施用复合肥对巴戟天产量、养分吸收和寡糖累积量的影响

冯为迅，杨源通，苏立城，盛 晗，隆曼迪，储双双，曾曙才

(1 华南农业大学 林学与风景园林学院,广东 广州 510642；2 中山大学 环境科学与工程学院/广东省环境污染控制与修复技术重点实验室,广东 广州 510006)

巴戟天Morindaofficinalis为茜草科巴戟天属植物，是我国著名“四大南药”之一，以根入药，性微温，味甘、辛，具有祛风湿、补肝肾、强筋骨功效，可用于治疗风湿痹痛、阳痿遗精、月经不调、筋骨痿软等[1]。巴戟天寡糖含量在药用成分总量中比例较高[2]，是主要的活性成分，具有抗抑郁、抗衰老、抗肿瘤、抗氧化、提高机体免疫力和改善生殖功能等药理作用[3-5]。

施肥是药用植物增产的主要管理措施之一，肥料的施用会显著影响中草药的生长及有效成分的积累[6]。药用植物有效成分的形成以及含量变化是一个复杂的动态过程，与土壤肥力、生长环境以及植物生长年限等均有紧密的联系。合理施肥能提高药用植物产量，同样会影响药用植物品质。有研究发现氮(N)、磷(P)、钾(K)肥合理配施有利于提高药用植物有效成分含量[7]，但也有研究发现，施肥后会降低药材有效成分含量[8-9]。施肥对巴戟天生长与寡糖积累的影响尚不清楚，因此，施肥如何影响巴戟天的药用成分，有待深入研究。

目前对巴戟天的研究多侧重于药理作用[10-11]、加工方法[12]、种植产地[13]、种植年限[14-15]、种植方式[16-17]等方面，对巴戟天需肥规律和养分吸收特性等方面的研究较少，现在亟需加强复合肥对巴戟天生长及其对药材产量、品质影响的研究。为此，本研究通过盆栽试验，研究复合肥不同施用量对巴戟天产量、养分吸收和寡糖累积的影响，探讨施肥量对巴戟天生长品质的作用规律，为巴戟天的规范化种植提供理论依据，促进产业发展。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验土壤采自广东省德庆县(N23°25′97″，E111°89′70″)，取表层0～20 cm 的土壤，自然风干后碾碎过孔径3 mm 筛网备用。供试土壤基本性质：全氮0.80 g·kg-1、碱解氮72.96 mg·kg-1、全磷0.17 g·kg-1、速效磷17.95 mg·kg-1、全钾17.82 g·kg-1、速效钾132.97 mg·kg-1、有机质13.57 g·kg-1、pH 5.0。

供试植物为长势基本一致的1 年生巴戟天扦插苗，采购于广东省德庆县德鑫农业有限公司，平均株高10.52 cm，地径2.76 mm。肥料为雅苒大田复合肥，N、P2O5、K2O 的质量分数均为15%，塑料盆的规格为21.5 cm×23.0 cm(口径×高)。

1.2 试验设计

试验在华南农业大学林学与风景园林学院温室大棚进行，每盆添加土壤的干质量为4 kg。试验设置6 个处理，每个处理施用肥料的总量分别为0、2、4、6、8 和10 g，每盆N、P2O5、K2O 对应的总施用量分别为0、0.3、0.6、0.9、1.2 和1.5 g，分别记作CK、T1、T2、T3、T4 和T5，每个处理重复5 次(每盆为1 次重复，每盆种植1 株巴戟天)。盆栽随机摆放，每隔1 个月移动1 次，施肥分作2 次等量进行，距第1 次施肥4 个月后进行第2 次追肥，试验周期为9 个月。水分管理视天气情况与盆栽土壤的干湿情况进行，每隔1～3 d 定量浇水，及时清除杂草。

1.3 样品采集与分析

种植9 个月后，采用游标卡尺测量巴戟天的地径，随后全株采收，将收获的巴戟天植株清洗干净后晾干，将植株分为地上部和根部，置于烘箱中恒温105 ℃杀青30 min，然后调至75 ℃烘干至恒质量，并称量干质量。

