陈冠州,袁 搏,刘 颖,张靓瑶,张跃川,申秋豫,袁卉馥

(河北北方学院 农林科技学院，河北 张家口 075000)

北苍术(Atractylodeschinensis(DC.)Koidz.)为菊科多年生草本植物，是中药材苍术的来源之一，主产于我国东北、内蒙古自治区和河北省等地[1]。北苍术主要以根茎入药，具有燥湿、健脾、祛风、散寒、明目等功效[2]。随着国内外市场对苍术需求量的增加，野生北苍术呈现供不应求局面，为缓解北苍术野生资源骤减和市场需求的矛盾，北苍术的规模化生产已经势在必行。

水分和养分是植物生长过程中不可或缺的重要因素。据统计，我国约有一半左右的耕地年降水量低于500 mm[3]，缺水会降低作物产量，加剧土壤的贫瘠化，限制有限水分的利用效率和转化效率[4]。除水分外，养分也是影响农业生产的主要胁迫因子之一，同时水分和养分2个因子在一定范围内又是协同作用的关系。研究得出，在旱田农业生产中，作物增产的原因，既有肥料效应，也有肥料与水分互作影响，而且水肥互作对作物的增产影响更为显著[5]。目前北苍术栽培方面的研究大多集中在肥料的使用、干旱的胁迫影响等方面[6-8]，而对水分和肥料互作对北苍术的影响研究尚未见报导。本试验在不同供水情况下，通过施用氮磷肥，揭示水分和氮磷配方施肥对北苍术生长指标及有效成分含量的影响，旨在明确并规范北苍术高产优质的最佳水肥配比方案，为北苍术的规模化栽培提供理论指导和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本试验于河北省张家口市河北北方学院南校区旱棚进行，海拔高度为640 m，北纬40°39′58"，东经114°55′4"，属于典型的大陆性干旱和半干旱地区，处于东亚大陆性季风气候区。年降水量为450～550 mm。试验园土(0～20 cm)土壤肥力中等，质地为栗钙土。

1.2 试验材料

供试材料为崇礼区百草汇中药材种植合作社的一年生北苍术幼苗，施用肥料为阳煤丰喜肥业集团有限责任公司所生产的尿素(N，总氮≥46%)，瓮福集团有限责任公司所生产的过磷酸钙(P2O5，有效磷≥16%)。采用直径30 cm，高20 cm的塑料盆，每盆8棵植株，进行盆栽试验。

1.3 试验设计

选择长势一致、生长健壮、无病虫害的一年生北苍术幼苗进行盆栽施肥试验。对不同供水条件下(正常供水、轻度干旱和中度干旱)的北苍术幼苗，采用氮、磷肥组合施用处理，N设60、120、180 kg·hm-23水平；P2O5设100，150，200 kg·hm-23水平。于2021年5月8日将北苍术幼苗移栽至直径30 cm、高20 cm的聚乙烯塑料盆内，每盆装入7.5 kg土壤，每盆移栽8株幼苗。缓苗3 d后进行控水处理，采用称重法进行补水控水，共设3个水分梯度：正常供水(田间持水量的75%)，轻度干旱(田间持水量的60%)，中度干旱(田间持水量的45%)。试验采用L9(33)正交设计，试验具体实施方案见表1，每处理重复5次，其中P2O5作为基肥一次施入土壤，N肥1/2作为基肥施入，1/2作为追肥于6月施入。另设3个对照：CK1(正常供水，不施肥)；CK2(轻度干旱，不施肥)；CK3(中度干旱，不施肥)。其他管理同大田。

表1 L9(33)正交设计表

1.4 测定指标及方法

1.4.1 生长指标测定

在栽植后120 d挖取整株北苍术，洗净并用吸水纸吸干水分，用米尺测量北苍术的株高、须根长；用分析天平称量地上鲜质量和根茎鲜质量。然后将北苍术根茎装入冰盒带回实验室，液氮固定，储存于-80℃超低温冰箱备用。

