生長高峰起始時(shí)間、生長高峰結(jié)束時(shí)間、增長結(jié)束時(shí)間、最快增長到達(dá)時(shí)間、最大增長速率、快速增長持續(xù)天數(shù)和緩慢增長持續(xù)天數(shù)[18-19], 見表2。

表2 菘藍(lán)根系生長指標(biāo)與生長天數(shù)配合Logistic方程的參數(shù)及其估算公式Table 2 Parameters of estimated Logistic equations of root growth indexes to growth time of Isatis indigotica

1.5 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計(jì)分析, 使用Origin 8.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同栽培方式下菘藍(lán)根系各指標(biāo)動(dòng)態(tài)變化

2.1.1 主根根長動(dòng)態(tài)變化

在不同栽培方式下, 菘藍(lán)主根長的實(shí)際測定結(jié)果均呈現(xiàn)“S”型增長趨勢, 見圖2A。菘藍(lán)在幼苗期主根長增加較為緩慢; 而隨著生長進(jìn)程加快, 出苗后75～105 d出現(xiàn)增長高峰, 日增量以處理LB最高, 達(dá)到 0.22 cm·d-1·株-1; 隨后, 主根長增加趨于變緩, 在收獲期各處理都達(dá)到最大根長值。

根據(jù)實(shí)際測量值采用 Logistic生長模型進(jìn)行擬合, 結(jié)果見表3。并根據(jù)方程按照生長天數(shù)為自變量,對不同生長天數(shù)的主根長值進(jìn)行估算, 得出理論值并繪制理論主根長增加動(dòng)態(tài)(圖2B), 各處理根長都呈現(xiàn)典型的Logistic生長趨勢。由表3分析可知, 不同栽培方式下菘藍(lán)主根長隨生育進(jìn)程的 Logistic模型擬合效果良好(R2＞0.9,P＜0.01), 且處理間菘藍(lán)主根長理論最大值表現(xiàn)為 LB＞PW＞PB＞LW＞PN＞LN。主根長快速增長期起始于播后34～39 d, 快速增長累積持續(xù)時(shí)間為 50～63 d, 最大根長增長速率為 0.28～0.34 cm·d-1,最大根長增長速率到達(dá)時(shí)間為 63～86 d, 緩慢增長持續(xù)天數(shù)為61～78 d, 根長增長結(jié)束時(shí)間為152～176 d。各處理間比較, LB主根長增加天數(shù)最大, 且主根長的理論值最大, 說明壟作覆黑膜延長了主根長增長日期,有利于高產(chǎn)。PN和LN主根長增加天數(shù)差別較小, 且理論根長最小, 說明覆膜對根長增長的貢獻(xiàn)大于不覆膜; 但平作方式下, 覆白膜的效益大于覆黑膜, 在壟作方式下, 覆黑膜的效益大于覆白膜。整體而言, 壟作覆黑膜更加有利于主根長的增加。

圖2 測定(A)和估算(B)的不同栽培方式下菘藍(lán)主根長增長動(dòng)態(tài)Fig.2 Dynamics of measured (A) and estimated (B) root length growth under different cultivation methods of Isatis indigotica

表3 不同栽培方式下菘藍(lán)根長動(dòng)態(tài)累積模型參數(shù)特征Table 3 Characteristic parameters of Logistic [y=K/(1+eA+Bx)]models of root length growth of Isatis indigotica under different cultivated methods

2.1.2 主根直徑動(dòng)態(tài)累積

不同栽培方式下, 菘藍(lán)主根直徑的實(shí)測值均呈“S”型增長趨勢(圖3A)。各處理根直徑在45～75 d處在增長啟動(dòng)期, 75～105 d出現(xiàn)快速增長, 由0.52 cm增加到1.07 cm, 生長105 d后逐漸進(jìn)入緩慢增長期,到165 d左右達(dá)到增長最大值。出苗后105 d, 各處理的主根直徑穩(wěn)定在 0.98～1.17 cm, 其后仍然在增加, 但增加幅度較小, 收獲期菘藍(lán)主根直徑達(dá)到最大值, 以處理LB主根直徑最大(1.17 cm), 且與其他處理差異顯著(P＜0.05), 其他處理間差異不顯著(P＞0.05)。

