测土配方施肥对金银花产量和质量的影响
*通讯作者:李云,男,教授,主要从事林木遗传育种研究。E-mail:yunli@bjfu.edu.cn
作者简介:曾慧杰,男,副研究员,主要从事药用植物育种栽培研究。E-mail:run507@163.com
收稿日期:2017-03-16接受日期:2017-08-18网络出版日期:2017-12-10
基金资助:
湖南省科技厅重点研发计划(2016NK2156),湖南省科技厅重点研发计划(2016NK2157)Influence on Yield and Quality of Lonicera japonica by Soil Testing and Formulated Fertilization
Keyword: Lonicera japonica;soil testing and formulated fertilization;yield;quality;fertilizer effect equation
金银花(Lonicera japonica)为忍冬科忍冬属植物忍冬, 是我国传统大宗中药材, 含有绿原酸和木犀草苷等药理活性成分。研究表明, 金银花具有抗菌、消炎、抗病毒等功效[1, 2, 3, 4], 且施以合理的N、P、K等元素, 能够促进金银花植株体内代谢活动, 积累生长所需的营养物质, 促进生长发育[5]。研究发现, 氮、磷、钾及复合肥均可促进金银花植株的花芽分化, 其影响效果为氮肥> 复合肥> 磷肥> 钾肥[6]; 将有机肥和无机肥结合使用, 可以在增产的同时, 有效降低施肥成本[7]; 此外, 秋季以金银花氨基酸有机无机专用肥做基肥, 能有效预防根腐病[8]。目前, 关于施肥对金银花有效成分的影响研究学者们持不同观点, 胡尚钦等[9]、蒋其螯等[10]、徐迎春等[11]认为氮肥对金银花花蕾绿原酸含量为负效应, 磷肥为正效应, 但王喻[12]认为氮肥能提高金银花的花蕾、叶、藤内有效成分的含量, 磷肥会降低金银花内有效成分的含量; 翟彩霞等[13]研究则表明绿原酸含量随着氮、磷、钾肥施用量的增加, 呈先增加后降低的趋势。上述研究虽取得了一定成果, 但在施肥设计上仍显单一, 且多只考虑N、P 2种元素的影响, 还需进一步从需肥规律、施肥效果、肥效方程等方面开展研究。
测土配方施肥是以土壤测试和施肥试验为基础, 根据植物需肥规律、土壤供肥性能和肥料效应, 提出氮、磷、钾等肥料的施用数量、时期和方法[14, 15]的一项环境友好型施肥技术[16]。目前, 测土配方施肥在水稻[17]、玉米[18]、大豆[19]、小麦[20]以及梨[21]等多种作物上得到应用, 但在金银花上的应用还鲜见报道。本试验采用国家农业部推荐的“ 3414” 回归试验方案, 通过探究金银花需肥规律, 以期提高氮、磷、钾肥利用率, 为金银花高效栽培技术提供技术支撑和理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验地设在山东省临沂市费县大田庄, 该地区属温带季风气候, 年平均气温13.6℃, 极端最高、最低气温分别为42.5℃和-18.3℃, 平均日照时数为 2 532.1 h, 年平均水面蒸发量857.9 mm, 年平均降水量819.3 mm, 年无霜期平均为197 d。试验地为耕地, 壤土, 排水、通透性良好。试验前, 测定土壤的pH值、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾及有机质含量, 详见表1。
表1 试验地土壤理化性质 Table 1 Physical-chemical characters of the tested soil1.2 试验材料
试验作物:3年生丰蕾金银花树, 要求长势基本一致。
试验肥料:尿素(鲁西化工集团股份有限公司, 含N 46.4%)、钙镁磷肥(云南磷联化肥联合营销有限公司, 含P2O518%)、硫酸钾(中化化肥有限公司, 含K2O 52%)。
1.3 试验设计
依据“ 3414” 肥料效应试验方案, 设计了N、P2O5、K2O共3个肥料因素, 0、1、2、3共4个施肥水平, 14个施肥处理, 其中, 0水平为不施肥, 2水平为推荐常用施肥量, 1水平为推荐常用施肥量的0.5倍, 3为推荐常用施肥量的1.5倍, 根据往年施肥数据和生产实践, 确定2水平的推荐施肥量:每株施N 30 g、P2O510 g、K2O 16 g。每个处理5株金银花树, 3次重复, 随机区组排列, 植株行间距为1.0 m× 0.8 m; 磷肥、钾肥于萌芽前一次性施入, 氮肥分2次施, 萌芽前施用60%, 第一茬花现蕾前追施另40%氮肥, 第一次施肥时间为2016年3月10日, 第二次施肥时间为4月30日, 施肥方式采用沟施。
