氮磷钾配施对玛咖产量和品质的影响及肥料效应

李 浩 徐 瑞 施辉能 刘春兰 龙光强 田 洋 范 伟

(1云南农业大学资源与环境学院，云南 昆明 650201；2云南农业大学食品科学技术学院，云南 昆明 650201；3 云南农业大学西南中药材种质创新与利用国家地方联合工程研究中心/云南省药用植物生物学重点实验室，云南 昆明 650201)

玛咖(Lepidium meyeniiWalp.)是十字花科独行菜属一年至二年生草本植物[1]，原产于秘鲁安第斯山脉中部4 000～4 500 m 的“Puna”农业生态区，在当地有“秘鲁人参”和“南美人参”的美誉[2]。玛咖地下膨大的贮藏根富含玛咖酰胺类化合物和玛咖烯等活性成分[3]，在强精力、抗疲劳、改善性功能和治疗女性更年期综合症方面具有显著的功效[4－5]。自2002年引入我国后，经不同区域的驯化栽培和多年的比较试验后发现，云南丽江和会泽高海拔地区被认为是中国最适宜玛咖种植的产区[6－9]。2011年玛咖被我国批准为新资源食品后，开始在上述两大区域大面积种植。然而，生产上长期缺乏优质的种源、规范的种植模式和合理的施肥指导，导致玛咖产量和质量不稳定，产品功效难以保障。

“3414”试验能够依据土壤肥力、作物需肥规律和肥料效应函数，确定合理的氮磷钾施用量[10－11]。目前，基于“3414”的配方施肥试验在三七[12]、桔梗[13]、灯盏花[14]、枸杞[15]和川贝母[16]等大宗药材的种植生产中得到广泛研究和推荐。然而，玛咖现有的施肥仍主要依靠经验或参照发育特征类似的农作物或中药材，盲目性和随意性较大。仅有的玛咖施肥研究更多关注于单一肥料的施用或复合肥增施农家肥对玛咖产量的影响[17－21]，缺乏对氮磷钾三因素综合肥力考量的研究。为此，本研究采用“3414”试验方案，将肥料、产量、品质三因素结合，旨在通过对单位面积的精确计算和针对性结果分析，明确氮磷钾肥配施对玛咖的产量和品质的影响，提出氮磷钾的合理施用量，为科学合理指导玛咖施肥提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试品种为乌蒙黑玛咖(Lepidium meyeniiwumemghei)，良种编号:云R-SV-LM－045－2017。

1.2 试验地概况

试验地设在曲靖市会泽县大海乡(103°23′E，26°29′N)，海拔3 237.70 m，该地土壤类型为亚高山草甸土，前茬作物为马铃薯。在试验进行前，取0～20 cm的土壤测定其化学性质，结果如表1 所示。

表1 大田土壤理化性质Table 1 Physical and chemical properties of field soil

1.3 试验设计

采用“3414”肥效试验设计，基于N、P、K 3 个因素，设置4 个施肥水平，共14 个处理的复因素试验方案。每小区6 m×4 m，包括3 条畦(1.8 m×4 m)，两条沟(0.3 m×4 m)，沟深25 cm，株行距均25 cm。4 个施肥水平中的0 水平指不施肥，2 水平指当地推荐施肥量(纯N＝120 kg·hm－2、纯P2O5＝90 kg·hm－2、 纯K2O＝120 kg·hm－2)，1 水平＝2 水平×0.5，3 水平＝2 水平×1.5，详见表2。氮磷钾肥均采用常用的尿素(纯N≥46%)、过磷酸钙(P2O5≥16%)、硫酸钾(K2O≥50%)。全部P、K 肥和40%N 肥基施，在移栽后第1 和第2 个月分别追施30%N 肥。采用人工移栽，每穴定植1 苗，定植深度3～5 cm，每小区定植336 株，整平做畦并覆盖黑色反光防虫地膜。

表2 氮磷钾配施处理及施肥量Table 2 Combined application of nitrogen，phosphorus and potassium and fertilization amount /(kg·hm－2)

