氮磷钾配施对玄参指标成分质量分数的影响①

2022-06-28罗敏谭秋生罗川徐广邓才富章文伟任小强

西南师范大学学报（自然科学版） 2022年6期

罗敏，谭秋生，罗川，徐广，邓才富，章文伟，任小强

1.重庆市药物种植研究所，重庆南川 408435； 2.重庆金渡中药材开发有限公司，重庆南川 408435

玄参是一味药用历史悠久的传统中药，最早记载于《神农本草经》，列为中品．中药玄参为玄参科植物玄参ScrophularianingpoensisHemsl.的干燥根，具有凉血解毒、滋阴的功效．现代药理研究还发现，其具有降血糖[1-2]、抗炎[3-4]、保肝[5-6]等作用．玄参作为药食两用大宗中药材，是中药处方、多种中成药的重要原料，在保健品方面也极具开发价值，具有广泛的市场前景．玄参产地多、分布广，而在人工栽培过程中，各地生产技术标准参差不齐，导致其药材产量与品质差异较大．因此，如何保障和提高玄参的产量和品质，是目前玄参生产中亟待解决的问题．

栽培玄参的产量和质量不仅受气候、土壤等自然因素的影响，施肥也是其规范化生产中的关键环节．施肥是增加作物、药用植物等[7-9]产量的有效措施，且可调控药用植物次生代谢产物积累，从而影响活性成分的质量分数．“3414”试验设计是国内外应用较为广泛的肥料效应田间试验方案，近年来已逐步应用于药用植物的生产中，在灯盏花[10]、三七[11]、重楼[12]等栽培中发挥了较好作用．目前关于施肥对玄参的影响研究有采用3因素2次D-饱和最优设计法，以植株和块根性状为指标研究最佳配方施肥方案[13]；氮磷钾配比与有机肥的复合配方肥对玄参中7种有效成分质量分数的影响[14]以及5个氮磷钾配比处理对玄参产量的影响[15]等．通过以上报道虽能发现施肥对玄参的部分影响效果，但实际指导生产实践的作用有限，且缺乏对玄参氮磷钾肥交互作用及施肥对指标成分的影响研究．因此，本研究通过“3414”施肥试验方案，探究不同氮磷钾配比对玄参指标成分质量分数的影响，并进一步拟合其肥料效应函数，以期获得推荐施肥配方，为本产区高产优质玄参规范化种植提供科学依据．

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在重庆市南川区大有镇玄参种植基地进行．海拔945 m，供试土壤为黄壤土，属田块，前茬为油菜、玉米，肥力中等．土壤基本理化性质：有机质2.07%，pH值6.91，速效氮102.54 mg/kg，有效磷21.06 mg/kg，速效钾101.40 mg/kg．

1.2 材料与试验方法

试验设计：基于前期的研究结果，采用“3414”施肥方案，设氮、磷、钾3个因素，每因素4个水平，共14个处理，每处理3次重复，随机区组排列．试验方案及氮磷钾施肥量见表1．

表1 玄参氮、磷、钾肥“3414”试验设计

肥料种类及质量分数：氮肥为尿素，总氮质量分数N总氮≥46.2%；磷肥为过磷酸钙，有效磷(P2O5)质量分数NP2O5≥12.0%；钾肥为硫酸钾，K2O质量分数NK2O≥52.0%．每小区肥料按表1配比混合后，为保障施肥的均匀性而采用窝施的方法分别于齐苗时期、苗高30 cm时做追肥施入．

供试种苗：选用质地优良的玄参子芽作为种苗，经重庆市药物种植研究所邓才富研究员鉴定为玄参ScrophularianingpoensisHemsl．每小区9 m2，按株行距40 cm×40 cm挖穴栽种，每穴放1个子芽．小区间开排水沟，试验田管理同大田．

