施氮量對直播黃芩生長及品質的影響

孫晉鑫，黃高鑒，郭軍玲，郭彩霞，王永亮，趙金楠，楊治平

（1.山西大學生命科學學院，山西太原030006；2.山西農業大學資源環境學院，山西太原030031）

黃芩為唇形科植物黃芩（Scutellaria baicalensis Georgi）的干燥根，具有清熱燥濕、瀉火解毒、止血、安胎之功效[1]。黃芩屬于我國傳統大宗常用中藥材，喜溫和氣候，宜在中性或偏堿性的土壤中生長；耐旱、耐寒，在荒灘、地邊均能生長，抗逆性、適應性比較強[2]。

氮素是植株生長發育所需的大量營養元素之一，是核酸、蛋白質、酶、葉綠素、某些維生素、生物堿及激素的重要組成成分[3]。在植物的生長發育過程中，缺氮會阻礙細胞生長及分裂以及含氮有機物的合成，從而抑制其生長發育和體內活性成分合成；同樣氮素過多也會抑制植物的生長[4]。自20世紀60年代以來，中藥材種植過程中開始使用化肥，其中氮肥是農業生產中施用頻率最高的化肥[5]。合理施肥不僅可以提高植物單位面積產量，改善產品品質，培養地力，而且還可以提高肥料利用率和施肥的經濟效益[6]，然而，中藥材栽培中普遍存在嚴重的偏施、過施的現象[7]。研究發現，合理施用氮肥對香青蘭[8]、菘藍[9]、地黃[10]、甘草[11]、黃芪[12]的生長發育以及有效成分有重要影響。因此，合理的施氮濃度、優化的施氮技術不僅是中藥農業科研工作者研究的熱點，更是藥農種植中藥材時最關心的問題之一[13]。

近年來，關于黃芩的研究多圍繞在生態因子以及不同種源方面，如郭蘭萍等[14]研究了生態因子對黃芩次生代謝產物積累的影響，宮福雨等[15]也研究了生態因子與黃芩藥效成分的相關性，王峰偉等[16]研究了不同土壤水分條件對黃芩生長發育的影響，王丹陽等[17]研究了不同種源對黃芩藥材品質的影響，而關于黃芩施肥方面研究報道較小[18-20]。

本試驗根據黃芩本身需肥特性，探討了不同施氮量對山西省榆社縣直播黃芩生長及品質的影響，旨在為黃芩種植科學施用氮肥提供一定理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料為黃芩種子。

供試肥料為氮肥尿素（含N 46%）、磷肥顆粒過磷酸鈣（含P2O516%）、鉀肥硫酸鉀（含K2O 50%）。

1.2 試驗地概況

試驗地位于山西省晉中市榆社縣。該地屬溫帶大陸性氣候，地處112.9°E，37.0°N附近，年均氣溫為8.6℃左右，最低海拔987 m，年均降雨量414.6 mm，無霜期90～150 d。試驗地0～30 cm基礎土壤理化性狀為：全氮含量為0.82g/kg，有效磷含量為3.02mg/kg，速效鉀含量為93.15 mg/kg，有機質含量為12.59 g/kg，pH值為8.02。

1.3 試驗設計

試驗設置4個氮肥用量處理N0、N1、N2、N3，即純氮肥用量分別為0、60、120、180 kg/hm2，磷肥和鉀肥純用量均為105、75 kg/hm2，其中，磷肥、鉀肥一次性基施，氮肥40%基施，另外60%于2020年7月30日追施。每個處理設置3個重復，共12個小區，其中，小區面積6 m×10 m（60 m2），行距20 cm，播種量為67.5 kg/hm2，于2020年4月18日直播，2020年5月3日出苗。

1.4 測定指標及方法

黃芩生育期內分別于7月1日、7月30日、8月28日、9月29日、11月13日進行田間調查取樣（由于氣候影響，11月13日地上部干枯，只采樣黃芩根）。每個小區采挖1 m植株，之后將植株帶回實驗室進行生長發育指標測定、植株全氮含量測定以及黃芩品質測定。

1.4.1 生長發育指標及全氮含量測定 采用直尺測定植株地上部的株高、根部的根長，用精度為0.01 mm的游標卡尺測定根粗；之后將植株地上部和根部分別裝入牛皮紙袋，105℃殺青30 min后于75℃烘干至恒質量，測定黃芩地上部和根部干質量；全氮含量測定采用凱氏定氮法進行。

