羅敏, 譚秋生, 羅川, 徐廣, 鄧才富, 章文偉, 任小強(qiáng)
1.重慶市藥物種植研究所,重慶 南川 408435; 2.重慶金渡中藥材開發(fā)有限公司,重慶 南川 408435
玄參是一味藥用歷史悠久的傳統(tǒng)中藥,最早記載于《神農(nóng)本草經(jīng)》,列為中品.中藥玄參為玄參科植物玄參ScrophularianingpoensisHemsl.的干燥根,具有涼血解毒、滋陰的功效.現(xiàn)代藥理研究還發(fā)現(xiàn),其具有降血糖[1-2]、抗炎[3-4]、保肝[5-6]等作用.玄參作為藥食兩用大宗中藥材,是中藥處方、多種中成藥的重要原料,在保健品方面也極具開發(fā)價(jià)值,具有廣泛的市場(chǎng)前景.玄參產(chǎn)地多、分布廣,而在人工栽培過程中,各地生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)參差不齊,導(dǎo)致其藥材產(chǎn)量與品質(zhì)差異較大.因此,如何保障和提高玄參的產(chǎn)量和品質(zhì),是目前玄參生產(chǎn)中亟待解決的問題.
栽培玄參的產(chǎn)量和質(zhì)量不僅受氣候、土壤等自然因素的影響,施肥也是其規(guī)范化生產(chǎn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié).施肥是增加作物、藥用植物等[7-9]產(chǎn)量的有效措施,且可調(diào)控藥用植物次生代謝產(chǎn)物積累,從而影響活性成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù).“3414”試驗(yàn)設(shè)計(jì)是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的肥料效應(yīng)田間試驗(yàn)方案,近年來已逐步應(yīng)用于藥用植物的生產(chǎn)中,在燈盞花[10]、三七[11]、重樓[12]等栽培中發(fā)揮了較好作用.目前關(guān)于施肥對(duì)玄參的影響研究有采用3因素2次D-飽和最優(yōu)設(shè)計(jì)法,以植株和塊根性狀為指標(biāo)研究最佳配方施肥方案[13]; 氮磷鉀配比與有機(jī)肥的復(fù)合配方肥對(duì)玄參中7種有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響[14]以及5個(gè)氮磷鉀配比處理對(duì)玄參產(chǎn)量的影響[15]等.通過以上報(bào)道雖能發(fā)現(xiàn)施肥對(duì)玄參的部分影響效果,但實(shí)際指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐的作用有限,且缺乏對(duì)玄參氮磷鉀肥交互作用及施肥對(duì)指標(biāo)成分的影響研究.因此,本研究通過“3414”施肥試驗(yàn)方案,探究不同氮磷鉀配比對(duì)玄參指標(biāo)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響,并進(jìn)一步擬合其肥料效應(yīng)函數(shù),以期獲得推薦施肥配方,為本產(chǎn)區(qū)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)玄參規(guī)范化種植提供科學(xué)依據(jù).
試驗(yàn)在重慶市南川區(qū)大有鎮(zhèn)玄參種植基地進(jìn)行.海拔945 m,供試土壤為黃壤土,屬田塊,前茬為油菜、玉米,肥力中等.土壤基本理化性質(zhì): 有機(jī)質(zhì)2.07%,pH值6.91,速效氮102.54 mg/kg,有效磷21.06 mg/kg,速效鉀101.40 mg/kg.
試驗(yàn)設(shè)計(jì): 基于前期的研究結(jié)果,采用“3414”施肥方案,設(shè)氮、磷、鉀3個(gè)因素,每因素4個(gè)水平,共14個(gè)處理,每處理3次重復(fù),隨機(jī)區(qū)組排列.試驗(yàn)方案及氮磷鉀施肥量見表1.
