施用有机肥对当归药材性状、产量及抗病性的影响

肖婉君 ，郭凤霞 *，陈垣 ，2*，刘兰兰 ，陈永中 ，焦旭升 ，张碧全 ，白刚 ，金建琴

（1. 甘肃农业大学生命科学技术学院，农学院，甘肃省干旱生境作物学重点实验室，甘肃省中药材规范化生产技术创新重点实验室，甘肃省药用植物栽培育种工程研究中心，甘肃兰州730070；2. 甘肃省特色药用植物资源保护与利用工程实验室，甘肃省特色药材规范化可追溯栽培工程技术研究中心，甘肃中天药业有限责任公司，甘肃定西748100）

当归（Angelica sinensis）为伞形科当归属多年生草本药用植物，是我国常用大宗中药材品种之一，以干燥根入药，具有补血活血和调经止痛的功效［1］，已被国家卫生部新增列入在限定使用范围和剂量内，既是食品又是中药材的药食同源中药材品种名目［2］。当归适宜气候冷凉、降水充沛的生态环境，并适宜排水良好、有机质含量较高的黑褐类土壤［2］。由于独特的气候及自然资源优势，甘肃岷县、渭源和漳县一带生产的当归以品质优异而驰名国内外，岷县一带被中国特产之乡委员会推介为“中国当归之乡”［3］。

然而，道地产区土地资源有限，当归又极不耐连作，间茬栽培土壤特性也得不到有效的恢复［3］。为了提高当归产量，药农加大化肥用量，据本研究在岷县实地调查，当归成药期一般田块基施磷酸二铵为400～450 kg·hm-2。过量施用化肥会造成土壤结构破坏，理化性状恶化［4-5］。施肥对作物生长和土壤养分的影响一直是国内外研究的热点。有机肥指含有较多有机物质的肥料，包括腐熟粪尿、绿肥、堆肥、沤肥和合成肥等，具有无机肥不具备的特有优势，可以补充土壤中缺乏的养分，培肥地力，在土壤、作物和微生物群体间建立起优良的促进关系［6-8］。研究表明，有机肥和化肥配合施用可以有效改善水稻（Oryza sativa）田土壤养分平衡状况，改良土壤理化特性，提高土壤碳、氮储量及土壤酶活性，增加土壤有机质含量和养分的有效性，降低化肥损失率，提高土壤肥力和生态系统的生产力，并能够增强作物的抗病性［9-13］。中药材有机栽培也已受到关注。王宝平等［14］对中药材GAP（good agri⁃cultural production）基地对生态环境条件的要求、规范化生产过程和全程质量控制体系认证及有机农业进行了比较，提出在中药材GAP 基地进行有机农业研究是可行的。甘肃省是当归的道地产区，年产量占全国当归总产量的90%以上［3］，已在岷县和宕昌建成GAP 生产基地2 处，但至今有关当归有机栽培相关的研究尚少见报道，药农施肥盲目性大。现代农业生产中地膜覆盖是一项至关重要的基础农艺措施，在调节地温、杂草防控、节水保肥方面发挥了突出作用，保障了农作物稳产增产［15］。目前当归道地产区普遍采用黑色地膜栽培。因此，在黑色地膜栽培条件下，系统比较研究化肥减量与有机肥增量对当归的增效作用具有重要意义，可为当归标准化绿色有机栽培提供科学依据，引导产区扩大生态有机栽培态势，促进道地药材当归生产的可持续化发展。

1 材料与方法

1.1 试验区概况与供试材料

当归种苗来自岷县禾驮乡石家台村大石沟大湾梁一年生当归种苗，为岷县地方品种，从3 年生种株采收的种子经当地药农在生荒地育成，该地属温带大陆性季风气候，海拔3100 m，降水量600～800 mm，土壤为典型高寒草甸土壤，为当归优质栽培和育苗生态区［3］。

当归成药栽培施肥试验设在岷县禾驮乡石家台村进行，试验地位于 N 34°25′25″，E 104°15′52″，海拔 2800 m，属于温带大陆性季风气候，年平均气温为5.7 ℃，年均降水量为635 mm，年均日照时数2214.9 h。土壤为熟地土壤类型，黑钙土。前茬为蒙古黄芪（Astragalus membranaceusvar.mongholicus），上上茬为当归。

