贵州省喀斯特温凉气候区半夏产量构成及配方施肥的研究

郭欣慰 江艳华 李艾莲

(中国医学科学院 药用植物研究所，北京 100193)

半夏(Pinelliaternata)为天南星科半夏属多年生草本植物，药用部位为其干燥块茎，收载于《中华人民共和国药典》(2015版)(以下简称《药典(2015版)》)，主要有效成分为琥珀酸(C4H6O4)和麻黄碱等生物碱类，具有镇咳、化痰、镇吐、调节胃肠、平衡心律等功效[1]。半夏块茎采收后可通过不同炮制方法形成不同疗效，其中法半夏、姜半夏、清半夏3 种炮制品收录于《药典(2015版)》，均为中国常用中药材[1]。

半夏野生资源分布广泛，但长期采挖野生种导致病害逐年加重、资源枯竭。因此自20世纪70年代末，中国各地陆续开展半夏人工栽培工作。在栽培管理中，半夏地上部分的生长情况和水肥管理对产量均有重要影响。半夏叶片数量较少，一年生为单叶，二年生以上为三出复叶，植株间株型、叶型的不同会造成较大的光合效率差异、进而影响产量[2]。此外，半夏属于浅根、喜肥植物，需肥量较高；并具有明显杂草性，当环境不适宜生长时，地上部分会枯黄、倒伏，即为倒苗，环境适宜时又可出苗生长。半夏每年一般有3 次出苗和倒苗现象，3 次出苗时间大致为3月下旬至4月上旬、6月上、中旬、9月上、中旬；3 次倒苗时间大致为3月下旬至6月上旬、8月下旬和11月下旬。日常、特别是几次出苗期间的水肥管理是稳产、增产的关键[3]。

中国半夏人工栽培主产区为甘肃省、贵州省、湖北省和山西省等地。其中赫章县是贵州省最大的半夏人工栽培产区[4]，因地处喀斯特温凉气候区，生态环境特异，所产半夏粒圆、个大、粉足、色白，是国内外公认的优质半夏产区[5-6]。虽然半夏肥效研究已覆盖各产区[7-12]，但半夏产量构成的研究主要集中在种茎规格(直径)、播种期和种植密度上[13-14]，对主要农艺性状的系统研究尚少，尚缺乏针对赫章产区半夏高产选育、施肥方案的整体研究与指导，影响了该产区优质半夏的扩大生产。

本研究团队前期在赫章产区建立了以类原球茎诱导、再生为关键技术的半夏工厂化育苗技术体系，大幅提高了半夏无性繁殖系数[15]。在此基础上，本研究拟在赫章地区通过产量构成分析探究半夏高产选种方向，并以此为参考体系，在“3414”测土配方施肥方案中筛选最有利于半夏产量和品质形成的施肥配方，以期为赫章半夏产区的优质高产和科学施肥、提高效益、降低污染提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料由重庆九方源药材发展有限公司提供，经中国医学科学院药用植物研究所李艾莲研究员鉴定为天南星科半夏属半夏(P.ternate(Thunb.)Breit.)。供试氮肥为尿素(中国石油宁夏石化公司，总氮≥46.4%)，磷肥为粒状过磷酸钙(云南安宁连然磷化工厂，有效磷P2O5≥16.0%)，钾肥(国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司，K2O≥51.0%)。琥珀酸、氢氧化钠和盐酸为分析纯(北京化工厂)。盐酸麻黄碱(公司，纯度≥98%)、甲醇(赛默飞公司，纯度≥99.9%)和无水乙醇(赛默飞公司，纯度≥99.9%)为色谱纯，C18色谱柱(默克公司，250 mm×4.6 mm，5 μm)。

试验地位于贵州省大方县羊场镇隆公村(N27.10°，E105.67°)，海拔1 400 m，地力均匀，前茬油菜，土质为沙壤土，基础肥力中等偏上，底施：厩肥2 000 kg/667 m2，氮肥(纯N)5 kg/667 m2，磷肥(P2O5)10 kg/667 m2，钾肥(K2O)12 kg/667 m2，在做床前均匀施入。在出苗后和第一次倒苗后分别追施尿素，每次用量均为5 kg/667 m2。

