全 文 ：收稿日期：!""#$%%$!% 接受日期：!""&$"%$%’
基金项目：陕西省科技攻关项目（!""%("%$)%*$"+）资助。
作者简介：王振（%,&+—），男，汉族，山西临汾人，在读硕士，主要从事药用植物生理生态方面的研究。-./012：30456784"*9/012:; 5<=0:; 0=; =4
!通讯作者 >82："!,$&#"%%,*+，-./012：?@2943:<0@ ; 8A<; =4
膜荚黄芪氮磷钾优化施肥模式研究
王 振%，+，王渭玲!，徐福利%，!!
（%中国科学院、水利部，水土保持研究所，陕西杨凌 #%!%""；!西北农林科技大学，陕西杨凌 #%!%""；
+中国科学院研究生院，北京 %"""B,）
摘要：采用氮、磷、钾三因素二次 C$饱和最优设计，通过田间试验建立了氮、磷、钾的施肥量编码值与膜荚黄芪根产
量、多糖含量的效应函数。结果表明，氮、磷、钾肥对膜荚黄芪根产量的增产作用大小依次为氮肥 D 钾肥 D 磷肥；
氮、磷、钾肥对黄芪多糖含量的作用大小依次为钾肥 D磷肥 D氮肥，其中钾肥为负效应，氮肥、磷肥为正效应。寻优
结果表明，膜荚黄芪目标产量在 ’"""!#""" E5 F 7/!之间，,*G置信区间的优化施肥量为 H ’’I&*!%"!I,! E5 F 7/!、
J!K* ’BI’B!,BI,* E5 F 7/!、(!K %%,I#&!%’’IB& E5 F 7/!；膜荚黄芪多糖含量在 %+G!%BG之间，,*G置信区间的优
化施肥量为 H ’’I&*!%"!I,! E5 F 7/!、J!K* ’BI’B!,BI,* E5 F 7/!、(!K %%,I#&!%’’IB& E5 F 7/!；膜荚黄芪高产优质
高效栽培优化施肥量为 H ,,I*!!%"!I,! E5 F 7/!、J!K* ,BI!"!,BI,* E5 F 7/!、(!K %%,I#&!%’’IB& E5 F 7/!，H、J!K*、
(!K的最佳比例为 %L"I,!!"I,*L%I%’!%I’!。
关键词：膜荚黄芪；产量；多糖含量；效应函数；优化施肥组合
中图分类号：M*’#I,I"’! 文献标识码：N 文章编号：%""&$*"*O（!""&）"+$"**!$"’
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7)% 8&2$0：3$%0-7-,’$ J(JK0-#-E(’$；X182A；WU2X:0==70V1A8；8@@8=T @<4=T1U4；UWT1/植物营养与肥料学报 !""&，%B（+）：**! $ **#
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
J204T H
（!"#$%&）’()& *+, & #,(-.,/0)*+ ’()& -#"+. 或膜荚黄
芪 !+1&’-’/*+ #$#%&’(’)$*+（!"#$%&）’()&的干燥根，
是传统的补气药，具有补气固表、利尿托毒、排脓、敛
疮生肌的功效［/］。现代临床及药理研究证明黄芪还
有增强机体免疫功能，促进抗体合成等作用［012］。
黄芪化学成分主要包括多糖类、黄酮类、皂苷类、氨
基酸类以及微量元素等，其中多糖类、黄酮类、皂苷
类专属性较强，是近年来研究较多的成分。不同的
有效成分具有不同的药理作用［314］。随着黄芪化学
药理研究日益深入［314］，黄芪的需求量快速增加，各
地开始进行大面积人工栽培。但由于人工栽培时间
较短，生产管理上仍参照农作物的施肥技术，肥料种
类和配比不合理已成为影响黄芪产量和品质的重要
原因。有关黄芪的研究主要集中在化学成分、药理
作用、临床应用及营养特性方面［0，5］，而对黄芪的施
肥技术尚缺乏系统的研究。为此，在陕西旬邑马栏
黄芪 678基地，通过田间试验，采用氮、磷、钾三因
素二次 91饱和最优设计，研究氮、磷、钾不同施肥模
