化肥減量施用對(duì)三七生長(zhǎng)及藥用成分的影響

霍躍文，楊 雁,，石亞娜，許宗亮，魏富剛，陳中堅(jiān)，王家金 ，劉 莉*，鄭 毅

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650201；2.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 藥用植物研究所，云南 昆明 650205；3.文山苗鄉(xiāng)三七科技有限公司，云南 文山 663000；4.云南省教育廳，云南 昆明 650223)

【研究意義】三七[Panaxnotoginseng(BurK.)F.H.Chen]為五加科人參屬植物，有止血、散瘀、定痛的功效，是中國(guó)名貴的中藥材[1-2]，具有巨大的藥用及經(jīng)濟(jì)價(jià)值[3]。三七為中國(guó)獨(dú)有品種，云南和廣西三七種植面積已逾2.0萬(wàn)hm2，年產(chǎn)量近2800萬(wàn)kg[4-5]。由于云南文山具有低緯度高海拔的氣候條件，有利于三七干物質(zhì)和有效成分的積累，形成了文山三七產(chǎn)量高、品質(zhì)好的特點(diǎn)，是公認(rèn)的道地產(chǎn)區(qū)。但近年來(lái)為追求高產(chǎn)以適應(yīng)市場(chǎng)需求，化肥大量濫用不僅導(dǎo)致種植成本提高，而且造成土壤結(jié)構(gòu)破壞、肥力下降，嚴(yán)重制約三七規(guī)模化生產(chǎn)，使得種植區(qū)由云南文山擴(kuò)展至周邊區(qū)域[6]。隨著土地資源不斷緊張，三七規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展成為亟待解決的問(wèn)題。【前人研究進(jìn)展】前人對(duì)于三七養(yǎng)分的研究主要集中在需肥期方面，如崔秀明等[7]對(duì)不同年限三七植株氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收規(guī)律的研究，表明一年生三七在8月初和10月初有2個(gè)吸肥高峰，二年生三七以開(kāi)花期(8月)和結(jié)果期(10月)需肥最多，每形成 100 kg干物質(zhì)需氮(N)1.85 kg、磷(P2O5)0.51 kg和鉀(K2O)2.28 kg，這表明三七養(yǎng)分需求較低，應(yīng)注意平衡施肥[8]。韋美麗[9]等對(duì)3年生三七養(yǎng)分需求規(guī)律的研究認(rèn)為三七是喜肥作物，吸肥高峰為6和11月。【本研究切入點(diǎn)】面對(duì)當(dāng)前化肥、農(nóng)藥價(jià)格飛漲，生產(chǎn)成本不斷攀升，“提質(zhì)增效、綠色興農(nóng)”的需求不斷增加，而減量施肥技術(shù)便成為重要手段也是實(shí)現(xiàn)國(guó)家化肥零增長(zhǎng)的主要途徑[10]。目前在糧食果蔬種植方面應(yīng)用較多，中藥材栽培方面則鮮有研究。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】將減量施肥技術(shù)科學(xué)運(yùn)用到三七種植中，是其節(jié)肥增效的重要手段。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)基本情況

試驗(yàn)于2017年1-10月在昆明市石林縣苗鄉(xiāng)圭山3年生三七種植基地(103°38′E，24°44′N，海拔高度2 130 m)進(jìn)行。石林縣與三七道地產(chǎn)區(qū)文山州僅隔一縣，同屬亞熱帶氣候，平均海拔1560 m；平均氣溫15.6 ℃；全年無(wú)霜期280 d；年均降水量950 mm。相較于海拔略低的文山州，氣候涼爽，雨期分布更均勻。全縣由于小平壩居多，日照時(shí)間充足，植物致病因素大大減少，反而適宜三七的種植。同時(shí)苗鄉(xiāng)三七公司具有規(guī)范化的日常管理模式，可以保證三七在試驗(yàn)期間健康的生長(zhǎng)，以確保試驗(yàn)結(jié)果的合理性與科學(xué)性。

1.2 供試材料

種植基地供試已經(jīng)生長(zhǎng)了2年的三七，用三年生三七表示。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)施肥水平，基肥為2625 kg·hm-2生物有機(jī)肥，150 kg·hm-2油枯。統(tǒng)一追肥，共追施4次肥料，即常規(guī)施肥、減量10 %施化肥、減量20 %施化肥、減量30 %施化肥、不施用化肥，分別以CR、C1、C2、C3、CK表示(表1)。3次重復(fù)，完全隨機(jī)區(qū)組排列。單個(gè)試驗(yàn)小區(qū)面積為11.4 m2，共15個(gè)小區(qū)，總試驗(yàn)面積為171 m2。