用于分析施肥配比的试验田土壤养分情况为：pH 6.5，有机质1.13%、速效氮135 mg/kg、速效磷13 mg/kg、速效钾128 mg/kg，全氮0.15%，全磷0.081%，全钾1.76%。

1.2 试验方法

1.2.1产量构成测定

取直径约1.0 cm、百粒重为63.0 g的半夏块茎，于3月下旬用50%多菌灵800倍液浸泡0.5 h，稍加晾干。双行交叉点播，行距25 cm，株距4 cm，播种后覆土5～8 cm。在幼苗未封行前及时除草、拔除密生苗和病弱苗。随机取样21 株进行考种：在半夏第一次出苗期调查株高、主叶长、主叶宽和叶柄粗度；当年第一次倒苗前采收珠芽，测定珠芽着生位置(珠芽着生处与块茎的距离)和珠芽直径；当年8月中旬收获，测定块茎直径、根数、最长根长和单株产量。

1.2.2施肥配比测定

试材、播种方案和田间管理同1.2.1。试验处理方案包含氮、磷和钾3 个因素，4 个水平，共14 个处理。其中0水平指不施肥，2水平指最佳施肥量的近似值(根据农户施肥现状，确定2水平施肥量为：氮肥15 kg/667 m2，磷肥10 kg/667 m2，钾肥12 kg/667 m2)，1水平为2水平的50%，3水平为2水平的150%，具体请见表1。全部的磷肥和钾肥做底肥春播时施入，氮肥作追肥，于第一次珠芽形成期和第二次倒苗后分别追施60%和40%。

表1 施肥试验处理Table 1 Fertilization test treatments kg/667 m2

试验设4 次重复，每个重复包含14 个小区，株行距、种植管理同产量构成试验。小区面积30 m2(畦长25 m，畦宽1.2 m，畦高0.3 m)，行距25 cm开沟，沟宽0.5 m，离坡地3 m范围内设置保护行。于第一次出苗期每个小区随机取样21 株，调查出苗率及产量构成分析得出的高产相关指标；当年第一次倒苗后测定倒苗率；当年8月中旬收获后调查块茎数、块茎个数和产量，并测定琥珀酸和麻黄碱含量。

1.2.3琥珀酸和麻黄碱的测定

当年8月中上旬收获后去皮洗净，60 ℃烘干后研磨过80 目筛，称取5 g粉末，以0.36 mg/mL琥珀酸溶液为对照，采用电位滴定法测定琥珀酸含量，样品制备和测定方法参照张慧慧等[16]。同样称取 5 g 过筛粉末，以14 μg/mL盐酸麻黄碱为对照，采用超高相液相色谱法测定麻黄碱含量，样品制备和测定方法参照许卫峰等[17]。

1.3 统计分析

采用SPSS13.0和EXCEL软件对以上数据进行相关性分析和通径分析。

2 结果与分析

2.1 半夏主要农艺性状的相关性分析

在半夏主要农艺性状相关性分析中，选择了地上部分株高、珠芽着生位置、珠芽直径、主叶长和主叶宽等5 个性状，地下药用部位块茎的直径、根数、最长根长和单株产量(块茎重量)等4 个性状。分析结果如表2所示：块茎直径是众多关联中的核心因素；其次为地下部分的根数、地上部分的株高和叶柄粗度等性状(表2)。块茎直径(r=0.948)、株高(r=0.810)和根数(r=0.792)是与半夏产量显著相关性最高的3 个性状，这三者之间的相关性也较高(块茎直径与株高r=0.816、块茎直径与根数r=0.857)。块茎直径还与叶柄粗度显著相关；叶柄粗度与主叶长度达到所有相关性分析的最高值0.949，与珠芽着生位置的相关性为0.834。以上结果表明除了最直接的块茎直径、重量，半夏高产还与株高和叶柄粗度相关。