1.4.2 黃芩品質測定 將黃芩根干燥品粉碎后，過0.18 mm孔徑的篩，采用辛穎等[21]的方法測定黃芩根部的黃芩苷含量。采用Waters高效液相色譜儀測定，色譜柱為Phenomene×lunaC1（8250mm×4.60mm，5 μm）；流動相為甲醇-乙腈（1∶1）（A），0.2%磷酸溶液（B）；流速為1.0 mL/min，檢測波長為275 nm。

1.4.3 隸屬函數綜合評價 因氣候環境影響，最后一時期采樣黃芩地上部已經枯萎，并且黃芩主以根入藥，故用采收時期根部各項指標進行隸屬函數分析，綜合評價不同用量的氮肥對直播黃芩的影響。隸屬函數公式[22]如下。

式中，U（Xi）為隸屬函數值，Xi為直播黃芩某個測定指標，Xmax，Xmin分別為第i測定指標的最大值和最小值。如果某一指標與生長狀況為負相關，則用反隸屬函數進行轉換，即公式（2），最后將各個隸屬函數均值排序進行綜合評價。

1.5 數據處理與分析

采用Excel 2010進行數據統計分析，采用SPSS 24.0軟件檢驗差異顯著性，采用Origin 2018進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 施氮量對直播黃芩生長發育的影響

2.1.1 施氮量對黃芩株高的影響 從表1可以看出，在黃芩整個生長期內，株高隨著生長期的推進呈增加的趨勢。由于受當地氣候環境影響，在9月29日至11月13日，黃芩地上部枯萎，地上部未能采樣，所以在9月29日黃芩株高最高，其中，N1、N2、N3處理的株高均高于N0處理，且差異顯著（P＜0.05）；黃芩的株高在7月增幅最大，其中，N2處理7月30日較7月1日增幅高達51.39%，說明黃芩在7月氮素集中供應地上部，株高大幅增長。

表1 施氮量對黃芩植株在各采樣時期株高的影響cm

2.1.2 施氮量對黃芩根長的影響 從表2可以看出，在黃芩整個生長期內，根長隨著生長期的推進呈增加的趨勢，其中，不同施氮處理的根長均高于N0處理，隨著施氮量的增加黃芩的根長呈先增后減的趨勢，其中，在N2處理時，根長達到最大；黃芩的根長在前期生長較緩慢，7月30日至8月28日根長快速生長，其中，N2處理增幅在8月28日較7月30日增加25.98%，說明氮素能有效促進黃芩根下扎。

表2 施氮量對黃芩植株在各采樣時期根長的影響 cm

2.1.3 施氮量對黃芩根粗的影響 由表3可知，黃芩在整個生長期中，根粗和株高、根長一致均隨著生長期的推進呈增加的趨勢，在11月13日所有處理達最高，其中，N1、N2、N3處理的根粗均高于N0處理；隨著施氮量的增加黃芩的根粗呈先增后減的趨勢，其中，在N2處理時，根粗達到最大，在N3處理根粗均有所下降；黃芩的根粗在7月和9月增長最快，其中，N2處理在7月增幅最高，7月30日較7月1日增加51.66%，N1處理在9月增幅最高，9月29日較8月28日增加54.79%，N2處理增幅達38.45%。

表3 施氮量對黃芩植株在各采樣時期根粗的影響 mm

2.1.4 施氮量對黃芩干質量的影響 從圖1可以看出，在黃芩整個生長期內，黃芩地上部干質量隨著生長期的推進呈增加的趨勢，由于受當地氣候環境影響，黃芩地上部在9月29日至11月13日枯萎，未能采樣，故黃芩地上部的干質量在9月29日所有處理達到最大。黃芩地上部干質量的增幅與株高一致，主要在7月，處于黃芩營養生長的鼎盛時期，增幅在109.33%～413.04%；黃芩根部干質量的增加與根長、根粗均一致，在7—9月上升幅度最高，其中，7月N2處理增幅高達253.85%，9月增幅在125.00%～251.35%。由此可知，黃芩在7月地上部與根部均處于生長高峰階段。隨著施氮量的增加黃芩地上部干質量和根部干質量呈先增后減的趨勢，其中，在N2處理時，9月29日黃芩地上部干質量和根部干質量達到最大值，分別為2.65、2.04 g/株。

