氮磷鉀配施對燈盞花產量和品質的影響及肥料效應

魯澤剛 盧迎春 張廣輝 龍光強,,? 楊生超

(1云南農業大學資源與環境學院,云南 昆明 650201；2云南農業大學西南中藥材種質創新與利用國家地方聯合工程研究中心,云南昆明 650201)

燈盞花[Erigeron breviscapus(Vant.)Hand-Mazz]學名短葶飛蓬,是常用中草藥之一,主要藥用成分為黃酮類、咖啡酸酯等次生代謝物。燈盞花類藥品是治療心腦血管疾病的必備急救藥品,在臨床上的應用效果顯著。目前,燈盞花的市場需求量正在不斷攀升。研究表明,施肥是增加谷物、藥用植物等[1-2]產量的有效措施,且可調控藥用植物次生代謝產物積累,從而影響活性成分含量及收獲量[3]。近年來,藥農盲目施用氮磷(NP)肥,少施或不施鉀(K)肥的現象比較普遍,導致肥料利用率降低,燈盞花產量提高受限,嚴重制約了燈盞花的產業化發展。

“3414”試驗設計是國內外應用較為廣泛的肥料效應田間試驗方案,該方案設計既具有回歸最優設計處理少、效率高等優點,又符合肥料試驗和施肥決策的專業要求,近年來已逐步應用于藥用植物生產中。如吳春等[4]對14 個不同配方處理的秦艽樣品的11 個指標進行綜合評價,優化了秦艽標準化生產過程的氮磷鉀(NPK)肥施用量。此外,“3414”施肥方案已被證實在金盞花[5]、丹參[6-8]、甘草[9-10]等作物中也發揮了較好的作用,為上述作物生產推薦了在試驗產區適宜氮磷鉀(NPK)施用量及施用配比。目前,前人對燈盞花的相關研究主要集中在化學成分分析[11-15]、遺傳多樣性[16]、工藝提取[17]等方面,而關于氮磷鉀(NPK)肥配施對燈盞花產量和品質影響及肥料效應方面的研究尚鮮見報道。蘇文華等[18-19]報道了氮(N)素和鉀(K)素對燈盞花生長和次生代謝產物積累的影響；蘇文華等[20]和王初華等[21]均應用L9(34) 正交設計對燈盞花氮磷鉀(NPK)肥進行了研究,但由于前者采用盆栽試驗,而后者在試驗設計中設置最高施肥水平施肥量低于實際生產中的施肥量,導致二者的試驗結果對指導燈盞花施肥實踐的作用均有限,且缺乏對燈盞花氮磷鉀(NPK)肥交互作用的研究。因此,本研究通過“3414”試驗探究不同氮磷鉀(NPK)配比對燈盞花產量和品質的影響及肥料效應,旨在為燈盞花規范化種植技術提供科學合理的施肥配方。

1 材料與方法

1.1 供試品種及試驗地概況

試驗在云南省瀘西縣中樞鎮紅河千山生物工程有限公司燈盞花GAP 基地進行,試驗區海拔1 850 m,年平均氣溫15℃,年降水量1 200 mm。

供試品種：燈盞花千山1 號,購自云南省瀘西縣中樞鎮紅河千山生物工程有限公司。于6月15日播種,11月收獲。土壤為典型紅壤,基本理化性質為土壤pH 值6.9、全氮2.1 g·kg-1、有機質31 g·kg-1、速效磷8.4 mg·kg-1、速效鉀21.3 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

采用二次回歸“3414”肥料試驗設計方案,設計氮、磷、鉀三因素四水平,共14 個處理的田間隨機區組小區試驗,各處理均設3 次重復,不同施肥水平施肥量如表1 所示。每個試驗小區面積為11.2 m2(1.6 m×7.0 m),小區間過道0.4 m,區組間過道0.4 m 寬。

供試氮、磷、鉀肥料分別為尿素(N 46.4%)、普鈣(P2O517%)、硫酸鉀(K2O 52%)。N 肥分基肥(30%)和3 次追肥(20%、30%、20%)施用,P 肥全部用做基肥,K 肥分基肥(60%)和1 次追肥(40%)施用。8月19日第1 次追施尿素,9月2日和9月15日分別追施第2 次、第3 次,硫酸鉀在第2 次追施尿素時一起施用。所有處理均施用養分含量小于5%有機肥1 199.4 kg·hm-2作底肥,其他灌溉、雜草防除、病蟲害防治等管理措施按GAP 操作規程進行。