2.2 半夏主要农艺性状与单株产量的通径分析

为进一步明确各性状对产量的直接和间接作用，本研究进行了半夏主要农艺性状与单株产量的通径分析。分析结果如表3所示：与相关性分析相符，对块茎产量直接作用最显著的因素为块茎直径和主叶长：正作用最大的因素为块茎直径(1.301)，其中叶柄粗度在所有因素中对块茎直径正向贡献最大(0.139)；负作用最大的为主叶长(-0.628)，主叶长对其他所有性状均为负作用，其中对叶柄粗度造成的负作用最大(-0.634)。相关性分析中与产量相关的另2 个主要因素叶柄粗度与株高：叶柄粗度对产量的正向直接作用为0.19；株高为0.135。株高和叶柄粗度的间接作用构成中，最大正作用均来自块茎直径(1.044，1.122)，最大负作用均来自主叶长(-0.493，-0.634)。上述结果进一步细化了半夏块茎高产的筛选标准，即：块茎直径较大，主叶长度较短，叶柄较粗和株高较高。

2.3 不同施肥处理对半夏主要农艺性状的影响

根据产量构成分析结果，调查各施肥处理的块茎直径(重量)、主叶长度、株高、出苗率、倒苗率、产量和有效成分含量等指标，筛选最有利于产量和质量形成的施肥配方。本试验中，半夏第一次倒苗发生在6月下旬。

调查结果如表4和表5所示：“3414”测土配方施肥处理2、3、6、11显示，氮肥抑制半夏株高、叶面积的生长，并导致产量和块茎单重的降低，与之前通径分析的结果吻合；氮肥对药效成分的积累影响不大。处理12、13、14的结果也相似：在氮磷钾3 者的比例关系中，当氮肥较高时，半夏倒苗率较高，产量和有效成分含量均较低，仅出苗率和块茎单重较高。上述结果表明氮肥对半夏地上和地下部分的生长抑制作用较大，且该抑制作用无法被磷、钾肥平衡，因此也导致对照(处理1)因去除了氮肥的影响而各项指标显著优于大部分处理组合。

表5 不同施肥处理对半夏产量和有效成分的影响Table 5 Effects of fertilizer on yield and effective components of Pinellia ternate

处理6、9、8、10和处理4、5、6、7显示，在15 kg/667 m2的氮肥水平下，磷肥和钾肥的增加依然表现为抑制产量和块茎单重的积累，当氮肥水平降至7.5 kg/667 m2的水平时，磷肥表现出降低半夏倒苗率和促产的优势；钾肥则在促产上表现得更为显著。上述2 组处理还显示，当氮肥和磷肥水平相同时，钾肥水平的提高可促进琥珀酸的积累；当氮肥和钾肥水平相同时，磷肥水平的提高对琥珀酸积累也有促进作用。不同处理下麻黄碱含量变化的规律性不明显，但整体而言，12 kg/667 m2的钾肥水平最有利于琥珀酸和麻黄碱的积累(各处理的含量由高到低依次为处理6、12、7、2)。综合各处理的各指标表现，筛选出处理N0P2K2为最有利于半夏产量和品质形成的施肥配方。

3 讨 论

3.1 半夏产量构成分析

裴国平等对甘肃产区半夏产量构成研究显示，当通过调整播种密度使半夏达到高产区间时，≥1.5 cm的中大或特大块茎占比最高[14]。本研究对贵州产区半夏产量构成分析进一步表明，对于优质产区，因块茎质地坚实，半夏块茎直径对产量的正贡献值最高，块茎直径大即可表示块茎单产高。因此对于各半夏种植基地，中大块茎的产出比例与整体高产密切相关。根据上述结论，本研究在后续肥效试验中即选择了更便捷的块茎测重来表示各处理间块茎直径的相对关系。

温海霞等[2]对不同叶型半夏的叶面积和块茎鲜重的研究显示，桃叶型和竹叶型半夏的块茎鲜产显著高于柳叶型和芍药叶型，尽管后两者的叶面积更大，表明桃叶型和竹叶型的光合能力更强。本研究所用试材为桃叶半夏，通径分析进一步显示：受主叶长度负作用最显著的性状为叶柄粗度；叶柄粗度与主叶长度又共同对株高产生影响。综上，对于桃叶半夏，叶型上主叶长度较短、叶柄较粗及株高较高均与高产显著相关，可作为实际生产中育苗初期快速筛选优良单株的表型依据。

