氮、磷、钾肥配施对川芎生长及活性成分含量的影响

陈媛媛彭芳陶珊袁灿吴宇施田田肖欣娟张超*

（1成都市农业技术推广总站，四川成都 610041；2四川省农业科学院经济作物育种栽培研究所，四川成都 610300）

川芎为伞形科藁本属植物川芎（Ligusticum chuanxiong Hort.）的干燥根茎，味苦、辛，气浓香，有活血行气、祛风止痛之效[1]，是我国传统大宗中药材，主要含有苯酞类（如藁本内酯、洋川芎内酯等）、有机酸及酯类（如阿魏酸、阿魏酸松柏酯等）、生物碱类（如川芎嗪等）以及多糖、萜烯及烯醇类化学成分[2]。其中，阿魏酸和藁本内酯具有较强的抗氧化活性，可清除氧自由基，抑制血小板聚集，预防血栓形成，抗血管新生，抗肿瘤，对心脑血管疾病有很好的药理作用[3-4]。四川为川芎的道地产区，课题组前期调研发现，四川各川芎主产区川芎栽培施肥量大、施肥次数多、养分管理多凭种植经验[5]。因此，有必要开展不同肥料用量对川芎影响的研究，以探索川芎栽培的适宜施肥量。恰当的养分比例和用量可提高药材产量，改善药材品质，减少肥料过度施用造成的环境破坏。不同形态氮素均能促进川芎生长，提高川芎产量及阿魏酸、生物碱含量，单施时以尿素效果最好，配施时以75%硝酸钙+25%碳酸铵最有利于实现优质高产[6]。梁 琴等[7]研究指出，钾肥和有机肥对川芎产量提高有显著的促进作用，中高水平的化肥与有机肥配施有利于提高川芎产量。陈春霞[8]研究指出，适宜的氮、磷、钾肥配施有利于提高川芎产量及品质，最佳施用量为纯氮 225 kg/hm2、N∶P2O5∶K2O=1.0∶0.4∶0.5～1.0。刘金亮[9]研究表明，最有利于川芎高产的施肥组合为纯氮 163.92～232.96 kg/hm2、N∶P2O5∶K2O=1.0∶0.4∶0.8～1.2，最有利于川芎阿魏酸积累的施肥组合为纯氮 70 kg/hm2、N∶P2O5∶K2O=1.0∶0.4∶1.0， 最有利于川芎生物碱及挥发油积累的施肥组合为纯氮230 kg/hm2、N∶P2O5∶K2O=1.0∶0.4∶0.5。 春季施氮可显著提高川芎产量并改善药材品质，以单施尿素效果最好[10]，且施氮宜早不宜晚，以3月6日施尿素53.0 kg/hm2为宜[11]。氮、磷、钾肥配施对川芎产量和品质的影响存在矛盾，虽已有两位学者对其用量及配比进行了研究，但最适施肥配比存在较大差异，目前尚无统一的结论，仍需继续开展相关研究。本研究拟通过盆栽试验探索不同氮、磷、钾肥配比对川芎生长及活性成分含量的影响，为进一步开展川芎肥效研究，形成合理施肥模式奠定基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

川芎苓种购自四川省中江万生药业有限公司。试验盆钵为40 cm×30 cm×28 cm（上径×下径×高）的塑料盆，每盆装混合土壤25 kg（22 kg土壤与3 kg河沙混合均匀）。土壤基础肥力：硝态氮22.92 mg/kg、速效磷10.38 mg/kg、速效钾27.02 mg/kg，pH值5.57。

供试肥料：氮肥为尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为硫酸钾，均为分析纯。

1.2 试验设计

采用“3414”试验设计，具体如表1所示，每个处理10盆，2017年9月9日栽种于四川省农业科学院经济作物育种栽培研究所科研基地。每盆均匀插入苓种10个，浇透水后用稻草覆盖，花盆下部1/2埋入土中，不定期浇水以保持土壤湿润。分别于2017年9月30日、10月20日、11月10日及2018年3月6日各施肥1次，每次用量分别占施肥总量的15%、25%、35%和25%。施肥时，将肥料溶于1 L水中缓慢浇灌。

