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2022 Volume 47 Issue 6
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LUO Min, TAN Qiusheng, LUO Chuan, et al. Effect of Combined Application of NPK Fertilizers on Index Components of Scrophularia Ningpoensis[J]. Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition), 2022, 47(6): 15-20. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2022.06.003
Citation: LUO Min, TAN Qiusheng, LUO Chuan, et al. Effect of Combined Application of NPK Fertilizers on Index Components of Scrophularia Ningpoensis[J]. Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition), 2022, 47(6): 15-20. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2022.06.003
shu

Effect of Combined Application of NPK Fertilizers on Index Components of Scrophularia Ningpoensis

  • 1.

    Chongqing Institute of Medicinal Plant Cultivation, Nanchuan Chongqing 408435, China

  • 2.

    Chongqing Jindu Chinese Medicinal Material Development Co. Ltd., Nanchuan Chongqing 408435, China

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  • Corresponding author: DENG Caifu ; 
  • Received Date: 12/04/2021
    Available Online: 20/06/2022

  • MSC: R931.2

  • To screened out the best application ratio, which provides scientific basis for the standardized cultivation of Scrophularia ningpoensis with high yield and good quality in Chongqing area, the "3414" fertilization scheme was adopted to explore the effects of different NPK combinations on the hydrothermal extract, the total amount of harpagide and harpagoside of Scrophularia ningpoensis. The results show that there were significant differences in total of hydrothermal extracts, harpagide and harpagoside, among different fertilization treatments, and the highest contents were found in N2P2K1. The effects of NPK fertilizer on the total amount of hydrothermal extract and harpagide and harpagoside were P>K>N, N>P>K, respectively. NPK pairwise interaction showed negative interaction with hydrothermal extract, N and K showed negative interaction with total amount, and the rest showed positive interaction. The order of average membership function value from high to low was N2P2K1=N2P1K1>N2P1K2>N0P2K2>N2P0K2>N2P2K3>N0P0K0>N2P3K2=N2P2K0>N1P1K2=N1P2K1>N3P2K2>N2P2K2=N1P2K2. In the scope of this study, the comprehensive effect of N2P2K1, N2P1K1, which medium and low ratio on the index components of Scrophularia ningpoensis was the best among the 14 different treatments.
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通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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Effect of Combined Application of NPK Fertilizers on Index Components of Scrophularia Ningpoensis

    Corresponding author: DENG Caifu ; 
  • Received Date: 12/04/2021
  • Available Online: 20/06/2022

Abstract: To screened out the best application ratio, which provides scientific basis for the standardized cultivation of Scrophularia ningpoensis with high yield and good quality in Chongqing area, the "3414" fertilization scheme was adopted to explore the effects of different NPK combinations on the hydrothermal extract, the total amount of harpagide and harpagoside of Scrophularia ningpoensis. The results show that there were significant differences in total of hydrothermal extracts, harpagide and harpagoside, among different fertilization treatments, and the highest contents were found in N2P2K1. The effects of NPK fertilizer on the total amount of hydrothermal extract and harpagide and harpagoside were P>K>N, N>P>K, respectively. NPK pairwise interaction showed negative interaction with hydrothermal extract, N and K showed negative interaction with total amount, and the rest showed positive interaction. The order of average membership function value from high to low was N2P2K1=N2P1K1>N2P1K2>N0P2K2>N2P0K2>N2P2K3>N0P0K0>N2P3K2=N2P2K0>N1P1K2=N1P2K1>N3P2K2>N2P2K2=N1P2K2. In the scope of this study, the comprehensive effect of N2P2K1, N2P1K1, which medium and low ratio on the index components of Scrophularia ningpoensis was the best among the 14 different treatments.