1.4.2 有效成分含量测定

取北苍术根茎粉碎，测定苍术素和总灰分含量。

1.4.2.1 苍术素含量测定[9]

a 色谱条件

Diamonsil C18色谱柱(4.6 mm×250mm，5 μL)，流动相：甲醇-水(79∶21)等度洗脱，流速为1.0 mL·min-1，检测波长340 nm，进样量20 μL。

b 对照品和供试品溶液的制备

取苍术素对照品适量，精密称定，加甲醇制成每1 mL含40 μg的溶液，作为苍术素对照品溶液。取本品粉末0.2 g，精密称定，参照2020版《中国药典》Ⅰ部苍术含量测定方法[9]，制备供试品溶液，每个样品3次重复。

c 线性回归方程

取苍术素对照品溶液(40 μg·mL-1)，分别稀释成浓度为4、8、12、16、20、28、36和40 μg·mL-1的溶液，各吸取10 μL按照1.6.1的色谱条件测定相应的峰面积，以不同浓度的苍术素对照品溶液为横坐标X，相应的峰面积为纵坐标Y，绘制标准曲线，得到苍术素回归方程为Y=141763X+87854，相关系数r=0.9993。对照品在4～40 μg·mL-1范围内呈良好的线性关系。

1.4.2.2 总灰分含量[9]

测定用的根茎粉碎，二号筛过筛，混合均匀后，取供试品2～3 g，置炽灼至恒重的坩埚中，称定质量(准确至0.01 g)，缓缓炽热，注意避免燃烧，至完全炭化时，逐渐升高温度至500～600 ℃，使完全灰化并至恒质量。根据残渣质量，计算供试品中总灰分的含量(%)。总灰分不得过7.0%(通则2302)[9]。

1.5 统计与分析

用Excel进行数据处理和作图，并用SPSS 21.0进行数据处理分析。

2 结果与分析

2.1 不同供水条件下氮磷肥对北苍术农艺性状的影响(图1)

对北苍术在不同供水条件下使用不同配比氮、磷肥，测定株高、须根长、地上鲜质量和根茎鲜质量。可知在不施肥情况下，随着水分供应减少，北苍术的株高、须根长、地上鲜质量和根茎鲜质量降低，正常供水时CK1均与轻度干旱CK2、中度干旱CK3形成显著性差异(P<0.05)。图1还表明，施用氮肥和磷肥后，在不同水分条件下均可以提高北苍术的株高、须根长、地上鲜质量和根茎鲜质量。

图1 不同供水条件下氮磷肥对北苍术农艺性状的影响

对株高的影响(图1a):各处理株高最高的为T6和T8，二者与T2、T3、T4和T9形成显著性差异(P<0.05)，与T1、T5和T7差异不显著。在供水情况相同情况下，显著性差异为正常供水时T6和T8与CK1形成显著性差异(P<0.05)，但T6和T8之间差异不显著；T1虽然高于CK1，两者之间差异不显著；轻度干旱时，T5和T7与CK2形成显著性差异(P<0.05)，但T5和T7之间差异不显著；中度干旱时，T4和T9与CK3形成显著性差异(P<0.05)，但T4和T9之间差异不显著，T2与CK3之间差异不显著。由以上分析可知，北苍术的株高在水分相同的情况下，多施氮肥有利于提高株高，但施用N120与N180对北苍术的株高没有显著性影响。

不同供水条件下施用氮磷肥对北苍术须根长的影响(图1b)：各处理须根长最长的为T6和T8，二者与T1、T2、T3、T4和T9形成显著性差异(P<0.05)，与T5和T7差异不显著。在供水情况相同情况下，显著性差异为正常供水时T6和T8与CK1形成显著性差异(P<0.05)，但T6和T8之间差异不显著；T1虽然高于CK1，两者之间差异不显著；轻度干旱时，T5和T7与CK2形成显著性差异(P<0.05)，但T5和T7之间差异不显著；中度干旱时，T2、T4和T9虽然高于CK3，但没有形成显著性差异。综上所述，北苍术的须根长在水分情况相同的情况下，多施氮磷肥有利于促进须根增长；且在正常供水和轻度干旱情况下，施用N120与N180对北苍术的须根长没有影响，在中度干旱情况下，氮、磷肥的施用量对须根长的影响不明显。

