不同施肥措施对太子参产量与品质的影响

赵智煌,张进强,江维克,袁青松,杨 野,肖承鸿,杨昌贵,周 涛*

(1.贵州中医药大学,贵州 贵阳 550025;2.昆明理工大学,云南 昆明 650500)

0 引言

【研究意义】中药太子参为石竹科植物孩儿参〔Pseudostellariaheterophylla(Miq.)Pax ex Pax et Hoffm〕的干燥块根[1]。始载于清代《本草从新》,具有益气健脾、生津润肺的功效[2]。在2002年,太子参被国家卫生健康委员会列为可用于保健食品的物品名单。由于太子参野生资源不断减少,人工种植成为太子参药材的主要来源。近年来,贵州中药材种植面积超过13.33万hm2,其中太子参的种植面积更是位居全国第一[3],产量占我国总需求量的40%[4],太子参已成为增加经济效益的主要作物之一。随着太子参药材的需求量日益增长及对其品质追求的提高,进一步从生产端上游改善太子参种植技术显得尤为重要[5]。在种植技术中,常规的单层施肥技术与太子参块根生长特点的契合度不高,影响太子参产业的高质量发展[6-7]。因此,研究不同施肥措施对太子参产量与品质的影响,对促进太子参产业高质量发展具有重要意义。【前人研究进展】太子参不耐肥,在生产种植过程中,一次性施足基肥即可满足太子参的生长需求,若遇土壤缺肥导致太子参茎叶黄瘦,可在幼苗期浇施清淡的农家肥料[8];向天祥[9]研究发现,添加有机肥3万kg/hm2肥效时间可延长至翌年3月齐苗期,有助于太子参的生长;刘宇鹏等[10]对太子参施用不同水平氮肥发现,在施用氮肥300 kg/hm2对提高太子参叶片生理指标叶绿素a和叶绿素b含量影响较大,较对照的叶绿素a和叶绿素b分别提高136.1%和83.1%;吴玉香等[6]通过设计氮磷钾3种肥料不同施肥配比发现,太子参活性物质生成的最佳比例为尿素668～1 002 kg/hm2,钙镁磷肥1 167～2 333 kg/hm2,硫酸钾360 kg/hm2。【研究切入点】当前对太子参施肥的研究仍停滞在施肥量及施肥比例方面,有关太子参施肥技术的开发未能引起人们足够的重视,在一定程度上制约了太子参产业的发展。施肥技术的有效运用对提高肥效具有关键作用,目前不同施肥措施对太子参产量与品质影响的研究报道相对较少。【拟解决的关键问题】在全面考虑太子参的营养生理、栽培特点和分析传统施肥技术利弊的基础上,根据太子参的垄栽特点,科学考量肥料组合和施肥位置2个要素,设置4种不同的施肥措施,并探究不同施肥措施对太子参产量和品质的影响规律,为提升太子参种植生产技术奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

供试太子参品种为项目组所选育的“施太一号”,选择单个苗重0.75～0.95 g,直径5.0～6.0 mm,芽头饱满、参体匀称、无分叉、无破损、无病虫害的块根作为种参。试验于2019—2021年在都匀市匀东镇坝固社区明英村(海拔884 m,105°55′11″E,27°13′33″N)进行,试验地为生荒地,黄壤,坡度约20°。肥料有三元复合肥(N∶P∶K=15∶15∶15),磷肥(P2O5),钾肥(K2O),商品有机肥(有机质≥45%),均为当地农资市场购买。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

1)不同施肥处理对太子参产量、生物性状及品质的影响。试验设4个处理(表1):T1,施单层复合肥(常规施肥,CK),将复合肥、磷肥(P2O5)和钾肥(K2O)按质量比4∶5∶1混合均匀,在栽培太子参种根前作底肥(200 kg/667 m2)一次性施用,随整地作畦时条施于畦底,深约10 cm,覆2 cm厚细土后摆放种参,最后覆土8 cm,压实;T2,施单层(有机肥+复合肥),将有机肥、复合肥、磷肥(P2O5)及钾肥(K2O)按质量比10∶4∶5∶1混合均匀,按T1的方法施肥;T3,施双层复合肥,按T1的方法配制复合肥,在整地作畦时施第1层肥(100 kg/667 m2),覆2 cm厚细土后摆放种参,再覆4 cm厚细土,然后再施第2层肥料(100 kg/667 m2),再覆土4 cm,压实;T4,施双层(有机肥+复合肥),按T2的方法配制肥料组合然后按T3的方法施肥。以人工摆种的方式种植种参,行株距为8 cm×13 cm,品字形摆放种参,用种量为40 kg/667 m2。除施肥技术外,其余种植及管理流程参照《太子参种植技术规范》(GB/T 40136-2021)[11]执行。对比试验在4块不同朝向的生荒地同时进行,以排除环境因素对结果的干扰。

