栽培密度對通遼牛膝生長生理特性的影響

包金花，李旭新，孫德智，賈俊英，沈祥軍，楊恒山

（1內蒙古民族大學農學院，內蒙古通遼 028043；2通遼市科爾沁區農業技術推廣中心，內蒙古通遼 028000）

0 引言

牛膝(Achyranthes bidentateBlume.)是傳統常用大宗中藥材，有著悠久的藥用歷史和廣泛的分布與栽培。近幾年，通遼市大力發展蒙中藥材產業，藥材種植面積逐年增加，種類不斷豐富，由于牛膝栽培比較容易，病蟲害較少，對土地質量要求不高，當年種植就能收獲，是比較適合通遼發展的藥材品種[1-2]。但是栽培歷史不長，面積有限，沒有形成規范化的栽培技術，因此，積極探討通遼地區的牛膝栽培技術，尤其適宜栽培密度，對于促進牛膝品質栽培，擴大牛膝的藥材資源，推進通遼中蒙藥材產業發展具有重要意義。

在對牛膝的眾多研究中，研究懷牛膝的栽培管理以及產品質量的較多[3-5]，多是對種植經驗的總結，研究東北地區牛膝生產栽培的較少，關于施肥和栽培地區對牛膝生長生理的影響的研究較多[6-8]，栽培密度對牛膝生長和生理的影響研究較少。栽培密度是影響植物個體、群體發育的重要栽培技術之一，不但影響地上、地下部分的生物學特性，也會顯著影響其質量[9-10]。探索牛膝適當的栽培密度，正確處理個體發育與群體發育的關系，才能達到個體充分發育、群體生物產量獲得集體增長的目的，變粗放的種植為規范化、規模化的標準生產，以保證牛膝品質與產量。本文通過研究不同栽培密度下牛膝各個時期生長和生理指標及采收期有效藥用成分含量，探討了密度對牛膝生長發育規律和生長狀態的影響，在保證有效成分含量的前提下，提高種植密度以達到高產優質，為對通遼地區牛膝規模化種植、高產栽培提供最適密度依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗地概況

供試材料：牛膝(Achyranthes bidentateBlume.)種子來源于內蒙古赤峰市牛營子生產農家種，品種為懷牛膝。

供試土壤：試驗設在內蒙古民族大學科技示范園區試驗地，土地性質為風沙土，試驗前采耕作層(0～20 cm)的基礎土樣，測定土壤主要性狀：有機質2.8 g/kg，堿解氮16.44 mg/kg，有效磷16.92 mg/kg，速效鉀60.1 mg/kg，pH 7.3。

試驗時間：于2019年4月—2019年11月份進行。

1.2 試驗設計

采用單因素完全隨機設計，各3次重復。小區面積為4 m×5 m，間距為50 cm，四周保護行為2 m。底施有機肥1500 kg/hm2，磷酸二氫鈣300 kg/hm2，氮、磷、鉀復合肥750 kg/hm2，硫酸鉀肥150 kg/hm2。將備好的種子，于6月10日播種，按行距20 cm，按照30 kg/hm2的種子量人工播種，出苗后待4片真葉長出，采用人工間苗的方法進行密度控制，分別為株距6、9、12、15、18 cm，即 每 公 頃 株 數 約 為 D1：834000，D2：556000，D3：417000，D4：333500，D5：278000。按照常規田間管理方法進行澆水除草等田間操作。

1.3 觀察測定指標與方法

1.3.1 牛膝生長發育期的觀察 分別于7月17日、7月28日、8月8日、8月25日、9月10日進行生長指標觀測，分別于8月8日、8月25日、9月10日進行生理指標測定。

1.3.2 各指標測定方法 采用直尺測定株高、根長，采用游標卡尺測定莖粗，采用精密天平測定重量指標。采用上海雷磁-300電導率儀測定電導率；采用丙酮-乙醇法測定葉綠素含量、考馬斯亮藍G-250法測定可溶性蛋白含量、蒽酮比色法測定可溶性糖含量；采用李合生編著的《植物生理學實驗指導》中的方法測定牛膝葉片中過氧化物酶、超氧化物歧化酶和丙二醛含量[11]。選取9月10日采收測產的牛膝根部，測定不同栽培密度下牛膝主要有效成分β-脫皮甾酮含量，參照《中國藥典》2015版，采用高效液相色譜法測定[12]。

