影响赤芍产量及芍药苷含量的营养因素探索

王立民 吕 品* 于志民 张继舟

1 黑龙江省科学院自然与生态研究所 哈尔滨 150040

2 湿地与生态保育国家地方联合工程实验室 哈尔滨 150040

赤芍[1]作为一种重要的中药材，其用途和功效在中成药研制中均发挥着不可替代的作用[2]，国内关于赤芍、益母草、浙贝、丹参、黄芩、杜仲等中药材的栽培技术和生长环境养分分析等方面也都有所研究，不同的药材对氮（N）、磷（P）、钾（K）的需求量不同[3～7]。本试验使用微生物活化的褐煤作为有机质（OM）外源添加，褐煤富含腐植酸，腐植酸是天然有机质，在改良土壤、促进植物根系生长、改善品质和提高肥料利用率等方面有明显的效果[8，9]。本文研究了N、P、K、OM 对赤芍产量构成和芍药苷含量的影响，确定其关键营养因素，以期为赤芍营养特性研究和标准化种植提供基础数据，为中药产业健康发展提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验设置

赤芍盆栽试验设在黑龙江省科学院自然与生态研究所温室区域内，2019 年4 月1 日移栽，10月12 日收获。每盆装土7±0.2 kg，土壤为原土（黑钙土）和干细砂以6 ∶1 混合均匀。

土壤基本化学性质为：有机质含量32.7 g/kg，碱解氮含量127.27 mg/kg，速效磷含量29.32 mg/kg，速效钾含量231.42 mg/kg。

供试材料：赤芍为3 年生海拉尔野生苗；肥料：N（尿素，N 46.67%）、P（过磷酸钙，P2O520%）、K（硫酸钾，K2O 53.5%）和OM（黑龙江省萝北县褐煤，经超声机械粉碎至20 目，枯草芽孢活化处理后，总腐植酸含量48.00%，黄腐酸含量5.09%，有机质含量56.69%，pH 6.55，碱解氮含量169.78 mg/kg，速效磷含量61.89 mg/kg，速效钾含量183.99 mg/kg），装盆时一次性施入。

1.2 试验方法

试验采用单因素试验设计，N、P、K、OM（以有机质含量计）根据赤芍的需肥特性及土壤的理化性状结合肥料行业标准[10]各设置5 个水平（见表1）。每盆定植苗3 株，重复3 次。用重量法浇水，保持含水量为田间持水量的65%～70%，收获时测量根鲜重和芍药苷含量。

表1 因素水平Tab.1 The level of factors g/kg 土

1.3 仪器与试剂

Waters 高效液相色谱仪e2695-2998 液相检测系统，C18色谱柱（250 mm×4.6 mm，5 μm，Waters公司）；KQ3200DE 超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；Milli-Q 超纯水仪（法国默克化工技术有限公司）；minispin 型离心机（德国Eppendorf 公司）；BS210S 电子天平（北京Sartorious 有限公司）；手提式中药粉碎机（温岭市大德中药机械有限公司）。

对照品芍药苷（23180-57-6）购自于上海源叶生物科技有限公司，芍药苷质量分数≥98%；乙腈为色谱纯（美国Sigma 公司）。

1.4 测定方法

赤芍产量，以根鲜重计，采用称量法测量根鲜重。

根干物质含量测定，将根样品置于105 ℃杀青15 min，50 ℃烘干至恒重，测根干物质含量。

芍药苷含量，采用液相色谱法，色谱条件为C18色谱柱。本试验中液相洗脱条件为梯度洗脱，整个洗脱过程中乙腈与0.1%磷酸水溶液两相和为100%，随时间变化，两相比例梯度变化，即当乙腈为0%时，0.1%磷酸水溶液为100%；当乙腈为50%时，0.1%磷酸水溶液为50%；流动相梯度洗脱条件为0 min，0%乙腈；0 ～40 min，0%～50%乙腈；40 ～42 min，50%～0%乙腈；42 ～50 min，0%乙腈。体积流量1.0 mL/min，检测波长230 nm，柱温30 ℃，进样量为10 μL。芍药苷在230 nm 附近有吸收峰。

