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基于川麦冬活性成分高和重金属含量低的有机无机肥最佳配施方案

李思佳 邓秋林 文秋姝 周娟 张亚琴 雷飞益 陈雨 刘志伟 陈兴福

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基于川麦冬活性成分高和重金属含量低的有机无机肥最佳配施方案

    作者简介: 李思佳 E-mail:lllsiga@163.com;
    通讯作者: 陈兴福, E-mail:chenxf64@sohu.com
  • 基金项目: 四川省重点项目(2018SZ0058)。

Optimum combination of chemical and bio-organic fertilizers for high active components and low heavy metals in the cultivation of Ophiopogon japonicus (Linn. f.) Ker-Gawl

    Corresponding author: CHEN Xing-fu, E-mail:chenxf64@sohu.com
  • 摘要:   【目的】  明确川麦冬[Ophiopogon japonicus (Linn. f.) Ker-Gawl]生产中氮 (N)、磷 (P)、钾 (K) 和生物有机肥 (BF) 最佳配施量,为大田川麦冬的科学种植提供参考。  【方法】  采用L9 (34) 正交设计,分析9个不同N、P、K与BF组合处理下,川麦冬品质活性成分、代表性活性成分与重金属含量,并基于DTOPSIS法进行了综合选优。  【结果】  合理的N、P、K和BF配施可显著提高川麦冬水溶性浸出物、总皂苷、可溶性多糖、麦冬皂苷D与麦冬皂苷D'的含量,降低Cu、Gd、As、Pb、Hg的含量。其中,以N1P3K3BF3处理的水溶性浸出物、总皂苷、麦冬皂苷D与麦冬皂苷D'的含量最高,分别为74.52%、0.38%、112.208 μg/mL与56.293 μg/mL;可溶性多糖含量最高的为N3P3K2BF1处理(42.47%);Cu和Pb含量最低的为N1P2K2BF2处理,As含量最低的为N3P2K1BF3处理,Gd含量最低的为N2P1K2BF3处理,Hg含量最低的为N2P2K3BF1处理。  【结论】  通过DTOPSIS法进行了综合选优,活性成分高、重金属含量低的最佳施肥组合为N1P3K3BF3,即N、P2O5、K2O和生物有机肥分别为598、240、595.80和2700 kg/hm2
  • 表 1  各肥料水平施用量 (kg/hm2)

    Table 1.  Amount of each fertilizer level

    因素FactorX1 (N)X2 (P2O5)X3 (K2O)X4 (BF)
    3874240595.802700
    2736168436.952200
    159896278.101700
    注(Note):BF—生物有机肥 Bio-organic fertilizer.
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    表 2  施肥处理组合及肥料具体施用量 (kg/hm2)

    Table 2.  Combination and detailed fertilization amount in each treatment

    编号
    Code
    处理
    Treatment
    NP2O5K2OBF
    1N1P1K1BF1598 96278.101700
    2N1P2K2BF2598168436.952200
    3N1P3K3BF3598240595.802700
    4N2P1K2BF3736 96436.952700
    5N2P2K3BF1736168595.801700
    6N2P3K1BF2736240278.102200
    7N3P1K3BF2874 96595.802200
    8N3P2K1BF3874168278.102700
    9N3P3K2BF1874240436.951700
    注(Note):BF—生物有机肥 Bio-organic fertilizer.
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    表 3  麦冬皂苷含量线性范围

    Table 3.  Linear relationship of O. japonicus saponins content

    化合物Compound回归方程Regression equationR2线性范围 Linear range (µg/mL)
    麦冬皂苷D Saponins D Y = 1178.90X−326880.99930~122.00
    麦冬皂苷D' Saponins D'Y = 1670.80X−594650.99970~101.40
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    表 4  重金属含量线性范围 (mg/kg)

    Table 4.  Linear ranges of heavy metal contents

    元素Element回归方程Regression equationR2线性范围Linear range
    CuY = 339.25X+430.2600.9999 0~100
    AsY = 205.69X+16.9590.99990~50
    CdY = 344.24X+45.5060.99990~50
    HgY = 217.29X+26.1150.99930~50
    PbY = 2700.90X+814.3000.99990~50
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    表 5  不同施肥处理川麦冬有效成分含量 (%)

    Table 5.  Ingredient contents of O. japonicus under different fertilizer combinations

