氮磷钾配施对艾纳香生长及产量、品质的影响

2018-05-18王华磊刘红昌罗春丽李金玲罗夫来黄明进

江苏农业科学 2018年8期

顾岑，王华磊，2，赵致，2，刘红昌，2，罗春丽，2，李金玲，2，罗夫来，2，黄明进，2

（1.贵州大学农学院，贵州贵阳550025；2.贵州省药用植物繁育与种植重点实验室，贵州贵阳550025）

艾纳香（Blumea balsamifera DC.）别称大风艾、冰片艾、家风艾、大毛药、大艾等，为菊科艾纳香属多年生木质草本植物，以其根、嫩枝、叶入药［1］，常以根蘖苗移栽种植［2］，当年便可采收，是贵州省十大“苗药”之一［3］。艾纳香主要产于云南省和贵州省南部、广西省和广东省西南部及福建省、中国台湾地区［4］，具有抗氧化、抗癌、抗病毒等作用，其新鲜叶片经水蒸气蒸馏、升华等一系列处理，可制得主要成分为左旋龙脑的中药“艾片”，味辛、苦，性微寒，归心、脾经，芳香走窜，能散郁热，具有开窍醒神、清热止痛之功效［5］，常用于中风、痰厥、高热等引起的神昏不醒之症［6］。

艾纳香作为贵州省道地药材和优势苗药，在贵州省的人工栽培已有近百年的历史［7］。近年来，因生态环境恶化和大量采挖，野生艾纳香资源日益减少，对艾纳香进行人工栽培，既可以缓解对野生艾纳香资源的破坏，又可以满足当前市场需求，而在艾纳香人工栽培过程中，肥料对艾纳香产量和品质具有重要的影响。目前，对艾纳香的药理作用和化学成分研究较多［8－11］，对有关肥料的施用研究［12］相对较少，而氮（N）、磷（P）、钾（K）肥配施对艾纳香生长、产量和品质的影响更是鲜见报道。本试验探究氮、磷、钾肥配合施用对艾纳香生长、产量和品质的影响，以期为艾纳香的规范化施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器

供试材料为菊科植物艾纳香，由贵州大学王华磊教授鉴定。供试肥料为尿素，总氮含量≥46.4%；过磷酸钙，折合P2O5含量≥12%；硫酸钾，折合K2O含量≥50%。左旋龙脑对照品，批号为110881－201508，纯度＞96.8%，由中国食品药品检定研究院生产；芸香苷对照品，批号为100080－200707，纯度＞92.5%，由中国药品生物制品检定所生产；水杨酸甲酯，纯度＞99.5%，由天津光复精细化工研究所生产；亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠、乙醇、乙酸乙酯等为分析纯，均为国产。

主要仪器有TP－214型万分之一电子分析天平、UV 2600型紫外分光光度计、安捷伦7890A型气相色谱仪、氢火焰离子化检测器（FID）、安捷伦G4513A型16位自动进样器、KQ－500DB型超声仪。

1.2 试验地概况

本试验在贵州省罗甸县贵州艾源生态药业开发有限公司试验基地进行，地理位置 106°44′E、25°25′N，土壤基础养分为有机质，含量为 9.51 g／kg，速效磷、速效钾、碱解氮含量分别为 4.30、78.00、50.75 mg／kg，pH值为 7.3。

1.3 试验方法

本试验于2015年5月13日开始，选择生长较为一致的2年生艾纳香根蘖苗进行移栽，株行距为50 cm×50 cm；移栽后1个月内的返苗期不施用基肥，以保证幼苗存活率；移栽2个月成活后，于7月16日植株旺长期前期，结合中耕一次性施入肥料，施肥种类和用量见表1，共9个处理，重复3次；从8月22日开始至12月21日，每隔30 d每小区定点、定株3株，分别用直尺测定株高，用游标卡尺测量距地面5～10 cm处的茎粗，调查分枝数、单株叶片数、分生苗数（以植株为圆心、半径25 cm内发出的苗计），每小区取样3株，洗净装袋、分别称量单株鲜质量、叶片鲜质量，收获时测产，药材粉碎后过20目筛，测定总黄酮、左旋龙脑等有效成分含量。氮、磷、钾肥各设3个水平，N施用量分别为0、100、200 kg／hm2，P2O5施用量分别为 0、200、400 kg／hm2，K2O 施用量分别为 0、100、200 kg／hm2。每个处理小区面积为20 m2。