式对膜荚黄芪生长和产量以及多糖和总黄酮含量的
影响，建立相关的数学模型，定量研究各施肥因子效
应，旨在选择优化施肥方案，为黄芪的高产、优质、高
效栽培提供理论依据。
! 材料与方法
!"! 研究区概况
试验于 0::3!0::4 年在位于黄土高原区的陕
西省旬邑县马栏黄芪 678基地进行。该基地位于
子午岭乔山南部山区境内，海拔 //;0!/<53 =，极端
最高温度 2/>/?，最低温度 1 03>2?。全年积温
2@32?，年日照 03@0 %，年降水量 5:5>2 ==，早霜期
/:月份，晚霜期 4月份。全年无霜期 /0: A。
供试土壤为黄绵土，土壤质地为砂壤。土壤养
分状况为：:—0: $=土层有机质含量 <>;5 ( B C(，全
氮 :><: ( B C(，全磷 :>/; ( B C(，全钾 0>4 ( B C(，有效氮
42>@ =( B C(，有效磷 0/>2: =( B C(，有效钾 2/: =( B C(，
有效铜 0>:: =( B C(，有效锌 />5< =( B C(，有效铁
/0/>5: =( B C(，有效锰 0/>5: =( B C(；0:—3: $=土层
有机质含量 @>;/ ( B C(，全氮 :>@< ( B C(，全磷 :>/; ( B
C(，全钾 0>54 ( B C(，有效氮 4/>2 =( B C(，有效磷 02>2/
=( B C(，有效钾 0@: =( B C(，有效铜 0>/: =( B C(，有效
锌 />03 =( B C(，有效铁 /:4>;: =( B C(，有效锰 /;>:4
=( B C(。该地区土壤全氮和有效氮含量较低。
!"# 材料与试验方法
通过田间试验，采用三因素二次 91饱和最优设
计［@］，设 /:个处理，2次重复，小区面积 3 = D 4 = E
0: =0，随机区组排列。试验设计编码值及施肥量见
表 /。
施用肥料：氮肥为尿素（含 F 35G）、磷肥为过
磷酸钙（80H4!/5G）、钾肥为硫酸钾（I0H!4:G）。
施用方法：磷肥、钾肥在播种前整地时作为基肥一
次性施入，氮肥的三分之一作为基肥施入，其余作为
追肥施入。供试品种为膜荚黄芪。0::3年 3月 5日
播种，3月 00日出苗，4月 /3日定苗，其它田间管理
措施与黄芪大田栽培管理措施相同。
!"$ 测定项目和方法
0::3年 /: 月 04 日收获，收获时每小区收获 3
=0，分别测定地上部分及根系鲜重、干重，量取根长、
根粗，记根产量（干重）并折算成公顷产量。
黄芪根中的多糖及总黄酮含量的测定：采用张
表 ! %、&、’三因素二次 ()饱和最优设计方案
*+,-. ! */0.. 1+2340 () 5+360+3748 4937:+- ;.57<8 41 %，& +8; ’
处理 水平编码值 J.A) 施肥量 !),K"L"M+K".N ,+K)（C( B %=0）
O,)+K=)NK P/ P0 P2 F 80H4 I0H
/ 1 / 1 / 1 / : : :
0 / 1 / 1 / 004 : :
2 1 / / 1 / : /4: :
3 1 / 1 / / : : 004
4 1 / :>/;04 :>/;04 : <;>3: /23>/:
5 :>/;04 1 / :>/;04 /23>/: : /23>/:
@ :>/;04 :>/;04 1 / /23>/: <;>3: :
< 1 :>0;/0 / / @;>3/ /4: 004
; / 1 :>0;/0 / 004 42>/5 004
/: / / 1 :>0;/0 004 /4: @;>3/
244$期 王振，等：膜荚黄芪氮磷钾优化施肥模式研究
立等［!］的方法用超声波法提取、苯酚—硫酸比色测
定黄芪多糖含量；采用薛梅等［"］的方法提取并测定
黄芪总黄酮含量。
!"# 数据分析
数据用 #$## %&’(进行分析，用 )*+),及 -./0