表1 不同施肥水平施肥量Table 1 Application amounts under different fertilization levels /(kg·hm-2)

1.3 樣品采集與指標測定

于采收期分別稱取每個小區全部燈盞花地上部鮮重,抽取10 株燈盞花植株樣105℃殺青30 min,75℃烘干稱重計算含水量,然后計算小區產量(kg)和單位面積產量(kg·hm-2)。每小區采集10 株地上部植株作為該小區植株樣,測定野黃芩苷、總黃酮和總咖啡酸酯含量,并計算提取物單位面積收獲量。稱取燈盞花樣品粉末0.500 0 g,加入50 mL 70% CH3OH,稱重,靜置30 min,超聲提取30 min,用70%CH3OH 補充減少重量,搖勻,0.45 μm 微孔濾膜過濾,即得野黃芩苷供試品溶液,采用高效液相色譜(high performance liquid chromatography,HPLC)法[22]測定；總黃酮采用分光光度法[23]測定,稱取燈盞花粉末0.500 0 g 于25 mL 容量瓶中,加入20 mL 60% C2H5OH,60℃超聲提取30 min,定容,過濾,用移液槍吸取1 mL 濾液用30%C2H5OH 定容至25 mL 容量瓶中,在510 nm 波長下測定吸光度值；總咖啡酸酯含量按照參照文獻[24]的方法進行測定,稱取燈盞花粉末1.000 g 于含有50 mL 0.1%NaHCO3溶液的容量瓶中,超聲提取5 min,冷卻過濾,用移液槍吸取1 mL 濾液定容至100 mL,利用紫外可見分光光度計(上海元析儀器有限公司)在305 nm 波長處測定總咖啡酸酯含量。

1.4 數據處理

肥料成本按照N 5.0 元·kg-1、P2O53.5 元·kg-1、K2O 7.0 元·kg-1,燈盞花干重40.0 元·kg-1計算。

采用Microsoft Excel 2013 進行數據統計和作圖,SPSS 22.0 進行Duncan’s 單因素方差分析,并在0.05水平上進行顯著性檢驗,測土配方施肥“3414”試驗分析軟件(揚州市土肥站,江蘇)進行肥料效應函數擬合。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對燈盞花產量和品質的影響

由表2 可知,與不施肥處理(N0P0K0)相比,施肥處理的燈盞花產量均顯著增加,燈盞花增產4 732.2 ～10 148.8 kg·hm-2,增產率為96.4%～206.7%；其中,N2P3K2 處理的產量最高,顯著高于不施肥處理(N0P0K0)、 不 施 氮 處 理(N0P2K2), 增 產 率 為206.7%,其次是N3P2K2、N2P2K2 處理。缺肥區燈盞花產量依次表現為缺K 處理(N2P2K0)＞缺P 處理(N2P0K2)＞缺N 處理(N0P2K2)。

不施N 處理(N0P2K2)的燈盞花野黃芩苷、總黃酮和總咖啡酸酯含量均顯著高于其他施肥處理(除N1P2K1 的總咖啡酸酯含量),分別為3.28%、7.21%、6.10%,而不施肥處理(N0P0K0)的野黃芩苷、總黃酮、總咖啡酸酯含量均低于N0P2K2,但無顯著差異。在N2K2 和N2P2 水平下,P 肥、K 肥各處理間燈盞花的野黃芩苷、總黃酮、總咖啡酸酯含量均無顯著差異。

表2 不同氮磷鉀處理對燈盞花產量和品質影響Table 2 Effect of different N, P and K treatments on Erigeron breviscapus yields and quality

2.2 不同施肥處理對燈盞花主要提取成分收獲量的影響

由表3 可知,施肥處理的燈盞花單位面積野黃芩苷、總黃酮、總咖啡酸酯收獲量均顯著高于不施肥處理(N0P0K0),但施肥處理間均無顯著差異。N2P2K2、N0P2K2、N2P3K2 處理下的單位面積野黃芩苷收獲量均較高；N2P3K2、N2P2K2、N2P2K3 處理下的單位面積總黃酮和總咖啡酸酯收獲量均較高。缺肥區野黃芩苷收獲量依次表現為缺N 處理(N0P2K2)＞缺P 處理(N2P0K2)＞缺K 處理(N2P2K0),即缺肥區野黃芩苷收獲量表現為PK＞NK＞NP,同理可知,缺肥區總黃酮和總咖啡酸酯收獲量分別依次表現為PK＞NK＞NP、PK＞NP＞NK。

