氮磷钾及有机肥不同配施方案对荞麦种子类黄酮含量的影响

2015-12-18徐松鹤任琴曹兴明党学锋

湖北农业科学 2015年22期

徐松鹤　任琴　曹兴明　党学锋

摘要：采用四因素五水平二次正交旋转组合设计，建立氮肥、磷肥、钾肥和有机肥对荞麦（Fagopyrum esculentum Moench.）种子类黄酮含量的二次回归方程。分析得出，各種肥料作用效果排序为：P2O5>N>K2O>有机肥；通过方案寻优得出，N、P2O5、K2O和有机肥的最适配比为8∶1∶4∶1 054。最适施肥量为：N 36.19～39.22 kg/667m2、P2O5 4.77～5.03 kg/667 m2、K2O 16.72～18.34 kg/667 m2、有机肥5 030～5 509 kg/667 m2。

关键词：二次正交旋转组合设计；施肥；荞麦（Fagopyrum esculentum Moench.）；类黄酮

中图分类号：S517 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）22-5556-04

Abstract： Used four factors and five levels quadratic orthogonal rotation design， build N， P2O5， K2O and organic fertilizer on buckwheat（Fagopyrum esculentum Moench.） flavonoids content quadratic regression equation. Analysis obtained the strength of the four fertilizer effect： P2O5>N>K2O>organic fertilizer； N，P2O5，K2O and organic fertilizer optimum ratio of 8∶1∶4∶1 054. The optimum amount of fertilizer： N 36.19～39.22 kg/667 m2， P2O5 4.77～5.03 kg/667 m2， K2O 16.72～18.34 kg/667 m2， organic fertilizer 5 030～5 509 kg/667 m2.

Key words：quadratic orthogonal rotation design；fertilization；buckwheat（Fagopyrum esculentum Moench.）；flavonoids

荞麦（Fagopyrum esculentum Moench.）属蓼科（Poly gonaceae）荞麦属（Fagopyrum mill），是双子叶禾谷类作物[1]。荞麦子粒中富含丰富的生物类黄酮物质，具有降“三高”、防癌、提高免疫力等重要功效[2]，因此荞麦也被做成各种美食走上百姓餐桌[3]。目前，学者们对荞麦中类黄酮的研究多集中于提取方法的改进[4，5]和荞麦植株不同部位含量测定[6]等。关于施肥对荞麦种子中类黄酮含量影响已有一些报道，如臧小云[7]研究表明过量的氮肥降低了荞麦叶片中黄酮的含量，邢凤丽[8]认为有机肥的增施能够提高荞麦子粒中类黄酮含量，而高冬丽[9]的研究显示，施肥对提高荞麦类黄酮含量无显著影响。可见施肥对荞麦种子类黄酮含量的影响尚缺乏系统研究。

乌兰察布市地处内蒙古高原，平均海拔1 152～1 321 m，无霜期较短，因此生育期较短的荞麦成为了当地的特色农业经济作物[10]。虽然乌兰察布地区种植荞麦的历史较长，但是多数种植均以粗放式管理为主。本试验采用二次正交旋转组合设计，利用氮、磷、钾及有机肥4种养分配施探求多种肥料综合作用对荞麦种子中类黄酮含量的影响，旨在为乌兰察布市荞麦的优质生产奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验选用的是乌兰察布地区常用的栽培品种西农9920，由内蒙古农业科学院供种。试验肥料为尿素、磷酸二胺、硫酸钾，及腐熟的羊粪作为有机肥。

1.2 试验方法

本次试验采用四因素五水平二次正交旋转组合设计，分N、P2O5、K2O和有机肥4个因素，分别简写为N、P、K、OF，每个因素各设5个水平，具体取值及其编码值见表1。共栽种36个小区，每小区面积6 m2（2 m×3 m），行距15 cm，株距10 cm。播种前按设计方案量的70%将所有肥料混匀后作为基肥施入，其余30%在现蕾期追施。

