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Effects of nitrogen, phosphorus and potassium application on growth and active ingredient of Astragalus membranaceus

氮、磷、钾对膜荚黄芪生长发育及有效成分的影响



全 文 :氮、磷、钾对膜荚黄芪生长发育及有效成分的影响
王渭玲1,王 振2,3,徐福利1,2
(1.西北农林科技大学,陕西 杨凌 712100;
2.中国科学院 水利部水土保持研究所,陕西 杨凌 712100;
3.中国科学院 研究生院,北京 100049)
[摘要] 目的:研究氮、磷、钾及其配比对膜荚黄芪生长发育及有效成分的影响。方法:通过田间试验,采用
氮、磷、钾3因素2次D饱和最优设计,研究氮、磷、钾及其配比对膜荚黄芪生长及有效成分的影响。结果:施肥促
进了膜荚黄芪幼苗的生长,从而为生育后期膜荚黄芪根生长、产量形成及有效成分的累积提供充足的营养基础。
氮、磷、钾各元素及其配比明显促进了茎叶及根干物质积累,氮、磷、钾对膜荚黄芪干物质累积总量的影响程度依次
为氮>钾>磷;对膜荚黄芪茎叶干物质累积量的影响程度依次为氮 >磷 >钾;对根干物质累积量的影响程度依次
为氮>钾>磷。施肥明显提高了膜荚黄芪根产量,氮、磷、钾对根产量影响程度依次为氮>钾>磷。氮、磷、钾各元
素及其配比使黄芪多糖、黄芪甲苷含量明显增加,对总黄酮含量影响不明显。氮、磷、钾对黄芪多糖含量影响程度
依次为钾>磷>氮;对黄芪甲苷含量的影响程度依次为氮 >钾 >磷。结论:氮、钾对膜荚黄芪生长发育,产量形成
及多糖,黄芪甲苷含量有重要的影响。根类中药材黄芪的栽培过程中应该注重氮、钾肥的施用,并注意氮、磷、钾的
配合施用。
[关键词] 膜荚黄芪;氮、磷、钾施肥;生长发育;有效成分
[中图分类号]S567 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)15180205
[收稿日期] 20080620
[基金 项 目]  国 家 “十 一 五”科 技 支 撑 计 划 项 目
(2007BAD79B06);陕西省科技攻关项目(2001K01G1503)
[通讯作者] 徐福利,Tel:(029)87011953,Email:xfl@nw
suaf.edu.cn
  黄芪为豆科紫云英属植物膜荚黄芪 Astragalus
membranaceus(Fisch.)Bge.或蒙古黄芪A.membra
naceus(Fisch.)Bge.var.mongholicusBge.Hsiao
的干燥根,为传统的补气药,具有补气固表,利尿托
毒,排脓,敛疮生肌的功效[1]。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[23]。随着黄芪化学药理研究日益深入,黄芪
的需求量快速增加,单纯依靠采挖野生资源已不能
满足生产需要,各地已开始进行大面积人工栽培。
但由于人工栽培时间较短,施肥技术仍存在很大的
盲目性,肥料种类和配比不合理成为影响药材产量
和品质的重要原因。氮、磷、钾是作物生长发育不可
缺少的营养元素,对作物生长发育以及产量和品质
的形成有显著的影响[46],这在小麦,玉米,水稻等粮
食作物中已经有大量研究证明,在中草药中仅丹参、
西洋参、白首乌等少数几种药材有报道[710]。本试
验以膜荚黄芪为材料,通过田间试验,采用氮 、磷、
钾3因素2次D饱和最优设计,研究了氮 、磷、钾及
其配比对膜荚黄芪生长发育及有效成分积累的影
响,揭示了膜荚黄芪植株营养需求规律,以期为制定
合理的栽培措施提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
试验于2006~2007年在西安春晖药业有限公
司马栏黄芪 GAP基地进行。马栏基地位于子午岭
乔山南部山区境内的陕西省旬邑县,东经108°30′~
108°40′,北纬 35°20′,海拔1192~1864m,极端最
高温度 311℃,最低温度 -243℃。全年积温
3743℃,年日照2472h,年降水量6063mm,早霜
期10月份,晚霜期5月份。全年无霜期120d。
供试土壤为黄绵土,土壤质地为砂壤,其土壤肥力
状况见表1,该地区土壤的全氮和有效氮含量较低。
1.2 材料与试验方法
通过田间试验,采用3因素2次 D饱和最优设
计方案[10],设10个处理,3次重复,小区完全随机
区组排列,小区面积4m×5m=20m2。试验设计
编码值及施肥量见表2。
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表1 供试土壤基本肥力性状
土层深度
/cm
全氮
/g·kg-1
全磷/
g·kg-1
全钾
/g·kg-1
有效氮/
mg·kg-1
有效磷
/mg·kg-1
有效钾
/mg·kg-1
有效铜
/mg·kg-1
有效锌
/mg·kg-1
有效铁
/mg·kg-1
有效锰
/mg·kg-1
0~20 080 019 250 537 2130 310 200 168 12160 2160