1.4 测定项目与方法

1.4.1 植株生长指标 在采收前分小区取6 株玛咖测定其株高、冠幅、叶片数、主根粗、主根长以及地上部和地下部的干重鲜重。

1.4.2 玛咖活性成分指标

1.4.2.1 玛咖烯和玛咖酰胺类化合物测定 称取0.5 g 玛咖地下部干样(粉碎，过40 目筛)至50 mL 离心管中，添加25 mL 石油醚(沸程60～90℃)。然后将样品置于XUB5 超声波清洗机(广州虹科电子)中提取30 min，再以8 000 r·min－1离心10 min，取上清液于250 mL 锥形瓶中。然后对离心管中的残留样品重复上述步骤，并将上清液添加到锥形瓶中，过滤上清液，将滤液倒入圆底烧瓶，经旋转蒸干(50℃以下)后，圆底烧瓶内残留的固体物即为含有杂质的目的提取物，加甲醇溶解目的提取物，将溶后的目的提取物倒入10 mL 容量瓶中定容，放入4℃冰箱备用。每个样品重复2 次。

玛咖酰胺标准曲线制作:取玛咖酰胺对照品间甲氧基－苄基－亚麻酰胺和间甲氧基－苄基－亚油酰胺各4 mg，玛咖酰胺对照品苄基－亚麻酰胺、苄基－亚油酰胺和苄基－十六烷酰胺各10 mg，使用乙腈溶解并定容于100 mL 容量瓶中，为5 种玛咖酰胺混标的标准使用液。分别取标准使用液0.1、0.2、0.4、0.6、0.8 和1.0 mL，加0.9、0.8、0.6、0.4、0.2 和0 mL 乙腈配置成标准系列各浓度用于液相检测。进样量为10 μL。

玛咖烯标准曲线制作:用80%的色谱级乙腈配置1 mL 咖玛咖烯标准溶液，稀释至0.2、0.4、0.6、0.8、1、2、3 μg·mL－1，绘制标准曲线。

高效液相色谱( high performance liquid chromatography，HPLC)检测:(1)玛咖酰胺HPLC 检测条件:色谱柱为ZORBAX Eclipse Plus C8 柱(5 μm，4.6 mm×250 mm)；检测波长210 nm，流速0.6 mL·min－1，进样量20 μL，等梯度洗脱:90%乙腈；(2)玛咖烯HPLC 检测条件:色谱柱为ZORBAX Eclipse Plus C8 柱(5 μm，4.6 mm × 250 mm)；检测波长275 nm，流速0.6 mL·min－1，进样量20 μL，流动相:90%乙腈。

1.4.2.2 玛咖芥子油苷类化合物检测 准确称取1.00 g 玛咖地下部干样(粉碎，过40 目筛)至10 mL离心管中，于75℃条件下水浴保温5 min 灭酶活，加入8 mL 70%甲醇提取液水浴(75℃)12 min，每隔2 min充分振荡1 次，8 000 r·min－1离心10 min，转移上清液至25 mL 容量瓶中。残渣再提取2 次，离心合并上清液，将提取液定容至25 mL，保存于4℃冰箱备用。取5 mL 样品溶液于干燥洁净的25 mL 试剂瓶中，加15 mL 0.02 mol·L－1乙酸钠缓冲液，加1 mL 每毫升活性单位不低于10 的硫酸酯酶，试剂瓶盖上盖子后于37℃恒温培养箱中保温16 h 以上至酶解完全。将酶解液转移至25 mL 容量瓶定容，用0.22 μm 微孔滤膜过滤，用于高效液相色谱分析。

丙烯基芥子油苷标准品配制:精密称取4 mg 丙烯基芥子油苷标准品，溶解于1 mL 水中。重复上述操作步骤，将过滤后的标品溶液分别取1.0、0.8、0.6、0.4、0.2、0 mL，并用水补充至1 mL，用于HPLC 检测，并绘制标准曲线。

液相色谱－质谱联用分析:色谱柱为Eclipse XDBC18(5 μm，4.6 mm×250 mm，美国Agilent)，流动相流速1 mL·min－1，柱温30℃，进样20 μL，紫外检测器检测波长229 nm，流动相为水和乙腈体系，梯度洗脱:0～1 min 为100%水，1～20 min 水梯度变化100%～80%，20～25 min 水梯度变化80%～100%。