1.4 测定项目与方法
产量测定:每个处理选择3株, 于5月20日、7月10日、9月10日, 分3次花期按单株采摘全部花蕾, 合并计算总产量。
花蕾测定:每个处理选择3株, 分别采摘树冠外围中上部位, 顶部膨大略带乳白色、基部青绿, 含苞不放的花蕾100根, 测量花蕾长度和重量, 并换算为千蕾重。
有效成分含量测定:以第一茬花蕾为材料, 每个处理选择3株, 参照《中华人民共和国药典》[22]2010年版的相关方法, 使用LC-2010AHT高效液相色谱仪(岛津, 日本)进行测定; 绿原酸和木犀草苷标准样品均由湖南省药品检验所提供; 绿原酸含量测定采用SHIMADZU Shim-pack VP-ODS C18色谱柱(4.6 mm× 250 mm, 5 μ m), 以乙腈-0.4%磷酸溶液(体积比13∶ 87)为流动相, 流速0.8 mL· min-1, 柱温25℃, 检测波长327 nm, 进样量10 μ m; 木犀草苷含量测定采用Agilent Zorbax SB-Phenyl色谱柱(4.6 mm× 250 mm, 5 μ m); 流动相A为乙腈, 流动相B为 0.5%冰醋酸溶液, 梯度洗脱程序:0~15 min, 90%~80%B; 15~30 min, 80%B; 30~40 min, 80%~70%B, 流速0.8 mL· min-1, 柱温25℃, 检测波长350 nm, 进样量10 μ m。
表2 氮、磷、钾肥“ 3414” 试验方案 Table 2 The experiment scheme of ‘ 3414’ fertilizer treatment of N、P、K1.5 数据分析
采用SPSS18.0软件和Excel2007软件进行均值计算、多重比较和回归分析, 建立肥料效应函数。
2 结果与分析
2.1 施肥处理对金银花产量的影响
由表3可知, 试验地的基础地力贡献率为74.2%, 根据土壤肥力丰缺指标, 当相对产量在75%~85%范围内时, 土壤肥力为中等, 施肥料能起到增产效果; 缺氮、缺磷、缺钾处理的相对产量分别为84.5%、78.6%、81.0%, 表明试验地土壤的磷含量是限制金银花产量的首要肥力因子; 在推荐施肥量的范围内, 每施1 g氮、磷、钾肥, 分别能增加花蕾产量1.98、8.21、4.56 g, 表明为提高金银花花蕾产量, 应更加注重适当的施加磷肥。
表3 缺肥处理的相对产量与增产率 Table 3 The relative yield and increasing rate of fertilizer deficiency treatments由表4可知, 不同施肥处理对单株产量影响较大。其中, 处理7产量最高为391.8 g, 而处理1产量最低为284.7 g, 处理7比处理1产量提高了37.6%; 氮、磷、钾肥均能促进单株产量的增加, 但增产效果有区别; 由处理2、3、6、11可知, 随着施氮量的增加, 单株产量呈逐步上升的趋势, 其中处理3、6、11与缺氮处理2相比差异显著, 但不同施氮水平处理之间差异不显著; 由处理4、5、6、7可知, 随着施磷量的增加, 单株产量呈逐步上升的趋势, 处理7的单株产量最高, 但与处理6无显著性差异, 而与处理4、5差异显著; 由处理6、8、9、10可知, 随着施钾量的增加, 单株产量先是上升, 在处理6时达到最高值, 但施钾量继续增加到处理10时, 单株产量没有随之增长, 而是保持相对稳定; 以上结果表明磷肥是金银花产量增加的主要肥力因子。
表4 施肥对金银花单株产量的影响 Table 4 Effects of fertilization on yield per plant of Lonicera japonica2.2 金银花产量与氮、磷、钾的肥料效应模型
将金银花单株产量(Y)与施氮量(N)、施磷量(P)、施钾量(K)进行回归分析, 得到以下关系式。
1)三元二次肥料效应方程:
Y=285.41+0.3475N+10.2116P+3.1809K-0.0590N2-0.6314P2-0.2765K2+0.0957NP+0.1655NK+0.1412PK(R2=0.9887, F=39.05, P=0.0015); 以产量为目标时, 每株施氮肥47.9 g、磷肥14.4 g、钾肥23.8 g时, 单株产量为404.9 g。
2)二元二次的3个肥料效应方程分别为:
