北方地区养分调控对蒙古黄芪生长及药用成分的影响1)

徐海军 王化

(黑龙江省科学院大庆分院，大庆，163319) (黑龙江省科学院自然与生态研究所)

姚琴 雪栋 王晓飞 孙宇峰

(大庆油田矿区事业服务部园林绿化公司) (拜泉县招商局) (黑龙江省科学院大庆分院)

蒙古黄芪(Astragalusmembranaceusvar.mongholicus)系豆科黄芪属多年生草本植物，其干燥根为“药典”收录的大宗药材之一[1-2]，其味甘、性微温，归脾、肺经，具有补气升阳，益卫固表，利水消肿，生津养血，行滞通痹，托毒排脓，敛疮生肌之功效，在临床、膳食、保健、饲用等方面都有广泛的应用[3-6]，主产于甘肃、山西、陕西、河南、内蒙古、黑龙江、吉林、辽宁等省区[7-8]。

近些年，蒙古黄芪野生资源破坏严重，资源储量逐年锐减，为缓解野生黄芪资源压力，保障市场原料供给，北方地区开展蒙古黄芪人工种植已是必然趋势[3，6-8]。目前，北方地区黄芪种植还处于起步阶段，尤其是在1年生苗期及营养生长阶段的养分管理方面还缺乏基础理论支撑。现有黄芪养分管理方面的研究主要集中在施肥配比及矿质元素效应方面，如王振等[9]通过建立氮、磷、钾施肥量与膜荚黄芪产量、多糖的函数模型，优选施肥组合，认为m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=1.00∶0.92～0.95∶1.60～1.62最佳；王渭玲等[10]研究氮、磷、钾及其配比对膜荚黄芪生长发育及有效成分的影响，认为氮、钾对膜荚黄芪生长发育，产量形成及黄芪甲苷含量有重要的影响，并建议黄芪的栽培应该注重氮、磷、钾的配合施用；宋庆燕等[11]利用室内盆栽，浇灌营养液研究不同生长时期氮磷钾施用量及配比对黄芪生长和干物质积累的影响，结果表明，氮磷钾合理配施可促进黄芪生长和干物质的积累；可见，黄芪种植过程中养分配施对其生长及产量的影响研究已经较深入了，但不同的气候环境下，随黄芪生长节律变化，养分的需求和分配策略也有所不同。北方地区气候寒冷、植物生长周期较短，蒙古黄芪种植过程中对N、P、K养分的吸收利用效应及养分配施对其生长及药用成分有何影响还未见报道。文中针对北方高寒地区蒙古黄芪人工种植中氮磷钾施入效应和配比进行研究，以期为地区黄芪人工种植快速健康发展提供技术支撑。

1 试验地概况

试验地位于大兴安岭地区呼玛县境内(51°2′25″～51°58′10″N，125°20′7″～126°42′25″E)，分别设在呼玛北园区中心苗圃(51°43′35″N，126°36′59E；试验点1)和三卡乡中药材种植基地(51°6′20″N，126°52′35″E；试验点2)，土壤类型分别为森林暗棕壤和沙壤土(表1)，该区属寒温带大陆性季风气候，年积温2 086 ℃，年平均降水量460.4 mm，无霜期90～100 d，年平均气温-2.1 ℃，属VI积温带。

表1 试验地土壤理化性质

2 材料与方法

2.1 试验材料

蒙古黄芪(Astragalusmembranaceusvar.mongholicus)种子购于内蒙古赤峰；采用大田起垄直播，垄距60 cm，垄高20 cm；出苗后30 d进行养分调控试验。

2.2 试验方法

2.2.1 N、P、K单因素试验

2017年5月25日于试验点1播种，7月4日布置单因素肥效试验，N、P、K施入量分别设置3个水平梯度，即N1(10 g·m-2)、N2(20 g·m-2)、N3(30 g·m-2)，P1(7.5 g·m-2)、P2(15.0 g·m-2)、P3(22.5 g·m-2)，K1(10 g·m-2)、K2(20 g·m-2)、K3(30 g·m-2)，N素水平用尿素调节，P(P2O5)用磷酸二铵调节，K(K2O)用硫酸钾调节，样方面积为6 m×6 m，每个区组设置空白对照(CK，0 g·m-2)，3次重复。

