栽培赤芍配方肥優(yōu)化分析

王立民 呂 品* 于志民 張繼舟

1 黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所 哈爾濱 150040

2 濕地與生態(tài)保育國家地方聯(lián)合工程實驗室 哈爾濱 150040

中藥赤芍主要來源為毛茛科芍藥（Paeonia lactifolraPall.）野生種群的根，為我國傳統(tǒng)大宗藥材，藥用歷史悠久，具有活血化瘀、清熱涼血、散瘀止痛功效［1］。由于近年來對野生資源破壞而導(dǎo)致藥材匱乏，國內(nèi)許多地區(qū)開展了栽培赤芍的嘗試和探索。國內(nèi)學(xué)者在芍藥藥效分類、人工栽培及生物性狀、土壤養(yǎng)分環(huán)境評價及芍藥成分分析方面進行了一系列的研究[2～14]。雖然國內(nèi)對栽培赤芍研究開展領(lǐng)域較多，但在產(chǎn)量品質(zhì)等關(guān)鍵技術(shù)方面還不夠深入。本研究針對栽培赤芍產(chǎn)量和芍藥苷含量提升進行有機物料（褐煤）、氮、磷施肥量配比優(yōu)化，以探索達到產(chǎn)量品質(zhì)俱佳的赤芍優(yōu)化施肥模式，為中藥材規(guī)模化種植提供科技支撐，為中藥產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及供試材料

試驗地點在黑龍江省集賢縣太平鎮(zhèn)三苗圃。

供試土壤類型為黑鈣土，耕層（0 ～20 cm）土壤基本肥力：有機質(zhì)含量23.68 g/kg，pH 5.74，堿解氮含量178 mg/kg，速效磷含量50.46 mg/kg，速效鉀含量311 mg/kg。

供試肥料，氮肥為尿素（含N 46%）；磷肥為過磷酸鈣（含P2O516%）；有機物料為褐煤，產(chǎn)自黑龍江省孫吳縣，在施入前將其粉碎到20 目大小的顆粒，褐煤中的總腐植酸含量28%，黃腐酸含量2.27%，pH 為3.6，有機質(zhì)含量≥50%，其中含N 1.95 g/kg，P2O50.31 g/kg，K2O 0.25 g/kg（均為干基）。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗采用氮、磷、有機物料三因素二次飽和D-最優(yōu)回歸設(shè)計[15]，共設(shè)置10 個處理，各處理編碼值和實際施肥量列于表1。

試驗用磷肥、有機物料于播種前整地時一次施入，氮肥分兩次施用，其中第1 年以基肥施入1/3，第2 年返青時以追肥施入2/3；赤芍種苗定植時間2018 年9 月—10 月，將選好的3 年生種苗按株距30 ～45 cm 定植，芽朝上，覆土5 ～8 cm，稍壓，其他為常規(guī)田間管理措施，2019 年9 月—10 月收獲。

表1 試驗因素水平設(shè)置Tab.1 Test factor level setting

1.2.2 測定方法

收獲時按小區(qū)計產(chǎn)（鮮重），折算成畝產(chǎn)量，隨機量取50 株赤芍的根長、根粗，并測定根部芍藥苷含量。

芍藥苷含量采用液相色譜法，色譜條件為C18色譜柱；流動相為乙腈和0.1%磷酸水溶液，流動相梯度洗脫條件為0 min，0%乙腈；0 ～40 min，0 ～50%乙腈；40 ～42 min，50%～0 乙腈；42 ～50 min，0%乙腈；體積流量1.0 mL/min；檢測波長230 nm；柱溫30 ℃；進樣量為10 μL。芍藥苷在230 nm 附近有吸收峰。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 16.0、DPSv 15.10 和Excel 2007 等軟件對試驗測定數(shù)據(jù)進行整理、統(tǒng)計分析及圖表制作。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同處理對赤芍根系性狀、產(chǎn)量及芍藥苷含量的影響

