移栽密度对红芪生长发育及药材产量和质量的影响

赵锐明，孙连虎，，郭凤霞，3*，陈垣，田生华

（1.甘肃农业大学甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室 甘肃农业大学生命科学技术学院，甘肃 兰州730070；2.甘肃农业大学农学院中草药栽培与鉴定实验室，甘肃 兰州730070；3.陇西中天药业有限责任公司，甘肃 定西748100；4.陇南市武都区中药材技术服务中心，甘肃 陇南746000）

红芪（radix hedysari）为豆科植物多序岩黄芪（Hedysarum polybotrys）的干燥根。春、秋二季采挖，除去须根和根头，晒干。具有补气升阳，固表止汗，利水消肿，生津养血，行滞通痹，脱毒排脓，敛疮生肌之功效。用于气虚乏力，食少便溏，中气下陷，久泻脱肛，便血崩漏，表虚自汗，气虚水肿，内热消渴，血虚萎黄，半身不遂，痹痛麻木，痹疽难溃，久溃不敛等症状［1］。红芪与黄芪（Astragalus radix）同科异属，临床常与黄芪通用，其主要成分为红芪多糖［2］。《中华人民共和国药典》1985年版已将红芪和黄芪分开，单列为一种药材［2］，2010年版规定红芪药材水分含量不得过10%；总灰分不得过6%；浸出物含量不得少于25%［1］。红芪为甘肃陇南四大名贵地道药材之一，主要分布在甘肃武都、宕昌、舟曲、岷县、西和、临潭、礼县、漳县、武山等地，渭源和陇西也有零星种植。武都以米仓山、安化镇栽培面积最大，近几年发展尤为迅速，2011年“武都红芪”获国家农产品地理标志登记产品保护［3］，药材品主要销往日本、韩国、东南亚等地，并形成以武都为中心的红芪药材交易市场。

红芪主要以种子播种育苗移栽栽培为主，移栽密度是人工栽培的关键。适宜密度可提高产量，确保药材质量。张文斌等［4］研究表明，适当增加种植密度可以提高玉米（Zea mays）在全膜双垄沟栽培中的产量。王婷和柴守玺［5］研究发现不同播种密度对冬小麦（Triticum aesvitum）籽粒灌浆速率和单位面积籽粒产量均具有显著影响。有人［6-7］初步研究得出，陇西县首阳镇红芪定植的适宜行株距为25 cm×25 cm。然而，目前甘肃武都红芪主产区种苗移栽栽培基本靠传统经验，大田移栽时药农以头尾相连的移栽密度为标准，导致生长期密度过大或过稀，土地光照资源没有充分合理利用，红芪产量和质量均达不到一定标准，至今尚未见对该区红芪移栽密度相关研究的报道。因此，探寻地道产区红芪适宜移栽密度具有重要意义，可为红芪GAP基地建设和规范化栽培提供科学依据和参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概况

移栽试验用苗栽选用甘肃省甘谷县一年生种苗，移栽时淘汰病残弱苗，选生长发育基本一致的苗栽作为移栽苗。不同密度移栽试验设在陇南市武都区米仓山林里村，平均海拔2209 m，黄绵土，土壤全氮含量为0.83 g／kg，速效氮为87.19 mg／kg；全磷为0.0441 g／kg，速效磷为2.89 mg／kg；全钾为19.12 g／kg，速效钾为132.63 mg／kg。前茬作物为马铃薯（Solanum tuberosum）。

1.2 移栽密度试验设计及方法

移栽密度试验采用单因素试验方案，行距30 cm，株距因素设10，15，20，25和30 cm等5个水平，以株距30 cm为对照，随机区组设计，3次重复，按试验田坡度走向划分为3个区组，同一区组内坡度基本一致，每区组内随机排列5个密度处理，全试验共15个小区，小区面积15 m2（3 m×5 m），每小区移栽9行，小区间距30 cm。各处理小区用苗量分别为450，297，225，180和153株，折合密度分别为33.3，22.2，16.7，13.3和11.1万株／hm2。区组间距和四周走道宽均为30 cm，试验区占地面积272.16 m2（16.8 m×16.2 m）。