2.2.2 多因素正交试验

2018年5月27日于试验点2播种，7月3日布置多因素正交试验(表2)，采用L9(33)正交表，每个处理的样方面积6 m×6 m，区组排列，2次重复。

表2 正交试验

2.2.3 指标测定

样品于当年的9月17日采集，人工挖掘出单株后，将泥土清理干净，用卷尺和游标卡尺测量黄芪株高、地径、根长、根粗(距茎基部1、10 cm处主根直径粗度，分别记为R0、R1)，然后从茎基部将植株分为地上和地下两部分，分别用精度为0.01 g天平测量鲜质量，计算冠根比(A/U)，之后地上和地下植物样品带回实验室烘干、粉碎待测；每个处理样品采集5～10株，重复3次。

药效成分测定：黄芪多糖质量分数采用硫酸-苯酚比色法测定；毛蕊异黄酮苷、刺芒柄花苷、毛蕊异黄酮质量分数用高效液相色谱法测量[12-14]。

2.3 数据处理

用SPSS(16.0)对数据进行单因素方差分析(One-Way ANOVA)，LSD多重比较，数据采用3次重复的平均值±标准差；正交试验数据借助DPS(7.05)分析，Excel制表。

3 结果与分析

3.1 N、P、K不同单因素水平对黄芪表观生长量的影响

不同氮素水平处理下，N3的株高、根粗(R0，R1)、地下鲜质量与N2差异不显著，但显著高于N1和CK(P<0.05)，且N3地上鲜质量和A/U显著高于另外两处理(P<0.05)；不同磷素水平条件下，株高、茎粗、根粗、地上鲜质量、地下鲜质量差异不显著(P>0.05)，根长表现为P1与P2差异不显著，但显著高于P3(P<0.05)，A/UP2与P3差异不显著，但显著高于P1(P<0.05)；不同钾素水平条件下，株高、地上鲜质量表现为K2与K3差异不显著，但显著高于K1和CK(P<0.05)，根粗、地下鲜质量K2显著高于其他处理，而A/UK3显著高于K1、K2。

蒙古黄芪在单因素不同水平条件下，N3和K2在株高、根粗、地下鲜质量方面显著高于CK(P<0.05)，而其他处理与CK差异不显著；在根长和茎粗方面，所有处理均与CK差异不显著(P>0.05)；A/U表现为P1和K1显著低于CK(P<0.05)，其他处理与CK差异不显著(表3)；可见，单施氮肥或钾素对黄芪表观生长量的促进作用较磷素明显，单因素条件下N2、N3、P2、K2、K3处理水平对植株表观生长量有较好的促进作用。

表3 蒙古黄芪在N、P、K不同单因素水平条件下生长特征差异性分析

3.2 N、P、K不同单因素水平对黄芪药用成分质量分数的影响

在不同氮素水平下，毛蕊异黄酮苷、刺芒柄花苷、毛蕊异黄酮质量分数N2显著高于另两个处理，而多糖质量分数却恰好相反(P<0.05)。在不同磷素水平条件下，毛蕊异黄酮苷质量分数P3最高；刺芒柄花苷质量分数各处理间差异不显著(P>0.05)；毛蕊异黄酮质量分数P2与CK差异不显著，但显著高于P1和P3；多糖质量分数P2显著高于其他处理(P<0.05)。在不同钾素水平条件下，毛蕊异黄酮苷、刺芒柄花苷、毛蕊异黄酮质量分数各处理间差异不显著(P>0.05)；多糖质量分数K2显著高于其他处理(P<0.05)。