巴戟天各部位样品经浓硫酸-过氧化氢消煮后获得待测液，N、P、K 含量分别用奈氏比色法、钼锑抗比色法、火焰分光光度计法测定。巴戟天肉质根寡糖含量采用高效液相色谱-蒸发光散射法测定[13]。

1.4 数据分析

所有试验数据利用Microsoft Excel 2016 进行整理分析，试验中每个处理共5 次重复，取其中3 次各项指标的数据进行分析，运用SPSS 22.0 对土壤理化性质和供试植物的生长指标进行单因素方差分析(One-way ANOVA)、Duncan’s(α=0.05)多重比较和主成分分析，图表中数据均为平均值±标准误(n=3)。采用Origin 2021 软件绘图。

采用以下公式计算养分(N/P/K)积累与肥料利用效率等指标：

2 结果与分析

2.1 复合肥不同施用量对巴戟天生长的影响

由表1 可知，与CK 相比，施用复合肥在不同程度上促进了巴戟天地径的生长，但各处理间的差异均未达到显著水平；不同施肥处理均能显著提高巴戟天的总生物量(P＜0.05)，且随着施肥量的增加，巴戟天总生物量呈现先增加后下降的变化趋势；除T1 处理外，其余施肥处理均显著提高巴戟天根部产量(P＜0.05)，并且与总生物量的变化规律一致。与CK 相比，T1～T5 处理巴戟天总生物量增加了30.72%～128.10%，根部产量增加了17.11%～114.47%，均在T3 处理达到最大值，显著高于其他处理(P＜0.05)，分别为13.96 和1.63 g。

表1 复合肥不同施用量对巴戟天生长指标的影响1)Table 1 Effects of different application amounts of compound fertilizer on growth indexes of Morinda officinalis

2.2 复合肥不同施用量对巴戟天养分吸收的影响

如图1 所示，巴戟天在施肥条件(T1～T5)下的地上部和根部N、P、K 含量均高于CK 的，但不同施肥量之间存在差异。其中，巴戟天地上部N、P、K 含量大体呈现随施肥量增加而升高的趋势，T5 处理的N、K 含量最高，T4 处理的P 含量最高，均显著高于CK、T1 和T2 处理的，相较于CK 增幅达31.66%～101.83%。巴戟天根部N、P、K 含量随施肥量的增加呈现先增后降的趋势，最高值均在T3 处理，分别为30.38、3.90 和10.82 mg·g-1，是CK 的0.52～1.62 倍。

图1 复合肥不同施用量对巴戟天不同部位N、P、K 含量的影响Fig.1 Effects of different application amounts of compound fertilizer on contents of N,P and K in different parts of Morinda officinalis

不同处理对巴戟天各部位N、P、K 累积量的影响如图2 所示。各处理地上部N、P、K 累积量均大于根部的，CK 各部位的N、P、K 积累量均最低。巴戟天不同部位N、P、K 累积量均随施肥量增加先增后降，在T3 处理达到最大值，各部位N、P、K 累积量均显著高于其他处理(P＜0.05)(T4 处理的全株和地上部P 累积量除外)，全株N、P、K 累积量分别是CK 的4.18、3.23、2.97 倍。

图2 复合肥不同施用量对巴戟天各部位N、P、K 单株累积量的影响Fig.2 Effects of different application amounts of compound fertilizer on the accumulation of N,P and K per plant in different parts of Morinda officinalis

2.3 复合肥不同施用量的肥料利用效率

如表2 所示，不同施肥处理中巴戟天对肥料中N、P、K 等养分元素的利用效率有显著差异，均表现为N＞K＞P。随着肥料施用量的增加，N、P、K 利用效率均呈先增后降趋势，T3 处理对N、P 和K 的利用效率均达最高，分别为41.35%、3.23%和16.62%。各处理中巴戟天对肥料中N、P、K 等养分元素的利用效率均表现为T3＞T1＞T2＞T4＞T5，其中T3 和T1 处理N 和P 利用效率显著高于其他处理，T3 处理K 利用效率均显著高于其他处理的(P＜0.05)。

