氮磷鉀配施對瓦布貝母產量及總生物堿質量分數的影響

鄧秋林，楊正明，陳 雨，張亞琴，雷飛益，李思佳，劉震東，陳興福

(1.四川農業大學 農學院，成都 611130;2.四川新荷花川貝母生態藥材有限公司，四川松潘 623301)

瓦布貝母[FritillariaunibracteataHsiao et K.C.Hsia var.wabuensis(S.Y.Tang et S.C.Yue)Z.D.Liu,S.Wang et S.C.Chen]為百合科貝母屬植物，是川產道地藥材川貝母的基源植物之一。瓦布貝母以鱗莖入藥，具有清熱潤肺、化痰止咳、散結消癰的功效，用于治療肺熱燥咳、干咳少痰、陰虛勞嗽、痰中帶血、瘰疬、乳癰、肺癰等癥[1]。瓦布貝母主要分布于四川岷江上游山區的茂縣、北川、松潘、黑水縣境內，生長在海拔2500～3000m的灌木林、小喬木林下[2]。川貝母由于生境特殊、生長年限長、野生資源過度采挖等原因而日趨瀕危[3]，然而川貝母的用量逐年增加，川貝母的人工栽培尤為重要。瓦布貝母易成活、產量高且質優，其引種栽培成功緩解了川貝藥用資源緊張的問題，同時為促進川貝母野生資源的保護提供了保證。川貝母人工栽培雖然取得了一定的成果，但川貝母的資源量仍然不足，人工栽培技術的研究仍需要加強，以求達到高產和高效[2,4]，從而解決川貝藥用資源短缺的問題。合理施肥有利于提高藥材的產量與質量[5]。氮磷鉀的施用會改善藥用植物的性狀，從而影響其產量和質量[6]。川貝母中含有多種化學成分，包括生物堿類和非生物堿類，其中生物堿是川貝母的特征成分，也是主要活性成分，常作為貝母類藥物的指標成分[7]。張禮等[8]研究表明施肥水平是影響川貝母燈籠花期產量的主要因素；鄧孔權[9]研究施肥對川貝母田間產量的影響結果表明，田間施用氮磷鉀復合肥(氮磷鉀為13∶5∶7)的增產效果可達到70%以上。夏進春等[10]研究結果表明氮磷鉀肥的混合施用比單獨施用效果好。馬靖[11]通過“3414”田間試驗表明，川貝母的需肥量小，5a年生川貝母的最佳施肥方案為氮肥10.91kg/hm2、磷肥0kg/hm2、鉀肥26.85kg/hm2。劉洪見等[12]研究表明，氮肥、鉀肥對浙貝母所起的增產效益并不顯著，磷肥對其有極顯著的增產效應。前人對瓦布貝母的研究主要集中資源分類[13-16]、化學成分[17-20]和藥理作用[21-24]等方面，對其栽培技術的研究鮮有報道，生產上也鮮有合理的氮磷鉀配施量。不同藥材對氮磷鉀的需求量及其比例不一樣，氮磷鉀對藥材產量和藥用成分含量的影響也各不相同[23-27]。本試驗采用三因素五水平二次通用旋轉組合設計方法，研究不同氮磷鉀配施對瓦布貝母鱗莖產量及總生物堿質量分數的影響，明確瓦布貝母高產優質的氮磷鉀配施量，為瓦布貝母合理施肥和提高肥料利用率提供科學依據，從而提高栽培瓦布貝母的產量和質量。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在四川省茂縣松坪溝鄉新荷花中藥飲片股份有限公司川貝母標準化生產基地(32°19′N，103°49′E)進行，年均氣溫11.0 ℃，無霜期 215.4 d，年均日照1 549.4 h。。試驗地基本養分狀況：pH 5.7，有機質53.57 g/kg，堿解氮490.06 mg/kg，有效磷105.11 mg/kg，速效鉀168.55 mg/kg。

