化肥减量施用对三七生长及药用成分的影响

霍跃文，杨 雁,，石亚娜，许宗亮，魏富刚，陈中坚，王家金 ，刘 莉*，郑 毅

(1.云南农业大学 资源与环境学院，云南 昆明 650201；2.云南省农业科学院 药用植物研究所，云南 昆明 650205；3.文山苗乡三七科技有限公司，云南 文山 663000；4.云南省教育厅，云南 昆明 650223)

【研究意义】三七[Panaxnotoginseng(BurK.)F.H.Chen]为五加科人参属植物，有止血、散瘀、定痛的功效，是中国名贵的中药材[1-2]，具有巨大的药用及经济价值[3]。三七为中国独有品种，云南和广西三七种植面积已逾2.0万hm2，年产量近2800万kg[4-5]。由于云南文山具有低纬度高海拔的气候条件，有利于三七干物质和有效成分的积累，形成了文山三七产量高、品质好的特点，是公认的道地产区。但近年来为追求高产以适应市场需求，化肥大量滥用不仅导致种植成本提高，而且造成土壤结构破坏、肥力下降，严重制约三七规模化生产，使得种植区由云南文山扩展至周边区域[6]。随着土地资源不断紧张，三七规模化、产业化发展成为亟待解决的问题。【前人研究进展】前人对于三七养分的研究主要集中在需肥期方面，如崔秀明等[7]对不同年限三七植株氮、磷、钾养分吸收规律的研究，表明一年生三七在8月初和10月初有2个吸肥高峰，二年生三七以开花期(8月)和结果期(10月)需肥最多，每形成 100 kg干物质需氮(N)1.85 kg、磷(P2O5)0.51 kg和钾(K2O)2.28 kg，这表明三七养分需求较低，应注意平衡施肥[8]。韦美丽[9]等对3年生三七养分需求规律的研究认为三七是喜肥作物，吸肥高峰为6和11月。【本研究切入点】面对当前化肥、农药价格飞涨，生产成本不断攀升，“提质增效、绿色兴农”的需求不断增加，而减量施肥技术便成为重要手段也是实现国家化肥零增长的主要途径[10]。目前在粮食果蔬种植方面应用较多，中药材栽培方面则鲜有研究。【拟解决的关键问题】将减量施肥技术科学运用到三七种植中，是其节肥增效的重要手段。

1 材料与方法

1.1 试验点基本情况

试验于2017年1-10月在昆明市石林县苗乡圭山3年生三七种植基地(103°38′E，24°44′N，海拔高度2 130 m)进行。石林县与三七道地产区文山州仅隔一县，同属亚热带气候，平均海拔1560 m；平均气温15.6 ℃；全年无霜期280 d；年均降水量950 mm。相较于海拔略低的文山州，气候凉爽，雨期分布更均匀。全县由于小平坝居多，日照时间充足，植物致病因素大大减少，反而适宜三七的种植。同时苗乡三七公司具有规范化的日常管理模式，可以保证三七在试验期间健康的生长，以确保试验结果的合理性与科学性。

1.2 供试材料

种植基地供试已经生长了2年的三七，用三年生三七表示。

1.3 试验设计

试验共设置5个施肥水平，基肥为2625 kg·hm-2生物有机肥，150 kg·hm-2油枯。统一追肥，共追施4次肥料，即常规施肥、减量10 %施化肥、减量20 %施化肥、减量30 %施化肥、不施用化肥，分别以CR、C1、C2、C3、CK表示(表1)。3次重复，完全随机区组排列。单个试验小区面积为11.4 m2，共15个小区，总试验面积为171 m2。

表1 3年生三七不同处理追肥量

1.4 检测指标与方法

在每月追肥时采集土壤与植株样品。土样测试项目包括 pH、有机质、碱解氮、速效磷和速效钾，第二次土壤普查土壤养分含量分级标准见表2[11]。pH 测定采用土∶水=1∶2.5 pH计法，土壤pH值分级标准见表3；有机质含量测定采用铬酸还原滴定外热法；碱解氮含量测定采用碱解扩散法；速效磷含量测定采用0.5 mol·L-1碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法；速效钾含量测定采用 1.0 mol·L-1NH4OAc浸提-火焰光度法[12]。

表2 第二次土壤普查土壤养分含量分级表

表3 土壤pH值分级标准

植株样的指标包括：三七各追肥时期株高、茎粗、叶长、叶宽、地上部和地下部生物量，三七产量和皂苷含量。在每个小区中随机连续选取5株三七，标记作为调查对象，进行农艺性状的测定。使用卷尺或游标卡尺测量。

