水肥耦合对河西绿洲板蓝根生理特性及产量影响

张文斌，张 荣，李文德，李翊华，陈修斌

(1.张掖市经济作物技术推广站，甘肃张掖 734000；2.河西学院 农业与生物技术学院，甘肃张掖 734000)

水肥耦合对河西绿洲板蓝根生理特性及产量影响

张文斌1，张 荣1，李文德1，李翊华2，陈修斌2

(1.张掖市经济作物技术推广站，甘肃张掖 734000；2.河西学院 农业与生物技术学院，甘肃张掖 734000)

为获得河西绿洲板蓝根生产的适宜水肥用量，以板蓝根品种‘安徽亳州种’为材料，采用裂区试验设计，研究不同水肥耦合处理(A1B1、A1B2、A1B3、A2B1、A2B2、A2B3、A3B1、A3B2和A3B3)对板蓝根生理特性及产量影响。结果表明：采用田间持水量为75%～90%、肥料水平为N 225 kg/hm2+ P2O5525 kg/hm2+K 150 kg/hm2时的水肥组合处理(A2B1)，其板蓝根的株高、最大叶长、最大叶宽、主根根长、根直径、叶片数等形态指标都显著高于其他处理；同时板蓝根在营养生长的前期、中期、后期，植株的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci) 及蒸腾速率(Tr)也最大，植株保持较强的生理代谢活动，A2B1处理的板蓝根产量最高(209.05 kg/667m2)，不同水肥耦合处理对板蓝根单位面积产量影响大小顺序为A2B1>A2B2>A2B3>A1B1>A1B2>A1B3>A3B1>A3B2>A3B3。

河西绿洲；水肥耦合；板蓝根；生理特性；产量

甘肃民乐县地处河西走廊中部，农区海拔1 589～5 027 m，全年无霜期140 d,境内土地肥沃，日照充足，气候温和，是典型的绿洲农业和培育天然绿色食品的理想之地。近年来，随着农业种植结构的调整，全县大力发展中草药产业，种植中草药已成为农业增效和农民增收的支柱产业。板蓝根(Radixisatidis),学名菘蓝(IsatisindigoticaFort.)为十字花科2 a生草本植物，其根为中药板蓝根，具有清热、解毒、凉血等功能，是中国传统中药[1],该区板蓝根常年种植面积稳定在1.00万～1.67万hm2[2],素有“中国板蓝根之乡”的美称，种植板蓝根可以取得良好的经济效益与生态效益。

为提高板蓝根产量，在生产过程中，田间管理上通过“大肥大水”的投入来实现，这样不合理灌水施肥不仅造成水肥资源的浪费，而且容易导致土壤产生盐渍化，使其产量品质下降、发病率高。近年来，国内学者对板蓝根的研究大多集中在营养元素与重金属对种子萌发特性[3-4]、高产栽培技术[5-6]、配方施肥[7]等方面，而有关水肥耦合对板蓝根生理特性及产量的影响系统报道较少。本试验以‘安徽亳州种’板蓝根为材料，研究不同水肥耦合对河西绿洲板蓝根植株生理特性的影响，旨在为甘肃民乐县板蓝根生产中提高水肥资源利用率及高产优质化栽培提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

于2015年4月至10月在甘肃省张掖市民乐县六坝镇六坝村中药材生产基地内进行试验。供试土壤为灌漠土，有机质质量分数为16.21 g/kg，碱解氮36.27 mg/kg，速效磷7.46 mg/kg，速效钾142.68 mg/kg，pH 7.36，全盐1.13 g/kg，体积质量1.12 g/cm3，总孔隙度42.35%，质地砂壤。

1.2 试验材料与播种

供试的板蓝根品种为‘安徽亳州种’,由民乐县六坝中药材专业合作社提供。于2015-04-25播种前将种子用40～50 ℃温水浸泡4 h左右后捞出用草木灰拌匀，采用宽平畦栽培，畦宽1.2 m，水沟宽0.3 m,，播种行距10 cm，株距10 cm，每穴播2～3粒种子，用种量为2.5 kg/667m2～3.0 kg/667m2保苗数8.0×105株/hm2。

