不同时期牛大力矿质元素分析

李明松，李金玲※，邓禄军，吴银发，罗蓉，王华磊，罗夫来，罗春丽

（1.贵州大学农学院，贵州贵阳550025；2.贵州省农业科学院生物技术研究所，贵州贵阳550006；3.贵州省药用植物繁育与种植重点实验室，贵州贵阳550025）

牛大力始载于《生草药性备要》[1]，又名倒吊金钟、金钟根、山莲藕等，为蝶形花科植物美丽崖豆藤（Millettia speciosa Champ）的干燥根[2-5]。广泛分布于广东、广西、海南和福建等地[6,7]。牛大力性平，味甘，归肺、脾和肾经[8]。现代药理学研究表明，牛大力对腰肌劳损、抗炎抗氧化、风湿性关节炎、肺结核和慢性支气管炎等慢性疾病有一定疗效[9-11]，其作为一种药食两用的中药资源，备受青睐，需求与日俱增，其资源的利用和开发具有广阔的前景[12]。

目前，对牛大力的研究主要集中在种苗繁育[13,14]、组织培养[15-18]、化学成分[19-22]、指纹图谱[23-25]和药理作用研究[26-29]领域，而有关牛大力施肥技术方面研究鲜有报道，其在生长发育过程中对营养元素的需求规律更是无人问津。然而近些年来，由于过度采挖，加之生态环境遭到破坏，野生牛大力资源濒临枯竭，对其进行人工栽培尤为迫切。为此，本文开展牛大力不同时期矿质元素含量变化规律的研究，测定分析不同时期矿质元素含量，探讨矿质元素对牛大力营养施肥的指导价值，以期为牛大力合理施肥和规范化种植提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为牛大力植株，采自于贵州省黔东南苗族侗族自治州锦屏县新化乡牛大力种植基地，经贵州省农业科学院生物技术研究所邓禄军副研究员鉴定为蝶形花科植物美丽崖豆藤（Milletia speciosa Champ）。

1.2 实验仪器

ICP-OES Optima 8000型等离子体发射光谱仪（美国PerkinElmer公司），Kjeltec 8400型凯式定氮仪（丹麦FOSS公司）。

1.3 试验方法

2020年7～11 月份选取长势基本一致、无病虫害的牛大力植株每隔1个月定期进行采样，参照梁智等[30]的方法彻底刨根，分解取样，将植株分为根、茎和叶3部分，105℃杀青20 min，60℃恒温烘至恒重，粉碎装入密封袋备用。采用凯氏定氮法测定N元素，ICP法测定P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn及B元素。

1.4 数据分析

采用Excel 2019、DPS 9.01、R语言软件—R-studio进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2.1 不同时期牛大力根部和叶片矿质元素含量比较

牛大力根部、叶片中10种矿质元素N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn及B含量分别见表1和表2。根部和叶片的大中量元素含量大小顺序有所差异，根部平均质量分数为N＞K＞Ca＞P＞Mg，而叶片中为N＞Ca＞K＞P＞Mg，其中根部N、P、K元素含量均大于叶片，而Ca、Mg元素含量低于叶片。根部中N元素含量平均质量分数为13.41g/kg，其次是K元素，平均质量分数为5.90g/kg，再次是Ca元素，平均质量分数为3.68g/kg，P元素为2.68g/kg，Mg（1.09g/kg）元素最低；叶片中N元素质量分数为7.88 g/kg，其次是Ca元素，平均质量分数为6.15 g/kg，再次是K元素，平均质量分数为5.33 g/kg，P和Mg元素分别为2.15 g/kg和1.30 g/kg。

表1 不同时期牛大力根部和叶片大中量元素含量Table 1 The contents of large and medium elements in the roots and leaves of Champ in different periods单位：g/kg

表1 不同时期牛大力根部和叶片大中量元素含量Table 1 The contents of large and medium elements in the roots and leaves of Champ in different periods单位：g/kg

注：同列不同小写字母表示差异显著（P＜0.05），所标字母相同表示差异不显著（P＞0.05），下同。Note:Different lowercase letters in the same column indicate significant differences(P＜0.05),and the same marked letters indicate insignificant differences(P＞0.05),the same as below.