表1 试验设计及肥料用量

1.3 测定指标及方法

2018年4月25日取样，每盆取1株，测定川芎株高及分枝数，然后分为茎叶、根茎、须根3个部分称鲜重。将地下根茎切片，40℃烘干，粉碎过0.25 mm筛，用Agilent 1200高效液相色谱仪测定阿魏酸及藁本内酯含量。

阿魏酸及藁本内酯含量测定参考姚宗龄等[12]的方法稍做修改，色谱条件：色谱柱为Agilent ZorbaxC18（4.0×150 mm，5 μm）； 流动相 A 为 1%磷酸水溶液，流动相B为乙腈；洗脱梯度为0～20 min 10%→27%B，20～21 min 27%→45%B，21～45 min 45%→65%B，45～46 min 65%→10%B，46～55 min 10%B； 检测波长为321 nm；流速为1 mL/min；柱温为30℃；进样量为10 μL。对照品溶液制备：分别精密称取阿魏酸及藁本内酯标准品（购自成都曼斯特生物科技有限公司）1、10 mg，用甲醇溶解定容至 10 mL，各取 1 mL溶液定容至10 mL，即得阿魏酸10 mg/L、藁本内酯100 mg/L的混合标准溶液。供试品溶液制备：取川芎粉末0.5 g于具塞锥形瓶中，加70%甲醇50 mL，密塞，称重；85℃水浴加热回流0.5 h，冷却，称重；用70%甲醇补足失重，摇匀，过0.22 μm滤膜，待测。

1.4 数据处理及分析

试验数据采用Excel 2010及SPSS 22.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 N、P、K肥对川芎地上部分生长的影响

由表2可知，N、P、K均为2水平时最有利于川芎地上部分生长。在P、K肥用量均为2水平时，处理 3（N1）、处理 6（N2）、处理 11（N3）株高依次降低，分别比处理 2（N0）低 3.14%、4.19%、10.99%；分枝数分别比处理2高6.88%、56.61%、38.62%；茎叶鲜重分别比处理2高-6.43%、38.75%、7.75%。说明株高随N肥用量增加逐渐降低，适量N肥有利于茎分枝及茎叶鲜重增长，以N2效果最好。

表2 氮、磷、钾肥配施对川芎地上部分生长的影响

当 N、K 肥用量均为 2 水平时，处理 5（P1）、处理 6（P2）、处理 7（P3）株高分别比处理 4（P0）高 6.05%、5.48%、-2.02%；茎叶鲜重分别比处理4高2.06%、39.12%、31.05%；处理6分枝数最多，比处理4多9.23%。说明P肥有利于茎叶鲜重增加，以P2效果最好，且P2有利于茎分枝；P肥有促增高的趋势，但影响未达显著水平。

当 N、P 肥用量均为 2 水平时，处理 9（K1）、处理 6（K2）、处理 10（K3）株高分别比处理 8（K0）高1.26%、9.65%、7.85%；分枝数分别比处理 8高6.57%、49.49%、17.68%；茎叶鲜重分别比处理8高-23.62%、26.06%、13.22%。说明适量K肥可促进川芎地上部分生长，以K2效果最好。

处理6（N2P2K2）分枝数及茎叶鲜重均最大，分别高于处理 1（N0P0K0）87.34%、71.99%，且株高较处理1高10.17%。因此，适当的N、P、K肥配施有利于川芎地上部分生长，以N2P2K2处理效果最佳。

2.2 N、P、K肥对川芎地下部分生长的影响

由表3可知，3水平K、2水平N和P最有利于根茎生长，3水平P、2水平N和K最有利于须根生长。 当P、K肥用量为2水平时，处理 3（N1）、处理6（N2）、 处理 11 （N3） 根茎鲜重分别比处理 2 （N0）高18.81%、64.93%、47.89%；须根鲜重分别比处理2高-8.56%、22.74%、18.34%。说明N肥促进川芎根茎生长，作用效果为N2＞N3＞N1；适量N肥有利于须根生长，以N2效果最好。

