貴州省喀斯特溫涼氣候區半夏產量構成及配方施肥的研究

郭欣慰 江艷華 李艾蓮

(中國醫學科學院 藥用植物研究所，北京 100193)

半夏(Pinelliaternata)為天南星科半夏屬多年生草本植物，藥用部位為其干燥塊莖，收載于《中華人民共和國藥典》(2015版)(以下簡稱《藥典(2015版)》)，主要有效成分為琥珀酸(C4H6O4)和麻黃堿等生物堿類，具有鎮咳、化痰、鎮吐、調節胃腸、平衡心律等功效[1]。半夏塊莖采收后可通過不同炮制方法形成不同療效，其中法半夏、姜半夏、清半夏3 種炮制品收錄于《藥典(2015版)》，均為中國常用中藥材[1]。

半夏野生資源分布廣泛，但長期采挖野生種導致病害逐年加重、資源枯竭。因此自20世紀70年代末，中國各地陸續開展半夏人工栽培工作。在栽培管理中，半夏地上部分的生長情況和水肥管理對產量均有重要影響。半夏葉片數量較少，一年生為單葉，二年生以上為三出復葉，植株間株型、葉型的不同會造成較大的光合效率差異、進而影響產量[2]。此外，半夏屬于淺根、喜肥植物，需肥量較高；并具有明顯雜草性，當環境不適宜生長時，地上部分會枯黃、倒伏，即為倒苗，環境適宜時又可出苗生長。半夏每年一般有3 次出苗和倒苗現象，3 次出苗時間大致為3月下旬至4月上旬、6月上、中旬、9月上、中旬；3 次倒苗時間大致為3月下旬至6月上旬、8月下旬和11月下旬。日常、特別是幾次出苗期間的水肥管理是穩產、增產的關鍵[3]。

中國半夏人工栽培主產區為甘肅省、貴州省、湖北省和山西省等地。其中赫章縣是貴州省最大的半夏人工栽培產區[4]，因地處喀斯特溫涼氣候區，生態環境特異，所產半夏粒圓、個大、粉足、色白，是國內外公認的優質半夏產區[5-6]。雖然半夏肥效研究已覆蓋各產區[7-12]，但半夏產量構成的研究主要集中在種莖規格(直徑)、播種期和種植密度上[13-14]，對主要農藝性狀的系統研究尚少，尚缺乏針對赫章產區半夏高產選育、施肥方案的整體研究與指導，影響了該產區優質半夏的擴大生產。

本研究團隊前期在赫章產區建立了以類原球莖誘導、再生為關鍵技術的半夏工廠化育苗技術體系，大幅提高了半夏無性繁殖系數[15]。在此基礎上，本研究擬在赫章地區通過產量構成分析探究半夏高產選種方向，并以此為參考體系，在“3414”測土配方施肥方案中篩選最有利于半夏產量和品質形成的施肥配方，以期為赫章半夏產區的優質高產和科學施肥、提高效益、降低污染提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料由重慶九方源藥材發展有限公司提供，經中國醫學科學院藥用植物研究所李艾蓮研究員鑒定為天南星科半夏屬半夏(P.ternate(Thunb.)Breit.)。供試氮肥為尿素(中國石油寧夏石化公司，總氮≥46.4%)，磷肥為粒狀過磷酸鈣(云南安寧連然磷化工廠，有效磷P2O5≥16.0%)，鉀肥(國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司，K2O≥51.0%)。琥珀酸、氫氧化鈉和鹽酸為分析純(北京化工廠)。鹽酸麻黃堿(公司，純度≥98%)、甲醇(賽默飛公司，純度≥99.9%)和無水乙醇(賽默飛公司，純度≥99.9%)為色譜純，C18色譜柱(默克公司，250 mm×4.6 mm，5 μm)。

試驗地位于貴州省大方縣羊場鎮隆公村(N27.10°，E105.67°)，海拔1 400 m，地力均勻，前茬油菜，土質為沙壤土，基礎肥力中等偏上，底施：廄肥2 000 kg/667 m2，氮肥(純N)5 kg/667 m2，磷肥(P2O5)10 kg/667 m2，鉀肥(K2O)12 kg/667 m2，在做床前均勻施入。在出苗后和第一次倒苗后分別追施尿素，每次用量均為5 kg/667 m2。