20~40 078 019 265 513 2331 270 210 124 10590 1900
表2 氮、磷、钾3因素2次D饱和最优设计方案
处理
水平编码值
X1 X2 X3
施肥量/kg·hm-2
N P2O5 K2O
1 -1 -1 -1 0 0 0
2 1 -1 -1 225 0 0
3 -1 1 -1 0 150 0
4 -1 -1 1 0 0 225
5 -1 01925 01925 0 8940 13410
6 01925 -1 01925 13410 0 13410
7 01925 01925 -1 13410 8940 0
8 -02912 1 1 7941 150 225
9 1 -02912 1 225 5316 225
10 1 1 -02912 225 150 7941
  施用肥料,氮肥为尿素 (含氮46%)、磷肥为过
磷酸钙(P2O5≥16%)、钾肥为硫酸钾(K2O≥
50%)。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1/3作为基肥施入,其余作
为追肥施入。
供试品种经西北农林科技大学植物教研室姜在
民副教授鉴定为膜荚黄芪 A.membranaceus。4月6
日播种,4月22日出苗,5月14日定苗,其他田间管
理措施与黄芪大田管理措施相同。
1.3 测定项目和方法
131 生育期植株生长状况 从2006年5月15
日到10月25日每30d取样1次,每次取10株,用
直尺测量株高和根长,游标卡尺测量根的最大直径,
所取样品分成根和茎叶2部分,测定鲜物质重,105
℃杀青15min,70℃烘干至恒重,并称重。
132 产量 2006年10月25日收获,收获时每
小区收获4m2,分别测定地上部分及根系鲜重、干
重及产量,并折算成公顷产量。
133 膜荚黄芪有效成分的测定 测定黄芪根中
的多糖、甲苷及总黄酮含量。采用张立等[11]的方法
用超声波法提取多糖;苯酚硫酸比色法测定多糖含
量;采用香草醛冰醋酸比色法[12]测定黄芪甲苷含
量(黄芪甲苷对照品:购于中国药品生物制品检定
所,批号0781200308);采用薛梅等[13]的方法提取
并测定黄芪总黄酮含量。
2 结果与分析
2.1 不同施肥处理对膜荚黄芪生长发育的影响
2.1.1 不同施肥处理黄芪株高的变化 在当地供
试土壤条件下,黄芪植株株高从出苗到出苗后132d
一直处于增长的趋势,以100~132d生长最快,132
d以后生长减慢。施肥有利于黄芪地上部分的生
长,但各处理差异不显著。处理间的差异在 132d
最明显,处理2和处理8,9,10的株高较高,处理5,
6作用不明显,对照最低,这表明氮是黄芪地上部分
及旺盛生长时期的最主要的营养元素。氮,磷,钾配
合施用效果最好,见表3。
表3 不同生长时期各处理株高的变化 cm 
出苗后天数/d 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
70 2140 2600 2430 2780 2600 2540 2860 3100 1980 2870
100 4980 5620 5420 5100 6620 6687 6120 6320 5120 6120
132 8160 11620 10240 10980 10120 9845 10680 15420 12860 11980
165 7314 10230 9024 9482 9240 8320 9840 10980 9840 9034
185 6482 8140 7820 8980 9460 8710 7980 7840 9100 8010
2.1.2 不同施肥处理对黄芪根长、根直径及根冠比
的影响 随着黄芪植株的生长,各施肥处理黄芪根
长、根直径都在增加,处理间的差异随着生育期的推
移逐渐增大。不同施肥处理对黄芪根长、根直径的影
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响不同:单施氮肥降低了根长,增加了根直径;单施磷
肥、钾肥均促进了黄芪根长和根直径的增加,且处理
间差异不明显;氮、磷、钾配合施用的处理中,根长明
显高于其他处理,根直径明显低于其他处理;在氮、磷
配合,氮、钾配合,磷、钾配合的处理中,氮、磷配合和
磷、钾配合的效果要好于氮、钾配合,见表4,5。
表4 不同生长时期各处理根长的变化 cm 
出苗后天数/d 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
70 1260 1520 1480 1452 1330 1520 1554 1470 1306 1530
100 2260 1780 1940 2260 2420 2140 2260 2360 1700 1620
132 2420 2320 2360 2640 2820 2450 2890 2790 3040 2870
165 3100 2730 3520 3330 3540 3140 3513 3275 4020 3675
185 3540 3080 3800 3740 3440 3260 3100 3490 3660 4120
表5 不同生长时期各处理根直径的变化 mm 