本研究以当归成药栽培为研究对象。试验用化肥选用磷酸二铵，由中化化肥有限公司生产，总养分＞64%，P2O5+K2O 含量为18%～46%，每袋50 kg。试验有机肥由甘肃天耀生物科技有限公司生产，有机质＞45%，N+P2O5+K2O 含量≥5%，pH=5.5～8.5，水分≤30%，每袋 40 kg。

1.2 施肥试验设计

施肥试验采用单因素试验方案。施肥量以产品推荐施用量为依据，结合生产实际用量确定。根据减半量原则设置施肥水平，化肥纯施量按当地磷酸二铵平均施用量确定为420 kg·hm-2，纯施有机肥参考说明书确定为2000 kg·hm-2。施肥因素包括纯施有机肥（organic fertilizer，O）、纯施化肥（chemical fertilizer，C）、减量化肥增施有机肥［1/2（O+C）］，以不施肥为对照（CK），各施肥处理及养分总量详见表1。随机区组设计，3 次重复，将试验田按坡度走向划分为3 个区组，使同一区组处于同一坡度，随机安排4 个施肥处理，以消除坡度对试验结果的影响，区组长7.5 m，宽1.5 m，共12 个小区，小区面积3.75 m2（2.5 m×1.5 m），为了减少边缘效应，以拉绳划分区组和小区，每小区固定行号和株号移栽。肥料均在种苗移栽前结合整地以底肥一次性施入，2019 年4 月13 日移栽，采用双苗露头穴栽，穴距25 cm，每穴2 株，当归栽培期不使用任何农药预防病虫害，人工除草5 次，其他田间管理与大田一致。

表1 有机肥增量施肥方案Table 1 Scheme of organic fertilizer increment（kg·hm-2）

1.3 当归早期抽薹率统计和发病情况调查

当归种苗移栽返青后，早期抽薹全部结束，成药株进入旺盛生长期，于2019 年8 月6 日田间逐株统计早期抽薹率，以主茎伸出丛叶顶部30 cm 为早期抽薹株标准。

于2019 年10 月28 日采挖药材，收集小区当归药材根，清理根部泥土后装入尼龙袋，带回实验室测定指标。按照陈垣等［16］的方法和标准逐区逐根统计根腐等级，最后计算发病率和病情指数［17］。

1.4 当归药材性状和产量测定及种植效益估算

采挖药材时各重复小区随机抽取7 株完整药材根测定根部性状。主根长采用卷尺测定，根粗采用数显游标卡尺测定距离根头1 cm 处的根直径，侧根指主根一级侧根，采用电子秤（精度1%）测定单根鲜重，自然风干后测定单根干重，并计算鲜药材的含水量。根据市售药材价格和投入成本估测药材纯收益。

1.5 数据统计分析

采用Excel 2010 绘制图和处理平均数间的t检验。采用SPSS 20.0 统计软件进行方差分析、相关分析和主成分（因子）分析，多个处理平均数间的差异性选用LSD 法进行多重比较，采用字母标记法标记。

对不同施肥栽培当归药材产能的综合评价采用金彦博等［17］的方法，即首先在因子分析基础上提取初始特征根大于1 的各指标主成分值，计算其权重（Wj），根据相关性质计算正反隶属函数值，最后估算综合指数（compre⁃hensive index，CI）。

式中：Cl，j表示第j个指标的第l主成分值，VPl表示第l主成分方差的百分率，Wj表示第j个指标的权重值，i表示不同施肥处理，j表示测定指标，R（Xij）表示i施肥处理下j指标的隶属函数值，RR（Xij）表示i施肥j指标的反隶属函数值，Xij表示i施肥处理j指标的平均观测值，Xjmin表示所有施肥处理中j指标的最小值，Xjmax所有施肥处理中j指标的最大值，CIj为第i处理j个指标的累计综合指数。

2 结果与分析

2.1 有机肥与化肥施用量对当归成药期早期抽薹率的影响

图1 显示，不同施肥栽培条件下，成药期当归早期抽薹率有较大差异。各施肥处理中早薹率由低到高依次为O＜C＜1/2（O+C）＜CK。纯有机肥栽培可有效降低当归早期抽薹率，平均为8.0%，分别较CK、1/2（O+C）和 C 下降 19.4%、15.2% 和 7.1%，但由于区组间坡度差异大，导致各肥料间差异性未达显著水平（P＞0.05）。在所有施肥处理中，各重复小区早期抽薹率变幅为0～38.46%，平均为18.46%（图1）。