试验于2012年3月24日移栽，返青后4月30日在各试验小区选取生长基本一致的植株挂牌标记，每小区左侧4行作为破坏性采样行，行中标记株用来定期测定红芪地下生长发育动态，其余5行为小区计产行，行中标记株用来定期定株测定地上部分生长发育动态。从5月22日开始，每隔30 d每小区计产行定株测定5株标记株的株高、分枝数、叶宽、叶长、茎粗、最长分枝长等生长发育指标，每处理共测定15株。从6月2日开始，每隔30 d定期在各处理重复小区破坏性采样行随机挖取3株标记株立即测定地上、地下部分生物量，每处理共测定9株，最后计算平均单株生物量，直到药材采挖收获为止。待地上部分全部枯萎后收获药材，收获时按各处理重复小区分别全部挖取，立即称取小区鲜生物量和小区药材鲜产量，并完整挖取标记株测定植株性状后，进一步测定药材根浸出物、水分、总灰分含量等质量指标。田间管理同大田一致，每月定期人工除草，雨后及时浅松土。

试验于4月8日陆续返青出苗，5月2日除草1次，6月2日按照当地大田栽培各试验小区统一打顶10～15 cm，使主茎高度控制在30 cm左右，以促进地下部分的生长发育。地上、地下部分干重为自然风干重。浸出物、水分、总灰分含量测定参照2010版《中华人民共和国药典》附录［1］。

总灰分测定用箱式电阻炉（KSY-6D-16，北京科伟永兴仪器有限公司）；浸出物测定用循环水式多用真空泵（SHB-Ⅲ，郑州长城科工贸有限公司）、超级恒温水浴锅（荣华牌HH-601，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司）、电热恒温鼓风干燥箱（GZX-GF101-4BS-Ⅱ型，上海跃进医疗器有限公司）和调温型电热套（MH-250型，北京科伟永兴仪器有限公司）。样品称重采用1／10000电子天平（AL104型，梅特勒－托利多仪器上海有限公司）。

1.3 统计分析

应用SPSS 11.5进行单因素方差分析，采用Duncan法进行多重比较［8］。应用Microsoft Excel 2003绘图。

2 结果与分析

2.1 不同移栽密度对红芪返青率的影响

红芪种苗经冬藏后于3月24日移栽，4月8日陆续返青出苗，4月22日返青率接近50%，至5月2日各处理重复小区均完成返青。由表1看出，移栽密度对红芪移栽返青成活株具有极显著影响（F＝58.681，P＜0.01），对移栽后返青成活率具有显著影响（F＝3.727，P＜0.05），适宜密度条件下返青成活率较高。行距30 cm条件下，随移栽密度的加大，小区返青成活率提高，当移栽密度为25 cm（移栽密度13.3万株／hm2）时返青率最高，较移栽密度株距10，15和20 cm 条件下红芪的返青率分别提高17.3%（P＜0.05），13.8%（P＜0.05）和15.5%（P＜0.05），但随着移栽密度进一步增大到30 cm时，返青率有下降趋势，较株距25 cm条件下返青成活率下降13.7%（P＜0.05）。不同移栽密度条件下返青率从高到低依次为株距25 cm（13.3万株／hm2）＞株距30 cm（11.1万株／hm2）＞株距15.0 cm（22.2万株／hm2）＞株距20 cm（16.7万株／hm2）＞株距10 cm（33.3万株／hm2）。

2.2 不同移栽密度对红芪生长发育变化动态的影响

2.2.1 不同移栽密度对红芪植株生长发育的影响 从图1可知，当行距为30 cm，打顶（6月2日）前不同移栽密度对红芪主茎高度均具有一定影响，随株距减小，即移栽密度的增大，主茎高度增大，而茎粗减少，但差异性均未达到显著水平（P＞0.05）。6月2日打顶后，不同移栽密度条件下，主茎茎粗均极显著增加（P＜0.001），增加程度从大到小依次为株距30 cm（F＝37.049）＞25 cm（F＝22.898）＞20 cm（F＝16.161）＞15 cm（F＝14.041）＞10 cm（F＝9.020）。