表1 玄參氮、磷、鉀肥“3414”試驗(yàn)設(shè)計(jì)
肥料種類及質(zhì)量分?jǐn)?shù): 氮肥為尿素,總氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)N總氮≥46.2%; 磷肥為過磷酸鈣,有效磷(P2O5)質(zhì)量分?jǐn)?shù)NP2O5≥12.0%; 鉀肥為硫酸鉀,K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)NK2O≥52.0%.每小區(qū)肥料按表1配比混合后,為保障施肥的均勻性而采用窩施的方法分別于齊苗時(shí)期、苗高30 cm時(shí)做追肥施入.
供試種苗: 選用質(zhì)地優(yōu)良的玄參子芽作為種苗,經(jīng)重慶市藥物種植研究所鄧才富研究員鑒定為玄參ScrophularianingpoensisHemsl.每小區(qū)9 m2,按株行距40 cm×40 cm挖穴栽種,每穴放1個(gè)子芽.小區(qū)間開排水溝,試驗(yàn)田管理同大田.
浸出物測(cè)定參照《中國(guó)藥典》 2020年4部通則2201項(xiàng)下的熱浸法; 玄參質(zhì)量測(cè)定以哈巴苷與哈巴俄苷總量計(jì),測(cè)定方法參照0512項(xiàng)下的高效液相色譜法.
運(yùn)用Excel 2007辦公軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析,應(yīng)用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析、多重比較及隸屬函數(shù)計(jì)算.
隸屬函數(shù)公式
U(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)
(1)
反隸屬函數(shù)公式
U(Xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)
(2)
式中,U(Xi)為隸屬函數(shù)值,Xi為玄參某個(gè)測(cè)定指標(biāo),Xmax,Xmin分別為該指標(biāo)的最大值和最小值.若某一指標(biāo)與施肥為負(fù)相關(guān),則采用反隸屬函數(shù),即式(2)計(jì)算.各隸屬函數(shù)值在[0,1],最后將各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值進(jìn)行平均,得到平均隸屬函數(shù)值.
肥效反應(yīng)的數(shù)學(xué)模式采用二次多項(xiàng)式,即
y=b0+b1x1+b2x2+b3x3+b4x1x2+b5x2x3+b6x1x3+b7x12+b8x22+b9x32
式中,x1,x2,x3分別為N,P,K肥施用量,bi(i=1,2,…,9)為回歸系數(shù),y為玄參水熱浸出物、哈巴苷和哈巴俄苷總量.
本試驗(yàn)各處理玄參的水熱浸出物高于60.0%,哈巴苷與哈巴俄苷的總量高于0.45%,均滿足《中國(guó)藥典》指標(biāo)要求.玄參指標(biāo)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的方差分析結(jié)果見表2.從表2中可知,哈巴苷、哈巴俄苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)在各施肥處理間的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,而二者總量與水熱浸出物部分達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.
表2 氮磷鉀配方施肥對(duì)玄參指標(biāo)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響
水熱浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)以T9最高,T7最低,T9,T14與T7之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05),其余處理間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.哈巴苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)以T2最高,T3最低; 哈巴俄苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)以T14最高,T11最低.哈巴苷與哈巴俄苷總量則以T9最高,T3最低,T9,T14與T3,T6,T12之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05),T3與T2,T9,T14之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05),其余處理間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.
2.2.1 指標(biāo)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)模型的建立
根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,求得在重慶南川基地玄參的N,P,K肥肥效反應(yīng)方程分別為
方差分析結(jié)果顯示,式(1)中F=4.193>F0.05=0.090; 式(2)中F=2.065>F0.05=0.253,說明以上肥效方程與實(shí)際情況擬合性較好,反映了玄參水熱浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、哈巴苷和哈巴俄苷總量與氮、磷、鉀3因子的相關(guān)關(guān)系,對(duì)玄參的合理施肥具有一定的指導(dǎo)意義.由主效應(yīng)系數(shù)得出N,P,K肥對(duì)玄參水熱浸出物、哈巴苷和哈巴俄苷總量的影響由大到小分別為P>K>N,N>P>K.
