多花黄精高效栽培肥料减施潜力分析

李峻安，刘玉民，邓远苇，代崇雯，刘亚敏

(西南大学 资源环境学院，重庆 400715)

多花黄精(PolygonatumcyrtonemaHua)为百合科(Liliaceae)黄精属多年生草本植物，以根茎入药[1]，其有效成分主要为黄精多糖、皂苷等，具有补气益肾、除湿安神、滋养心肺等多种功效[2]，在调节免疫功能、抗炎抑菌、抗肿瘤、降血糖血脂等方面作用显著[3-6]。多花黄精是典型的药食同源植物，2002年国家卫生部就将其纳入《既是食品又是药品的货物名单》，由于用途广泛，极具开发价值，市场应用前景非常好。2013年我国的黄精需求量就已达到4 000 t以上[7]。随着对黄精药用及保健领域的深度开发，需求缺口不断扩大，野生资源已无法满足市场需求，因此黄精的人工高效栽培是解决这一问题的有效途径。

土壤养分是多花黄精产量和品质形成的关键，但土壤本底养分通常不能满足黄精高产栽培的需求，需要通过外施肥料的方式进行养分补充。在传统栽培时，药农通常采用过量施肥来达到高产的目标，但大量施肥不仅增加了农民的投入，还会造成环境面源污染和黄精品质下降。因此，在保证多花黄精产量和品质稳定的基础上，探讨肥料合理施用是多花黄精高效栽培亟待解决的关键问题。目前关于多花黄精的研究多集中在良种选育[8-10]、栽培模式[11-13]以及有效成分分析[14-16]等方面，在养分管理尤其是肥料的合理减施技术方面还显欠缺。为此，本研究拟分析不同肥料减施水平对多花黄精生长以及有效成分积累的影响，探讨多花黄精高效栽培时减量施肥的可行性及减施潜力，旨在为多花黄精合理施肥及产业的健康发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地设在重庆市潼南区双江镇龙门村的川黄柏林下，位于30°13′33″N，105°41′53″E，海拔305 m，属亚热带季风气候，年平均气温17.9 ℃，最低月平均气温7 ℃(1月)，最高月平均气温29.5 ℃(7月)，年平均降水量987.6 mm，年均日照时数1 228.4 h，年均无霜期360 d，光热资源丰富。试验基地土壤为紫色土，成土母质以遂宁组母质为主，0～20 cm土层土壤养分状况为：土壤全氮含量0.69 g/kg，土壤碱解氮含量81.9 mg/kg，土壤全磷含量0.76 g/kg，土壤有效磷含量8.33 mg/kg，土壤全钾含量20.9 g/kg，土壤速效钾含量79.8 mg/kg，土壤有机质含量10.3 g/kg，pH值8.75。

1.2 试验设计

1.2.1 施肥量的确定 本试验以当地农民习惯施肥量作为常量施肥量(N为180 kg/hm2、P2O5为180 kg/hm2、K2O为90 kg/hm2)，以此为基准氮、磷、钾均设置3个减施肥水平，分别较常量施肥减施100%(N0)、67%(N1)和33%(N2)，在各单因素减施处理时，均设置另外2因素为常量施肥水平，以不施肥为空白对照(CK)，共11个处理，各处理的具体施肥量方案见表1。

表1 11个施肥处理及其肥料用量Table 1 11 fertilization treatments and applitcation rates of fertilizers kg/hm2

1.2.2 试验设计 试验采用单因素多水平随机区组设计，小区面积为5 m×6 m，每个处理3次重复，共33个小区，各小区间隔50 cm作为隔离区。与当地农民习惯施肥保持一致，磷肥和钾肥于4月底一次性全部施入，氮肥分2次施入(4月底施入1/2，7月中旬施入1/2)，期间进行常规田间管理。

1.3 研究方法

1.3.1 样品采集 分别于开花期(6月上旬)、果实期(8月中旬)和采收期(10月下旬)，在各试验小区内随机挖取生长健康、长势均匀的多花黄精植株10株，分离地上部分(茎叶)和地下部分(根茎)，装入密封袋中带回实验室。

1.3.2 测定指标及方法 株高采用卷尺测量茎基部到地上部分最高叶片处的垂直高度。地径采用游标卡尺测量多花黄精茎基部上方1 cm处直径。选取健康且完全展开的叶片，从上到下依次统计叶片数。