根據(jù)實(shí)際測量值采用 Logistic生長模型進(jìn)行擬合, 結(jié)果見表 4。并根據(jù)方程以生長天數(shù)為自變量,繪制理論根直徑生長動(dòng)態(tài), 如圖 3B, 各處理根直徑都呈現(xiàn)典型的Logistic生長趨勢。由表4分析可知,不同栽培方式下菘藍(lán)根直徑隨生育進(jìn)程的 Logistic模型擬合效果良好(R2＞0.9,P＜0.01), 且處理間菘藍(lán)根 直 徑 理 論 最 大 值 表 現(xiàn) 為 LB＞PN＞PW＞PB＞LW=LN。根直徑快速增長期起始于播后31～47 d, 快速增長累積持續(xù)時(shí)間為42～60 d, 最大根長增長速率為 0.017～0.02 cm·d-1, 最大直徑增長速率到達(dá)時(shí)間59～72 d, 緩慢增長持續(xù)天數(shù)為 53～75 d, 根長增長結(jié)束時(shí)間為141～176 d。

各處理間, LB根直徑生長天數(shù)最大, 且根直徑的理論值最大, 說明壟作覆黑膜延長了根直徑生長日期, 有利于形成高產(chǎn); LW和LN根直徑理論值最小, 說明壟作覆白膜和壟作不覆膜都不利于主根直徑的生長。相比較壟作, 平作根直徑的增長優(yōu)于壟作。從實(shí)際測定結(jié)果和理論值分析, 壟作覆黑膜對菘藍(lán)主根直徑的貢獻(xiàn)明顯大于其他栽培方式, 表現(xiàn)為主根直徑最大, 快速增長速率最大, 增長時(shí)間最長, 最大增長速率最大等特征。說明壟作覆黑膜更有利于菘藍(lán)根系的生長, 促進(jìn)主根直徑的增加, 延長根系生長日期。相比較壟作, 平作栽培方式也有利于根系的生長, 但最終根直徑的增加略差于壟作覆黑膜。

圖3 測定(A)和估算(B)的不同栽培方式下菘藍(lán)主根直徑生長動(dòng)態(tài)Fig.3 Dynamics of measured (A) and estimated (B) root diameter growth under different cultivation methods of Isatis indigotica

表4 不同栽培方式下菘藍(lán)主根直徑動(dòng)態(tài)累積模型參數(shù)特征Table 4 Characteristic parameters of Logistic [y=K/(1+eA+Bx)]models of root diameter of Isatis indigotica under different cultivated methods

2.1.3 單株根干重動(dòng)態(tài)累積

不同栽培方式下, 菘藍(lán)單株根干重的實(shí)際測定結(jié)果變化趨勢一致, 都呈現(xiàn)“S”型的增長趨勢(圖4A)。生長期內(nèi), 各處理單株根干重從0.27 g增加到7.51 g; 出苗后105 d之前, 單株根干重增加迅速, 從0.27 g增加到6.46 g,平均日增量0.06～0.09 g·d-1; 出苗后135 d開始各處理單株根干重增加緩慢, 各處理間日增量維持在0.02～0.03 g·d-1, 收獲期時(shí), 各處理單株根干重都達(dá)到最大值。不同栽培方式下, 菘藍(lán)單株根干重差異顯著, 處理LB最大, 與其他處理均達(dá)到顯著性差異(P＜0.05)。

圖4 測定(A)和估算(B)的不同栽培方式下菘藍(lán)單株根干重增長動(dòng)態(tài)Fig.4 Dynamics of measured (A) and estimated (B) root dry weight increase in different cultivation methods of Isatis indigotica