1.3 试验设计与种植

采用裂区设计[8]，水分处理为主区，肥料处理为副区。水分设3个水平，田间持水量为90%～100%(A1)、田间持水量为75%～90%(A2)和田间持水量为50%～75%(A3)；肥料3个水平为理论施肥(B1)：N 225 kg/hm2+ P2O5525 kg/hm2+K 150 kg/hm2，经验施肥(B2)：N 375 kg/hm2+P2O5750 kg/hm2+K 225 kg/hm2和超量施肥(B3)：N 525 kg/hm2+P2O5975 kg/hm2+K 300 kg/hm2，理论施肥量参照侯格平等[9]的方法并结合肥料有效元素含量与利用率确定，经验施肥量是在调查民乐、山丹等5个板篮根生产基地的肥料用量基础上确定，超量施肥参照周德霞等[10]的方法确定。试验共9个处理(表1)，每处理重复3次。小区长6 m，宽1.5 m，面积为9.0 m2。采用膜下滴灌技术定植，不同小区间深埋40 cm地膜。试验中氮肥、磷肥和钾肥分别由尿素{(含氮 46%，经试验得出氮利用率 40%)，计算公式为[11-12]：氮肥的利用率=[(氮磷钾区植株氮吸收量 - 磷钾区植株氮吸收量)/肥料氮用量]×100%}、磷酸二铵(含P2O516%，利用率 30%)]和硫酸钾(含 K2O 50%、利用率 35%)提供，其中在作畦时各处理磷酸二铵一次性施入，氮肥和钾肥按总用量的一半在定植缓苗后混施，一半在叶片旺盛生长期时滴灌施肥。试验中，水分的控制参照韦泽秀等[13]的方法进行。

表1 不同水肥耦合方案Table 1 Model of water and fertilizer coupling

1.4 测定项目及方法

1.4.1 形态指标 于板蓝根生长的后期(8月30日)，各处理随机选取6株，用游标卡尺测定植株的株高、最大叶长、叶宽、主根根长、根直径并统计单株叶片数。

1.4.2 生理指标 在板蓝根地上部分叶片生长前期(6月30日)、中期(7月30日)、后期(8月30日)，每处理随机选取6株，每株选择向阳第3片真叶，用TPS-2便携式光合仪测定净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci) 及蒸腾速率(Tr)等光合指标。

1.4.3 产量 于收获期，各处理随机选取6株，统计单株整株鲜质量、叶鲜质量、根鲜质量、叶干质量和根干质量。

1.5 数据处理

采用Excel 2003对试验数据整理和作图，采用DPS 9.05处理软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 水肥耦合对板蓝根形态指标的影响

由表2可以看出， A2B1处理板蓝根的株高、最大叶长、最大叶宽、主根根长、根直径、叶片数等形态指标都显著高于其他处理。A1B1、A1B2、A1B3处理的形态指标均高于A3B1、A3B2、A3B3，而A2B1、A2B2、A2B3处理又高于以上其他组合；这说明A2B1处理的水肥配比最适宜于板蓝根的植株生长，水肥耦合表现为协同效应[14]，达到 “以水调肥”和 “以肥促水”效果；而其他处理的水肥配比失调，导致植株对养分的吸收发生生理障碍，植株营养不良，生长缓慢，因此，表现为株高、最大叶长、最大叶宽、主根根长等形态指标明显降低的现象。

从表3分析可知，水分对板蓝根株高、最大叶长、最大叶宽和叶片数形成的影响呈极显著水平；肥料对株高、最大叶长、最大叶宽的影响呈现显著水平，而对主根根长和根直径的形成呈现极显著水平；水肥的交互作用对主根根长、根直径和叶片数的生长呈现显著水平和极显著水平。

表2 不同处理板蓝根形态指标(±s)Table 2 Effects of different treatments on Isatis tinctoria L. morphological index