    处理TreatmentWSETSCSPC
    N1P1K1BF170.28 ab0.31 c27.29 b
    N1P2K2BF273.56 a0.36 ab41.55 a
    N1P3K3BF374.52 a0.38 a36.23 ab
    N2P1K2BF367.41 b0.36 ab37.41 ab
    N2P2K3BF170.77 ab0.32 bc37.01 ab
    N2P3K1BF270.20 ab0.30 c38.50 ab
    N3P1K3BF273.88 a0.36 ab34.42 ab
    N3P2K1BF373.93 a0.34 abc42.05 a
    N3P3K2BF173.42 ab0.34 abc42.47 a
    注(Note):WSE—水溶性浸出物含量 Water soluble extract content; TSC—总皂苷含量 Total saponins content; SPC—可溶性多糖含量 Soluble polysaccharide content; 同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters in a column indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
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    表 6  不同施肥组合下麦冬皂苷D和麦冬皂苷D'含量 (µg/mL)

    Table 6.  Contents of saponin D and saponin D' in O. japonicus under different fertilizer combinations

    处理
    Treatment
    麦冬皂苷D
    Saponin D
    麦冬皂苷D'
    Saponin D'
    N1P1K1BF195.102 ab53.297 b
    N1P2K2BF298.889 a53.587 b
    N1P3K3BF3112.208 a56.293 a
    N2P1K2BF396.443 ab53.685 b
    N2P2K3BF178.052 b52.351 b
    N2P3K1BF293.329 ab53.779 b
    N3P1K3BF299.134 a53.430 b
    N3P2K1BF395.500 ab54.069 ab
    N3P3K2BF192.490 ab53.788 b
    注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters in a column indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
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    表 7  不同施肥组合下川麦冬重金属含量 (mg/kg)

    Table 7.  Heavy metal contents in O. japonicus under different fertilizer combinations

    处理
    Treatment
    CuAsCdHgPb
    N1P1K1BF12.233 ab0.115 ab0.089 a0.002 ab0.076 a
    N1P2K2BF22.119 b0.112 ab0.090 a0.001 ab0.025 a
    N1P3K3BF32.222 ab0.119 a0.103 a0.006 ab0.075 a
    N2P1K2BF32.450 a0.112 ab0.083 a0.003 ab0.071 a
    N2P2K3BF12.292 ab0.108 ab0.088 a0.000 b0.035 a
    N2P3K1BF22.272 ab0.108 ab0.106 a0.009 a0.039 a
    N3P1K3BF22.352 ab0.107 ab0.098 a0.005 ab0.042 a
    N3P2K1BF32.362 ab0.095 b0.101 a0.001 ab0.043 a
    N3P3K2BF12.287 ab0.099 ab0.101 a0.003 ab0.054 a
    注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05). BF—生物有机肥 Bio-organic fertilizer.
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    表 8  测定指标与肥料相关性 比较 (r)

    Table 8.  Comparison of the correlation between indices and fertilizers

    指标IndexNPKBF排序Order
    WSE4.2852.2301.5911.055N > P > K > BF
    TSC0.0230.0030.0400.037K > BF > N > P
    SPC4.6217.1674.5902.972P > N > K > BF
    Saponin D12.7908.5291.82112.837BF > N > P > K
    Saponin D'1.1211.2850.3391.537BF > P > N > K
    Cu0.1460.0880.0030.097N > BF > P > K
    As0.0150.0060.0050.002N > P > K > BF
    Cd0.0080.0130.0070.005P > N > K > BF
    Hg0.0010.0050.0020.004P > BF > K > N
    Pb0.0150.0270.0020.026P > BF > N > K
    注(Note):WSE—水溶性浸出物含量 Water soluble extract content; TSC—总皂苷含量 Total saponins content; SPC—可溶性多糖含量 Soluble polysaccharide content; BF—生物有机肥 Bio-organic fertilizer.
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    表 9  各因素正交方差分析