不同供水条件下施用氮磷肥对北苍术地上鲜质量的影响(图1c)：各处理地上鲜质量最高的为T6和T8，二者与T1、T2、T3、T4和T9形成显著性差异(P<0.05)，与T5和T7差异不显著。正常供水时，T1和CK1之间没有形成显著性差异(P<0.05)，T6、T8和CK1之间差异显著(P<0.05)，T6、T8之间差异不显著；轻度干旱情况下，T3和CK2之间差异不显著，T5、T7与CK2、T3形成显著性差异(P<0.05)，但T5和T7之间差异不显著；中度干旱情况下，T2与CK3差异不显著，T4、T9和CK3之间形成显著性差异(P<0.05)，T4和T9之间差异不显著。由以上分析可知，北苍术的地上鲜质量在水分情况相同的情况下，多施氮有利于地上鲜质量增加，但施用N120与N180对北苍术的地上鲜质量的影响没有显著性差异。

由图1d可知，施用氮磷肥在不同供水情况下均可以促使北苍术的根茎鲜质量增加。各处理根茎鲜质量最高的为T6和T8，二者与T1、T2、T3、T4和T9形成显著性差异(P<0.05)，与T5和T7差异不显著。供水情况相同时，差异显著性分析为正常供水时，T1、T6、T8和CK1之间均差异显著(P<0.05)，T6、T8和T1之间差异显著(P<0.05)，T6和T8之间差异不显著；轻度干旱时，T3、T5和T7均与CK2之间形成显著性差异(P<0.05)，T5、T7和T3之间差异显著(P<0.05)，但T5和T7之间差异不显著；中度干旱时，T2、T4、T9和CK3之间形成显著性差异(P<0.05)，但T2、T4和T9三者之间差异不显著。由以上分析可知，北苍术的根茎鲜质量在水分相同的情况下，多施氮肥有利于根茎鲜质量增加，在正常供水和轻度干旱情况下，施用N120与N180对北苍术的根茎鲜质量没有显著性差异；在中度干旱情况下，氮肥的施用量之间对根茎鲜质量没有显著性影响。

2.2 不同供水条件下氮磷肥对北苍术苍术素含量和总灰分的影响(图2)

对北苍术在不同供水条件下使用不同配比氮、磷肥，测定根茎中苍术素和总灰分含量。

不施肥情况下，水分供应量不影响北苍术中苍术素含量(图2a)，CK1、CK2和CK3之间差异不显著；图2a还表明，施用氮磷肥会增加北苍术根茎中苍术素含量，其中T3、T6与T8均与其他处理差异显著(P<0.05)，而三者之间差异不显著。正常供水时，T1、T6和T8的苍术素含量分别比CK1提高9.12%、50.49%和46.61%，苍术素含量排序为T6>T8>T1；轻度干旱情况下，T3、T5和T7比CK2分别提高73.78%、41.74%和33.33%，苍术素含量排序为T3>T5>T7；中度干旱情况下，T2、T4和T9的苍术素含量分别比CK3提高22.72%、21.71%33.83%，苍术素含量排序为T9>T2>T4。综上所述，供水情况相同的情况下，多施磷肥可以提高北苍术根茎中的苍术素含量。

图2 不同供水条件下氮磷肥对北苍术苍术素及总灰分含量的影响

总灰分是物质在高温下燃烧后残留的无机物质量占总质量的百分比，是药材质量指标的重要组成，总灰分含量的高低又反映了药材的品质状况[10]。总灰分含量越低说明北苍术根茎中自身的重金属残留和外来杂质越少，品质越佳。图2b表明，不施肥情况下，水分供应量对北苍术中总灰分含量没有显著影响，CK1、CK2和CK3之间差异不显著，施用氮磷肥后，各处理中总灰分含量和对照相比有所增加，其中T6、T7和T8三者与其他处理形成显著性差异(P<0.05)，3个处理之间差异不显著，T1、T2、T3、T4和T5之间差异不显著。图2b还表明，施用氮磷肥会增加北苍术根茎中总灰分含量，但各处理中总灰分含量最大为T8处理的5.16%，符合药典规定的总灰分≤7.00%。综上所述，氮磷肥增加会使北苍术根茎中总灰分含量提高，且高氮水平下总灰分增加明显。

