不同种植密度下施肥量对黄芩根系生长的影响

王 婧，盛晋华 ，张雄杰，刘 杰 ，李孝基

（1.内蒙古农业大学农学院,内蒙古 呼和浩特 010019；2.内蒙古天际绿洲特色生物资源研发中心,内蒙古 呼和浩特 010018）

黄芩为唇形科植物黄芩（Scutellaria baicalensisGeorgi.）的干燥根,典型寒凉药材,是常用大宗中药材之一,在《中华人民共和国卫生部药品标准》中有477首含黄芩方剂,可通过不同的配伍达到不同的治疗作用[1]。黄芩具有清热燥湿、泻火解毒、止血、安胎的功效,其所含的主要黄酮和苷类、萜类化合物及挥发油成分具有保肝、抗病毒、抗菌、抗氧化、消除自由基、抗过敏和保护神经元等作用[2-7]。研究发现,黄芩中大量元素氮、磷、钾对人参[8]、丹参[9]、金银花[10]及菘蓝[11]等中药材的生长发育、有效成分含量及产量构成有着重要影响[12-13]。黄芩植株对氮元素非常敏感,因此,本试验旨在研究大棚内培育一年生黄芩在不同施肥量及种植密度条件下根系各指标的变化以及发育规律,从而为提高中药材黄芩的产量和质量以及规范化生产提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试植物为黄芩（Scutellaria baicalensisGeorgi.）,种子为呼和浩特市土默特左旗试验基地上一年所采收的黄芩新种子。

供试试验地为内蒙古呼和浩特市土默特左旗北什轴基地试验大棚,2018年1月15日播种,播种后覆膜,可提高土壤温度。前茬作物为番茄,在试验前期对大棚内土壤进行养分调查（表1）,评价土壤肥力标准[14]为Ⅰ级优良。

表1 土壤基质

1.2 试验设计

试验采用两因素裂区设计,主因素为播种密度,副因素为施肥量。选取立地条件均一,长7.0 m、宽3.5 m长方形试验样地共12块,每块地为1个小区,采用起垄播种。施肥设4个处理,试验设计见表2。供试肥料为尿素（总氮含量≥46.4%）及磷酸二铵（总养分N+P2O5≥64.0%）。其中全部的磷酸二铵与1/3尿素为基施,待黄芩出苗整齐后,追施剩余2/3尿素。密度设 3个处理M1、M2、M3（2.85×106,1.42×106,9.40×105株/hm2）。

表2 施肥处理kg/hm2

1.3 测定与方法

采用随机取样,在黄芩出苗后45,70,95,120,145 d分别采集黄芩的地下部分,每小区采样5株,尽可能保证根系完整,采用LA2400植物根系分析仪测定根表面积和根体积；直尺测定主根长；游标卡尺测定主根直径；天平称其鲜重之后,再杀青烘干至恒重,测得干重。

1.4 数据分析

数据采用SAS和SPSS 19.0统计软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同种植密度下施肥量对黄芩根系特性的影响

由图1可知,在高密度M1条件中,黄芩主根长在F2水平下与其他施肥水平存在显著差异,而其他施肥水平下无显著影响,说明在该密度下,施肥量在F2水平下主根生长最好,达到25.83 cm。M1密度下根表面积F2施肥水平比不施肥水平增加36.96%,当施肥量达到F3水平时骤减,低至76.93 cm2,与F2水平下的根表面积存在显著差异。根体积与根鲜重随施肥量增呈先上升趋势,F1施肥量水平下比不施肥水平下分别增长5.65%,4.07%,增长较低,未达显著性水平,F2施肥量水平下,比不施肥水平下分别增长69.66%,71.85%,与F0、F1水平存在显著差异；F3水平下根体积与鲜重开始下降,与不施肥水平相比未达显著水平。根干重在4个施肥量水平之间不存在显著差异性,说明在该密度条件下,施肥量并不影响黄芩根系的干重积累量。根直径随施肥量增加而增加,F2施肥水平比不施肥水平增加26.58%,达到13.33 cm；当施肥量达到F3水平时骤减,比不施肥水平降低15.82%,与F2水平下的主根直径存在显著差异。

在中密度M2条件中,主根长在F2施肥量水平下增长17.77%,达到29.17 cm,与其他施肥水平下主根长存在显著差异；施肥量达到F3水平后抑制黄芩主根生长,根长较F0水平降低10.63%,低至19.93 cm,但未达到显著水平。根表面积与根直径在该密度条件中,4个施肥量水平之间不存在显著差异,表明该密度条件下,施肥量并不影响根表面积与根直径的发育。根体积、根鲜重和根干重在F1水平下比F0水平分别增长50.01%,65.49%,88.16%,分别达到 7.651 cm3、18.7 g、7.11 g；F2 水平下比 F0 水平分别增长45.45%,59.00%,85.53%,与F0水平存在显著差异,且与F1水平相比未达到显著水平,在该密度下,F3水平时开始抑制根系生长,根体积、根鲜重及根干重较F0分别降低1.37%,17.07%,0.79%。