叶面积(S)：采用钢尺测定最大叶片叶基至叶尖的长度(L)和叶片最宽部位的宽度(b)，计算叶面积。S=L·b·K，其中K取0.6。

干(鲜)质量：取多花黄精地上部分(茎叶)和地下部分(根茎)，清洗并擦干表面水迹，用电子天平称取鲜质量；取多花黄精根茎，切为厚约0.5 cm的薄片，铺在牛皮纸上，将根茎切段和叶片装入信封，于105 ℃烘箱杀青30 min，调至60 ℃烘至恒质量(1～2 d)，用电子天平称干质量，以5株的平均值作为该小区的干物质产量。

有效成分：取烘干的多花黄精干燥根茎，参照2015年《中国药典》中的方法，提取并测定黄精多糖含量[2]；采用乙醇超声波提取法提取多花黄精皂苷，采用香草醛-冰醋酸比色法测定皂苷含量[17]。

1.4 数据处理

试验数据以“平均值±标准差”表示。采用Microsoft Excel 2010进行数据统计处理，采用SPSS Satatistics 22.0进行单因素方差分析，采用Origin 2017进行作图。

2 结果与分析

2.1 氮磷钾减施对不同生长时期多花黄精根茎产量的影响

由表2可知，外施肥料均能提高多花黄精不同生长时期根茎的鲜质量和干质量，但不同施肥处理对鲜质量和干质量的影响存在差异。氮肥对多花黄精各生长期根茎鲜质量、干质量的影响基本一致，不同生长期多花黄精根茎鲜质量、干质量均随施氮量增加而增大，各生长期N2处理的根茎鲜质量与常量施肥间均无显著差异(P>0.05)，常量施肥处理的根茎干质量明显大于其他处理组。施入磷肥能有效促进根茎生长，但施P量与产量间并无明显的量效关系，在P1处理条件下，各时期的根茎鲜质量和干质量均达到最大，且开花期和果实期的根茎鲜质量均显著高于常量施肥(P<0.05)，采收期的根茎鲜质量和干质量与常量施肥间均无显著差异(P>0.05)。外施K肥对各时期根茎生长也有促进作用，其中开花期和果实期的根茎鲜质量与施K量间无明显的量效关系，采收期时根茎鲜质量随施K量的提高而增加，在K2处理时，根茎鲜质量与常量施肥处理无显著差异(P>0.05)；根茎干质量与常量施肥处理相差较大，这可能是由于外施肥料配比不同影响了含水量而导致。综上，适量的肥料减施对黄精根茎生长影响不大，且在磷肥减量67%时能获得更大产量。

表2 氮磷钾减施对多花黄精根茎产量的影响Table 2 Effect of fertilizer reduction on yield of Polygonatum cyrtonema Hua g/株

2.2 氮磷钾减施对采收期多花黄精地上部分生长的影响

氮磷钾减施对采收期多花黄精地上部分生长的影响结果见表3。

表3 氮磷钾减施对采收期多花黄精地上部分生长的影响Table 3 Effect of fertilizer reduction on above-ground growth of Polygonatum cyrtonema Hua in harvest time

由表3可知，不同施肥处理对多花黄精地上部分生长的影响存在一定差异。施入N肥能够有效促进多花黄精地上部分的生长，多花黄精的株高、叶片数和茎叶干质量均随施N量的提高而增加，而N2处理在株高、地径、叶片数和叶面积上均与常量施肥间无显著差异(P>0.05)；N1处理的地径反而大于常量施肥处理。株高生长在各施P处理组间无显著差异，适量的磷减施反而会促进地径生长；P2处理与常量施肥间的各项指标无显著差异(P>0.05)，茎叶干质量则在P1处理时达到最大(10.80 g/株)。K肥的施入也会促进多花黄精株高、叶片数、叶面积和茎叶干质量的增加；在各项指标中，K2处理与常量施肥间均无显著差异(P>0.05)，且株高、叶片数、叶面积和茎叶干质量均以K2处理最大，其中茎叶干质量与K0、K1处理有显著差异(P<0.05)。综上，适量的肥料减施对多花黄精地上部分的生长影响不大，在一定程度上还可以促进茎叶干质量的增加。