单因素条件下，毛蕊异黄酮苷质量分数显著高于CK的处理由大到小的顺序依次为N2、K1、N3、P3、K3，刺芒柄花苷质量分数仅有N2显著高于CK，毛蕊异黄酮质量分数显著高于CK处理由大到小的顺序依次为N2、N3，多糖质量分数显著高于CK处理由大到小的顺序依次为K2、K1、K3、P2(表4)，可见，单施钾肥可能有利于多糖的积累，而施氮肥有利于黄酮类成分的积累。

表4 蒙古黄芪在N、P、K不同单因素水平条件下药用成分质量分数差异性

3.3 N、P、K多因素配施对黄芪表观生长量的影响

蒙古黄芪在N、P、K配施条件下(表5)，株高、中部根粗(R1)、地下鲜质量受N素影响效应显著(P<0.05)，根长受K素影响显著(P<0.05)，而地径、上端根粗(R0)、地上鲜质量、A/U受3元素的影响均未达到显著水平(P>0.05)；由极差(R)值分析可知，株高、中部根粗、地下鲜质量在N素水平2表现最好，而根长在K素水平1和3较好；从9个试验处理的表观生长量差异性分析结果可知，处理5较有利于植株的生长(表6)。

表5 黄芪在N、P、K多因素配施条件下表观生长量正交试验分析

3.4 N、P、K多因素配施对黄芪药用成分质量分数的影响

N、P、K多元配施条件下(表7)，蒙古黄芪根系毛蕊异黄酮苷和刺芒柄花苷质量分数受N、K元素影响效应显著(P<0.05)，其质量分数分别在N素水平1和K素水平2时影响效应最大(表7)；多糖质量分数受N、P、K元素影响均达显著水平(P<0.05)，影响由大到小的顺序为N、K、P，其质量分数分别在N、P元素处于水平2，K素处于水平2或水平3时影响效果显著最大；毛蕊异黄酮质量分数受N、P、K的影响均未达到显著水平(P>0.05)；从处理间差异性分析可知，处理9(N1P2K2)有利于毛蕊异黄酮苷和刺芒柄花苷的积累，而处理5(N2P2K3)较有利于蒙古黄芪多糖积累(表8)。

4 结论与讨论

氮、磷、钾是植物必需的矿质元素，在植物代谢过程中既是参与者又是代谢进程的重要影响因子，对植物的养分转化、利用及物质分配均有着重要的促进和调节作用[15]。王渭玲等[10]研究指出，磷可以促进光合产物由地上部分向根系的运输，单施磷肥有利于膜荚黄芪根系生长，氮可以促进地上部分器官的生长，降低了光合产物向根系转移的比例，钾肥可促进根长和根直径的增加；曹鲜艳等[16]研究氮磷钾对黄芩生长的影响，结果表明，氮素最有利于黄芩株高生长，施磷可以促进根系物质积累；本试验结果显示，单施N或K素蒙古黄芪的株高、根粗、地下鲜质量与CK有显著性差异，而磷素仅是A/U呈显著变化，在3元素配施条件下，N素对株高、根粗R1、地下鲜质量影响较显著，K素对根长生长影响最为显著，3元素的影响由大到小依次为N、K、P，这表明施氮素和钾素对黄芪地上植株伸长生长及增粗生长方面有促进作用，而磷元素在根系物质分配方面有促进作用，此结果与上述学者研究结论相近。在氮、磷、钾养分对黄芪根系药用成分积累影响方面，杨祎臣等[17]研究认为，钾元素对蒙古黄芪可溶性糖、还原糖的积累有促进作用，氮素对于黄芪根部总黄酮的积累有一定的促进作用；王静等[18]的研究指出，氮、磷、钾肥对桔梗皂苷含量的作用效果由大到小依次为氮、钾、磷，对多糖含量的影响由大到小依次为磷、氮、钾；本试验结果显示，随着N、P水平的增加根系黄酮类物质(毛蕊异黄酮苷、刺芒柄花苷、毛蕊异黄酮)积累呈上升趋势，分别在N2和P3时达到最高；不同钾素水平条件下，随钾素水平增加多糖质量分数呈先升后降趋势，在K2水平根系多糖质量分数显著最高，可见，单施氮、磷肥对蒙古黄芪根系黄酮类成分积累有促进作用，钾肥对黄芪多糖质量分数积累有促进作用。经3元素配施验证、分析，根系中黄酮类物质积累受氮、钾元素影响显著，多糖质量分数受氮、磷、钾互作影响显著，此结果与前文学者的观点基本一致。

