不同类型肥料对当归产量和品质的影响

Effects of different types of fertilizers on yield and quality of Angelica sinensis

摘要

目的 探寻不同类型肥料对当归产量和品质的影响，为当归生态种植提供科学依据和参考。 方法 在化肥、生物菌肥和有机肥的基础上设置7个不同处理（T₁磷酸二铵750 kg/hm²、T₂ 生物菌肥2 250 kg/hm²、T₃生物菌肥2 250 kg/hm²+有机肥6 000 kg/hm²、T₄有机肥12 000 kg/hm²、T₅ 有机肥18 000 kg/hm²、T₆有机肥24 000 kg/hm²和T₇有机肥30 000 kg/hm²），以不施肥为对照（CK），收获期测定当归产量和品质。 结果 不同类型肥料对提高当归产量及构成因素、主要活性物质含量以及体外抗氧化能力具有显著影响。其中，T₃处理（生物菌肥+有机肥）效果最佳。T₃相对于CK，根干质量、根长、侧根数和根直径分别增加172%、161%、138%和155%；以单株计算，阿魏酸、藁本内酯、可溶性糖、总黄酮、总酚类化合物含量以及总积累量分别增加224%、181%、146%、163%、181%和224%，DPPH抑制率和FRAP值分别增加165%和182%。相关性分析显示，活性物质总含量与DPPH抑制率和FRAP值均呈显著正相关，相关系数r分别达到0.711 5和0.748 8。 结论 生物菌肥2 250 kg/hm²+有机肥6 000 kg/hm²（T₃）施用量可显著提高当归产量和品质，其效果要优于施用化肥、单一施用生物菌肥和过度施用有机肥。

Abstract

Objective To find out the effect of different types of fertilizers on the yield and quality of Angelica sinensis,and to provide a scientific basis and important reference for ecological planting of A.sinensis. Method Seven different types of fertilizers (T₁ diammonium phosphate 750 kg/hm²,T₂ bacterial manure 2 250 kg/hm²,T₃ bacterial manure 2 250 kg/hm²+organic fertilizer 6 000 kg/hm²,T₄ organic fertilizer 12 000 kg/hm²,T₅ organic fertilizer 18 000 kg/hm²,T₆ organic fertilizer 24 000 kg/hm² and T₇ organic fertilizer 30 000 kg/hm²) were designed based on chemical fertilizer,bacterial manure and organic fertilizer without fertilization as the control (CK),and the yield and quality of A.sinensis were determined at the harvesting stage. Result There were significant effects of different types of fertilizers on yield and its components,contents of major bioactive compounds,and antioxidant capacity in vitro of A.sinensis.Among of the seven fertilizers,the T₃ (bacterial manure+organic fertilizer) showed the best effects compared to CK,T₁ (chemical fertilizer),T₂ (bacterial manure),and T₄，T₅，T₆，T₇ (different amounts of organic fertilizer).Comparing T₃ with CK,root dry weight (DW),root length,number of lateral roots,and root diameter increased by 172%,161% 138% and 155%,respectively.On a per plant basis,the content of ferulic acid,ligustilide,soluble sugars,total flavonoids,total phenolics,and total amount of major bioactive compounds increased by 224%,181%,146%,163%,181% and 224%,respectively.On a per plant basis,the percentage of DPPH and FRAP value increased by 165% and 182%,respectively.Correlation analysis showed that there was a significant positive relationship between the total amount of major bioactive compounds and the percentage of DPPH and FRAP value,with the r values of 0.711 5 and 0.748 8,respectively. Conclusion The T₃ (bacterial manure 2 250 kg/hm²+organic fertilizer 6 000 kg/hm²) can significantly improve the yield and quality of A.sinensis.It is not conducive to improve the yield and quality by applying chemical fertilizer,biological bacterial fertilizer individually or organic fertilizer excessively.

