氮磷钾配施对玄参指标成分质量分数的影响①

2022-06-28 09:55罗敏谭秋生罗川徐广邓才富章文伟任小强
关键词:哈巴玄参浸出物

罗敏, 谭秋生, 罗川, 徐广, 邓才富, 章文伟, 任小强

1.重庆市药物种植研究所,重庆 南川 408435; 2.重庆金渡中药材开发有限公司,重庆 南川 408435

玄参是一味药用历史悠久的传统中药,最早记载于《神农本草经》,列为中品.中药玄参为玄参科植物玄参ScrophularianingpoensisHemsl.的干燥根,具有凉血解毒、滋阴的功效.现代药理研究还发现,其具有降血糖[1-2]、抗炎[3-4]、保肝[5-6]等作用.玄参作为药食两用大宗中药材,是中药处方、多种中成药的重要原料,在保健品方面也极具开发价值,具有广泛的市场前景.玄参产地多、分布广,而在人工栽培过程中,各地生产技术标准参差不齐,导致其药材产量与品质差异较大.因此,如何保障和提高玄参的产量和品质,是目前玄参生产中亟待解决的问题.

栽培玄参的产量和质量不仅受气候、土壤等自然因素的影响,施肥也是其规范化生产中的关键环节.施肥是增加作物、药用植物等[7-9]产量的有效措施,且可调控药用植物次生代谢产物积累,从而影响活性成分的质量分数.“3414”试验设计是国内外应用较为广泛的肥料效应田间试验方案,近年来已逐步应用于药用植物的生产中,在灯盏花[10]、三七[11]、重楼[12]等栽培中发挥了较好作用.目前关于施肥对玄参的影响研究有采用3因素2次D-饱和最优设计法,以植株和块根性状为指标研究最佳配方施肥方案[13]; 氮磷钾配比与有机肥的复合配方肥对玄参中7种有效成分质量分数的影响[14]以及5个氮磷钾配比处理对玄参产量的影响[15]等.通过以上报道虽能发现施肥对玄参的部分影响效果,但实际指导生产实践的作用有限,且缺乏对玄参氮磷钾肥交互作用及施肥对指标成分的影响研究.因此,本研究通过“3414”施肥试验方案,探究不同氮磷钾配比对玄参指标成分质量分数的影响,并进一步拟合其肥料效应函数,以期获得推荐施肥配方,为本产区高产优质玄参规范化种植提供科学依据.

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在重庆市南川区大有镇玄参种植基地进行.海拔945 m,供试土壤为黄壤土,属田块,前茬为油菜、玉米,肥力中等.土壤基本理化性质: 有机质2.07%,pH值6.91,速效氮102.54 mg/kg,有效磷21.06 mg/kg,速效钾101.40 mg/kg.

1.2 材料与试验方法

试验设计: 基于前期的研究结果,采用“3414”施肥方案,设氮、磷、钾3个因素,每因素4个水平,共14个处理,每处理3次重复,随机区组排列.试验方案及氮磷钾施肥量见表1.

表1 玄参氮、磷、钾肥“3414”试验设计

肥料种类及质量分数: 氮肥为尿素,总氮质量分数N总氮≥46.2%; 磷肥为过磷酸钙,有效磷(P2O5)质量分数NP2O5≥12.0%; 钾肥为硫酸钾,K2O质量分数NK2O≥52.0%.每小区肥料按表1配比混合后,为保障施肥的均匀性而采用窝施的方法分别于齐苗时期、苗高30 cm时做追肥施入.

供试种苗: 选用质地优良的玄参子芽作为种苗,经重庆市药物种植研究所邓才富研究员鉴定为玄参ScrophularianingpoensisHemsl.每小区9 m2,按株行距40 cm×40 cm挖穴栽种,每穴放1个子芽.小区间开排水沟,试验田管理同大田.

1.3 测定指标与方法

浸出物测定参照《中国药典》 2020年4部通则2201项下的热浸法; 玄参质量测定以哈巴苷与哈巴俄苷总量计,测定方法参照0512项下的高效液相色谱法.

1.4 数据处理

运用Excel 2007办公软件对数据进行处理分析,应用SPSS 26.0统计软件进行方差分析、多重比较及隶属函数计算.