根據(jù)實(shí)測值采用Logistic生長模型進(jìn)行擬合, 得到單株根干重方程及參數(shù)特征值(表5)。并根據(jù)方程以生長天數(shù)為自變量, 繪制理論單株根干重生長動(dòng)態(tài)圖(圖4B)。各處理單株根干重都呈典型的Logistic生長趨勢。由表4分析可知, 不同栽培方式下菘藍(lán)單株根干重隨生育進(jìn)程的Logistic模型擬合效果良好(R2＞0.9,P＜0.01), 且處理間菘藍(lán)單株根干重理論最大值表現(xiàn)為LB＞PB＞LW＞PW＞LN＞PN。單株根干重快速增長期起始于播后60～69 d, 快速增長累積持續(xù)時(shí)間為37～43 d, 最大單株根干重增長速率為0.062～0.90 g·d-1, 最大單株根干重增長速率到達(dá)時(shí)間76～86 d, 緩慢增長持續(xù)天數(shù)為46～53 d, 單株根干重增長結(jié)束時(shí)間為143～164 d。

各處理間, LB單株根干重理論值最大, 說明壟作覆黑膜的單株根產(chǎn)量最高, 平作不覆膜單株根干重的理論值最小, 產(chǎn)量最低。整體表現(xiàn)為覆黑膜＞覆白膜＞不覆膜。說明黑膜對單株根干重的貢獻(xiàn)最大, 不覆膜明顯表現(xiàn)為單株根干重較小, 不利于產(chǎn)量的提高。

表5 不同栽培方式下菘藍(lán)單株根干重動(dòng)態(tài)累積模型參數(shù)特征Table 5 Characteristic parameters of Logistic [y=K/(1+eA+Bx)]models of dry root weight per plant of Isatis indigoticaunder different cultivated methods

2.2 不同栽培方式對板藍(lán)根產(chǎn)量的影響

從圖 5可知, 栽培方式對板藍(lán)根產(chǎn)量的影響明顯。方差分析表明, 板藍(lán)根栽培模式和覆膜的F值分別為6.503和100.48,P值均小于0.05, 達(dá)顯著性水平。栽培模式和覆膜間的交互作用F值為80.552,sig.=0.000, 也達(dá)到極顯著水平。說明栽培模式和覆膜情況都對板藍(lán)根的產(chǎn)量產(chǎn)生較大影響。各處理產(chǎn)量為 LB＞PB＞PN＞PW＞LN＞LW, 壟作覆黑膜產(chǎn)量最高, 達(dá) 4 514 kg·hm-2, 壟作覆白膜產(chǎn)量最低, 為3 116 kg·hm-2。平作不覆膜與平作覆黑膜和壟作覆白膜間產(chǎn)量差異不顯著(P＞0.05)。

圖5 栽培方式對板藍(lán)根產(chǎn)量的影響Fig.5 Effect of cultivation methods on yield of Isatisindigotica

2.3 不同栽培方式對板藍(lán)根中(R,S)-告依春含量的影響

從圖6可知, 栽培方式對板藍(lán)根(R,S)-告依春含量的影響明顯。方差分析表明, 各處理間差異顯著,栽培模式和覆膜方式都對板藍(lán)根中告依春含量產(chǎn)生影響。栽培模式和覆膜的F值分別為11.764和256.481,P值均小于0.05, 達(dá)到顯著水平; 同時(shí)栽培模式和覆膜之間的交互作用F=338.765, sig.=0.000, 達(dá)極顯著水平, 說明栽培模式和覆膜方式都對板藍(lán)根的(R,S)-告依春含量影響極大。各處理中, 壟作覆白膜(R,S)-告依春含量最高, 平作覆黑膜和壟作覆黑膜含量次之, 壟作不覆膜含量最低。平作覆白膜和壟作覆黑膜差異不顯著(P＞0.05)。

圖6 不同栽培類型對板藍(lán)根中(R,S)-告依春含量的影響Fig.6 Effect of cultivation methods on content of epigoitrin of Isatis indigotica