Graphical abstract

关键词

当归 / 施肥类型 / 生物菌肥 / 有机肥 / 产量和品质

Key words

Angelica sinensis / fertilization types / bacterial manure / organic fertilizer / yield and quality

当归（Angelica sinensis）为伞形科多年生草本植物，其干燥肉质根具有补血活血、调经止痛、润肠通便、提高免疫力、抗氧化等作用^［1-2］。化学分析表明，当归根中含有丰富的有机酸（如阿魏酸）、挥发油（如藁本内酯）、黄酮类、多糖、氨基酸以及微量元素等^［3］。目前，当归年需求量约3万t，年在地面积约4.3万hm^2［4-5］。

为了提高当归产量和品质，很多学者在品种（系）选育^［6］、区域选择^［7-8］、种植模式^［9-10］、合理施肥^［11］等方面进行了大量研究。当归是一种喜肥的药用植物^［11］，土壤有机质、氮、磷、钾、锌、锰等对其产量和品质影响较大^［12-13］，成药期对氮的需求量大于磷和钾^{［14，15］}。因此，根据土壤类型，合理配施无机肥、有机肥、微生物肥或新型肥料等可促进当归植株生长、减少植株病虫害、提高成药根产量和品质（如阿魏酸、藁本内酯和挥发油含量）^［16-19］。但目前对当归平衡施肥技术的研究不够，研究多为单一某种肥料肥效的试验效果，缺乏对施肥技术水平的系统性和整体性的研究^［11］。

近年来随着中药材种植业的快速发展，中药材生产出现质量和品质下降的问题，如主效成分含量不足、农药残留、重金属污染等，安全性和有效性问题已成为产业健康发展所关注的焦点^［20］。因此，通过减施化肥、增施有机肥、合理利用生物菌肥等途径来提高中药材产量和品质，探讨生态农业种植模式是中药农业发展的必由之路^［20-21］。基于当归主要产区之一的甘南藏族自治州“五无甘南”（全域无垃圾、全域无化肥、全域无塑料、全域无污染和全域无公害）的建设目标^［22］，本研究在化肥、生物菌肥和有机肥3个不同类型肥料的基础上，对7个不同施肥处理下当归产量和品质进行测定与分析，旨在探寻较佳的当归施肥方法，为提升当归产量和品质乃至大规模种植提供科学依据和参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地点位于甘南藏族自治州临潭县长川乡千家寨村（海拔2 870 m，N 34°69′10″，E 103°41′47″），年均降水量约650 mm，年均日照时数约2 200 h，年均气温约5.6 ℃；试验点土壤为砂壤土，0~20 cm耕层土壤含有机质25.2 g/kg、腐殖酸3.5%、全氮1.96 g/kg、全磷 1.16 g/kg、全钾 23.1 g/kg、碱解氮 209.5 mg/kg、有效磷 18.2 mg/kg、速效钾 154.1 mg/kg、pH 8.11。

1.2 施肥试验设计

在上述土壤肥力的基础上，设置7个不同肥料处理：T₁（磷酸二铵750 kg/hm²）、T₂（生物菌肥2 250 kg/hm²）、T₃（生物菌肥2 250 kg/hm²+有机肥6000 kg/hm²）、T₄（有机肥12 000 kg/hm²）、T₅（有机肥18 000 kg/ hm²）、T₆（有机肥24 000 kg/ hm²）和T₇（有机肥30 000 kg/hm²），以CK（不施肥）为对照。其中，磷酸二铵（N 18%和P₂O₅ 46%），中化化肥控股有限公司生长；生物菌肥神州汉邦北京生物技术有限公司生产；有机肥［有机质（以烘干基计）≥49%、总养分（N+P+K，以烘干基计）≥6.5%、水分（鲜样）≤29.9%、pH8.3］，甘南藏族自治州临潭县弘正有机肥有限责任公司生长。2021年4月9日，将上述7个处理一次性做基肥施用，深翻25~30 cm，使耙耱与土壤充分均匀混合，起垄覆1 m宽膜。每个处理设置3个小区重复（长25 m×宽8 m）。