1.2 試驗材料

試驗材料為5 a生瓦布貝母栽培品種，由四川省茂縣松坪溝鄉新荷花中藥飲片股份有限公司川貝母標準化生產基地提供，試驗材料經四川農業大學陳興福教授鑒定為百合科貝母屬植物瓦布貝母(F.unibracteatavar.wabuensis)。供試肥料為尿素(總N≥46%，甘肅劉化(集團)有限責任公司)、過磷酸鈣(P2O5≥12%，四川省成都市青白江區磷肥廠)、硫酸鉀(K2O≥60%，國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司)。

1.3 試驗設計

試驗采用三因素五水平二次通用旋轉組合設計，設置氮肥、磷肥、鉀肥3個因素、5個水平 (表1)，共20個處理(表2)。各小區隨機安排于試驗地中。瓦布貝母于2016年8月栽種，小區面積1.5 m2(1.5 m×1.0 m)，株距10 cm、行距 15 cm，每個小區栽種貝母90粒，并稱量，在栽培前施用15 000 kg/hm2的農家肥作為底肥。后期，除肥料施用外，其他處理與基地管理一致。氮肥、磷肥和鉀肥均做追肥施用，分別在瓦布貝母齊苗期、開花期和掛果期施用，用量為總量的20%、40%和40%，施用時與小區土壤混勻后撒施。

表1 因素水平表Table 1 Factor level table kg/hm2

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表2 試驗設計與實施方案Table 2 Experimental design and implementation plan g/m2

1.4 測定項目與方法

1.4.1 瓦布貝母產量 2017-08-06在瓦布貝母植株地上部分完全倒苗后進行采挖，分別按照試驗小區的編號測定產量，并折算成單位面積產量，再與播種下去的鱗莖質量計算鱗莖増重率。

增重率=(采收時的鱗莖質量-播種時的鱗莖質量)/播種時的鱗莖質量×100%。

1.4.2 瓦布貝母總生物堿 精密稱取西貝母堿對照品3.3 mg，用三氯甲烷溶液定容至25 mL容量瓶中。精密吸取標準溶液0、0.l、0.2、0.4、 0.6、1.0 mL，置于具塞試管中，分別補加三氯甲烷至10.0 mL，精密加入5 mL水、2 mL 0.05%溴甲酚綠緩沖液(取溴甲酚綠0.05 g，用0.2 moL/L氫氧化鈉溶液6 mL使溶解，加磷酸二氫鉀1 g，加水使溶解并稀釋至100 mL，即得)，劇烈振搖1 min，分液放置30 min。取三氯甲烷層液，用干燥濾紙過濾，取續濾液，用紫外分光光度計測定415 nm波長下的吸光度，以吸光度為縱坐標，濃度為橫坐標，繪制標準曲線。參照2015版《藥典》[1]中的方法，略加改進，即取瓦布貝母粉末約1 g，精密稱定，置平底燒瓶中，加濃氨試液1.5 mL，浸潤1 h，加三氯甲烷-甲醇(體積比4∶1)混合溶液20 mL，置80 ℃水浴加熱回流2 h，放冷，過濾，濾液置50 mL量瓶中，用適量三氯甲烷-甲醇(體積比4∶1)混合溶液洗滌藥渣2～3次，洗液并入同一量瓶中，加三氯甲烷-甲醇(體積比 4∶1)混合溶液至刻度，搖勻。精密量取1 mL，置25 mL具塞試管中，水浴上蒸干，精密加入三氯甲烷10 mL使溶解，照標準曲線的制備方法，自“精密加入5 mL水”起，依法測定吸光度，從標準曲線上讀出供試品溶液中西貝母堿的質量(mg)，計算，即得。