图1 有机肥与化肥施用量对当归早期抽薹率的影响Fig. 1 Effect of amount of fertilization on early bolting rate of A. sinensis

2.2 有机肥与化肥施用量对当归产量构成因素的影响

施肥对当归产量构成因素具有不同程度影响（表2）。在试验施肥范围内，对当归根长和含水量的影响不显著（P＞0.05），但纯施有机肥（O）栽培根长最长，较纯化肥、减半量化肥增施有机肥和不施肥根长分别增长1.5、1.7 和1.4 cm（P＞0.05）。施肥对根粗、侧根数、单根重均具有极显著的影响（P＜0.01）。各施肥处理药材根粗依次为 C＞1/2（O+C）＞O＞CK，化肥对根的增粗作用最为显著，C 和 1/2（O+C）较 CK 分别增粗 11.99 和11.17 mm（P＜0.01），较 O 增粗 8.01 和 7.19 mm（P＜0.01），O 较 CK 根增粗 3.98 mm（P＞0.05）。O 侧根数最多，较CK 极显著增多（P＜0.01），较C 显著增多（P＜0.05）。各施肥处理药材单根鲜、干重趋势一致，依次为O＞C＞1/2（O+C）＞CK，其中 O 单根产量最高，单根鲜、干重较 CK 分别提高 101.8% 和 91.2%（P＜0.01），较 C 和1/2（O+C）增幅均未达显著水平（P＞0.05）（表2）。

2.3 有机肥与化肥施用量对当归药材产量的影响

图2 显示，施肥对当归药材产量有极显著影响（P＜0.01）。各施肥栽培中，鲜药材产量由高到低依次为O＞C＞1/2（O+C）＞CK，干药材产量由高到低依次为O＞1/2（O+C）＞C＞CK。纯有机肥栽培鲜、干产量较CK 分别提高 105.9%（P＜0.01）和 99.6%（P＜0.01）。纯有机肥栽培鲜产量较 C 和 1/2（O+C）栽培提高 2.0% 和5.6%，干药材产量较C 和1/2（O+C）分别提高8.2%和1.6%，3 处理间差异性均未达到显著水平（P＞0.05），但均较不施肥CK 极显著增产（P＜0.01）。说明施肥能极显著提高当归药材产量，纯施有机肥增产效果最佳。

表2 不同处理对当归药材产量构成因素的影响Table 2 Effects of different treatments on yield factors of A.sinensi

图2 施肥处理对当归鲜药材和干药材产量的影响Fig. 2 Effect of fertilization on fresh and dry yield of A. sinensis

2.4 有机肥和化肥施用量对当归药材种植效益的影响

按当年当归收购价30 元·kg-1计，不同施肥栽培当归收益差异性较大。各施肥处理药材收益为O＞1/2（O+C）＞C＞CK。纯有机肥栽培干药材产量为3149.2 kg·hm-2（图2），每公顷纯收益91076.8 元，较不施肥提高39866.3 元，较 C 提高 7042.2 元，较 1/2（O+C）提高 1434.6 元（表 3）。

表3 不同施肥栽培当归效益分析Table 3 Economic benefit analysis of Angelica under different fertilization cultivation（Yuan·hm-2）

2.5 不同施肥栽培条件下当归产量及产量构成因素的相关分析

纯施有机肥栽培中，主根长与侧根数、单根干重和单根鲜重均呈极显著正相关（P＜0.01），而在减半量化肥增施半量有机肥中，其相关程度减弱，但均呈较大正相关（P＞0.05），纯施化肥栽培中相关性质发生改变，呈负相关，其中根长与侧根数呈极显著负相关（P＜0.01），在不施肥条件下，根长与侧根数保持弱的正相关（P＞0.05）。C 栽培中根粗与侧根数呈显著正相关（P＜0.05），与单根鲜重和单根干重均呈极显著正相关（P＜0.01），1/2（O+C）栽培中其相关程度减弱，但与单根干重和单根鲜重仍保持显著（P＜0.05）和极显著（P＜0.01）正相关。1/2（O+C）栽培中根粗与含水量呈显著正相关（P＜0.05）。在所有施肥处理中，侧根数与单根鲜重均呈极显著正相关（P＜0.01），不施肥中相关性减弱（P＜0.05）。在O 和1/2（O+C）栽培条件下，侧根数与单根干重的相关性均达极显著水平（P＜0.01），但在C 和CK 条件下相关程度减弱（P＜0.05）。在所有处理中单根鲜重与单根干重均呈极显著正相关（P＜0.01），但与含水量的关系因施肥而异，在CK 中呈弱的负相关，而在施肥处理中均呈正相关，其中在1/2（O+C）中呈极显著正相关（P＜0.01）。单根干重与含水量的负相关程度在CK 达显著水平（P＜0.05），说明当归药材根性状与土壤肥力条件密切相关（表4）。

