射干养分需求规律分析

射干养分需求规律分析

_李金鑫等

射干为鸢尾科射干属多年生草本植物，以根茎入药，具清热解毒、化痰利咽之功效，常用于治疗热毒痰证、咳嗽哮喘、咽痛。射干在中医中的应用已有 2 000 余年历史，常作为君药用于治疗支气管哮喘的方剂之中”。现代药理学研究表明，射干中的异黄酮类化合物、二环三萜衍生物和酚类化合物具有抗炎作用，为其主要药效成分。近年来，随着临床上对射干药材原料需求日益增加，射干已开展大面积人工栽培，并形成 湖北、湖南、河北等几大道地产区。目前射干在整个生长期的生长习性及需肥规律尚未系统研究，生产上常存在施肥过量或施肥不及时等情况，导致药材减产或过度施肥现象。通过研究药用植物的生长习性掌握其需肥规律，从而确定有效的施肥措施可有效缓解此问题。如丹参移栽后 120~150 d 适量施肥，可保证丹参根膨大期对养分的需求；桔梗全生育期内对氮、磷、钾的吸收比例为 1∶0.28∶0.48，且微量元素与药材药效作用有着密切的关系。开展干物质及矿质元素积累动态研究，了解不同生长时期养分需求规律，对射干合理规范化种植极为有利。因此本文以团风射干为研究对象，对二年生射干的全生育期进行调查统计，测定不同生长时期射干各器官干物质积累量、矿质元素及药用成分含量。以期掌握射干的需肥规律、制定合理规范的施肥方案，为团风射干的规范化种植提供理论依据。

1 材料

1.1 试药供试射干 Belamcanda chinensis 由黄冈农业科学院提供，经湖北中医药大学刘大会教授鉴定。试验地点为湖北省黄冈市团风县黄冈农业科学 院 现 代 产 业 示 范 园 试 验 基 地 ，团 风 地 处 东 经114°47 ′至 115°14 ′，北纬 30°35 ′至 30°54 ′，属亚热带季 风 气 候 ，江 淮 小 气 候 区 ，年 平 均 气 温 为 15.7~17.5 ℃ ，年降水量 1 100 mm 左右。供试土壤为黄壤，土壤基本理化性状 pH 6.94、有机质 14.5 g·kg-1、碱 解 氮 59.4 mg·kg-1、速 效 磷 4.55 mg·kg-1、速 效 钾174 mg·kg-1、全氮 0.76 g·kg-1、全磷 0.49 g·kg-1、全钾23.0 g·kg-1。

1.2 仪器 SH220N 型石墨消解仪、K9860 型全自动凯氏定氮仪、TANK ECO 型微波消解仪（山东海能科学仪器有限公司），A580 型紫外-可见分光光度计（翱艺仪器有限公司），A3 型原子吸收分光光度计（北京普析通用仪器责任有限公司），UltiMate 3000型高效液相色谱仪（美国戴安公司），5110 ICP-OES型等离子体发射光谱仪（美国 Agilent 公司），DGG-9123AD 型电热恒温鼓风干燥箱（ 上海森信实验仪器有限公司）。

2 方法

2.1 试验设计 2018 年 4 月 9 日直播射干种子，播前施复合肥作为基肥，6 月中旬间苗。试验地面积为 1 000 m2，采用起垄种植，垄宽 1 m、长 28 m、垄沟宽 0.2 m。射干株行距 30 cm×30 cm，每垄种植 3 行，密度约 9 万株/hm2。第 1 年 7 月起对射干进行打顶，其他田间管理按照常规措施执行。2018 年 7 月中旬开始取样，每月定时采样直至 2020 年 1 月。选取大田不同分布位置为取样点，挑选长势均一、具有代表的射干植株进行采挖用于后续实验，共计 9 个重复。

2.2 测定项目和方法

2.2.1 干 物 质 量 测 定采 挖 后 的 射 干 将 根 茎 、须根、茎杆、叶片、果实（花、果荚、种子）等各器官分开制样，其中茎杆、叶片、花、果荚、种子经 105 ℃杀青30 min，样品统一经烘箱 60 ℃烘干后称重。干燥后的样品打粉机粉碎后过 65 目筛，密封保存至 4 ℃冰箱备用。