1.5 數據分析與處理

采用Excel 2016和DPS 7.05數據處理系統對文中數據進行方差分析，三元二次通用旋轉設計原理建立數學模型。

2 結果與分析

2.1 數學模型的建立與檢驗

根據測得鱗莖增重率和總生物堿質量分數數據，通過二次通用旋轉組合設計方法進行統計，見表3。

對上述方程進行失擬性檢驗，計算結果見表4。由表4可知，對Y1、Y2回歸方程進行方差分析，Y1回歸方程在F檢驗中，FR達到極顯著水平，FLf不顯著，表明該回歸方程擬合度合理可靠，用其來預測增重率的數學模型可靠程度高。Y2回歸方程在F檢驗中，FR達到顯著水平，FLf不顯著，表明該回歸方程擬合度較好，該數學模型成立。

2.2 模型分析

2.2.1 主效應分析 一次項回歸系數絕對值的大小可以直接比較各因素對瓦布貝母增重率和總生物堿質量分數的影響，試驗中各因素對增重率影響的大小順序為：磷肥(X2)>氮肥(X1)>鉀肥(X3)，試驗中各因素對總生物堿質量分數影響的大小順序為：氮肥(X1)>鉀肥(X3)>磷肥(X2)。

根據方程得出Y1(增重率)單因素回歸方程效應影響圖1，由圖1可以看出，磷肥對瓦布貝母增重率影響呈先上升后下降的趨勢。在 -1.682水平到0水平之間，隨著磷肥用量的增加，增重率增加，在0水平達到最大，之后，隨著施肥水平的增加，增重率減少。

表3 試驗設計結構矩陣和試驗結果Table 3 Experimental design structure matrix and test results

表4 試驗結果的方差分析Table 4 Variance analysis of test results

注：*為差異顯著(P<0.05)，**為差異極顯著(P<0.01)。

Note：* show significant different(P<0.05)；** show extremely significant different(P<0.01).

根據方程得出Y2(總生物堿)回歸方程效應影響圖2。由圖2可以看出，各因素對瓦布貝母總生物堿影響整體趨勢呈先上升后下降。在 -1.682水平到0水平之間，隨著施肥水平的增加，總生物堿質量分數增加，在0水平達到最大，之后，隨著施肥水平的增加，總生物堿質量分數 減少。

圖1Y1(增量率)單因素效應分析Fig.1Y1 (mass gain rate) single factor analysis

圖2 Y2(總生物堿質量分數)單因素效應分析Fig.2 Y2 (total alkaloid mass fraction) single factor analysis

2.2.3 互作效應分析 由表4可知，X2X3對瓦布貝母增重率影響顯著，X1X2和X1X3未達到顯著；X1X3對瓦布貝母總生物堿質量分數的影響顯著，X1X2和X2X3未達到顯著。

由此方程可以計算出鉀肥與磷肥的互作效應圖3。由圖3可以看出，不同水平磷肥、鉀肥均影響瓦布貝母增重率的提高，磷肥和鉀肥的互作效應有利于增重率的提高。在-1.682水平到-1水平l鉀肥和1水平到1.682水平磷肥有利于增重率的提高，磷肥為1水平，鉀肥為-1.682水平時，瓦布貝母的增重率達到最大。

由方程得到X1X3互作效應質量分數變化圖4。

圖3 磷、鉀互作對增重率的影響Fig.3 Effects of phosphorus and potassium interaction on weight gain rate

圖4 氮、鉀互作對總生物堿質量分數的影響Fig.4 Effects of nitrogen and potassium interaction on total alkaloid content

由圖4可以看出，不同水平的氮肥、鉀肥均影響瓦布貝母總生物堿的積累，磷肥和鉀肥的互作效應利于總生物堿的積累。在0水平到1水平氮肥和0水平到1水平鉀肥有利于總生物堿的積累，氮肥和磷肥都在0水平時，瓦布貝母的總生物堿質量分數最高。

2.2.4 施肥方案的優選 以Y1(增重率)、Y2(總生物堿質量分數)方程作為相關函數，通過統計頻數法選優分析得出符合相關目標的氮磷鉀配施 方案。

綜合考慮瓦布貝母的生產潛力以及茂縣松坪溝鄉的土壤狀況，可將瓦布貝母增重率為 105.13%作為高產目標，利用統計頻數法選優，計算試驗處理全部實施時全部的理論產量。通過DPS 7.05軟件分析可知，在組合方案中，產量預測值達到目標要求的有51個，結果見表5。通過對95%的置信區間分布進行計算，可優化出穩定的施肥范圍。當施用氮肥7.79～12.00 kg/hm2、磷肥38.79～49.25 kg/hm2、鉀肥15.39～24.49 kg/hm2時，瓦布貝母增重率大于105.13%。