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  • 玄参是一味药用历史悠久的传统中药，最早记载于《神农本草经》，列为中品. 中药玄参为玄参科植物玄参Scrophularia ningpoensis Hemsl.的干燥根，具有凉血解毒、滋阴的功效. 现代药理研究还发现，其具有降血糖[1-2]、抗炎[3-4]、保肝[5-6]等作用. 玄参作为药食两用大宗中药材，是中药处方、多种中成药的重要原料，在保健品方面也极具开发价值，具有广泛的市场前景. 玄参产地多、分布广，而在人工栽培过程中，各地生产技术标准参差不齐，导致其药材产量与品质差异较大. 因此，如何保障和提高玄参的产量和品质，是目前玄参生产中亟待解决的问题.

    栽培玄参的产量和质量不仅受气候、土壤等自然因素的影响，施肥也是其规范化生产中的关键环节. 施肥是增加作物、药用植物等[7-9]产量的有效措施，且可调控药用植物次生代谢产物积累，从而影响活性成分的质量分数. “3414”试验设计是国内外应用较为广泛的肥料效应田间试验方案，近年来已逐步应用于药用植物的生产中，在灯盏花[10]、三七[11]、重楼[12]等栽培中发挥了较好作用. 目前关于施肥对玄参的影响研究有采用3因素2次D-饱和最优设计法，以植株和块根性状为指标研究最佳配方施肥方案[13]；氮磷钾配比与有机肥的复合配方肥对玄参中7种有效成分质量分数的影响[14]以及5个氮磷钾配比处理对玄参产量的影响[15]等. 通过以上报道虽能发现施肥对玄参的部分影响效果，但实际指导生产实践的作用有限，且缺乏对玄参氮磷钾肥交互作用及施肥对指标成分的影响研究. 因此，本研究通过“3414”施肥试验方案，探究不同氮磷钾配比对玄参指标成分质量分数的影响，并进一步拟合其肥料效应函数，以期获得推荐施肥配方，为本产区高产优质玄参规范化种植提供科学依据.

1.   材料与方法

    1.1.   试验地概况

  • 试验在重庆市南川区大有镇玄参种植基地进行. 海拔945 m，供试土壤为黄壤土，属田块，前茬为油菜、玉米，肥力中等. 土壤基本理化性质：有机质2.07%，pH值6.91，速效氮102.54 mg/kg，有效磷21.06 mg/kg，速效钾101.40 mg/kg.

    • 1.2.   材料与试验方法

  • 试验设计：基于前期的研究结果，采用“3414”施肥方案，设氮、磷、钾3个因素，每因素4个水平，共14个处理，每处理3次重复，随机区组排列. 试验方案及氮磷钾施肥量见表 1.

    肥料种类及质量分数：氮肥为尿素，总氮质量分数N总氮≥46.2%；磷肥为过磷酸钙，有效磷(P2O5)质量分数NP2O5≥12.0%；钾肥为硫酸钾，K2O质量分数NK2O≥52.0%. 每小区肥料按表 1配比混合后，为保障施肥的均匀性而采用窝施的方法分别于齐苗时期、苗高30 cm时做追肥施入.

    供试种苗：选用质地优良的玄参子芽作为种苗，经重庆市药物种植研究所邓才富研究员鉴定为玄参Scrophularia ningpoensis Hemsl. 每小区9 m2，按株行距40 cm×40 cm挖穴栽种，每穴放1个子芽. 小区间开排水沟，试验田管理同大田.

    • 1.3.   测定指标与方法

  • 浸出物测定参照《中国药典》 2020年4部通则2201项下的热浸法；玄参质量测定以哈巴苷与哈巴俄苷总量计，测定方法参照0512项下的高效液相色谱法.

    • 1.4.   数据处理

  • 运用Excel 2007办公软件对数据进行处理分析，应用SPSS 26.0统计软件进行方差分析、多重比较及隶属函数计算.

    隶属函数公式

    反隶属函数公式

    式中，U(Xi)为隶属函数值，Xi为玄参某个测定指标，Xmax，Xmin分别为该指标的最大值和最小值. 若某一指标与施肥为负相关，则采用反隶属函数，即式(2)计算. 各隶属函数值在[0, 1]，最后将各指标的隶属函数值进行平均，得到平均隶属函数值.