2.2.2 矿质元素的测定取样品 0.1 g，利用石墨炉经 H2SO4-H2O2法 消 化 ，取 消 煮 液 经 凯 氏 定 氮 仪 测氮，钼锑抗比色法测磷，火焰分光光度法测钾。另取样品 0.1 g，用 1 mol·L-1的 HCl 溶液浸提过滤，取滤液适当稀释后经电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）测钙、镁、铝、铁、锰、铜和锌。

2.2.3 黄酮类成分测定参照杨雅雯等建立的方法 进 行 射 干 中 芒 果 苷 、射 干 苷 、野 鸢 尾 苷 、鸢 尾 黄素、野鸢尾黄素、次野鸢尾黄素等黄酮类成分含量的测定。

色 谱 条 件 ：采 用 ZORBAX SB-C18色 谱 柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）；流 动 相 0.05% 磷 酸 水 溶液（A）-乙腈（B），梯度洗脱（0~15 min，15%~20%B；15~24min，20%~25%B；24~35 min，25%~33%B；35~45 min，33%~37%B；45~58 min，37%~52%B；58~62 min，52%B；62~67 min，52%~15%B）；体 积 流 量1.0 mL·min-1，进样体积 10 μL，检测波长 266 nm，柱温 30 ℃。

供 试 品 溶 液 制 备 ：精 密 称 取 射 干 粉 末 0.1 g 于50 mL 具塞锥形瓶中，加甲醇 25 mL，称重，放置过夜，超声处理 30 min 后，冷却，用甲醇补足失重，摇匀，滤过，取续滤液即得供试品溶液。

2.3 数 据 处 理 与 分 析 单 株 矿 质 元 素 积 累 量（g/株）＝Σ（各器官干物质积累量×各器官矿质元素含量）；黄酮类成分与矿质元素含量的相关性分析利用 SPSS 19.0 进行 Pearson 相关性分析。

3 结果与分析

3.1 射干干物质动态累积与分配规律

3.1.1 射干干物质动态累积规律射干各器官不同时期干物质积累情况见图 1。第 1 年 6—7 月射干处于苗期，干物质积累缓慢，7 月底整株干物质积累量仅为 7.43 g/株。8—9 月为快速营养生长期，此阶段射干茎杆形成，叶片数目增加，地上部分生长迅速。至 9 月，射干地上部分积累量达 22.7 g/株，地下根茎积累量仅为 5.50 g/株。9 月后射干茎叶开始枯萎，地下部分进入第 1 个快速积累期，12 月底积累量达 31.2 g/株，且须根发达。第 2 年 3 月，射干根茎陆续生出新的芽头，地下部分营养消耗，干物质累积量略有下降，地上部分积累大幅增加。4 月初茎杆生成，叶片数量增多，田间密度变大、锈病高发，叶片受损严重，5 月之后田间锈病病情有所缓解，叶片干物质量增加。6 月射干进入抽薹开花期，茎叶数目增多，干物质累积量达到峰值。7~8 月，黄冈夏季炎热多雨，植株茂盛、通风性变差，根腐病等根部病害高发，地下干物质量有所下降。9 月后天气转凉，茎杆枯萎倒伏，植株空间密度降低，地下病害情况缓解，根茎累积量增加进入第 2 个快速积累期，至 12月，射干根茎积累量达到峰值 49.3 g/株。

图 1 不同时期射干各器官干物质累积动态（xˉ±s，n=4）

注：A. 第 1 年；B. 第 2 年

根据射干不同生长时期生长特性及干物质积累情况，将二年生射干生育期划分为不同阶段，分别 为 幼 苗 期（7 月 前 ）、第 1 年 营 养 生 长 期（8—10月）、第 1 年生长后期（第 1 年 11 月—第 2 年 1 月）、返青 期（ 第 2 年 2—3 月 ）、第 2 年 营 养 生 长 期（ 第 2 年4—5 月）、生殖生长期（第 2 年 6—10 月）、第 2 年生长后期（第 2 年 11 月—第 3 年 1 月）。