出苗后天数/d 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
70 4576 5976 4800 5128 5520 5420 5980 6360 4240 4732
100 6586 7274 7882 6758 8218 8042 8818 7546 7642 6646
132 10020 12820 13920 13120 11320 11820 11620 12420 11620 13820
165 10570 15130 14002 15210 14454 11382 15220 12115 11290 13693
185 11710 15130 14542 14750 15300 12822 14022 13110 12926 12786
  黄芪出苗后70~132d根冠比一直呈减小的趋
势,132d到收获期呈增长的趋势,这说明黄芪生育前
期主要以地上部分的生长为主,生育后期以根的生长
为主。不同施肥处理对黄芪根冠比的影响不同,不施
肥根冠比最高,这是因为试区土壤氮素肥力低,不利
于植株地上部分的生长。施肥处理中,处理4和处理
10根冠比较高,处理2的根冠比最小,这说明施钾,磷
可以促进光合产物由地上部分向根系的运输,有利于
黄芪根系生长,提高了黄芪的根冠比;施氮可以促进
地上部分器官的生长,却降低了光合产物向根系转移
的比例,降低了黄芪的根冠比。氮、磷、钾配合施用有
利于提高黄芪的根冠比,见表6。
表6 不同生长时期各处理根冠比的变化
出苗后天数/d 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
70 05888 05846 06091 05223 05115 05984 05434 04742 06596 05331
100 04538 03167 03579 04431 03656 03200 03693 03734 03320 02647
132 02966 01997 02305 02404 02787 02489 02706 01809 02364 02396
165 04238 02669 03901 03512 03831 03774 03570 02983 04085 04068
185 05461 03784 04859 04165 03636 03743 03885 04452 04022 05144
2.1.3 不同施肥处理对黄芪干物质积累和分配的
影响 黄芪干物质积累从出苗到出苗后165d为持
续增长期,出苗后165d干物质累积达到高峰,此后
茎叶干物质所占比例逐渐下降,而根干物质所占比
例持续增加。施用化肥后,黄芪总物质累积量除处
理8外普遍增加,各施肥处理收获期干物质累积总
量比对照增加1914% ~7606%,处理8收获期干
物质累积量比对照减少235%,其茎叶干物质累积
量比对照减少927%,各施肥处理收获期干物质累
积总量平均比对照增加4113%。其中处理2(单施
氮)收获期干物质累积总量和茎叶干物质累积量均
为最高,处理9根干物质累积量最高。不同施肥处
理对黄芪茎叶、根干物质积累的影响程度不同:在单
施氮、磷、钾的3个处理中,黄芪茎叶干物质累积量
单施氮>单施磷>单施钾,黄芪根干物质累积量单
施氮>单施钾>单施磷,黄芪干物质累积总量单施
氮>单施钾>单施磷;采用氮、磷、钾配合施用时,黄
芪茎叶干物质累积量磷、钾配合 >氮、钾配合 >氮、
磷配合,黄芪根干物质累积量氮、钾配合 >磷、钾配
合>氮、磷配合,黄芪干物质累积总量氮、钾配合 >
磷、钾配合 >氮、磷配合。这说明氮、钾是黄芪生长
发育中最重要的营养元素,合理的氮、磷、钾配比施
用可以促进黄芪地上及地下部的生长,见表7。
2.2 不同施肥处理对黄芪产量及有效成分的影响
施肥明显提高了黄芪根产量,不同施肥处理对
黄芪根产量的影响程度不同,影响程度依次为氮、
磷、钾配合>单施氮>单施钾>单施磷,单施氮增产
2646%。在氮、磷配合,氮、钾配合,磷、钾配合的处
理中,氮、钾配合(氮13410钾13410)增产幅度最大,增
产3206%;氮、磷、钾配合的 3个处理中,处理 9
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   表7 施肥处理不同生长时期地上地下部分干重的变化 g 
处理
出苗后天数/d
70
茎叶 根
根比重
/%
100
茎叶 根
根比重
/%
132
茎叶 根
根比重
/%
165
茎叶 根
根比重
/%
185
茎叶 根
根比重
/%
1 448 202 3108 1757 591 2517 7299 3161 3022 9586 7526 4398 3011 5122 6298
2 941 281 2300 1919 645 2516 9345 5288 3614 12764 12677 4983 5206 9113 6364
3 431 203 3202 2029 614 2323 6416 3113 3267 14242 11014 4361 4581 6757 5960
4 601 229 2759 2886 877 2331 7859 3924 3330 10483 9386 4724 4384 9058 6739
