根际土壤元素有效性与丹参质量的相关性分析

沈晓凤　张琦　严铸云　杨新杰　郭晓恒　陈新　万德光

[摘要]全国8个省25个产地栽培和野生丹参根际土壤的分析结果表明，丹参产区土壤有效氮（N）、磷（P）、钾（K）、硼（B）、铁（Fe）、锰（Mn）、锌（Zn）、铜（Cu）含量丰缺水平差异较大。有效P，Fe极其丰富，有效K，Zn，Cu较为丰富，有效N，Mn含量较大面积上缺乏，整个产区有效B极缺乏。各元素之间存在不同程度的相关性，并与10种丹参活性成分也存在相关性，其中有效N，B，Fe，Mn影响最为显著，其余成分未呈现统计学意义。研究表明土壤营养元素有效性影响着丹参品质，丹参肥料管理的重点是分阶段控制N，B，Fe，Mn肥，并应减少磷肥的施用或不施用磷肥。

[关键词]丹参；根际土壤；元素有效性；有效成分

[Abstract]In order to investigate the content and distribution of available element in the rhizonsphere soil of the growing areas of Salvia miltiorrhiza Bunge， the contents of available element （N，P，K，B，Cu，Zn，Fe，Mn） in 26 soil samples were tested and evaluated The results showed that the contents of available P and Fe were very plentiful， available K， Cu and Zn were rich， available N and Mn were deficient， available B was extremely deficient in all growing areas of S miltiorrhiza of eight provinces in China The correlation analysis showed that the contents of eight kinds of available elements were varying degree correlation The stepwise regression analysis between the contents of available elements of rhizonsphere soil and ten kinds of active ingredients of Danshen （Salviae Miltiorrhizae Radix et Rhizoma） were researched The results showed that the rates of contribution of available N，B，Mn and Fe to quality of Danshen were relatively large and they were the significant factors， and the other factors did not show statistical significance The recommended fertilizing strategies is that the usage of N，B and Mn fertilizers should be controlled according to different stages of growth of S miltiorrhiza， and P fertilizer should be reduced in all growing areas of S miltiorrhiza

[Key words]Salvia miltiorrhiza； rhizonsphere soil； the effectiveness of element； active ingredient

doi：10.4268/cjcmm20160709

土壤是植物营养元素的主要来源，土壤中元素含量、形态分布和有效性不仅与成土母质和成土过程等有关，还受耕作制度、施用肥料和种植作物等因素的影响[1]。根际是植物和土壤相互作用的界面，也是物质和能量交换的结点[2]。植物通过根际分泌行为影响着土壤营养元素的形态和有效性[34]，从而影响植物的生长发育、代谢活动和元素积累[56]。无机元素对药用植物生长发育和有效成分积累密切相关[79]。研究表明，大量元素缺乏有利于丹参酮类物质积累[10]，铁、锰、锌、硼和铜微肥能促进丹参干物质累积[1113]，适宜氮磷钾配比有利于丹参根发育和有效成分积累[1416]。然而，对根际土壤元素有效性与药用植物活性关系的研究报道甚少，同时中药又具有多品种、多道地的特征，这给我国学者探讨无机元素与药材品质形成的关系，以及施肥管理研究增添了新的难度。本研究以多道地性的丹参Salvia miltiorrhiza Bunge为研究对象，测定了全国8个省25个产地丹参根际土壤中元素有效态的含量，分析根际土壤元素有效性与丹参品质的关系。对研究无机元素对丹参品质的影响，充分发挥微量元素在药用植物生产的作用，制定栽培生产中施肥管理策略具有重要意义。

1材料和方法

11样品采集与处理

2007年11月中旬至12月上旬，在全国8个省25个丹参产地采集栽培或野生丹参的根和根际土壤，采用GPS定位仪定位（表1）。采用“S”型平行采样多点混合法，每份样品为20～25点采集，根际土壤采用抖根法[17]收集，最后经四分法获取分析用样品，其中根际土保留2 kg/份，药用部位5 kg/份。样品采集后快速运回实验室，药材经常规加工处理，土壤样品风干处理，备用。

12元素有效性测定

参考文献[1819]的方法，有效钾（K）、铜（Cu）、锌（Zn）、铁（Fe）、锰（Mn） 采用碳酸氢铵二乙基三胺五乙酸（ABDTPA）浸提后，采用原子吸收分光光度计测定；碱解氮（N）采用碱解扩散法测定；有效磷（P）采用碳酸氢钠提取钼锑抗比色法测定；有效硼（B）采用沸水浸提姜黄素比色法测定。