用于分析施肥配比的試驗田土壤養分情況為：pH 6.5，有機質1.13%、速效氮135 mg/kg、速效磷13 mg/kg、速效鉀128 mg/kg，全氮0.15%，全磷0.081%，全鉀1.76%。

1.2 試驗方法

1.2.1產量構成測定

取直徑約1.0 cm、百粒重為63.0 g的半夏塊莖，于3月下旬用50%多菌靈800倍液浸泡0.5 h，稍加晾干。雙行交叉點播，行距25 cm，株距4 cm，播種后覆土5～8 cm。在幼苗未封行前及時除草、拔除密生苗和病弱苗。隨機取樣21 株進行考種：在半夏第一次出苗期調查株高、主葉長、主葉寬和葉柄粗度；當年第一次倒苗前采收珠芽，測定珠芽著生位置(珠芽著生處與塊莖的距離)和珠芽直徑；當年8月中旬收獲，測定塊莖直徑、根數、最長根長和單株產量。

1.2.2施肥配比測定

試材、播種方案和田間管理同1.2.1。試驗處理方案包含氮、磷和鉀3 個因素，4 個水平，共14 個處理。其中0水平指不施肥，2水平指最佳施肥量的近似值(根據農戶施肥現狀，確定2水平施肥量為：氮肥15 kg/667 m2，磷肥10 kg/667 m2，鉀肥12 kg/667 m2)，1水平為2水平的50%，3水平為2水平的150%，具體請見表1。全部的磷肥和鉀肥做底肥春播時施入，氮肥作追肥，于第一次珠芽形成期和第二次倒苗后分別追施60%和40%。

表1 施肥試驗處理Table 1 Fertilization test treatments kg/667 m2

試驗設4 次重復，每個重復包含14 個小區，株行距、種植管理同產量構成試驗。小區面積30 m2(畦長25 m，畦寬1.2 m，畦高0.3 m)，行距25 cm開溝，溝寬0.5 m，離坡地3 m范圍內設置保護行。于第一次出苗期每個小區隨機取樣21 株，調查出苗率及產量構成分析得出的高產相關指標；當年第一次倒苗后測定倒苗率；當年8月中旬收獲后調查塊莖數、塊莖個數和產量，并測定琥珀酸和麻黃堿含量。

1.2.3琥珀酸和麻黃堿的測定

當年8月中上旬收獲后去皮洗凈，60 ℃烘干后研磨過80 目篩，稱取5 g粉末，以0.36 mg/mL琥珀酸溶液為對照，采用電位滴定法測定琥珀酸含量，樣品制備和測定方法參照張慧慧等[16]。同樣稱取 5 g 過篩粉末，以14 μg/mL鹽酸麻黃堿為對照，采用超高相液相色譜法測定麻黃堿含量，樣品制備和測定方法參照許衛峰等[17]。

1.3 統計分析

采用SPSS13.0和EXCEL軟件對以上數據進行相關性分析和通徑分析。

2 結果與分析

2.1 半夏主要農藝性狀的相關性分析

在半夏主要農藝性狀相關性分析中，選擇了地上部分株高、珠芽著生位置、珠芽直徑、主葉長和主葉寬等5 個性狀，地下藥用部位塊莖的直徑、根數、最長根長和單株產量(塊莖重量)等4 個性狀。分析結果如表2所示：塊莖直徑是眾多關聯中的核心因素；其次為地下部分的根數、地上部分的株高和葉柄粗度等性狀(表2)。塊莖直徑(r=0.948)、株高(r=0.810)和根數(r=0.792)是與半夏產量顯著相關性最高的3 個性狀，這三者之間的相關性也較高(塊莖直徑與株高r=0.816、塊莖直徑與根數r=0.857)。塊莖直徑還與葉柄粗度顯著相關；葉柄粗度與主葉長度達到所有相關性分析的最高值0.949，與珠芽著生位置的相關性為0.834。以上結果表明除了最直接的塊莖直徑、重量，半夏高產還與株高和葉柄粗度相關。