1.4.2.3 灰分检测 将石英坩埚放入高温炉中，并在550±25℃条件下烘烤30 min，冷却至约200℃，取出，放入干燥器中30 min，然后称重。称取5.000 g 玛咖样品，均匀地分布在坩埚中。首先在电热板上加热小火，以确保样品不会完全冒烟，然后将其放入烤箱中，并在550±25℃条件下燃烧4 h。冷却至200℃，取出并放入干燥器中冷却30 min，然后称重。根据公式计算灰分含量:

式中:X 为灰分含量，g·100g－1；m1为坩埚和灰分的质量，g；m2为坩埚的质量，g；m3为坩埚和试样的质量，g；100 为单位换算系数。

1.4.3 产量 收获后测单株产量和小区产量，为了排除边际效应干扰，取样取中间的畦，每小区取6 株。记录数据并作肥料效应三元二次方程回归分析，得出最高产量的施肥量和经济最佳的施肥量。并根据公式计算各指标:

1.5 数据分析

利用Excel 2010 进行数据整理和作图，运用SPSS统计软件进行单因素方差分析。采用测土配方施肥“3414”试验分析器分析，分析确定玛咖最高产量和经济最佳产量以及结合品质要求的氮磷钾施用量。

2 结果与分析

2.1 氮磷钾配施对玛咖植株农艺性状的影响

2.1.1 氮磷钾配施对玛咖地上部农艺性状的影响 由表3 可知，与不施肥处理(N0P0K0)相比，施肥总体提高了玛咖株高、冠幅等地上部农艺性状，且部分施肥处理与不施肥处理差异呈显著水平。当P、K 肥施用水平为中等(P2K2)时，与不施N 肥处理(N0P2K2)相比，施N分别增加了玛咖冠幅、地上部鲜重，在N3水平时单株地上部鲜重达到最高，为87.46 g。当N、K 或N、P 施用水平为中等水平(N2K2或N2P2)时，与不施P 肥(N2P0K2)或不施K 肥(N2P2K0)相比，增施P 肥或K 肥能够增加单株地上部鲜重，并分别以P2或K1水平最高，之后增加P 或K 肥单株重量呈下降的趋势。

表3 氮磷钾配施对玛咖地上部农艺性状的影响Table 3 Effects of combined application of nitrogen，phosphorus and potassium on agronomic characteristics of L. meyenii shoots

2.1.2 氮磷钾配施对玛咖地下部农艺性状的影响 由表4 可知，与不施肥(N0P0K0)相比，施肥总体提高了玛咖的主根长、主根粗等地下部农艺性状。当氮钾、氮磷或磷钾肥施用水平为中等水平(N2K2、N2P2和P2K2)时，与各自不施氮肥处理(N0P2K2)、不施磷肥(N2P0K2)或不施钾肥(N2P2K0)相比，其单株鲜重和干重随氮、磷、钾量的增加而增加，至N2P2K2水平达到最高，之后呈下降的趋势。N2P2K2的单株地下部鲜重达到58.84 g，相比N0P2K2、N2P0K2、N2P2K0分别增长14.14%、31.95%、79.44%。

表4 氮磷钾配施对玛咖地下部农艺性状的影响Table 4 Effects of combined application of nitrogen，phosphorus and potassium on agronomic characteristics of L. meyenii roots

2.2 氮磷钾配施对玛咖产量的影响

由表5 可知，空白试验小区玛咖相对产量为38.23%，缺氮玛咖的相对产量为68.14%，缺磷试验小区玛咖的相对产量为77.94%，缺钾试验小区玛咖的相对产量为70.59%，表现为空白区产量<缺氮区产量<缺钾区产量<缺磷区产量。表明该试验地土壤肥力较高，尤其是速效磷和速效钾。玛咖对氮的依赖性相对较磷和钾肥强，缺氮区施肥依存度为31.86%，说明氮肥对玛咖产量起着重要的作用。氮磷钾配施时，全肥区施肥依存度为61.77%，说明氮磷钾三者配合施用能使产量达到最佳。