打顶前不同移栽密度条件下，分枝数和分枝长度的变化差异性不显著，6月2日打顶后不同移栽密度条件下分枝数和分枝长出现显著差异，高密度条件下分枝数增多，分枝显著增长（P＜0.05）（图2）。

表1 不同移栽密度对红芪移栽成活率的影响Table 1 Effect of different transplant density on survived rate of radix hedysari seedlings

图1 不同移栽密度条件下红芪植株主茎高度和茎粗的变化Fig.1 Changes of branch height and width of radix hedysari plants under different transplant density

图2 不同移栽密度条件下红芪植株分枝的动态变化Fig.2 Dynamci changes of branch of radix hedysari plant under different transplant density

2.2.2 不同移栽密度对红芪植株生物产量的影响 破坏性取样测定结果（图3）显示，当行距为30 cm，打顶前不同移栽密度对红芪单株生物量具有一定影响，但影响程度不大。6月2日打顶后移栽密度对单株生物量的影响程度随着发育进程的递进逐渐增大。在整个生长期间，红芪单株地上部分茎叶生物量呈抛物线变化趋势，生长前中期，随生长发育时间的延长，单株茎叶鲜重和干重均显著提高，至7月2日左右除株距25 cm密度处理外，其余各处理茎叶鲜重均达到最大值，但各处理茎叶干重均延迟到8月2日左右达到最大值。此后随着生长发育时间的持续，单株生物产量开始出现极显著下降趋势（P＜0.001），株距25和20 cm条件下单株茎叶生物量下降幅度较小，与对照30 cm株距相比较，至秋末药材采收前其单株茎叶鲜重分别提高20.0%和21.3%，茎叶干重分别提高25.2%和19.3%，其余株距处理茎叶生物量均低于对照（图3）。单根生物量测定结果（图3）显示，随着生长发育进程的递进，不同移栽密度条件下，单株根产量均呈持续上升趋势（P＜0.001），移栽密度对单根产量的影响程度也逐渐增大，与茎叶生物量基本一致。10月初期，在株距10～30 cm范围内，随着移栽密度的减小（株距增大），单根生物量逐渐增大，当株距为25 cm时，单根生物量最大，当株距增大到30 cm（对照）时，单根生物量开始下降，较株距25 cm单根鲜、干重分别下降14.3%和24.1%，不同移栽密度条件下，药材单根产量从高到低依次为株距25 cm＞30 cm＞20 cm＞15 cm＞10 cm（图3）。

根茎叶比值计算结果（图3）显示，随着生长发育的递进，不同移栽密度条件下红芪根茎叶比均呈先减小后增大的变化趋势，但至采收前各移栽密度条件下根茎叶鲜重比值和根茎叶干重比值均未达到显著水平（F＝0.112，P＞0.0，5；F＝0.040，P＞0.05）。

图3 不同移栽密度条件下生长期内红芪单株生物量及根茎叶比的变化Fig.3 Changes of biomass and the ratio of root to the above of radix hedysari plant during growth stage under different transplant density

2.3 不同移栽密度对红芪药材根个体质量指标的影响

苗栽定植时移栽密度直接决定着田间移栽密度的大小。药材采挖后测定结果（表2）显示，在行距一定（30 cm）条件下，随移栽密度的增大，红芪药材单根长度极显著增大（P＜0.01），根产量显著提高（P＜0.05），侧根数却呈下降趋势，株距10 cm条件下红芪药材根侧根数最多，较其他株距条件下药材根侧根数显著增加（P＜0.05），药材根侧根数从多到少依次为株距10 cm＞20 cm＞30 cm＞25 cm＞15 cm。表2还显示，红芪药材采收后以25 cm株距（13.3万株／hm2）和30 cm株距（11.1万株／hm2）商品性较优异，药材根粗壮（根大），单根较长，药材商品等级高，市售均为最高价。移栽密度小于25 cm条件下红芪药材个体质量指标较差，药材根小，药材商品质量等级和市售价低，说明适宜移栽密度条件下红芪个体质量较优异。