    Table 9.  Orthogonal variance analysis of each factor

    指标
    Index
    方差来源
    Variance source
    平方和
    Sum of squares
    自由度
    Freedom
    均方
    Mean square
    F
    F-value
    P
    P-value
    WSEN60.6927230.34634.82810.0376
    P2O519.512629.75631.55220.2635
    K2O10.101925.05090.80360.4774
    BF3.356421.67820.26700.7715
    TSCN0.002020.00101.69440.2374
    P2O50.000020.00000.02780.9727
    K2O0.005720.00294.75000.0391
    BF0.004020.00203.36110.0812
    PSCN64.4535232.22680.62340.5578
    P2O5177.8652288.93261.72020.2330
    K2O83.2150241.60750.80480.4769
    BF31.1652215.58260.30140.7470
    Saponin DN490.90002245.45003.73080.0661
    P2O5231.38392115.69191.75850.2266
    K2O10.543625.27180.08010.9237
    BF512.77152256.38583.89700.0604
    Saponin D'N3.787521.89371.79530.2207
    P2O55.979622.98982.83440.1110
    K2O0.422620.21130.20030.8220
    BF7.483323.74163.54710.0731
    CuN0.083020.04153.15340.0916
    P2O50.029820.01491.13110.3646
    K2O0.000020.00000.00160.9984
    BF0.030920.01541.17290.3527
    AsN0.000720.00033.68840.0676
    P2O50.000120.00010.61650.5611
    K2O0.000120.00000.37390.6983
    BF0.000020.00000.06650.9361
    CdN0.000220.00010.47790.6350
    P2O50.000620.00031.35240.3065
    K2O0.000220.00010.36580.7035
    BF0.000120.00000.18760.8321
    HgN0.000020.00000.19840.8236
    P2O50.000120.00002.38460.1476
    K2O0.000020.00000.24700.7863
    BF0.000020.00001.47370.2795
    PbN0.000720.00040.60770.5655
    P2O50.002420.00121.95370.1974
    K2O0.000020.00000.00570.9943
    BF0.002020.00101.66350.2428
    注(Note):WSE—水溶性浸出物含量 Water soluble extract content; TSC—总皂苷含量 Total saponins content; SPC—可溶性多糖含量 Soluble polysaccharide content. BF—生物有机肥 Bio-organic fertilizer.
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    表 10  DTOPSIS法综合评价结果

    Table 10.  Comprehensive evaluation of each treatment using the DTOPSIS method

    处理 TreatmentCiCi差异Ci difference排序Order
    N1P1K1BF10.262369.758
    N1P2K2BF20.305564.766
    N1P3K3BF30.86690.001
    N2P1K2BF30.279567.767
    N2P2K3BF10.229673.519
    N2P3K1BF20.763711.912
    N3P1K3BF20.602230.545
    N3P2K1BF30.694819.864
    N3P3K2BF10.734415.293
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-03
  • 网络出版日期:  2020-06-23
  • 刊出日期:  2020-05-01

基于川麦冬活性成分高和重金属含量低的有机无机肥最佳配施方案

    作者简介:李思佳 E-mail:lllsiga@163.com
    通讯作者: 陈兴福, chenxf64@sohu.com
  • 1. 四川农业大学农学院,四川成都 611130
  • 2. 四川省食品药品检验检测院,四川成都 611731
  • 3. 三台县明志麦冬专业合作社,四川绵阳 621102
  • 基金项目: 四川省重点项目(2018SZ0058)。
  • 摘要:   【目的】  明确川麦冬[Ophiopogon japonicus (Linn. f.) Ker-Gawl]生产中氮 (N)、磷 (P)、钾 (K) 和生物有机肥 (BF) 最佳配施量,为大田川麦冬的科学种植提供参考。  【方法】  采用L9 (34) 正交设计,分析9个不同N、P、K与BF组合处理下,川麦冬品质活性成分、代表性活性成分与重金属含量,并基于DTOPSIS法进行了综合选优。  【结果】  合理的N、P、K和BF配施可显著提高川麦冬水溶性浸出物、总皂苷、可溶性多糖、麦冬皂苷D与麦冬皂苷D'的含量,降低Cu、Gd、As、Pb、Hg的含量。其中,以N1P3K3BF3处理的水溶性浸出物、总皂苷、麦冬皂苷D与麦冬皂苷D'的含量最高,分别为74.52%、0.38%、112.208 μg/mL与56.293 μg/mL;可溶性多糖含量最高的为N3P3K2BF1处理(42.47%);Cu和Pb含量最低的为N1P2K2BF2处理,As含量最低的为N3P2K1BF3处理,Gd含量最低的为N2P1K2BF3处理,Hg含量最低的为N2P2K3BF1处理。  【结论】  通过DTOPSIS法进行了综合选优,活性成分高、重金属含量低的最佳施肥组合为N1P3K3BF3,即N、P2O5、K2O和生物有机肥分别为598、240、595.80和2700 kg/hm2