1.3 测定指标与方法

浸出物测定参照《中国药典》 2020年4部通则2201项下的热浸法；玄参质量测定以哈巴苷与哈巴俄苷总量计，测定方法参照0512项下的高效液相色谱法．

1.4 数据处理

运用Excel 2007办公软件对数据进行处理分析，应用SPSS 26.0统计软件进行方差分析、多重比较及隶属函数计算．

隶属函数公式

U(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

反隶属函数公式

U(Xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(2)

式中，U(Xi)为隶属函数值，Xi为玄参某个测定指标，Xmax，Xmin分别为该指标的最大值和最小值．若某一指标与施肥为负相关，则采用反隶属函数，即式(2)计算．各隶属函数值在[0，1]，最后将各指标的隶属函数值进行平均，得到平均隶属函数值．

肥效反应的数学模式采用二次多项式，即

y=b0+b1x1+b2x2+b3x3+b4x1x2+b5x2x3+b6x1x3+b7x12+b8x22+b9x32

式中，x1，x2，x3分别为N，P，K肥施用量，bi(i=1，2，…，9)为回归系数，y为玄参水热浸出物、哈巴苷和哈巴俄苷总量．

2 结果与分析

2.1 不同氮磷钾配比处理对玄参质量的影响

本试验各处理玄参的水热浸出物高于60.0%，哈巴苷与哈巴俄苷的总量高于0.45%，均满足《中国药典》指标要求．玄参指标成分质量分数的方差分析结果见表2．从表2中可知，哈巴苷、哈巴俄苷质量分数在各施肥处理间的差异无统计学意义，而二者总量与水热浸出物部分达到统计学意义．

表2 氮磷钾配方施肥对玄参指标成分质量分数的影响

水热浸出物质量分数以T9最高，T7最低，T9，T14与T7之间差异有统计学意义(p<0.05)，其余处理间差异无统计学意义．哈巴苷质量分数以T2最高，T3最低；哈巴俄苷质量分数以T14最高，T11最低．哈巴苷与哈巴俄苷总量则以T9最高，T3最低，T9，T14与T3，T6，T12之间差异有统计学意义(p<0.05)，T3与T2，T9，T14之间差异有统计学意义(p<0.05)，其余处理间差异无统计学意义．

2.2 玄参N，P，K肥肥效反应方程的建立

2.2.1 指标成分质量分数模型的建立

根据试验结果，求得在重庆南川基地玄参的N，P，K肥肥效反应方程分别为

方差分析结果显示，式(1)中F=4.193>F0.05=0.090；式(2)中F=2.065>F0.05=0.253，说明以上肥效方程与实际情况拟合性较好，反映了玄参水热浸出物质量分数、哈巴苷和哈巴俄苷总量与氮、磷、钾3因子的相关关系，对玄参的合理施肥具有一定的指导意义．由主效应系数得出N，P，K肥对玄参水热浸出物、哈巴苷和哈巴俄苷总量的影响由大到小分别为P>K>N，N>P>K．

2.2.2 单因素肥料对指标成分质量分数的影响

选用处理T2，T3，T6，T11求得在P2K2为基础的氮肥效应方程为

(3)

(4)

选用处理T4，T5，T6，T7求得在N2K2为基础的磷肥效应方程为

(5)

(6)

选用处理T6，T8，T9，T10求得在N2P2为基础的钾肥效应方程为

(7)

(8)

根据式(3)，(5)，(7)可以看出，N，P，K肥对玄参水热浸出物质量分数的影响曲线是一条开口向下的抛物线，说明在一定范围内，随着N，P，K肥施用量的增加，玄参水热浸出物质量分数增加，但过量施用则会呈下降趋势，因此，可以找出促进玄参水热浸出物质量分数增加的肥料施用量．

根据式(4)，(6)，(8)可以看出，N，K肥对玄参哈巴苷与哈巴俄苷总量的影响呈负效应；在一定范围内，随P肥施用量的增加，玄参哈巴苷与哈巴俄苷总量增加，但过量施用P肥，则会呈下降趋势．

2.2.3 两两交互效应分析

选用处理T2-T7，T11，T12求得在K2为基础的氮、磷肥效应方程为

(9)

(10)