2 結果與分析

2.1 不同栽培密度對牛膝生長指標的影響

栽培密度不同，每株植物生長所在土壤的營養面積不同，形成的生態環境也有差別，因此，生長狀態會受到影響，通過調查生長指標，可以明確不同密度下牛膝的生長狀態，從而確定最適宜的栽培密度。

2.1.1 不同栽培密度對牛膝莖粗的影響 在距根莖節1 cm處測定牛膝的莖粗。如表1所示，在7月28日取樣時D5處理的牛膝莖粗顯著高于D3和D1，其他取樣時期不同栽培密度牛膝的莖粗沒有顯著差異。從整體趨勢上看，8月8日前牛膝莖粗增長較快，之后增長緩慢。

表1 不同栽培密度下各取樣時期牛膝莖粗 cm

2.1.2 不同栽培密度對牛膝株高和根長的影響 如表2所示，8月8日前不同密度下牛膝的株高差異不顯著，8月25日、D3、D5處理牛膝的株高顯著高于D1和D4，9月10日D3處理的牛膝株高極顯著高于D1和D2，顯著高于D3和D4，生長后期植株間對水分養分以及陽光的競爭關系越來越激烈，高密度處理受到這種機制的影響最大，因此植株會相對矮小，而低密度處理空間較大在生長時會增加側枝的生長量，其株高會相對小一些。根長的生長和株高有相同的規律如表3所示。

表2 不同栽培密度下各取樣時期牛膝株高 cm

表3 不同栽培密度下各取樣時期牛膝根長 cm

2.1.3 不同栽培密度對牛膝根粗的影響 如表4所示，7月17日D1和D2處理牛膝根粗極顯著高于D5處理，其余各取樣時期不同密度牛膝根粗均無顯著差異。這可能是由于前期植株較小，密度較大的植株之間會受到群體效應的影響生長相對較快。

表4 不同栽培密度下各取樣時期牛膝根粗 cm

2.1.4 不同栽培密度對牛膝根鮮重和干重的影響 如表5所示，7月17日D1處理的牛膝根鮮重極顯著高于D5，與其他處理無顯著差異，其他各取樣時期各密度處理的根鮮重之間無顯著差異，與根粗的生長規律相似。

表5 不同栽培密度下各取樣時期牛膝根鮮重 g

2.1.5 不同栽培密度對牛膝地上部鮮重的影響 如表所6示，8月25日D5和D4處理牛膝地上部鮮重顯著高于其他處理，9月10日D3、D4和D5處理牛膝地上部鮮重極顯著高于D1和D2處理，從整體上看，前期牛膝地上部鮮重有隨著密度的降低而減小的趨勢，后期牛膝地上部鮮重有隨著密度的降低而增大的趨勢。

表6 不同栽培密度下各取樣時期牛膝地上部鮮重 g

2.2 不同栽培密度對牛膝生理指標的影響

通過對牛膝生長狀況進行觀測，在8月25日前后，牛膝底部葉片開始變黃，這表明地上部營養開始向地下運輸，此時植株葉片的生理狀態最能夠體現各處理對其內在影響，因此，選擇這個時期對各處理進行生理指標測定。

隨著栽培密度的降低，牛膝葉片葉綠素含量逐漸升高，D4和D5處理顯著高于D1處理，D5處理的牛膝葉片葉綠素含量是D1處理的3.26倍（如圖1A）。這可能是由于密度大土壤水分和養分競爭激烈，葉片相互遮擋造成的。不同密度下牛膝葉片可溶性蛋白（如圖1B）和可溶性糖（如圖1C）含量無顯著差異。不同栽培密度下D1處理的牛膝葉片相對電導率最高，極顯著高于D3，D4，D5處理，較D5高66.66%（如圖1D），表明高密度處理葉片細胞電解質滲出較多，細胞膜受損嚴重。不同密度下牛膝葉片丙二醛含量無顯著差異（如圖2），葉片過氧化物酶(POD)和過氧化物歧化酶(SOD)活性無顯著差異（如圖3）。因此，從葉片酶活性和丙二醛含量上看，可能反映的不是葉片真實的生理狀態，這可能是由于牛膝葉片中含有的某些藥物成分對這些指標的測定有某些未知的影響造成的，還需要進一步研究驗證。