    English Abstract

    • 麦冬为百合科沿阶草属药用植物,以干燥块根入药,味甘、微苦,具有养阴生津、润肺清心的功效,主要用于治疗肺燥干咳、阴虚劳嗽以及喉痹咽痛等症状[1]。川麦冬主产于四川三台,已有2000多年的种植历史,是著名川产道地药材,市场需求大[2]。目前,川麦冬产区尚未形成科学的种植模式,药农多依赖于传统种植经验进行栽培,导致化肥施用量大、不重视有机肥、滥用植物生长调节剂等现象突出,不利于川麦冬品质的提高与产区环境的保护[3],制约了川麦冬产业的持续发展。因此,规范川麦冬种植技术十分必要。

      合理施肥是保障药用植物品质与安全的关键措施[4]。N、P、K作为植物生长三大必需元素,其施用量直接影响着作物的产量与品质。研究表明,不同的药用植物对营养元素的需求量及吸收规律存在差异[5-7],单一或大量使用化肥不利于提高产量与品质,容易造成土壤养分过剩、肥料利率降低、次生盐渍化加剧、污染水资源等[8-10]。有机肥富含有机质、腐殖酸、微生物菌落,可以调节土壤养分释放率、土壤酸碱度与颗粒构成等,有利于土壤质量与肥力的改善[11]。研究表明,肥料的过量施用会导致土壤及作物中重金属含量超标,不利于产业绿色安全发展[12]。目前,川麦冬生产研究多集中于N、P、K配施及成分和药理作用,有机无机肥配施对其品质成分与重金属残留的影响的相关研究尚为空白。

      本研究采用L9 (34) 正交试验设计,首次研究了N、P、K与生物有机肥不同配比与施用量对川麦冬品质和重金属含量的影响,旨在确定川麦冬优质安全的施肥方案,为川麦冬产区绿色、安全、生态和高效的规范化种植提供基础理论参考。

      • 供试材料由四川农业大学陈兴福教授鉴定为百合科沿阶草属麦冬[Ophiopogon japonicus (Linn. f.) Ker-Gawl.]。试验地基础酸碱度与肥力状况为:pH 7.4、有机质8.75 g/kg、碱解氮18.2 mg/kg、有效磷97.08 mg/kg、速效钾100.43 mg/kg。

        试验中氮肥采用尿素 (N ≥ 46%),磷肥用过磷酸钙 (P2O5 ≥ 12%),钾肥用硫酸钾 (K2O ≥ 45%),有机肥采用潼城金天宝生物有机肥 (有效活菌数 ≥ 0.2亿/g、有机质 ≥ 40%、N+P2O5+K2O ≥ 5%、pH 5.5~8.5、氨基酸 ≥ 2%、腐殖酸 ≥ 2%)。

      • 本研究设置氮、磷、钾与有机肥4个因素,采用L9 (34) 正交试验设计。施肥水平见表1,具体小区施肥量见表2。为保证试验准确性,重复2次,采用完全随机设计。试验材料于2018年3月中旬选择长势相同的健康植株进行分蘖繁殖,每小区为6 m2

        表 1  各肥料水平施用量 (kg/hm2)

        Table 1.  Amount of each fertilizer level

        因素FactorX1 (N)X2 (P2O5)X3 (K2O)X4 (BF)
        3874240595.802700
        2736168436.952200
        159896278.101700
        注(Note):BF—生物有机肥 Bio-organic fertilizer.

        表 2  施肥处理组合及肥料具体施用量 (kg/hm2)

        Table 2.  Combination and detailed fertilization amount in each treatment

        编号
        Code
        处理
        Treatment
        NP2O5K2OBF
        1N1P1K1BF1598 96278.101700
        2N1P2K2BF2598168436.952200
        3N1P3K3BF3598240595.802700
        4N2P1K2BF3736 96436.952700
        5N2P2K3BF1736168595.801700
        6N2P3K1BF2736240278.102200
        7N3P1K3BF2874 96595.802200
        8N3P2K1BF3874168278.102700
        9N3P3K2BF1874240436.951700
        注(Note):BF—生物有机肥 Bio-organic fertilizer.

