设施栽培下氮素水平对金钗石斛营养和品质的影响

刘海林，李 杰，叶广英，王再花

(广东省农业科学院环境园艺研究所/广东省园林花卉种质创新综合利用重点实验室，广州 510640)

【研究意义】金钗石斛(Dendrobiumnobile)隶属兰科石斛兰属，是我国传统名贵中药材之一，富含多糖、生物碱等活性物质，具有提高免疫力、抗肿瘤、降血糖等功效，药用价值极高[1-3]。加之其花色艳丽，形态优美，观赏价值也非常高，市场前景广阔[4-5]。但由于环境破坏、乱采滥挖等原因，金钗石斛野生资源日渐稀少，仿野生栽培又存在受环境因素影响大、产量低等问题，而设施栽培具有环境条件可控、产量高等优势，已成为金钗石斛人工栽培的主要形式。合理施肥是提高金钗石斛产量和品质的有效手段，而氮素是植物生长发育的必需和主要营养元素之一[6]，其供应不足或过量都会导致植物体内营养失衡，进而影响品质和产量[7]。掌握金钗石斛的营养需求规律、了解氮素水平对其产量和品质的影响对其生产具有重要指导意义。【前人研究进展】近年来，有关金钗石斛的研究报道主要为种植模式、栽培基质、环境条件等对其生长发育和品质的影响，而施肥研究方面的报道较少[8]。施肥种类是影响金钗石斛生长发育的主要影响因素之一[9]。漆小雪等[10]通过分析施用菜籽麸、花生麸、桐麸发酵液以及复合肥对金钗石斛生物学性状和石斛碱含量等的影响，表明不同肥料在金钗石斛不同生长发育阶段具有不同的特性，根据植株不同生长时期的营养需求，有选择性地施用肥料有利于提高产量和改善品质。王再花等[11]比较了化学肥料“花多多”和有机肥料花生麸、虾类发酵液对金钗石斛生长和品质的影响，认为在促进植株营养生长方面，化学肥料的效果优于有机肥料，而在提高石斛茎多糖含量方面，有机肥料则优于化学肥料。另有研究报道表明，喷施叶面肥能促进金钗石斛幼苗生长和提高多糖、石斛碱等药用成分的含量，而不同叶面肥因营养成分及含量等差异，施用效果也不同[12]，但在总养分量相等的条件下，喷施有机叶面肥获得的效果优于喷施无机叶面肥[8]。薛敏等[13]报道了不同氮磷钾配比施肥对金钗石斛幼苗产量和品质提高的效果不同，同时也影响到幼苗对微量元素的吸收，提出氮肥、磷肥、钾肥的最佳配比是尿素10.87 kg/667 m2+过磷酸钙31.25 kg/667 m2+硫酸钾10.00 kg/667 m2。史俊等[14]研究报道不同氮素水平对铁皮石斛生长代谢、干物质积累、多糖含量等具有明显影响，低氮水平下植株体内代谢被抑制，过高的氮素水平则对叶绿素的合成有抑制作用。施用平衡肥(20-20-20)和高氮肥(30-10-10)，同时适当补充钾肥(15-10-30)，能有效提高铁皮石斛的生长指标、叶绿素含量以及多糖的含量[15]。【本研究切入点】不同氮素水平下金钗石斛生长、营养需求、活性物质含量等变化规律以及氮素对其生长、开花、品质的影响如何，目前未有相关研究报道，本研究以不同施氮处理下的金钗石斛小苗(出瓶8月龄，下同)和大苗(出瓶16月龄，下同)为材料，系统比较不同施氮处理对其生长和品质的影响。【拟解决的关键问题】解析不同施氮处理下金钗石斛生长发育过程中的形态指标、营养元素(N、P、K、Ca、Mg)和多糖含量变化以及大苗开花情况，探明氮素水平对金钗石斛生长、营养及开花品质的影响，为精准施肥、品质提升及采收期的确定等提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为生长健康且长势一致的金钗石斛小苗和大苗(图1)。栽培基质为m(松树皮)：m(椰糠)=6∶4，用上口径8 cm、下口径5.4 cm、高8 cm的营养钵置于60 cm高的苗床上栽培。温室设施内年平均气温22.67 ℃，相对湿度79.67%。夏秋季遮荫70%～80%，其他季节遮荫50%～60%。试验场地在广东省农业科学院环境园艺研究所白云区钟落潭基地内(23°23′16″N, 113°26′23″E)，试验时间为2019年7月至次年3月。