表1 3年生三七不同處理追肥量

1.4 檢測(cè)指標(biāo)與方法

在每月追肥時(shí)采集土壤與植株樣品。土樣測(cè)試項(xiàng)目包括 pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀，第二次土壤普查土壤養(yǎng)分含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2[11]。pH 測(cè)定采用土∶水=1∶2.5 pH計(jì)法，土壤pH值分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3；有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用鉻酸還原滴定外熱法；堿解氮含量測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法；速效磷含量測(cè)定采用0.5 mol·L-1碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀含量測(cè)定采用 1.0 mol·L-1NH4OAc浸提-火焰光度法[12]。

表2 第二次土壤普查土壤養(yǎng)分含量分級(jí)表

表3 土壤pH值分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

植株樣的指標(biāo)包括：三七各追肥時(shí)期株高、莖粗、葉長(zhǎng)、葉寬、地上部和地下部生物量，三七產(chǎn)量和皂苷含量。在每個(gè)小區(qū)中隨機(jī)連續(xù)選取5株三七，標(biāo)記作為調(diào)查對(duì)象，進(jìn)行農(nóng)藝性狀的測(cè)定。使用卷尺或游標(biāo)卡尺測(cè)量。

皂苷的測(cè)定：采用HPLC法檢測(cè)[13]，取0.5 g過(guò)100目篩的三七粉至錐形瓶中，加100 mL甲醇，搖勻，超聲(100W，50k Hz)處理30 min，將此粗提液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮至10 mL，0.45 μm有機(jī)濾膜過(guò)濾后，取5 μl注入HPLC儀，柱溫為25 ℃，色譜柱為Waters SymmetryC18 柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)，流動(dòng)相為乙腈-水，梯度洗脫，流速：1.5 mL·min-1，檢測(cè)波長(zhǎng)：203 nm[14]。

1.5 統(tǒng)計(jì)方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010和SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 三年生三七種植基地土壤養(yǎng)分特征

由表4可知，試驗(yàn)地15個(gè)土樣pH值在5.35～5.91，根據(jù)第二次土壤普查土壤養(yǎng)分含量(表2)及土壤pH值分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表3)，pH值處于酸性至弱酸性狀態(tài)；有機(jī)質(zhì)含量最高值為22.16 g·kg-1，最低值為21.77 g·kg-1，處于中等水平；土壤堿解氮的平均含量為223.58 mg·kg-1，標(biāo)準(zhǔn)差為16.22，處于極豐富水平；土壤速效磷含量的平均值為64.54 mg·kg-1，屬于極豐富水平，變異系數(shù)較大，變化差異大，分布不均勻。土壤速效鉀含量的平均值為323.67 mg·kg-1，變異系數(shù)為5.47 %，屬于極豐富水平，可以滿足喜鉀作物三七的需求。

表4 3年生三七基地主要肥力指標(biāo)基本特征

三年生三七種植由于沒(méi)有移栽，長(zhǎng)期施肥導(dǎo)致土壤pH值降低，存在土壤酸化問(wèn)題。但對(duì)于有機(jī)質(zhì)及N、P、K速效養(yǎng)分含量隨著第2年種植期間不斷的追肥，使其含量增加，并且均處于豐富至極豐富水平，保證了三七第3年生長(zhǎng)發(fā)育所需要的養(yǎng)分。

2.2 減量施肥對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

從不同時(shí)期各處理在三年生三七生長(zhǎng)的土壤pH值的變化趨勢(shì)看，處理CK的pH值均最高，這與沒(méi)有施用化肥有關(guān)，減緩pH值降低，其他處理pH值略高于處理CR，但各處理變化趨勢(shì)一致，均隨時(shí)間的推進(jìn)pH值降低。土壤有機(jī)質(zhì)變化較小，各速效養(yǎng)分含量變化趨勢(shì)與處理CR一致，在不同追肥時(shí)期處理CR與不同減量水平雖存在差異，但變化較小(圖1～5)。