2.3 氮磷鉀肥的互作效應

將N、P、K 任一肥料施用量固定在中水平,計算出兩個因素各水平兩兩組合的平均值,得到雙因素對燈盞花產量互作效應二元柱狀圖[25]。由圖1-A 可知,無論P 肥用量在低水平還是高水平,燈盞花產量均隨著施N 量的增加而增加,且高P 水平下的增產幅度大于低P 水平；同樣,無論N 肥用量在低水平還是高水平,燈盞花產量均隨著施P 量的增加而升高,高N 水平下的增產幅度大于低N 水平。說明NP 互作為正效應,二者可互補增加產量。

在施肥量適宜的情況下,NK 間的互作為正效應(圖1-B)。施K 量在低水平或高水平時,產量隨施N量的增加而增加,高K 水平下的增產幅度大于低K 水平；在低N 水平或高N 水平時,產量均隨施K 量的增加先大幅增加后降低的趨勢,且高N 水平下的增產幅度大于低N 水平,且施K 量為中水平時,燈盞花產量較高。

表3 不同氮磷鉀處理對燈盞花主要提取成分收獲量的影響Table 3 Effect of different N, P and K treatments on outputs of main extraction composition in Erigeron breviscapus /(kg·hm-2)

圖1 氮磷、氮鉀和磷鉀的交互作用對燈盞花產量的影響Fig.1 Effect of interaction between N and P, N and K, P and K on yield of Erigeron breviscapus

由圖1-C 可知,無論是高K 水平還是低K 水平,產量均隨著施P 量的增加而增加,當施K 量為中水平時,燈盞花產量較高；無論是高P 水平還是低P 水平,產量均隨著施K 量的增加呈先增加后降低的趨勢,且高P 水平下的增產幅度大于低P 水平。說明施用量在適宜的情況下,PK 間的互作為正效應,同時也表明中水平的K 肥可以滿足燈盞花生長的需求。

2.4 氮磷鉀肥施用量與燈盞花產量、主要提取物收獲量的回歸分析

對NPK 三因素進行產量及收獲量的三元二次數學模型回歸統計分析(表4)。通過回歸方程解析得到最高產量(15 216.4 kg ·hm-2)的施肥量為N 145.7 kg·hm-2、P2O5133.8 kg·hm-2、K2O 116.7 kg·hm-2；經濟最佳產量(13 807.2 kg·hm-2)的施肥量為N 151.4 kg·hm-2、P2O5120.7 kg·hm-2、K2O 71.0 kg·hm-2,由主效應系數可知,NPK 肥對產量的影響依次表現為N＞K＞P。

由三元二次方程解析得到最高單位面積野黃芩苷收獲量的施肥量為N 120.0 kg·hm-2、P2O592.1 kg·hm-2、K2O 113.6 kg·hm-2；最高單位面積總黃酮收獲量的施肥量為N 119.5 kg·hm-2、P2O569.1 kg·hm-2、K2O 101.4 kg·hm-2；經肥料效應函數擬合的單位面積總咖啡酸酯收獲量的回歸方程,F 值小于F0.05,擬合效應未達到顯著水平。由主效應系數得出NPK 肥對單位面積野黃芩苷、總黃酮收獲量的影響分別表現為K＞P＞N、N＞K＞P。

表4 燈盞花產量、主要提取物收獲量的擬合方程Table 4 Fitting equations on Erigeron breviscapus yields and outputs of main extraction composition

3 討論

合理施肥是提高中藥材產量和品質的重要農藝措施。本研究中,施用不同配比的NPK 肥,燈盞花產量顯著高于不施肥處理(N0P0K0),其中以N2P3K2 處理(N 103.5 kg·hm-2、P2O5126 kg·hm-2、K2O 112.5 kg·hm-2)產量較高,較不施肥增產206.7%,對產量的影響依次表現為N＞K＞P,說明施N 肥對燈盞花產量的提高起著重要作用,但合理的NPK 配施是提高燈盞花產量的重要保障。這與前人研究[21,26]結果不同。其原因可能是,本研究提高了NPK 施肥水平,還與肥料種類、土壤肥力狀況、中藥材種類不同有關。

