栽培密度对通辽牛膝生长生理特性的影响

包金花，李旭新，孙德智，贾俊英，沈祥军，杨恒山

（1内蒙古民族大学农学院，内蒙古通辽 028043；2通辽市科尔沁区农业技术推广中心，内蒙古通辽 028000）

0 引言

牛膝(Achyranthes bidentateBlume.)是传统常用大宗中药材，有着悠久的药用历史和广泛的分布与栽培。近几年，通辽市大力发展蒙中药材产业，药材种植面积逐年增加，种类不断丰富，由于牛膝栽培比较容易，病虫害较少，对土地质量要求不高，当年种植就能收获，是比较适合通辽发展的药材品种[1-2]。但是栽培历史不长，面积有限，没有形成规范化的栽培技术，因此，积极探讨通辽地区的牛膝栽培技术，尤其适宜栽培密度，对于促进牛膝品质栽培，扩大牛膝的药材资源，推进通辽中蒙药材产业发展具有重要意义。

在对牛膝的众多研究中，研究怀牛膝的栽培管理以及产品质量的较多[3-5]，多是对种植经验的总结，研究东北地区牛膝生产栽培的较少，关于施肥和栽培地区对牛膝生长生理的影响的研究较多[6-8]，栽培密度对牛膝生长和生理的影响研究较少。栽培密度是影响植物个体、群体发育的重要栽培技术之一，不但影响地上、地下部分的生物学特性，也会显著影响其质量[9-10]。探索牛膝适当的栽培密度，正确处理个体发育与群体发育的关系，才能达到个体充分发育、群体生物产量获得集体增长的目的，变粗放的种植为规范化、规模化的标准生产，以保证牛膝品质与产量。本文通过研究不同栽培密度下牛膝各个时期生长和生理指标及采收期有效药用成分含量，探讨了密度对牛膝生长发育规律和生长状态的影响，在保证有效成分含量的前提下，提高种植密度以达到高产优质，为对通辽地区牛膝规模化种植、高产栽培提供最适密度依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试验地概况

供试材料：牛膝(Achyranthes bidentateBlume.)种子来源于内蒙古赤峰市牛营子生产农家种，品种为怀牛膝。

供试土壤：试验设在内蒙古民族大学科技示范园区试验地，土地性质为风沙土，试验前采耕作层(0～20 cm)的基础土样，测定土壤主要性状：有机质2.8 g/kg，碱解氮16.44 mg/kg，有效磷16.92 mg/kg，速效钾60.1 mg/kg，pH 7.3。

试验时间：于2019年4月—2019年11月份进行。

1.2 试验设计

采用单因素完全随机设计，各3次重复。小区面积为4 m×5 m，间距为50 cm，四周保护行为2 m。底施有机肥1500 kg/hm2，磷酸二氢钙300 kg/hm2，氮、磷、钾复合肥750 kg/hm2，硫酸钾肥150 kg/hm2。将备好的种子，于6月10日播种，按行距20 cm，按照30 kg/hm2的种子量人工播种，出苗后待4片真叶长出，采用人工间苗的方法进行密度控制，分别为株距6、9、12、15、18 cm，即 每 公 顷 株 数 约 为 D1：834000，D2：556000，D3：417000，D4：333500，D5：278000。按照常规田间管理方法进行浇水除草等田间操作。

1.3 观察测定指标与方法

1.3.1 牛膝生长发育期的观察 分别于7月17日、7月28日、8月8日、8月25日、9月10日进行生长指标观测，分别于8月8日、8月25日、9月10日进行生理指标测定。

1.3.2 各指标测定方法 采用直尺测定株高、根长，采用游标卡尺测定茎粗，采用精密天平测定重量指标。采用上海雷磁-300电导率仪测定电导率；采用丙酮-乙醇法测定叶绿素含量、考马斯亮蓝G-250法测定可溶性蛋白含量、蒽酮比色法测定可溶性糖含量；采用李合生编著的《植物生理学实验指导》中的方法测定牛膝叶片中过氧化物酶、超氧化物歧化酶和丙二醛含量[11]。选取9月10日采收测产的牛膝根部，测定不同栽培密度下牛膝主要有效成分β-脱皮甾酮含量，参照《中国药典》2015版，采用高效液相色谱法测定[12]。