表2 不同处理板蓝根形态指标(±s)Table 2 Effects of different treatments on Isatis tinctoria L. morphological index

处理Treatment株高/cmPlantheight最大叶长/cmMaximumleaflength最大叶宽/cmMaximumleafwidth主根根长/cmRootlength根直径/cmRootdiameter叶片数NumberofleavesA1B122．63±1．54cd22．06±0．87c5．32±0．63ab20．78±1．36c0．76±0．04c12．51±1．08cA1B221．49±1．79d20．18±1．07d6．49±0．31a16．45±1．65d0．63±0．02cd11．37±0．96cdA1B319．58±1．86e19．56±0．91de5．74±0．68ab12．46±1．23e0．52±0．02d9．46±1．45dA2B127．32±2．15a26．85±1．13a6．82±0．84a24．85±1．78a1．43±0．65a17．21±1．65aA2B226．74±1．62ab25．64±0．96ab5．48±1．05ab23．41±1．94ab1．06±0．15b16．62±0．96abA2B324．84±1．17bc24．76±1．31b5．02±0．69ab22．16±1．14bc0．86±0．01b14．72±0．85cA3B118．49±1．98ef18．76±0．78de4．67±0．85b10．26±1．75fg0．42±0．08de8．37±0．36deA3B218．04±1．34ef17．86±0．91e4．32±0．96b9．64±1．63bg0．32±0．06e7．92±0．23eA3B317．54±1．25g16．54±0．85f4．02±0．16b7．58±0．97bh0．28±0．01f7．42±0．83e

注：不同小写字母表示在0.05水平差异显著。下同。

Note: Different lowercase letters show significant difference at 0.05 level.The same as below.

2.2 水肥耦合对板蓝根光合指标的影响

由图1可以看出，不同的处理呈现一定差异，A2B1处理的板蓝根植株在生长前期(6月30日)、中期(7月30日)、后期(8月30日)的Pn最高，分别为8.86 μmol/(m2·s)、17.87 μmol/(m2·s)和12.64 μmol/(m2·s)，显著高于其他处理；同时，还可以看出，在由田间持水量为75%～90%时组成的水肥组合处理A2B1、A2B2和A2B3，均高于在田间持水量为90%～100%和50%～75%组成的其他处理，这说明在所有的处理中， A2B1植株Pn最高，生理代谢水平最旺盛。Tr的变化与Pn变化相似(图2)，以处理A2B1的Tr在板蓝根的营养生长时期最强，这主要是伴随着植株较强的光合作物进行，其植株叶片保持着较强的蒸腾作用。图3、图4显示，不同的水肥配比中，以处理A2B1的Gs和Ci最高，不同的处理对其影响的顺序为A2B1>A2B2>A2B3>A1B1>A1B2>A1B3>A3B1>A3B2>A3B3，这与Pn和Tr的变化相一致，究其原因是处理A2B1的水肥配比最适宜于植株对营养与水分的吸收，板蓝根保持较强的生长势，光合速率增加，水分和CO2单位时间内进出叶片气孔的量也增大。

表3 水、肥及其交互作用对板蓝根形态指标影响的双因素方差分析(F值)Table 3 Water, fertilizer and their interaction on the influence of Isatis tinctoria L. morphological index two-factor variance analysis (F value)

注:*表示在P=0.05水平差异显著，**表示在P=0.01水平差异显著，下同。

Note: The same column * indicates a significant difference at the level ofP=0.05，** significantly different betweenP=0.01 level, the same as below.

从表4可以看出，水分对板蓝根不同时期的Pn和Tr影响除前期对Tr呈显著水平外，其他不同时期都呈现极显著水平；肥料对板蓝根前期的Pn影响不显著外，其他时期均呈现极显著水平，对Tr的影响前期呈现显著水平，而中、后期不显著；水肥的交互作用对板蓝根的Pn和Tr影响除前期不显著外，在中、后期呈现极显著水平，说明水肥耦合表现了强烈的互作效应。

表5显示，水分对板蓝根不同时期的Gs和Ci影响都呈现极显著或显著水平；肥料除对板蓝根前期Gs影响不显著外，对其他不同时期的Gs和Ci都呈现极显著水平和显著水平；水肥的交互作用对板蓝根生长前期、中期的Gs影响达极显著水平，而对Ci其中期影响达到极显著水平，前期和后期的影响不显著。

不同小写字母表示处理间差异达0.05显著水平。

Different lowercase letters indicate significant difference between treatments of 0.05 level.