表5 氮磷钾配施处理下玛咖产量和产值Table 5 Effects of combined application of nitrogen，phosphorus and potassium on yield and output value of L. meyenii

玛咖产量最低的处理水平为N0P0K0，鲜产3 625.44 kg·hm－2；最高为N2P2K2，鲜产9 481.92 kg·hm－2，相比缺氮区(N0P2K2)、缺磷区(N2P0K2)、缺钾区(N2P2K0)和空白区(N0P0K0)分别增产46.76%、28.30%、41.67%和161.54%。

2.3 氮磷钾配施对玛咖品质的影响

2.3.1 氮磷钾配施对玛咖酰胺含量的影响 由图1可知，与空白处理A1(N0P0K0)对比，除A13(N1P2K1)外其余各处理玛咖酰胺类化合物含量均显著增加。在A10(N2P2K3)施肥水平下玛咖酰胺类化合物含量最高，为270.63 mg·100g－1，相比A1(N0P0K0) 增长524.58%；其次为A6(N2P2K2)，玛咖酰胺类化合物含量 为181.15 mg·100g－1，相比A1(N0P0K0) 增长318.07%。

在磷钾肥为中等水平下玛咖酰胺类化合物含量随增施氮肥呈上升的趋势，在A6(N2P2K2)施肥水平达到最高，之后呈下降的趋势，下降率为92.38%；在氮钾肥为中等水平下玛咖酰胺类化合物含量随增施磷肥呈上升的趋势，在A6(N2P2K2)施肥水平达到最高，之后呈下降的趋势，下降率为79.30%；在氮磷肥为中等水平下玛咖酰胺类化合物含量随增施钾肥呈上升的趋势，在A10(N2P2K3)施肥水平达到最高，为270.63 mg·100g－1。随着钾肥施用的增加玛咖酰胺类化合物含量也随之增加，表明钾肥的施用有助于玛咖酰胺类化合物含量的积累。

2.3.2 氮磷钾配施对玛咖烯含量的影响 由图2 可知，与空白处理A1(N0P0K0)相比，各处理玛咖烯含量均显著提高。在P2K2、N2K2或N2P2施肥水平下，玛咖烯含量随着氮、磷或钾肥施用量的增加而增加，至A6(N2P2K2)施肥水平达到最高，之后呈下降的趋势。其中A6(N2P2K2)施肥水平下玛咖烯的含量最高，为7.36 mg·100g－1，相比A1(N0P0K0)增长125.08%；A7(N2P3K2) 施肥水平下玛咖烯的含量仅次于A6(N2P2K2)。

2.3.3 氮磷钾配施对玛咖芥子油苷含量的影响 由图3 可知，与空白A1(N0P0K0)相比，各处理玛咖芥子油苷类化合物含量均显著增加。A6(N2P2K2)的总芥子油苷类化合物含量最高，相比A1(N0P0K0)增长118.58%。从整体上可以看出玛咖芥子油苷类化合物随着施肥量的增加而增加，在A6(N2P2K2)施肥水平下达到最高，之后呈下降的趋势。

2.3.4 氮磷钾配施对玛咖灰分含量的影响 由图4可知，与空白A1(N0P0K0)相比，各处理玛咖灰分含量均显著增加。A6(N2P2K2)玛咖的灰分含量达到最高，为4.38 g·100g－1，相比A1(N0P0K0)增长65.99%，但与A5(N2P1K2)、A7(N2P3K2)、A9(N2P2K1)、A10(N2P2K3)、A11(N3P2K2)之间无显著差异。

图1 氮磷钾配施对玛咖酰胺类化合物含量的影响Fig.1 Effects of combined application of nitrogen，phosphorus and potassium on macaamides content

图2 氮磷钾配施对玛咖烯含量的影响Fig.2 Effects of combined application of nitrogen，phosphorus and potassium on macaene content

图3 氮磷钾配施对玛咖芥子油苷类化合物含量的影响Fig.3 Effects of combined application of nitrogen，phosphorus and potassium on glucosinolates content