2 结果与分析

2.1 不同栽培密度对牛膝生长指标的影响

栽培密度不同，每株植物生长所在土壤的营养面积不同，形成的生态环境也有差别，因此，生长状态会受到影响，通过调查生长指标，可以明确不同密度下牛膝的生长状态，从而确定最适宜的栽培密度。

2.1.1 不同栽培密度对牛膝茎粗的影响 在距根茎节1 cm处测定牛膝的茎粗。如表1所示，在7月28日取样时D5处理的牛膝茎粗显著高于D3和D1，其他取样时期不同栽培密度牛膝的茎粗没有显著差异。从整体趋势上看，8月8日前牛膝茎粗增长较快，之后增长缓慢。

表1 不同栽培密度下各取样时期牛膝茎粗 cm

2.1.2 不同栽培密度对牛膝株高和根长的影响 如表2所示，8月8日前不同密度下牛膝的株高差异不显著，8月25日、D3、D5处理牛膝的株高显著高于D1和D4，9月10日D3处理的牛膝株高极显著高于D1和D2，显著高于D3和D4，生长后期植株间对水分养分以及阳光的竞争关系越来越激烈，高密度处理受到这种机制的影响最大，因此植株会相对矮小，而低密度处理空间较大在生长时会增加侧枝的生长量，其株高会相对小一些。根长的生长和株高有相同的规律如表3所示。

表2 不同栽培密度下各取样时期牛膝株高 cm

表3 不同栽培密度下各取样时期牛膝根长 cm

2.1.3 不同栽培密度对牛膝根粗的影响 如表4所示，7月17日D1和D2处理牛膝根粗极显著高于D5处理，其余各取样时期不同密度牛膝根粗均无显著差异。这可能是由于前期植株较小，密度较大的植株之间会受到群体效应的影响生长相对较快。

表4 不同栽培密度下各取样时期牛膝根粗 cm

2.1.4 不同栽培密度对牛膝根鲜重和干重的影响 如表5所示，7月17日D1处理的牛膝根鲜重极显著高于D5，与其他处理无显著差异，其他各取样时期各密度处理的根鲜重之间无显著差异，与根粗的生长规律相似。

表5 不同栽培密度下各取样时期牛膝根鲜重 g

2.1.5 不同栽培密度对牛膝地上部鲜重的影响 如表所6示，8月25日D5和D4处理牛膝地上部鲜重显著高于其他处理，9月10日D3、D4和D5处理牛膝地上部鲜重极显著高于D1和D2处理，从整体上看，前期牛膝地上部鲜重有随着密度的降低而减小的趋势，后期牛膝地上部鲜重有随着密度的降低而增大的趋势。

表6 不同栽培密度下各取样时期牛膝地上部鲜重 g

2.2 不同栽培密度对牛膝生理指标的影响

通过对牛膝生长状况进行观测，在8月25日前后，牛膝底部叶片开始变黄，这表明地上部营养开始向地下运输，此时植株叶片的生理状态最能够体现各处理对其内在影响，因此，选择这个时期对各处理进行生理指标测定。

随着栽培密度的降低，牛膝叶片叶绿素含量逐渐升高，D4和D5处理显著高于D1处理，D5处理的牛膝叶片叶绿素含量是D1处理的3.26倍（如图1A）。这可能是由于密度大土壤水分和养分竞争激烈，叶片相互遮挡造成的。不同密度下牛膝叶片可溶性蛋白（如图1B）和可溶性糖（如图1C）含量无显著差异。不同栽培密度下D1处理的牛膝叶片相对电导率最高，极显著高于D3，D4，D5处理，较D5高66.66%（如图1D），表明高密度处理叶片细胞电解质渗出较多，细胞膜受损严重。不同密度下牛膝叶片丙二醛含量无显著差异（如图2），叶片过氧化物酶(POD)和过氧化物歧化酶(SOD)活性无显著差异（如图3）。因此，从叶片酶活性和丙二醛含量上看，可能反映的不是叶片真实的生理状态，这可能是由于牛膝叶片中含有的某些药物成分对这些指标的测定有某些未知的影响造成的，还需要进一步研究验证。