        施肥均为混土后条施,分别于8、9、10月施总N、P2O5、K2O和有机肥的40%、30%和30%。其余农业措管理施与当地种植保持一致。

      • 于2019年3月12日进行取样,每小区按X形五点取样法取30株完整麦冬,取块根洗净,置于105℃杀青15 min,60℃恒温烘箱中烘干。

      • 参照2015年版《中国药典》(一部) 中的方法[1]测定。

      • 参考银铃的方法[13],采用苯酚-硫酸法进行川麦冬中可溶性多糖含量测定,并以吸光度与葡萄糖浓度进行回归,得回归方程Y = 8156.20 X+0.065 (R2 = 0.9993)。结果表明,葡萄糖在0~0.0472 mg/mL内,其质量浓度与吸光度线性关系良好。

      • 采用UPLC-ELSD方法[14],略做修改。UPLC-ELSD测定条件:色谱柱为HSS C18柱 (2.1 × 100 mm、1.8 µm);流动相乙腈 (A)-水 (B);梯度洗脱为 (0~24 min,35%→80%);流速0.2 mL/min;柱温30℃;检测器为蒸发光散射检测器;漂移管温度75℃;进样量3 µL。分别以色谱峰面积 (Y) 与对应的含量 (X) 做标准曲线,计算回归方程。标准曲线及线性范围详见表3

        表 3  麦冬皂苷含量线性范围

        Table 3.  Linear relationship of O. japonicus saponins content

        化合物Compound回归方程Regression equationR2线性范围 Linear range (µg/mL)
        麦冬皂苷D Saponins D Y = 1178.90X−326880.99930~122.00
        麦冬皂苷D' Saponins D'Y = 1670.80X−594650.99970~101.40
      • 参考马留辉等[15]的方法,经微波消解后利用ICP-MS进行重金属含量的测定。ICP-MS工作条件:RF功率1400 W,冷却气流速13.0 L/min,采样深度120 mm,雾化气流速1.04 L/min,提取透镜电压2070 V,聚焦电压11 V,采样深度102。分别以响应值 (Y) 与对应的含量 (X) 做标准曲线,计算回归方程。5种元素测定后绘制的标准曲线,线性关系良好 (表4)。

        表 4  重金属含量线性范围 (mg/kg)

        Table 4.  Linear ranges of heavy metal contents

        元素Element回归方程Regression equationR2线性范围Linear range
        CuY = 339.25X+430.2600.9999 0~100
        AsY = 205.69X+16.9590.99990~50
        CdY = 344.24X+45.5060.99990~50
        HgY = 217.29X+26.1150.99930~50
        PbY = 2700.90X+814.3000.99990~50
      • 利用Excel 2010进行数据预处理;用DPS 7.05软件对数据进行统计分析;采用LSD法进行显著性分析;采用DTOPSIS法进行综合评价。

      • 施肥量对川麦冬品质成分含量具有显著影响 (表5)。水溶性浸出物含量以N1P3K3BF3处理最高,N2P1K2BF3处理最低,且N2P1K2BF3处理与N1P2K2BF2、N1P3K3BF3、N3P1K3BF2、N3P2K1BF3处理之间达到了显著性差异。总皂苷含量以N1P3K3BF3处理最高,N2P3K1BF2处理最低,且N1P3K3BF3处理与处理N1P1K1BF1、N2P2K3BF1、N2P3K1BF2之间达到了显著性差异;可溶性多糖含量以N3P3K2BF1处理最高,为42.47%,其次是N3P2K1BF3与N1P2K2BF2处理;最低为N1P1K1BF1处理,仅为27.29%,且N1P1K1BF1处理与N1P2K2BF2、N3P2K1BF3、N3P3K2BF1之间的差异达到了显著水平。上述结果表明,通过合理配方施肥可以显著提高川麦冬品质成分含量。

        表 5  不同施肥处理川麦冬有效成分含量 (%)

        Table 5.  Ingredient contents of O. japonicus under different fertilizer combinations