表5 瓦布貝母增重率≥105.13%的方案頻數分布Table 5 The program frequency distribution of Fritillaria unibracteata var.wabuensis weight gain rate≥105.13%

《中華人民共和國藥典》[1]中要求，川貝母中總生物堿質量分數不得少于0.05%，根據《藥典》指標的要求并結合本試驗結果，將瓦布貝母中總生物堿質量分數大于0.37%定為高質量分數。在組合方案中，瓦布貝母中總生物堿質量分數大于 0.37%時有41個方案，結果見表6。通過對95%的置信區間分布進行計算，可優化出穩定的施肥范圍。當施用氮肥8.98～12.96 kg/hm2、磷肥 26.63～43.37 kg/hm2、鉀肥17.44～25.40 kg/hm2時，瓦布貝母總生物質量分數大于 0.37%。

綜合考慮增重率和總生物堿質量分數，當施用氮肥8.98.79～12.00 kg/hm2、磷肥38.79～43.37 kg/hm2、鉀肥17.44～24.49 kg/hm2時，可使瓦布貝母增重率大于105.13%，總生物堿質量分數大于0.37%。

表6 瓦布貝母總生物堿質量分數≥0.37%的方案頻數分布Table 6 Program frequency distribution of Fritillaria unibracteata var.wabuensis total alkaloid mass fraction ≥0.37%

3 討論與結論

氮磷鉀被稱為“肥料三要素”，過量或缺乏會影響藥用植物的生長發育，同時，土壤中氮磷鉀的質量分數也影響著藥用植物對這些元素的吸收，從而影響中藥材的品質。科學合理的施肥有利于藥用植物的生長發育以及產量質量的形成。研究表明[28-29]氮磷鉀合理配施可以促進黃芪的生長和干物質的積累，提高黃芪中毛蕊異黃酮苷、芒柄花苷和總黃酮等活性成分質量分數。本研究結果表明，在試驗因素范圍內氮、磷、鉀均有利于瓦布貝母增重率的提高和總生物堿的積累。試驗中測得的總生物堿質量分數高于張培培等[17]的測定結果，說明氮磷鉀配施可以提高瓦布貝母總生物堿的質量分數。

大量研究表明氮肥對產量的影響較大[30-32]，本試驗中磷肥對瓦布貝母產量的影響較大，原因可能是氮肥用量較少，增加用量影響較小；磷可以促進根系的生長發育。氮肥對生物堿的積累影響較大，可能是因為氮元素是生物堿的組成元素之一，張燕等[33]的研究結果也說明氮對生物堿的合成有促進作用，但對其作用機制還未有更深入的研究。由互作效應得到的兩因素互作效應可知磷鉀互作影響增重率，氮鉀互作影響瓦布貝母總生物堿的質量分數積累。磷鉀均可以影響植物的生長發育，鉀的作用只有在磷充足的條件下發揮出來[34]，鉀可以提高氮肥的效應。

通過二次通用旋轉試驗設計，本研究建立氮肥、磷肥、鉀肥與瓦布貝母鱗莖增重率和總生物堿之間的回歸方程。試驗模型結果表明，氮磷鉀肥配施有利于瓦布貝母增重率和總生物堿質量分數的提高，但是需要適量施用，過量施用會對產量、總生物堿質量分數產生抑制效果。綜合考慮產量與質量可以得出施用氮肥8.98～12.00 kg/hm2、磷肥 38.79～43.37kg/hm2、鉀肥17.44～24.49 kg/hm2時，可使瓦布貝母增重率大于105.13%，總生物堿質量分數大于0.37%。