选用处理T4-T10，T14求得在N2为基础的磷、钾肥效应方程为

(11)

(12)

选用处理T2，T3，T6，T8-T11，T13求得在P2为基础的氮、钾肥效应方程为

(13)

(14)

根据式(9)，(11)，(13)可以看出，N，P交互，P，K交互，N，K交互作用的系数均为负值，说明在本试验条件下，N，P，K肥两两交互对玄参水热浸出物表现为拮抗的负交互作用．根据式(10)，(12)，(14)可知，N，P交互，P，K交互对哈巴苷与哈巴俄苷总量表现为协同的正交互作用，N，K交互表现为拮抗的负交互作用．

2.3 隶属函数分析

对玄参各指标成分质量分数进行隶属函数分析，可以综合评价不同施肥组合下的玄参质量．

从表3可知，本试验中，玄参的指标成分隶属函数均值由大到小依次为T9=T14>T5>T2>T4>T10>T1>T7=T8>T12=T13>T11>T6=T3．不施肥处理T1排在中间位置，说明氮磷钾配方比例对玄参质量的影响较大，存在较为明显的浓度效应，适宜的氮磷钾配方施肥对玄参质量提升有促进作用．根据隶属函数值排列靠前的施肥处理来看，氮肥中等施肥水平配比低/中等磷肥、低钾肥对玄参指标成分积累具有积极作用，此评价体系中以T9(N2P2K1)，T14(N2P1K1)效果最佳．

表3 氮磷钾配方施肥的玄参指标成分质量分数隶属函数分析

3 讨论

肥料是保障作物产量与品质的重要因素，合理施肥是中药材规范化栽培中的重要农艺措施[10]，不仅能促进植物生长发育，提高药材产量，亦能改善药材品质，对中药材质量保障及其土壤环境的保护均具有重要意义[16-17]．已有研究表明，适量的氮磷钾配施能提高天麻、枸杞、旋覆花等药材的产量和药用成分[18-21]．本试验结果表明，氮磷钾配施对药材浸出物质量分数的积累具有一定的影响，与其他中药材品种的文献报道[22-24]结果相似．通过氮磷钾3因素的肥料配比试验发现，氮磷钾肥对玄参指标成分质量分数表现出不同的影响作用，对水热浸出物的影响由大到小为P>K>N；随N，P，K肥施用量的增加呈先上升后下降趋势，并且两两交互表现为拮抗作用．而对哈巴苷和哈巴俄苷总量的影响由大到小为N>P>K，适量P肥具有促进作用，两两交互N和P，P和K表现为协同作用，N和K表现为拮抗作用．由此更凸显了施肥配比对玄参质量影响的重要性，因而必须寻求适地、适宜的玄参氮磷钾配方施肥比例．

综合本试验研究结果发现，不同肥料配比中，N2P2K1，N2P1K1中低等配比的玄参水热浸出物、哈巴苷与哈巴俄苷的总量最高，表明玄参并非耐高肥力的药用植物，这与施肥对玄参产量的影响结果类似[13]，玄参对N，K肥的耐受力较差，随二者施用量的增加，玄参产量均降低；以中、低等配方肥为最优配方[14]．而另有研究表明，在施足氮、钾肥的基础上增施磷肥对玄参有较好的增产效果[15]．本研究与前人研究结果存在差异，这可能是因为： ①玄参质量与栽培地土壤类型及当地气候条件等相关，导致不同地区的研究结果不同； ②与施肥水平、配比、肥料种类及施肥方式有关．本试验为保障施肥效果而采用窝施的方式，保证重复小区每窝的肥料配比与施用量； ③N，P，K不同肥料肥效的发挥受环境条件的影响很大，如土壤肥力状况、气候条件等均相关．针对不同区域土壤理化指标、气候条件以及玄参需肥规律进行长期定位试验，找出适宜当地条件的最佳施肥配比、施肥量、施肥时期与施肥方式．玄参的有效成分质量分数、植物营养、供试土壤养分肥力与N，P，K肥之间的关系极为复杂，有待进一步深入探讨．