        处理TreatmentWSETSCSPC
        N1P1K1BF170.28 ab0.31 c27.29 b
        N1P2K2BF273.56 a0.36 ab41.55 a
        N1P3K3BF374.52 a0.38 a36.23 ab
        N2P1K2BF367.41 b0.36 ab37.41 ab
        N2P2K3BF170.77 ab0.32 bc37.01 ab
        N2P3K1BF270.20 ab0.30 c38.50 ab
        N3P1K3BF273.88 a0.36 ab34.42 ab
        N3P2K1BF373.93 a0.34 abc42.05 a
        N3P3K2BF173.42 ab0.34 abc42.47 a
        注(Note):WSE—水溶性浸出物含量 Water soluble extract content; TSC—总皂苷含量 Total saponins content; SPC—可溶性多糖含量 Soluble polysaccharide content; 同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters in a column indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
      • 施肥量能显著影响川麦冬中两种皂苷的含量 (表6)。麦冬皂苷D含量以N1P3K3BF3处理最高,达到112.2 µg/mL,以N2P2K3BF1最低,仅为78.05 µg/mL,且N2P2K3BF1与N1P2K2BF2、N1P3K3BF3、N3P1K3BF2之间达到显著性差异;麦冬皂苷D'含量最高的为N1P3K3BF3处理,其次为N3P2K1BF3、N3P3K2BF1处理,最低的为N2P2K3BF1处理,且N1P3K3BF3处理与其他处理 (N3P2K1BF3除外) 达显著性差异。这表明低氮高磷高钾高有机肥的处理更利于麦冬皂苷D与麦冬皂苷D'的积累。

        表 6  不同施肥组合下麦冬皂苷D和麦冬皂苷D'含量 (µg/mL)

        Table 6.  Contents of saponin D and saponin D' in O. japonicus under different fertilizer combinations

        处理
        Treatment
        麦冬皂苷D
        Saponin D
        麦冬皂苷D'
        Saponin D'
        N1P1K1BF195.102 ab53.297 b
        N1P2K2BF298.889 a53.587 b
        N1P3K3BF3112.208 a56.293 a
        N2P1K2BF396.443 ab53.685 b
        N2P2K3BF178.052 b52.351 b
        N2P3K1BF293.329 ab53.779 b
        N3P1K3BF299.134 a53.430 b
        N3P2K1BF395.500 ab54.069 ab
        N3P3K2BF192.490 ab53.788 b
        注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters in a column indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
      • 施肥量对川麦冬5种重金属含量的影响存在一定差异 (表7)。Cu含量最高的为N2P1K2BF3处理,最低的为N1P2K2BF2处理;As含量最高的为N1P3K3BF3处理,最低的为N3P2K1BF3处理;Cd含量最高的为N2P3K1BF2处理,最低的为N2P1K2BF3处理;Hg含量最高的为N2P3K1BF2处理,最低的为N2P2K3BF1处理;Pb含量最高的为N1P1K1BF1,最低的为N1P2K2BF2。而方差分析结果表明,不同施肥处理Cd、Pb含量均未达到显著性差异水平;N1P2K2BF2与N2P1K2BF3处理间Cu含量差异显著;N1P3K3BF3与N3P3K2BF1处理间As含量差异显著。N2P2K3BF1与N2P3K1BF2处理间Hg含量差异显著。

        表 7  不同施肥组合下川麦冬重金属含量 (mg/kg)

        Table 7.  Heavy metal contents in O. japonicus under different fertilizer combinations

        处理
        Treatment
        CuAsCdHgPb
        N1P1K1BF12.233 ab0.115 ab0.089 a0.002 ab0.076 a
        N1P2K2BF22.119 b0.112 ab0.090 a0.001 ab0.025 a
        N1P3K3BF32.222 ab0.119 a0.103 a0.006 ab0.075 a
        N2P1K2BF32.450 a0.112 ab0.083 a0.003 ab0.071 a
        N2P2K3BF12.292 ab0.108 ab0.088 a0.000 b0.035 a
        N2P3K1BF22.272 ab0.108 ab0.106 a0.009 a0.039 a
        N3P1K3BF22.352 ab0.107 ab0.098 a0.005 ab0.042 a
        N3P2K1BF32.362 ab0.095 b0.101 a0.001 ab0.043 a
        N3P3K2BF12.287 ab0.099 ab0.101 a0.003 ab0.054 a
        注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05). BF—生物有机肥 Bio-organic fertilizer.
      • 通过对川麦冬不同测定指标的r值比较(表8)可知,不同肥料对不同测定指标的影响存在明显差异。其中,氮肥主要影响水溶性浸出物、Cu、As的含量;磷肥主要影响可溶性多糖、Cd、Hg与Pb的含量;钾肥主要影响总皂苷的含量;有机肥则主要影响麦冬皂苷D与麦冬皂苷D'含量。

        表 8  测定指标与肥料相关性 比较 (r)

