氮、磷、鉀肥配施對川芎生長及活性成分含量的影響

陳媛媛彭芳陶珊袁燦吳宇施田田肖欣娟張超*

（1成都市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，四川成都 610041；2四川省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物育種栽培研究所，四川成都 610300）

川芎為傘形科藁本屬植物川芎（Ligusticum chuanxiong Hort.）的干燥根莖，味苦、辛，氣濃香，有活血行氣、祛風止痛之效[1]，是我國傳統(tǒng)大宗中藥材，主要含有苯酞類（如藁本內(nèi)酯、洋川芎內(nèi)酯等）、有機酸及酯類（如阿魏酸、阿魏酸松柏酯等）、生物堿類（如川芎嗪等）以及多糖、萜烯及烯醇類化學成分[2]。其中，阿魏酸和藁本內(nèi)酯具有較強的抗氧化活性，可清除氧自由基，抑制血小板聚集，預(yù)防血栓形成，抗血管新生，抗腫瘤，對心腦血管疾病有很好的藥理作用[3-4]。四川為川芎的道地產(chǎn)區(qū)，課題組前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)，四川各川芎主產(chǎn)區(qū)川芎栽培施肥量大、施肥次數(shù)多、養(yǎng)分管理多憑種植經(jīng)驗[5]。因此，有必要開展不同肥料用量對川芎影響的研究，以探索川芎栽培的適宜施肥量。恰當?shù)酿B(yǎng)分比例和用量可提高藥材產(chǎn)量，改善藥材品質(zhì)，減少肥料過度施用造成的環(huán)境破壞。不同形態(tài)氮素均能促進川芎生長，提高川芎產(chǎn)量及阿魏酸、生物堿含量，單施時以尿素效果最好，配施時以75%硝酸鈣+25%碳酸銨最有利于實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)[6]。梁 琴等[7]研究指出，鉀肥和有機肥對川芎產(chǎn)量提高有顯著的促進作用，中高水平的化肥與有機肥配施有利于提高川芎產(chǎn)量。陳春霞[8]研究指出，適宜的氮、磷、鉀肥配施有利于提高川芎產(chǎn)量及品質(zhì)，最佳施用量為純氮 225 kg/hm2、N∶P2O5∶K2O=1.0∶0.4∶0.5～1.0。劉金亮[9]研究表明，最有利于川芎高產(chǎn)的施肥組合為純氮 163.92～232.96 kg/hm2、N∶P2O5∶K2O=1.0∶0.4∶0.8～1.2，最有利于川芎阿魏酸積累的施肥組合為純氮 70 kg/hm2、N∶P2O5∶K2O=1.0∶0.4∶1.0， 最有利于川芎生物堿及揮發(fā)油積累的施肥組合為純氮230 kg/hm2、N∶P2O5∶K2O=1.0∶0.4∶0.5。 春季施氮可顯著提高川芎產(chǎn)量并改善藥材品質(zhì)，以單施尿素效果最好[10]，且施氮宜早不宜晚，以3月6日施尿素53.0 kg/hm2為宜[11]。氮、磷、鉀肥配施對川芎產(chǎn)量和品質(zhì)的影響存在矛盾，雖已有兩位學者對其用量及配比進行了研究，但最適施肥配比存在較大差異，目前尚無統(tǒng)一的結(jié)論，仍需繼續(xù)開展相關(guān)研究。本研究擬通過盆栽試驗探索不同氮、磷、鉀肥配比對川芎生長及活性成分含量的影響，為進一步開展川芎肥效研究，形成合理施肥模式奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

川芎苓種購自四川省中江萬生藥業(yè)有限公司。試驗盆缽為40 cm×30 cm×28 cm（上徑×下徑×高）的塑料盆，每盆裝混合土壤25 kg（22 kg土壤與3 kg河沙混合均勻）。土壤基礎(chǔ)肥力：硝態(tài)氮22.92 mg/kg、速效磷10.38 mg/kg、速效鉀27.02 mg/kg，pH值5.57。

供試肥料：氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為硫酸鉀，均為分析純。

1.2 試驗設(shè)計

采用“3414”試驗設(shè)計，具體如表1所示，每個處理10盆，2017年9月9日栽種于四川省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物育種栽培研究所科研基地。每盆均勻插入苓種10個，澆透水后用稻草覆蓋，花盆下部1/2埋入土中，不定期澆水以保持土壤濕潤。分別于2017年9月30日、10月20日、11月10日及2018年3月6日各施肥1次，每次用量分別占施肥總量的15%、25%、35%和25%。施肥時，將肥料溶于1 L水中緩慢澆灌。