皂苷的测定：采用HPLC法检测[13]，取0.5 g过100目筛的三七粉至锥形瓶中，加100 mL甲醇，摇匀，超声(100W，50k Hz)处理30 min，将此粗提液用旋转蒸发仪浓缩至10 mL，0.45 μm有机滤膜过滤后，取5 μl注入HPLC仪，柱温为25 ℃，色谱柱为Waters SymmetryC18 柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)，流动相为乙腈-水，梯度洗脱，流速：1.5 mL·min-1，检测波长：203 nm[14]。

1.5 统计方法

试验数据采用Microsoft Excel 2010和SPSS 20.0统计软件处理。

2 结果与分析

2.1 三年生三七种植基地土壤养分特征

由表4可知，试验地15个土样pH值在5.35～5.91，根据第二次土壤普查土壤养分含量(表2)及土壤pH值分级标准(表3)，pH值处于酸性至弱酸性状态；有机质含量最高值为22.16 g·kg-1，最低值为21.77 g·kg-1，处于中等水平；土壤碱解氮的平均含量为223.58 mg·kg-1，标准差为16.22，处于极丰富水平；土壤速效磷含量的平均值为64.54 mg·kg-1，属于极丰富水平，变异系数较大，变化差异大，分布不均匀。土壤速效钾含量的平均值为323.67 mg·kg-1，变异系数为5.47 %，属于极丰富水平，可以满足喜钾作物三七的需求。

表4 3年生三七基地主要肥力指标基本特征

三年生三七种植由于没有移栽，长期施肥导致土壤pH值降低，存在土壤酸化问题。但对于有机质及N、P、K速效养分含量随着第2年种植期间不断的追肥，使其含量增加，并且均处于丰富至极丰富水平，保证了三七第3年生长发育所需要的养分。

2.2 减量施肥对土壤养分的影响

从不同时期各处理在三年生三七生长的土壤pH值的变化趋势看，处理CK的pH值均最高，这与没有施用化肥有关，减缓pH值降低，其他处理pH值略高于处理CR，但各处理变化趋势一致，均随时间的推进pH值降低。土壤有机质变化较小，各速效养分含量变化趋势与处理CR一致，在不同追肥时期处理CR与不同减量水平虽存在差异，但变化较小(图1～5)。

图1 不同时期土壤pH值Fig.1 Soil pH value at different growth stages

图2 不同时期土壤有机质Fig.2 Soil organic matter at different growth stages

图3 不同时期土壤碱解氮含量Fig.3 Soil available N at different growth stages

图4 不同时期土壤速效磷含量Fig.4 Soil rapidly available P at different growth stages

图5 不同时期土壤速效钾含量Fig.5 Soil rapidly available K at different growth stages

2.3 减量施肥对三七生长的影响

从表5可见，各处理的三七株高、茎粗、叶长及叶宽均随时间的推进而增加。如前2个月追肥增幅较小，后2个月追肥增幅就较大。在生长前中期，处理C2要优于其余处理的长势。而在7月29日追肥时各处理间均差异显著，说明不同减量施肥水平可以直接影响三年生三七株高的增长；在整个追肥期内茎粗增长平稳，但在生长后期处理C1的茎粗增长速度明显提升，并显著高于处理CR和处理CK；叶长与叶宽类似，处理C2对于前2个月追肥，有明显提升，后2个月增速降低。处理C1在整个追肥期内的叶长、叶宽持续增加，同时也显著处理CR及处理CK。因此，处理C1更适合整个生育期的生长。

表5 不同减量施肥水平对三年生三七生长的影响

续表5 Continued table 5

2.4 减量施肥对三七地上部和地下部生物量积累的动态影响

从表6可以看出，三年生三七地上部生物量以5月29日至6月29日追肥时增长幅度较大。在7月29日追肥时处理C1达到最大值为5.53 g，显著高于处理CK和处理CR，同时相较于处理CK、处理CR分别增加12.40 %、8.01 %。总体而言，不同减量施肥水平三七生物量的积累还是略高于不施肥及常规施肥处理的，而处理C1、处理C2较适宜三年生三七地上部生物量的积累。

表6 不同减量施肥水平对三年生三七生物量的影响

三年生三七各个处理地下部生物量增加幅度波动较大，与地上部生物量变化一致，前2个月追肥处理C2高于其余处理，后2个月追肥处理C1高于其他处理，并在7月29日追肥时达到最大值27.00 g，显著高于其他各处理，相比处理CK、处理CR的地下部生物量分别增加4.90 %、2.47 %。因此对于整个时期而言，处理C1有利于地下部生物量的增加。