1.2 试验方法及指标测定

1.2.1 营养液配制及施用方法 根据试验要求，氮元素含量设置5个梯度：CK(对照，喷施清水)、1/3N、1/2N、1.0N、1.5N。营养液配制参考Hoagland’s(霍格兰氏)营养液配方。

A：小苗；B：大苗A: 8-month-old seedings; B:16-month-old plants图1 金钗石斛试验植株Fig.1 Materials of D. nobile

1/3N母液：称取Ca(NO3)247.23 g，CaCl266.6 g，KNO320.22 g，KCl 59.6 g，NH4NO316 g，加水定容至1 L即为200倍1/3N母液。1/2N母液：称取Ca(NO3)247.23 g，CaCl266.6 g，KNO3101.2 g，NH4NO34 g，加水定容至1 L即为200倍1/2N母液。1.0N母液：称取Ca(NO3)2189 g，KNO3101.2 g，NH4NO316 g，加水定容至1 L即为200倍1.0N母液。1.5N母液：称取Ca(NO3)2189 g，KNO3101.2 g，NH4NO376 g，加水定容至1 L即为200倍1.5N母液。KH2PO4母液：称取KH2PO413.6 g，加水定容至1 L即为100倍母液。MgSO4·7H2O母液：称取MgSO443.9 g，加水定容至1 L即为100倍母液。铁盐、微量元素参照Hoagland’s营养液配方，分别配制1000倍和5000倍母液。

施用方法：吸取相对应的氮素梯度母液5 mL，KH2PO4母液1 mL，MgSO4·7H2O母液1 mL，铁盐母液1 mL，微量元素母液0.2 mL，加水定容至1 L，即为1 L营养液。采用灌根和叶面喷施结合，每周一次，均匀喷施，喷至杯底刚刚滴水为止。每次喷施各处理施用的营养液总量相等。

1.2.2 样品处理与指标测定 形态指标测定：在1.0 N处理的植株中，随机选取30株苗，2019年7月30日至次年3月30日试验期间，每2个月测定其冠幅、假鳞茎高、假鳞茎粗、叶数、自顶部向下数第二片成熟叶的叶长和叶宽。

样品采集与处理：从2019年7月30日至次年3月30日，每2个月采集一次不同苗龄、不同处理植株的假鳞茎和叶片，分别经烘箱105 ℃杀青30 min，60 ℃烘干至恒重，粉碎后过60目筛，干燥箱保存备用。每个处理3个重复，每个重复10株苗。

营养元素含量测定：称取一定质量的地上部(假鳞茎、叶片混合)样品，N元素检测依据LY/T1269—1999(3.2蒸馏法)；P元素检测依据GB5009.87—2016；K元素检测依据GB5009.91—2017；Ca元素检测依据GB5009.92—2016；Mg元素检测依据GB5009.241—2017。每个指标进行3个重复测定。

石斛假鳞茎多糖含量测定：参照《中华人民共和国药典》(2015版)苯酚—硫酸法。以相应试剂作空白，利用UV-2550 分光光度计在486 nm波长下测定样品的吸光度。以葡萄糖(分析纯)为标准品，绘制标准曲线：y= 8.5886x-0.0071，R2= 0.9992[y表示吸光度，x表示多糖浓度(μg/mL)，R2为相关系数]，每个样品3个重复。