表1 試驗設(shè)計及肥料用量

1.3 測定指標及方法

2018年4月25日取樣，每盆取1株，測定川芎株高及分枝數(shù)，然后分為莖葉、根莖、須根3個部分稱鮮重。將地下根莖切片，40℃烘干，粉碎過0.25 mm篩，用Agilent 1200高效液相色譜儀測定阿魏酸及藁本內(nèi)酯含量。

阿魏酸及藁本內(nèi)酯含量測定參考姚宗齡等[12]的方法稍做修改，色譜條件：色譜柱為Agilent ZorbaxC18（4.0×150 mm，5 μm）； 流動相 A 為 1%磷酸水溶液，流動相B為乙腈；洗脫梯度為0～20 min 10%→27%B，20～21 min 27%→45%B，21～45 min 45%→65%B，45～46 min 65%→10%B，46～55 min 10%B； 檢測波長為321 nm；流速為1 mL/min；柱溫為30℃；進樣量為10 μL。對照品溶液制備：分別精密稱取阿魏酸及藁本內(nèi)酯標準品（購自成都曼斯特生物科技有限公司）1、10 mg，用甲醇溶解定容至 10 mL，各取 1 mL溶液定容至10 mL，即得阿魏酸10 mg/L、藁本內(nèi)酯100 mg/L的混合標準溶液。供試品溶液制備：取川芎粉末0.5 g于具塞錐形瓶中，加70%甲醇50 mL，密塞，稱重；85℃水浴加熱回流0.5 h，冷卻，稱重；用70%甲醇補足失重，搖勻，過0.22 μm濾膜，待測。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010及SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 N、P、K肥對川芎地上部分生長的影響

由表2可知，N、P、K均為2水平時最有利于川芎地上部分生長。在P、K肥用量均為2水平時，處理 3（N1）、處理 6（N2）、處理 11（N3）株高依次降低，分別比處理 2（N0）低 3.14%、4.19%、10.99%；分枝數(shù)分別比處理2高6.88%、56.61%、38.62%；莖葉鮮重分別比處理2高-6.43%、38.75%、7.75%。說明株高隨N肥用量增加逐漸降低，適量N肥有利于莖分枝及莖葉鮮重增長，以N2效果最好。

表2 氮、磷、鉀肥配施對川芎地上部分生長的影響

當 N、K 肥用量均為 2 水平時，處理 5（P1）、處理 6（P2）、處理 7（P3）株高分別比處理 4（P0）高 6.05%、5.48%、-2.02%；莖葉鮮重分別比處理4高2.06%、39.12%、31.05%；處理6分枝數(shù)最多，比處理4多9.23%。說明P肥有利于莖葉鮮重增加，以P2效果最好，且P2有利于莖分枝；P肥有促增高的趨勢，但影響未達顯著水平。

當 N、P 肥用量均為 2 水平時，處理 9（K1）、處理 6（K2）、處理 10（K3）株高分別比處理 8（K0）高1.26%、9.65%、7.85%；分枝數(shù)分別比處理 8高6.57%、49.49%、17.68%；莖葉鮮重分別比處理8高-23.62%、26.06%、13.22%。說明適量K肥可促進川芎地上部分生長，以K2效果最好。

處理6（N2P2K2）分枝數(shù)及莖葉鮮重均最大，分別高于處理 1（N0P0K0）87.34%、71.99%，且株高較處理1高10.17%。因此，適當?shù)腘、P、K肥配施有利于川芎地上部分生長，以N2P2K2處理效果最佳。

2.2 N、P、K肥對川芎地下部分生長的影響

由表3可知，3水平K、2水平N和P最有利于根莖生長，3水平P、2水平N和K最有利于須根生長。 當P、K肥用量為2水平時，處理 3（N1）、處理6（N2）、 處理 11 （N3） 根莖鮮重分別比處理 2 （N0）高18.81%、64.93%、47.89%；須根鮮重分別比處理2高-8.56%、22.74%、18.34%。說明N肥促進川芎根莖生長，作用效果為N2＞N3＞N1；適量N肥有利于須根生長，以N2效果最好。