    肥效反应的数学模式采用二次多项式，即

    式中，x1，x2，x3分别为N，P，K肥施用量，bi(i=1，2，…，9)为回归系数，y为玄参水热浸出物、哈巴苷和哈巴俄苷总量.

2.   结果与分析

    2.1.   不同氮磷钾配比处理对玄参质量的影响

  • 本试验各处理玄参的水热浸出物高于60.0%，哈巴苷与哈巴俄苷的总量高于0.45%，均满足《中国药典》指标要求. 玄参指标成分质量分数的方差分析结果见表 2. 从表 2中可知，哈巴苷、哈巴俄苷质量分数在各施肥处理间的差异无统计学意义，而二者总量与水热浸出物部分达到统计学意义.

    水热浸出物质量分数以T9最高，T7最低，T9，T14与T7之间差异有统计学意义(p＜0.05)，其余处理间差异无统计学意义. 哈巴苷质量分数以T2最高，T3最低；哈巴俄苷质量分数以T14最高，T11最低. 哈巴苷与哈巴俄苷总量则以T9最高，T3最低，T9，T14与T3，T6，T12之间差异有统计学意义(p＜0.05)，T3与T2，T9，T14之间差异有统计学意义(p＜0.05)，其余处理间差异无统计学意义.

    • 2.2.   玄参N，P，K肥肥效反应方程的建立

    2.2.1.   指标成分质量分数模型的建立

  • 根据试验结果，求得在重庆南川基地玄参的N，P，K肥肥效反应方程分别为

    方差分析结果显示，式(1)中F=4.193＞F0.05=0.090；式(2)中F=2.065＞F0.05=0.253，说明以上肥效方程与实际情况拟合性较好，反映了玄参水热浸出物质量分数、哈巴苷和哈巴俄苷总量与氮、磷、钾3因子的相关关系，对玄参的合理施肥具有一定的指导意义.由主效应系数得出N，P，K肥对玄参水热浸出物、哈巴苷和哈巴俄苷总量的影响由大到小分别为P>K>N，N>P>K.

    • 2.2.2.   单因素肥料对指标成分质量分数的影响

  • 选用处理T2，T3，T6，T11求得在P2K2为基础的氮肥效应方程为

    选用处理T4，T5，T6，T7求得在N2K2为基础的磷肥效应方程为

    选用处理T6，T8，T9，T10求得在N2P2为基础的钾肥效应方程为

    根据式(3)，(5)，(7)可以看出，N，P，K肥对玄参水热浸出物质量分数的影响曲线是一条开口向下的抛物线，说明在一定范围内，随着N，P，K肥施用量的增加，玄参水热浸出物质量分数增加，但过量施用则会呈下降趋势，因此，可以找出促进玄参水热浸出物质量分数增加的肥料施用量.

    根据式(4)，(6)，(8)可以看出，N，K肥对玄参哈巴苷与哈巴俄苷总量的影响呈负效应；在一定范围内，随P肥施用量的增加，玄参哈巴苷与哈巴俄苷总量增加，但过量施用P肥，则会呈下降趋势.

    • 2.2.3.   两两交互效应分析

  • 选用处理T2-T7，T11，T12求得在K2为基础的氮、磷肥效应方程为

    选用处理T4-T10，T14求得在N2为基础的磷、钾肥效应方程为

    选用处理T2，T3，T6，T8-T11，T13求得在P2为基础的氮、钾肥效应方程为

    根据式(9)，(11)，(13)可以看出，N，P交互，P，K交互，N，K交互作用的系数均为负值，说明在本试验条件下，N，P，K肥两两交互对玄参水热浸出物表现为拮抗的负交互作用. 根据式(10)，(12)，(14)可知，N，P交互，P，K交互对哈巴苷与哈巴俄苷总量表现为协同的正交互作用，N，K交互表现为拮抗的负交互作用.

    • 2.3.   隶属函数分析

  • 对玄参各指标成分质量分数进行隶属函数分析，可以综合评价不同施肥组合下的玄参质量.