1.3 试验材料

以岷归1号根直径0.45~0.55 cm的正常种苗（三年生开花结果的种子繁育）为材料，于2021年4月11日，采用三角形穴栽法栽种，每垄4行，株行距20~25 cm，每穴1株。植株生长期不施用农药和追肥，各处理实行无差别统一管理。2021年10月25日，采用5点取样法采挖成药根（n=20），流水冲洗干净，室温阴干后用于产量和品质测定。

1.4 产量指标测定

利用电子天平称量整株根干质量，直尺测量整体根长度，游标卡尺测量根（当归头）直径，并统计侧根数。

1.5 品质指标测定

1.5.1 提取液制备

将阴干的整株根粉碎后过0.18 mm筛，称取2.0 g 置于50 mL无水乙醇中，恒温震荡提取（22 ℃、120 r/min） 24 h，低温高速离心（4 ℃、8 000 r/min） 10 min，收集上清液，连续提取3次，合并3次提取液，经减压浓缩（500 mbar、70 ℃、150 r/min）至小体积，用无水乙醇定容至5 mL，0.22 μm微孔滤膜过滤后，用于活性物质含量和体外抗氧化能力测定。

1.5.2 活性物质含量和抗氧化能力测定

采用HPLC法测定阿魏酸含量^［23-24］；采用硫酸-苯酚法测定可溶性糖含量^［25］；采用亚硝酸钠-硝酸铝-氢氧化钠法测定总黄酮类化合物含量^［26］；采用福林酚试剂法测定总酚类化合物含量^［27］；采用DPPH和FRAP两种方法测定体外抗氧化能力^［28-30］。

1.6 统计与分析

每个测定重复3次，采用SPSS 22.0软件进行One-Way ANOVA Duncan 数据差异显著性分析，双尾检验（2-tailed）进行相关性分析；采用Microsoft Office Excel 2007制图。

2 结果与分析

2.1 不同类型肥料对当归产量及构成因素的影响

图1结果显示，不同类型肥料对当归根干质量、根长、侧根数和根直径具有显著影响。其中，根干质量在T₃、T₄、T₅和T₆处理下显著高于CK和T₁，与T₂和T₇没有达到显著差异（图1-A）；根长在7个处理下均显著高于CK（图1-B）；侧根数T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆处理高于CK和T₇，但未达到显著差异（图1-C）；根直径T₃、T₄、T₅、T₆、T₇处理显著高于CK，与T₁和T₂没有达到显著差异（图1-D）。以上结果显示，T₃、T₄、T₅、T₆处理较有利于当归产量的形成，其中，T₃相对于CK根干质量、根长、侧根数和根直径分别增加172%、161%、138%和155%。

2.2 不同类型肥料对当归阿魏酸和藁本内酯含量的影响

图2结果显示，不同类型肥料对当归阿魏酸和藁本内酯含量具有显著影响。以干物质量计算，阿魏酸在T₃处理下显著高于CK和其他处理；藁本内酯含量也以T₃处理最高，显著高于CK、T₁和T₂，但与其他处理没有达到显著差异（图2-A和2-C）。以单株计算，阿魏酸T₃处理均显著高于CK和其他处理，藁本内酯T₃和T₆处理显著高于其他处理，T₃和T₆处理间无显著差异（图2-B和2-D）。以上结果显示，T₃处理较有利于当归阿魏酸和藁本内酯的合成和积累，以单株计算，相对于CK分别增加224%和181%。

