云木香干物质及营养元素积累和分配规律△

李林玉，马维思，张宽华，李庆堂，金航，严世武，海智成，王馨，杨斌*

1.云南省农业科学院 药用植物研究所，云南 昆明 650223；2.剑川县农业技术推广站，云南 大理 671300

木香AucklandialappaDecne.为菊科木香属多年生草本植物，以根入药。其性温，味辛、苦，归脾、胃、大肠、三焦、胆经，具有行气止痛、健脾消食之功效，被历版《中华人民共和国药典》收载。云南产木香色泽棕黄、根条均匀、不枯心、油性足，是云南著名的道地药材，俗称云木香。

木香为多年生宿根草本植物，一般播种后2～3年采收，10—11月为药材采挖期。云木香在云南常年种植面积在10万亩(1亩≈666.67 m2)左右。其种植过程中存在肥料施用过量、种类单一等现象。在药用植物栽培过程中，养分吸收、分配规律是制定合理施肥的依据，也是获得较高产量和有效成分含量药材的基础。提供科学合理的养分供给，既可以满足生产的需要、获得优质药材，又能减少因养分过剩造成的土壤恶化和降低生产成本。目前，作物对矿质营养的吸收和分配规律的研究主要在粮食作物和经济作物上[1-3]，药用植物中仅有远志、黄花蒿、黄连木等少数品种[4-8]有相关报道。云木香干物质与矿质营养的积累分配研究尚未见报道。本研究对云木香各个生长阶段干物质和氮、磷、钾、钙、镁元素积累分配规律进行研究探索，以期为云木香绿色高效栽培技术提供理论依据。

1 材料

1.1 试验区概况

采集云南滇本草药业有限公司剑川县羊岑乡新松村中药材种植基地内种植的云木香。试验基地海拔2346 m，年均气温11.6 ℃，年平均降雨量850 mm，长日照、强辐射的冷寒半山区，是云木香种植的适宜区域。种植基地土壤为棕壤土，土壤pH为5.54，有机质46.60 g·kg-1(全氮0.24%，全磷0.08%，全钾2.07%)，有效氮195.80 mg·kg-1，有效磷75.35 mg·kg-1，速效钾248 mg·kg-1。试验材料于2017年9月18日播种，2018年4月20日移栽，2018年5月2日缓苗。首次取样时间为5月27日，末次取样时间为9月29日。有机肥作底肥，3000 kg/亩。7月5日施用氮磷钾复合肥(N∶P∶K=15∶15∶15)20 kg/亩。

1.2 仪器

DFY-1000型粉碎机(温岭市林大机械有限公司)；AL-104型电子天平[赛多利斯科学仪器(北京)有限公司]；K9840型定氮仪(济南海能仪器股份有限公司)；T6新世纪型分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)；TAS990型原子吸收分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)。

1.3 试药

硫酸、盐酸、硝酸、高氯酸均为分析纯，购于重庆川东化工(集团)有限公司；氢氧化钠、硫酸铜、硫酸钾、抗环血酸、三硝基苯酚、钼酸铵、氯化镧、洒石酸锑钾均为分析纯，购于国药集团化学试剂有限公司；氯化钾、磷酸二氢钾、碳酸钙、氧化镁均为优级纯，购于国药集团化学试剂有限公司。

2 方法

2.1 干物质量测定

云木香缓苗后每25 d取样1次，每次分别取15株云木香植株样品。取样后及时将根、茎、叶、花等各器官剪开，防止养分输送。根、茎等用蒸馏水洗净，各样品分开制样。在105 ℃烘干箱中杀青15 min，70 ℃烘干，分别称定质量。

2.2 氮、磷、钾、钙、镁测定

将烘干样品粉碎，过40目筛。分别称取植物样品0.2 g，用H2SO4-H2O2法进行消化，用凯氏定氮法测氮，钼锑抗比色法测磷，火焰光度法测钾。称取样品0.1 g，用1 mol·L-1盐酸浸提、滤过并定容，用原子吸收分光光度法测定钙和镁。

2.3 数据处理

用Excel 2010进行试验数据统计和图表绘制。

3 结果

3.1 云木香干物质积累和分配规律

单株干物质的积累在生育期内随着生长时间的推移，积累的量总体呈现上升的趋势。积累速度前期较慢，中期速度快，再趋于缓和，干物质的积累呈现“慢-快-慢”(S曲线型)趋势。云木香移栽缓苗后25 d生长比较慢，全株干物质质量为0.34 g，在整个生长阶段积累率仅为0.11%，积累量非常少。到75 d时，云木香进入快速生长期，到100 d时干物质积累为81.74 g/株，生长量占全年生长量的26.41%。在25 d内，阶段干物质积累量为17.52%，生长量接近前75 d的2倍。此时，干物质积累主要集中在叶片和茎秆。125 d时，全株达到最大生物量，之后云木香生长速度变缓。