表3 氮、磷、鉀肥配施對川芎地下部分生長的影響 單位：g

當 N、K 肥用量為 2水平時，處理 5（P1）、處理 6（P2）、處理 7（P3）根莖鮮重分別比處理 4（P0）高-10.53%、18.82%、17.25%，須根鮮重分別比處理4高-12.77%、8.66%、35.06%。說明適量P肥可促進根莖及須根生長，促根莖效果以P2最好、促須根效果以P3最好。

當 N、P肥用量為 2水平時，處理 9（K1）、處理 6（K2）、處理 10（K3）根莖鮮重分別比處理 8（K0）高-6.89%、31.11%、33.56%，須根鮮重分別比處理8高-4.89%、36.41%、26.09%。說明適量K肥有利于川芎根莖及須根生長，促根莖效果以K3最好，促須根效果以K2最好。

處理 10（N2P2K3）和處理 6（N2P2K2）根莖鮮重明顯高于其他處理，分別比處理1（N0P0K0）高73.49%、70.31%；須根鮮重以處理 7（N2P3K2）最大，較處理 1高47.17%；其后依次為處理6（N2P2K2）、處理11（N3P2K2）、處理 10（N2P2K3）和處理 4（N2P0K2）。 因此，適量的N、P、K肥配施有利于川芎地下部分生長。為提高根莖產(chǎn)量，以N2P2K3為宜。

2.3 N、P、K肥對川芎根莖活性成分含量的影響

由表4可知：當P、K肥用量為2水平時，N肥對藁本內(nèi)酯含量的影響不顯著；處理3（N1）、處理6（N2）、處理 11（N3）阿魏酸含量分別比處理 2（N0）低8.26%、16.51%、18.35%，說明阿魏酸含量與N肥用量成負相關(guān)關(guān)系。

表4 氮、磷、鉀肥配施對川芎根莖活性成分含量的影響 單位：（mg·kg-1）

當N、K肥用量為2水平時，P肥對阿魏酸含量的影響不顯著；處理 5（P1）、處理 6（P2）、處理 7（P3）藁本內(nèi)酯含量分別比處理4（P0）高 12.33%、7.11%、9.45%，說明P肥有利于藁本內(nèi)酯積累，以P1效果最好。

當N、P肥用量為2水平時，K肥對藁本內(nèi)酯的影響不顯著；處理 9（K1）、處理 6（K2）、處理 10（K3）阿魏酸含量分別比處理組 8（K0）高 16.67%、8.33%、16.67%，說明K肥有利于阿魏酸積累，K1、K3作用效果優(yōu)于K2。

處理2（N0P2K2）阿魏酸含量最高，較處理1（N0P0K0）高 6.86%；處理 14（N2P1K1）阿魏酸含量與處理1相當；其余處理阿魏酸含量均低于處理1。其中，處理 4（N2P0K2）、處理 8（N2P2K0）、處理 6（N2P2K2）阿魏酸含量分別較處理1低11.76%、17.65%、10.78%，說明2水平用量下N-K、N-P、N-P-K配施均不利于阿魏酸積累。處理10（N2P2K3）藁本內(nèi)酯含量最高，較處理1高7.23%；處理4藁本內(nèi)酯含量最低，較處理1低7.72%。說明，N與P、K肥配施不利于根莖中阿魏酸積累，栽培中應(yīng)盡量控制N肥用量，以保障活性成分含量。

2.4 不同施肥處理下川芎各指標隸屬函數(shù)分析

對川芎各指標進行隸屬函數(shù)分析，隸屬函數(shù)公式為 U（Xi）=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）。式中，U（Xi）為隸屬函數(shù)值，Xi為測定指標，Xmax、Xmin分別為該指標的最大值、最小值。由表5可知，處理1（N0P0K0）的株高、分枝數(shù)、莖葉鮮重、根莖鮮重隸屬值均為0，說明其他13個處理的株高、分枝數(shù)、莖葉鮮重和根莖鮮重均大于處理1，即施肥促進了株高、分枝數(shù)、莖葉鮮重和根莖鮮重的增加，有利于川芎生長。根莖鮮重隸屬值最大為處理 10（N2P2K3），處理 6（N2P2K2）次之；隸屬均值最大也為處理10，處理6次之。因此，在本試驗條件下，最佳配施組合為N2P2K3，其次為N2P2K2。

