氮磷钾配方施肥对凹叶厚朴低肥力区幼树生长及药用成分含量的影响

王湘莹，王晓明，乔中全，李永欣，蔡能，曾慧杰，刘思思，陈艺

（1.湖南省林业科学院,湖南 长沙 410004；2.湖南林下特色生物资源培育与利用工程技术研究中心,湖南 长沙 410004）

凹叶厚朴（Magnolia officinalisRehd.et Wils.var.bilobaRehd.et Wils.）［1］为我国特有的珍贵树种，是国家二级保护中药材［2］，其干燥干皮、枝皮和根皮可入药，其苦、辛，温。归脾、胃、肺、大肠经，具燥湿消痰，下气除满功能，用于湿滞伤中，吐泻，食积气滞，腹胀便秘，痰饮喘咳［1］。近年来我国学者对凹叶厚朴的研究主要集中在育种［3］、繁殖［4-6］、栽培［6-11］、药用成分［12-14］、质量［15-16］等方面，而有关凹叶厚朴施肥的研究报道较少［11］［17-18］，配方施肥的研究几乎是空白。实践证明，配方施肥是施肥技术上的重大改革，是由传统的经验施肥向科学计量施肥的一大转变，是精准农业的一项重要技术，是促进农业增产、增效和农民增收的一项重要措施，在一些农作物、果树、林木、药用植物、观赏植物等均取得较大成效。为此，笔者开展了配方施肥对凹叶厚朴低肥力区幼树生长及药用成分含量影响的研究，旨探讨氮、磷、钾肥不同施肥配比对低肥力区凹叶厚朴幼树生长量及药用成分含量的影响，建立低肥力区凹叶厚朴幼树优质高产的定量精准施肥技术体系，为凹叶厚朴高产、优质、高效的栽培提供技术支撑和理论依据。

1 试验地概况

试验地设置在湖南省湘西自治州龙山县农车乡长光林场凹叶厚朴种植基地。该基地位 于 北 纬29°07′40.32″，东经109°37′49.12″，海拨500～1 000 m，属亚热带季风湿润区，气候温暖，雨量丰沛，年均气温13.4 ℃，≥10 ℃积温5 139.6 ℃；一月份均温4.2 ℃，七月份均温28.1 ℃，年均降雨量1 512 mm，全年无霜期285.3 d，极端最高气温40.1 ℃，最低气温-9.7 ℃；土壤类型为黄壤。

2 材料与方法

2.1 凹叶厚朴主要栽培区土壤肥力分级

2.1.1 土壤采集和分析

2012 年项目组对湖南省凹叶厚朴主产区林地土壤肥力状况进行了分析。根据取样典型性和代表性的原则，选择厚朴主产区的永州市道县、江华县、双牌县，郴州市桂东县，益阳市安化县，湘西自治州龙山县、永顺县，邵阳市新宁县、隆回县，张家界市桑植县（6 个市、州，10 个县）进行土壤采样分析，共采集土壤样本498 个。土样风干后研磨过筛，按《土壤农化分析》（第三版）分析土壤PH 值、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾［19］。

2.1.2 土壤肥力分级

以土壤肥力检测结果的平均值为依据划分土壤肥力等级标准，分别计算碱解氮、速效磷、速效钾、有机质的算术平均值，然后按六级进行分等，其中介于平均值±20%为中等，低于平均值20%为较低，低于平均值50%为低，低于平均值75%为极低，高于平均值20%为较高，高于平均值50%为高。湖南省凹叶厚朴土壤肥力分级标准如表1。

表1 湖南省凹叶厚朴土壤肥力分级标准（%）Table 1 Soil fertility classification standard of Magnolia officinalis in Hunan Province（%）

2.2 试验地土壤样品采集及分析

样地采集不同土壤层次（0～20 cm，20～40 cm）的土壤混合样品各一份。对采回的土壤样品进行分析化验。土壤有机质含量8.09 g/kg，碱解氮含量26.12 mg/kg，速效磷含量1.28 mg/kg，速效钾含量11.83 mg/kg。根据湖南省凹叶厚朴土壤肥力分级标准，该试验地为低肥力区。