云木香移栽缓苗后第一年的整个生育期中，云木香干物质积累主要以叶和茎为主，特别是前期、中期，叶器官的生长在整个生育期中占主导地位。缓苗后25 d时叶片干物质积累占全株的55.88%，50 d时为78.04%，75 d时为63.75%；茎干物质积累为16%～19%。到100 d时，茎干物质积累在整个生育期中比重逐渐增加，从75 d的16.94%增加到32.37%，植株主要生物量的增加从叶片逐步转为茎秆、根、花和种子。特别到后期生长中心向根转移，根的生长速度加快，在全株干物质的分配量随着植株的生长逐步增加，100～125 d根的干物质积累最快，到倒苗前，根的干物质积累达到最大，为全株的25.43%。根的干物质积累在整个生育期呈直线增长。云木香移栽后第一年主要以营养生长为主，田间偶有抽薹开花结实。全生育期间各器官干物质分配量在全株总量大小依次为叶、茎、根、花、种子。

3.2 云木香不同时期各器官中氮、磷、钾、钙、镁营养元素含量

从表1中可见，云木香中营养元素在各个器官中质量分数变化较大，各生育期也是随之有变化，从缓苗到倒苗前，各器官中氮元素质量分数最高，为0.87%～3.56%。其中，叶片中氮元素质量分数最高为2.16%～3.56%，其次是茎的氮元素质量分数为0.87%～2.72%。茎、叶中氮元素质量分数随着生育期表现出先增后降的变化趋势，最大吸收表现在缓苗后75 d；根中氮元素质量分数最低，为0.91%～1.21%，随着生育期变化质量分数变化不大。总体来说，氮元素在各器官中的分配表现为叶>茎>根，生长中后期花和种子中氮元素质量分数逐步升高，说明叶、茎为氮元素的主要利用器官，生长后期氮元素往新的生长中心转移。钾元素含量在各器官中所占质量分数仅次于氮元素，为0.89%～4.49%，在整个生育期中前期主要利用钾元素的器官为茎，为3.30%～4.20%，随着生长推进，花中钾元素质量分数最高为4.23%～4.49%，茎、叶中钾元素质量分数逐步降低。其次是钙元素，质量分数为0.17%～1.27%。叶中钙元素质量分数最高，各生育期的变化规律和钾元素相似。磷和镁元素质量分数最低，分别为0.14%～0.49%和0.10%～0.29%，在各生育期中含量变化不大。

表1 云木香各器官氮、磷、钾、钙、镁质量分数 %

3.3 云木香不同时期对营养元素的阶段吸收和分配

从图1～2中可见，云木香不同时期对矿质营养的吸收量不同。从缓苗到50 d云木香对氮、磷、钾、钙、镁营养元素的吸收积累量较少。50～75 d时，吸收速度迅速上升，氮、钾元素的吸收量最大，每株氮元素吸收量为850.79 mg、钾元素吸收量为792.78 mg、钙元素的吸收量为321.48 mg；磷和镁的吸收量分别为95.16、62.74 mg/株。缓苗75 d后，云木香进入快速生长时期。75～125 d完成60%以上矿质营养元素的吸收，各元素的阶段吸收量依次为1 395.90、205.03、1 311.33、682.54、155.88 mg/株。到150 d，营养元素在植株体内的质量分数达到最低，氮、磷、钾营养元素的阶段积累量均为负增长。氮、磷、钾吸收量占整个生育期的比重分别为19.39%、24.27%和24.41%，钙、镁元素的阶段积累在全生育期中达到最高，分别为36.83%和32.44%。上述数据表明，云木香全生育期中，氮、磷、钾营养元素的最大吸收期在生育中期，即云木香移栽缓苗后50～100 d，吸收利用营养元素的器官是茎、叶；其次是生长后期，即倒苗前期，主要用于根及生殖器官的生长；幼苗期对营养元素的吸收利用效率较低。钙、镁营养元素的吸收则是生长中期和后期吸收利用量较大，苗期吸收量最小。

图1 云木香不同时期氮、磷、钾、钙、镁分配规律

图2 云木香不同时期对营养元素的吸收

整个生育期内，云木香对氮、磷、钾、钙、镁各元素的吸收表现为氮>钾>钙>磷>镁，吸收量分别为2 246.69、300.20、2 167.87、1 305.29、223.91 mg/株，元素吸收比例为1∶0.13∶0.96∶0.58∶0.10。大田生产中，云木香亩定植密度以8000株计，从播种到倒苗，如需1年获得186 kg的云木香药材，需从土壤中吸收氮17.97 kg、磷2.40 kg、钾17.34 kg、钙10.44 kg、镁1.79 kg。