3 討論

植物在生長進(jìn)程中, 各器官的發(fā)育符合“慢-快-慢”的“S”型生長曲線。趙亞蘭等[20]提出了黨參[Codonopsis pilosula(Franch.) Nannf.]種子出苗進(jìn)程變化趨勢呈“S”型曲線, 符合 Logistic方程。陳宇航等[21]對不同密度下菘藍(lán)的生長動(dòng)態(tài)研究表明, 菘藍(lán)的各器官生長動(dòng)態(tài)符合“慢-快-慢”的“S”型生長曲線。劉倩倩[4]對菘藍(lán)根長生長趨勢研究也表明, 其根長呈現(xiàn)“S”型趨勢。本研究表明, 菘藍(lán)主根長、根直徑和根干重增長均呈“S”型生長趨勢。在不同栽培方式下, 菘藍(lán)的根系各指標(biāo)都能很好地?cái)M合 Logistic生長曲線, 和前人的研究結(jié)果相一致。生長前期由于田間通風(fēng)透光良好, 菘藍(lán)葉片產(chǎn)生的光合產(chǎn)物大量運(yùn)輸?shù)降叵虏? 促進(jìn)了根部性狀的快速建成; 隨著植株新葉不斷產(chǎn)生, 植株空間逐步縮小, 單株光合能力及植株生長受到抑制, 導(dǎo)致在生長后期主根長、根直徑和根干重增長速率變緩, 至采收前 10 d達(dá)到一生中最大值。通過對各處理的根系各指標(biāo)進(jìn)行模型擬合, 得出根長、根直徑及單株根干重都能很好地?cái)M合Logistic曲線, 都呈現(xiàn)快速生長期、漸增期、緩增期和結(jié)束期 4個(gè)時(shí)期。壟作覆黑膜更有利于主根直徑和根干重的增加, 壟作形成了立體的田間結(jié)構(gòu), 提高了群體的光合能力, 延長了菘藍(lán)地上部分的生長期, 防止早衰, 為后期板藍(lán)根的產(chǎn)量提高提供了更好的田間條件; 覆膜有利于增加地溫, 改善土壤結(jié)構(gòu), 為后期菘藍(lán)根的干物質(zhì)積累創(chuàng)造了有利條件, 為高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

相比較平作栽培模式, 起壟和覆蓋都對作物的生長、產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。有關(guān)起壟和覆蓋對作物生長的影響, 前人作了大量研究。楊長剛等[22]指出, 覆膜能提高產(chǎn)量是建立在高生長量, 高耗水量的基礎(chǔ)上。段義忠等[23]指出, 覆膜能提高土壤含水率。付鑫等[24]提出覆膜能改良土壤結(jié)構(gòu)。Jiang等[25]提出覆膜使作物出苗早、出苗率高、產(chǎn)量高、品質(zhì)好。龐曉攀等[26]提出覆膜能夠改善鹽堿地作物的生長, 利于高產(chǎn)的形成。姜凈衛(wèi)等[27]提出, 地膜覆蓋促進(jìn)了籽粒產(chǎn)量的顯著提高。李小剛等[28]認(rèn)為地膜覆蓋溝壟栽培模式的集水抑制土壤蒸發(fā)效果非常顯著。林雁冰等[29]研究表明, 覆蓋能大幅度增加根區(qū)細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量, 強(qiáng)化小麥(Triticum aestivumL.)根區(qū)根外細(xì)菌和真菌的數(shù)量差異。也有研究表明, 覆膜不利于產(chǎn)量的提高, 范士杰等[30]對馬鈴薯不同栽培方式的研究, 結(jié)果顯示地膜覆蓋栽培馬鈴薯的塊莖產(chǎn)量比對照降低 15.8%。本研究表明, 覆黑膜有利于菘藍(lán)產(chǎn)量的增加, 這和前人的研究結(jié)果相一致。覆黑膜的增產(chǎn)效果最好。這是因?yàn)橐环矫婧谀じ纳屏送寥拉h(huán)境、提高地溫; 另一方面黑膜相比較白膜和不覆膜能夠防止雜草的生長, 降低了土壤養(yǎng)分的消耗, 同等條件下能為菘藍(lán)的生長提供更加有利的生長環(huán)境。