表4 各施肥栽培条件下当归产量构成因素的相关性分析Table 4 Correlation analysis of yield components of A.sinensis under different fertilization cultivated conditions

2.6 有机肥与化肥施用量对当归药材根腐病发病率及病情指数的影响

发病率可衡量植株病害的发生频率，病情指数代表发病的严重程度。当归药材采挖期田间逐根调查显示（图3），减量化肥增施有机肥栽培当归根病率最高，病情指数最大，纯施有机肥栽培发病率和病情指数均最小。发病率和病情指数趋势一致，各处理依次为1/2（O+C）＞C＞CK＞O，尽管差异性未达到显著水平（P＞0.05），纯有机肥栽培发病率较CK 降低14.0%，病情指数较CK 和1/2（O+C）降低7.4%和27.8%。C 和CK 较1/2（O+C）施肥发病率降低25.9%（P＜0.05）和32.7%（P＜0.01），病情指数下降22.9%（P＜0.01）和20.3%（P＜0.01）。

2.7 不同施肥处理下当归药材性状、早期抽薹率、抗病性与药材产量的综合因子分析

图3 不同处理对当归药材根腐病发病率及病情指数的影响Fig. 3 Effects of different treatments on incidence and disease index of root rot of A. sinensis

基于6 个药材根性状指标和早期抽薹率、抗病性和药材个体产量的主成分分析，前4 个主成分的特征根均大于1，其贡献率依次为33.13%、21.68%、15.52%和12.22%，累积贡献率为82.55%，故提取第1～4 主成分的特征根和贡献率（表5）计算各指标的权重值（表6）。第1 主成分的绝对值≥0.600 的指标中，侧根数、单根鲜重、单根干重、鲜药材产量和干药材产量均为正值，绝对值＜0.600 的指标中，说明第1 主成分是当归药材根产量的关键因子。第2 主成分绝对值居前3位的指标依次为发病率、病情指数和根粗，且均为正值，说明第2 主成分决定当归抗病性。第3 主成分绝对值≥0.5 的指标依次为鲜产量、侧根数和干产量，说明第2～3 主成分是当归药材根性状的关键因子。第4 主成分绝对值≥0.5 的指标为含水量和早期抽薹率，早期抽薹率为负值，说明第4 主成分反映出含水量与早期抽薹率的负向关系（表6）。

表5 当归产量及抗病性指标主成分分析结果Table 5 The result of principal components analysis of yield and disease resistance indicators of A.sinensis

根据各施肥处理试验指标隶属度与权重值大小，根据加乘法则，计算得到各施肥栽培条件下当归产出性能综合评价指数大小依次为O＞C＞1/2（O+C）＞CK（表7）。

表6 当归产量及抗病性指标的负荷量和权重Table 6 Capacity and weight of yield and disease resistance indicators of A.sinensis

表7 不同施肥栽培下当归产量及抗病性指标因子的隶属度值及综合评价指数Table 7 Membership value and comprehensive evaluation index of yield and disease resistance factors of A. sinensis under differ⁃ent fertilization cultivation