圖1 不同時(shí)期土壤pH值Fig.1 Soil pH value at different growth stages

圖2 不同時(shí)期土壤有機(jī)質(zhì)Fig.2 Soil organic matter at different growth stages

圖3 不同時(shí)期土壤堿解氮含量Fig.3 Soil available N at different growth stages

圖4 不同時(shí)期土壤速效磷含量Fig.4 Soil rapidly available P at different growth stages

圖5 不同時(shí)期土壤速效鉀含量Fig.5 Soil rapidly available K at different growth stages

2.3 減量施肥對(duì)三七生長(zhǎng)的影響

從表5可見(jiàn)，各處理的三七株高、莖粗、葉長(zhǎng)及葉寬均隨時(shí)間的推進(jìn)而增加。如前2個(gè)月追肥增幅較小，后2個(gè)月追肥增幅就較大。在生長(zhǎng)前中期，處理C2要優(yōu)于其余處理的長(zhǎng)勢(shì)。而在7月29日追肥時(shí)各處理間均差異顯著，說(shuō)明不同減量施肥水平可以直接影響三年生三七株高的增長(zhǎng)；在整個(gè)追肥期內(nèi)莖粗增長(zhǎng)平穩(wěn)，但在生長(zhǎng)后期處理C1的莖粗增長(zhǎng)速度明顯提升，并顯著高于處理CR和處理CK；葉長(zhǎng)與葉寬類似，處理C2對(duì)于前2個(gè)月追肥，有明顯提升，后2個(gè)月增速降低。處理C1在整個(gè)追肥期內(nèi)的葉長(zhǎng)、葉寬持續(xù)增加，同時(shí)也顯著處理CR及處理CK。因此，處理C1更適合整個(gè)生育期的生長(zhǎng)。

表5 不同減量施肥水平對(duì)三年生三七生長(zhǎng)的影響

續(xù)表5 Continued table 5

2.4 減量施肥對(duì)三七地上部和地下部生物量積累的動(dòng)態(tài)影響

從表6可以看出，三年生三七地上部生物量以5月29日至6月29日追肥時(shí)增長(zhǎng)幅度較大。在7月29日追肥時(shí)處理C1達(dá)到最大值為5.53 g，顯著高于處理CK和處理CR，同時(shí)相較于處理CK、處理CR分別增加12.40 %、8.01 %。總體而言，不同減量施肥水平三七生物量的積累還是略高于不施肥及常規(guī)施肥處理的，而處理C1、處理C2較適宜三年生三七地上部生物量的積累。

表6 不同減量施肥水平對(duì)三年生三七生物量的影響

三年生三七各個(gè)處理地下部生物量增加幅度波動(dòng)較大，與地上部生物量變化一致，前2個(gè)月追肥處理C2高于其余處理，后2個(gè)月追肥處理C1高于其他處理，并在7月29日追肥時(shí)達(dá)到最大值27.00 g，顯著高于其他各處理，相比處理CK、處理CR的地下部生物量分別增加4.90 %、2.47 %。因此對(duì)于整個(gè)時(shí)期而言，處理C1有利于地下部生物量的增加。

2.5 減量施肥對(duì)三七產(chǎn)量的影響

從表7可見(jiàn)，處理C1產(chǎn)量，比處理CK、C2、C3、CR分別增產(chǎn)5.20 %、1.11 %、2.54 %、1.95 %，雖然處理C1、處理C2、和處理CR之間差異不顯著，但化肥減量施用不但沒(méi)有減產(chǎn)反而還可以增加三七產(chǎn)量，說(shuō)明施肥不足或過(guò)多均會(huì)影響三七產(chǎn)量。各減量處理增產(chǎn)效果相比處理CK有顯著提升，說(shuō)明適宜的減量施肥可以提高產(chǎn)量，因此，處理C1更適宜三年生三七的生長(zhǎng)。

表7 不同減量施肥水平對(duì)三年生三七產(chǎn)量的影響

2.6 減量施肥對(duì)三七皂苷含量的影響

三七主要以地下部分(根部)入藥，其主要成分為達(dá)瑪烷型四環(huán)三萜皂苷，其中以三七皂苷R1、人參皂苷Rg1、Rb1的含量最高，均具有一定的藥理活性[15-16]。主要皂苷成分的含量是三七主要藥理活性成分和品質(zhì)指標(biāo)。

從圖6可見(jiàn)，各處理對(duì)三年生三七皂苷R1含量的影響，處理C1要高于其他處理，從處理CR到處理C1、C2、C3、CK，皂苷R1含量隨追肥量的減少先增加，在減量10 %時(shí)達(dá)到頂峰再逐漸降低，處理C1、處理C2顯著高于處理CK和處理CR。說(shuō)明處理C1和處理C2較適宜皂苷R1含量的積累。

同一指標(biāo)各處理不同字母表示處理間差異達(dá)5 %顯著水平For the same index, different letters mean the significant difference among the treatments at the 5 % level