3.1.2 射干干物质分配规律 第 1 年内，射干根茎开始积累时干物质占比 22.2%，此时射干各器官分配比例为叶片>根茎>须根。至 9 月射干生长快速期，地上部分生长旺盛，根茎分配比下降到 18.9%；11 月射干地上部分枯萎，地下部分占比较大，分配比根茎>须根>叶片>茎杆，至 12 月根茎占比上升到44.3%。第 2 年 1 月射干地上部分还未复苏，地下部分须根发达，根须占总量的 46.2%；6 月射干植株中茎杆干物质累积量最高，达 51.2%，各器官分配比为茎杆>根茎>叶片>须根。6 月后射干地上部分逐渐枯萎凋落，地上部分干物质分配量逐渐减少，地下部分再次逐渐增加，到 12 月地上茎杆部分完全枯死根茎分配量达到 69.0%，见表 1。

表 1 不同时期射干各器官干物质质量在整株中的分配比

3.2 射干矿质元素吸收分配规律

3.2.1 射干不同时期矿质元素吸收规律射干在不同时期对矿质元素的吸收存在显著差异，见图 2。一年生射干对矿质元素的积累量较少，11 月营养生长期结束后钾、钙、镁、锰、铁和锌元素植株中积累达到峰值，其他元素均在年底 12 月全株积累量达到峰值。第 2 年 3 月，射干返青时全株中氮积累量达到峰值（1 917 mg/株），4 月茎杆新生，射干植株新生叶片增加，整株中锰积累量达到峰值（1.52 mg/株），5 月铁累积量达到峰值（1.74 mg/株）。6 月射干植株高大、侧茎较多，全株中磷、钾、钙、镁、铜和锌积累量 最 高 ，分 别 为 307、2 858、180、270、0.94、3.38 mg/株，随后各元素含量在达到峰值后呈下降趋势。故在射干进入生殖生长期前可适量追施相关肥料，以满足植株对营养元素的需求。

图 2 不同时期射干矿质元素的吸收动态（xˉ±s，n=4）

注：A. 第 1 年；B. 第 2 年

图3 射干全生育期矿物质元素分配规律

3.3 射干黄酮类成分动态变化规律射干根茎中的黄酮类成分在不同阶段的含量差异较大，其含量分布区间分别为野鸢尾黄素 6.67~23.20 mg·g-1，野鸢 尾 苷 2.49~13.16 mg·g-1， 射 干 苷 3.44~11.65 mg·g-1，次野鸢尾黄素 1.55~5.43 mg·g-1，鸢尾黄 素 0.51~4.17 mg·g-1，芒 果 苷 1.17~2.96 mg·g-1，见表 2。其中幼苗期芒果苷含量最高，其次为第 1 年营养生长期；射干苷及野鸢尾苷在第 1 年生长后期和第 2 年生长后期含量较高，鸢尾黄素和野鸢尾黄素在次年初春射干茎杆形成时（第 2 年营养生长期）含量达到高峰，次野鸢尾黄素在第 2 年营养生长期和第 2 年生长后期含量高于其他阶段。第 2 年营养生长期（次年 4 月）6 种黄酮类成分总量达到整个生育期的峰值。

表 2 不同时期射干根茎中黄酮类成分含量（xˉ±s，n=4）

3.4 射干黄酮类成分与矿质元素含量相关性分析

射干根茎黄酮类成分与同期全株矿质元素积累量的相关性分析见表 3，根茎中芒果苷、射干苷及野鸢尾苷含量与植株中 9 种矿质元素积累量均无显著相关 性 。 鸢 尾 黄 素 含 量 与 钾 、钙 、镁 、锰 均 存 在 正 相关，相关系数分别为 0.536、0.491、0.581、0.541；野鸢尾黄素与氮、钾、钙、镁、锰、铁、铜、锌均存在正相关 ，相 关 系 数 分 别 为 0.486、0.691、0.614、0.750、0.709、0.579、0.532、0.503；次野鸢尾黄素含量与氮、磷、镁、锰、铁、铜、锌积累量存在正相关，相关系数依 次 为 0.532、0.569、0.538、0.751、0.824、0.620、0.619。相关性分析结果表明大部分矿质元素与射干中黄素类成分均存在正相关关系，故在实际生产中的关键时期保证各类矿质元素的充足吸收环境对提升射干品质至关重要。