3.4 云木香营养元素的吸收与干物质积累的关系

云木香整个生育期内，对氮、磷、钾、钙、镁营养的吸收和积累量与干物质积累的r分别为0.929 0、0.978 5、0.970 9、0.970 4、0.996 3，均达到显著水平。干物质积累增加，营养元素的吸收量增加，干物质积累降低，营养元素的吸收和积累量也跟着下降。从图3可见，云木香干物质积累与氮、磷、钾、钙、镁营养元素积累的拟合直线的r分别为0.914 3、0.978 4、0.970 8、0.970 4、0.996 4。由此可知，云木香的干物质积累和营养元素的吸收呈直线相关，钾元素吸收与干物质积累的拟合直线斜率最大，氮元素稍微次之，表明在各矿质营养元素中钾元素和氮元素的干物质产生效率最高，其次是钙元素，磷和镁元素生产效率最低。

图3 云木香植物干物质积累和营养元素吸收量的关系

4 讨论

干物质的积累、分配与养分的积累、分配有着密切的联系。养分积累是干物质积累的基础，也是药用植物获得较高产量和药用有效成分含量的基础。在栽培技术中调控好源库关系，是提高药材产量和有效成分含量的关键。本研究发现，云木香主要的源器官为叶片和茎秆，而根、花、种子为库器官。云木香药用部位是根，在产量形成中，如何进行源、库关系的调整，是获得最大经济产量的关键。

本研究表明，云木香移栽后第一年，各个器官在不同时期有不同的变化规律。云木香干物质积累呈现慢-快-慢(S曲线型)的趋势。缓苗后50 d，5—6月为返青期，幼苗生长较慢，干物质积累量较少，主要贮藏在叶器官中。50～75 d，6月底—7月中旬为生长初期，随着生长推进茎、叶生长速度加快，营养生长进入快速生长阶段，干物质积累大幅增加。75～125 d，7月中下旬—9月上旬为速生期，75～100 d阶段增长量占全生育期的17.52%，干物质阶段增长最大，生长中心向根转移，出现库器官根的第一个快速生长期，田间有少数植株现蕾开花；125 d后，9月中下旬之后为生长后期，125 d全株达到最大生物量，茎和根的干物质积累呈直线增长，叶器官的干物质为负增长，地上部分慢慢枯黄，进入倒苗期。云木香移栽后第一年，主要以营养生长为主，返青期幼苗生长慢，苗弱小抗性差，需进行精心管护，保苗；生长初期和速生期是干物质形成和生长中心转移的关键时期，是云木香经济产量形成的关键时期，应加强田间管理和肥料应用，以获得较高的经济产量。

云木香各器官对氮、磷、钾、钙、镁的吸收在不同时期表现出不同的变化趋势。本研究中，云木香对氮元素需求量最大，钾、钙、磷元素次之，镁元素需求量最少，和白首乌对大量元素的吸收规律相似[8]。云木香返青期生长缓慢，对营养元素的需求量较少。氮、磷、钾元素的吸收主要在速生期，氮元素的吸收量占全氮量的65.90%，磷元素和钾元素分别为63.88%和62.50%；速生期是干物质积累的主要时期，以及云木香生长发育和根膨大的关键时期。云木香生长前期养分主要用于叶、茎器官的快速生长，构建光合系统，大量的制造和积累同化产物，随着生育期推进有部分植株出现花蕾的分化，干物质向生殖器官和根系转移，根快速膨大。9月下旬茎、叶已经有部分开始枯黄、脱落，云木香此时对钙、镁元素的吸收达到最大，干物质持续向库器官转移，云木香根质量持续增加。

综合上述研究，云木香合理施肥技术应充分考虑其干物质积累特点和营养元素吸收利用规律，主要以氮肥和钾肥为主，适当的补充钙、磷、镁肥，在植株生长盛期喷施微肥，产量增加效果显著[9]。生产中应结合各地实际情况和生产成本进行肥料种类的选择，各个生育期选择不同的施肥方式。云木香返青期主要以水分管理为主，及时除草，保证成活率，此时对肥料的需求较少，可适当施用清粪水，或可不施肥，减少肥料流失和浪费。生长初期，营养元素的需求量迅速增加，主要以氮、钾肥为主；云木香快速生长期肥料施用以氮、钾、钙肥为主，氮肥少量多次施用，肥料施用多采用叶面喷施的追肥方式，叶面追肥施用速效钙、镁肥为主，以及少量磷肥，结合排灌水和中耕除草等农艺措施，保证最大的生物量。生长后期禁用氮肥，促进生长中心向根部转移，适当施用钙、镁肥，以利根的膨大。云木香是收获根类药用植物，为获得较高的产量和有效成分含量，生产中要对库的组成进行调控，进行除蕾打顶处理，防止开花结实对营养的消耗，保证光合产物最大程度向根部转移，以获得理想产量，这个和多数根茎类药材的种植管理是相同的[10-11]。