2.2 施氮量對直播黃芩氮素累積的影響

從圖2可以看出，黃芩地上部氮素積累量和根部氮素積累量在N0、N1、N2處理時，隨著施氮量增加而增加，在N3處理時，其地上部氮素積累量和根部氮素積累量反而呈下降趨勢，其中，N1、N2、N3與N0處理間差異顯著（P＜0.05），地上部的氮素積累量在7月增幅最大，在9月29日N0、N1、N2、N3處理的氮素積累量分別為29.52、43.47、67.48、55.05 mg/株；根部的氮素積累量在9月增幅最大，較8月增加231.12%～427.92%。

2.3 施氮量對直播黃芩品質的影響

由于黃芩主以根入藥，所以測定黃芩采樣期的根部黃芩苷含量作為衡量直播黃芩品質的高低。從表4可以看出，所有處理均符合《中國藥典》規定，含黃芩苷（C21H18O11）不得少于9.0%。測定發現，施氮量在60～180 kg/hm2時，隨著施氮量的增加黃芩苷含量逐漸降低，N3處理的黃芩苷含量低于N0處理，而N1、N2處理的黃芩苷含量均高于N0處理，其中，在N1處理時，黃芩苷含量最高，平均為12.66%，說明并非氮肥施用量越高黃芩苷含量越高。

表4 施氮量對黃芩根部有效成分的影響

2.4 隸屬函數綜合評價結果

從表5可以看出，不同用量的氮肥處理隸屬函數均值均大于不施氮肥的N0處理，所以，氮肥對直播黃芩的生長及品質有重要的影響。綜合評價得出，N2處理為最佳處理，最佳施氮量為120 kg/hm2。

表5 施氮量對黃芩主要性狀的隸屬函數綜合評價結果

3 結論與討論

合理施用氮肥對黃芩產量和品質具有重要的影響。張燕等[23]研究發現，植物正常生長發育需要適量氮的供應，黃芩株高、地徑、蘆頭都隨著施氮水平的增加呈現出先升高后降低的拋物線形變化趨勢。馬興東[24]研究發現，隨著施氮量的增加，株高、莖粗、冠幅和葉面積都有一定的增加，超過最佳施氮量后也會導致負效應。本試驗通過測定各處理的生長發育指標發現，隨著施氮量的增加黃芩株高、根長、根粗呈先增后減的趨勢，說明適量施用氮肥有利于直播黃芩生長，與前人研究結果一致。

黃芩根部干質量積累與藥材產量直接相關，是藥材產量的重要衡量指標之一。曹鮮艷等[19]研究發現，氮、磷對黃芩產量有顯著影響，在低水平施肥條件下，產量隨施肥量的增加而增大，一定范圍后，增效不明顯。葛陽等[5]分析發現，適量施氮能促進中藥材產量及某些次生代謝物含量的提升，過量施氮無法進一步增加中藥材的產量。本研究表明，在N1、N2處理時，直播黃芩的地上部干質量和根部干質量隨著施氮量的增加而增加，在N3處理時，黃芩干質量反而下降。其中，與不施氮肥處理相比，根部干質量在N1、N2處理時，增幅為83.72～137.21%，而在N3處理時，根部干質量增幅為96.51%，增長幅度反而降低；地上部氮素積累量和根部氮素積累量在N0、N1、N2處理時，隨著施氮量增加而增加，在N3處理時，其地上部氮素積累量和根部氮素積累量反而呈下降趨勢，所以適量施用氮肥可以提高直播黃芩干質量和黃芩氮素積累量，而過量施用氮肥會導致干質量和黃芩氮素積累量下降，與前人研究結果一致。

次生代謝物作為中藥材的主要藥效成分，是構成中藥材質量的物質基礎[25]。黃芩主以根入藥，中國藥典[1]規定，測定的黃芩苷（C21H18O11）含量不得少于9.0%。本試驗選擇測定黃芩采收期黃芩苷含量作為其質量評價的主要依據，結果表明，不同氮肥處理的黃芩苷含量均高于9.0%，符合《中華人民共和國藥典》[1]規定。在N1、N2處理時，黃芩苷含量高于不施氮處理，在N3處理時即施氮量為180 kg/hm2時，黃芩苷含量顯著低于不施氮處理，且在N1處理時，黃芩苷含量最高，為12.66%。說明氮肥施用過多會造成黃芩品質下降，可能是由于氮肥施用過多造成黃芩植株生長過于旺盛、貪青徒長，而初生代謝產物沒有更好地轉化為次生代謝產物，與劉金花[26]分析結果一致。

本試驗在榆社縣當地開展，通過隸屬函數法對黃芩根部各項指標進行綜合評價得出，榆社當地直播黃芩的最佳施氮量為120 kg/hm2。