表1 采用L9（33）正交试验设计的施肥种类和施用量

1.4 测定内容及方法

1.4.1 挥发油提取及含量测定挥发油提取按《中华人民共和国药典》（一部）（2015版）的方法进行，取剪碎的艾纳香叶片或嫩枝样品200 g，装入挥发油提取器的烧瓶中，加水至烧瓶的2／3处；连接装置，加热提取，从沸腾时开始计时，提取5 h；冷却，计量挥发油的体积。重复3次。

1.4.2 总黄酮提取及含量测定参照罗夫来等的方法［13］进行测定。

1.4.3 左旋龙脑含量的测定

1.4.3.1 气相色谱（GC）条件 HP－5石英毛细管色谱柱，0.32 mm×30 m、0.25μm，以 80℃为起始温度，保持 2 min；5℃／min升温至100℃，20℃／min升温至200℃。进样口温度为250℃，FID检测器温度为250℃，进样量为1μL，分流比为10∶1。气相色谱结果见图1.

1.4.3.2 供试品的制备精密称取艾纳香叶片粉末约2 g，置于50 mL具塞三角瓶中，加入乙酸乙酯25 mL，测定质量；40 kHz超声条件下提取30min，放冷，用乙酸乙酯补足减失的质量；摇匀，过滤，取1 mL滤液至10 mL容量瓶中，加入1 mL内标液（含水杨酸甲酯约250 mg，加乙酸乙酯定容至250 mL作为内标液），用乙酸乙酯定容，摇匀；用0.22μm微孔滤膜过滤，得滤液即为待测样品。

1.4.3.3 线性回归方程的建立精密称取左旋龙脑对照品约10 mg，加乙酸乙酯定容至10 mL作为母液；分别量取母液0.1、0.2、0.5、1.0、2.0 mL置于 10 mL容量瓶中，加入内标溶液1.0 mL，用乙酸乙酯定容至刻度；采用气相色谱测定左旋龙脑含量。以左旋龙脑质量浓度（mg／mL）为横坐标（x），以左旋龙脑与内标物水杨酸甲酯的峰面积比为纵坐标（y），绘制标准曲线，得到线性回归方程为 y＝13.979x－0.005 1（r＝0.999 9），并表明左旋龙脑在 10.371～207.428μg／mL范围内与峰面积呈良好的线性关系。

1.4.3.4 精密度试验取某一艾纳香药材，制备成待测样品溶液；气相色谱条件下连续重复进样6次，记录色谱图。结果表明，样品中左旋龙脑含量与水杨酸甲酯的相对峰面积相对标准偏差（RSD值）为2.0%，说明精密度良好。

1.4.3.5 重复性试验取同一艾纳香药材5份，制备成待测样品溶液；气相色谱条件下连续重复进样6次，记录色谱图。结果表明，样品中左旋龙脑含量与水杨酸甲酯的相对峰面积RSD值为3.0%，说明重复性良好。

1.4.3.6 稳定性试验取艾纳香药材1份，制备成待测样品溶液；于室温下放置；气相色谱条件下，分别在0、2、4、8、12、24 h各进样1次，左旋龙脑含量与内标物相对峰面积的RSD值为0.51%，说明样品在24 h内稳定性良好。

1.4.3.7 加样回收试验精密称取6份已知含量的艾纳香叶片粉末约1 g，每份样品精密加入左旋龙脑标准品约5 mg，制备成待测样品溶液；气相色谱测定左旋龙脑含量，统计其回收率。结果表明，左旋龙脑回收率为80%～120%，RSD值为2.46%，回收率相对较高。