表 3 射干黄酮类成分含量与矿质元素积累量相关性分析

4 结论与讨论

4.1 射 干 干 物 质 积 累 与 分 配 规 律 本 试 验 连 续2 年对射干全株各器官干物质积累量及分配规律进行研究，将射干的生育时期划分为幼苗期、第 1 年营养生长期、第 1 年生长后期、返青期、第 2 年营养生长期、生殖生长期、第 2 年生长后期。正确划分射干的生育时期有助于掌握其不同时期生长发育状态及生长变化规律，从而为射干规范化栽培种植制订合理高效的施肥方案提供理论依据。射干为多年生中药材，苗期持续时期较长，一年生射干的生育期较短，植株干物质积累量较低。二年生射干根茎芽头数量增多，植株侧茎增多，生育期延长。在次年 6 月，射干全株干物质积累量达到峰值，但此时地上 部 分 生 长 旺 盛 、地 下 根 茎 积 累 量 仅 占 全 株 的21.96%。地下根茎在生育后期存在膨大期，分别在第 1 年的 10—11 月和第 2 年的 11—12 月，此时射干地上部分大多枯萎，地下部分积累迅速，根茎积累速率分别达到 0.30、0.78 g·d-1。

4.2 射干矿质元素积累与分配规律大中量元素氮、磷、钾、钙、镁及微量元素锰、铁、铜、锌为植物正常生长发育所必需的元素，与中药材的生长及入药部位药用功效密切相关。本研究中不同时期射干 9种矿质元素的积累量差异显著，在全生育期内对氮肥和钾肥的需求较大，9 种矿质元素积累总量大小顺 序 为 氮 >钾 >磷 >镁 >钙 >铁 >锌 >锰 >铜 ，这 与 菊花、黄花蒿、南果梨、膜荚黄芪等中药材矿质 元 素 积 累 分 配 规 律 相 似 。 经 分 析 计 算 ，生 产100 kg 射干所需氮、磷、钾、钙、镁等元素量分别为3.64、0.41、2.41、0.15、0.27 kg，故 在 生 产 管 理 上 ，应以氮肥和钾肥为主，适量施加磷肥，必要时可追加钙、镁元素。 自播种到第 1 年生长期结束，射干对矿质元素的需求量不大。第 2 年返青期芽头新生，叶片新成，光合作用活跃，与之息息相关的氮、磷、钾、镁、铜、锌积累量明显增加。 次年营养生长期，射干茎 杆 茎 杆 数 量 及 高 度 增 加 ， 叶 片 大 小 及 其 数 目 增多，此时射干地上部分 磷、钾、钙、镁和锌积累量增加。故实际生产管理上，为保证射干植株养分的供应及后期养分积累的顺利进行， 可在返青期施加肥料。生殖生长期植株茎杆较多、顶端开始抽薹，各元素的需求率较高，生产中可根据需要进行适当的田间管理或追加肥料，若不考虑种子采集，在此之前应 尽早打顶，防止进入抽薹期消耗养分；反之则追加 氮肥和钾肥促进花蕾形成，追加磷肥提高射干 开花率和结实率。

4.3 射干干物质、黄酮类成分累积与矿质元素需求关系不同时期射干干物质积累量与 9 种矿质元素具有正相关关系，其中钾的干物质积累效率最高，其次为氮、磷、钙、镁及其他微量元素。由不同生育期射干矿质元素的吸收分配规律可知，不同时期射干对营养元素的需求不一，生产上应遵循射干养分需求规律合理适时适量施肥。射干幼苗期对养分需求不高，应减少前期基肥的施入，避免肥料的过量施入，缓解土壤压力。第 2 年射干生育期提前，4 月即进入营养生长期 ；6 月进入生殖生长期，实际生产中多采集 二年生射干种子用于售卖或留种，故在此之前可追加氮、磷、钾肥保证射干正常抽薹、开花、结实； 第 2 年 11 月生射干进入生长后期， 根茎迅速膨大、干物质积累达到峰值。由成分含量与矿质元素积累量相关性分析可知，各矿质元素与射干中鸢尾黄素、野鸢尾黄素、次野鸢尾黄素存在不同程度的正相关关系，其中镁、锰对 3 种黄素类成分均呈正相关，微量元素锰、铁、铜、锌对野鸢尾黄素和次野鸢尾黄素存在正相关，可见微量元素对药用成分积累具有一定促进作用。因此可在射干进入次年生长后期前使用 适量微肥， 增加根茎中微量元素的含量，提高射干质量以便采收。

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