        Table 8.  Comparison of the correlation between indices and fertilizers

        指标IndexNPKBF排序Order
        WSE4.2852.2301.5911.055N > P > K > BF
        TSC0.0230.0030.0400.037K > BF > N > P
        SPC4.6217.1674.5902.972P > N > K > BF
        Saponin D12.7908.5291.82112.837BF > N > P > K
        Saponin D'1.1211.2850.3391.537BF > P > N > K
        Cu0.1460.0880.0030.097N > BF > P > K
        As0.0150.0060.0050.002N > P > K > BF
        Cd0.0080.0130.0070.005P > N > K > BF
        Hg0.0010.0050.0020.004P > BF > K > N
        Pb0.0150.0270.0020.026P > BF > N > K
        注(Note):WSE—水溶性浸出物含量 Water soluble extract content; TSC—总皂苷含量 Total saponins content; SPC—可溶性多糖含量 Soluble polysaccharide content; BF—生物有机肥 Bio-organic fertilizer.

        川麦冬各测定指标的正交方差分析结果(表9) 显示。氮肥对水溶性浸出物含量的影响达到显著水平;钾肥对总皂苷含量的影响达到显著水平。其余均未达到显著影响。

        表 9  各因素正交方差分析

        Table 9.  Orthogonal variance analysis of each factor

        指标
        Index
        方差来源
        Variance source
        平方和
        Sum of squares
        自由度
        Freedom
        均方
        Mean square
        F
        F-value
        P
        P-value
        WSEN60.6927230.34634.82810.0376
        P2O519.512629.75631.55220.2635
        K2O10.101925.05090.80360.4774
        BF3.356421.67820.26700.7715
        TSCN0.002020.00101.69440.2374
        P2O50.000020.00000.02780.9727
        K2O0.005720.00294.75000.0391
        BF0.004020.00203.36110.0812
        PSCN64.4535232.22680.62340.5578
        P2O5177.8652288.93261.72020.2330
        K2O83.2150241.60750.80480.4769
        BF31.1652215.58260.30140.7470
        Saponin DN490.90002245.45003.73080.0661
        P2O5231.38392115.69191.75850.2266
        K2O10.543625.27180.08010.9237
        BF512.77152256.38583.89700.0604
        Saponin D'N3.787521.89371.79530.2207
        P2O55.979622.98982.83440.1110
        K2O0.422620.21130.20030.8220
        BF7.483323.74163.54710.0731
        CuN0.083020.04153.15340.0916
        P2O50.029820.01491.13110.3646
        K2O0.000020.00000.00160.9984
        BF0.030920.01541.17290.3527
        AsN0.000720.00033.68840.0676
        P2O50.000120.00010.61650.5611
        K2O0.000120.00000.37390.6983
        BF0.000020.00000.06650.9361
        CdN0.000220.00010.47790.6350
        P2O50.000620.00031.35240.3065
        K2O0.000220.00010.36580.7035
        BF0.000120.00000.18760.8321
        HgN0.000020.00000.19840.8236
        P2O50.000120.00002.38460.1476
        K2O0.000020.00000.24700.7863
        BF0.000020.00001.47370.2795
        PbN0.000720.00040.60770.5655
        P2O50.002420.00121.95370.1974
        K2O0.000020.00000.00570.9943
        BF0.002020.00101.66350.2428
        注(Note):WSE—水溶性浸出物含量 Water soluble extract content; TSC—总皂苷含量 Total saponins content; SPC—可溶性多糖含量 Soluble polysaccharide content. BF—生物有机肥 Bio-organic fertilizer.
      • 为了对川麦冬整体作出科学的评价与确定一个合理的施肥量,本研究综合了水溶性浸出物、总皂苷、可溶性多糖、麦冬皂苷D、麦冬皂苷D'与Pb、Cu、As、Hg、Ge含量各项指标,进行了DTOPSIS法处理,得到了DTOPSIS法的相对接近度Ci及其排序 (表10),对麦冬进行了综合评价。

        表 10  DTOPSIS法综合评价结果

        Table 10.  Comprehensive evaluation of each treatment using the DTOPSIS method

        处理 TreatmentCiCi差异Ci difference排序Order
        N1P1K1BF10.262369.758
        N1P2K2BF20.305564.766
        N1P3K3BF30.86690.001
        N2P1K2BF30.279567.767
        N2P2K3BF10.229673.519
        N2P3K1BF20.763711.912
        N3P1K3BF20.602230.545
        N3P2K1BF30.694819.864
        N3P3K2BF10.734415.293

        通过DTOPSIS法分析可知,当N1P3K3BF3处理下,即N、P2O5、K2O与有机肥施用量分别为598、240.00、595.80与2700 kg/hm2时,麦冬整体品质最佳。