2.3 研究材料和试验设计

选择5 年生凹叶厚朴良种‘洪塘营7 号’幼树作为试验研究对象。试验采用农业部推荐的“3414”施肥方案设计，设置氮、磷、钾3 因素、4 水平、14个处理，氮、磷、钾施肥方案和施肥量见表2。每个处理4株单行小区，各处理间设一隔离行，3次重复，完全随机区组排列。试验布置后的林分管理保持一致。肥料选用尿素（含N 46%）、钙镁磷肥（含P2O513%）和氯化钾（含K2O 60%）。肥料于3 月初和5 月上旬分两次平均施用。施肥方法为条状沟施。

表2 氮、磷、钾肥施肥方案Table 2 Experiment scheme of different treatments of nitrogen,phosphate and potassium fertilizers

续表

2.4 树皮样品的采集与分析

在每个处理样地中选择3 株树，离地面1 米处采集树皮，带回实验室风干，参照《中华人民共和国药典》（2015 版一部）测定药用成分厚朴酚、和厚朴酚、总酚含量［2］。

2.5 生长量测定

于12 月份对参试各处理的植株测定树高、地径的当年生长量。

2.6 数据处理

采用Excel 和DPS 软件进行数据处理与统计分析。

3 结果与分析

3.1 氮磷钾肥对凹叶厚朴幼树生长量及药用成分含量的影响

凹叶厚朴在低肥力区幼树不同施肥处理的树高、地径生长量及厚朴酚、和厚朴酚、总酚含量测定结果如表3。

表3 不同施肥处理对凹叶厚朴低肥力区幼树生长及药用成分含量的影响Table 3 Effects of different fertilization treatments on growth and content of medicinal components of young trees in low fertility area of Magnolia officinalis

3.1.1 氮磷钾肥对凹叶厚朴低肥力区幼树生长量的影响

从表3可见，不同施肥处理对凹叶厚朴低肥力区幼树生长量有显著影响，氮、磷、钾配方施肥处理的树高和地径生长量之间有一定的差异。所有的施肥处理的树高和地径生长量都比不施肥处理高（N0P0K0），树高、地径生长量增长幅度分别在42.50%～102.26%、65.75%～128.77%之间，说明施肥均能显著提高凹叶厚朴低肥力区幼树的树高、地径生长量。不同施肥处理中以处理9（N2P2K1）的树高、地径生长量最大，显著高于不施肥处理（N0P0K0），分别增长102.26%、128.77%。

施肥量固定在水平2 上，缺氮处理2（N0P2K2）、缺磷处理4（N2P0K2）、缺钾处理8（N2P2K0）的树高生长量分别比不施肥处理（N0P0K0）增长了44.83%、48.32%、42.50%，地径生长量则分别增长了65.75%、68.49%、93.15%。缺肥处理对树高生长量的影响是NK＞PK＞NP，而对地径生长量的影响是NP＞NK＞PK，说明缺少氮、磷、钾都不同程度影响凹叶厚朴低肥力区的幼树生长。

氮肥不同水平（N1、N2、N3）的树高生长量平均分别为98.77 cm、107.95 cm、108.41 cm，较不施氮肥分别提高27.23%、39.06%、36.65%，平均为34.31%；地径生长量平均分别为1.43 cm、1.63 cm、1.65 cm，较不施氮肥分别提高18.18%、34.71%、36.36%，平均为29.75%。磷肥不同水平（P1、P2、P3）的树高生长量平均分别为97.89 cm、107.95 cm、105.93 cm，较不施磷肥分别提高23.13%、35.79%、33.25%，平均为30.72%；地径生长量平均分别为1.44 cm、1.63 cm、1.64 cm，较不施磷肥分别提高17.07%、32.52%、33.33%，平均为27.64%。钾肥不同水平（K1、K2、K3）的树高生长量平均分别为108.41 cm、107.95 cm、104.97 cm，较不施钾肥分别提高41.93%、41.33%、37.43%，平均为40.23%；地径生长量平均分别为1.67 cm、1.63 cm、1.54 cm，较不施钾肥分别提高18.44%、15.60%、9.22%，平均为14.24%。这说明氮、磷、钾对凹叶厚朴低肥力区幼树树高生长量的影响依次是K＞N＞P，而对地径生长量的影响顺序是N＞P＞K。

