施氮量对直播黄芩生长及品质的影响

孙晋鑫，黄高鉴，郭军玲，郭彩霞，王永亮，赵金楠，杨治平

（1.山西大学生命科学学院，山西太原030006；2.山西农业大学资源环境学院，山西太原030031）

黄芩为唇形科植物黄芩（Scutellaria baicalensis Georgi）的干燥根，具有清热燥湿、泻火解毒、止血、安胎之功效[1]。黄芩属于我国传统大宗常用中药材，喜温和气候，宜在中性或偏碱性的土壤中生长；耐旱、耐寒，在荒滩、地边均能生长，抗逆性、适应性比较强[2]。

氮素是植株生长发育所需的大量营养元素之一，是核酸、蛋白质、酶、叶绿素、某些维生素、生物碱及激素的重要组成成分[3]。在植物的生长发育过程中，缺氮会阻碍细胞生长及分裂以及含氮有机物的合成，从而抑制其生长发育和体内活性成分合成；同样氮素过多也会抑制植物的生长[4]。自20世纪60年代以来，中药材种植过程中开始使用化肥，其中氮肥是农业生产中施用频率最高的化肥[5]。合理施肥不仅可以提高植物单位面积产量，改善产品品质，培养地力，而且还可以提高肥料利用率和施肥的经济效益[6]，然而，中药材栽培中普遍存在严重的偏施、过施的现象[7]。研究发现，合理施用氮肥对香青兰[8]、菘蓝[9]、地黄[10]、甘草[11]、黄芪[12]的生长发育以及有效成分有重要影响。因此，合理的施氮浓度、优化的施氮技术不仅是中药农业科研工作者研究的热点，更是药农种植中药材时最关心的问题之一[13]。

近年来，关于黄芩的研究多围绕在生态因子以及不同种源方面，如郭兰萍等[14]研究了生态因子对黄芩次生代谢产物积累的影响，宫福雨等[15]也研究了生态因子与黄芩药效成分的相关性，王峰伟等[16]研究了不同土壤水分条件对黄芩生长发育的影响，王丹阳等[17]研究了不同种源对黄芩药材品质的影响，而关于黄芩施肥方面研究报道较小[18-20]。

本试验根据黄芩本身需肥特性，探讨了不同施氮量对山西省榆社县直播黄芩生长及品质的影响，旨在为黄芩种植科学施用氮肥提供一定理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试材料为黄芩种子。

供试肥料为氮肥尿素（含N 46%）、磷肥颗粒过磷酸钙（含P2O516%）、钾肥硫酸钾（含K2O 50%）。

1.2 试验地概况

试验地位于山西省晋中市榆社县。该地属温带大陆性气候，地处112.9°E，37.0°N附近，年均气温为8.6℃左右，最低海拔987 m，年均降雨量414.6 mm，无霜期90～150 d。试验地0～30 cm基础土壤理化性状为：全氮含量为0.82g/kg，有效磷含量为3.02mg/kg，速效钾含量为93.15 mg/kg，有机质含量为12.59 g/kg，pH值为8.02。

1.3 试验设计

试验设置4个氮肥用量处理N0、N1、N2、N3，即纯氮肥用量分别为0、60、120、180 kg/hm2，磷肥和钾肥纯用量均为105、75 kg/hm2，其中，磷肥、钾肥一次性基施，氮肥40%基施，另外60%于2020年7月30日追施。每个处理设置3个重复，共12个小区，其中，小区面积6 m×10 m（60 m2），行距20 cm，播种量为67.5 kg/hm2，于2020年4月18日直播，2020年5月3日出苗。

1.4 测定指标及方法

黄芩生育期内分别于7月1日、7月30日、8月28日、9月29日、11月13日进行田间调查取样（由于气候影响，11月13日地上部干枯，只采样黄芩根）。每个小区采挖1 m植株，之后将植株带回实验室进行生长发育指标测定、植株全氮含量测定以及黄芩品质测定。

1.4.1 生长发育指标及全氮含量测定 采用直尺测定植株地上部的株高、根部的根长，用精度为0.01 mm的游标卡尺测定根粗；之后将植株地上部和根部分别装入牛皮纸袋，105℃杀青30 min后于75℃烘干至恒质量，测定黄芩地上部和根部干质量；全氮含量测定采用凯氏定氮法进行。