壟作可以為作物生長創(chuàng)造有利的微生態(tài)環(huán)境,促進(jìn)作物的生長。前人研究表明, 壟作具有增產(chǎn)作用[31-32]; 增產(chǎn)的原因一是提高了土壤呼吸作用[33];二是壟作栽培延長了葉片功能期, 促進(jìn)光合產(chǎn)物的積累及向籽粒的轉(zhuǎn)移, 有利于后期籽粒充實(shí), 千粒重顯著高于平作[34]。本研究表明, 壟作有利于菘藍(lán)根部干物質(zhì)的積累, 為高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。整體表現(xiàn)為壟作產(chǎn)量高于平作。在不同栽培方式下, 以壟作覆黑膜產(chǎn)量最高。壟作覆黑膜改善了群體結(jié)構(gòu), 提高了光能利用率, 創(chuàng)造了最佳的生長環(huán)境, 提高了產(chǎn)量。

藥用植物中次生物質(zhì)的積累是一個(gè)非常復(fù)雜的生理代謝過程, 受到植物本身特性、外界環(huán)境條件、不同生長發(fā)育階段等因素的多方面影響[35]。王連喜等[36]認(rèn)為藥材品質(zhì)優(yōu)良的核心評(píng)價(jià)指標(biāo)是能夠客觀表征臨床功效的藥用化學(xué)物質(zhì)組成和量。本研究中,不同栽培方式對板藍(lán)根(R,S)-告依春含量具有顯著影響。壟作覆白膜(R,S)-告依春含量最高, 平作覆黑膜和壟作覆黑膜含量次之, 壟作不覆膜含量最低。栽培模式和覆膜方式二因素綜合分析, 壟作覆白膜栽培有利于(R,S)-告依春積累, 壟作不覆膜效果最差。壟作和覆膜同時(shí)對(R,S)-告依春含量產(chǎn)生影響,一方面壟作有利于地溫的提高, 為根系的生長創(chuàng)造了有利條件; 另一方面, 白膜有利于太陽光的透射,提高了光能利用率, 為(R,S)-告依春的積累提供了有利條件, 因此壟作覆白膜(R,S)-告依春含量最高。但是, (R,S)-告依春的合成是一個(gè)十分復(fù)雜的過程,不同栽培方式對板藍(lán)根(R,S)-告依春合成途徑的影響, 目前尚不清楚, 有待于進(jìn)一步研究。另外, 藥用植物是以提供原料藥材為栽培目的, 藥材檢測成分的多少最終決定藥用價(jià)值的高低, 不能僅以追求產(chǎn)量為目的。段金廒等[37]提出在考慮產(chǎn)量和品質(zhì)的前提下, 按照單位面積有效成分的產(chǎn)量去評(píng)價(jià), 本研究綜合產(chǎn)量和質(zhì)量考慮, 河西地區(qū)壟作覆黑膜栽培菘藍(lán)產(chǎn)量和藥材品質(zhì)均最佳, 壟作不覆膜最差。

4 結(jié)論

菘藍(lán)根系各指標(biāo)隨生育進(jìn)程的動(dòng)態(tài)變化符合Logistic生長模型。各處理間比較, 覆膜的各指標(biāo)理論值大于不覆膜, 快速累積期提前, 持續(xù)時(shí)間較長,壟作覆黑膜的栽培方式下, 根長、根直徑和單株根干重的理論值都明顯高于其他處理, 平作不覆膜和壟作不覆膜的各指標(biāo)理論值最小, 說明覆黑膜和壟作的增產(chǎn)效應(yīng)明顯。不同栽培方式下單位面積板藍(lán)根的產(chǎn)量以壟作覆黑膜最高。不同栽培方式下壟作覆白膜的告依春含量最高。綜合板藍(lán)根產(chǎn)量和告依春含量, 壟作覆黑膜為最佳栽培方式。

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Effect of cropping pattern on agronomic characteristics, yield and quality of radix isatidis*