表2 為不同處理赤芍根系性狀、產(chǎn)量及芍藥苷含量。由表中數(shù)據(jù)可以看出，不同處理對赤芍根長、根粗、產(chǎn)量和芍藥苷含量影響不同。處理4、處理5 的赤芍根長大于其他處理，與處理1、處理2、處理6、處理7、處理9、處理10 差異顯著，與處理3 和處理8 差異不顯著；處理2、處理5 的赤芍根粗大于其他處理，與處理8 之外的其他處理差異顯著；處理6 的赤芍產(chǎn)量最高，與處理8之外的其他處理差異顯著；處理3、處理7 的芍藥苷含量高于其他處理，與處理9 之外的其他處理差異顯著。

表2 不同處理赤芍根系性狀、產(chǎn)量及芍藥苷含量Tab.2 Root traits, yield and paeonif lorin content of Radix Paeoniae Rubra in different treatments

2.2 施肥模型建立

根據(jù)表2 的試驗結(jié)果，通過數(shù)學(xué)模擬[15]，建立赤芍產(chǎn)量效應(yīng)函數(shù)和芍藥苷含量效應(yīng)函數(shù)。

赤芍產(chǎn)量（Y）與氮（x1）、磷（x2）、有機物料（x3）的碼值效應(yīng)函數(shù)為：

對該方程進行F檢驗，F(xiàn)=36.91**＞F0.01（9，1）=5.56，決定系數(shù)R2=0.9999，產(chǎn)量與氮、磷、有機物料施用量之間存在極顯著的回歸關(guān)系，所獲得施肥的效應(yīng)函數(shù)擬合性好，在指導(dǎo)生產(chǎn)上具有較好的可靠性。

芍藥苷含量（Y）與氮（x1）、磷（x2）、有機物料（x3）的碼值效應(yīng)函數(shù)為：

對該方程進行F檢驗，F(xiàn)=39.29**＞F0.01（9，1）=5.56，決定系數(shù)R2=0.9999，芍藥苷含量與氮、磷、有機物料施用量之間也存在極顯著的回歸關(guān)系，所獲得芍藥苷含量效應(yīng)函數(shù)擬合性好，說明能較好地指導(dǎo)實際施肥情況。

2.2.1 赤芍產(chǎn)量和芍藥苷含量碼值效應(yīng)函數(shù)的單因素效應(yīng)分析

為分別探討氮、磷、有機物料施用量對赤芍產(chǎn)量和芍藥苷含量的影響，固定其中任意2 個碼值自變量為零水平，對方程（1）和（2）使用徐中儒等[16]提出的降維法，得到兩組單因子效應(yīng)方程（3）、（4）、（5）和（6）、（7）、（8），并分別作圖（圖1、圖2）。

（1）氮、磷、有機物料與產(chǎn)量的單因子效應(yīng)方程。

圖1 赤芍產(chǎn)量因子效應(yīng)曲線Fig.1 Yield factor effect curve of Radix Paeoniae Rubra

由圖1 中可看出，3 條曲線都是開口朝下的拋物線，說明氮、磷、有機物料與赤芍產(chǎn)量的關(guān)系符合先上升后下降的E.Mitscherlich 學(xué)說[17]，根據(jù)圖1 及方程（3）、（4）、（5）可得出，在低水平（氮0 ～90 kg/hm2、 磷0 ～100 kg/hm2、 褐 煤0 ～3700 kg/hm2）施用量情況下，氮肥、磷肥、有機物料適量施用促產(chǎn)效果顯著，而過高及超過一定用量（氮＞110 kg/hm2、磷＞150 kg/hm2、褐煤＞4200 kg/hm2）其減產(chǎn)作用也很顯著；施鉀肥對赤芍產(chǎn)量的影響并不顯著。因此必須注意其合理施用量范圍，否則將會導(dǎo)致肥料的嚴(yán)重浪費，并顯著降低經(jīng)濟效益。

（2）氮、磷、有機物料與芍藥苷含量的單因子效應(yīng)方程。

圖2 赤芍芍藥苷因子效應(yīng)曲線Fig.2 Paeonif lorin factor effect curve of Radix Paeoniae Rubra