关于珠芽对半夏产量构成的影响目前各研究观点不一。珠芽着生于半夏叶柄内侧，倒苗后珠芽落地可形成新的块茎并再生成苗，是半夏无性繁殖的重要方式之一。裴国平等[14]认为，半夏各性状指标中以珠芽总重对产量影响最大，珠芽总重比率是提高栽培产量的关键；潘世民等[13]则提出相比母茎分生繁殖和珠芽繁殖，块茎产量是构成半夏产量的首要因素。本研究显示，贵州产区半夏珠芽直径和着生位置等性状指标对产量的直接贡献值均较低，珠芽对产量的影响可能与不同产区或种质有关。

3.2 贵州省喀斯特温凉气候区半夏施肥策略

半夏肥效与产量的相关研究中，以最佳磷肥的施用量最为统一，各产区的结果均在10～15 kg/667 m2[7-12]；但各产区氮肥和钾肥的最佳施用量差异较大，其中关于氮肥的讨论最多：一部分研究支持重施氮肥有利于半夏生长[7,10];另一部分研究则认为高浓度氮肥会导致半夏减产，应控制氮肥施用量在较低水平[18-19]。本研究“3414”测土配方施肥试验显示，氮肥对产量和倒苗率等指标具有极显著负影响，与后者观点一致。

土壤性状特征对半夏生长发育有着重要作用[20]。为探明上述问题，本研究对半夏肥效相关文献列出的试验地土壤情况做了整理和对比，结果显示：1)各产区土壤的速效磷含量为7.0～40.9 mg/kg，但全磷含量均为0.1%左右[5,7-12]，与最佳磷肥施用量接近的结果吻合；2)贵州产区和其他产区在土壤氮含量上具有显著差异。贵州产区土壤的速效氮含量为128.0～154.2 mg/kg，全氮含量为0.11%～0.19%[5,12,18,20-21]，建议氮肥施用量≤10 kg/667 m2；其他产区除四川省外，土壤的速效氮含量均<100 mg/kg，全氮含量均<0.1%[7-10]，显著低于贵州产区，建议氮肥施用量在20 kg/667 m2左右。而支持半夏重施氮肥的研究均为贵州省外产区，建议控制氮肥用量的研究则主要为贵州省内产区，与土壤测定结果吻合；3)各产区土壤钾含量差异也较大，但高钾含量不具有显著地域性，例如甘肃和贵州产区的土壤全钾含量均>1.6%[7,12]，低钾含量(<0.5%)则主要集中在云南产区[10-11]。上述分析进一步表明，半夏不同产区土壤氮、磷、钾含量差异较大，半夏作为浅根、喜肥植物，对肥料配比和施用量十分敏感，制定施肥方案时应着重考虑当地土壤情况。

贵州省赫章县拥有20 多年半夏人工栽培历史，其土壤的高氮水平可能与喀斯特温凉气候区的特殊生态环境或长期人工种植半夏有关[18]。本研究根据半夏产量构成分析得出的高产相关指标、结合出苗率、倒苗率和有效成分等指标，从14 个施肥方案中筛选出最佳施肥处理(N0P2K2)，氮肥不施加，磷肥水平(10 kg/667 m2)和钾肥水平(12 kg/667 m2)与已报道的最有利于半夏生物碱积累的施肥用量相近[9-10]，不同施肥处理对半夏琥珀酸含量影响的研究目前尚少。结合本研究及已有研究，建议贵州省喀斯特温凉气候区的半夏产区严格控制氮肥。

综上所述，本研究表明，贵州省喀斯特产区半夏产量构成主要由块茎直径、主叶长度、株高和叶柄粗度组成；同时该产区的配方施肥应着重考虑当地土壤氮磷钾含量、严格控制氮肥水平在0～10 kg/667 m2、磷、钾肥水平适中以确保优质高产。