,.1 2’3作图。
$ 结果与分析
$"! 黄芪氮、磷、钾优化施肥效应
氮、磷、钾优化施肥效应试验黄芪的生长状况
（株高、根长、根粗）、产量、多糖及总黄酮含量见表
&。
表 $ 膜荚黄芪 %、&、’肥效试验结果
()*+, $ (-, .,/0+1 23 2*4,5167, 30851628 28 %，&，’ 3,.16+69,. ,:;,.6<,81
处理
/45678597
株高
$:697 ;5<=;7
（>8）
根长
?@@7 :59=7;
（>8）
根粗
?@@7 A<685754
（>8）
产量
B<5:A
（C= D ;8&）
多糖
$@:EF6>>;64
总黄酮
/@76: H:6I@9@
% J3’3K L "’2" K2’&J L M’KK %’%M( L (’%&2 M2&3’&K L J2’33 !’J( L (’(& (’MM% L (’((K
& !2’(3 L &3’J2 KK’2& L M’(" %’M!& L (’%(" 3!J3’&" L &K’!& %&’!M L (’(K (’MKJ L (’((&
K %((’"" L "’"M M(’(M L 2’%& %’M&K L (’&M& M32"’&J L M"’K% %K’&3 L (’(K (’MK( L (’(((
M %(K’23 L %K’&" K!’M! L 3’M% %’MMM L (’&(3 3J3(’&! L &J’32 %M’%( L (’(% (’M3J L (’(%(
3 %(2’MK L %!’%2 K3’K" L M’"K %’M"" L (’K3! 2!JK’&M L %(M’32 %%’!3 L (’(& (’MK! L (’((K
2 %(M’K& L %J’2% KK’JK L 3’2! %’&3% L (’&M( J%(3’&3 L M%’&( %%’M2 L (’(M (’M%& L (’((2
J ""’"3 L %!’JJ K%’MM L &’&M %’KJ% L (’K(( 3J((’&3 L &M’K% %2’%3 L (’(& (’MK! L (’((&
! ""’3" L %3’"2 &"’(K L J’%K %’&!( L (’K%K J"2M’&M L 2&’%( %(’MM L (’(M (’J&% L (’((!
" %((’&& L %2’%% KJ’"" L 2’"3 %’&2& L (’KK" 3%(%’2K L KM’%2 %%’%( L (’(( (’JK% L (’((M
%( %(%’&K L %M’%3 M&’!& L !’%% %’&M! L (’&(K 3(M&’&2 L %%’"M %(’JJ L (’(% (’2&% L (’((K
经相关性分析，膜荚黄芪多糖含量与根粗达到
显著的正相关，相关系数为 (’2JK；膜荚黄芪总黄酮
含量与根粗相关性不显著。
$"$ 黄芪产量效应函数
根据试验结果，通过数学模拟，得到膜荚黄芪根
产量与 N（!%）、$（!&）、O（!K）的码值效应函数为：
" P J&M!’JK" Q KJJ’K%%!% R M3’(&"!& R
2&2’%&2!K Q %(23’&M2!%& Q MM’"KM!&& Q J!2’2&!K& Q
M"2’M22!% !&Q3(3’!J3!% !K R 32"’MJ3!& !K
经方差分析，S P K2’!M T S(’(%（"，&(）P K’M2，达到极
显著水平，说明方程拟合性较好，用于推荐施肥具有
较高的可靠性。通过求解产量效应函数的赫森矩阵
各阶顺序主子行列式，判定矩阵为不定，进行函数极
值判别，确定该肥料效应回归方程为非典型函数，因
此，应采用相应的频率分析方法［%(］对模型寻优。
计算 N（!%）、$（!&）、O（!K）对根产量指标的贡献