圖1 不同栽培密度下牛膝葉片

圖2 不同栽培密度下牛膝葉片丙二醛（MDA）含量

圖3 不同栽培密度下牛膝葉片過氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性

2.3 栽培密度對牛膝主要有效成分含量的影響

由圖4可知，本試驗5個種植密度處理中，處理D3的β-脫皮甾酮含量最高，但與其他4個處理之間差異不顯著，說明在本試驗種植密度各處理對根中β-脫皮甾酮的積累影響很小。

圖4 不同栽培密度下牛膝β-脫皮甾酮含量

3 討論

研究種植密度對產量和品質影響的多位研究者一致認為合理密植，增加單位種植株數，構建合理群體結構，適當的增加種植密度，可以通過較高的種植密度對單株產量的降低加以補償，從而提高群體產量，但過大的種植密度也無法補償單株產量的損失，從而導致群體產量下降[13-14]。

合理密植是作物獲得高產的重要途徑之一，密度不僅影響作物單位面積上的最大物質產量，而且對作物根系的形態特征、生長發育也有重要影響。生產中密度會造成群體結構不同而帶來溫光等生態條件的差異，最終影響產量和品質[15-16]。

栽培密度直接影響根用藥材的根系形態，而藥材的形態影響藥材的品級[17-19]，較低密度下，一年生根用藥材個體根部相對較大，分支多，在一定程度上降低了藥材本身的品級；而相對高密度下，藥材根部分支較少，直挺整齊，在收購時品級較高。密度過大則根部過細，品級也會下降。為了提高經濟效益，應該選擇產量高而且品級高的種植密度。

對于牛膝的種植密度，各地有不同的規格，這可能是由于種植地形、種植品種、氣候條件等有所差異造成的[20]。近兩年，通遼地區牛膝的種植都是依據其他地區的經驗和習慣，在調查通遼地區牛膝生產情況時，了解到產量都達不到所參考的地區。

本研究中，在D1密度下，牛膝苗期生長相對較好，采收期地上部生長顯著受限，單株地上部鮮重顯著低于D5處理；隨著栽培密度的降低，牛膝葉片葉綠素含量逐漸升高，相對電導率逐漸降低，D4和D5處理葉綠素含量顯著高于D1，D1處理的牛膝葉片相對電導率極顯著高于D3、D4、D5處理；由于牛膝是中藥材，含有的某些活性物質對一些生理指標的測定有影響。在發生某些反應時，活性物質也有可能參與其中，進而可能加快、鈍化或減慢反應的進行，這都對測定結果產生影響，對此還需要進一步研究確認。

不同密度處理的可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛、SOD、POD活性無顯著差異。同時，牛膝根中主要有效成分β-脫皮甾酮含量在各種植密度處理下無顯著差異。說明在保證牛膝有效成分含量的前提下，可以適當提高種植密度，以達到高產。

4 結論

密度是構成群體產量的主要因素之一。群體密度的高低與個體物質累計量呈負相關關系，為達到群體干物質累積量的最大值，一方面要求有一定的大群體密度同時又要保證有較高的個體發育，這樣才能達到高產優質的目的[21-23]。合理的種植密度是植物營養生長與生殖生長均衡協調發展的結果，這對有效物質的累積也是至關重要的。

該試驗結果表明，在牛膝5個栽培密度處理中，產量隨著栽培密度的增加而增加，在834000株/hm2下獲得最高產量，并且地下部的根長與根粗也無明顯差異。同時，不同種植密度下除了牛膝葉片相對電導率隨密度增大而增大，牛膝葉片可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛、SOD、POD活性無顯著差異。處理間有效成分β-脫皮甾酮含量差異也不顯著。

說明在種植密度D1下，地上部分植株生長空間不足，受脅迫程度加大，造成生長受阻，肥水競爭激烈，光合產量積累下降，但此密度沒有打破植株個體與群體間的平衡。

綜上所述，為使牛膝品質不受影響的同時產量達到最大，既能發揮個體優勢，又能兼顧群體產量和藥材的內、外品質，在該試驗條件下，通遼地區該品種牛膝推薦栽培密度以834000株/hm2為宜。