2.3 氮磷钾减施对采收期多花黄精干物质分配的影响

由图1可见，多花黄精地下部分的干物质累积远高于地上部分，氮磷钾减施对多花黄精干物质分配比例的影响不同。在N减施处理中，各减量施氮处理与常量施肥间的干物质分配比例相差不大。P减施处理中，P2处理更有利于根茎干物质的积累。

图1 氮磷钾减施对采收期多花黄精干物质分配的影响Fig.1 Effect of fertilizer reduction on distribution ratio of dry matter of Polygonatum cyrtonema Hua in harvest time

K减施处理中，随施K量的增加根茎干物质分配比例呈先增后减再增的趋势，以K1处理达到最大，为94.62%。由此可见，进行适量的肥料减施反而对多花黄精地下部分干物质的累积具有促进作用，综合经济效益和环境效益考虑，适量的肥料减施是可行的。

2.4 氮磷钾减施对多花黄精有效成分的影响

2.4.1 多 糖 氮磷钾减施对采收期多花黄精根茎多糖和皂苷含量的影响结果见图2。

图柱上不同小写字母表示同一减施处理间在0.05水平上差异显著The lowercase letters in the figure indicated that there was significant difference at the level of 0.05 between the same reduction treatment图2 氮磷钾减施对采收期多花黄精根茎中多糖和皂苷含量的影响 Fig.2 Effect of fertilizer reduction on contents of polysaccharide and saponin of Polygonatum cyrtonema Hua in harvest time

由图2可知，施用肥料均能增加多花黄精根茎中的多糖含量，其中氮肥和磷肥用量与多糖含量存在一定的量效关系，随N、P肥用量增加多糖含量呈上升趋势，在N减施处理中，常量施肥的多糖含量显著高于其他处理组，在P减施处理中，P1、P2处理与常量施肥之间无显著差异(P>0.05)。在K减施处理中，随施钾水平提高，多花黄精根茎中多糖含量先增大后减小，K1和K2处理的多糖含量均大于常量施肥处理，且在K2处理时多糖含量最大。表明N减施会导致多花黄精根茎中多糖累积减少，适量P减施对多糖累积影响不大，适量K减施反而促进多糖累积。

2.4.2 皂 苷 由图2可以看出，多花黄精根茎中皂苷含量随施氮量增加呈增大趋势，N1和N2处理与常量施肥间无显著差异(P>0.05)。随施磷量增加，多花黄精根茎中皂苷含量呈先增后减趋势，在P2处理时达到最大，为16.49 mg/g，显著高于常量施肥(P<0.05)，表明P2处理有利于多花黄精根茎中皂苷累积。施入钾肥能够有效提高多花黄精根茎中皂苷含量，且K2处理的皂苷含量显著高于常量施肥处理(P<0.05)。综上，施肥量与多花黄精根茎有效成分间并不是简单的线性关系，过量肥料施用会降低多花黄精根茎中皂苷累积，为提高多花黄精根茎中皂苷含量，可适量进行磷、钾肥单量减施。

3 讨 论

3.1 氮磷钾减施对多花黄精地上部分的影响

合理施肥对提高药用植物产量、改善药材品质具有重要作用[18-20]。为提高作物产量，农民在栽培过程中通常会出现过量施肥，这样不仅增加了农民的投入，还会造成面源污染等环境问题。有研究表明，目前许多作物在高效栽培中均存在肥料减施潜力[21-23]。本研究中33%减量施肥(N2)与常量施肥黄精在株高、地径、叶片数和叶面积上均无显著差异，表明适量减少肥料施用对多花黄精地上部分生长不会产生显著影响，推测多花黄精高效栽培时具有肥料减施的潜力。

3.2 氮磷钾减施对多花黄精根茎产量的影响

氮肥在作物产量形成中起决定性作用，但过量施氮会导致氮肥利用率降低[24-25]，而适量减少氮肥施用可以提高作物产量[26]。有研究发现，黄芪和白芷等药用植物均有适宜的施氮水平，其产量随施肥量增加均呈先增后减趋势[27-28]。本研究结果发现，施用氮肥可以有效提高不同生长时期多花黄精的根茎产量，且随施氮量增加多花黄精根茎产量呈上升趋势，未出现随施氮量增加黄精产量降低的拐点，但随施氮量的持续增加黄精产量变化较小，减氮33%与常量施肥在根茎鲜质量上无显著差异，但常量施肥的根茎干质量高于其他处理组。说明在仅考虑多花黄精根茎鲜质量时，适量减少氮肥施用是可行的。