表2 复合肥不同施用量的肥料利用效率1)Table 2 Fertilizer utilization efficiency of different application amounts of compound fertilizer %

2.4 复合肥不同施用量对巴戟天有效成分寡糖的影响

如图3 所示，巴戟天的4 种寡糖含量均随施肥量增加呈现先降后增的趋势。所有施肥处理的4 种寡糖含量均低于CK，降幅最大达35.65%。其中，1-蔗果三糖含量在T1 处理最低，其他寡糖含量均在T 3 处理最低，相较于C K 降幅达8.5 6%～35.65%。各处理中蔗糖和1-蔗果三糖含量无显著差异，T3 处理的耐斯糖和1F-果呋喃糖基耐斯糖含量低于其余处理。

图3 复合肥不同施用量对巴戟天4 种寡糖含量的影响Fig.3 Effects of different application amounts of compound fertilizer on contents of four oligosaccharides in Morinda officinalis

不同处理对巴戟天4 种寡糖累积量的影响如图4所示，施肥处理寡糖累积量高于CK，同一处理中蔗糖累积量高于其他3 种寡糖。巴戟天蔗糖、1-蔗果三糖、耐斯糖和寡糖总累积量均随复合肥施用量增加呈先增后降的趋势，最高值均在T3 处理，单株累积量分别为81.58、59.23、38.22 和217.08 mg，相较于CK，增幅达28.41%～95.98%。除T4 处理的1F-果呋喃糖基耐斯糖外，T2～T5 处理4 种寡糖的累积量均显著高于CK 和T1 处理的(P＜0.05)。施肥处理间，T3 处理的巴戟天蔗糖、1-蔗果三糖和寡糖总累积量均显著高于其他处理的，耐斯糖累积量显著高于T1 和T2 处理的(P＜0.05)。

图4 复合肥不同施用量对巴戟天4 种寡糖单株累积量的影响Fig.4 Effects of different application amounts of compound fertilizer on accumulation of four oligosaccharides in Morinda officinalis

2.5 相关性分析

巴戟天产量、养分和寡糖的相关性如图5 所示。巴戟天总生物量、产量与全株的N/K 含量、4 种寡糖累积量均呈极显著正相关(P＜0.01)，与全株P 含量显著正相关(P＜0.05)，而与耐斯糖、1F-果呋喃糖基耐斯糖含量呈极显著负相关。巴戟天全株N 含量与P/K 含量、4 种寡糖累积量呈极显著正相关，但与耐斯糖、1F-果呋喃糖基耐斯糖含量呈极显著负相关；全株P 含量与4 种寡糖含量呈负相关，其中与耐斯糖和1F-果呋喃糖基耐斯糖含量有显著负相关关系；全株K 含量与耐斯糖、1F-果呋喃糖基耐斯糖含量呈极显著、显著负相关。

图5 巴戟天不同指标的相关性分析Fig.5 Correlation analyses of different indicators for Morinda officinalis

巴戟天4 种寡糖累积量与产量、总生物量的正相关性最大，其次为全株N、K、P 含量。4 种寡糖累积量与寡糖含量的相关性多数为负相关，其中除1F-果呋喃糖基耐斯糖累积量与1F-果呋喃糖基耐斯糖含量的相关性外，耐斯糖、1F-果呋喃糖基耐斯糖含量与4 种寡糖累积量有显著或极显著负相关关系。

2.6 综合评价

选取巴戟天总生物量、产量、全株N/P/K 含量、4 种寡糖累积量等9 个指标进行主成分分析，综合评价不同施肥量对巴戟天的效果。KMO 值为0.822(＞0.6)，Bartlett 球形检验的显著性系数为0.000(＜0.05)，说明数据适合进行主成分分析。结果(表3)表明，前两个主成分的特征值大于1 且各指标的累积贡献率达85.994%，说明已包含巴戟天各指标的大部分信息。其中，第一主成分的贡献率达74.246%，第二主成分仅占11.748%，特征值分别为6.682 和1.057；所有指标均对第一主成分起主要贡献，而对第二主成分起主要贡献的有全株P 含量和1F-果呋喃糖基耐斯糖累积量(载荷系数绝对值大于0.4 时，说明该项指标对相应主成分贡献较大)，因此第一主成分起主导作用。将载荷系数除以对应特征根的算术平方根得到线性组合系数，各主成分的线性函数表达式为：