本试验于2013年6月15日播种于集宁师范学院园艺实训基地，2013年9月25日收获，生育期全长102 d。

1.3 栽培地土壤养分测试方法及结果

播种前土壤肥料中速效氮用碱解扩散法测定，含量为（135.33±5.78）mg/kg。速效磷用碳酸氢钠法测定，含量为（16.31±3.11）mg/kg。速效钾用乙酸铵提取测定，含量为（179.08±11.08）mg/kg。土壤有机质用重铬酸钾容量法稀释热法测定，含量为（8.00±1.84）mg/kg[11]。测定结果显示土壤较为贫瘠。

1.4 类黄酮含量的测定

1.4.1 芦丁标准曲线的绘制精确称取芦丁标准品0.005 9 g，120 ℃干燥至衡重，置于100 mL容量瓶，加 60%的乙醇溶解并定容至刻度，即得质量分数为0.059 mg/mL 的芦丁标准品溶液。量取芦丁标准溶液 0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL于大试管中，依次加入0.3 mL 50 g/L NaNO2溶液，混匀静置 6 min，再依次加 0.3 mL 100 g/L Al（NO3）3溶液，混匀静置 6 min，然后分别加 4.0 mL 40 g/L NaOH溶液，最后以50%的乙醇定容至15 mL，混匀静置 15 min，以未加芦丁标准品的空白试剂为参比，于 510 nm波长处测定吸光度，以芦丁标准质量浓度X（mg/mL）为横坐标，以吸光度 Y为纵坐标，绘制标准曲线，得方程：Y=5.786 9X-0.009 2，r2=0.991 1。

1.4.2 样品的提取及测定荞麦种子中类黄酮物质以芦丁为主，因此本试验测量芦丁含量推算总黄酮含量。试验提取方法参考潘建刚等[4]、焦钰[5]、王涛等[12]的方法略加修改。称取1 g粉碎烘干至恒重的荞麦粉，加乙醇定容至50 mL，摇匀，60 ℃浸提 3 h后，超声波提取20 min，静置待上层液清澈后，取上清液用722N分光光度计比色测定，根据标曲方程计算出总黄酮含量。本试验共36个处理，每个处理重复3次。

式中，X为样品中总黄酮浓度（mg/mL）；V为样品体积（mL）；W为样品质量（g）。

1.5 数据分析

采用DPS软件对上述结果进行统计，并进行方差分析。

2 试验结果与分析

2.1 试验结果

本试验共栽种36个小区，每个小区的水平编码设计方案及结果见表2。

2.2 回归方程建立及检验

选择荞麦总黄酮类化合物含量Y为目标函数，将36个小区的样品数据用DPS软件分析计算，建立了荞麦总黄酮类化合物含量与四因素X1（N）、X2（P）、X3（K）、X4（OF）的回归方程如下：

Y=2.745+0.080 42X1+0.141 25X2+0.069 58X3+0.051 25X4-0.059 90X12+0.007 60X22-0.048 65X32-0.018 65X42+0.004 38X1X2-0.004 38X1X3-0.009 38X1X4-0.010 63X2X3+0.044 38X2X4-0.029 38X3X4

试验结果经过方差分析（表3）可知，所建方程的回归性极显著（P<0.01），差异有统计学意义，而方程的失拟性不显著（P>0.05），回归方程对试验的拟合性较好，由此可知该方程是合适的。

X1、X2的一次项达到了极显著水平（P<0.01），X3、X12、X32项均达到了显著水平（P<0.05）。其他项的P值均大于0.05，无显著性差异。由于试验设计具有正交性，各个回归系数之间无相关性，因此可直接去掉回归方程中的不显著项重新建立回归方程。剔除不显著项简化后的回歸方程为：Y=2.745+0.080 42X1+0.141 25X2+0.069 58X3-0.059 90X12-0.048 65X32。