大苗开花品质测定：每个处理随机设置3个重复，每个重复30杯。各个处理自第一朵花开放时记录始花期，并在花期(3月2日至4月29日)内每隔7 d统计一次开花情况，计算最大开花率=(开花株数/总株数)×100%、平均单株开花节数和平均单株花朵数。

1.3 数据分析

运用 Excel 2010对试验数据进行统计分析和图表绘制，使用SPSS 23.0分别对小苗和大苗进行双因素(施肥处理和月份)多水平分析，并LSD(Least-Significant Difference)多重比较检验(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同苗龄植株形态指标变化

对1.0N处理下的金钗石斛小苗和大苗形态指标进行测定，结果(图2)显示，小苗和大苗在不同时期冠幅、假鳞茎高、假鳞茎粗、第二片成熟叶叶长和叶宽虽有一定变化，但差异均不显著。叶数仅7月数据与其他月份差异显著，而其他月份间差异不显著，表明植株在7月份以后生长减缓，到9月份休止叶形成后基本停止生长。

图中不同小写字母表示不同月份间0.05水平上的显著性Different lowercase letters in the figure represent the significance at the 0.05 level in the different months图2 小苗(A)和大苗(B)形态指标的变化Fig.2 Changes of morphological indicators of 8-month-old (A) and 16-month-old (B) plants

2.2 不同施氮水平植株体内营养元素含量变化

2.2.1 小苗地上部(茎和叶)营养元素含量变化 从表1可知，7月底至次年3月，金钗石斛小苗地上部分N元素含量呈现波动变化，整体上7月底的氮元素含量要高于其他月份，1.5N处理的氮元素含量显著高于其他处理。P、K元素含量变化均呈先降后升再降的趋势，不同月份间差异显著，且1月底的P和K含量显著高于其他时期。同时，1.0N和1.5N处理的P含量差异不显著，但显著高于其他处理，而1/3N、1/2N、1.0N和1.5N处理的K含量差异不显著，但均显著高于对照。Ca元素含量变化趋势与K元素相反， 9月底Ca含量最高，显著高于其他月份，而在次年3月底又上升，1/2N处理的Ca元素含量显著高于其他处理，1/3N和1.0N处理次之。Mg元素含量总体呈下降趋势，11月底之后显著降低，其中1/3N和1.0N处理含量显著高于其它处理，且二者间差异不显著。

表1 金钗石斛小苗地上部5种元素含量变化

续表1 Continued table 1

2.2.2 大苗地上部(茎、叶)营养元素含量变化 从表2可知，7月底至次年3月，金钗石斛大苗地上部分N元素含量同样呈现波动变化，7月底含量最高，1月底至次年呈显著下降趋势，而1.5N处理的氮元素含量显著高于其他处理，而对照的氮元素含量最低。大苗的P、K元素含量呈先升后降的趋势，9月底二者的含量显著高于其他月份，1.0N和1.5N处理的P含量差异不显著，但显著高于其他处理，而1/3N处理的K含量显著高于其他处理，1.5N处理次之。Ca元素含量在7—9月底含量显著升高，随后直到次年1月底显著降低，且含量达最低(18.9 g/kg)，1月底至3月底含量又显著升高；Mg元素含量在不同时期差异显著，7月底至次年1月底含量持续下降，随后至3月底含量显著上升。Ca、Mg元素均表现1.0N处理含量显著高于其他处理，而1/2N和1.5N处理次之，对照最低。

综上所述，7月底至9月底在休止叶形成和假鳞茎停止生长前，金钗石斛地上部分N、P、K、Ca元素含量升高，说明植株由营养生长逐渐转向生殖生长时需要一定的营养积累，10月底至次年1月底植株停止生长，并进入休眠期，各元素含量均明显下降，说明植株对营养元素的需求下降。1月底至3月底随着气温回升，花期及萌蘖期的到来，植株体内对N、Ca、Mg元素营养元素需求开始增加，而对P、K元素的需求不高。