在P2K2、N2K2或N2P2施肥水平下，随着氮、磷或钾肥施用量的增加玛咖灰分含量也随之增加，在A6(N2P2K2)达到最高，之后呈下降趋势。

图4 氮磷钾配施对玛咖灰分含量的影响Fig.4 Effects of combined application of nitrogen，phosphorus and potassium on ash content

2.4 氮磷钾肥的互作效应

2.4.1 磷钾肥的施用对氮效率的影响 如图5 所示，当钾肥为K2水平时，在低、中氮水平下随着磷肥施用的增加玛咖产量随之增加，分别增产527.85 kg·hm－2(N1)、 1 719.75 kg·hm－2(N2)，增产率分别为15.49%、18.14%。当磷肥为P2水平时，在低氮水平下玛咖产量随施钾量的增加而降低，减产93 kg·hm－2，减产率为1.21%；在中氮水平下，玛咖产量随施钾量的增加而增加，增产1 998.60 kg·hm－2，增产率为26.71%。因此，在低氮和低磷水平下玛咖的产量低于其他施肥水平，在中磷、中钾和中氮水平下产量最高，在中磷和中钾水平下，有利于氮肥效果的发挥。

图5 磷钾肥施用对氮肥效率的影响Fig.5 Effects of combined application of nitrogen，phosphorus and potassium on nitrogen efficiency

2.4.2 氮钾肥的施用对磷肥效率的影响 如图6 所示，当钾肥施用为K2水平时，玛咖产量在低磷、中磷水平下随之施氮量的增加而增加，分别增产为371.85、1 859.25 kg·hm－2，增产率分别为4.79%、19.61%。当氮肥施用为N2水平时，在低磷水平下玛咖产量随着施钾量的增加而降低，减产371.85 kg·hm－2，减产率为4.57%；在中磷水平下，玛咖产量随着施钾量的增加而增加，增产1 998.60 kg·hm－2，增产率为26.71%。因此，在中氮和中钾水平下，有利于磷肥效果的发挥。

图6 氮钾肥施用对磷肥效率的影响Fig.6 Effects of combined application of nitrogen，phosphorus and potassium on phosphate efficiency

2.4.3 氮磷肥的施用对钾肥效率的影响 如图7 所示，当磷肥施用为P2水平时，玛咖产量在低钾水平时随施氮量的增加而降低，减产232.50 kg·hm－2，减产率为3.10%；在中钾水平下，玛咖产量随施氮量的增加而增加，增产1 859.25 kg·hm－2，增产率为19.61%。当氮肥施用为N2水平时，在低钾水平下玛咖产量随施磷的增加而降低，减产650.70 kg·hm－2，减产率为8.00%；在中钾水平下玛咖产量随施磷的增加而增加，增产1 719.75 kg·hm－2，增产率为22.16%。在中氮、中磷和低钾水平下，玛咖的产量低于其他水平，在中氮、中磷和中钾水平下，玛咖的产量最高，在中氮和中磷水平下有利于钾肥效果的发挥。

图7 氮磷肥施用对钾肥效率的影响Fig.7 Effects of combined application of nitrogen，phosphorus and potassium on potassium efficiency

2.5 三元二次肥料效应函数的配置

采用测土配方施肥3414 施肥分析软件，结合肥料价格和玛咖售价(1.80 元·kg－1N，1.40 元·kg－1P2O5，3.20 元·kg－1K2O，鲜玛咖10 元·kg－1)，建立玛咖产量和氮、磷、钾施肥量之间的三元二次回归分析，结果如表6～7 所示。当最高产量施肥配比N ∶P2O5∶K2O ＝120.71 ∶92.16 ∶144.22 kg·hm－2，产量达到8 577.35 kg·hm－2；当经济最佳产量施肥配比N ∶P2O5∶K2O ＝120.58 ∶91.76 ∶143.35 kg·hm－2，产量达到8 577.29 kg·hm－2。

表6 三元二次肥料效应函数的拟合结果Table 6 Fitting results of ternary quadratic fertilizer effect function

表7 处理回归方程应用结果Table 7 Processing regression equation application results /(kg·hm－2)