芍藥苷是一種單萜類糖苷化合物，具有多種生物活性，如抗氧化、抗自由基損傷、抗血小板聚集、改善微循環(huán)、免疫調(diào)節(jié)等，且毒副作用小［18～20］。由圖2 可知，芍藥苷含量隨施氮量的遞增而近乎線性下降，一定量施氮引起的芍藥苷含量下降可能和產(chǎn)量提高引起的“稀釋作用”有關(guān)；但芍藥苷含量隨施氮量增加而下降，說明施氮對其積累有不利影響。由于氮代謝是一切生命活動的基礎(chǔ)，也是植物體內(nèi)糖類、脂類、氨基酸等物質(zhì)代謝的基礎(chǔ)。可能施氮過多導(dǎo)致赤芍體內(nèi)某些酶或輔酶的含量發(fā)生較大變化，從而對其次生代謝產(chǎn)生明顯影響，不利于赤芍芍藥苷積累。隨磷肥和有機物料施用量增加，芍藥苷含量的變化均為開口向下的拋物線。赤芍芍藥苷含量的極大值點分別出現(xiàn)在磷肥編碼值為0.2312 和有機物料編碼值為0.3008 時，即過磷酸鈣和有機肥施用量分別為613 kg/hm2和4650 kg/hm2時，說明對于赤芍芍藥苷的積累需要一個最適宜的土壤營養(yǎng)環(huán)境，土壤養(yǎng)分含量不足會影響其積累，但施肥過量同樣會導(dǎo)致其含量下降。同時也說明磷和有機質(zhì)能夠影響芍藥苷的形成和積累，適量施用對芍藥苷含量提升有促進作用。

2.2.2 施肥模型尋優(yōu)結(jié)果

采用頻率分析法[21]對赤芍產(chǎn)量-施肥模型進行尋優(yōu)，在95%的置信區(qū)間內(nèi)，當(dāng)x1取-0.4987～-0.2929，x2取-0.7123 ～-0.4169，x3取-0.2564 ～0.0548，對應(yīng)的優(yōu)化施肥量為尿素174～240 kg/hm2，過磷酸鈣437～687 kg/hm2，褐煤3700 ～4500 kg/hm2時，可以實現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)量在2800 ～3200 kg/hm2范圍內(nèi)。

同理，在赤芍芍藥苷含量3%～4%的約束條件下，采用頻率分析法[21]對赤芍苷含量-施肥模型進行尋優(yōu)，在95%的置信區(qū)間內(nèi)，當(dāng)x1取0.7076 ～0.4170；x2取0.6694 ～0.3740；x3取-0.3050 ～0.0718，對應(yīng)的優(yōu)化施肥量為尿素200 ～350 kg/hm2，過磷酸鈣550 ～750 kg/hm2，褐煤2490 ～4200 kg/hm2。

將上述肥料施用量取交集，得：尿素200 ～240 kg/hm2，過 磷 酸 鈣550 ～687 kg/hm2，褐 煤3700 ～4200 kg/hm2，可以實現(xiàn)赤芍產(chǎn)量2800 ～3200 kg/hm2，芍藥苷含量3%～4%。

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明，氮、磷、有機物料合理施用能促進赤芍的生長發(fā)育，并對赤芍的產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生影響。在施用量相對少的情況下氮肥、有機物料對產(chǎn)量的促進作用很明顯，但超過一定用量以后，減產(chǎn)作用也很明顯；施磷肥對赤芍產(chǎn)量的影響不顯著。磷和有機物料（褐煤）能夠參與單萜類糖苷化合物的形成和積累，一定量的施用對芍藥苷含量提升有促進作用。本結(jié)果同時證明，有機物料（褐煤）表現(xiàn)出增產(chǎn)、增質(zhì)的良好效應(yīng)。

結(jié)合試驗數(shù)據(jù)及肥效分析，赤芍的施肥應(yīng)在保證充足有機肥（有機物料）的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)氮、磷肥的合理配施。為保證栽培赤芍高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，建議配方肥合理范圍：尿素200 ～240 kg/hm2，過磷酸鈣550 ～687 kg/hm2，褐煤3700 ～4200 kg/hm2，可實現(xiàn)產(chǎn)量2800 ～3200 kg/hm2，芍藥苷含量3%～4%。在赤芍的種植過程中，由于赤芍生長的地理環(huán)境與土壤環(huán)境會有一些變化，本模型的參數(shù)可根據(jù)土壤肥力狀況進行調(diào)整和優(yōu)化，以實現(xiàn)氮、磷、有機物料的平衡配施，達到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)效果。