北方地區養分調控對蒙古黃芪生長及藥用成分的影響1)

徐海軍 王化

(黑龍江省科學院大慶分院，大慶，163319) (黑龍江省科學院自然與生態研究所)

姚琴 雪棟 王曉飛 孫宇峰

(大慶油田礦區事業服務部園林綠化公司) (拜泉縣招商局) (黑龍江省科學院大慶分院)

蒙古黃芪(Astragalusmembranaceusvar.mongholicus)系豆科黃芪屬多年生草本植物，其干燥根為“藥典”收錄的大宗藥材之一[1-2]，其味甘、性微溫，歸脾、肺經，具有補氣升陽，益衛固表，利水消腫，生津養血，行滯通痹，托毒排膿，斂瘡生肌之功效，在臨床、膳食、保健、飼用等方面都有廣泛的應用[3-6]，主產于甘肅、山西、陜西、河南、內蒙古、黑龍江、吉林、遼寧等省區[7-8]。

近些年，蒙古黃芪野生資源破壞嚴重，資源儲量逐年銳減，為緩解野生黃芪資源壓力，保障市場原料供給，北方地區開展蒙古黃芪人工種植已是必然趨勢[3，6-8]。目前，北方地區黃芪種植還處于起步階段，尤其是在1年生苗期及營養生長階段的養分管理方面還缺乏基礎理論支撐。現有黃芪養分管理方面的研究主要集中在施肥配比及礦質元素效應方面，如王振等[9]通過建立氮、磷、鉀施肥量與膜莢黃芪產量、多糖的函數模型，優選施肥組合，認為m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=1.00∶0.92～0.95∶1.60～1.62最佳；王渭玲等[10]研究氮、磷、鉀及其配比對膜莢黃芪生長發育及有效成分的影響，認為氮、鉀對膜莢黃芪生長發育，產量形成及黃芪甲苷含量有重要的影響，并建議黃芪的栽培應該注重氮、磷、鉀的配合施用；宋慶燕等[11]利用室內盆栽，澆灌營養液研究不同生長時期氮磷鉀施用量及配比對黃芪生長和干物質積累的影響，結果表明，氮磷鉀合理配施可促進黃芪生長和干物質的積累；可見，黃芪種植過程中養分配施對其生長及產量的影響研究已經較深入了，但不同的氣候環境下，隨黃芪生長節律變化，養分的需求和分配策略也有所不同。北方地區氣候寒冷、植物生長周期較短，蒙古黃芪種植過程中對N、P、K養分的吸收利用效應及養分配施對其生長及藥用成分有何影響還未見報道。文中針對北方高寒地區蒙古黃芪人工種植中氮磷鉀施入效應和配比進行研究，以期為地區黃芪人工種植快速健康發展提供技術支撐。

1 試驗地概況

試驗地位于大興安嶺地區呼瑪縣境內(51°2′25″～51°58′10″N，125°20′7″～126°42′25″E)，分別設在呼瑪北園區中心苗圃(51°43′35″N，126°36′59E；試驗點1)和三卡鄉中藥材種植基地(51°6′20″N，126°52′35″E；試驗點2)，土壤類型分別為森林暗棕壤和沙壤土(表1)，該區屬寒溫帶大陸性季風氣候，年積溫2 086 ℃，年平均降水量460.4 mm，無霜期90～100 d，年平均氣溫-2.1 ℃，屬VI積溫帶。

表1 試驗地土壤理化性質

2 材料與方法

2.1 試驗材料

蒙古黃芪(Astragalusmembranaceusvar.mongholicus)種子購于內蒙古赤峰；采用大田起壟直播，壟距60 cm，壟高20 cm；出苗后30 d進行養分調控試驗。

2.2 試驗方法

2.2.1 N、P、K單因素試驗

2017年5月25日于試驗點1播種，7月4日布置單因素肥效試驗，N、P、K施入量分別設置3個水平梯度，即N1(10 g·m-2)、N2(20 g·m-2)、N3(30 g·m-2)，P1(7.5 g·m-2)、P2(15.0 g·m-2)、P3(22.5 g·m-2)，K1(10 g·m-2)、K2(20 g·m-2)、K3(30 g·m-2)，N素水平用尿素調節，P(P2O5)用磷酸二銨調節，K(K2O)用硫酸鉀調節，樣方面積為6 m×6 m，每個區組設置空白對照(CK，0 g·m-2)，3次重復。