图1 水肥耦合对板篮根光合速率的影响
Fig.1 Effect of water and fertilizer coupling on photosynthetic rate inIsatistinctoriaL.

图2 水肥耦合对板篮根蒸腾速率的影响Fig.2 Effects of water and fertilizer coupling on Isatis tinctoria L. transpiration rate

图3 水肥耦合对板篮根气孔导度的影响 Fig.3 Effect of water and fertilizer coupling on Isatis tinctoria L. stomatal conductance

图4 水肥耦合对板篮根胞间CO2的影响Fig.4 Effects of water and fertilizer coupling on intercellular CO2 concentration of Isatis tinctoria L.

因素Factor自由度FreedomPn前期Earlystage中期Metaphase末期LateTr前期Earlystage中期Metaphase末期Late水分 Water210．76∗∗28．35∗∗30．26∗∗15．78∗18．52∗∗19．48∗∗肥料 Fertilizer27．1019．47∗∗21．85∗∗12．32∗6．877．96水分×肥料 Water×fertilizer44．768．63∗∗11．24∗∗0．563．68∗∗4．51∗∗

2.3 水肥耦合对板蓝根产量性状的影响

从表6可以看出，不同处理之间的数值变化呈现一定差异，A2B1处理的全株鲜质量、叶鲜质量、根鲜质量、叶干质量、根干质量、根产量等经济性状的数值显著高于其他处理。试验还表明：在田间持水量为90%～100%(A1)时组成的水肥组合处理(A1B1、A1B2、A1B3)的产量均高于在田间持水量为50%～75%(A3)时的其他处理(A3B1、A3B2、A3B3)。说明处理A2B1的水肥配比有利于板蓝根植株生长，促进同化物质的积累，因此形成的经济产量就高，而其他处理的水肥耦合表现没有处理A2B1的明显，各处理对板蓝根单位面积上产量影响的顺序为A2B1>A2B2>A2B3>A1B1>A1B2>A1B3>A3B1>A3B2>A3B3。

水分对板蓝根全株鲜质量、叶鲜质量、根鲜质量、叶干质量、根产量都呈显著和极显著水平(表7)，而对根干质量影响不显著。肥料对板蓝根叶鲜质量、叶干质量、根干质量的影响达显著水平；水肥的交互作用对板蓝根叶干质量、根干质量和根产量影响均达显著和极显著水平，说明水肥表现较强互作效应，成为影响板蓝根产量形成的主导因子。

表5 水分、肥料及其交互作用对板蓝根Gs和Ci影响的双因素方差分析(F值)Table 5 Water, fertilizer and their interaction to influence of Isatis tinctoria L. Gs and Ci, two-factor variance analysis (F value)

表6 水肥耦合对板蓝根产量性状的影响Table 6 Effects of water and fertilizer coupling on yield traits of Isatis tinctoria L.

表7 水分、肥料及其交互作用对板蓝根产量性状影响的双因素方差分析(F值)Table 7 Two-factor variance analysis (F value) of Water, fertilizer and their interactions on influence of Isatis tinctoria L. yield

3 讨论与结论

本试验针对河西绿洲灌漠土板蓝根大田生产中，水肥管理上缺少量化的管理指标，大肥大水的投入导致水肥资源浪费的问题，以不同的水肥用量处理为试验因子，研究不同处理对板蓝根植株形态、光合生理和产量构成性状的影响，结果显示：适宜的水肥用量水平条件下，可促进板蓝根植株生长和光合作用的进行，而在田间持水量过高(90%～100%)或过低(50%～75%)的条件下，其组成的水肥处理(A1B1、A1B2、A1B3、A3B1、A3B2、A3B3)植株均表现生长不良及光合作用较弱，这说明土壤环境在水分过多和过少时产生胁迫条件，影响植株对养分与水分的吸收，造成光合作用的降低，最终影响到产量的形成，这一研究结论与前人关于水肥耦合在燕麦[15]、树莓等[16]方面的研究相吻合。