1.4.3.8 样品含量的测定将制备的样品溶液，用气相色谱进行测定，根据线性回归方程计算艾纳香中左旋龙脑的含量。

1.5 数据分析

采用Excel 2003、SPSS 17.0软件对数据进行统计分析，采用LSD法检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1 氮磷钾配施对艾纳香田间植株性状的影响

由表2可知，处理D、处理E、处理I对艾纳香株高增长有较强的促进作用，11月时艾纳香株高均超过200 cm，12月时艾纳香株高均超过220 cm；除9月时各处理的艾纳香茎粗有一定差异外，其他月份各处理间的艾纳香茎粗差异不显著；对分枝数而言，8月、11月时各处理间的艾纳香分枝数差异不显著，12月时处理I的平均分枝数相对最多，为5个；8月、9月、12月各处理间的叶片数差异不显著，10月时处理D的叶片数相对最多，为176张，除与处理B、处理F、处理H差异显著（P＜0.05）外，与其他处理无显著差异；8月基本没有分生苗发出，9月时处理C、处理F、处理G有分生苗发出，12月时，处理F的分生苗数高达9株，显著高于除处理B外的其他处理（P＜0.05）。这说明不同施肥组合对艾纳香株高、分枝数、分生苗数的增加有明显的促进作用，而对艾纳香茎粗和叶片数的增加促进作用不明显。表3分析结果显示，影响艾纳香株高、分枝数、叶片数的因素依次为氮肥＞钾肥＞磷肥，影响艾纳香茎粗、分生苗数的因素依次为氮肥＞磷肥＞钾肥。

表2 氮磷钾配施对艾纳香植株形态指标的影响

表3 艾纳香不同测定指标的极差（R值）比较

2.2 氮磷钾配施对艾纳香产量的影响

由表4可知，8月时，处理C的叶片鲜质量显著高于处理E（P＜0.05），与其他处理差异不显著；9月时，处理 C的叶片鲜质量除与处理B、处理D差异不显著外，显著高于其他处理（P＜0.05）；10月时，叶片鲜质量较9月呈减少趋势，处理A与其他处理相比，不存在显著差异；11月时，处理E、处理I的叶片鲜质量均在200 g以上，显著高于其他处理（P＜0.05）；12月时，处理I的叶片鲜质量相对最高，为340.67 g，除与处理C、处理F差异不显著外，显著高于其他处理（P＜0.05）。8—10月，各处理的全株鲜质量与对照处理A相比差异不显著；11月时，处理E的全株鲜质量除与处理H、处理I差异不显著外，显著高于其他处理（P＜0.05）；12月时，处理C的全株鲜质量相对最高，为 988.67 g，单位面积鲜产量达39 548 kg／hm2，除与处理I差异不显著外，显著高于其他处理（P＜0.05）；单位面积鲜产量与全株鲜质量的差异显著性一致。这说明10月前，不同施肥组合对艾纳香叶片鲜质量、产量的增加没有明显的促进作用，而11月后，不同施肥组合对艾纳香叶片鲜质量、全株鲜质量、单位面积鲜产量的提高有明显的促进作用。表3分析结果显示，影响艾纳香叶片鲜质量、单株鲜质量的因素依次是磷肥＞钾肥＞氮肥。由表5可知，氮、钾肥对艾纳香单位面积产量的影响未达到显著水平，磷肥达到极显著水平（P＜0.01）。

2.3 氮磷钾配施对艾纳香主要有效成分的影响

2.3.1 挥发油含量由表6可知，8月时，处理E的挥发油含量除与处理D差异不显著外，显著高于其他处理（P＜005）；9月时，处理E的挥发油含量除与处理C、处理D差异不显著外，显著高于其他处理（P＜0.05）；10月、11月时，处理C、处理D的挥发油含量显著高于其他处理（P＜0.05），其中，11月时处理C的挥发油含量相对最高，为10.53 mL／kg；12月时，处理D除与处理A、处理B、处理E差异显著（P＜005）外，与其他处理相比差异不显著。这说明不同施肥组合对艾纳香挥发油增加有促进作用。表3分析结果显示，影响艾纳香挥发油含量的因素依次为钾肥＞氮肥＞磷肥。由表5可知，氮、磷、钾肥对艾纳香挥发油含量的影响均未达到显著水平。