燈盞花主要提取成分含量是衡量藥材品質的重要指標。不施N 處理(N0P2K2)下燈盞花中野黃芩苷、總黃酮、總咖啡酸酯含量總體上均顯著高于施N 處理,而其他施肥處理間無顯著差異,表明不施N 肥的情況下,施用中等水平的P 肥和K 肥可以提高燈盞花品質,這與蘇文華等[20]和宋毓雪等[27]的研究結果相似,但與王初華等[21]的研究結果不同,這可能是肥料種類、施肥時間、施肥方式及施肥量不同導致的。

本研究中,對燈盞花產量而言,NP 肥間的交互效應表現為正效應,即高N 高P 有利于增產；在施肥量適宜的情況下,NK 肥間及PK 肥間的互作均為正效應,即中K 高N 和中K 高P 均有利于增產,表明中水平的K 肥已能滿足燈盞花生長的需求。這與崔曉星等[28]對半夏的研究結果相似。本研究還發現NP 肥間的交互作用較大,PK 肥間的交互作用較小,這與王峰等[29]對玉米的研究結果一致。

在實際生產中,除關注燈盞花的品質外,還應注重提取物收獲量。本研究中,燈盞花的野黃芩苷、總黃酮、總咖啡酸酯收獲量分別在N2P2K2、N2P2K3、N2P3K2 處理下較高,但施肥處理間差異未達到顯著水平(P＞0.05)。原因在于,在進行中藥材的田間小區試驗時,其品種一致性、栽培種植管理精細化程度均無法與玉米、水稻等農作物相比,可能在一定程度上造成了相同處理的各重復間在產量和含量上的一致性較差,標準差較高。本研究中,相關田間管理是保證與生產實際一致的基礎上實施的,對研究結果的數理統計有一定影響,對生產實踐的指導性更強,但同時也暗示中藥材種植生產中品種和栽培管理的粗放問題可能會帶來品質穩定性的風險。綜合產量與主要提取成分收獲量指標,N2P3K2 處理在14 個處理中對產量和主要提取成分收獲量的增加效果較好。對產量和3 種主要提取物收獲量的14 個處理進行三元二次方程擬合,由方程解析得施肥量為N 145.7 kg·hm-2、P2O5133.8 kg·hm-2、K2O 116.7 kg·hm-2時可獲得最高產量(15 216.4 kg · hm-2),經濟最佳產量(13 807.2 kg·hm-2)的施肥量為N 151.4 kg·hm-2、P2O5120.7 kg·hm-2、K2O 71.0 kg·hm-2,同理可得最高單位面積野黃芩苷收獲量的施肥量為N 120.0 kg·hm-2、P2O592.1 kg·hm-2、K2O 113.6 kg·hm-2,NPK 肥對其影響表現依次為K＞P ＞N,這與蘇文華等[20]的研究結果一致；獲得最高單位面積總黃酮收獲量的施肥量為N 119.5 kg·hm-2、P2O569.1 kg·hm-2、K2O 101.4 kg·hm-2,NPK 肥的影響表現依次為N＞K＞P。由于施N 肥會顯著抑制野黃芩苷含量,要獲得最高單位面積野黃芩苷收獲量應在施用獲得最高產量施肥量的基礎上適當地控制施N 量,同時也可獲得較高的單位面積總黃酮收獲量。因此,在燈盞花的栽培中,根據實際生產的需求,合理配施N、P、K 肥是高產優質的重要保證。

4 結論

本研究結果表明,施用不同配比的NPK 肥可提高燈盞花產量,在N2P3K2(N 103.5 kg·hm-2、P2O5126.0 kg·hm-2、K2O 112.5 kg·hm-2)處理時產量較高,達到15 059.5 kg·hm-2。施用中等水平的P 肥和K 肥,減少N 肥施用,可提高燈盞花品質,說明品質和燈盞花主要提取成分收獲量同等重要。根據三元二次肥料效應函數,當施肥配比N ∶P2O5∶K2O 為2.1 ∶1.7 ∶1.0,施肥量N 151.4 kg·hm-2、P2O5120.7 kg·hm-2、K2O 71.0 kg·hm-2時經濟效益最佳,可獲得產量13 807.2 kg·hm-2。而獲得最高的單位面積野黃芩苷收獲 量, 推 薦 施 N 120.0 kg · hm-2、 P2O592.1 kg·hm-2、K2O 113.6 kg·hm-2,施肥配比N ∶P2O5∶K2O 為1.3 ∶1.0 ∶1.2。