2.5 减量施肥对三七产量的影响

从表7可见，处理C1产量，比处理CK、C2、C3、CR分别增产5.20 %、1.11 %、2.54 %、1.95 %，虽然处理C1、处理C2、和处理CR之间差异不显著，但化肥减量施用不但没有减产反而还可以增加三七产量，说明施肥不足或过多均会影响三七产量。各减量处理增产效果相比处理CK有显著提升，说明适宜的减量施肥可以提高产量，因此，处理C1更适宜三年生三七的生长。

表7 不同减量施肥水平对三年生三七产量的影响

2.6 减量施肥对三七皂苷含量的影响

三七主要以地下部分(根部)入药，其主要成分为达玛烷型四环三萜皂苷，其中以三七皂苷R1、人参皂苷Rg1、Rb1的含量最高，均具有一定的药理活性[15-16]。主要皂苷成分的含量是三七主要药理活性成分和品质指标。

从图6可见，各处理对三年生三七皂苷R1含量的影响，处理C1要高于其他处理，从处理CR到处理C1、C2、C3、CK，皂苷R1含量随追肥量的减少先增加，在减量10 %时达到顶峰再逐渐降低，处理C1、处理C2显著高于处理CK和处理CR。说明处理C1和处理C2较适宜皂苷R1含量的积累。

同一指标各处理不同字母表示处理间差异达5 %显著水平For the same index, different letters mean the significant difference among the treatments at the 5 % level

人参皂苷Rg1含量的影响表明，处理C1要高于其他处理，同样从处理CR到处理C1、C2、C3、CK，皂苷Rg1含量随追肥量的减少先增加，在处理C1时开始降低，处理C1、C2、C3均与CR、CK差异显著，因此减量施肥处理均较有利于皂苷Rg1含量的积累。

人参皂苷Rb1含量，处理C1要高于其他处理，处理C1、C2均显著高于处理CK，因此处理C1与处理C2均有利于三七皂苷Rb1含量的积累。

在不同减量施肥下三年生三七总皂苷含量呈C1>C2>C3>CR>CK的变化趋势，同时处理C1、处理C2显著高于处理CR和处理CK，说明施用化肥可以增加三年生三七皂苷含量，但过量与不足均会减少皂苷含量，适宜的化肥用量才可以保证三年生三七皂苷含量的稳定增长。处理C1总皂苷含量10.71 %，分别比处理CK、处理CR增加13.82 %、6.46 %，说明减量施肥不仅没有降低三七皂苷含量，反而更有利于皂苷含量的积累，综上所述，处理C1、处理C2最有利于三年生三七总皂苷含量的积累。

3 讨 论

药用植物和其他农作物一样在栽培中需要施入适量的肥料才能保证有良好的收成，科学施肥是药用植物获得高产优质产品的一个重要保证[17]。化肥减量施用对三年生三七土壤养分含量变化差异较小，不会导致三七发育不良。目前农户施肥过量，未被作物吸收，造成资源浪费并加重环境污染[18]。

植株干物质的积累速率通常大于养分吸收速率，使得养分在植株体内的含量随生育期推进呈不同变化趋势，但三年生三七养分累积量总体上呈增加趋势，该结果与韦美丽等研究结果一致[19]。

从产量来看，三年生三七减量施肥不但没有减少产量，反而处理C1对比常规施肥增产1.95 %，盲目、粗放的施肥造成了大量资源的浪费与严重的环境污染，也导致三七的产量与品质的下降，了解三七的需肥规律，对种植三七地进行测土配方施肥已迫在眉睫[20]。三年生三七C1处理总皂苷含量对比常规处理增加6.46 %，处理C1总皂苷含量最高，这与Song等人研究三年生三七低氮条件下总皂苷含量最高以及适当控制氮、钾的施用量能够提高产量相一致[21]。由于大部分皂苷成分均从三七根中获取，施肥量的多少会影响三七根营养的积累，从而影响皂苷含量的积累，三年生三七需肥量大，地下部生长旺盛，减量过多会减少皂苷含量的积累。

4 结 论

三年生三七茎叶的生长在4月下旬至8月上旬增长最旺盛，同时也是需肥的高峰期，三七叶片处于生长的关键期也是叶片最脆弱、最敏感的时期，如遇到不良的环境条件和不当的田间管理，会造成三七叶片展开受阻甚至局部坏死，最终影响三七的产量[22]。减量施肥试验结果表明，减量施肥不但没有影响植株的生长反而增加量要显著高于常规处理，证明目前三七施肥结构不合理，肥料利用率低，资源浪费严重，亟需优化施肥达到减肥增效的目标。而处理C1各项指标的增加量最优，因此，施肥量过多或不足均会影响三七的生长，在栽培过程中推荐处理C1进行追肥。