采样时期Sampling periods根部Roots 叶片Leaves N P K Ca Mg N P K Ca Mg 7月份July 15.67±1.01a 3.15±0.10a 7.60±0.54a 3.27±0.14c 1.33±0.08a 9.42±0.56a 2.37±0.14a 8.57±0.59a 6.24±0.47ab 1.80±0.11a 8月份August 15.23±1.23a 1.86±0.14c 5.37±0.47b 3.11±0.21c 1.08±0.15b 7.51±1.09ab 2.35±0.06a 4.35±0.68b 5.36±0.37c 1.12±0.06c 9月份September 13.13±2.30ab 2.78±0.10b 6.30±1.01ab 3.82±0.32b 1.23±0.04a 8.30±2.13ab 2.24±0.07a 4.63±1.44b 6.83±0.17a 1.31±0.09b 10月份October 11.93±1.53b 2.91±0.10b 5.15±0.63b 4.29±0.07a 0.93±0.01c 7.46±1.20ab 1.72±0.02c 5.17±0.63b 5.82±0.04bc 1.28±0.08b 11月份November 11.11±0.15b 2.70±0.09b 5.09±0.96b 3.93±0.20ab 0.87±0.05c 6.73±0.88b 2.08±0.08b 3.91±0.19b 6.52±0.43a 1.00±0.03c最大值Max 15.67 3.15 7.60 4.29 1.33 9.42 2.37 8.57 6.83 1.80最小值Min 11.11 1.86 5.09 3.11 0.87 6.73 1.72 3.91 5.36 1.00极差Range 4.56 1.29 2.51 1.18 0.46 2.69 0.65 4.66 1.47 0.80平均值Average value 13.41 2.68 5.90 3.68 1.09 7.88 2.15 5.33 6.15 1.30变异系数（%）CV 13.33 16.32 16.16 11.81 15.99 11.60 11.12 31.41 8.41 20.97

表2 不同时期牛大力根部和叶片微量元素含量Table 2 The content of trace elements in the roots and leaves of Champ in different periods单位：mg/kg

表2 不同时期牛大力根部和叶片微量元素含量Table 2 The content of trace elements in the roots and leaves of Champ in different periods单位：mg/kg

采样时期Sampling periods根部Roots 叶片Leaves Fe Mn Cu Zn B Fe Mn Cu Zn B 7月份July 607.23±30.06a 109.44±3.37a 15.62±2.76a 30.30±2.56a 6.22±2.53a 150.63±20.00b 342.88±52.27ab 9.15±2.78ab 27.73±2.75a 8.26±0.74c 8月份August 500.90±1.12bc 84.69±4.43c 11.81±7.97ab 12.53±2.43c 2.59±0.07bc 220.58±21.33a 292.80±19.96bc 7.63±1.23ab 24.92±6.95a 8.61±0.43c 9月September 380.58±13.51d 96.00±0.03b 10.30±1.84ab 20.73±2.76b 4.29±0.25ab 149.32±10.70b 231.86±52.98c 10.51±1.14a 22.60±0.82a 15.31±0.14a 10月份October 531.63±11.81b 115.66±3.09a 8.75±1.25b 24.03±3.37b 2.29±0.35bc 139.30±7.34b 322.27±24.44ab 7.16±1.15b 27.89±2.88a 12.96±0.17b 11月November 457.82±55.36c 92.07±5.90bc 7.45±1.44b 23.00±1.63b 1.33±0.70c 244.53±10.90a 371.62±24.52a 4.18±1.26c 15.14±1.38b 7.01±1.09d最大值Max 607.23 115.66 15.62 30.30 6.22 244.53 371.62 10.51 27.89 15.31最小值Min 380.58 84.69 7.45 12.53 1.33 139.30 231.86 4.18 15.14 7.01极差Range 226.65 30.97 8.17 17.77 4.89 105.23 139.76 6.33 12.75 8.30平均值Average value 495.63 99.57 10.79 22.12 3.34 180.87 312.29 7.73 23.65 10.43变异系数（%）CV 15.22 11.42 26.20 25.99 51.63 23.80 15.29 27.57 19.87 30.30