表5 不同施肥處理下的川芎隸屬函數(shù)值

3 結(jié)論與討論

3.1 氮、磷、鉀肥對川芎生長的影響

栽種至第一年12月，株高與氮肥用量成正相關(guān)，與范巧佳等[6]結(jié)論（栽種第一年氮肥促進川芎增高）相同；栽種至翌年4月，株高與氮肥用量成負相關(guān)，與劉金亮[9]研究結(jié)果（230 d時川芎株高隨氮肥用量增加略微降低）一致；根莖鮮重隨氮肥用量的增加先增加后降低。這可能是因為12月前高氮肥施用促進地上部分生長，但不利于地下根莖生長，而次年地上部分再次生長時由于高氮處理根莖貯藏營養(yǎng)少，不利于莖葉再次生長，故4月高氮處理植株較矮，株高隨氮肥用量增加呈降低趨勢。磷、鉀肥有促進植株增高的趨勢，與劉金亮[9]研究結(jié)果（株高隨施磷、鉀量的增加而增加）一致。分枝數(shù)及莖葉鮮重隨施氮量增加先增加后降低，這與范巧佳等[11]研究結(jié)果（單株莖數(shù)隨施氮量的增加而增加）和劉金亮[9]研究結(jié)果（單株莖數(shù)及莖葉干重隨施氮量增加而增加）均不相同。這可能與本研究3水平的氮肥用量較高有關(guān)，在一定范圍內(nèi)川芎分枝數(shù)及莖葉鮮重隨氮肥用量增加而增加，超過耐受范圍后表現(xiàn)出抑制作用，所以氮肥用量3水平條件下分枝數(shù)與莖葉鮮重有下降趨勢。

地上部分生長可為地下部分生長累積更多的營養(yǎng)物質(zhì)，有利于提高根莖產(chǎn)量。在本研究中根莖鮮重隨施氮量的增加先增加后降低，與劉金亮[9]的研究結(jié)果（根莖干重隨施氮量增加先增加后降低）一致。與磷、鉀肥相比，氮肥更有利于川芎地下根莖生長，提高川芎產(chǎn)量，這與前人對川續(xù)斷[13]和桔梗[14]的研究結(jié)果一致。根鮮重除與氮、磷、鉀施用量相關(guān)外，還與栽培地土壤肥力有關(guān)，限制產(chǎn)量提升的肥料種類為土壤中速效元素含量低的元素種類[15]。因此，需要根據(jù)栽培地力水平確定最終施肥量。

3.2 氮、磷、鉀肥對藥材活性成分的影響

不同施肥方式在影響藥材產(chǎn)量的同時也影響其藥用活性成分含量[16]，在本研究中，根莖中阿魏酸含量與氮肥用量成負相關(guān)，鉀肥有利于阿魏酸積累，磷肥的影響效果均不顯著，這與劉金亮[9]的研究結(jié)果（根莖中阿魏酸含量隨施氮、磷、鉀量的增加先降低后增加）不同；也與劉靈[17]的研究結(jié)果（根莖中阿魏酸含量隨施氮量的增加先增加后降低）不同。分析原因可能有以下幾個方面。①氮素形態(tài)不同。劉金亮的氮肥為50%硝酸鈣和50%碳酸銨，劉靈及本研究的氮肥為尿素。②氮肥施用量不同。劉金亮的氮肥施用量為 70～285 kg/hm2，劉靈為 19.93～116.36 kg/hm2，本研究為 0～5.87 g/盆（0～528.3 kg/hm2）。 ③施肥時期不同。劉金亮只秋季施肥，劉靈只春季施肥，本研究春、秋肥均施。有研究表明，春季單施氮肥（硝酸鈣、碳酸銨、尿素）能提高根莖阿魏酸含量[10]，但秋季單施硝酸鈣或碳酸銨均使阿魏酸含量降低，25%硝酸鈣和75%碳酸銨配施或75%硝酸鈣和25%碳酸銨配施可使阿魏酸含量提高，單施尿素或50%硝酸鈣和50%碳酸銨配施影響不明顯[6，18]。

綜上所述：適宜的氮、磷、鉀肥配施有利于川芎生長，增加莖分枝數(shù)及莖葉鮮重，促進須根生長，進而為根莖膨大提供充足的營養(yǎng)條件，增加根莖鮮重及藁本內(nèi)酯含量，有利于提高藥材產(chǎn)量及活性成分含量。在本盆栽試驗條件下，最優(yōu)施肥組合為N2P2K3（尿素 2.93 g/盆、過磷酸鈣 5.87 g/盆、硫酸鉀 4.69 g/盆）。