1.4.2 黄芩品质测定 将黄芩根干燥品粉碎后，过0.18 mm孔径的筛，采用辛颖等[21]的方法测定黄芩根部的黄芩苷含量。采用Waters高效液相色谱仪测定，色谱柱为Phenomene×lunaC1（8250mm×4.60mm，5 μm）；流动相为甲醇-乙腈（1∶1）（A），0.2%磷酸溶液（B）；流速为1.0 mL/min，检测波长为275 nm。

1.4.3 隶属函数综合评价 因气候环境影响，最后一时期采样黄芩地上部已经枯萎，并且黄芩主以根入药，故用采收时期根部各项指标进行隶属函数分析，综合评价不同用量的氮肥对直播黄芩的影响。隶属函数公式[22]如下。

式中，U（Xi）为隶属函数值，Xi为直播黄芩某个测定指标，Xmax，Xmin分别为第i测定指标的最大值和最小值。如果某一指标与生长状况为负相关，则用反隶属函数进行转换，即公式（2），最后将各个隶属函数均值排序进行综合评价。

1.5 数据处理与分析

采用Excel 2010进行数据统计分析，采用SPSS 24.0软件检验差异显著性，采用Origin 2018进行绘图。

2 结果与分析

2.1 施氮量对直播黄芩生长发育的影响

2.1.1 施氮量对黄芩株高的影响 从表1可以看出，在黄芩整个生长期内，株高随着生长期的推进呈增加的趋势。由于受当地气候环境影响，在9月29日至11月13日，黄芩地上部枯萎，地上部未能采样，所以在9月29日黄芩株高最高，其中，N1、N2、N3处理的株高均高于N0处理，且差异显著（P＜0.05）；黄芩的株高在7月增幅最大，其中，N2处理7月30日较7月1日增幅高达51.39%，说明黄芩在7月氮素集中供应地上部，株高大幅增长。

表1 施氮量对黄芩植株在各采样时期株高的影响cm

2.1.2 施氮量对黄芩根长的影响 从表2可以看出，在黄芩整个生长期内，根长随着生长期的推进呈增加的趋势，其中，不同施氮处理的根长均高于N0处理，随着施氮量的增加黄芩的根长呈先增后减的趋势，其中，在N2处理时，根长达到最大；黄芩的根长在前期生长较缓慢，7月30日至8月28日根长快速生长，其中，N2处理增幅在8月28日较7月30日增加25.98%，说明氮素能有效促进黄芩根下扎。

表2 施氮量对黄芩植株在各采样时期根长的影响 cm

2.1.3 施氮量对黄芩根粗的影响 由表3可知，黄芩在整个生长期中，根粗和株高、根长一致均随着生长期的推进呈增加的趋势，在11月13日所有处理达最高，其中，N1、N2、N3处理的根粗均高于N0处理；随着施氮量的增加黄芩的根粗呈先增后减的趋势，其中，在N2处理时，根粗达到最大，在N3处理根粗均有所下降；黄芩的根粗在7月和9月增长最快，其中，N2处理在7月增幅最高，7月30日较7月1日增加51.66%，N1处理在9月增幅最高，9月29日较8月28日增加54.79%，N2处理增幅达38.45%。

表3 施氮量对黄芩植株在各采样时期根粗的影响 mm

2.1.4 施氮量对黄芩干质量的影响 从图1可以看出，在黄芩整个生长期内，黄芩地上部干质量随着生长期的推进呈增加的趋势，由于受当地气候环境影响，黄芩地上部在9月29日至11月13日枯萎，未能采样，故黄芩地上部的干质量在9月29日所有处理达到最大。黄芩地上部干质量的增幅与株高一致，主要在7月，处于黄芩营养生长的鼎盛时期，增幅在109.33%～413.04%；黄芩根部干质量的增加与根长、根粗均一致，在7—9月上升幅度最高，其中，7月N2处理增幅高达253.85%，9月增幅在125.00%～251.35%。由此可知，黄芩在7月地上部与根部均处于生长高峰阶段。随着施氮量的增加黄芩地上部干质量和根部干质量呈先增后减的趋势，其中，在N2处理时，9月29日黄芩地上部干质量和根部干质量达到最大值，分别为2.65、2.04 g/株。