2.3 不同供水条件下氮磷肥对北苍术农艺性状及有效成分含量的相关性分析(表2)

表2表明，不同供水条件下施用氮磷肥时，北苍术株高与其他各项指标均呈正相关，其中与须根长、地上鲜质量、根茎鲜质量、苍术素含量和总灰分含量达到极显著水平(P<0.01)；须根长与苍术素含量有显著性差异(P<0.05)，与株高、地上鲜质量、根茎鲜质量、总灰分含量有极显著性差异(P<0.01)；地上鲜质量与其他各指标均有极显著差异(P<0.01)；根茎鲜质量与株高、须根长、地上鲜质量、苍术素含量、总灰分含量达到极显著性水平(P<0.01)；苍术素含量和其他指标均达到极显著性差异(P<0.01)；总灰分含量与其他各项指标均呈正相关，有极显著性差异(P<0.01)。综合分析表明，可通过北苍术地上部分的生长情况调整施肥方案，可以有效地调节有效成分含量。

2.4 不同供水条件下氮磷肥对北苍术农艺性状及有效成分含量的综合评价

采用模糊数学隶属函数法对不同供水条件下氮磷肥对北苍术农艺性状及有效成分含量的影响进行综合性评价(表3)。数据中数值越大说明该施肥条件下北苍术生长状况越好(表中总灰分含量采用反隶属函数)。由表3可知，不同供水条件下氮磷肥对北苍术农艺性状及有效成分含量影响的隶属函数排序从大到小为T6>T8>T7>T5>T1>T3>T4>T9>T2>CK1>CK2>CK3。不同处理下北苍术的隶属均值均大于空白组CK1、CK2和CK3，说明不同供水条件下氮磷肥配施对北苍术生长发育和有效成分积累有直接影响，该评价体系中T6施肥方案效果最佳；表3还表明，正常供水条件下，T6(N120P200)施肥方案效果最佳；轻度干旱条件下，T7((N180P100)效果最好；中度干旱条件下，T4(N120P100)效果最好。

3 讨论与结论

北苍术是河北省的道地药材，随着北苍术市场需求加强，规模化生产势在必行，其生长发育及药材质量形成机制逐步受到重视。中药有效成分含量受到温度、光照、水分、肥料等环境因素影响，其中水分和土壤养分为调控其产量和品质的最有效措施之一[11]。水分是药用植物维持生命活动的重要环境因子之一，土壤水分的缺失会导致药用植物遭受干旱逆境，从而影响药用植物次生代谢产物的积累[12]。氮、磷、钾合理配施不仅能提高药用植物产量，而且能改善其品质[13]。氮、磷、钾肥配施不仅对根茎类中药材，如三七[14]、黄连[15]、西洋参[16]等的生长和药材质量有显著影响，对其次生代谢过程的调控尤为重要。本研究中，北苍术在不同供水条件下氮磷肥对北苍术株高、须根长、地上鲜质量、根茎鲜质量和苍术素影响均以正常供水情况T6(N120P200)和T8(N180P150)为最高；对各处理中的苍术素分析表明，正常供水时T6(N120P200)、T8(N180P150)和轻度干旱时的T3(N60P200)苍术素含量最高，说明轻度干旱时低氮高磷有利于北苍术中的苍术素积累，这和梁建萍[17]、郝岗平等[18]研究认为轻度干旱有利于黄芪中黄酮类和皂苷类成分、银杏中银杏内酯和黄酮类物质的积累结果一致。本研究中虽然正常供水加施用氮磷肥可以促进北苍术生长及苍术素含量增加，但高氮会使北苍术根茎中总灰分含量增加，在生产实践中切勿大水大肥，避免导致总灰分含量超标。

本研究经综合比较认为，不同供水条件下氮、磷肥对北苍术农艺性状及有效成分含量影响为北苍术株高、须根长、地上鲜质量、根茎鲜质量和苍术素、总灰分含量均存在一定相关性；综合评价为正常供水下，T6(N120P200)施肥方案效果最佳；轻度干旱条件下，T7((N180P100)效果最好；中度干旱条件下，T4(N120P100)效果最好。