1.5 数据分析

采用SPSS 19.0 和Excel 2013 软件进行数据处理和图表制作。

2 结果与分析

2.1 不同养分水平处理对赤芍产量的影响

图1 是不同处理对赤芍产量的影响。如图1 所示，不同养分水平对赤芍产量影响有所差别，其中，N、P、OM 处理不同水平对产量影响显著，K 不同水平对产量影响差异不显著，N、P、OM 处理对增加赤芍产量的影响效果优于K 处理。N 处理产量呈先增加后降低的趋势，在2.0 g/kg 土时产量达到最高水平，然后随着施肥量增加而逐渐降低；P 和OM 处理对产量影响趋势与N 的影响相似，但均在4 水平处理时产量达最大值，即在0.24 g/kg 土P2O5处理和15 g/kg 土有机质处理时产量达到高值，然后呈降低趋势，说明N、P 和OM 的施用应适量，过量施用会导致产量下降；K 处理产量随着施肥量的增加变化幅度不大。从总体处理效果看，不同养分对赤芍产量的影响效果大小依次为OM ＞N ＞P ＞K。

2.2 不同养分水平处理对赤芍根干物质含量的影响

干物质是衡量植物有机物积累、营养成分多寡的一个重要指标，干物质积累又与植株体内的有机质和矿质营养状况密切相关，是产量形成的基础[11]。图2 是赤芍株平均干物质含量与养分因子相关性。如图所示，在赤芍整个生育期内，根干物质含量随OM、N、P、K 施用量的增加而增加，其相关系数分别为0.9690、0.9123、0.9020、0.7409，其中OM 对赤芍根干物质含量的影响最大，其次为N 和P。从图中还可以看出，赤芍根干物质含量与OM 施用水平间的直线斜率最大，其次是N 和P，而K 不同水平与赤芍根干物质含量间相关性不强，这说明OM 生产效率最高，N、P 次之，K 最小。由此可见，对赤芍根干物质含量的主要影响因子为OM、N 和P。

图1 不同处理对赤芍产量的影响Fig.1 Effects of different treatments on the yield of radix paeonia rubra

图2 赤芍株平均干物质含量与养分因子相关性Fig.2 Correlation of plant average dry matter content and nutrient factor in radix paeonia rubra

2.3 不同养分水平处理对芍药苷含量的影响

图3 是不同处理对赤芍芍药苷含量的影响。如图所示，N、P、K、OM 处理对芍药苷含量影响差别较大，P、OM 处理芍药苷含量随着施肥量增加而增加，后期趋于平稳，说明P、OM 对芍药苷积累影响为正向促进作用。P 是植物的植素、核酸、磷脂、酶、腺甘磷酸的组成成分，其不仅可以促进糖分的运转，还参与碳水化合物、氮、脂肪代谢，并促进芍药苷类物质合成[12]；褐煤中含有丰富的腐植酸物质，腐植酸是多种官能团构成的有机质，具有良好的生物活性。腐植酸进入植物体内后，对植物起到刺激作用，主要表现在呼吸强度和光合作用的增加，各种酶活性的增强，从而促进芍药苷类物质积累[13]。N 处理的芍药苷含量随着施肥量的增加而增加，在施入N 量为4.0 g/kg 土时，N 处理芍药苷含量达到最高水平，然后随着施肥量增加而呈快速降低趋势；K 不同水平处理芍药苷含量变化不显著。从总体处理效果看，不同养分对芍药苷含量的影响效果大小依次为P ＞OM ＞N ＞K。

图3 不同处理对赤芍芍药苷含量的影响Fig.3 Effects of different treatments on paeoniflorin content of radix paeonia rubra

3 结论与讨论

不同养分对赤芍产量影响效果大小依次为OM ＞N ＞P ＞K，对芍药苷含量影响效果大小依次为P ＞OM ＞N ＞K。综合评价，影响赤芍产量和芍药苷含量的关键养分因子分别为OM、N 和P，其中，褐煤中的有机质占主导地位。研究表明，褐煤中含有丰富的腐植酸类物质，但大部分为难溶性的结合态腐植酸[14]，作为肥料直接施用于土壤，很难被植物吸收利用，活化后的结合态腐植酸可转化为能被植物直接吸收利用的水溶性腐植酸[15，16]，可直接作为肥料使用。褐煤中含有的腐植酸类有机质在农业生产中具有提升微生物丰度[17]、促进植物生长[18]、提高农产品品质等作用[19]，虽然本试验褐煤中也含有无机养分，但结合文献资料和试验结果可以证明，其中还是富含腐植酸的有机成分在增加赤芍产量和改善赤芍品质（芍药苷含量）方面起到了关键作用。