率!U［%(］分别为：!% P &’(JJJ ；!& P (’M&&K；!K P
%’J%%"。由此可知，氮、磷、钾肥对膜荚黄芪根产量
的增产作用大小依次为：氮肥 T钾肥 T磷肥。
$"= 黄芪多糖含量效应函数
根据试验结果，通过数学模拟，得到膜荚黄芪根
多糖含量与 N（ !%）、$（ !&）、O（ !K）的码值效应函数
为：
" P %K’%M3 R (’(&&!% R (’(&J!& Q %’%%"!K Q
%’K!%!%&Q%’!&J!&& R %’M%&!K& Q(’3JJ!% !& Q%’MJ&!% !K
Q%’2J& !& !K
经检验，S P %((’2( T S(’(%（"，&(）P K’M2，达到极显著
水平，说明肥料效应函数能反映生产实际情况，黄芪
根多糖含量与氮、磷、钾施肥量之间存在极显著的回
归关系。通过求解产量效应函数的赫森矩阵各阶顺
序主子行列式，判定为非典型函数，同样采用频率分
析方法对模型寻优。
计算 N（ !%）、$（ !&）、O（ !K）对多糖含量的贡献
率［%(］!U 分别为：!% P %’KJMM；!& P (’J((2；!K P
(’2&"2。可知氮、磷、钾肥对膜荚黄芪多糖含量的作
用大小依次为：钾肥 T磷肥 T氮肥，其中钾肥为负
效应，氮肥、磷肥为正效应。
$"# 黄芪产量和多糖含量效应函数的解析
&’M’% 单因素效应分析 采用降维法［%(］，研究氮、
磷、钾对膜荚黄芪产量和多糖含量的单因素效应，固
定上述两个回归方程中的任意两个码值自变量为零
水平，得到两组单因素效应方程，并分别作图（图
%）。
氮肥对黄芪产量的影响：
M33 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 !#卷
! ! "#$%&"’()’""&’**"*)*+,-&#$,"*#
磷肥对黄芪产量的影响：
! ! "#$%&"’( . $-&+#("#)$$&(’$"##
钾肥对黄芪产量的影响：
! ! "#$%&"’( . ,#,&*#,"’)"%,&,#"’#
氮肥对多糖含量的影响：
! ! *’&*$- . +&+##"*)*&’%*"*#
磷肥对多糖含量的影响：
! ! *’&*$- . +&+#""#)*&%#""##
钾肥对多糖含量的影响：
! ! *’&*$-)*&**("’ . *&$*#"’#
图 ! 单因素效应曲线图
"#$%! &’()* +, -#.$/* ,012+( *,,*12 +. 3#*/4 0.4 5+/3-01160(#4*
由图 *可以看出，氮、磷、钾的产量单因子效应
曲线均为开口向下的抛物线，在施肥量较少的情况
下，氮肥、钾肥对膜荚黄芪产量促进作用很明显，但
超过一定施肥量后，产量随氮肥用量增加快速下降，
随钾肥用量增加缓慢下降；在本试验的施肥用量范
围内，黄芪产量随磷肥用量变化不明显，这是由于试
区土壤表层有效磷含量较高。氮、磷的多糖含量单
因子效应曲线均为开口向下的抛物线，在施肥量较
少的情况下，氮、磷对膜荚黄芪多糖含量的增加作用
很明显，但超过一定施肥量后，显著减少多糖含量，
黄芪多糖含量的极大值点出现在码值 +附近，这说
明膜荚黄芪多糖的累积需要一个相对稳定的营养环
境，施肥过少或过多均会导致多糖含量下降；钾的
多糖含量单因子效应曲线为开口向上的抛物线，施
肥量较少的情况下，钾肥的施用明显降低了多糖含
量，这可能和产量提高引起的稀释作用有关。因此，
栽培过程中应该注意肥料的合理施用量，否则将会
导致肥料的浪费，并降低经济效益。
#&$&# 两因素互作效应分析 采用降维法［*+］，研
究氮、磷、钾对膜荚黄芪产量和多糖含量的两因素互
作效应，固定上述两个回归方程中的任意一个码值
自变量为零水平，研究其他两个因素的交互作用，并
分别作曲面图（图 #）。
产量效应函数的两因素互作效应方程为：
氮磷互作效应 ! ! "#$%&"’( ) ’""&’**"* .