2.3.2 总黄酮含量由表6可知，8月时，处理 E、处理F的总黄酮含量显著高于其他处理（P＜0.05）；9月时，处理G的总黄酮含量显著高于其他处理（P＜0.05）；10月时，处理H的总黄酮含量相对最高，为5.74 mg／g，显著高于其他处理（P＜0.05）；11月时，处理A、处理F的总黄酮含量显著高于其他处理（P＜0.05）；12月时，处理I的总黄酮含量显著高于其他处理（P＜0.05）。表3、表5分析结果显示，影响艾纳香总黄酮含量的因素依次为钾肥＞氮肥＞磷肥，且均达到极显著水平（P＜0.01）。

2.3.3 左旋龙脑含量由表6可知，8月时，处理F的左旋龙脑含量除与处理B、处理E、处理G差异不显著外，显著高于其他处理（P＜0.05）；9月时处理E和处理F、10月时处理C、11月时处理E和处理G、12月时处理C的左旋龙脑含量显著高于同时期其他处理（P＜0.05），其中，10月时处理C、11月时处理E和处理G、12月时处理C的左旋龙脑含量均在6 mg／g以上，11月时处理 E的左旋龙脑含量相对最高，为673 mg／g。表3、表5分析结果显示，影响艾纳香左旋龙脑含量的因素依次为钾肥＞氮肥＞磷肥，且均达到极显著水平（P＜0.01）。

表4 氮磷钾配施对艾纳香产量指标的影响

表5 艾纳香单位面积产量及挥发油、总黄酮、左旋龙脑含量的正交方差分析

2.4 产量与氮磷钾肥料效应模型的建立

以氮磷钾施肥量x1、x2、x3为自变量，以产量Y为因变量，采用二次多项式进行回归分析，得出艾纳香产量与N、P2O5、K2O之间的回归方程为：

经F检验，该方程P值为0.038 1，达到显著水平，R为0.999 8，说明该模型拟合性较好。回归方程中，常数项与空白产量非常接近，说明模型模拟与实际产量非常吻合；氮肥、磷肥系数为正值，钾肥系数为负值，说明氮肥、磷肥与产量呈正相关，钾肥与产量呈负相关；二次项系数仅钾肥的为正值，说明氮、磷、钾施用量均有一个适宜的范围，高于这个范围会导致艾纳香产量下降；交互项系数比较小，说明交互作用对产量的影响较弱，同时说明主效应作用明显。

对回归方程进行单因子效应分析，即将3个自变量中的任意2个取值为0，可得到剩余自变量与目标函数的关系，即为N、P2O5、K2O施用量与艾纳香产量关系的单因子效应方程：

式中：Y1为氮施用量与产量间的效应方程，Y2为磷施用量与产量间的效应方程，Y3为钾施用量与产量间的效应方程。

由图2可见，施肥量较低时，随N、P2O5施用量的增加，艾纳香产量呈增加趋势，而随K2O施用量的增加，艾纳香产量呈下降趋势；单施N时艾纳香的产量高于单施P2O5、K2O的，说明增加氮肥的施用可提高艾纳香的产量；施肥量较高时，随施肥量的增加，单施N对艾纳香产量的增加幅度逐渐减小，而单施K2O对艾纳香产量增产幅度逐渐增大，单施P2O5对艾纳香产量的影响基本保持不变；各因子效应最大值为氮肥施用量161.32 kg／hm2，磷肥施用量184.72 kg／hm2，钾肥对产量增加无明显的改善作用。因此，氮肥、磷肥是提高产量的主要因子，氮、磷、钾合理配施是提高产量的有效措施。