表3 氮、磷、钾肥配施对川芎地下部分生长的影响 单位：g

当 N、K 肥用量为 2水平时，处理 5（P1）、处理 6（P2）、处理 7（P3）根茎鲜重分别比处理 4（P0）高-10.53%、18.82%、17.25%，须根鲜重分别比处理4高-12.77%、8.66%、35.06%。说明适量P肥可促进根茎及须根生长，促根茎效果以P2最好、促须根效果以P3最好。

当 N、P肥用量为 2水平时，处理 9（K1）、处理 6（K2）、处理 10（K3）根茎鲜重分别比处理 8（K0）高-6.89%、31.11%、33.56%，须根鲜重分别比处理8高-4.89%、36.41%、26.09%。说明适量K肥有利于川芎根茎及须根生长，促根茎效果以K3最好，促须根效果以K2最好。

处理 10（N2P2K3）和处理 6（N2P2K2）根茎鲜重明显高于其他处理，分别比处理1（N0P0K0）高73.49%、70.31%；须根鲜重以处理 7（N2P3K2）最大，较处理 1高47.17%；其后依次为处理6（N2P2K2）、处理11（N3P2K2）、处理 10（N2P2K3）和处理 4（N2P0K2）。 因此，适量的N、P、K肥配施有利于川芎地下部分生长。为提高根茎产量，以N2P2K3为宜。

2.3 N、P、K肥对川芎根茎活性成分含量的影响

由表4可知：当P、K肥用量为2水平时，N肥对藁本内酯含量的影响不显著；处理3（N1）、处理6（N2）、处理 11（N3）阿魏酸含量分别比处理 2（N0）低8.26%、16.51%、18.35%，说明阿魏酸含量与N肥用量成负相关关系。

表4 氮、磷、钾肥配施对川芎根茎活性成分含量的影响 单位：（mg·kg-1）

当N、K肥用量为2水平时，P肥对阿魏酸含量的影响不显著；处理 5（P1）、处理 6（P2）、处理 7（P3）藁本内酯含量分别比处理4（P0）高 12.33%、7.11%、9.45%，说明P肥有利于藁本内酯积累，以P1效果最好。

当N、P肥用量为2水平时，K肥对藁本内酯的影响不显著；处理 9（K1）、处理 6（K2）、处理 10（K3）阿魏酸含量分别比处理组 8（K0）高 16.67%、8.33%、16.67%，说明K肥有利于阿魏酸积累，K1、K3作用效果优于K2。

处理2（N0P2K2）阿魏酸含量最高，较处理1（N0P0K0）高 6.86%；处理 14（N2P1K1）阿魏酸含量与处理1相当；其余处理阿魏酸含量均低于处理1。其中，处理 4（N2P0K2）、处理 8（N2P2K0）、处理 6（N2P2K2）阿魏酸含量分别较处理1低11.76%、17.65%、10.78%，说明2水平用量下N-K、N-P、N-P-K配施均不利于阿魏酸积累。处理10（N2P2K3）藁本内酯含量最高，较处理1高7.23%；处理4藁本内酯含量最低，较处理1低7.72%。说明，N与P、K肥配施不利于根茎中阿魏酸积累，栽培中应尽量控制N肥用量，以保障活性成分含量。

2.4 不同施肥处理下川芎各指标隶属函数分析

对川芎各指标进行隶属函数分析，隶属函数公式为 U（Xi）=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）。式中，U（Xi）为隶属函数值，Xi为测定指标，Xmax、Xmin分别为该指标的最大值、最小值。由表5可知，处理1（N0P0K0）的株高、分枝数、茎叶鲜重、根茎鲜重隶属值均为0，说明其他13个处理的株高、分枝数、茎叶鲜重和根茎鲜重均大于处理1，即施肥促进了株高、分枝数、茎叶鲜重和根茎鲜重的增加，有利于川芎生长。根茎鲜重隶属值最大为处理 10（N2P2K3），处理 6（N2P2K2）次之；隶属均值最大也为处理10，处理6次之。因此，在本试验条件下，最佳配施组合为N2P2K3，其次为N2P2K2。