2.3 主因素效应分析

要了解各因素与黄酮类化合物含量的直接关系，可通过回归方程中一次项的回归系数绝对值大小分析判断。通过上述的回归方程可知：磷肥效应>氮肥效应>钾肥效应>有机肥效应。这说明磷肥效应影响最大，有机肥效应影响最小。通过显著性分析可看出，磷肥影响达到极显著水平。为进一步分析各因素与黄酮类化合物含量间的变化趋势，通过降维处理，将试验中其他因素固定在零水平条件下，得到黄酮类化合物含量Y与氮肥X1、磷肥X2、钾肥X3及有机肥X4的一元二次回归方程如下：

Y=2.745+0.080 42X1-0.059 90X12

Y=2.745+0.141 25X2+0.007 60X22

Y=2.745+0.069 58X3-0.048 65X32

Y=2.745+0.051 25X4-0.018 65X42

将X1氮肥，X2磷肥，X3钾肥和X4有机肥与黄酮类化合物含量Y的4个函数作图（图1）。

试验中N、P、K、OF各因素除了被研究因素本身外，其他因素都固定在零水平，因此具有可比性。由图1可知，随着磷肥施用量的增加，荞麦类黄酮含量出现正相关，由此可见，磷肥对荞麦类黄酮含量的影响较大。而氮肥和钾肥随着施肥量的增加均出现先增高后降低的抛物线型关系。通过表3的X1、X3的二次项显著性分析可以看出，过量的施用氮肥、钾肥将显著地降低荞麦类黄酮含量，有机肥施肥量的变化对荞麦的类黄酮含量影响不大，未达到显著水平。

2.4 参数寻优

将荞麦类黄酮含量大于2.7%的184个施肥方案各因素的不同水平频率分布制成表4。

在荞麦类黄酮含量大于2.7%的184个施肥方案中，计算出各个因素的加权平均数及标准误，进行参数的最优估算，并换算成实际的施肥量，得出表5。

3 小结与讨论

1）本试验根据乌兰察布市的地域特点，采用四因素五水平二次正交旋转组合设计，建立氮肥、磷肥、钾肥及有机肥对荞麦类黄酮含量的二次回归方程。通过方程分析得出，磷肥效应>氮肥效应>钾肥效应>有机肥效应。

2）合理的配方施肥将会提高作物品质。赵钢等[13]研究发现有机肥和无机肥配施可增加荞麦中类黄酮含量。本研究也证实氮磷钾和有机肥的合理配施可显著增加荞麦类黄酮含量，并得出氮肥、磷肥、钾肥和有机肥的最适配比为8∶1∶4∶1 054。

3）根据回归方程，在荞麦类黄酮含量大于2.7%的184个施肥方案中，进行参数的最优估算，得出的最适施肥量为：氮肥施用量为36.19～39.22 kg/667 m2、磷肥施用量为4.77～5.03 kg/667 m2、钾肥施用量为16.72～18.34 kg/667 m2、有机肥施用量为5 030～5 509 kg/667 m2。向达兵等[14]研究认为氮肥降低了荞麦中类黄酮含量。本试验发现，氮肥在合理施肥范围内可增加类黄酮含量，若过量施用则会降低荞麦类黄酮含量。本试验中磷肥和有机肥对荞麦类黄酮含量的影响仍处于增高阶段，未达到拐点。因此在今后试验中，将对磷肥和有机肥的施肥量做进一步验证。

参考文献：

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[6] 李红宁，王玉珠，张萍，等.六种栽培甜荞麦黄酮类化合物含量的比较[J]. 湖北农业科学，2007，46（5）：831-832.

[7] 臧小云.氮素营养对荞麦生长及黄酮代谢的影响[D].南京：南京农业大学，2006.

[8] 邢凤丽.栽培措施对荞麦结实率及产量和品质的影响[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2012.

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