隶属函数公式

U(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

反隶属函数公式

U(Xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(2)

式中,U(Xi)为隶属函数值,Xi为玄参某个测定指标,Xmax,Xmin分别为该指标的最大值和最小值.若某一指标与施肥为负相关,则采用反隶属函数,即式(2)计算.各隶属函数值在[0,1],最后将各指标的隶属函数值进行平均,得到平均隶属函数值.

肥效反应的数学模式采用二次多项式,即

y=b0+b1x1+b2x2+b3x3+b4x1x2+b5x2x3+b6x1x3+b7x12+b8x22+b9x32

式中,x1,x2,x3分别为N,P,K肥施用量,bi(i=1,2,…,9)为回归系数,y为玄参水热浸出物、哈巴苷和哈巴俄苷总量.

2 结果与分析

2.1 不同氮磷钾配比处理对玄参质量的影响

本试验各处理玄参的水热浸出物高于60.0%,哈巴苷与哈巴俄苷的总量高于0.45%,均满足《中国药典》指标要求.玄参指标成分质量分数的方差分析结果见表2.从表2中可知,哈巴苷、哈巴俄苷质量分数在各施肥处理间的差异无统计学意义,而二者总量与水热浸出物部分达到统计学意义.

表2 氮磷钾配方施肥对玄参指标成分质量分数的影响

水热浸出物质量分数以T9最高,T7最低,T9,T14与T7之间差异有统计学意义(p<0.05),其余处理间差异无统计学意义.哈巴苷质量分数以T2最高,T3最低; 哈巴俄苷质量分数以T14最高,T11最低.哈巴苷与哈巴俄苷总量则以T9最高,T3最低,T9,T14与T3,T6,T12之间差异有统计学意义(p<0.05),T3与T2,T9,T14之间差异有统计学意义(p<0.05),其余处理间差异无统计学意义.

2.2 玄参N,P,K肥肥效反应方程的建立

2.2.1 指标成分质量分数模型的建立

根据试验结果,求得在重庆南川基地玄参的N,P,K肥肥效反应方程分别为

方差分析结果显示,式(1)中F=4.193>F0.05=0.090; 式(2)中F=2.065>F0.05=0.253,说明以上肥效方程与实际情况拟合性较好,反映了玄参水热浸出物质量分数、哈巴苷和哈巴俄苷总量与氮、磷、钾3因子的相关关系,对玄参的合理施肥具有一定的指导意义.由主效应系数得出N,P,K肥对玄参水热浸出物、哈巴苷和哈巴俄苷总量的影响由大到小分别为P>K>N,N>P>K.

2.2.2 单因素肥料对指标成分质量分数的影响

选用处理T2,T3,T6,T11求得在P2K2为基础的氮肥效应方程为

(3)

(4)

选用处理T4,T5,T6,T7求得在N2K2为基础的磷肥效应方程为

(5)

(6)

选用处理T6,T8,T9,T10求得在N2P2为基础的钾肥效应方程为

(7)

(8)

根据式(3),(5),(7)可以看出,N,P,K肥对玄参水热浸出物质量分数的影响曲线是一条开口向下的抛物线,说明在一定范围内,随着N,P,K肥施用量的增加,玄参水热浸出物质量分数增加,但过量施用则会呈下降趋势,因此,可以找出促进玄参水热浸出物质量分数增加的肥料施用量.

根据式(4),(6),(8)可以看出,N,K肥对玄参哈巴苷与哈巴俄苷总量的影响呈负效应; 在一定范围内,随P肥施用量的增加,玄参哈巴苷与哈巴俄苷总量增加,但过量施用P肥,则会呈下降趋势.

2.2.3 两两交互效应分析

选用处理T2-T7,T11,T12求得在K2为基础的氮、磷肥效应方程为

(9)

(10)

选用处理T4-T10,T14求得在N2为基础的磷、钾肥效应方程为

(11)

(12)

选用处理T2,T3,T6,T8-T11,T13求得在P2为基础的氮、钾肥效应方程为

(13)

(14)

根据式(9),(11),(13)可以看出,N,P交互,P,K交互,N,K交互作用的系数均为负值,说明在本试验条件下,N,P,K肥两两交互对玄参水热浸出物表现为拮抗的负交互作用.根据式(10),(12),(14)可知,N,P交互,P,K交互对哈巴苷与哈巴俄苷总量表现为协同的正交互作用,N,K交互表现为拮抗的负交互作用.