2) 不同施肥对太子参上下层块根生长的影响。试验设2个处理,通过上述试验结果选取T1和T3进一步试验,对比分析不同施肥措施对太子参上下层块根长宽比、单株产量、等级得率、折干率、水分、总灰分及浸出物的影响。

表1 不同处理的肥料施用量Table 1 Fertilizer application amount of different treatments

1.2.2 指标测定 在太子参采收期(种植后180 d)测定生物总量、产量、块根长度、单株块根数、块根单重和折干率,在4块样地定点挂牌,以5点取样方式进行太子参样本收集。

1.2.3 品质评价 太子参商品规格等级划分标准按照《中药材商品规格等级第2部分:太子参》(SB/T 11174.2-2016)[12]执行。太子参药材品质评价按照《中华人民共和国药典》2020版[1]执行。

1.3 数据统计与分析

采用Graghpad prism对数据进行统计学分析及图表制作,两两比较时采用不成对的独立样本t检验;多组比较时采用单因素方差分析,成对的多组比较时采用双因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理太子参的产量、生物性状及品质

从表2看出,不同施肥处理太子参的产量、生物性状及品质均存在差异。

2.1.1 产量 各处理太子参的产量为547.5～688.4 kg/667 m2,依次为T4>T3>T2>T1。与T1相比,T4产量显著提高25.7%,T2和T3分别显著提高9.1%和9.9%,T3与T2差异不显著。表明,在相同施肥量处理下,增施有机肥处理产量优于单施无机肥处理,双层施肥处理产量优于单层施肥处理。

2.1.2 生物性状 生物总量:各处理为19.6～24.7 g/株,依次为T4>T2>T3>T1,T4和T2较T3、T1分别显著提高17.1%、26.0%和9.5%、17.9%。单株块根数:各处理为14.8～18.1块/株,依次为T4>T3>T2>T1,T4较T3、T2和T1分别显著提高3.4%、12.4%和22.3%;T3、T2较T1分别显著提高18.2%、8.8%,T3较T2提高8.7%。块根单重:各处理为0.36～0.40 g/块,依次为T4>T2>T3>T1,T4较T3、T2和T1分别显著提高8.1%、5.3%和11.1%,其余处理差异不显著。块根长度:各处理为4.6～5.2 cm,依次为T1>T2>T3>T4,T4较T2和T1分别显著降低9.8%和11.5%,T3分别显著降低7.8%和9.6%。块根最大直径:各处理为2.3～3.2 mm,依次为T4>T3>T2>T1,T4较T2和T1分别显著提高28.0%和39.1%,T3分别显著提高26.1%和16.0%。综合分析,增施有机肥相较于单施无机肥有利于太子参的生长,与此同时,双层施肥处理相较于单层施肥处理更有利于太子参块根的膨大。

表2 不同施肥处理太子参的产量及生物性状Table 2 Yield and biological traits of P. heterophylla under different fertilization patterns

2.1.3 品质 从表3看出,不同施肥处理太子参的品质存在差异。

1) 优形指数。各处理为4.4～6.9,依次为T4>T3>T2>T1,T4较T2和T1分别显著提高40.8%和56.8%,T3分别显著提高24.5%和38.6%。表明,双层施肥处理比单层施肥处理更有利于提高太子参优形指数。