5 667 234 2597 1660 570 2556 7777 3537 3126 20375 10704 3444 4816 5736 5436
6 660 254 2779 1398 481 2560 7399 4101 3566 8302 6195 4273 4549 8091 6401
7 948 321 2530 2794 839 2309 9813 3496 2627 24250 18442 4320 3625 6868 6545
8 866 280 2443 2263 702 2368 8340 3216 2783 7874 7142 4756 2732 5210 6560
9 362 139 2774 2160 805 2715 9453 3296 2585 9854 9557 4923 3771 9117 7074
10 459 195 2982 2007 512 2033 9769 3803 2802 15623 15661 5006 3495 6195 6393
(氮225磷5316钾225)增产幅度最大,增产7078%,说
明氮、钾是黄芪根产量形成的最主要元素,见表8。
表8 不同施肥处理黄芪产量、多糖、甲苷、黄酮含量
处理 多糖/% 甲苷/% 总黄酮/% 产量/kg·hm-2
1 889 0028 0465 472523
2 1292 0064 0472 597529
3 1431 0038 0451 547527
4 1456 0045 0467 585028
5 1204 0053 0456 592524
6 1172 0039 0431 624025
7 1645 0098 0471 580025
8 1103 0040 0782 675124
9 1189 0049 0743 806963
10 1164 0056 0657 720526
  各施肥处理多糖、甲苷含量均明显高于对照,处
理7对提高黄芪多糖、甲苷含量的效果较为显著。
氮、磷、钾对黄芪多糖、甲苷含量的影响不同,对黄芪
多糖影响依次为单施钾 >单施磷 >单施氮;对甲苷
含量的影响程度依次为单施氮 >单施钾 >单施磷;
在氮、磷、钾配合时,对黄芪多糖、甲苷含量的影响程
度依次为氮、磷配合>磷、钾配合>氮、钾配合。
氮、磷、钾单独施用或两种元素肥料配合施用对
黄芪总黄酮含量影响不明显,而氮、磷、钾配合施用
(处理8~10)黄芪总黄酮含量明显提高,但均未达
到显著性差异。
3 小结与讨论
本研究表明,氮、磷、钾肥合理配合施用明显促
进了膜荚黄芪植株的生长,并对膜荚黄芪根产量和
有效成分含量产生影响。
不同营养元素和施肥水平对黄芪生育前期的田
间生长状况(株高,根长,根直径)均能产生不同程
度影响,而各处理间同一参数值差异不明显,对照组
的各项指标均明显低于所有施肥处理,这说明施肥
能促进膜荚黄芪幼苗的生长,从而为生育后期膜荚
黄芪根生长、产量形成及多糖、甲苷和总黄酮的累积
提供充足的营养基础。不同元素对膜荚黄芪的生长
影响程度不同,氮是膜荚黄芪地上部分生长最重要
的元素,施氮可以促进地上部分器官的生长,但减少
了光合产物向根系转移的比例,降低了膜荚黄芪的
根冠比。磷、钾有利于根类中草药的根系生长,施
钾、磷可以促进光合产物由地上部分向根系的运输,
有利于膜荚黄芪根系生长,提高了黄芪的根冠比。
氮、磷、钾各元素及其配比对膜荚黄芪茎叶及根
干物质积累有明显的影响。各施肥处理干物质累积
总量比对照增加 1914% ~7606%,平均增加
4113%。不同营养元素及其配比对膜荚黄芪茎叶
及根干物质累积的影响程度不同:对膜荚黄芪干物
质累积总量的影响程度依次为氮 >钾 >磷;对膜荚
黄芪茎叶干物质累积量的影响程度依次为氮>磷>
钾;对膜荚黄芪根干物质累积量的影响程度依次为
氮>钾>磷。
施肥明显提高了膜荚黄芪根产量,不同营养元素
对膜荚黄芪根产量的影响程度不同,影响程度依次为
氮>钾 >磷 。氮、磷、钾各元素及其配比使黄芪多
糖、甲苷含量明显增加。氮、磷、钾对膜荚黄芪多糖影
响程度依次为钾(磷>氮;对甲苷含量的影响程度依
次为氮>钾>磷。不论在产量还是有效成分含量上
氮、钾营养对膜荚黄芪的影响均大于磷,这主要是由
于本试区土壤氮素肥力水平较低,氮的施用可以促进
膜荚黄芪植株的营养生长,为膜荚黄芪根产量形成和
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Vol.33,Issue 15
August,2008
有效成分的累积提供充足的营养基础。黄芪是根类
中药材,钾的施用可以增强光合作用,促进光合产物
由地上向根部的运输,促进根增粗,提高根冠比,增加
根产量,并使根系多糖含量增加。
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Effectsofnitrogen,phosphorusandpotassiumapplicationongrowthand
activeingredientofAstragalusmembranaceus
WANGWeiling1,WANGZhen2,3,XUFuli1,2