WANG Enjun1,2, CHEN Yuan1,3**, HAN Duohong2, CAI Ziping1, ZHANG Fenqin2
(1.Gansu Provincial Key Laboratory of Good Agricultural Production for Traditional Chinese Medicines / Gansu Provincial Engineering Research Centre for Medical Plant Cultivation and Breeding / College of Agronomy, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China;2.College of Agriculture and Biology, Hexi University, Zhangye 734000, China; 3.Gansu Engineering Laboratory of Resource Reservation and Utilization for Characteristic Medical Plants / Gansu Cultivated Engineering and Technology Research Center of Standardization and Traceability for Characteristic Chinese Medicine / Gansu Tasly Zhongtian Pharmaceutical Co., Ltd, Dingxi 748100, China)

Radix isatidis (Isatis indigoticaFort.), a biennial cruciferous plant, is an important traditional Chinese medicine plant that is extensively cultivated across China.Its main producing area is in the central region of Hexi Corridor in QilianMountaint.In 2012, Minle County in Ganshu Province was named the “hometown” of radix isatidis in China.However, standardized cultivation technique has been the main problem affecting the yield and quality of radix isatidis.Cropping pattern has been critical for yield and quality of Chinese medicinal plants.In order to explore the best cropping pattern for radix isatidis in irrigated oasis in Hexi Corridor, we designed a two-factor randomized block field experiment.One factor was the cultivation model (consisting of ridge plowing and flat breaking) and the other was film mulching (no film cover, white film cover and black film cover).The experiment included six cropping patterns ― flat breaking without film mulching, flat breaking with white film mulching, flat breaking with black film mulching, ridge plow without film mulching, ridge plow with white film mulching, and ridge plow with black film mulching.The agronomic characteristics of root, yield and content of epigoitrin in radix isatidis under different treatments were determined every month for period from sowing to harvest.Results showed that under different cultivation methods, main root length, root diameter and root dry weight of individual plant tracked S-shaped curve across the growth stages that was best fitted by logarithmic growth equation.The differences in root yield under various cultivation methods were significant.While ridge plow with black film mulching had the highest yield (4 514.45 kg·hm-2),ridge plow with white film mulching had the lowest yield (3 116.378 kg·hm-2).Different treatments had significantly effects on epigoitrin content in radix isatidis.While ridge plow with white film mulching had the highest epigoitrin content (2.61 g·kg-1), ridge plow without film mulching had the lowest epigoitrin content (1.37 g·kg-1).Ridge plow with black film mulching cultivation method should be widely used in radix isatidis cultivation in the irrigated oasis in Hexi Corridor.

Mar.7, 2017; accepted Jun.19, 2017

Isatis indigoticaFort.; Cropping pattern; Logistic model; Agronomic characteristics of roots; Radix isatidis yield;Epigoitrin content

S513

A

1671-3990(2017)11-1661-10

10.13930/j.cnki.cjea.170198

王恩軍, 陳垣, 韓多紅, 蔡子平, 張芬琴.栽培方式對菘藍(lán)農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2017,25(11): 1661-1670

Wang E J, Chen Y, Han D H, Cai Z P, Zhang F Q.Effect of cropping pattern on agronomic characteristics, yield and quality of radix isatidis[J].Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2017, 25(11): 1661-1670

* 甘肅省高等學(xué)?？蒲许?xiàng)目(2015A-0142)、河西學(xué)院青年基金項(xiàng)目(QN201409)、國家中藥標(biāo)準(zhǔn)化研究項(xiàng)目(ZYBZH-Y-GS-11)和甘肅省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(145RJZG191)資助

** 通訊作者: 陳垣, 主要從事藥用植物資源與利用研究。E-mail: cygcx1963@163.com王恩軍, 主要從事藥用植物資源與利用研究。E-mail: wejspring@163.com

2017-03-07 接受日期: 2017-06-19

* This research were supported by the Scientific Research Project of Institutions of Higher Learning in Gansu Province (2015A-0142), the Youth Fund of Hexi University (QN201409), the Research of National Standardization of Traditional Chinese Medicine of China (ZYBZHY-GS-11) and the Natural Science Foundation of Gansu Province (145RJZG191).

** Corresponding author, E-mail: cygcx1963@163.com