2.3 不同类型肥料对当归可溶性糖、总黄酮和酚类化合物含量的影响

图3结果显示，不同类型肥料对当归可溶性糖、总黄酮和酚类化合物含量也具有显著影响。以干质量计算，可溶性糖含量在T₃处理下显著高于CK和其他处理（图3-A）；总黄酮和总酚类化合物含量均以T₃、CK和T₅较高，显著高于其他处理，但T₃、CK和T₅之间无显著差异（图3-C和3-E）。以单株计算，可溶性糖和总酚类化合物积累量T₃处理显著高于CK和其他处理（图3-B和3-F）；总黄酮化合物积累量T₃和T₅处理显著高于CK和其他处理，但T₃和T₅之间无显著差异（图3-D）。以上结果显示，T₃处理较有利于当归可溶性糖、总黄酮和酚类化合物的合成和积累，以单株计算，相对于CK分别增加146%、163%和181%。

2.4 不同类型肥料对当归主要活性物质总含量的影响

将以上主要活性物质含量进行累加，结果显示，以干质量和单株计算，T₃处理下总含量均高于CK和其他处理（图4-A和4-B）。其中，单株积累量相对于CK、T₁、T₂、T₄、T₅、T₆和T₇分别增加224%、161%、159%、123%、126%、129%和147%（图4-B）。

2.5 不同类型肥料对当归提取液抗氧化能力的影响

图5结果显示，不同类型肥料对当归提取液抗氧化能力具有显著影响。以干物质量计算，DPPH抑制率CK、T₁、T₄和T₆处理显著高于T₅和T₇，与T₂和T₃没有达到显著差异（图5-A）；FRAP值CK、T₃和T₆处理显著高于其他处理（图5-C）。以单株计算，DPPH抑制率T₃、T₄和T₆处理显著高于CK和其他处理（图5-B）；FRAP值T₃和T₆处理显著高于CK和其他处理（图5-D）。以上结果显示，以单株计算，T₃和T₆处理当归质量综合品质较佳，相对于CK，DPPH抑制率分别增加165%和173%，FRAP值分别增加182%和184%。

2.6 当归主要活性物质总含量与抗氧化能力的相关性分析

为了进一步确认所测定主要活性物质的代表性和可靠性，本研究对当归主要活性物质总含量与抗氧化能力的相关性进行了进一步分析。结果发现，主要活性物质总含量与DPPH抑制率和FRAP值均呈显著正相关，相关系数r分别达到0.711 5和0.748 8（图6）。

3 讨论

肥料是药用植物生长发育、代谢产物合成和积累不可缺少的养分，通常有限的土壤养分不能完全满足中药材生产的需求，因此，必须通过合理施肥有针对性地补充必需养分，以提高中药材产量和品质^{［11，31］}。当归作为根茎类三年生中药材，在第二年肉质根成药期对肥料需求量较大，尤其对氮肥的需求量较大^{［11，15］}。早期通过大量施用化肥可显著提高当归产量，但却导致了当归品质下降、病虫害加剧、连作障碍等问题^{［11，32］}。随着当归质量要求标准的提高，以及中药生态种植模式的推进，发现通过施用生物菌肥或有机肥不仅能提高产量和品质，而且具有缓解病虫害、保护土壤结构和生态环境等作用^［16-18］。本研究发现，合理搭配施用生物菌肥和有机肥，相对于单一施用化肥、生物菌肥或有机肥，可显著提高当归成药根产量、活性物质含量以及综合品质。

3.1 肥料类型对当归产量形成的影响

当归质量的评价，不仅包括成药根单株干质量，还包括根长、侧根数、根头直径等指标^［5-6］。邱黛玉等^［33］研究发现，施用高效有机肥可明显增加根头直径和主身直径，改善当归的商品性状，降低麻口病发病率。肖婉君等^［32］研究发现，纯有机肥的成药根干质量尽管与纯化肥、1/2化肥+1/2有机肥无差异，但有利于根长、侧根数的形成，可降低早薹率、根腐病和发病程度；纯化肥可促进根的增粗，但根病率高、发病重。祝英等^［17］研究发现，通过添加外源微生物菌剂可显著改变当归根际微生物（如放线菌、氨化细菌和固氮菌等）类群数量，促进土壤氮、钾和磷的转化和植物的吸收利用能力，进而提高育苗质量。王文丽等^［34］研究发现，施用生物有机肥料（DZF-363）可显著增加当归根际土壤细菌多样性，改变土壤细菌群落结构，提高土壤脲酶和磷酸酶活性，减轻根腐病的发生，提高当归产量。本研究发现，施用生物菌肥和有机肥配施，相对于单一施用化肥、生物菌肥或有机肥，可有效提高成药根干质量，以及根长、侧根数和根头直径。这充分说明了合理搭配生物菌肥和有机肥，可同时发挥二者的优势，改善根际土壤微生菌群和土壤理化性质，促进营养物质吸收和植株生长。