2.2.2 多因素正交試驗

2018年5月27日于試驗點2播種，7月3日布置多因素正交試驗(表2)，采用L9(33)正交表，每個處理的樣方面積6 m×6 m，區組排列，2次重復。

表2 正交試驗

2.2.3 指標測定

樣品于當年的9月17日采集，人工挖掘出單株后，將泥土清理干凈，用卷尺和游標卡尺測量黃芪株高、地徑、根長、根粗(距莖基部1、10 cm處主根直徑粗度，分別記為R0、R1)，然后從莖基部將植株分為地上和地下兩部分，分別用精度為0.01 g天平測量鮮質量，計算冠根比(A/U)，之后地上和地下植物樣品帶回實驗室烘干、粉碎待測；每個處理樣品采集5～10株，重復3次。

藥效成分測定：黃芪多糖質量分數采用硫酸-苯酚比色法測定；毛蕊異黃酮苷、刺芒柄花苷、毛蕊異黃酮質量分數用高效液相色譜法測量[12-14]。

2.3 數據處理

用SPSS(16.0)對數據進行單因素方差分析(One-Way ANOVA)，LSD多重比較，數據采用3次重復的平均值±標準差；正交試驗數據借助DPS(7.05)分析，Excel制表。

3 結果與分析

3.1 N、P、K不同單因素水平對黃芪表觀生長量的影響

不同氮素水平處理下，N3的株高、根粗(R0，R1)、地下鮮質量與N2差異不顯著，但顯著高于N1和CK(P<0.05)，且N3地上鮮質量和A/U顯著高于另外兩處理(P<0.05)；不同磷素水平條件下，株高、莖粗、根粗、地上鮮質量、地下鮮質量差異不顯著(P>0.05)，根長表現為P1與P2差異不顯著，但顯著高于P3(P<0.05)，A/UP2與P3差異不顯著，但顯著高于P1(P<0.05)；不同鉀素水平條件下，株高、地上鮮質量表現為K2與K3差異不顯著，但顯著高于K1和CK(P<0.05)，根粗、地下鮮質量K2顯著高于其他處理，而A/UK3顯著高于K1、K2。

蒙古黃芪在單因素不同水平條件下，N3和K2在株高、根粗、地下鮮質量方面顯著高于CK(P<0.05)，而其他處理與CK差異不顯著；在根長和莖粗方面，所有處理均與CK差異不顯著(P>0.05)；A/U表現為P1和K1顯著低于CK(P<0.05)，其他處理與CK差異不顯著(表3)；可見，單施氮肥或鉀素對黃芪表觀生長量的促進作用較磷素明顯，單因素條件下N2、N3、P2、K2、K3處理水平對植株表觀生長量有較好的促進作用。

表3 蒙古黃芪在N、P、K不同單因素水平條件下生長特征差異性分析

3.2 N、P、K不同單因素水平對黃芪藥用成分質量分數的影響

在不同氮素水平下，毛蕊異黃酮苷、刺芒柄花苷、毛蕊異黃酮質量分數N2顯著高于另兩個處理，而多糖質量分數卻恰好相反(P<0.05)。在不同磷素水平條件下，毛蕊異黃酮苷質量分數P3最高；刺芒柄花苷質量分數各處理間差異不顯著(P>0.05)；毛蕊異黃酮質量分數P2與CK差異不顯著，但顯著高于P1和P3；多糖質量分數P2顯著高于其他處理(P<0.05)。在不同鉀素水平條件下，毛蕊異黃酮苷、刺芒柄花苷、毛蕊異黃酮質量分數各處理間差異不顯著(P>0.05)；多糖質量分數K2顯著高于其他處理(P<0.05)。