2.2 半夏主要農藝性狀與單株產量的通徑分析

為進一步明確各性狀對產量的直接和間接作用，本研究進行了半夏主要農藝性狀與單株產量的通徑分析。分析結果如表3所示：與相關性分析相符，對塊莖產量直接作用最顯著的因素為塊莖直徑和主葉長：正作用最大的因素為塊莖直徑(1.301)，其中葉柄粗度在所有因素中對塊莖直徑正向貢獻最大(0.139)；負作用最大的為主葉長(-0.628)，主葉長對其他所有性狀均為負作用，其中對葉柄粗度造成的負作用最大(-0.634)。相關性分析中與產量相關的另2 個主要因素葉柄粗度與株高：葉柄粗度對產量的正向直接作用為0.19；株高為0.135。株高和葉柄粗度的間接作用構成中，最大正作用均來自塊莖直徑(1.044，1.122)，最大負作用均來自主葉長(-0.493，-0.634)。上述結果進一步細化了半夏塊莖高產的篩選標準，即：塊莖直徑較大，主葉長度較短，葉柄較粗和株高較高。

2.3 不同施肥處理對半夏主要農藝性狀的影響

根據產量構成分析結果，調查各施肥處理的塊莖直徑(重量)、主葉長度、株高、出苗率、倒苗率、產量和有效成分含量等指標，篩選最有利于產量和質量形成的施肥配方。本試驗中，半夏第一次倒苗發生在6月下旬。

調查結果如表4和表5所示：“3414”測土配方施肥處理2、3、6、11顯示，氮肥抑制半夏株高、葉面積的生長，并導致產量和塊莖單重的降低，與之前通徑分析的結果吻合；氮肥對藥效成分的積累影響不大。處理12、13、14的結果也相似：在氮磷鉀3 者的比例關系中，當氮肥較高時，半夏倒苗率較高，產量和有效成分含量均較低，僅出苗率和塊莖單重較高。上述結果表明氮肥對半夏地上和地下部分的生長抑制作用較大，且該抑制作用無法被磷、鉀肥平衡，因此也導致對照(處理1)因去除了氮肥的影響而各項指標顯著優于大部分處理組合。

表5 不同施肥處理對半夏產量和有效成分的影響Table 5 Effects of fertilizer on yield and effective components of Pinellia ternate

處理6、9、8、10和處理4、5、6、7顯示，在15 kg/667 m2的氮肥水平下，磷肥和鉀肥的增加依然表現為抑制產量和塊莖單重的積累，當氮肥水平降至7.5 kg/667 m2的水平時，磷肥表現出降低半夏倒苗率和促產的優勢；鉀肥則在促產上表現得更為顯著。上述2 組處理還顯示，當氮肥和磷肥水平相同時，鉀肥水平的提高可促進琥珀酸的積累；當氮肥和鉀肥水平相同時，磷肥水平的提高對琥珀酸積累也有促進作用。不同處理下麻黃堿含量變化的規律性不明顯，但整體而言，12 kg/667 m2的鉀肥水平最有利于琥珀酸和麻黃堿的積累(各處理的含量由高到低依次為處理6、12、7、2)。綜合各處理的各指標表現，篩選出處理N0P2K2為最有利于半夏產量和品質形成的施肥配方。

3 討 論

3.1 半夏產量構成分析

裴國平等對甘肅產區半夏產量構成研究顯示，當通過調整播種密度使半夏達到高產區間時，≥1.5 cm的中大或特大塊莖占比最高[14]。本研究對貴州產區半夏產量構成分析進一步表明，對于優質產區，因塊莖質地堅實，半夏塊莖直徑對產量的正貢獻值最高，塊莖直徑大即可表示塊莖單產高。因此對于各半夏種植基地，中大塊莖的產出比例與整體高產密切相關。根據上述結論，本研究在后續肥效試驗中即選擇了更便捷的塊莖測重來表示各處理間塊莖直徑的相對關系。

溫海霞等[2]對不同葉型半夏的葉面積和塊莖鮮重的研究顯示，桃葉型和竹葉型半夏的塊莖鮮產顯著高于柳葉型和芍藥葉型，盡管后兩者的葉面積更大，表明桃葉型和竹葉型的光合能力更強。本研究所用試材為桃葉半夏，通徑分析進一步顯示：受主葉長度負作用最顯著的性狀為葉柄粗度；葉柄粗度與主葉長度又共同對株高產生影響。綜上，對于桃葉半夏，葉型上主葉長度較短、葉柄較粗及株高較高均與高產顯著相關，可作為實際生產中育苗初期快速篩選優良單株的表型依據。