表2 金钗石斛大苗地上部5种元素含量变化

续表2 Continued table 2

2.3 不同氮素水平下金钗石斛假鳞茎多糖含量变化

从表3～4可以看出，金钗石斛小苗、大苗在不同处理下的多糖含量变化规律一致，均呈先升后降趋势，且在11月底达到最大值。11月底小苗的多糖含量依次为1.0N(13.83%)>1.5N(12.86%)>1/2N(11.45%)>1/3N(9.55%)> CK(6.88%)；大苗为1.0N(21.29%)>1/3N(20.15%)>1/2N(19.26%)>1.5N(17.97%)>CK(15.24%)。方差分析表明，无论是小苗还是大苗，金钗石斛茎多糖含量在不同月份间均呈差异显著(P<0.05)，11月底显著高于其他4个月份，而3月底显著低于其他4个月份。在氮水平上，1.5N、1.0N和1/2N处理对小苗的茎多糖含量影响无显著差异，但均显著高于小苗对照；1/2N和1/3N处理有利于大苗的茎多糖含量的提高，且两种施肥处理没有显著差异，其次为1.0N处理，且上述3个处理也显著优于对照。综合来看，1/2N、1/3N和1.0N处理有利于金钗石斛茎多糖的积累。

表3 金钗石斛小苗多糖含量动态变化

表4 金钗石斛大苗多糖含量动态变化

2.4 不同处理开花品质比较

由表5可知，随着氮素水平的提高，金钗石斛的始花期逐渐推迟，其中1/3N处理的始花期最早(3月2日)，比对照早9 d，而1.5N处理始花期晚于对照。在开花率方面，不同氮素处理的开花率均高于对照，其中1.0N处理的开花率最高，其次是1/3N处理和1.5N处理。在单株开花节数方面，1/3N处理显著高于1.0N处理。在平均单株花朵数方面，1.0N处理最高，其次是1/3N处理。综上所述，金钗石斛在不同氮素水平下的开花品质有所差异，1.0N处理开花品质最佳，其次是1/3N处理。

3 讨 论

3.1 不同苗龄金钗石斛生长特性和营养变化规律

春石斛假鳞茎生长主要集中在4—8月，适当增施氮肥有利于生长，9月份以后由于生长减缓，顶部休止叶形成，假鳞茎发育成熟，此时期增施氮肥对植株长势和生长量影响并不大[16-17]。本研究金钗石斛小苗和大苗显示进入缓慢生长期后(7月底至次年3月)，除叶片数外其他生长指标变化不显著，表现出持续增施氮肥对金钗石斛植株生长的影响并不大，与上述研究结论一致。

金钗石斛小苗在不同氮素水平处理下，地上部分营养元素含量变化趋势基本一致，但相同时期，不同处理间的营养元素含量高低存在一定差异，大苗也表现出相似的结果，受氮素水平的影响较大。小苗和大苗相比较，二者Mg、Ca元素含量变化趋势基本一致，而N、P、K元素含量的变化趋势相反，特别是9月底至次年1月底，大苗N、P、K元素含量显著下降而小苗含量升高，可能与不同苗龄植株自身发育对元素需求特性有关[18]，小苗处于持续发育状态需要营养供给，而大苗则进入发育成熟期，7月份之后大苗生长变缓慢，休止叶形成，并转向生殖生长阶段。9月底金钗石斛大苗地上部分P、K、Ca含量显著高于其他时期，且9—11月底N含量维持更高水平，说明在假鳞茎成熟的关键时期对N、P、K、Ca的需求比较高，与王再花等[19]对春石斛假鳞茎成熟和营养积累期对元素需求规律一致。本试验通过形态观察也发现，金钗石斛大苗假鳞茎自12月之后由微皱变得圆润饱满，可能与植株后期花芽诱导、花发育以及萌蘖储备营养有关[20]。蒋雪嫣等[21]报道，2—4月铁皮石斛新芽萌发并快速生长，对Mg、Ca、K肥需求增加，以促进植株生长和多糖的合成与积累。本研究也得到相似结果，金钗石斛1月底后地上部分Ca、Mg含量显著增加。3月底金钗石斛大苗和小苗的P、K元素含量比11月底显著降低，而大苗的N、Ca、Mg元素含量比1月底显著升高，说明N、Ca元素可能与金钗石斛花发育及新芽萌孽有关[20]。因此，生产上可依据营养元素的变化规律选择性施肥和控制肥料施用量，7—9月金钗石斛小苗由营养生长转向生殖生长可保持较高水平的N、P、K、Ca、Mg营养供给，至次年1月底，减少K肥供应，3月份增施N、Ca、Mg肥，以提高开花品质和新芽萌蘖，实现金钗石斛温室设施栽培合理、精准施肥。

