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]10015302(2008)15180205
[收稿日期] 20080620
[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(2001K01G1503)
[通讯作者] 徐福利,Tel:(029)87011953,Email: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[23]。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[46],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[710]。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 311℃,最低温度 -243℃。全年积温
3743℃,年日照2472h,年降水量6063mm,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
0~20 080 019 250 537 2130 310 200 168 12160 2160
20~40 078 019 265 513 2331 270 210 124 10590 1900
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 01925 01925 0 8940 13410
6 01925 -1 01925 13410 0 13410
7 01925 01925 -1 13410 8940 0
8 -02912 1 1 7941 150 225
9 1 -02912 1 225 5316 225
10 1 1 -02912 225 150 7941
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
131 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。
132 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。
133 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0781200308);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 2140 2600 2430 2780 2600 2540 2860 3100 1980 2870
100 4980 5620 5420 5100 6620 6687 6120 6320 5120 6120
132 8160 11620 10240 10980 10120 9845 10680 15420 12860 11980
165 7314 10230 9024 9482 9240 8320 9840 10980 9840 9034
185 6482 8140 7820 8980 9460 8710 7980 7840 9100 8010
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 1260 1520 1480 1452 1330 1520 1554 1470 1306 1530
100 2260 1780 1940 2260 2420 2140 2260 2360 1700 1620
132 2420 2320 2360 2640 2820 2450 2890 2790 3040 2870
165 3100 2730 3520 3330 3540 3140 3513 3275 4020 3675
185 3540 3080 3800 3740 3440 3260 3100 3490 3660 4120
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 4576 5976 4800 5128 5520 5420 5980 6360 4240 4732
100 6586 7274 7882 6758 8218 8042 8818 7546 7642 6646
132 10020 12820 13920 13120 11320 11820 11620 12420 11620 13820
165 10570 15130 14002 15210 14454 11382 15220 12115 11290 13693
185 11710 15130 14542 14750 15300 12822 14022 13110 12926 12786
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 05888 05846 06091 05223 05115 05984 05434 04742 06596 05331
100 04538 03167 03579 04431 03656 03200 03693 03734 03320 02647
132 02966 01997 02305 02404 02787 02489 02706 01809 02364 02396
165 04238 02669 03901 03512 03831 03774 03570 02983 04085 04068
185 05461 03784 04859 04165 03636 03743 03885 04452 04022 05144
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1914% ~7606%,处理8收获期干
物质累积量比对照减少235%,其茎叶干物质累积
量比对照减少927%,各施肥处理收获期干物质累
积总量平均比对照增加4113%。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
2646%。在氮、磷配合,氮、钾配合,磷、钾配合的处
理中,氮、钾配合(氮13410钾13410)增产幅度最大,增
产3206%;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
/%
1 448 202 3108 1757 591 2517 7299 3161 3022 9586 7526 4398 3011 5122 6298
2 941 281 2300 1919 645 2516 9345 5288 3614 12764 12677 4983 5206 9113 6364
3 431 203 3202 2029 614 2323 6416 3113 3267 14242 11014 4361 4581 6757 5960
4 601 229 2759 2886 877 2331 7859 3924 3330 10483 9386 4724 4384 9058 6739
5 667 234 2597 1660 570 2556 7777 3537 3126 20375 10704 3444 4816 5736 5436
6 660 254 2779 1398 481 2560 7399 4101 3566 8302 6195 4273 4549 8091 6401
7 948 321 2530 2794 839 2309 9813 3496 2627 24250 18442 4320 3625 6868 6545
8 866 280 2443 2263 702 2368 8340 3216 2783 7874 7142 4756 2732 5210 6560
9 362 139 2774 2160 805 2715 9453 3296 2585 9854 9557 4923 3771 9117 7074
10 459 195 2982 2007 512 2033 9769 3803 2802 15623 15661 5006 3495 6195 6393
(氮225磷5316钾225)增产幅度最大,增产7078%,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
1 889 0028 0465 472523
2 1292 0064 0472 597529
3 1431 0038 0451 547527
4 1456 0045 0467 585028
5 1204 0053 0456 592524
6 1172 0039 0431 624025
7 1645 0098 0471 580025
8 1103 0040 0782 675124
9 1189 0049 0743 806963
10 1164 0056 0657 720526
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 1914% ~7606%,平均增加
4113%。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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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。
[参考文献]
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Effectsofnitrogen,phosphorusandpotassiumapplicationongrowthand
activeingredientofAstragalusmembranaceus
WANGWeiling1,WANGZhen2,3,XUFuli1,2
(1.NorthwestA&FUniversity,Yangling712100,China;
2.InstituteofSoilandWaterConservationofChineseAcademyofSciencesandMinistryofWaterResources,
Yangling712100,China;3.GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)
[Abstract] Objective:Tostudytheefectsoffertilizerswiththediferentproportionalofnitrogen,phosphorusandpotassiumon
growthandactiveingredientofAstragalusmembranaceus.Method:FieldexperimentwasconductedbasedontheDsaturationoptimalde
signwiththreefactorsofnitrogen,phosphorusandpotassium.TheefectsongrowthandactiveingredientofA.membranaceuswereana
lyzed.Result:Fertilizationpromotedtheseedlinggrowthandprovidedabundantsupplyofnutritionforgrowthofroot,yieldandaccumu
lationofactiveingredientatthelatergrowthstage,andincreasedtheaccumulationofdrymaterofstemleafandrootsystem.Theefect
ofnitrogen,phosphorusandpotassiumapplicationonthetotaldrymateraccumulationofA.membranaceuswasasfolowing:nitrogen>
potassium>phosphorus;theefectonthestemleafdrymateraccumulationwasasfolowing: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