表2 不同移栽密度对红芪植株个体质量指标的影响Table 2 Effect of of different transplant density on individual quality of radix hedysari plants

2.4 不同移栽密度对红芪群体生长发育的影响

秋末（2012年11月3日）药材采收后各重复小区计产结果（图4）表明，随着移栽密度的减小（密度加大），红芪药材根产量和地上部茎叶产量均极显著提高（P＜0.01），即群体产量极显著提高，其中，株距10，15 cm（折合密度33.3和22.1万株／hm2）条件下红芪产量最高和次高，两者间差异性不显著，而株距20，25和30 cm（折合密度16.7，13.3和11.1万株／hm2）条件下红芪产量间尽管差异性均未达到显著水平，但株距25 cm条件下红芪较传统株距30 cm药材鲜产量提高14.8%，干药材产量提高22.1%，根茎比最高，说明高密度移栽条件下有利于红芪群体产量的提高，适宜密度有利于提高根茎比。

2.5 不同移栽密度对红芪药材品质的影响

表3显示，在行距30 cm条件下，移栽密度的不同对红芪药材内在品质具有一定影响，但影响程度未达到显著水平（P＞0.05），总灰分含量相对稳定，说明红芪药材品质受移栽密度的影响最小。从变化趋势看出，适宜株距25 cm（折合密度13.3万株／hm2）条件下，红芪药材根含水量和总灰分均较低，浸出物含量较高。

3 讨论与结论

图4 不同移栽密度对红芪植株群体生长发育的影响Fig.4 Effect of different transplant density on population growth and development of radix hedysari plants

表3 不同移栽密度对红芪药材品质的影响Table 3 Effect of different transplant density on the quality of radix hedysari medical roots

对于移栽栽培作物而言，移栽密度是一个复杂的问题，提高密度可加大单位面积上的株数，提高群体产量，但密度过大会引起徒长，造成田间遮阴，使植物光合利用率下降，严重影响个体质量的表现。钟声等［9］研究了不同播种量对多花黑麦草（Lolium multiflorum）和光叶紫花苕（Vicia villosa）生长和干物质产量的影响。结果表明，多花黑麦草的适宜播种量为22.5 kg／hm2，光叶紫花苕为45 kg／hm2，低于此播种量时，饲草产量将受到显著影响，高于此播种量时产量差异不显著。宁粳1号机插稻移栽密度处理在各时期水稻（Oryza sativa）的干物质积累比例差异基本不大［10］。烤烟（Nicotiana tabacum）杂交种KRK26在凉山州引进种植，株行距配置为120 cm×60 cm可形成良好的生长群体［11］。甘肃礼县掌叶大黄（Rheum palmatum）密度 为19048株／hm2左右（行距70 cm，株距为75 cm）移栽，产量和经济效益达到最高［12］。白三叶（Trifolium repens）生长发育最适宜移栽密度为49株／m2［13］。詹杰等［14］研究揭示，在不同留株密度10～50株／m2范围内，圆叶决明（Chamaecrista rotundifolia）产草量和粗蛋白产量随着种植密度的增加，均呈先增加而后减少的趋势，非气孔因素的限制作用是不同密度条件下圆叶决明净光合速率变化的主要原因，其丰产栽培的最佳留株密度为30株／m2。目前，红芪生产主要以育苗移栽栽培为主，第1年播种育苗，第2年移栽大田生产药材，育苗移栽密度和控制结籽是红芪优质丰产的关键技术。生产中传统移栽密度为行距30 cm，株距30 cm，移栽返青后生长40 d左右，为了抑制地上部分生长，一般打顶剪除15 cm茎稍，促进地下药材根的生长发育。王义存等［15］对甘肃陇南市红芪栽培现状调查表明，陇南红芪因产地不同栽培技术有很大差异。武都区米仓山一带采用育苗移栽方式，一般第1年育苗，第2年移栽并在落叶后采挖，芪根短而粗壮，有分叉，增产效果显著；宕昌将台一带采用种子直播方式栽培，一般需3年才能采挖，芪根较长无分枝，因此红芪在宕昌又叫独根。有人［6-7］在甘肃陇西县首阳镇对红芪栽培密度研究表明，在行距25 cm，株距10～30 cm条件下，随着定植密度的增大（株距的减小），株高降低，主根长缩短，主茎分枝数减小，在行距为25 cm条件下，最适宜株距为25 cm（15万株／hm2）。在红芪生产中，根茎和根长已作为其药材等级分级的感官依据［3］。本研究结果表明，在甘肃陇南武都区，行距为30 cm条件下，不同移栽密度对红芪生长发育和药材根个体质量和群体产量指标均具有显著影响。高密度移栽条件下红芪群体质量优异，生物产量较高，但个体质量指标较差。行距为30 cm，株距25和30 cm条件下红芪药材个体质量均优异，当株距为10～20 cm条件下群体生物产量较高，但药材个体质量较差。适宜移栽密度还有利于提高红芪移栽返青成活率，节约单位面积用苗量，降低栽培成本，可能原因是由于移栽密度过大，植株相互遮阴，田间透气性差造成株间生长竞争和烂根导致死亡，这可从本研究中高密度条件下分枝数增多，分枝显著增长的结果得到解释；而移栽密度过小，地面蒸发量大，植株易遭受干旱胁迫，地下害虫危害集中也可影响成苗率。