單因素條件下，毛蕊異黃酮苷質量分數顯著高于CK的處理由大到小的順序依次為N2、K1、N3、P3、K3，刺芒柄花苷質量分數僅有N2顯著高于CK，毛蕊異黃酮質量分數顯著高于CK處理由大到小的順序依次為N2、N3，多糖質量分數顯著高于CK處理由大到小的順序依次為K2、K1、K3、P2(表4)，可見，單施鉀肥可能有利于多糖的積累，而施氮肥有利于黃酮類成分的積累。

表4 蒙古黃芪在N、P、K不同單因素水平條件下藥用成分質量分數差異性

3.3 N、P、K多因素配施對黃芪表觀生長量的影響

蒙古黃芪在N、P、K配施條件下(表5)，株高、中部根粗(R1)、地下鮮質量受N素影響效應顯著(P<0.05)，根長受K素影響顯著(P<0.05)，而地徑、上端根粗(R0)、地上鮮質量、A/U受3元素的影響均未達到顯著水平(P>0.05)；由極差(R)值分析可知，株高、中部根粗、地下鮮質量在N素水平2表現最好，而根長在K素水平1和3較好；從9個試驗處理的表觀生長量差異性分析結果可知，處理5較有利于植株的生長(表6)。

表5 黃芪在N、P、K多因素配施條件下表觀生長量正交試驗分析

3.4 N、P、K多因素配施對黃芪藥用成分質量分數的影響

N、P、K多元配施條件下(表7)，蒙古黃芪根系毛蕊異黃酮苷和刺芒柄花苷質量分數受N、K元素影響效應顯著(P<0.05)，其質量分數分別在N素水平1和K素水平2時影響效應最大(表7)；多糖質量分數受N、P、K元素影響均達顯著水平(P<0.05)，影響由大到小的順序為N、K、P，其質量分數分別在N、P元素處于水平2，K素處于水平2或水平3時影響效果顯著最大；毛蕊異黃酮質量分數受N、P、K的影響均未達到顯著水平(P>0.05)；從處理間差異性分析可知，處理9(N1P2K2)有利于毛蕊異黃酮苷和刺芒柄花苷的積累，而處理5(N2P2K3)較有利于蒙古黃芪多糖積累(表8)。

4 結論與討論

氮、磷、鉀是植物必需的礦質元素，在植物代謝過程中既是參與者又是代謝進程的重要影響因子，對植物的養分轉化、利用及物質分配均有著重要的促進和調節作用[15]。王渭玲等[10]研究指出，磷可以促進光合產物由地上部分向根系的運輸，單施磷肥有利于膜莢黃芪根系生長，氮可以促進地上部分器官的生長，降低了光合產物向根系轉移的比例，鉀肥可促進根長和根直徑的增加；曹鮮艷等[16]研究氮磷鉀對黃芩生長的影響，結果表明，氮素最有利于黃芩株高生長，施磷可以促進根系物質積累；本試驗結果顯示，單施N或K素蒙古黃芪的株高、根粗、地下鮮質量與CK有顯著性差異，而磷素僅是A/U呈顯著變化，在3元素配施條件下，N素對株高、根粗R1、地下鮮質量影響較顯著，K素對根長生長影響最為顯著，3元素的影響由大到小依次為N、K、P，這表明施氮素和鉀素對黃芪地上植株伸長生長及增粗生長方面有促進作用，而磷元素在根系物質分配方面有促進作用，此結果與上述學者研究結論相近。在氮、磷、鉀養分對黃芪根系藥用成分積累影響方面，楊祎臣等[17]研究認為，鉀元素對蒙古黃芪可溶性糖、還原糖的積累有促進作用，氮素對于黃芪根部總黃酮的積累有一定的促進作用；王靜等[18]的研究指出，氮、磷、鉀肥對桔梗皂苷含量的作用效果由大到小依次為氮、鉀、磷，對多糖含量的影響由大到小依次為磷、氮、鉀；本試驗結果顯示，隨著N、P水平的增加根系黃酮類物質(毛蕊異黃酮苷、刺芒柄花苷、毛蕊異黃酮)積累呈上升趨勢，分別在N2和P3時達到最高；不同鉀素水平條件下，隨鉀素水平增加多糖質量分數呈先升后降趨勢，在K2水平根系多糖質量分數顯著最高，可見，單施氮、磷肥對蒙古黃芪根系黃酮類成分積累有促進作用，鉀肥對黃芪多糖質量分數積累有促進作用。經3元素配施驗證、分析，根系中黃酮類物質積累受氮、鉀元素影響顯著，多糖質量分數受氮、磷、鉀互作影響顯著，此結果與前文學者的觀點基本一致。