表6 在N、P、K多因素配施处理下黄芪表观生长量差异性分析

表7 N、P、K多因素配施条件下黄芪药用成分质量分数正交试验分析

表8 N、P、K多因素配施条件下黄芪药用成分质量分数差异性分析

正交试验结果显示，蒙古黄芪高生长和根系生物量积累受氮素影响显著，根长生长受钾素影响显著，这与单因素分析结果基本相吻合，不同处理排序认为促进植株生长的最优组合为处理5(N2P2K3)，而处理9(N1P2K2)则较差；对根系有效成分方差分析表明，黄酮类药用成分主要受氮、钾影响显著，多糖质量分数受3元素影响均显著，排序结果，处理9(N1P2K2)有利于黄酮类成分(毛蕊异黄酮苷和刺芒柄花苷)的积累，而处理5(N2P2K3)较有利于蒙古黄芪多糖积累，由此可见，N、K元素的增施有利于植株的生长、生物量及多糖的积累，但降低了根系黄酮类成分的积累。这正好反映了植物生长过程中，养分从源到库物质分配存在着矛盾统一性[15，19-20]，植物吸收矿质养分一方面输送到地上部分构建茎干、枝叶等器官[21-22]，并利用绿色器官进行光合作用制造更多的碳水化合物以促进植株生长发育，因而会降低根系物质的输送[23]；然而，另一方面地上绿色器官制造的光合产物又会向下输送到根部，促进根系发育，从而更好的吸收土壤中矿质养分供植株转化和利用[24]。在这个吸收、利用、转化、运输的过程中，植株会根据自身生长发育需求进行物质分配，另外，植物也会受到物候节气等外界信号的干扰而做出相应的生理响应，进而改变物质分配策略，植物从根系对矿质养分吸收到转化利用形成初生代谢产物，然后再到植物体内进行物质运输和分配就形成了一个完整的对立统一体系。所以，处理5表观生长量及根系多糖质量分数表现显著较高，而黄酮类表现较低，而处理9则呈现相反规律，这可能恰好反映了北方高寒地区蒙古黄芪在生长过程中的物质分配特征。

试验虽在同一气候条件下进行，但分别设在不同的壤质类型的地域上，由于地形和土壤理化性质的差异，可能会在N、P、K配施效果方面与单因素试验结果不一致。不过，经过试验分析发现，单因素试验与正交试验得出的元素施肥对蒙古黄芪表观生长量和药用成分积累的影响效应是相一致的，因此，本试验结果还是具有很好的可靠性。另外，在光照下，由于北园区森林暗棕壤较三卡沙壤土升温较慢，如此三卡土壤昼夜温差较北园区波动幅度大，且白天接收的有效热量也较多，这可能就促使沙壤土中蒙古黄芪植株生长更旺盛，生物量积累也较高。此外，试验结果显示，植株生长旺盛，多糖质量分数随之也高，但黄酮类物质质量分数却较低，在9月下旬地上植株干枯后，根系仍然保持生理活动，在蒙古黄芪进入休眠期前，根系可能会通过生理代谢不断的将多糖转化为次生代谢物，从而提高根系中黄酮类物质质量分数。综上所述，氮素对蒙古黄芪植株伸长、增粗生长、黄酮类物质积累有显著影响，钾素对植株根长、增粗、多糖积累有显著影响，磷素对植株物质分配有显著影响，影响效果由大到小的顺序为N、K、P；单元素施肥时，N2、P2、K2对蒙古黄芪植株生长及药用成分积累均有显著促进作用；3元素配施时，处理5(N2P2K3)有利于蒙古黄芪植株生长及根系多糖积累，而处理9(N1P2K2)有利于黄酮类物质的积累；建议种植生产中，根据目标收获物进行定向施肥管理。