2) 等级得率。各处理一等品得率为8.9%～15.7%,依次为T4>T3>T2>T1,T4较T3、T2和T1分别显著提高40.2%、65.3%和76.4%,T3较T2和T1分别显著提高17.9%、25.8%;各处理二等品得率为40.5%～49.2%,依次为T3>T4>T2>T1,T3较T2和T1分别显著提高17.7%和21.5%,T4较T2和T1分别显著提高13.6%和17.3%;各处理统货得率为36.8%～51.3%,依次为T1>T2>T3>T4,T4较T2和T1分别显著降低32.3%和39.4%,T3较T2和T1分别显著降低18.7%和22.8%。表明,增施有机肥和双层施肥有利于提高太子参一等品得率,降低统货得率。

3) 内在质量。各处理折干率为35.1%～38.9%,依次为T4>T2>T3>T1,T4较T3和T1分别显著提高9.9%和10.8%,T2分别显著提高6.5%和7.4%;各处理水分为9.5%～10.2%,依次为T1>T3>T2>T4,各处理间均无显著差异;各处理总灰分为1.4%～1.7%,依次为T1>T3>T2>T4,T4较T3和T1分别显著降低14.3%和21.4%,T2分别显著降低6.7%和13.3%;各处理浸出物为35.1%～37.7%,依次为T4>T2>T3>T1,T4较T3和T1分别显著提高6.8%和7.4%,T2分别显著提高5.1%和5.7%。综上分析,增施有机肥处理和双层施肥处理提高了太子参折干率、浸出物含量,降低太子参总灰分百分比,有利于提高太子参的内在品质。

表3 不同施肥处理太子参药材的优形指数、规格等级及质量Table 3 Shape index,specification,grade and quality of P. heterophylla under different fertilization patterns

2.2 双层施肥太子参上下层块根的生长

太子参的块根通常会在地下茎节处形成上下2层。从图1看出,常规施肥(T1)与双层施肥(T3)对太子参植株和上下层块根的生长形态存在差异。其中,在常规施肥模式下,上层块根会沿着底肥方向生长,导致其上层块根纵向生长过度,而横向生长不足,从而影响太子参的品质和产量。常规施肥太子参上下层块根的长宽比存在较大差异,而双层施肥太子参上下层块根的长宽比差异不显著,常规施肥太子参上层块根的长宽比与双层施肥太子参差异显著,而下层二者间差异不显著。

从图2看出,T1与T3对太子参生物性状和上下层块根的理化指标存在差异。长宽比:太子参上层长宽比为14.7～30.5,T1>T3,T3较T1显著降低51.6%。单株产量:太子参上层单株产量为1.9～3.3 g,T3>T1,T3较T1显著提高68.8%,表明双层施肥有利于增加太子参上层块根的直径,缩短长宽比,提高上层太子参块根的产量。等级占比:一等品得率,太子参上层一等品得率为6.0%～14.1%,T3>T1,T3较T1上层显著提高135.0%;T1上下层一等品得率为6.0%～13.9%,下层>上层,上层较下层显著降低56.8%;二等品得率,T1和T3上下层均无显著差异;统货得率,太子参上层统货得率为34.6%～45.5%,T1>T3,T3较T1显著降低22.7%。表明常规施肥使太子参上层一等品得率不均一,双层施肥有利于提高太子参上层一等品得率,降低上层统货得率。内在质量:折干率与浸出物,太子参上层分别为34.4%～36.1%和36.0%～37.0%,均为T3>T1,T3上层较T1分别显著提高4.9%和2.7%;T1上、下层分别为34.4%～35.7%和36.0%～36.9%,均为下层>上层,上层较下层分别显著降低3.6%和2.3%。水分和总灰分,太子参上层分别为10.1%～11.0%和1.6%～1.8%,均为T1>T3,T3较T1分别显著降低8.5%和11.7%,T1上、下层分别为9.9%～11.0%和1.7%～1.8%,均为上层>下层,下层较上层分别显著降低10.0%和5.6%,表明常规施肥上下的质量不均一,双层施肥有利于提高太子参上层的折干率和浸出物,减少水分和总灰分,上下太子参的品质更趋于一致。

图1 不同施肥模式太子参植株与根系的形态特征Fig.1 Morphology of P. heterophylla plants and roots under different fertilization patterns