3.1.2 氮磷钾肥对凹叶厚朴低肥力区幼树药用成分含量的影响

从表3可以看出，不施肥情况下凹叶厚朴低肥力区幼树树皮的厚朴酚、和厚朴酚、总酚含量最低，分别为1.048%、1.062%、2.111%。施肥后均能不同程度的提高了厚朴酚、和厚朴酚、总酚的含量。各施肥处理的厚朴酚、和厚朴酚、总酚平均含量为1.108%、1.119%、2.219%，分别比不施肥处理平均高出5.73%、5.37%、5.12%。不同施肥水平对厚朴酚、和厚朴酚、总酚含量的影响不同，其中，处理10（N2P2K3）的厚朴酚、和厚朴酚、总酚含量最高，分别为1.141%、1.168%、2.309%，分别比不施肥处理提高了8.82%、9.99%、9.38%。

氮肥不同水平（N1、N2、N3）的厚朴酚含量分别为1.097%、1.132%、1.113%，比不施氮肥分别提高3.60%、6.83%、5.10%，平均为5.18%；和厚朴酚含量分别为1.126%、1.137%、1.150%，比不施氮肥分别提高2.56%、3.54%、4.78%，平均为3.63%；总酚含量分别为2.189%、2.247%、2.264%，比不施氮肥分别提高3.70%、6.44%、7.25%，平均为5.80%。磷肥不同水平（P1、P2、P3） 的厚朴酚含量分别为1.128%、1.132%、1.136%，比不施磷肥分别提高2.13%、3.89%、4.27%，平均为3.43%；和厚朴酚含量分别为1.129%、1.137%、1.141%，比不施磷肥分别提高1.65%、2.33%、2.75%，平均为2.24%；总酚含量分别为2.196%、2.236%、2.281%，比不施磷肥分别提高4.03%、5.92%、8.05%，平均为6.00%。钾肥不同水平（K1、K2、K3） 的厚朴酚含量分别为1.128%、1.132%、1.141%cm，比不施钾肥分别提高0.54%、0.87%、1.69%，平均为1.03%；和厚朴酚含量分别为1.127%、1.137%、1.168%cm，比不施钾肥分别提高1.00%、1.84%、4.67%，平均为2.50%；总酚含量分别为2.204%、2.225%、2.309%cm，比不施钾肥分别提高4.41%、5.40%、9.38%，平均为6.40%。这说明氮、磷、钾对凹叶厚朴低肥力区幼树树皮的厚朴酚含量的影响依次是N＞P＞K，对和厚朴酚含量的影响顺序是N＞K＞P，而对总酚含量的影响顺序是K＞P＞N，表明不同氮、磷、钾施肥水平及其不同水平的组合对提高树皮厚朴酚、和厚朴酚、总酚含量的作用各异。

3.2 氮磷钾肥对凹叶厚朴幼树树高影响的肥料效应分析

本试验研究中拟合的氮、磷、钾施肥量与树高生长量的肥料效应方程模型达到有显著性水平，而氮、磷、钾施肥量与地径生长量、树皮厚朴酚、和厚朴酚、总酚的含量的肥料效应方程模型却没有达到显著性水平，因树高生长量是凹叶厚朴树皮产量的决定因素，因此，本研究仅分析氮、磷、钾施肥量对凹叶厚朴幼树树高生长量影响的肥料效应。

3.2.1 单因子肥料效应分析

（1）氮肥对凹叶厚朴幼树树高生长量的影响。从“3414”最优回归设计方案中选择处理2、3、6、11可求得以磷、钾肥用量处于中等水平（P2K2）为基础的氮肥效应方程［20］：YN=77.65+ 0.537x-0.002x2（R2＝1.000）。从图1 可见，当磷、钾肥用量处于中等水平（P2K2）时，在低肥力区凹叶厚朴幼树树高的生长量与不同氮肥施用量密切相关。树高生长量随着施氮量的增加先升后降，呈抛物线曲线。说明适量氮肥能增加凹叶厚朴幼树树高生长量，当超过一定量，树高生长量反而呈现下降趋势。从图1 可以看出，N3水平已经超出氮肥的效益递减阶段，此时的使用量大于作物本身对氮元素的需用量。由该氮肥效应方程求得低肥力区凹叶厚朴幼树最佳氮肥施用量为125 g/株，树高生长量最大值为109.63 cm。