2.2 施氮量对直播黄芩氮素累积的影响

从图2可以看出，黄芩地上部氮素积累量和根部氮素积累量在N0、N1、N2处理时，随着施氮量增加而增加，在N3处理时，其地上部氮素积累量和根部氮素积累量反而呈下降趋势，其中，N1、N2、N3与N0处理间差异显著（P＜0.05），地上部的氮素积累量在7月增幅最大，在9月29日N0、N1、N2、N3处理的氮素积累量分别为29.52、43.47、67.48、55.05 mg/株；根部的氮素积累量在9月增幅最大，较8月增加231.12%～427.92%。

2.3 施氮量对直播黄芩品质的影响

由于黄芩主以根入药，所以测定黄芩采样期的根部黄芩苷含量作为衡量直播黄芩品质的高低。从表4可以看出，所有处理均符合《中国药典》规定，含黄芩苷（C21H18O11）不得少于9.0%。测定发现，施氮量在60～180 kg/hm2时，随着施氮量的增加黄芩苷含量逐渐降低，N3处理的黄芩苷含量低于N0处理，而N1、N2处理的黄芩苷含量均高于N0处理，其中，在N1处理时，黄芩苷含量最高，平均为12.66%，说明并非氮肥施用量越高黄芩苷含量越高。

表4 施氮量对黄芩根部有效成分的影响

2.4 隶属函数综合评价结果

从表5可以看出，不同用量的氮肥处理隶属函数均值均大于不施氮肥的N0处理，所以，氮肥对直播黄芩的生长及品质有重要的影响。综合评价得出，N2处理为最佳处理，最佳施氮量为120 kg/hm2。

表5 施氮量对黄芩主要性状的隶属函数综合评价结果

3 结论与讨论

合理施用氮肥对黄芩产量和品质具有重要的影响。张燕等[23]研究发现，植物正常生长发育需要适量氮的供应，黄芩株高、地径、芦头都随着施氮水平的增加呈现出先升高后降低的抛物线形变化趋势。马兴东[24]研究发现，随着施氮量的增加，株高、茎粗、冠幅和叶面积都有一定的增加，超过最佳施氮量后也会导致负效应。本试验通过测定各处理的生长发育指标发现，随着施氮量的增加黄芩株高、根长、根粗呈先增后减的趋势，说明适量施用氮肥有利于直播黄芩生长，与前人研究结果一致。

黄芩根部干质量积累与药材产量直接相关，是药材产量的重要衡量指标之一。曹鲜艳等[19]研究发现，氮、磷对黄芩产量有显著影响，在低水平施肥条件下，产量随施肥量的增加而增大，一定范围后，增效不明显。葛阳等[5]分析发现，适量施氮能促进中药材产量及某些次生代谢物含量的提升，过量施氮无法进一步增加中药材的产量。本研究表明，在N1、N2处理时，直播黄芩的地上部干质量和根部干质量随着施氮量的增加而增加，在N3处理时，黄芩干质量反而下降。其中，与不施氮肥处理相比，根部干质量在N1、N2处理时，增幅为83.72～137.21%，而在N3处理时，根部干质量增幅为96.51%，增长幅度反而降低；地上部氮素积累量和根部氮素积累量在N0、N1、N2处理时，随着施氮量增加而增加，在N3处理时，其地上部氮素积累量和根部氮素积累量反而呈下降趋势，所以适量施用氮肥可以提高直播黄芩干质量和黄芩氮素积累量，而过量施用氮肥会导致干质量和黄芩氮素积累量下降，与前人研究结果一致。

次生代谢物作为中药材的主要药效成分，是构成中药材质量的物质基础[25]。黄芩主以根入药，中国药典[1]规定，测定的黄芩苷（C21H18O11）含量不得少于9.0%。本试验选择测定黄芩采收期黄芩苷含量作为其质量评价的主要依据，结果表明，不同氮肥处理的黄芩苷含量均高于9.0%，符合《中华人民共和国药典》[1]规定。在N1、N2处理时，黄芩苷含量高于不施氮处理，在N3处理时即施氮量为180 kg/hm2时，黄芩苷含量显著低于不施氮处理，且在N1处理时，黄芩苷含量最高，为12.66%。说明氮肥施用过多会造成黄芩品质下降，可能是由于氮肥施用过多造成黄芩植株生长过于旺盛、贪青徒长，而初生代谢产物没有更好地转化为次生代谢产物，与刘金花[26]分析结果一致。

本试验在榆社县当地开展，通过隶属函数法对黄芩根部各项指标进行综合评价得出，榆社当地直播黄芩的最佳施氮量为120 kg/hm2。