3 讨论

玛咖产量取决于地下肉质直根的膨大，而植株的生长状态直接影响肉质直根的膨大和营养成分的积累。本研究发现，与空白试验对比，氮、磷、钾配施对玛咖地上部和地下部的生长有不同程度影响。在相同中等氮钾水平下，随着施磷量的增加地上部和地下部鲜重增加，而施磷量在达到一定程度时，对玛咖产量出现抑制。前人在甘薯[22－24]和油菜[25－27]的研究中也发现，氮磷钾配施可以提高甘薯和油菜的块根粗和主根长。

氮磷钾配施可以有效提高玛咖酰胺类化合物、玛咖烯、芥子油苷类化合物、灰分的有效成分含量。在A6(N2P2K2)施肥水平下，玛咖酰胺类化合物总含量、玛咖烯含量、芥子油苷总含量、灰分含量最高，分别为181.15 mg·100g－1、7.36 mg·100g－1、2.47 g·100g－1、4.38 g·100g－1，说明氮磷钾的均衡配施对玛咖有效成分的积累具有重要作用。在相同中等氮磷水平下，随着施用钾肥的增加玛咖酰胺类化合物含量的也随之增加，其中A10(N2P2K3)施肥水平下，玛咖酰胺类化合物的含量最高，为270.63 mg·100g－1。在A7(N2P3K2)施肥水平下，玛咖烯的含量为7.12 mg·100g－1，且与A6(N2P2K2)相差不大。玛咖酰胺和玛咖烯是脂肪酸衍生物。磷是核酸和核蛋白的组成成分，钾可促进蛋白质的合成，是某些酶或辅酶的活化剂，并且与三磷酸腺苷的活性有关。在植物生长发育过程中，磷钾主要在能量传递体系起介质作用，参与了脂肪酸的合成。高志宏等[28]和赵继献等[29]研究发现，在油菜栽培过程中，增施磷钾肥均可有效提高脂肪酸含量，本研究结果与之一致，适当增施磷肥和钾肥有利于提高玛咖酰胺和玛咖烯的含量。

施肥是保证产量的基础，不同的肥料配比下产量差别较大。本研究发现，肥料种类对玛咖相对产量的影响表现为，空白区产量(38.24%) <缺氮区产量(68.14%) <缺钾区产量(70.59%) <缺磷区产量(77.94%)。玛咖对氮肥的依赖性相对较磷肥和钾肥更强，说明磷肥对玛咖产量发挥着重要的作用。氮磷钾配施时，全肥区施肥依存度高，说明氮磷钾三者配合施用能使玛咖产量达到最佳。

长期以来，对玛咖的研究较多注重施肥对玛咖产量或品质的影响，对产量与品质综合作用的研究较少。本研究将产量与品质相结合，通过三元二次肥料效应函数拟合得出在N2P2K2施肥水平下玛咖产量和品质最好。邵敏等[30]研究显示，玛咖在土壤肥力平衡、田间管理相同的条件下，与施用猪粪、山基土相比，选择羊粪或复合肥作为玛咖的种植肥料，可提高单产，增加经济效益。本试验所用化肥总量仅为当地使用总量的一半，达到了减施和少量多次施用原则，在提高玛咖产质量的同时，也提高了玛咖种植生产过程中的经济效益。本研究为玛咖栽培技术提供了更有力的施肥理论与实践数据支撑。

4 结论

本研究结果表明，随着氮、磷、钾肥不同程度的施用改善了玛咖地上部和地下部农艺性状，N2P2K2的氮磷钾配施效果最好，同时也发现玛咖对氮的依赖性最高。另外，本研究综合探讨了氮磷钾配施对玛咖产、质量的影响，氮磷钾配施能显著提高玛咖的产质量以及促进活性有效成分的积累，并根据三元二次回归方程对玛咖产量计算得出最高产量的施肥配比为N ∶P2O5∶K2O＝120.71 ∶92.16 ∶144.22 kg·hm－2和经济最佳产量的施肥配比为120.58 ∶91.76 ∶143.35 kg·hm－2。但本研究土壤基础肥力具有局限性，建议未来在不同肥力田块进行大面积试验，探索不同肥力土壤的最佳施肥配比。