图1 氮肥肥料效应Fig.1 Effect of nitrogen fertilizer

（2）磷肥对凹叶厚朴幼树树高生长量的影响。从“3414”最优回归设计方案中选择处理4、5、6、7 可求得以氮、钾肥用量处于中等水平（N2K2）为基础的磷肥效应方程［20］：YP=79.31 + 0.808x-0.005x2（R2＝0.998）。从图2 可见，当氮、钾肥用量处于中等水平（N2K2），低肥力区凹叶厚朴幼树树高的生长量也与不同磷肥施用量水平关系密切，磷肥效应与氮肥效应相似。当氮、钾肥用量处于中等水平（N2K2）时，树高生长量随着施磷量的增加先升后降，呈抛物线曲线。说明施用适量的磷肥可增加凹叶厚朴幼树树高生长量，当超过一定量，树高生长量反而下降。由该磷肥效应方程求得低肥力区凹叶厚朴幼树最佳磷肥施用量为72 g/株，树高生长量最大值为108.08 cm。

图2 磷肥肥料效应Fig.2 Effect of phosphate fertilizer

（3）钾肥对凹叶厚朴幼树树高生长量的影响。从“3414”最优回归设计方案中选择处理6、8、9、10可求得以氮、磷肥用量处于中等水平（N2P2）为基础的钾肥效应方程［20］：YK=77.91 + 1.722x-0.021x2（R2＝0.934）。从图3可见，在N2P2水平时，不同钾肥施肥量与低肥力区凹叶厚朴幼树树高生长量的关系密切，表现出与氮肥和磷肥相似的效应。幼树树高生长量随着施钾量的增加呈现先升后降的抛物线曲线。说明钾肥存在最佳施肥量，超过这个临界点将导致凹叶厚朴幼树树高生长量下降。由该钾肥效应方程求得低肥力区凹叶厚朴幼树最佳钾肥施用量为40 g/株时，树高生长量最大值为112.45 cm。

图3 钾肥肥料效应Fig.3 Effect of potassium fertilizer

3.2.2 双因子肥料交互效应分析

对氮磷钾肥进行双因子肥料效应分析（其它因子为2 水平），得到施肥量与低肥力区凹叶厚朴幼树树高生长量的二元二次肥料效应函数模型（表4）和曲线图（图4）。由表4、图4 可以看出，与单一肥料处理相比，多因子处理并非仅仅表现出简单的作用，同时还存在协同促进或拮抗作用。图4 表明，以树高生长量为考察对象，当氮磷钾肥任一因子处于2 水平时，随着另外两个施肥因子施肥量的增加，树高生长量均表现为先增加后减少的趋势，说明任意两个因子在一定范围内存在协同促进作用，当二者过量时又表现出拮抗作用。

图4 双因素效应曲面图Fig.4 3D maps of interaction between two factors

表4 二元二次肥料效应函数的配置及检验Table 4 Configuration and test of the fertilizer response function of the two factors

3.2.3 三因子肥料效应分析

对“3414”试验数据（表3）进行三因子肥料效应分析，以氮、磷、钾施肥量为因变量，以低肥力区凹叶厚朴幼树树高生长量为因变量，进行三元二次多项式拟合分析，得到树高生长量与氮（X1）、磷（X2）、钾（X3） 三元二次肥料效应方程模型：Y=52.77+0.361X1+0.374X2+0.63X3－0.002X12－0.005X22－0.015X32+0.001X1X2－0.002X1X3+0.008X2X3（R2＝0.957）。经方差分析和显著性检验，F=10.009＞F0.05=0.020，达到了显著性差异，氮、磷、钾肥料效应方程拟合程度好。模型中一次项系数为正值，二次项系数为负值，说明该肥料效应方程符合报酬递减规律，厚朴树高生长量随施肥量的增加而按渐减率缓慢增加，为典型肥料效应方程模型，进一步证明该肥料效应方程拟合程度好［21］，可以用来指导氮磷钾肥的合理配比并预测厚朴树高的增长量，这也表明凹叶厚朴幼树树高生长量与氮、磷、钾肥施肥量之间有显著性回归关系。

从该三元二次肥料效应方程可看出，X1、X2、X3的一次项偏回归系数都为正值，说明磷肥、氮肥、钾肥对树高生长量的影响为正效应。氮与磷、磷与钾的交互效应系数为正值，说明它们之间存在正交互作用；氮与钾的交互效应系数为负值，说明它们之间存在负交互作用。

由三元二次肥料效应方程求得低肥力区凹叶厚朴幼树树高最大生长量的施肥量为氮肥125.44 g/株、磷肥71.13 g/株、钾肥40.22 g/株，树高最大生长量为113.56 cm。