图1 不同栽培密度下牛膝叶片

图2 不同栽培密度下牛膝叶片丙二醛（MDA）含量

图3 不同栽培密度下牛膝叶片过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性

2.3 栽培密度对牛膝主要有效成分含量的影响

由图4可知，本试验5个种植密度处理中，处理D3的β-脱皮甾酮含量最高，但与其他4个处理之间差异不显著，说明在本试验种植密度各处理对根中β-脱皮甾酮的积累影响很小。

图4 不同栽培密度下牛膝β-脱皮甾酮含量

3 讨论

研究种植密度对产量和品质影响的多位研究者一致认为合理密植，增加单位种植株数，构建合理群体结构，适当的增加种植密度，可以通过较高的种植密度对单株产量的降低加以补偿，从而提高群体产量，但过大的种植密度也无法补偿单株产量的损失，从而导致群体产量下降[13-14]。

合理密植是作物获得高产的重要途径之一，密度不仅影响作物单位面积上的最大物质产量，而且对作物根系的形态特征、生长发育也有重要影响。生产中密度会造成群体结构不同而带来温光等生态条件的差异，最终影响产量和品质[15-16]。

栽培密度直接影响根用药材的根系形态，而药材的形态影响药材的品级[17-19]，较低密度下，一年生根用药材个体根部相对较大，分支多，在一定程度上降低了药材本身的品级；而相对高密度下，药材根部分支较少，直挺整齐，在收购时品级较高。密度过大则根部过细，品级也会下降。为了提高经济效益，应该选择产量高而且品级高的种植密度。

对于牛膝的种植密度，各地有不同的规格，这可能是由于种植地形、种植品种、气候条件等有所差异造成的[20]。近两年，通辽地区牛膝的种植都是依据其他地区的经验和习惯，在调查通辽地区牛膝生产情况时，了解到产量都达不到所参考的地区。

本研究中，在D1密度下，牛膝苗期生长相对较好，采收期地上部生长显著受限，单株地上部鲜重显著低于D5处理；随着栽培密度的降低，牛膝叶片叶绿素含量逐渐升高，相对电导率逐渐降低，D4和D5处理叶绿素含量显著高于D1，D1处理的牛膝叶片相对电导率极显著高于D3、D4、D5处理；由于牛膝是中药材，含有的某些活性物质对一些生理指标的测定有影响。在发生某些反应时，活性物质也有可能参与其中，进而可能加快、钝化或减慢反应的进行，这都对测定结果产生影响，对此还需要进一步研究确认。

不同密度处理的可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛、SOD、POD活性无显著差异。同时，牛膝根中主要有效成分β-脱皮甾酮含量在各种植密度处理下无显著差异。说明在保证牛膝有效成分含量的前提下，可以适当提高种植密度，以达到高产。

4 结论

密度是构成群体产量的主要因素之一。群体密度的高低与个体物质累计量呈负相关关系，为达到群体干物质累积量的最大值，一方面要求有一定的大群体密度同时又要保证有较高的个体发育，这样才能达到高产优质的目的[21-23]。合理的种植密度是植物营养生长与生殖生长均衡协调发展的结果，这对有效物质的累积也是至关重要的。

该试验结果表明，在牛膝5个栽培密度处理中，产量随着栽培密度的增加而增加，在834000株/hm2下获得最高产量，并且地下部的根长与根粗也无明显差异。同时，不同种植密度下除了牛膝叶片相对电导率随密度增大而增大，牛膝叶片可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛、SOD、POD活性无显著差异。处理间有效成分β-脱皮甾酮含量差异也不显著。

说明在种植密度D1下，地上部分植株生长空间不足，受胁迫程度加大，造成生长受阻，肥水竞争激烈，光合产量积累下降，但此密度没有打破植株个体与群体间的平衡。

综上所述，为使牛膝品质不受影响的同时产量达到最大，既能发挥个体优势，又能兼顾群体产量和药材的内、外品质，在该试验条件下，通辽地区该品种牛膝推荐栽培密度以834000株/hm2为宜。