      • N、P、K等养分是植物生长代谢所必需的营养物质,不同元素对植物生长的影响方式与大小存在差异。麦冬总皂苷含量是评价麦冬质量的主要指标之一[16]。本研究结果表明,钾肥对川麦冬总皂苷的含量影响最大,且达到显著水平,这与李琼芳等[17]研究结果一致,其可能是因为钾肥的施用能够提高麦冬的碳同化代谢酶类活性,促进碳水化合物的形成,引起非结构碳水化物的过剩,从而可以促进以非结构碳水化合物为合成底物的萜类物质的形成[18-19]。氮肥主要影响川麦冬的水溶性浸出物,且达到显著水平,这与李思佳等[20]的研究结果一致。本研究还得出,磷肥对于川麦冬中可溶性多糖含量的影响最大,这与磷肥对党参的影响结果[21]一致,其可能与P元素既参与ATP的合成又能影响蔗糖合成途径中的酶活性有关[22]。在本研究中,不同肥料因子对麦冬皂苷D与麦冬皂苷D'含量的影响存在差异,对麦冬皂苷D的影响表现为有机肥 > 氮肥 > 磷肥 > 钾肥,而对麦冬皂苷D'的影响表现为有机肥 > 磷肥 > 氮肥 > 钾肥,其可能是由于麦冬皂苷D与麦冬皂苷D'存在结构差异 (不同的基团),所以对营养元素的需求不一致[23],具体的影响机制则需要进一步研究。

        科学施肥有效提高了川麦冬的有效成分含量。本研究表明,当施肥量为N1P3K3BF3时,其水溶性浸出、总皂苷、麦冬皂苷D与麦冬皂苷D'含量增加,较最低值处理分别显著增长了11%、27%、44%与7%;并且水溶性浸出物与总皂苷含量为《中国药典》(2015版) 中所规定含量的1.24倍与3.16倍。当施肥量为N3P3K2BF1时,川麦冬中的可溶性多糖含量较最低值处理增长了56%,达到显著性差异。在本研究中,以处理N1P1K1BF1 为对照,随着N、P、K与有机肥施用量的增加,川麦冬中的可溶性糖含量均有所上升,但水溶性浸出物、总皂苷、麦冬皂苷D与麦冬皂苷D'的含量均有部分处理出现下降,其原因可能是肥料之间存在交互作用,当某一或几种肥料施用量加大会产生负向效应,不利于次生代谢产物的积累[20]

      • 科学施肥有效提高了川麦冬的安全性。重金属含量是评价药材安全性的重要指标,目前《中国药典》已规定了许多药材中的Pb、Cu、As、Hg、Gd含量等重金属含量[24],但川麦冬安全性指标与限定量并无明确规定。本研究结果中,磷肥对川麦冬Gd、Hg与Pb含量的影响最大,这与李振国等[25]关于磷肥是农田重金属主要来源之一的结论相一致。也有研究指出,通过化肥与有机肥的合理配施可以显著降低植物中的重金属含量[26-27]。在本研究结果中,当施肥量为N1P2K2BF2时,Cu与Pb含量较最高值处理可以降低14%与67%;当施肥量N3P2K1BF3时,As含量较最高值处理可以降低20%;当施肥量为N2P1K2BF3时,Gd含量较最高值处理可以降低22%;当施肥量为N2P2K3BF1时,Hg含量较最高值处理可降低100%,效果显著。

        Cu与As作为川麦冬的特征无机元素,其含量具有重要意义[15]。徐作英等[28]的研究结果表明,三台县所产川麦冬的Pb与As含量存在部分超标现象。本研究各处理的川麦冬重金属残留量均低于张卫佳等[29]关于川产麦冬的重金属检测量,且全部符合《药用植物及制剂进口绿色行业标准 (WM/T2—2004)》(Pb ≤ 5 mg/kg、Hg ≤ 0.2 mg/kg、Cu ≤ 20 mg/kg、As ≤ 2 mg/kg) 的限量标准,安全性高,且生长过程中无植物生长调节剂的施用,符合药材绿色生产的要求。

      • 通过DTOPSIS法进行综合评价分析,确定川麦冬的最佳施肥方案为N 598、P2O5 240、K2O 595.80和生物有机肥2700 kg/hm2。通过此有机无机肥配施方案,可实现川麦冬的绿色安全生产,为进一步形成科学的种植模式提供参考。

    参考文献 (29)

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