Y=287.07+2.1280N+9.8662P-0.0546N2-0.5916P2+0.1665NP(R2=0.984)
Y=350.98+0.2019N+2.5303K-0.0521N2-0.2522K2+0.2164NK(R2=0.979)
Y=279.31+8.4085P+5.2250K-0.5248P2-0.2349K2-0.3324PK(R2=0.97)
由表5可知, 磷、钾的二元二次肥料效应方程的计算值与实际施肥量偏差较大, 这可能是该方程拟合不够精准所致。
表5 二元二次肥效方程推荐的施肥量及目标产量 Table 5 Fertilizer amount and target yield recommended by binary quadratic equations/g3)一元二次的3个肥料效应方程分别为:
Y=-0.05393N2 + 3.7605N + 326.66(R2=0.956)
Y=-0.5214P2 + 13.6694P + 302.84(R2=0.994)
Y=-0.2208K2 + 8.1680K+ 311.45(R2=0.856)
综合分析氮、磷、钾的三元二次、二元二次、一元二次肥料效应数学模型计算结果(表5、表6), 并结合试验区生产实践, 在山东临沂地区, 3年生金银花以单株产量387.0~430.3 g为目标, 推荐施肥量分别为N肥34.9~47.9 g、P2O5肥13.1~14.4 g和K2O肥18.5~23.8 g。
表6 一元二次肥效方程推荐的施肥量及其目标产量 Table 6 Fertilizer amount and target yield recommended by mono basic quadratic equations/g2.3 施肥处理对金银花质量的影响
2.3.1 施肥处理对花蕾生长的影响
2.3.1.1 施肥处理对花蕾长度的影响 由表7可知, 经比较处理2、3、6、11的数据发现, 氮肥能促进花蕾长度的增加, 但4组数据之间差异不显著, 其中处理11的长度最长为54.8 mm, 处理2的长度最短为54.3 mm, 增加幅度不明显; 经比较处理4、5、6、7的数据发现, 施磷肥后花蕾的长度显著增加, 其中处理7的长度最长为54.9 mm, 处理4的长度最短为53.0 mm, 不同施磷水平的4个处理之间差异不显著; 经比较处理6、8、9、10的数据发现, 钾肥对花蕾长度的影响与氮肥类似, 花蕾长度随施钾量的增加而增长, 但不同施钾量之间差异不显著, 其中处理10最长为54.5 mm, 处理8最短为53.7 mm。可见, 氮、磷、钾肥均与花蕾长度呈正相关, 但只有磷肥对花蕾长度有显著性影响。
2.3.1.2 施肥处理对千蕾重的影响 施氮量与千蕾重呈正相关, 但4个不同施氮水平之间无显著性差异, 处理11最重为169.69 g, 处理2最轻为166.63 g; 施磷量与千蕾重也呈正相关, 其中处理7最重为170.30 g, 与处理6无显著性差异, 而与处理5和处理4差异显著; 随着施钾量的增大, 千蕾重先逐步增加, 在处理6时达到最大值为168.47 g, 随后不再继续增加(表7)。结果表明磷肥也是影响千蕾重的最主要肥力因子。
2.3.2 施肥处理对有效活性成分含量的影响
2.3.2.1 施肥处理对绿原酸含量的影响 由处理2、3、6、11的数据可知, 氮肥对绿原酸含量没有表现出规律性影响, 且4个不同施氮水平之间没有显著性差异; 由处理4、5、6、7的数据可知, 绿原酸含量随着磷肥量的增加而提高, 最高施磷量处理7的含量为4.38%, 不施磷肥处理4的含量为4.21%, 两处理间差异显著; 由处理6、8、9、10的数据可知, 施加钾肥能提高绿原酸含量, 但没有显著性影响, 其中处理6最高为4.35%, 处理8最低为4.28%(表7)。可见, 磷肥与绿原酸含量呈正相关, 且有显著性影响。
2.3.2.2 施肥处理对木犀草苷含量的影响 由处理2、3、6、11的数据可知, 不同施氮水平对木犀草苷含量均无显著性影响; 随着施磷量的增加, 木犀草苷含量也逐渐增高, 其中, 处理7最高为0.80‰ , 处理4最低为0.75‰ , 表现出显著性影响; 钾肥对木犀草苷的影响与磷肥类似; 此外, 木犀草苷含量较高的处理, 都同时具有较高的磷肥、钾肥水平, 表明磷肥和钾肥的协同作用, 有利于提高金银花木犀草苷含量。
表7 施肥对花蕾长、千蕾重、绿原酸、木犀草苷含量的影响 Table 7 Effects of fertilization on yield per plant, fresh weight of 1000 flowers, flower length, chlorogenic acid and luteolin content3 讨论