    从表 3可知，本试验中，玄参的指标成分隶属函数均值由大到小依次为T9=T14>T5>T2>T4>T10>T1>T7=T8>T12=T13>T11>T6=T3. 不施肥处理T1排在中间位置，说明氮磷钾配方比例对玄参质量的影响较大，存在较为明显的浓度效应，适宜的氮磷钾配方施肥对玄参质量提升有促进作用. 根据隶属函数值排列靠前的施肥处理来看，氮肥中等施肥水平配比低/中等磷肥、低钾肥对玄参指标成分积累具有积极作用，此评价体系中以T9(N2P2K1)，T14(N2P1K1)效果最佳.

3.   讨论

  • 肥料是保障作物产量与品质的重要因素，合理施肥是中药材规范化栽培中的重要农艺措施[10]，不仅能促进植物生长发育，提高药材产量，亦能改善药材品质，对中药材质量保障及其土壤环境的保护均具有重要意义[16-17]. 已有研究表明，适量的氮磷钾配施能提高天麻、枸杞、旋覆花等药材的产量和药用成分[18-21]. 本试验结果表明，氮磷钾配施对药材浸出物质量分数的积累具有一定的影响，与其他中药材品种的文献报道[22-24]结果相似. 通过氮磷钾3因素的肥料配比试验发现，氮磷钾肥对玄参指标成分质量分数表现出不同的影响作用，对水热浸出物的影响由大到小为P>K>N；随N，P，K肥施用量的增加呈先上升后下降趋势，并且两两交互表现为拮抗作用. 而对哈巴苷和哈巴俄苷总量的影响由大到小为N>P>K，适量P肥具有促进作用，两两交互N和P，P和K表现为协同作用，N和K表现为拮抗作用. 由此更凸显了施肥配比对玄参质量影响的重要性，因而必须寻求适地、适宜的玄参氮磷钾配方施肥比例.

    综合本试验研究结果发现，不同肥料配比中，N2P2K1，N2P1K1中低等配比的玄参水热浸出物、哈巴苷与哈巴俄苷的总量最高，表明玄参并非耐高肥力的药用植物，这与施肥对玄参产量的影响结果类似[13]，玄参对N，K肥的耐受力较差，随二者施用量的增加，玄参产量均降低；以中、低等配方肥为最优配方[14]. 而另有研究表明，在施足氮、钾肥的基础上增施磷肥对玄参有较好的增产效果[15]. 本研究与前人研究结果存在差异，这可能是因为：①玄参质量与栽培地土壤类型及当地气候条件等相关，导致不同地区的研究结果不同；②与施肥水平、配比、肥料种类及施肥方式有关. 本试验为保障施肥效果而采用窝施的方式，保证重复小区每窝的肥料配比与施用量；③N，P，K不同肥料肥效的发挥受环境条件的影响很大，如土壤肥力状况、气候条件等均相关. 针对不同区域土壤理化指标、气候条件以及玄参需肥规律进行长期定位试验，找出适宜当地条件的最佳施肥配比、施肥量、施肥时期与施肥方式. 玄参的有效成分质量分数、植物营养、供试土壤养分肥力与N，P，K肥之间的关系极为复杂，有待进一步深入探讨.

4.   结论

  • 通过研究，得出以下结论：

    ① N，P，K肥对玄参指标成分具有不同的影响作用，对水热浸出物和哈巴苷、哈巴俄苷二者总量的影响由大到小分别表现为P>K>N，N>P>K.

    ② 在一定范围内，随着N，P，K肥施用量的增加，玄参水热浸出物质量分数增加，但过量施用则呈下降趋势. N，K肥对玄参哈巴苷与哈巴俄苷总量的影响呈负效应，在一定范围内随P肥施用量的增加而增加，过量施用则下降.

    ③ N，P，K肥两两交互对玄参水热浸出物表现为拮抗的负交互作用，N和P，P和K对哈巴苷与哈巴俄苷总量表现为协同的正交互作用，N和K为拮抗的负交互作用.

    ④ 在本试验范围内，14种不同N，P，K肥配比处理对玄参指标成分质量分数的影响中，以N2P2K1，N2P1K1中、低等配比的综合效果最佳.

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