过量施磷不仅会造成磷肥利用效率降低，长期过量施磷还会导致土壤富磷化进而加剧土壤面源污染[29-30]。研究表明，磷肥施用量由120 kg/hm2增加到180 kg/hm2时黄芪产量反而降低[31]；磷肥施用虽然可以提高苦参根茎产量，但过量磷肥会导致苦参根茎中磷酸盐沉淀，引起元素失调而使苦参植株铁和锌吸收受阻，导致根茎的产量和品质降低[32]。本研究结果显示，施用磷肥可以有效促进多花黄精根茎的生长和干物质累积，且随施磷量增加多花黄精根茎产量呈先增后减趋势，也表明适量减施磷肥有利于多花黄精根茎产量的提高，因此后期高效栽培时可考虑适量减少磷肥的施用。

钾在植物的生长发育过程中同样有着重要影响。有研究表明，钾肥可以促进玉米和马铃薯干物质积累，但施钾量过多也会表现抑制作用[33-34]。张良彪等[35]研究发现，随施钾量增加，三七根质量和产量逐渐增加，但施钾量达到60 kg/hm2时产量反而降低，说明适量的K肥有利于三七根茎生长。本研究中，采收期多花黄精根茎产量随施K水平的提高始终呈上升趋势，但随施钾量的持续增加多花黄精根茎产量变化较小，且33%减量施钾与常量施肥间无显著差异。说明不同药用植物对肥料的需求存在差异，且肥料的施用与产量的增加并不是简单的线性关系，需要综合考虑肥料施用配比、植物营养生理和吸肥规律对产量和品质的影响[36-37]，进而才能确定适宜的施肥量。

3.3 氮磷钾减施对多花黄精根茎多糖和皂苷含量的影响

目前药农通常采用大量施肥的方法来提高药材产量，却忽略了过量施肥对药材品质的不利影响。有研究表明，过量施肥会改变药用植物的性状或降低药材中有效成分含量，但这种变化在不同药用植物或不同肥料类型间存在较大差异[38-39]。莫让瑜等[40]研究发现，过量施用氮肥、磷肥和钾肥对金钱草全草的山奈酚和槲皮素含量均无显著影响。而纪瑛等[41]研究表明，施用氮肥可显著增加苦参根茎中苦参总碱含量。施用钾肥可提高北沙参中多糖和皂苷含量，当钾肥施用量大于240 kg/hm2时有效成分含量并无显著变化[42]。本研究结果发现，施用氮磷钾肥料可促进多花黄精根茎中多糖和皂苷的积累，随施氮量增加，多花黄精根茎中多糖含量显著升高，N1、N2和常量施肥间皂苷含量无显著变化；随施磷量增加多糖含量升高，而皂苷含量随施磷量增加呈先升高后下降趋势，减量33%施P能获得更多的皂苷累积；多花黄精根茎中多糖和皂苷含量与施钾量之间不存在量效关系，随施钾量增加多糖含量呈先升高后下降趋势，减量33%施K有利于多花黄精根茎中皂苷累积。说明不同的肥料种类对多花黄精有效成分的影响存在一定差异，磷钾肥减施时更有利于有效成分的合成。

4 结 论

施肥可提高多花黄精的生物量，对多糖、皂苷的累积有着显著的促进作用。33%的氮、磷、钾肥单量减施对多花黄精根茎鲜质量并无显著影响，磷减施67%(氮、磷、钾施肥量分别为180,60,90 kg/hm2)能获得更多的根茎干质量；同时磷减施33%(氮、磷、钾施肥量分别为180,120,90 kg/hm2)能明显提高根茎中干物质的分配比例；磷、钾肥适量减施有利于提高多花黄精的品质，钾减施33%(氮、磷、钾施肥量分别为180,180,60 kg/hm2)时最利于多花黄精根茎中多糖和皂苷累积。结合成本投入及环境效益等综合分析，在目前农民常量施肥的基础上，进行33%的氮、磷、钾单量减施是可行的。