图1 不同种植密度下施肥量对黄芩根系特性的影响

在低密度M3条件中,F3水平对黄芩药用部位根系各指标均有一定抑制作用,根表面积与F0水平产生显著差异。4个施肥水平对根直径无显著影响,表明在该密度条件下,主根直径受施肥量影响较小。主根长、根体积及根干重、根鲜重在F2水平下与其他3水平之间均存在显著差异,且达到最高值,分别达30.60 cm、9.14 cm3、7.54 g、19.33 g,而达到 F3 施肥水平时对主根长、根体积及根干重、根鲜重的作用降低,具有一定抑制作用,但未与F0水平产生显著差异。

相同施肥条件下,密度的大小对黄芩主根长、根体积及干重、根鲜重无显著影响,而根表面积与根直径随密度的增高而减小,说明密度的加大不利于黄芩根直径与根表面积的增长,而根直径的降低可提高等质量下黄芩数量,密度的增高不利于黄芩生长发育。

2.2 不同施肥量对黄芩根系生长速度及根部干鲜重积累速度的影响

本试验中选择低密度M3下各施肥处理根系动态变化进行分析。图2为黄芩根系出苗后45～145 d的根系动态发育情况。由图2可知,主根长在0～45 d时生长速度较快,在F2施肥水平下明显高于其他水平,F3施肥水平下生长速度最慢,在45～120 d时生长速度持续下降,在120 d之后主根长生长速度有一定回升。根体积在0～45 d时生长速度最慢,之后生长速度升高,在95～120 d生长速度减慢,体积生长放缓,在120 d之后生长速度有所回升,F2施肥量水平下,根体积生长速度较其他水平下生长速度快,F1施肥量水平较F0不施肥水平快但未达显著水平,而F3施肥量水平下,根体积生长速度比其他水平下生长速度慢。根表面积生长速度出现往复现象,0～45 d生长较缓,在 45～70 d加快,70～95 d内F3施肥量水平下总表面积生长有微量上升,而其他水平下生长速度显著下降,在95～145 d内F0与F2水平下生长速度仍有回升,之后降低,而F1与F3水平下生长速度趋于平缓,生长较缓。主根直径在0～70 d F3施肥量水平下生长速度持续上升,在70～95 d生长速度下降,在90～120 d回升之后下降,F0施肥量水平下生长速度持续下降,仅在90～120 d有所回升,而F1与F2施肥量水平在0～45 d生长速度达到最大,之后生长速度持续下降,根直径生长逐渐趋于平缓,且F2施肥量水平下主根直径生长速度最快。黄芩根鲜重生长速度在0～45 d较缓,在45～95 d持续生长,并在此期间达到峰值,90～120 d生长逐渐放缓,其中,F2施肥量水平下黄芩根鲜重生长速度最高,而F3施肥量水平下生长速度最低。黄芩根干重在0～45 d内积累速度较慢,积累量较少,在45～70 d之后速度上升,在70～120 d根干重积累速度有不同程度降低,在120～145 d内积累速度上升,积累量增加,其中F2施肥量水平下根干重积累速度及积累量显著高于其他水平。

图2 不同施肥量下根系生长速度及干鲜重积累速度动态变化

3 小结

本试验结果表明,黄芩药用部位根系各指标随施肥量的增加有增加趋势,当施肥量增至F3水平后各指标却有不同程度的降低,说明在适量施肥量下有助于黄芩药用部位根系的生长发育,氮元素是蛋白质、叶绿素和酶的主要成分,氮素充足时植物枝叶茂盛,叶片颜色较浓,光合作用旺盛,制造有机物能力强,营养生长健壮[15-18]。而肥量过高超过磷酸二铵330.00 kg/hm2+尿素129.30 kg/hm2后对黄芩药用部位根系生长的促进作用降低,表明施肥过多会造成黄芩植株贪青徒长,初生代谢产物没有很好地转化为次生代谢产物,干物质积累量降低。由于黄芩第1年以生长根长为主,从总体水平可看出主根直径影响较低,生长速度持续下降也与此有关；施肥量与密度对黄芩主根长及其他形态指标影响较大,F2处理中黄芩药用部位根系各指标均显著高于其他处理,主根长、根体积及根干重在120 d左右生长速度达到低谷,该时期黄芩处于生殖生长期,主要以地上部分开花结果为主,营养成分向地上转移,造成地下根系部分各指标生长缓慢。