2.2.2 單因素肥料對(duì)指標(biāo)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響
選用處理T2,T3,T6,T11求得在P2K2為基礎(chǔ)的氮肥效應(yīng)方程為
(3)
(4)
選用處理T4,T5,T6,T7求得在N2K2為基礎(chǔ)的磷肥效應(yīng)方程為
(5)
(6)
選用處理T6,T8,T9,T10求得在N2P2為基礎(chǔ)的鉀肥效應(yīng)方程為
(7)
(8)
根據(jù)式(3),(5),(7)可以看出,N,P,K肥對(duì)玄參水熱浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響曲線是一條開口向下的拋物線,說明在一定范圍內(nèi),隨著N,P,K肥施用量的增加,玄參水熱浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,但過量施用則會(huì)呈下降趨勢(shì),因此,可以找出促進(jìn)玄參水熱浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加的肥料施用量.
根據(jù)式(4),(6),(8)可以看出,N,K肥對(duì)玄參哈巴苷與哈巴俄苷總量的影響呈負(fù)效應(yīng); 在一定范圍內(nèi),隨P肥施用量的增加,玄參哈巴苷與哈巴俄苷總量增加,但過量施用P肥,則會(huì)呈下降趨勢(shì).
2.2.3 兩兩交互效應(yīng)分析
選用處理T2-T7,T11,T12求得在K2為基礎(chǔ)的氮、磷肥效應(yīng)方程為
(9)
(10)
選用處理T4-T10,T14求得在N2為基礎(chǔ)的磷、鉀肥效應(yīng)方程為
(11)
(12)
選用處理T2,T3,T6,T8-T11,T13求得在P2為基礎(chǔ)的氮、鉀肥效應(yīng)方程為
(13)
(14)
根據(jù)式(9),(11),(13)可以看出,N,P交互,P,K交互,N,K交互作用的系數(shù)均為負(fù)值,說明在本試驗(yàn)條件下,N,P,K肥兩兩交互對(duì)玄參水熱浸出物表現(xiàn)為拮抗的負(fù)交互作用.根據(jù)式(10),(12),(14)可知,N,P交互,P,K交互對(duì)哈巴苷與哈巴俄苷總量表現(xiàn)為協(xié)同的正交互作用,N,K交互表現(xiàn)為拮抗的負(fù)交互作用.
對(duì)玄參各指標(biāo)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行隸屬函數(shù)分析,可以綜合評(píng)價(jià)不同施肥組合下的玄參質(zhì)量.
從表3可知,本試驗(yàn)中,玄參的指標(biāo)成分隸屬函數(shù)均值由大到小依次為T9=T14>T5>T2>T4>T10>T1>T7=T8>T12=T13>T11>T6=T3.不施肥處理T1排在中間位置,說明氮磷鉀配方比例對(duì)玄參質(zhì)量的影響較大,存在較為明顯的濃度效應(yīng),適宜的氮磷鉀配方施肥對(duì)玄參質(zhì)量提升有促進(jìn)作用.根據(jù)隸屬函數(shù)值排列靠前的施肥處理來看,氮肥中等施肥水平配比低/中等磷肥、低鉀肥對(duì)玄參指標(biāo)成分積累具有積極作用,此評(píng)價(jià)體系中以T9(N2P2K1),T14(N2P1K1)效果最佳.