$-&+#("#)*+,-&#$,"*#)$$&(’$"##)$(,&$,,"* "#
氮钾互作效应 ! ! "#$%&"’( ) ’""&’**"* .
,#,&*#,"’)*+,-&#$,"*#)"%,&,#"’#)-+-&%"-"* "’
磷钾互作效应 ! ! "#$%&"’( . $-&+#("# .
,#,&*#,"’)$$&(’$"##)"%,&,#"’# . -,(&$"-"# "’
多糖含量效应函数的两因素互作效应方程为：
氮磷互作效应 ! ! *’&*-$ . +&+##"* . +&+#""#
)*&’%*"*#)*&%#""##)+&-"""* "#
氮钾互作效应 ! ! *’&*-$ . +&+##"* )*&**("’ )
*&’%*"*# . *&$*#"’#)*&$"#"* "’
磷钾互作效应 ! ! *’&*-$ . +&+#""# )*&**("’ )
*&%#""## . *&$*#"’#)*&,"#"# "’
由图 #可知，氮磷互作效应中随着氮肥和磷肥
施用量的增加，膜荚黄芪产量和多糖含量迅速提高，
交互促进作用明显。氮肥对产量影响更大，磷肥对
多糖含量影响更大，超过一定施肥量，产量和多糖含
量均下降，而在氮肥较低水平时，磷肥增产作用明
显。氮、磷施肥水平在 +&#和 +水平附近时，产量和
多糖含量最高。氮钾互作效应中较低施肥量的情况
下，氮、钾对产量有显著的互作促进作用；氮肥较高
水平，钾肥较低水平时，氮钾对多糖有明显的互作促
进作用。磷、钾互作效应中同一施磷水平下，施钾
---7期 王振，等：膜荚黄芪氮磷钾优化施肥模式研究
图 ! 两因素互作效应分析
"#$%! &’( )*)+,-#- ./ 01. /)20.3 #*0(3)20#4( (//(20 .* ,#(+5 )*5 6.+,-)22’)3#5(
（!"：#；!$：%；!&：’）
对黄芪产量影响较大，在同一施钾水平下，施磷对膜
荚黄芪产量影响较小。
!78 施肥模式寻优结果
采用频率分析方法对模型寻优，将码值 !"、!$、
!& 在试验设计范围内划分出（ ( "、( )*$+"$、
)*"+$,、"）-个水平，构成 . / -& / 0-个处理组合，选
定目标产量 0)))!1))) 23 4 56$（’ / $$），多糖含量
"&7!"-7（’ / ""）进行频率分析。
当目标产量为 0)))!1))) 23 4 56$时，在 +,7的
置信区间，优化施肥组合为：!" 8 "" / )*$-,- 8
)*)9"9，!$ 8 "$ / )*)0-) 8 )*")&"，!& 8 "& / )*$1$& 8
)*"),+。优化施肥量为：# 00*9,!")$*+$ 23 4 56$，
%$:, 0-*0-! +-*+, 23 4 56$，’$: ""+*19! "00*-9
23 4 56$。#、%$:,、’$:的最佳比例为：" ; )*0&!"*-$
;"*"0!$*-+。
在多糖含量 "&7!"-7条件下，在 +,7的置信
区间，优化施肥组合为： !" 8 "" / ( )*&),1 8
)*$&19，!$ 8 "$ / )*)0&$ 8 )*)+9-，!& 8 "& / )*&)&+ 8
)*$)$)。优化施肥量为：# ++*,$!$)-*&+ 23 4 56$，
%$:, +-*$)! ")$*"- 23 4 56$，’$: ")$*",! "+"*$&
23 4 56$。#、%$:,、’$: 的最佳比例为：" ; )*-0!