(1.NorthwestA&FUniversity,Yangling712100,China;
2.InstituteofSoilandWaterConservationofChineseAcademyofSciencesandMinistryofWaterResources,
Yangling712100,China;3.GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)
[Abstract] Objective:Tostudytheefectsoffertilizerswiththediferentproportionalofnitrogen,phosphorusandpotassiumon
growthandactiveingredientofAstragalusmembranaceus.Method:FieldexperimentwasconductedbasedontheDsaturationoptimalde
signwiththreefactorsofnitrogen,phosphorusandpotassium.TheefectsongrowthandactiveingredientofA.membranaceuswereana
lyzed.Result:Fertilizationpromotedtheseedlinggrowthandprovidedabundantsupplyofnutritionforgrowthofroot,yieldandaccumu
lationofactiveingredientatthelatergrowthstage,andincreasedtheaccumulationofdrymaterofstemleafandrootsystem.Theefect
ofnitrogen,phosphorusandpotassiumapplicationonthetotaldrymateraccumulationofA.membranaceuswasasfolowing:nitrogen>
potassium>phosphorus;theefectonthestemleafdrymateraccumulationwasasfolowing:nitrogen>phosphorus>potassium;the
efectontherootdrymateraccumulationwasasfolowing:nitrogen>potassium>phosphorus.Nitrogen,phosphorusandpotassiumfer
tilizerincreasedtherootyieldofA.membranaceus.Obviously,theefectontherootyieldwasasfolowing:nitrogen>potassium>phos
phorus.Theapplicationofdiferentproportionalwithnitrogen,phosphorusandpotassiumincreasedthecontentofpolysaccharideandas
tragaloside,buthadnodistinctefectonthecontentoftotalflavonoids.Theefectonthecontentofpolysaccharidewasasfolowing:po
tassium>phosphorus>nitrogen,buttheefectonthecontentofastragalosidewasasfolowing:nitrogen>potassium>phosphorus.Con
clusion:Nitrogenandpotassiumfertilizerapplicationhadmoreimportantefectongrowth,yieldandthecontentsofpolysaccharideand
astragalosideinA.membranaceus.Duringmedicinalplantscultivationprocess,itshouldpayatentiontotheapplicationofnitrogenfertil
izerandpotassiumfertilizerandmakebalanceapplicationofnitrogen,phosphorusandpotassiumfertilizer.
[Keywords] Astragalusmembranaceus;nitrogen,phosphorus,potassiumapplication;growthanddevelopment;activeingredi
ent
[责任编辑 吕冬梅]
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第33卷第15期
2008年8月
         
    中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
       
Vol.33,Issue 15
August,2008