N、P、K是植物生长发育需求量最大的矿质元素, 农业生产中的施肥也主要是满足植物对这3种元素的需要[23, 24, 25]。施肥能够促进金银花植株的生长和花芽分化, 从而提高金银花的产量, 徐凌川等[6]经盆栽试验表明, 促进忍冬植株花芽分化的肥效顺序为氮肥> 磷肥> 钾肥; 翟彩霞等[13]发现, 在基施生物发酵鸡粪基础上, 金银花产量随着施肥量的增加呈增加趋势, 当施氮450 kg· hm-2、施磷360 kg· hm-2、施钾300 kg· hm-2时产量最高; 王俊儒等[26]施用尿素与过磷酸钙比例为1∶ 0.78的肥料, 施肥量为560 kg· hm-2时, 产量最高。本研究中, 不同施肥处理之间的金银花产量存在显著性差异, 增产幅度可达37.6%, 该试验地的基础地力贡献率为74.2%, 在推荐施肥量的范围内, 每施1 g氮、磷、钾肥分别能增加花蕾产量1.98、8.21、4.56 g, 表明土壤的磷含量是限制金银花产量的首要因子。因此, 为了提高金银花产量和收益, 应更加注重施加磷肥。
金银花作为我国传统大宗中药材, 种植时既要考虑增加产量, 也要保证品质。金银花质量包括花蕾的大小、重量、颜色、形状等外观品质, 以及有效活性成分含量等内在品质。甘信军[27]研究认为, 施肥后金银花植株花蕾的外观性状会发生一定改变, 表现为花蕾长度增加、绿色加深、整齐度提高等。本试验结果表明, 氮、磷、钾肥均与花蕾长度呈正相关, 有利于促进花蕾的增长, 但只有磷肥有显著性影响; 磷肥也是影响千蕾重的主要肥力因子, 但整体而言, 千蕾重的差异幅度较产量的差异幅度小。李琳等[28]研究也表明, 施肥处理对金银花千蕾干重影响不大, 磷肥是影响金银花花蕾生长的关键肥力因子。
施肥会对土壤环境产生影响, 可能对活性成分的合成与积累产生作用。目前有关施肥对金银花有效成分影响的研究大多都集中在绿原酸含量方面。但前人对施肥究竟如何影响有效成分含量的研究结论并不统一, 在不同试验中, 氮、磷、钾肥有时可以提高绿原酸含量, 有时却会降低绿原酸含量[5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13]。本研究中, 氮肥并未表现出对绿原酸含量有规律性影响, 钾肥虽有利于提高绿原酸含量, 但无显著性影响, 磷肥则与绿原酸含量表现为正相关, 且影响显著; 而磷肥、钾肥的协同作用与木犀草苷含量呈正相关。次生代谢物质的合成是极其复杂的过程, 目前肥料对有效成分影响的研究结果各不相同, 可能与供试品种、栽培方式或种植生境的不同有关, 需进一步验证研究。
在山东临沂地区, 根据本试验获得的金银花产量与氮、磷、钾的肥料效应函数, 3年生金银花单株推荐施肥量为N(34.9~47.9 g), P2O5(13.1~14.4 g), K2O(18.5~23.8 g), 单株最高产量为387.0~430.3 g。金银花种植, 通常会在每年采花后, 给土壤补施有机肥, 而本试验为了更精确地分析氮、磷、钾元素对植物的影响, 在试验地中未施有机肥, 这可能是肥效方程推荐的施肥量高于当地往年常用施肥量的原因之一。综上, 由于各地气候条件、土壤质地与肥力等差异, 施肥应根据各种植区域的具体情况进行相应设计和调整, 同时应注意无机肥与有机肥的平衡使用[29, 30, 31], 避免出现土壤板结、微生物菌群失调现象, 以更好地促进金银花生产。
4 结论
合理的氮磷钾配方施肥可以显著促进金银花生长, 使单株产量得到大幅提升, 施肥对花蕾长及千蕾重的影响较小, 磷肥与花蕾的发育关系密切, 是影响花蕾长度和重量的主要肥力因子。施肥也能影响金银花有效成分含量, 磷肥和钾肥均有利于提高绿原酸含量, 而磷肥和钾肥的协同作用与木犀草苷含量呈正相关关系。本研究为金银花高效栽培提供了技术支撑和理论依据。
The authors have declared that no competing interests exist.
参考文献
[1]Lee S J, Son K H, Chang H W, Kang S S, Kim H P.北京:
中国医药科技出版社, 2015[本文引用:1][23]吴礼树. 土壤肥料学[M].
北京:
中国农业出版社, 2004[本文引用:1][24]Dordas C.
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