"*)$ ;)*,)!$*0&。
为了在提高产量的同时保证有效成分的含量，
把以上两个优化施肥量取交集，得到膜荚黄芪高产
优质高效栽培的优化施肥量为：# ++*,$!")$*+$
23 4 56$，%$:, +-*$)!+-*+, 23 4 56$，’$: ""+*19!
"00*-9 23 4 56$。#、%$:,、’$:的最佳比例为：" ; )*+$
!)*+, ;"*"0!"*0$。
9 讨论与小结
氮、磷、钾是作物生长发育不可缺少的营养元
素，对多种作物生长发育以及产量和品质的形成有
显著的影响。本试验结果表明，氮、磷、钾肥的施用
对膜荚黄芪的产量和多糖含量都有显著的影响，它
们对产量的增产作用大小依次为氮肥 < 钾肥 < 磷
肥，对多糖含量的作用大小依次为钾肥 <磷肥 <氮
肥，其中氮肥、磷肥对多糖含量的影响为正效应，钾
肥对多糖含量的影响为负效应。氮肥、磷肥、钾肥的
施用量对黄芪产量和多糖含量的影响符合肥料报酬
递减率，因此栽培中要寻求产量和品质的平衡施肥
组合。
施肥模型寻优结果表明，当目标产量为 0)))
!1))) 23 4 56$ 时，在 +,7的置信区间，优化施肥量
为：# 00*9,! ")$*+$ 23 4 56$，%$:, 0-*0-! +-*+,
23 4 56$，’$: ""+*19!"00*-9 23 4 56$。在多糖含量
"&7!"-7条件下，在 +,7的置信区间，优化施肥量
为：# 00*9,! ")$*+$ 23 4 56$，%$:, 0-*0-! +-*+,
23 4 56$，’$: ""+*19!"00*-9 23 4 56$。结合上述两
个优化方案，得到膜荚黄芪高产、优质、高效栽培的
优化施肥量为：# ++*,$!")$*+$ 23 4 56$，%$:, +-*$)
! +-*+, 23 4 56$，’$: ""+*19!"00*-9 23 4 56$。#、
0,, 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 :;卷
!"#$、%"# 的最佳比例为：& ’ ()*"!()*$ ’ &)&+!
&)+"，这与赵永志等在北京郊区的研究结果基本一
致［&&］。
本试验建立的膜荚黄芪产量和多糖含量施肥模
型以及由此得出的最佳施肥组合，都是在本试验栽
培管理条件下获得的，它们还受土壤、气候、栽培措
施等因子的制约，在生产应用时应根据上述因素进
行调整，以达到最优化施肥。
参 考 文 献：
［&］ 国家药典委员会 ,中华人民共和国药典（"(($年第一部）［-］,
北京：化学工业出版社，"(($ , "&"."&/,
012345 !6178194:4;31 <4=593> , ?6; :;4:>;’@ 7;:=A>39 4B <6351 :617C
8194:4;31（"(($ ;D32345）［-］, E;3F35G：<6;8391> H5D=@27I !7;@@，
"(($)"&"."&/)
［"］ 潘燕，张硕，张岫美 ,黄芪的药理作用与临床应用研究进展［J］,
食品与药品，"((+，（*）：$.K,
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