表6 在N、P、K多因素配施處理下黃芪表觀生長量差異性分析

表7 N、P、K多因素配施條件下黃芪藥用成分質量分數正交試驗分析

表8 N、P、K多因素配施條件下黃芪藥用成分質量分數差異性分析

正交試驗結果顯示，蒙古黃芪高生長和根系生物量積累受氮素影響顯著，根長生長受鉀素影響顯著，這與單因素分析結果基本相吻合，不同處理排序認為促進植株生長的最優組合為處理5(N2P2K3)，而處理9(N1P2K2)則較差；對根系有效成分方差分析表明，黃酮類藥用成分主要受氮、鉀影響顯著，多糖質量分數受3元素影響均顯著，排序結果，處理9(N1P2K2)有利于黃酮類成分(毛蕊異黃酮苷和刺芒柄花苷)的積累，而處理5(N2P2K3)較有利于蒙古黃芪多糖積累，由此可見，N、K元素的增施有利于植株的生長、生物量及多糖的積累，但降低了根系黃酮類成分的積累。這正好反映了植物生長過程中，養分從源到庫物質分配存在著矛盾統一性[15，19-20]，植物吸收礦質養分一方面輸送到地上部分構建莖干、枝葉等器官[21-22]，并利用綠色器官進行光合作用制造更多的碳水化合物以促進植株生長發育，因而會降低根系物質的輸送[23]；然而，另一方面地上綠色器官制造的光合產物又會向下輸送到根部，促進根系發育，從而更好的吸收土壤中礦質養分供植株轉化和利用[24]。在這個吸收、利用、轉化、運輸的過程中，植株會根據自身生長發育需求進行物質分配，另外，植物也會受到物候節氣等外界信號的干擾而做出相應的生理響應，進而改變物質分配策略，植物從根系對礦質養分吸收到轉化利用形成初生代謝產物，然后再到植物體內進行物質運輸和分配就形成了一個完整的對立統一體系。所以，處理5表觀生長量及根系多糖質量分數表現顯著較高，而黃酮類表現較低，而處理9則呈現相反規律，這可能恰好反映了北方高寒地區蒙古黃芪在生長過程中的物質分配特征。

試驗雖在同一氣候條件下進行，但分別設在不同的壤質類型的地域上，由于地形和土壤理化性質的差異，可能會在N、P、K配施效果方面與單因素試驗結果不一致。不過，經過試驗分析發現，單因素試驗與正交試驗得出的元素施肥對蒙古黃芪表觀生長量和藥用成分積累的影響效應是相一致的，因此，本試驗結果還是具有很好的可靠性。另外，在光照下，由于北園區森林暗棕壤較三卡沙壤土升溫較慢，如此三卡土壤晝夜溫差較北園區波動幅度大，且白天接收的有效熱量也較多，這可能就促使沙壤土中蒙古黃芪植株生長更旺盛，生物量積累也較高。此外，試驗結果顯示，植株生長旺盛，多糖質量分數隨之也高，但黃酮類物質質量分數卻較低，在9月下旬地上植株干枯后，根系仍然保持生理活動，在蒙古黃芪進入休眠期前，根系可能會通過生理代謝不斷的將多糖轉化為次生代謝物，從而提高根系中黃酮類物質質量分數。綜上所述，氮素對蒙古黃芪植株伸長、增粗生長、黃酮類物質積累有顯著影響，鉀素對植株根長、增粗、多糖積累有顯著影響，磷素對植株物質分配有顯著影響，影響效果由大到小的順序為N、K、P；單元素施肥時，N2、P2、K2對蒙古黃芪植株生長及藥用成分積累均有顯著促進作用；3元素配施時，處理5(N2P2K3)有利于蒙古黃芪植株生長及根系多糖積累，而處理9(N1P2K2)有利于黃酮類物質的積累；建議種植生產中，根據目標收獲物進行定向施肥管理。