表3 主成分分析的载荷系数Table 3 Loading coefficients for principal component analysis

式中，F1：第一主成分得分，F2：第二主成分得分；X1：总生物量，X2：产量，X3：全株N 含量，X4：全株P 含量，X5：全株K 含量，X6：蔗糖累积量，X7：1-蔗果三糖累积量，X8：耐斯糖累积量，X9：1F-果呋喃糖基耐斯糖累积量。

将标准化处理的各指标数据代入公式(4)(5)，得出各主成分得分，再计算各处理的综合得分(F)。

由图6 和表4 得出不同处理的主成分得分排序为T3＞T5＞T4＞T2＞T1＞CK，其中T3 和T5 处理均在第一主成分的正方向上，且T3 处理分值最大。施用复合肥处理(T1～T5)主成分得分均大于CK，表明施肥促进巴戟天生长和寡糖累积。

图6 复合肥不同施用量的主成分分析Fig.6 Principal component analyses of different application amounts of compound fertilizer

表4 复合肥不同施用量的主成分分析综合得分Table 4 Comprehensive score of principal component analysis of different application amounts of compound fertilizer

3 讨论

3.1 施用复合肥对巴戟天产量的影响

施用复合肥可以提高土壤肥力，为植物提供生长所需的营养元素[18]，是提高药用植物产量的重要措施。中药材人工种植的研究发现，施肥能够提高川明参Chuanminshenviolaceum[19]、川芎Ligusticum chuanxiong[20]、丹参Salviamiltiorrhiza[21]等多种中药材的产量。本研究同样发现，合理的施肥可以促进巴戟天生长，提高药材产量，但过量施肥在一定程度上会降低药材产量。范巧佳等[22]对川芎施用不同水平N 肥发现，与中水平N 肥(31.8 kg·hm-2)相比，高水平N 肥(54.3 kg·hm-2)降低川芎产量；贾袭伟等[23]对款冬Tussilagofarfara施肥后发现，地上部和根部干质量均随施肥量增加呈先增加后减少的趋势，与本试验结果一致。

3.2 施用复合肥对巴戟天养分元素吸收的影响

N、P、K 是药用植物生长发育所需的重要元素，科学合理的施肥有利于提高药用植物的产量和品质。本研究发现，施复合肥可以促进巴戟天对N、P、K 等养分的吸收，但随着施肥量的增加，巴戟天对N、P、K 等养分的累积量均呈现先快速增加后缓慢下降的趋势，说明适量施肥能促进巴戟天对养分的吸收，过量施肥则会降低养分累积量。肥料利用率是衡量施肥是否合理的一项重要指标，通过提高肥料利用率可提高施肥的经济效益、降低肥料投入并减少对环境的污染[24]。本研究发现，巴戟天对复合肥的肥料利用率随施肥量的增加先呈上升趋势，并在T3 处理达到最大，随后急速下降。虽然T4 和T5 处理巴戟天养分(N、P 和K)含量和累积量均大于T1 和T2 处理，但从生态环境及经济方面考虑，T4、T5 处理并非本研究的最佳施肥配方。

N 是植物体内叶绿素、蛋白质和核酸等物质的重要组成部分，施N 肥能明显提高植物光合速率，从而促进植物生长[25]。本研究中巴戟天N、P、K 元素累积量大小表现为N＞K＞P，表明巴戟天生长过程中对N 肥需求量较大，其次是K 肥，对P 肥需求较少，此结论与潘超美等[26]对巴戟天的研究结果基本一致，与漆小雪等[27]对黄花蒿ArtemisiaannuaN、P、K 累积量的研究结果基本一致。因此，在生产管理上应根据土壤理化性质合理满足巴戟天对N 肥的需求，合理补充K 肥和P 肥。