表3 氮磷鉀配方施肥的玄參指標(biāo)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)隸屬函數(shù)分析
肥料是保障作物產(chǎn)量與品質(zhì)的重要因素,合理施肥是中藥材規(guī)范化栽培中的重要農(nóng)藝措施[10],不僅能促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育,提高藥材產(chǎn)量,亦能改善藥材品質(zhì),對(duì)中藥材質(zhì)量保障及其土壤環(huán)境的保護(hù)均具有重要意義[16-17].已有研究表明,適量的氮磷鉀配施能提高天麻、枸杞、旋覆花等藥材的產(chǎn)量和藥用成分[18-21].本試驗(yàn)結(jié)果表明,氮磷鉀配施對(duì)藥材浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的積累具有一定的影響,與其他中藥材品種的文獻(xiàn)報(bào)道[22-24]結(jié)果相似.通過氮磷鉀3因素的肥料配比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),氮磷鉀肥對(duì)玄參指標(biāo)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)出不同的影響作用,對(duì)水熱浸出物的影響由大到小為P>K>N; 隨N,P,K肥施用量的增加呈先上升后下降趨勢(shì),并且兩兩交互表現(xiàn)為拮抗作用.而對(duì)哈巴苷和哈巴俄苷總量的影響由大到小為N>P>K,適量P肥具有促進(jìn)作用,兩兩交互N和P,P和K表現(xiàn)為協(xié)同作用,N和K表現(xiàn)為拮抗作用.由此更凸顯了施肥配比對(duì)玄參質(zhì)量影響的重要性,因而必須尋求適地、適宜的玄參氮磷鉀配方施肥比例.
綜合本試驗(yàn)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),不同肥料配比中,N2P2K1,N2P1K1中低等配比的玄參水熱浸出物、哈巴苷與哈巴俄苷的總量最高,表明玄參并非耐高肥力的藥用植物,這與施肥對(duì)玄參產(chǎn)量的影響結(jié)果類似[13],玄參對(duì)N,K肥的耐受力較差,隨二者施用量的增加,玄參產(chǎn)量均降低; 以中、低等配方肥為最優(yōu)配方[14].而另有研究表明,在施足氮、鉀肥的基礎(chǔ)上增施磷肥對(duì)玄參有較好的增產(chǎn)效果[15].本研究與前人研究結(jié)果存在差異,這可能是因?yàn)椋?①玄參質(zhì)量與栽培地土壤類型及當(dāng)?shù)貧夂驐l件等相關(guān),導(dǎo)致不同地區(qū)的研究結(jié)果不同; ②與施肥水平、配比、肥料種類及施肥方式有關(guān).本試驗(yàn)為保障施肥效果而采用窩施的方式,保證重復(fù)小區(qū)每窩的肥料配比與施用量; ③N,P,K不同肥料肥效的發(fā)揮受環(huán)境條件的影響很大,如土壤肥力狀況、氣候條件等均相關(guān).針對(duì)不同區(qū)域土壤理化指標(biāo)、氣候條件以及玄參需肥規(guī)律進(jìn)行長(zhǎng)期定位試驗(yàn),找出適宜當(dāng)?shù)貤l件的最佳施肥配比、施肥量、施肥時(shí)期與施肥方式.玄參的有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、植物營(yíng)養(yǎng)、供試土壤養(yǎng)分肥力與N,P,K肥之間的關(guān)系極為復(fù)雜,有待進(jìn)一步深入探討.
通過研究,得出以下結(jié)論:
①N,P,K肥對(duì)玄參指標(biāo)成分具有不同的影響作用,對(duì)水熱浸出物和哈巴苷、哈巴俄苷二者總量的影響由大到小分別表現(xiàn)為P>K>N,N>P>K.
②在一定范圍內(nèi),隨著N,P,K肥施用量的增加,玄參水熱浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,但過量施用則呈下降趨勢(shì).N,K肥對(duì)玄參哈巴苷與哈巴俄苷總量的影響呈負(fù)效應(yīng),在一定范圍內(nèi)隨P肥施用量的增加而增加,過量施用則下降.
③N,P,K肥兩兩交互對(duì)玄參水熱浸出物表現(xiàn)為拮抗的負(fù)交互作用,N和P,P和K對(duì)哈巴苷與哈巴俄苷總量表現(xiàn)為協(xié)同的正交互作用,N和K為拮抗的負(fù)交互作用.
④在本試驗(yàn)范圍內(nèi),14種不同N,P,K肥配比處理對(duì)玄參指標(biāo)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響中,以N2P2K1,N2P1K1中、低等配比的綜合效果最佳.