3.2 肥料类型对当归品质形成的影响

当归体内活性物质的积累决定其内在质量，不仅包括质量控制指标阿魏酸和藁本内酯，还包括其他活性物质可溶性糖、总黄酮类和酚类化合物^{［1，5-6］}。龚成文等^［11］研究发现，氮、磷、钾组合配施可提高成药根中阿魏酸和挥发油的积累。吴占景等^［15］研究发现，当归中阿魏酸含量与土壤N、K、有机质含量呈正相关，与P含量呈负相关，其中，K对阿魏酸积累影响最大，而对有机质影响最小。樊秦等^［35］研究发现，单施化肥、单施堆肥或化肥和堆肥配施均能提高当归中阿魏酸和藁本内酯含量，其中以单施化肥提高最为显著。本研究发现，以干质量计算，单施生物菌肥、有机肥，相对于化肥，对提高阿魏酸、藁本内酯及其他活性物质含量并没有显著影响；若以单株计算，相对于化肥和单一施肥，生物菌肥和有机肥配施可显著提高活性物质积累。这进一步说明，合理搭配生物菌肥和有机肥，不仅促进植株生长，而且有利于活性物质的合成和积累。郭兰萍等^［21］认为，药材中植物次生代谢产物含量的多少决定了中药材品质的优劣，在一定条件下，药用植物的初生生长和次生生长是相互矛盾的，尽管大量施肥通常会提高产量，但却造成次生代谢产物积累减少。

尽管生物有机肥具有改善土壤结构、增加土壤透气性和透水能力，在提高作物产量和质量的同时减少环境污染，但过度使用有机肥也会降低肥料的利用率、增加土壤营养的堆积，造成营养元素的流失^［36-37］。本研究发现，随着单施有机肥量的增加，在12 000~24 000 kg/hm²范围内成药根干质量逐渐增加，至30 000 kg/ hm²有所下降；尽管藁本内酯含量随有机肥施用量增加而提高，但主要活性物质总含量却逐渐降低。因此，在当归种植栽培过程中，要根据土壤肥力情况，合理施用有机肥。

3.3 当归活性物质积累与体外抗氧化能力的相关性

很多研究表明，药用植物体内产生的代谢产物（如黄酮类、酚类和多糖等）具有较强的抗氧化能力，通过评价提取液抗氧化能力可间接反映活性物质积累量和品质^［38-39］。本研究发现，所测定5种（类）化合物（阿魏酸、藁本内酯、可溶性糖、总黄酮和总酚类）的单株总含量与体外抗氧化能力（DPPH抑制率和FRAP值）呈显著正相关。这说明本研究所采用的评价不同肥料类型对当归产量和品质影响的方法是准确可靠的，所得到的肥效试验结果具有科学依据和应用价值。

4 结论

通过合理配施生物菌肥和有机肥（2 250 kg/hm²+6 000 kg/hm²）可显著提高当归成药根产量，促进活性物质（如阿魏酸、藁本内酯和总黄酮化合物等）的合成和积累；过多单施有机肥尽管在一定程度上提高了成药根产量，但不利于活性物质的积累。

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基金资助

甘南藏族自治州科学技术科技计划项目(2020-2-05)

国家自然科学基金项目(32160083)

干旱生境作物学国家重点实验室主任基金项目(GSCS-2021-Z03)

道地药材生态种植与质量保障项目(202103003)