微量元素中，Fe和Mn两种元素含量较多，在根部平均值分别为495.63 mg/kg和99.57 mg/kg，在叶片中分别为180.87 mg/kg和312.29 mg/kg。各元素含量大小顺序不同，其中根部平均质量分数为Fe＞Mn＞Zn＞Cu＞B，叶片为Mn＞Fe＞Zn＞B＞Cu，Fe、Cu元素在根部中的含量大于叶片中的含量，而Mn、Zn、B元素含量则表现出叶片高于根部。

大中量元素N、P、K、Ca及Mg含量7～11月份在根部中的变异系数差异不大，为11.81%～16.32%，在叶片中K元素变异系数最大，为31.41%；Ca元素变异系数最小，为8.41%，表明Ca元素在根部和叶片中变异系数都为最小，相对含量最为稳定；微量元素Fe、Mn、Cu、Zn及B含量在根部中变异系数差异较大，为11.42%～51.63%，最大的为B元素，Cu元素次之，Mn元素最小；在叶片中变异系数为15.29%～30.30%，B元素最大，Cu元素次之，Mn元素最小。

从牛大力根部和叶片中大中量元素和微量元素含量的变化规律可以看出，大量元素方面，在根部中N含量呈下降趋势，P、K、Ca及Mg含量呈降-升-降的变化趋势；在叶片中N、K及Mg含量呈降-升-降的变化趋势，P含量呈下降-上升的趋势，Ca含量呈降-升-降-升的变化趋势。7～8月份根部和叶片中所有元素含量均呈下降的趋势，8～9月份除了根中的N元素和叶片

中的P元素含量继续下降以外，其余元素含量均表现出上升的趋势。8～9月份或8～10月份根部中的P、K、Ca及Mg元素和叶片中的N、K、Ca及Mg元素含量呈上升的趋势。7～11月份除了根部和叶片中的Ca含量表现出微弱的上升趋势，其余大量元素含量整体上均呈下降趋势。微量元素方面，在根部中Cu含量呈下降趋势，Fe、Mn、Zn及B含量呈降-升-降的变化趋势；在叶片中Cu和Zn含量呈降-升-降的变化趋势，Mn含量呈下降-上升的趋势，Fe含量呈升-降-升的变化趋势，B含量呈上升-下降的趋势。除了叶片中的Fe和Mn含量表现出微弱的上升趋势，根部和叶片中各微量元素含量整体上均呈下降趋势。

2.2 牛大力根部、叶片矿质元素相关性分析

研究表明，牛大力根部中的N含量与Ca含量呈显著负相关（P＜0.05），与Cu含量呈极显著正相关（P＜0.01）；P含量与Zn含量呈极显著正相关（P＜0.01）；K含量与Mg、B含量呈极显著正相关（P＜0.01），与Cu含量呈显著正相关（P＜0.05）；Mg含量与Cu含量呈显著正相关（P＜0.05），与B含量呈极显著正相关（P＜0.01）；Cu含量与B含量呈显著正相关（P＜0.05）；所有元素中只有Fe、Mn没有与其余元素达到显著或极显著水平。牛大力叶片中N含量与K含量呈显著正相关（P＜0.05），与Mg含量呈极显著正相关（P＜0.01）；K含量与Mg含量呈极显著正相关（P＜0.01），见图1和图2。

图1 牛大力根部矿质元素相关性分析Fig.1 The correlation analysis of mineral elements in the roots ofChamp

图2 牛大力叶片矿质元素相关性分析Fig.2 The correlation analysis of mineral elements in the leaves ofChamp