13有效成分的含量测定

采用高效液相色谱法测定，具体见课题组报道 [2021]。

14数据分析

数据采用Excel 2003和SPSS 200进行计算和分析。

2结果与分析

21丹参根际土壤元素有效态分布规律

211不同产地根际土壤元素有效态特征土壤中有效元素含量高低是制定科学，合理施肥方案的依据。全国8省25个产地丹参根际土壤中元素（N，P，K，Fe，Mn，Zn，Cu，B）有效态的含量测定结果表明，根际土壤中各元素平均含量高低顺序为P>K>Fe>N>Mn>Cu>Zn>B，产区和产地之间土壤元素有效态的含量差异较大。其中，根际土壤有效氮2415～8470 mg·kg-1，平均5273 mg·kg-1；有效磷20626～4 49920 mg·kg-1，平均1 44611 mg·kg-1；有效钾2200～25900 mg·kg-1，平均12585 mg·kg-1；有效锰313～4352 mg·kg-1，平均1159 mg·kg-1；有效铜050～1042 mg·kg-1，平均235 mg·kg-1；有效锌094～514 mg·kg-1，平均197 mg·kg-1；有效铁560～28695 mg·kg-1，平均5719 mg·kg-1；有效硼004～125 mg·kg-1，平均023 mg·kg-1（图1）。

212根际土壤元素丰缺度状况土壤元素全量不能完全反映土壤供给植物的营养水平，而有效态更能反应土壤的元素可利用状况。因此，根据第二次全国土壤普查中土壤元素的分级标准[22]，对各产区丹参根际土壤的营养元素进行了丰缺状况分级（表2）。丹参各产地根际土壤有效N偏低，全部产地处于稍低及其以下水平，其中处于低水平的产地占577%，稍低水平占346%。有效P极丰富，全部产地处于极富水平；有效K多属中等水平以上，其中处于丰富以上水平占346%，中等水平

占231%，低水平占308%。有效Fe极丰富，全部产地均处于中等水平以上，其中处于极丰富水平占654%。有效Zn较丰富，均在中等水平以上，其中丰富水平占846%。有效Cu多在中等水平以上，其中极丰富水平占423%，丰富水平占346%。有效B的含量最低，大部分产地在中等水平以下，处于极低水平占615%。有效Mn较低，大部分产地在中等和中等水平以下，处于低水平占462%，中等水平以上占346%。

213根际土壤元素有效态的相关性和聚类分析因是多产区和多性状比较，为了消除偏态，并将变量之间的关系线性化，把各测量值转换成自然对数后进行相关分析（表3），数据标准化和全距化后采用组间联结法，以元素有效态含量为变量，对产地进行聚类分析（图2，3），其目的是进一步分析研究丹参生长根际土壤元素有效性之间的关系和地理差异，为相应品种和地区丹参种植中的肥料管理研究提供依据。

表3可见，丹参根际土壤中有效N，P，K，Fe，Mn，Zn，Cu，B之间相关性不高，仅仅有效N与有效Zn成正相关（P<005）；有效K与有效Zn成负相关（P<005），与有效P成正相关（P<005）。但提示丹参对元素的利用存在协同和拮抗特性。图2可见，土壤8种营养元素有效态含量水平聚为2组，第一组包括四川中江石泉和石垭，与其有效Fe，N，Zn的异质有关；第二组包括了其余产地。图3可见，在去掉受施肥影响较大的N，P，K后，虽然产地之间的关系发生了一些变化，但仍然没有地理相近的聚类或道地产区的聚类关系。说明根际土壤中元素有效性差异不是由地理分异形成，而由耕作制度或丹参的营养型差异引起的。

22根际土壤元素有效态与丹参有效成分回归分析

因土壤的营养水平会引起植物生长，发育和代谢改变，本研究采用课题组对同行采集的药材质量分析数据[1920]进行关联分析。因属多性状比较，对各测量值进行相应的转化消除偏态，并将变量之间的关系线性化进行相关分析。在10种有效成分（丹参素，原儿茶醛，咖啡酸，迷迭香酸，丹酚酸B，丹酚酸A，丹参酮Ⅰ，丹参酮ⅡA，二氢丹参酮Ⅰ，隐丹参酮）和根际土壤中有效N，P，K，Mn，Cu，Zn，Fe，B含量相关性的复杂关系中找出影响药材质量的重要营养元素，因此采用回归的方法，将P<005的因素保留在模型中。采用稳健逐步回归获得了以下几个有效成分的预测模型。这些模型说明营养元素主要影响丹参酮类的合成和积累，特别是有效N，B，Fe的影响较大，在肥料管理中值得关注。