注:*、**和***分别表示P<0.05,P<0.01和P<0.001水平的差异显著性。Note:*,** and *** mean significance of difference at P<0.05,P<0.01 and P<0.001 respectively.图2 不同施肥模式太子参上下层块根的生长情况Fig.2 Growth status of P. heterophylla root tubers at the upper and below layer under different fertilization patterns

3 讨论

肥料配施效果比单施效果更佳[13-15]。胡月华[16]研究发现,化肥减量与有机肥配施能够提升土壤养分质量,且能够提高鲜薯产量,改善鲜薯品质;张伟彬[17]发现,不同比例化肥与有机肥配施有利于提高土壤有机碳组分含量、碳转化酶活性以及微生物群落碳源利用能力。本研究发现,增施有机肥的T2和T4对太子参生物总量(23.1 g/株、24.7 g/株)、折干率(37.7%、38.9%)和浸出物(37.1%、37.7%)影响显著,较单施复合肥的T1和T3生物总量分别显著提高17.9%、9.5%和26.0%、17.1%,折干率显著提高7.4%、6.5%和10.8%、9.9%,浸出物显著提高5.7%、5.1%和7.4%、6.8%;双层施肥的T3和T4对太子参产量(601.8 kg/667m2和688.4 kg/667m2)、单株块根数(17.5 块和18.1 块)、块根长度(4.7 cm和4.6 cm)、块根最大直径(2.9 mm和3.2 mm)、优形指数(6.1和6.9)及一等品得率(11.2%和15.7%)影响显著,较单层施肥的T1和T2产量分别增加9.9%、0.8%和25.7%、15.3%,单株块根数增加18.2%、8.7%和22.3%、12.4%,块根长度降低9.6%、11.5%和7.8%、9.8%,块根最大直径增加26.1%、39.1%和16.0%、28.0%,优形指数增加38.6%、24.5%和56.8%、40.8%,一等品得率增加25.8%、76.4%和17.9%、65.3%。配施有机肥与化肥可显著提高太子参产量及品质,其原因可能是有机肥与复合肥可兼顾长短期肥效,保证在块根膨大期能提供充足的营养来促进块根的生长。有机肥的引入,减少化肥的使用量,缓解了氮肥、磷肥、钾肥的水土污染,实现肥料减施增效[18-19],提高绿色生产水平。

双层施肥技术在农业生产上已经取得显著成效。王仍成等[20]根据烟草的生长特点采用双层施肥技术,解决了烟草生长后期追肥困难且易损伤根系等问题。吴连富等[21]采用双层施肥技术使大豆增产16.2%,在实现成本降低的同时达到增产的目的。根据太子参块根双层生长的特点,研究设置2层肥料施用,分别为上下层块根提供营养,抑制上层块根的向地性,并促进块根膨大,减小长宽比,从而使太子参药材在形态上趋于“短粗型”,药材更加饱满,品相更佳,并使上下层块根在形态上更趋于一致。该技术不仅增加了太子参的产量,同时也提高了太子参药材优品率及其内在品质。因此,双层施肥技术可为太子参产业的高质量发展提供有效的技术保障。

该研究讨论了不同施肥措施对太子参产量、生物性状与品质的影响,同时也探究了太子参双层施肥上下层块根的生长情况,但考察的影响因素仍不全面,关于不同施肥处理对太子参活性物质如总多糖、总皂苷和氨基酸的积累量,有效成分环肽B的含量及免疫指标、抗氧化能力的评价还有待进一步研究。

4 结论

不同施肥措施对太子参产量和品质的影响不同,增施有机肥的对太子参生物总量、折干率和浸出物影响显著,较单施复合肥的生物总量、折干率和浸出物显著提高;双层施肥对太子参产量、单株块根数、块根长度、块根最大直径、优形指数及一等品得率影响显著,较单层施肥均有提高。双层施肥较常规施肥能显著降低太子参上层块根的长宽比,降低上层统货得率,增加上层块根一等品得率、上层块根的折干率与浸出物,使上下层块根在形态及品质上更趋于一致。综上,双层施肥有助于提高太子参产量及优品率,配施有机肥与复合肥则有助于提高太子参内在品质,采用双层施肥技术配施有机肥与复合肥适宜于太子参种植生产。