3 讨论与结论

植株养分吸收积累是产量形成的基础，是合理施肥的重要依据[31]。矿质元素水平能直接反映植株对土壤矿质元素的吸收利用状况，因此利用矿质营养状况可以对植株潜在的营养状况进行有效地诊断，改善牛大力施肥方式，使施肥方式更加科学化[32,33]。本文测定牛大力的10种矿质元素含量表明，根中矿质元素含量大小顺序依次为N＞K＞Ca＞P＞Mg＞Fe＞Mn＞Zn＞Cu＞B，叶片中为N＞Ca＞K＞P＞Mg＞Mn＞Fe＞Zn＞B＞Cu，可以得出牛大力在生长发育期间，不管是根部还是叶片中N的含量均最高。多数研究证明，生物量受施氮量影响较大，施氮量过高或过低均会造成产量下降[34]。牛大力对N、K、Ca 3种元素的积累量大，占所有元素含量的83.47%，且这3种元素的变异系数低，表明这3种元素含量变化范围相对较窄，即含量相对稳定，一定量的N、K、Ca元素是构成牛大力产量与品质的必要条件，因此在施肥时加大N、K、Ca肥料的施用，符合牛大力生长发育的需求。Ca元素在所有元素中变异系数最小，在根部中为11.81%，叶片中为8.41%，并且叶片中的含量（11.81 g/kg）远远高于根部中的含量（3.68 g/kg），这与Ca元素的特性以及在植物体内的运输机制有关。研究结果表明，Ca是不易移动和转移利用的元素[35]，在植物内钙的长距离运输主要发生在木质部，其运输的动力是蒸腾作用，即钙通过蒸腾水流移动，而幼嫩的新梢以及荚的蒸腾作用较小，对钙的竞争弱于叶片[36]，因此，Ca元素表现出含量稳定，在叶中积累能力强。

牛大力矿质元素含量除了根部Ca元素和叶片中的Ca、Fe、Mn元素含量呈现微弱的上升趋势以外，整体上都表现出下降的趋势，这与牛大力进入生殖生长期有关，7月下旬牛大力进入初花期以及新梢的萌发，此时根部和叶片中的营养物质逐渐向花和新梢中转移，导致矿质元素在7～8月份含量开始下降。牛大力花期表现出花量大、花期长及花果同期的特点，随着花序轴的伸长和花的开放，大量的花朵和荚从花序轴上掉落，此时花序轴的营养需求也会相应减弱，因此8～10月份牛大力根部和叶片中的矿质元素含量会略微上升。9月初，牛大力的盛花期结束，牛大力荚进入膨大关键期，此时营养供需的源库关系逐渐从“根部/叶片-花”向“根部/叶片-荚”转移，因此9～11月份矿质元素含量又逐渐下降。谢花期和荚的生长会消耗根部和叶片过多的养分，以及花和荚会与根部争夺叶片制造的光合产物，尤其影响根部的膨大。因此，在注重施基肥提高植株体贮藏养分积累的基础上，进入牛大力生殖生长期应及时追肥以满足新梢旺长和开花的营养需求[37]。此外，还应采取修剪枝条、疏花疏荚等措施，避免花、荚及新梢消耗过多的养分，阻碍根部的生长。

调控土壤养分的投入量，减少养分的无效损失，对促进植物体养分的有效吸收与利用具有重要意义[38]。在植物体相同部位，不同营养元素的吸收、转运和利用存在一定的促进或拮抗关系[39]。根据相关性分析可知，根部和叶片中矿质元素的吸收具有相互促进或抑制的作用，因此，在施肥管理当中可以以此作为施肥的依据，例如根部中N元素的吸收可以促进Cu元素的吸收，P元素的吸收可以促进Zn的吸收，K元素的吸收可促进对Mg、Cu和B元素的吸收，叶片中N和K的吸收可以促进Mg的吸收；但N的吸收会抑制P和Ca的吸收，K的吸收会抑制Ca的吸收，因此在施肥管理中要密切关注元素间吸收的相互作用，避免得到适得其反的结果。

综上所述，7月下旬牛大力进入花期，花期持续到10月份，矿质元素含量随着花期的进行整体上呈现下降的趋势。这也表明牛大力进入生殖生长期，营养供给重心转移到花和果实中，根部的生长因此受到抑制，为了避免牛大力产量的下降，在花期到来半个月之前，也就是7月上旬就应开始施肥，施肥配比上N、K和Ca含量可以适当增加，但同时还应注意不同元素间吸收存在促进或抑制的效应。此外还应修枝、疏花疏荚，防止养分过多地消耗，保证根部养分的供给。本研究仅分析了牛大力不同时期根部和叶片中矿质元素含量与营养需求规律，却未深入研究牛大力不同生长阶段根部总黄酮和多糖等含量的变化，具有一定的局限性，因此下一步将对牛大力全生育期矿质元素含量的动态变化及根部多糖等进行深入研究，探索牛大力对矿质元素的积累及需肥规律和根部品质变化过程，从而为牛大力的合理施肥提供参考。