表5 金钗石斛大苗不同氮素水平下开花情况

3.2 不同氮素水平对金钗石斛品质的影响

石斛多糖是石斛主要的功能活性物质，具有增强机体免疫力、降血压和抗炎等功效。因此，多糖含量的高低是衡量金钗石斛品质的一个重要指标[22-23]。7月至次年3月，不同氮素水平处理的金钗石斛假鳞茎多糖含量变化趋势一致，但在不同时期含量高低有所差异，7—11月底假鳞茎多糖含量持续升高，为后期的花芽分化、开花以及萌蘖储备营养。金钗石斛在11底多糖含量最高，可作为适时采收期，此时的N元素含量也较高，说明施氮有利于石斛假鳞茎中多糖的积累和含量的提高[24]。本研究结果与颜寿等[25]对2年生金钗石斛检测茎多糖含量在2月最高的结论有所不同，但结合产地气候环境特点来看[26]，四川合江2月的金钗石斛生长状况与广州11月底金钗石斛生长状况相近，可见，金钗石斛适宜采收的季节或时期因产地不同也会有所差异。此外，蒋雪嫣等[21]报道铁皮石斛钙含量与多糖含量呈极显著负相关，本研究也得出：1—3月底金钗石斛茎多糖含量显著降低，而Ca元素含量显著升高，此时的N元素含量也升高。而不同氮素水平下，大苗整体以1/3N处理下茎多糖含量较佳，且显著高于1.0N、1.5N和对照，并且在11月份没有与1.0N显著差异，说明适当减N对金钗石斛品质提升有一定的作用。

在开花品质方面，叶香娟等[27]报道高浓度氮肥会造成春石斛休止叶形成滞后，假鳞茎成熟明显推迟，导致开花延迟。本研究也发现氮素水平越高，始花期越迟，1.0N和1.5N处理开花率达到最大值的时间要晚于低氮处理(1/3N和1/2N)。刘晓青等[28]报道春石斛植株的开花数量及花期的长短与生长季节后期增施磷钾肥相关，进入开花期的植株应适当减少氮素供应。在单株平均花朵数上，1/3N处理与1.0N处理接近，且高于1.5N处理，说明低氮处理能提早花期并能获得较高的开花量。因此，在生产上，大苗在9月至次年1月成熟期及休眠期后实施减氮既可节约肥料又能得到较好的开花品质。

4 结 论

不同氮素水平对金钗石斛生长后期(7月份以后)形态指标影响不大，但对营养生理和开花品质有显著影响，成熟期之后减氮(1/3N)施肥不仅节肥而且可提早花期，开花品质也较好。综合来看，尽管不同苗龄金钗石斛在不同氮素处理下的多糖含量差异不显著，但大苗在1/2N、1/3N和1.0N处理利于金钗石斛茎多糖的积累，且11月下旬多糖含量最高，可作为适宜的药材采收期。本研究结果为金钗石斛的设施栽培下精准施肥、花期调控及品质提升提供理论参考。