關于珠芽對半夏產量構成的影響目前各研究觀點不一。珠芽著生于半夏葉柄內側，倒苗后珠芽落地可形成新的塊莖并再生成苗，是半夏無性繁殖的重要方式之一。裴國平等[14]認為，半夏各性狀指標中以珠芽總重對產量影響最大，珠芽總重比率是提高栽培產量的關鍵；潘世民等[13]則提出相比母莖分生繁殖和珠芽繁殖，塊莖產量是構成半夏產量的首要因素。本研究顯示，貴州產區半夏珠芽直徑和著生位置等性狀指標對產量的直接貢獻值均較低，珠芽對產量的影響可能與不同產區或種質有關。

3.2 貴州省喀斯特溫涼氣候區半夏施肥策略

半夏肥效與產量的相關研究中，以最佳磷肥的施用量最為統一，各產區的結果均在10～15 kg/667 m2[7-12]；但各產區氮肥和鉀肥的最佳施用量差異較大，其中關于氮肥的討論最多：一部分研究支持重施氮肥有利于半夏生長[7,10];另一部分研究則認為高濃度氮肥會導致半夏減產，應控制氮肥施用量在較低水平[18-19]。本研究“3414”測土配方施肥試驗顯示，氮肥對產量和倒苗率等指標具有極顯著負影響，與后者觀點一致。

土壤性狀特征對半夏生長發育有著重要作用[20]。為探明上述問題，本研究對半夏肥效相關文獻列出的試驗地土壤情況做了整理和對比，結果顯示：1)各產區土壤的速效磷含量為7.0～40.9 mg/kg，但全磷含量均為0.1%左右[5,7-12]，與最佳磷肥施用量接近的結果吻合；2)貴州產區和其他產區在土壤氮含量上具有顯著差異。貴州產區土壤的速效氮含量為128.0～154.2 mg/kg，全氮含量為0.11%～0.19%[5,12,18,20-21]，建議氮肥施用量≤10 kg/667 m2；其他產區除四川省外，土壤的速效氮含量均<100 mg/kg，全氮含量均<0.1%[7-10]，顯著低于貴州產區，建議氮肥施用量在20 kg/667 m2左右。而支持半夏重施氮肥的研究均為貴州省外產區，建議控制氮肥用量的研究則主要為貴州省內產區，與土壤測定結果吻合；3)各產區土壤鉀含量差異也較大，但高鉀含量不具有顯著地域性，例如甘肅和貴州產區的土壤全鉀含量均>1.6%[7,12]，低鉀含量(<0.5%)則主要集中在云南產區[10-11]。上述分析進一步表明，半夏不同產區土壤氮、磷、鉀含量差異較大，半夏作為淺根、喜肥植物，對肥料配比和施用量十分敏感，制定施肥方案時應著重考慮當地土壤情況。

貴州省赫章縣擁有20 多年半夏人工栽培歷史，其土壤的高氮水平可能與喀斯特溫涼氣候區的特殊生態環境或長期人工種植半夏有關[18]。本研究根據半夏產量構成分析得出的高產相關指標、結合出苗率、倒苗率和有效成分等指標，從14 個施肥方案中篩選出最佳施肥處理(N0P2K2)，氮肥不施加，磷肥水平(10 kg/667 m2)和鉀肥水平(12 kg/667 m2)與已報道的最有利于半夏生物堿積累的施肥用量相近[9-10]，不同施肥處理對半夏琥珀酸含量影響的研究目前尚少。結合本研究及已有研究，建議貴州省喀斯特溫涼氣候區的半夏產區嚴格控制氮肥。

綜上所述，本研究表明，貴州省喀斯特產區半夏產量構成主要由塊莖直徑、主葉長度、株高和葉柄粗度組成；同時該產區的配方施肥應著重考慮當地土壤氮磷鉀含量、嚴格控制氮肥水平在0～10 kg/667 m2、磷、鉀肥水平適中以確保優質高產。