二氢丹参酮Ⅰ（预测值）= 0113 3-0001 1N×100%

丹参酮Ⅰ（预测值）= 0311 2-0027 9 log B-0003 3×N-0412 8÷Fe×100%

丹参酮ⅡA（预测值）= 0610 6-0068 2 log B-0005 3×N-0786 2÷Fe×100%

丹酚酸A（预测值）= 0010 1+0071 3÷Mn×100%

上式中的 N，B，Fe，Mn 分别代表氮、硼、铁和锰元素的有效态质量分数，单位为mg·kg-1。

3讨论

土壤元素有效态含量的高低，可以表明其被植物直接吸收利用的强度大小。由于药用植物吸收微量元素的规律研究甚少，尤其缺乏丹参对微量元素吸收规律的认识。因此，本研究依据全国土壤微量元素分级标准进行评价，在丹参主要栽培区土壤中有效P，Fe，Zn和Cu的含量丰富，有效N，B，Mn处于较低水平。考虑植物生长的需求，丹参栽培生产中应减少磷肥的施用或不施用磷肥，应适当补充N，B，Mn肥；但元素有效态与有效成分的回归分析结果，提示N，B，Fe是影响丹参酮合成积累的重要因素。可见，丹参栽培的肥料管理中应在药材产量和质量之间寻求一种平衡，按植物的生长发育时期控肥值得重点关注。

土壤母质类型，元素全量，pH，有机质，土壤质地，土壤营养物质等因素均影响根际土壤元素有效性[2326]，同时植物根系分泌行为是“植物土壤微生物”系统的重要调节过程，是影响根际元素形态和养分吸收的重要因素[2729]。本研究结果提示不同地区由于耕作制度和施肥管理水平的差异，可能是造成丹参各产地营养元素有效态差异的原因，如河南洛阳丹参种植区内土壤有效氮，有效磷和有效钾含量丰富[30]。同时基于药材采收期根际土壤元素有效态和药材有效成分相关性分析结果，可能与施肥实验的结果存在差异，如文献[31]报道磷肥对丹参素和丹参酮ⅡA的积累表现正效应，而本研究中有效磷的含量并未见此效应，结合文献[10]的研究结果，认为是元素可给性或元素间利用的拮抗问题。而各元素有效态之间存在不同水平的相关性，提示丹参对元素的吸收存在协同或拮抗作用。进一步提示在当今中药材需求和种植面积不断扩大的形势下，首先应开展药用植物吸收利用元素的规律，以及微量元素与药材品质形成机制的研究。并制订相应品种的土壤元素丰缺指标，为科学合理地施肥奠定基础。同时也提示中药材栽培中，特别是多产地种植的品种应实施测土配方施肥，不宜提倡大范围地推广使用“专用肥”。

4结语

全国丹参主要栽培区土壤中有效P，Fe，Zn，Cu丰富，有效N，B，Mn处于较低水平，各产地元素有效态存在明显差异性，但不存在地理分异特性。根际土壤中元素有效态影响丹参有效成分的合成和积累，N，B，Mn，Fe影响丹参品质的形成，尤其N，B，Fe较明显；丹参对不同元素的利用存在一定协同或拮抗作用。因此，丹参栽培生产中应减少磷肥的施用或不施用磷肥，分阶段控制N，B，Fe，Mn肥，并在药材产量和质量之间寻求一种施肥平衡点。同时，应加强围绕药材品质形成机制，开展药用植物对元素吸收利用规律的研究，以期制订相应品种土壤元素有效性丰缺的指标，为科学合理地开展配方施肥奠定基础。

[参考文献]

[1]魏孝荣，郝明德，邵明安. 黄土高原旱地长期种植作物对土壤微量元素形态和有效性的影响[J]. 生态学报，2005，25（12）：3196.

[2]张福锁，申建波，冯固. 根际生态学——过程与调控[M]. 北京：中国农业大学出版社，2009.

[3]Youssef R A， Fattah A E A， Hilal M H. Studies on the movement of Ni in wheat rhizosphere using rhizobox technique Egyptian[J]. Soil Sci， 1997， 37（2）：175.

[4]Shuman L M， Wang J. Effect of rice variety on zinc， cadmium， iron and manganese content in rhizosphere and nonrhizosphere soil fractions[J]. Commun Soil Sci Plan，1997，28（1）：23.