表6 氮磷钾配施对艾纳香挥发油、总黄酮及左旋龙脑含量的影响

3 结论与讨论

肥料是提供植物必需营养元素或兼有改良土壤性质、提高土壤肥力功能的物质［14］，而施肥是提高栽培药用植物产量和品质的重要措施，合理施肥既能促进植物生长发育，提高药材产量，又能改善药材品质。氮对植株茎叶的生长有重要的促进作用，对艾纳香的株高、茎粗、分枝数、叶片数、分生苗数的促进作用相对最为明显；磷对作物碳水化合物的合成、分解和运输起着重要的作用，对艾纳香的叶片鲜质量和单位面积产量的促进作用最为明显，对其产量和品质的提高尤为明显；钾在改善作物品质方面起着良好的作用，常被认为是“品质元素”，对艾纳香挥发油、左旋龙脑、总黄酮含量的增加作用较为突出。因此，合理的氮、磷、钾配方施肥能够提高艾纳香的产量和品质。

田间试验结果表明，不同施肥处理对艾纳香茎粗、叶片数的影响相对较小，对株高、分枝数、分生苗数的增加有一定的促进作用，对艾纳香叶片鲜质量、单株鲜质量有明显的影响，尤其是11—12月，合理的氮磷钾配施可显著提高艾纳香单位面积的产量（P＜0.05）；从单位面积产量看，磷肥对其影响效应相对较大，达到极显著水平（P＜0.01）。就艾纳香叶片鲜质量而言，最佳施肥组合为 N3P3K2、N1P3K3，即 N、P2O5、K2O施用量分别为 200、400、100 kg／hm2和 0、400、200 kg／hm2；就单位面积产量而言，最佳施肥组合为N1P3K3、N2P2K3，即N、P2O5、K2O 施用量分别为 0、400、200 kg／hm2和 100、200、200 kg／hm2。

艾纳香主要含有挥发油、黄酮类化学成分，而挥发油主要成分为左旋龙脑，并含有少量的桉油精、左旋樟脑、倍半萜、香豆精、三萜化合物等［15－17］。本试验印证了艾纳香挥发油含量与左旋龙脑含量间存在正相关，即挥发油含量高的其左旋龙脑含量相对较高，挥发油含量低的其左旋龙脑含量也相对较低，这与夏稷子等的研究结果［18］相同。不同施肥处理下，艾纳香植株的挥发油、总黄酮、左旋龙脑含量差异明显，其中钾肥影响最大，其次是氮肥，磷肥影响最小。方差分析表明，N、P2O5、K2O 3个因素除对挥发油含量的影响未达到显著水平外，对总黄酮、左旋龙脑含量的影响达到极显著水平（P＜0.01）。

肥料合理配施有利于提高中药材产量，形成和积累有效成分和营养成分，而滥施肥料会破坏植物体内的各种代谢过程，使土壤理化性质变恶［19］。矿质营养的缺乏也会导致土壤退化、药材品质降低和产量下降，在一定环境条件下研究药材对各矿质元素的需求也是非常重要的［20］。有研究报道，合理地配施氮磷钾肥可显著提高川半夏的产量和生物碱含量［21］；氮磷钾肥配施能显著促进朝鲜白头翁植株的生长发育，并提高总皂苷含量［22］。本试验结果表明，合理配施氮磷钾肥可提高艾纳香产量和主要有效成分的含量，而过量施用氮磷钾肥时提升效果不明显或会产生负效应。

在艾纳香生产栽培中，结合产量与氮磷钾肥料效应模拟方程得出，N、P2O5效应的最大值分别为氮肥施用量为161.32 kg／hm2，磷肥施用量为 184.72 kg／hm2，与 N、P2O5、K2O施用量分别为100、200、200 kg／hm2（处理 E）更接近，更适于大规模生产，对提高艾纳香产量和改善品质有良好的效果。

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