人參皂苷Rg1含量的影響表明，處理C1要高于其他處理，同樣從處理CR到處理C1、C2、C3、CK，皂苷Rg1含量隨追肥量的減少先增加，在處理C1時(shí)開(kāi)始降低，處理C1、C2、C3均與CR、CK差異顯著，因此減量施肥處理均較有利于皂苷Rg1含量的積累。

人參皂苷Rb1含量，處理C1要高于其他處理，處理C1、C2均顯著高于處理CK，因此處理C1與處理C2均有利于三七皂苷Rb1含量的積累。

在不同減量施肥下三年生三七總皂苷含量呈C1>C2>C3>CR>CK的變化趨勢(shì)，同時(shí)處理C1、處理C2顯著高于處理CR和處理CK，說(shuō)明施用化肥可以增加三年生三七皂苷含量，但過(guò)量與不足均會(huì)減少皂苷含量，適宜的化肥用量才可以保證三年生三七皂苷含量的穩(wěn)定增長(zhǎng)。處理C1總皂苷含量10.71 %，分別比處理CK、處理CR增加13.82 %、6.46 %，說(shuō)明減量施肥不僅沒(méi)有降低三七皂苷含量，反而更有利于皂苷含量的積累，綜上所述，處理C1、處理C2最有利于三年生三七總皂苷含量的積累。

3 討 論

藥用植物和其他農(nóng)作物一樣在栽培中需要施入適量的肥料才能保證有良好的收成，科學(xué)施肥是藥用植物獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的一個(gè)重要保證[17]。化肥減量施用對(duì)三年生三七土壤養(yǎng)分含量變化差異較小，不會(huì)導(dǎo)致三七發(fā)育不良。目前農(nóng)戶施肥過(guò)量，未被作物吸收，造成資源浪費(fèi)并加重環(huán)境污染[18]。

植株干物質(zhì)的積累速率通常大于養(yǎng)分吸收速率，使得養(yǎng)分在植株體內(nèi)的含量隨生育期推進(jìn)呈不同變化趨勢(shì)，但三年生三七養(yǎng)分累積量總體上呈增加趨勢(shì)，該結(jié)果與韋美麗等研究結(jié)果一致[19]。

從產(chǎn)量來(lái)看，三年生三七減量施肥不但沒(méi)有減少產(chǎn)量，反而處理C1對(duì)比常規(guī)施肥增產(chǎn)1.95 %，盲目、粗放的施肥造成了大量資源的浪費(fèi)與嚴(yán)重的環(huán)境污染，也導(dǎo)致三七的產(chǎn)量與品質(zhì)的下降，了解三七的需肥規(guī)律，對(duì)種植三七地進(jìn)行測(cè)土配方施肥已迫在眉睫[20]。三年生三七C1處理總皂苷含量對(duì)比常規(guī)處理增加6.46 %，處理C1總皂苷含量最高，這與Song等人研究三年生三七低氮條件下總皂苷含量最高以及適當(dāng)控制氮、鉀的施用量能夠提高產(chǎn)量相一致[21]。由于大部分皂苷成分均從三七根中獲取，施肥量的多少會(huì)影響三七根營(yíng)養(yǎng)的積累，從而影響皂苷含量的積累，三年生三七需肥量大，地下部生長(zhǎng)旺盛，減量過(guò)多會(huì)減少皂苷含量的積累。

4 結(jié) 論

三年生三七莖葉的生長(zhǎng)在4月下旬至8月上旬增長(zhǎng)最旺盛，同時(shí)也是需肥的高峰期，三七葉片處于生長(zhǎng)的關(guān)鍵期也是葉片最脆弱、最敏感的時(shí)期，如遇到不良的環(huán)境條件和不當(dāng)?shù)奶镩g管理，會(huì)造成三七葉片展開(kāi)受阻甚至局部壞死，最終影響三七的產(chǎn)量[22]。減量施肥試驗(yàn)結(jié)果表明，減量施肥不但沒(méi)有影響植株的生長(zhǎng)反而增加量要顯著高于常規(guī)處理，證明目前三七施肥結(jié)構(gòu)不合理，肥料利用率低，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，亟需優(yōu)化施肥達(dá)到減肥增效的目標(biāo)。而處理C1各項(xiàng)指標(biāo)的增加量最優(yōu)，因此，施肥量過(guò)多或不足均會(huì)影響三七的生長(zhǎng)，在栽培過(guò)程中推薦處理C1進(jìn)行追肥。