2.3 隶属函数分析

对玄参各指标成分质量分数进行隶属函数分析,可以综合评价不同施肥组合下的玄参质量.

从表3可知,本试验中,玄参的指标成分隶属函数均值由大到小依次为T9=T14>T5>T2>T4>T10>T1>T7=T8>T12=T13>T11>T6=T3.不施肥处理T1排在中间位置,说明氮磷钾配方比例对玄参质量的影响较大,存在较为明显的浓度效应,适宜的氮磷钾配方施肥对玄参质量提升有促进作用.根据隶属函数值排列靠前的施肥处理来看,氮肥中等施肥水平配比低/中等磷肥、低钾肥对玄参指标成分积累具有积极作用,此评价体系中以T9(N2P2K1),T14(N2P1K1)效果最佳.

表3 氮磷钾配方施肥的玄参指标成分质量分数隶属函数分析

3 讨论

肥料是保障作物产量与品质的重要因素,合理施肥是中药材规范化栽培中的重要农艺措施[10],不仅能促进植物生长发育,提高药材产量,亦能改善药材品质,对中药材质量保障及其土壤环境的保护均具有重要意义[16-17].已有研究表明,适量的氮磷钾配施能提高天麻、枸杞、旋覆花等药材的产量和药用成分[18-21].本试验结果表明,氮磷钾配施对药材浸出物质量分数的积累具有一定的影响,与其他中药材品种的文献报道[22-24]结果相似.通过氮磷钾3因素的肥料配比试验发现,氮磷钾肥对玄参指标成分质量分数表现出不同的影响作用,对水热浸出物的影响由大到小为P>K>N; 随N,P,K肥施用量的增加呈先上升后下降趋势,并且两两交互表现为拮抗作用.而对哈巴苷和哈巴俄苷总量的影响由大到小为N>P>K,适量P肥具有促进作用,两两交互N和P,P和K表现为协同作用,N和K表现为拮抗作用.由此更凸显了施肥配比对玄参质量影响的重要性,因而必须寻求适地、适宜的玄参氮磷钾配方施肥比例.

综合本试验研究结果发现,不同肥料配比中,N2P2K1,N2P1K1中低等配比的玄参水热浸出物、哈巴苷与哈巴俄苷的总量最高,表明玄参并非耐高肥力的药用植物,这与施肥对玄参产量的影响结果类似[13],玄参对N,K肥的耐受力较差,随二者施用量的增加,玄参产量均降低; 以中、低等配方肥为最优配方[14].而另有研究表明,在施足氮、钾肥的基础上增施磷肥对玄参有较好的增产效果[15].本研究与前人研究结果存在差异,这可能是因为: ①玄参质量与栽培地土壤类型及当地气候条件等相关,导致不同地区的研究结果不同; ②与施肥水平、配比、肥料种类及施肥方式有关.本试验为保障施肥效果而采用窝施的方式,保证重复小区每窝的肥料配比与施用量; ③N,P,K不同肥料肥效的发挥受环境条件的影响很大,如土壤肥力状况、气候条件等均相关.针对不同区域土壤理化指标、气候条件以及玄参需肥规律进行长期定位试验,找出适宜当地条件的最佳施肥配比、施肥量、施肥时期与施肥方式.玄参的有效成分质量分数、植物营养、供试土壤养分肥力与N,P,K肥之间的关系极为复杂,有待进一步深入探讨.

4 结论

通过研究,得出以下结论:

①N,P,K肥对玄参指标成分具有不同的影响作用,对水热浸出物和哈巴苷、哈巴俄苷二者总量的影响由大到小分别表现为P>K>N,N>P>K.

②在一定范围内,随着N,P,K肥施用量的增加,玄参水热浸出物质量分数增加,但过量施用则呈下降趋势.N,K肥对玄参哈巴苷与哈巴俄苷总量的影响呈负效应,在一定范围内随P肥施用量的增加而增加,过量施用则下降.

③N,P,K肥两两交互对玄参水热浸出物表现为拮抗的负交互作用,N和P,P和K对哈巴苷与哈巴俄苷总量表现为协同的正交互作用,N和K为拮抗的负交互作用.

④在本试验范围内,14种不同N,P,K肥配比处理对玄参指标成分质量分数的影响中,以N2P2K1,N2P1K1中、低等配比的综合效果最佳.

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