3 讨论

3.1 纯施有机肥栽培可有效降低当归早期抽薹率

当归栽培期为3 年，第1 年育苗，第2 年成药栽培，第3 年繁种［3］。繁种田第2 年成药根不采挖，留株越冬，第3年返青后才正常抽薹繁殖种子。早期抽薹也称未熟抽薹或提前抽薹，是当归在第2 年根尚未成药而植株提早抽薹，根部木质化萎缩失去药食性的一种物候现象。一般认为，早期抽薹率10%～20%较为普遍［18］，但不正常的是有些地块高达 40%［19］，甚至达 60%～80%，药材几乎绝收［18］。漆琚涛等［20］研究表明，单纯施 N 或 P 肥都会促进当归提前抽薹，但一定的N、P 配施能够降低早薹率。目前当归大面积栽培采用磷酸二铵作为基肥。本研究在黑膜覆盖不同施肥试验发现，各试验小区早期抽薹率为6.06%～38.46%，最高早薹率出现在不施肥处理，平均早薹率从低到高各处理依次为O（8.1%）＜C（15.2%）＜1/2（O+C）（23.2%）＜CK（27.4%），纯施有机肥早薹率最低，这可能是因为有机质造就了良好的微生态环境，平衡了土壤养分，增强了当归通过营养生长对突遇极端天气灾害后的补偿效应，提高了植株抗逆性的缘故。田间观察发现，各处理下坡小区早薹率普遍较上坡小区高，从土壤微环境考虑，下坡人为干扰多，受环境交叉胁迫明显，引发当归通过繁殖的补偿能力增强，这也进一步说明人为扰动对当归生长的不利影响，说明全球气候变暖和种性混杂退化可能是引起当归早期抽薹率逐年提高的主要原因。

3.2 有机栽培可有效改善当归药材根性状，提高土壤生产力

当归已纳入我国药食同源中药材品种名目，从源头保障药材生产的安全性显得至关重要。土壤生产力是土壤的地力，在正常环境条件下支撑植物的生长，一般可通过未施肥土壤中的产量表现来评估地力。研究表明，长期施用有机肥和化肥均能提高农田土壤生产力，但有机肥的增产效果优于化肥［10，21］。有机肥25%替代化肥N 对叶菜增产显著，但用量6800 kg·hm-2才达到25%化肥N 量［22］。本研究也进一步揭示了有机肥在当归栽培中的增产增效作用，纯施有机肥2000 kg·hm-2当归药材根最长，侧根发达，单根产量高，含水量低，而纯施化肥栽培根最粗，含水量最高。各施肥栽培当归鲜产量与综评指数大小顺序一致。纯有机肥栽培鲜、干药材产量均最高，不施肥均最低。纯化肥栽培鲜药材产量居第2 位，干药材产量居第3 位，1/2（O+C）施肥产量位次正好相反，干药材产量最终决定了种植效益。以上说明纯有机肥栽培有利于当归根的伸长和吸收面积的拓展，优先占据地下空间生态位，地下与地上协调互促，使当归在成药期获得足够的养分供给根部吸收，提高土壤生产力，促进药材根干物质积累，达到增产的效果，而且栽培成本低，增效作用明显。

3.3 有机肥对当归根病率及发病程度的影响

植物生长过程中会受到各种环境交叉胁迫，环境胁迫有时超过了植物正常生长所能忍受的范围，导致植物受到伤害［23］。当归根腐病和麻口病是限制当归生产的主要因素［17］，发病率和病情指数是衡量抗病性的重要指标。徐立功［24］研究指出，生物有机肥可提高植株保护性酶活性，增强抗逆性。张广臣等［25］研究提出，施用有机肥后茄子（Solanum melongena）黄萎病病情指数和病株率均降低。生物有机肥对中药材连作病害的防治也具有重要作用［26］。本研究中，纯施有机肥栽培当归发病率最低，发病程度最轻，较纯施化肥和不施肥显著降低，较1/2（O+C）施肥极显著降低，各处理发病率和发病程度从低到高依次为O＜C＜CK＜1/2（O+C），这一结论印证了张广臣等［25］的研究结果。不同的是本研究中减量化肥增施有机肥栽培发病率和病情指数均最高，纯施化肥次之，可能是化肥破坏了土壤理化特性，造成土壤板结，微生态环境失衡，虽然有机肥与化肥配施比纯施化肥栽培当归干药材产量提高，但对当归并没有起到减轻病害的作用，而恰恰相反却提高了发病率和病情程度，说明在现有农田肥力基础上种植当归应提倡纯有机肥无公害栽培，对有机肥用量及有机和化肥配比的研究有待深入进行。

4 结论

在岷县道地产区进行当归成药栽培，不同种类肥料和施肥量对当归药材产出性能具有显著影响，在现有土壤肥力条件基础上，采用黑膜覆盖栽培，一次性基施有机肥栽培对当归成药栽培具有显著的增效作用，当归药材产能和综合评价指数大小顺序相一致，依次为O＞C＞1/2（O+C）＞CK；干药材产量和纯收益大小顺序依次为O＞1/2（O+C）＞C＞CK。纯施有机肥无公害栽培不仅可有效降低早期抽薹率，还可降低根腐病发病率和发病程度，改善药材根性状，在当归标准化无公害栽培中可推广应用。