另外，中药材中灰分含量、水分含量和浸出物含量是中药材质量的重要因素之一，也是中药材流通过程中特别关注的问题，对这些成分的测定已作为控制药材内在质量的一种手段。中药材灰分含量可分为“总灰分”和“酸不溶性灰分”［1］。总灰分含量高说明药材含杂质多；水分含量高，药材贮藏过程中容易霉变或干制需要时间较长；浸出物是红芪药材有效成分含量的综合指标。从红芪水溶性浸出物中提取的一种硫酸盐杂多糖类物质（HPS4-2A）具有较强的自由基清除能力，可作为天然抗氧化剂［16］。红芪和黄芪在临床中均可用于免疫疾病的治疗，为了验证其疗效，Song等［17］对小鼠免疫功能进行检测，发现红芪与黄芪根均可通过提高总的B细胞比例并激活B细胞起到B细胞生长因子的作用，但红芪的效应更加明显。由于红芪与黄芪含有相似的化学成分，在煎熬汤药中也普遍作为黄芪的替代品。Zhang等［18］分别采用化学和生物学方法系统比较了煎熬汤药中红芪和黄芪的可替代性，结果发现，含有黄芪的当归（Angelica sinensis）补血汤和含有红芪的当归补血汤其生物化学特性差异性较大，前者含有较高的活性成分和雌激素效应，并推荐黄芪作当归补血汤可获得最佳疗效，保障安全性。可见红芪替代黄芪入药时还需根据配伍合理进行。本研究结果表明，移栽密度对红芪药材内在品质的影响虽未达到显著水平，但适宜株行距25 cm×30 cm（折合密度13.3万株／hm2）条件下，红芪药材根含水量和总灰分含量均较低，浸出物含量较高，这可能是在适宜密度条件下，生长后期红芪植株茎叶向药材根转化效率较高造成的，因为在株行距25 cm×30 cm条件下红芪根茎比最大。

综合考虑群体产量与药材个体质量指标，红芪移栽栽培的最佳移栽密度为行距30 cm，株距以25 cm为宜，即甘肃陇南武都区农田生态环境条件下，红芪最佳移栽密度为13.3万株／hm2（株行距25 cm×30 cm），该移栽密度条件下红芪移栽成活率最高，植株生长发育健壮，根茎比最大，主茎较粗，药材个体质量指标最佳，侧根少，主根长，根粗壮，药材根大，质量优异，较传统移栽株行距30 cm×30 cm药材鲜产量提高14.8%，干药材产量提高22.1%。

致谢：陇西中天药业有限责任公司、甘肃陇原中天物流有限责任公司、甘肃省武都区中药材中心和武都区林里村委会提供试验基地和合作。甘肃农业大学09级农学院本科生王军、刘希全、张万世和生命科学技术学院本科生张萌、杨斌、裴元武参与部分试验，在此一并致谢。