表5 不同施肥处理下的川芎隶属函数值

3 结论与讨论

3.1 氮、磷、钾肥对川芎生长的影响

栽种至第一年12月，株高与氮肥用量成正相关，与范巧佳等[6]结论（栽种第一年氮肥促进川芎增高）相同；栽种至翌年4月，株高与氮肥用量成负相关，与刘金亮[9]研究结果（230 d时川芎株高随氮肥用量增加略微降低）一致；根茎鲜重随氮肥用量的增加先增加后降低。这可能是因为12月前高氮肥施用促进地上部分生长，但不利于地下根茎生长，而次年地上部分再次生长时由于高氮处理根茎贮藏营养少，不利于茎叶再次生长，故4月高氮处理植株较矮，株高随氮肥用量增加呈降低趋势。磷、钾肥有促进植株增高的趋势，与刘金亮[9]研究结果（株高随施磷、钾量的增加而增加）一致。分枝数及茎叶鲜重随施氮量增加先增加后降低，这与范巧佳等[11]研究结果（单株茎数随施氮量的增加而增加）和刘金亮[9]研究结果（单株茎数及茎叶干重随施氮量增加而增加）均不相同。这可能与本研究3水平的氮肥用量较高有关，在一定范围内川芎分枝数及茎叶鲜重随氮肥用量增加而增加，超过耐受范围后表现出抑制作用，所以氮肥用量3水平条件下分枝数与茎叶鲜重有下降趋势。

地上部分生长可为地下部分生长累积更多的营养物质，有利于提高根茎产量。在本研究中根茎鲜重随施氮量的增加先增加后降低，与刘金亮[9]的研究结果（根茎干重随施氮量增加先增加后降低）一致。与磷、钾肥相比，氮肥更有利于川芎地下根茎生长，提高川芎产量，这与前人对川续断[13]和桔梗[14]的研究结果一致。根鲜重除与氮、磷、钾施用量相关外，还与栽培地土壤肥力有关，限制产量提升的肥料种类为土壤中速效元素含量低的元素种类[15]。因此，需要根据栽培地力水平确定最终施肥量。

3.2 氮、磷、钾肥对药材活性成分的影响

不同施肥方式在影响药材产量的同时也影响其药用活性成分含量[16]，在本研究中，根茎中阿魏酸含量与氮肥用量成负相关，钾肥有利于阿魏酸积累，磷肥的影响效果均不显著，这与刘金亮[9]的研究结果（根茎中阿魏酸含量随施氮、磷、钾量的增加先降低后增加）不同；也与刘灵[17]的研究结果（根茎中阿魏酸含量随施氮量的增加先增加后降低）不同。分析原因可能有以下几个方面。①氮素形态不同。刘金亮的氮肥为50%硝酸钙和50%碳酸铵，刘灵及本研究的氮肥为尿素。②氮肥施用量不同。刘金亮的氮肥施用量为 70～285 kg/hm2，刘灵为 19.93～116.36 kg/hm2，本研究为 0～5.87 g/盆（0～528.3 kg/hm2）。 ③施肥时期不同。刘金亮只秋季施肥，刘灵只春季施肥，本研究春、秋肥均施。有研究表明，春季单施氮肥（硝酸钙、碳酸铵、尿素）能提高根茎阿魏酸含量[10]，但秋季单施硝酸钙或碳酸铵均使阿魏酸含量降低，25%硝酸钙和75%碳酸铵配施或75%硝酸钙和25%碳酸铵配施可使阿魏酸含量提高，单施尿素或50%硝酸钙和50%碳酸铵配施影响不明显[6，18]。

综上所述：适宜的氮、磷、钾肥配施有利于川芎生长，增加茎分枝数及茎叶鲜重，促进须根生长，进而为根茎膨大提供充足的营养条件，增加根茎鲜重及藁本内酯含量，有利于提高药材产量及活性成分含量。在本盆栽试验条件下，最优施肥组合为N2P2K3（尿素 2.93 g/盆、过磷酸钙 5.87 g/盆、硫酸钾 4.69 g/盆）。