[5]姜志艳，王建英，杨雪梅. 铜，铅，锌对黄芪生长及其DNA损伤的影响[J]. 南方农业学报，2013，44（2）：205.

[6]涂书新，孙锦荷. 植物根系分泌物与根际营养关系评述[J]. 土壤与环境，2000，9（1）：64.

[7]王利丽，张涛，陈随清，等. 土壤中无机元素与山茱萸药材质量的相关性分析[J]. 中药材，2011，34（8）：1167.

[8]金航，崔秀明，徐珞珊，等. 三七道地与非道地产区药材及土壤微量元素分析[J]. 云南大学学报，2006，28（2）：144.

[9]索风梅，陈士林，任德权. 道地药材的产地适宜性研究[J]. 中国中药杂志，2005，30（19）：1485.

[10]毛莹，袁媛，何希荣，等. 不同元素对丹参毛状根生长及丹参酮类成分积累的影响[J]. 中国实验方剂学杂志，2009，15（11）：6.

[11]韩建萍，梁宗锁，张文生. 微量元素对丹参生长发育及有效成分的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2005，11（4）：560.

[12]孙玉新，李永明，刘德辉. 锰对栽培丹参的生长和丹参酮类物质累积的影响[J]. 土壤，2011，43（1）：95.

[13]汪斌，刘德辉，谈献和，等. 铜、锌对栽培丹参的丹参酮类物质影响机制的研究[J]. 中国中药杂志，2008，17（33）：2082.

[14]李建军，孙华，高致明，等. 施肥对丹参根结构发育及有效成分积累的影响[J]. 河南农业大学学报，2007，41（4）：405.

[15]王渭玲，梁宗锁，孙群，等. 不同氮磷施用量对丹参产量及有效成份的影响[J]. 中国农学通报，2005，21（3）：218.

[16]夏奉乾，苗艳芳，李俊伟，等. 氮磷钾肥配施对豫西旱地丹参生产的影响[J]. 河南科技大学学报：自然科学版，2010，31（6）：73.

[17]Riley D， Barber S A. Bicarbonate accumulation and pH changes at the soybean （Glycine max （L.） Merr.） rootsoil interface[J]. Soil Sci Soc of Am J， 1969， 33（6）：905.

[18]鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京：中国农业科技出版社，2000.

[19]冯两蕊. ABDTPA通用浸提剂测定石灰性土壤微量元素的可行性研究[J]. 山西农业大学学报：自然科学版，2004，24（4）：351.

[20]杨新杰，万德光，林贵兵，等. 丹参水溶性成分的地域分布特点分析[J]. 天然产物研究与开发，2011，23（4）：684.

[21]杨新杰，万德光，林贵兵，等. 丹参脂溶性成分的地域分布特点分析[J]. 中草药，2010，41（5）：809.

[22]全国土壤普查办公室. 中国土壤普查技术[M]. 北京：农业出版社，1992：86.

[23]唐丽静，王冬艳，宋诚亮. 山东省沂源县耕层土壤营养元素有效态含量及其影响因素研究[J]. 山东农业科学，2014，46（8）：71.

[24]刘全友，童依平，李继云，等. 多伦县土壤营养元素有效态含量的影响因素研究[J].生态学报，2000，20（6）：103.

[25]崔斗斗，林昌虎，何腾兵，等. 鸟王茶产地土壤微量元素有效态特征及影响因素研究[J].贵州科学，2011，29（2）：60.

[26]章程，谢运球，吕勇，等.广西弄拉峰丛山区土壤有机质与微量营养元素有效态[J]. 中国岩溶，2006，25（1）：63.

[27]Takagi S. Naturally occurring ironchelating compounds in oatandrice root washings. Ⅰ：activity measurement and preliminary characterization [J]. Soil Sci Plant Nutr，1976，22（4）：423.

[28]Ae N，Arihara J，Yoshihara T. Phosphorus uptake by pigeonpea and its role in cropping systems of the Indian subcontinent[J]. Science，1990，248（4954）：477.

[29]郭亚利，李明海，吴洪田，等. 烤烟根系分泌物对烤烟幼苗生长和养分吸收的影响[J]. 2007，13（3）：458.

[30]扶艳艳，吕静霞，苗艳芳，等. 洛阳丹参基地土壤肥力质量评价与培肥对策[J]. 中国现代中药，2012，14（6）：24.

[31]韩建萍，梁宗锁. 氮、磷对丹参生长及丹参素和丹参酮ⅡA积累规律研究[J]. 中草药，2005，36（5）：756.

[责任编辑吕冬梅]