本研究得到板蓝根在产量最高可达209.05 kg/667m2时的最宜田间持水量和肥料水平组合(A2B1)，采用A2B1的水肥组合处理，板蓝根在株高、最大叶长、最大叶宽、主根根长、根直径、叶片数等形态指标上都明显高于其他处理，分别为27.32 cm、26.85 cm、6.82 cm、24.85 cm、1.43 cm和17.21片；同时，板蓝根在营养生长前期、中期和后期，植株的Pn值也最大，分别为8.86 μmol/(m2·s)、17.87 μmol/(m2·s)和12.64 μmol/(m2·s)，显著高于其他处理，植株保持较强的生理代谢活动。不同水肥耦合处理对板蓝根单位面积产量影响大小顺序为A2B1>A2B2>A2B3>A1B1>A1B2>A1B3>A3B1>A3B2>A3B3。这一研究对本区板蓝根产业发展中充分提高水肥资源的利用率、实现节水节肥及高产栽培提供理论指导。

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(责任编辑：史亚歌 Responsible editor:SHI Yage)

Effect of Yield and Physiological Characteristics onIsatistinctoriaL. under Treatment of Water and Fertilizer Coupling in Hexi Oasis

ZHANG Wenbin1, ZHANG Rong1，LI Wende1，LI Yihua2and CHEN Xiubin2

(1.Zhangye Extension Station for Cash Crops ，Zhangye Gansu 734000 China; 2.College of Agriculture and Biotechnology of Hexi University，Zhangye Gansu 734000, China)

In order to obtain the suitable dosage of sewage sludge from isatidis production in Hexi Oasis.We took isatidis cultivars planted at Bozhou in Anhui as materials, and split plot experiment was designed to study the effect of different the treatments of water and fertilizer coupling (A1B1, A1B2 and A1B3,A2B1 A2B2,A2B3,A3B1,A3B2 and A3B3)on yield and physiological characteristics ofIsatistinctoriain Hexi Oasis.The results showed thatIsatistinctoriaL.morphological indexes of the plant height, maximum leaf length, leaf width, main spikes length, root diameter, leaf number were significantly higher than that of other treatments and plant of net photosynthetic rate (Pn), stomatal conductance (Gs), intercellular CO2concentration (Ci) and transpiration rate (Tr) of isatidis at early, middle and late vegetative growth stages were the biggest under the treatment(A2B1) of 75% ～ 90% of field capacity and fertilizer level of N 225 kg/hm2+P2O5525 kg/hm2+ K 150 kg/hm2.The plants kept the strong physiological metabolic activity.IsatistinctoriaL.yield of 209.05 kg/667 m2was the highest with treatment (A2B1).IsatistinctoriaL.yield order was A2B1 > A2B2 > A2B3 > A1B1 > A1B2 > A1B3 > A3B1 > A3B2 > A3B3 under the different treatments of water and fertilizer coupling.

Hexi Oasis; Water and fertilizer coupling;IsatistinctoriaL.; Physiological characteristics; Yield

ZHANG Wenbin, male, research fellow.Research area:crop cultivation and physiology.E-mail:1783069548@qq.com

2015-11-25

2016-02-25

甘肃省中药材产业科技攻关(GYC14-04)。

张文斌，男，研究员，主要从事农作物栽培与生理的研究。E-mail: 1783069548@qq.com

日期：2016-12-20

S567.9

A

1004-1389(2017)01-0025-07

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20161220.1640.006.html

Received 2015-11-25 Returned 2016-02-25

Foundation item Science and Technology Research Project of Chinese Herbal Medicine Industry in Gansu Province(No.GYC14-04).