3.2.4 模型的优化

本试验建立的三元二次肥料效应方程模型，用求最大值的方法求得低肥力区凹叶厚朴幼树树高最大生长量的施肥量，这只是理论值，在生产实际中出现的概率较低，因此，依据肥料效应方程模型，采用频次分析方法进行模型优化［22-23］，获得平均树高生长量以上的较高生长量的施肥组合。根据“3414”试验，共有43=64 方案。其中凹叶厚朴幼树树高生长量在平均值79.32 cm 以上的施肥方案有26 个（表5）。

从表5 可以看出：氮肥施用量以2、3 水平取值频率最高，为34.62%，氮肥施用量在95%的分布区间为85.29～118.56 g/株时，易获得高增长量。磷肥施用量以2、3 水平取值频率最高，为34.62%，磷肥施用量在95%的分布区间为51.17～71.13 g/株时，易获得高增长量。钾肥施用量以1、2水平取值频率最高，为34.62%，钾肥施用量在95 %的分布区间为32.56～45.88 g/株时，易获得高增长量。由此可见，低肥区厚朴幼树以氮肥85.29～118.56 g/株、磷肥51.17～71.13 g/株、钾肥32.56～45.88 g/株的3 种用量进行组合，容易获得树高的较大生长量。

表5 凹叶厚朴低肥力区幼树肥料试验频率分布及优化方案Table 5 Frequency distribution and optimization scheme of fertilizer experiment for young trees in low fertility area of Magnolia officinalis

4 结论与讨论

配方施肥是提高作物生长量、产量和品质的重要抓手。本试验研究表明，氮磷钾配方施肥可显著提高凹叶厚朴低肥力区幼树的树高和地径生长量，也能不同程度的提高了厚朴酚、和厚朴酚、总酚的含量。不同施肥处理中以N2P2K1的树高、地径生长量最大，显著高于不施肥处理（N0P0K0），分别增长102.26%、128.77%；N2P2K3的厚朴酚、和厚朴酚、总酚含量最高，分别比不施肥处理提高了8.82%、9.99%、9.38%。陆宁等认为氮磷钾肥不同施肥水平能增加厚朴树高和胸径［24］，与本研究的结果一致。

氮、磷、钾肥对凹叶厚朴低肥力区幼树树高生长量的影响依次是K＞N＞P，这与陆宁等［24］关于不同氮磷钾施肥水平对厚朴生长的影响研究结果相吻合，他们认为对厚朴生长量影响最大的是钾肥，其次是氮肥，再次为磷肥。氮、磷、钾肥对地径生长量的影响顺序是N＞P＞K，对树皮的厚朴酚、和厚朴酚、总酚含量的影响顺序分别是N＞P＞K、N＞K＞P 和K＞P＞N，不同氮、磷、钾施肥水平及其不同水平的组合对提高树皮厚朴酚、和厚朴酚、总酚含量的作用各异。

单因子肥料效应分析结果表明，氮肥、磷肥、钾肥对凹叶厚朴幼树树高的单因子影响表现出相似的效应，幼树树高生长量分别随着施肥量的增加呈现先升后降的抛物线曲线，适量氮、磷、钾肥施用量能增加凹叶厚朴幼树树高生长量，当超过一定量，树高生长量反而呈现下降趋势。双因子肥料交互效应分析结果表明，任意两个肥料施用量在一定范围内存在协同促进作用，当二者过量时又表现出拮抗作用。

氮、磷、钾三因子肥料效应分析结果表明，磷肥、氮肥、钾肥对树高生长量的影响为正效应。氮与磷、磷与钾之间存在正交互作用，氮与钾之间则存在负交互作用。由三元二次肥料效应方程求得低肥力区凹叶厚朴幼树树高最大生长量的施肥量为氮肥125.44 g/株、磷肥71.13 g/株、钾肥40.22 g/株，树高最大生长量为113.56 cm。

肥料效应方程模型优化结果表明，低肥区凹叶厚朴幼树最优施肥量为：氮肥85.29-118.56 g/株、磷肥51.17～71.13 g/株、钾 肥32.56～45.88 g/株，用这3 种施肥量进行组合，容易获得树高的较大生长量。

凹叶厚朴的品种、栽培的立地条件及栽培管理技术措施等均影响其生长量和药用成分含量。本试验研究所获得的肥料效应模型及最高生长量的施肥量、最优施肥量都是在本试验条件下取得的，在生产应用中尚需要依据本地的实际情况进行修正，方能实现凹叶厚朴高产、优质、高效的栽培目标。