3.3 施用复合肥对巴戟天寡糖的影响

在巴戟天栽培研究中，施肥对巴戟天寡糖影响的研究鲜见报道。本研究发现，随着施肥量的增加，巴戟天4 种寡糖含量均呈先降后增的趋势，与生物量的变化趋势相反，说明巴戟天在良好的生长条件(适量施肥)下，以生长发育为主，进而提高产量，但其药用成分含量有所降低，而在不施肥条件下生长较慢，产量降低，但其药用成分含量上升。巴戟天不施肥处理下4 种寡糖含量均高于施肥处理，其中耐斯糖和1F-果呋喃糖基耐斯糖含量差异达到显著水平，说明巴戟天的高产量与高品质往往不能同时实现，符合植物次生代谢物合成机制中的生长/分化平衡假说、碳素/营养平衡假说和资源获得假说[28]。

大量研究表明，合理施肥可以提高药用植物的产量并促进药用植物有效成分的累积[7,19,29-30]。本研究发现，相比于不施肥处理，虽然施肥处理巴戟天寡糖含量降低，但是寡糖累积量显著提高。寡糖累积量随复合肥施用量增加呈先增后降的趋势，除1F-果呋喃糖基耐斯糖外，其他3 种寡糖累积量最高值均在T3 处理(单株总施肥量为6 g)，表明合理施肥可以增加巴戟天寡糖累积量。

施肥对药用植物产量与有效成分含量影响的研究发现，提高产量的同时会降低其有效成分含量[8-9,31]，与本试验结果相似。平衡产量与有效成分含量是药用植物人工种植的关键。在巴戟天制药应用当中，有效成分寡糖的提取量由累积量决定[32]，所以提高巴戟天的寡糖累积量才是关键，本研究表明，适量施肥可显著提高巴戟天寡糖的累积量，进而增加单位面积巴戟天的生产效益。

3.4 施用复合肥对巴戟天不同指标相关性的影响

巴戟天的产量、养分含量和寡糖含量间存在相关性。巴戟天N、P 和K 元素含量间呈显著正相关，3 种养分元素共同促进植物生长[33]。本试验中巴戟天耐斯糖和1F-果呋喃糖基耐斯糖含量与产量、养分(N/P/K)含量呈显著或极显著负相关，蔗糖、1-蔗果三糖含量与产量、N/P 含量呈负相关但未达到显著水平，巴戟天生长越快，吸收养分越多，其寡糖含量会相对降低；可能是由于施用复合肥能够提高土壤肥力，促进巴戟天的生长和养分吸收，但是寡糖的合成速率未跟上巴戟天生长速度，从而导致寡糖含量降低。

尽管巴戟天4 种寡糖含量与总生物量、产量为负相关(-0.879～-0.095)，但巴戟天4 种寡糖累积量与产量的相关性最高(0.695～0.955)，且大于4 种寡糖累积量与其含量的相关性(-0.803～0.238)，说明寡糖累积量的主要影响因子是巴戟天产量而不是品质，与鲁泽刚等[34]对灯盏花的研究结果相似。因此，在巴戟天栽培以及根部药用成分寡糖开发利用过程中，施肥管理的结果往往是增加根部药用成分产量，通过促进根部产量最大化而提高药用成分收获量，并非直接影响药用成分的含量。

4 结论

施复合肥能不同程度地促进巴戟天对养分(N、P 和K)的吸收，提高产量，促进有效成分寡糖的累积，养分及寡糖累积量随复合肥施用量增加呈先增后降的趋势，T3 处理效果最佳。巴戟天对养分的需求表现为N＞K＞P，所以在巴戟天种植过程中应以N 肥为主，适量补充K 和P 肥。巴戟天高产和优质不能兼得，寡糖累积量的主要影响因子是产量，巴戟天产量、养分元素含量与耐斯糖和1F-果呋喃糖基耐斯糖含量呈显著负相关，虽然耐斯糖和1F-果呋喃糖基耐斯糖含量均在T3 处理最低，但其产量和寡糖累积量最高。因此，在现实生产中，通过施肥能够有效增加巴戟天根部药用成分产量，从而进一步提高单位面积巴戟天的生产效益。