不同葉面肥和底肥對山藥產量和質量的影響

李 瑩 孔維軍 李先恩 賀 超 周立東

(中國醫學科學院藥用植物研究所,中草藥物質基礎與資源利用教育部重點實驗室,北京,100193)

山藥(Chinese yam)是薯蕷科植物薯蕷的干燥根莖[1],營養價值和藥用價值均較高,是極具開發潛力的藥食同源中藥材/經濟食物[2]。山藥中富含氨基酸、多糖、蛋白質、尿嘧啶、腺苷、維生素、尿囊素以及微量元素等物質[3-5],具有降血糖、增強免疫力、抗氧化、抗炎和抗菌等功效[6-10]。

山藥主要分布于我國東北、華北、華中等地區[11],對生長環境的要求不高。據統計,世界范圍內共有600多個種植或野生山藥品種,其中小白嘴山藥因營養豐富、口感佳而深受人們喜愛。山藥的需肥量很大,肥料的添加能夠顯著影響其根莖大小和營養成分的含量,所以,合適肥料的選擇對山藥的產量和質量至關重要[12],這也是山藥培育研究的熱點之一。常規的施加底肥方式的開發較早,生產者擁有廣泛的經驗,應用效果較明顯。而葉面肥雖開發時間短,卻具有用量少、吸收快、污染小、作用顯著等優勢[13],已成為山藥等中藥材提高產量和質量重要途徑。本研究通過田間試驗,比較了不同底肥和多個配方的葉面肥對小白嘴山藥產量及質量(有效成分含量)的影響,從而篩選出適宜的施肥方式與配方,為山藥的生產種植、增產增收和保質保量提供參考。

1 儀器與試劑

1.1 儀器 單通道移液器(Thermo Scientific,美國,型號:FINNPIPETTE F3);超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司,型號:KQ300E);無油隔膜泵(天津市津騰實驗設備有限公司,型號:GM-0.20);紫外-可見分光光度計(安捷倫公司,美國,型號:Cary 100);高效液相色譜儀(島津公司,日本,型號:LC-2030);分析天平(北京賽多利斯儀器系統有限公司,型號:BS2202S);分析天平(Mettler-Toledo公司,瑞士,型號:MS105DU);旋轉蒸發儀(型號:N-1100)、油浴鍋(型號:OSB-2100)購自上海愛朗儀器有限公司;電熱恒溫水浴鍋(林茂科技有限公司,型號:DZKW-4);低溫冷卻循環儀(鄭州長城科工貿有限公司,型號:DLSB-5/20);電熱恒溫鼓風干燥箱(上海精宏實驗設備有限公司,型號:DHG-9053A);全自動凱氏定氮儀(VELP公司,意大利,型號:UDK159);蛋白水解液氨基酸分析系統(日立公司,日本,型號:L-8900)。

1.2 試劑 D-無水葡萄糖(國藥集團化學試劑有限公司,批號:20210605);氫氧化鈉(北京化學工業集團有限公司,批號:20210920);無水乙醇(北京市通廣精細化工公司,批號:20210610);石油醚(北京市通廣精細化工公司,批號:20200904);硫酸(北京市通廣精細化工公司,批號:20211007);硫酸銅(上海麥克林生化股份有限公司,批號:C12984639);蒽酮(上海源葉生物科技有限公司,批號:M25GS142258);乙腈(Thermo Fisher公司,美國,批號:F22M75201);尿嘧啶(北京中科質檢生物技術有限公司,批號:QUGH-6F5M);腺苷(北京沃凱生物科技有限公司,批號:OK201919U);尿囊素(北京沃凱生物科技有限公司,批號:OK201919V)。

2 方法與結果

2.1 實驗設計 本研究共設計了2組田間實驗進行考察。

第1組田間實驗:在課題組前期研究基礎上,采取“保留佳方+重組新方”的原則,于2021年在河北安國中藥材種植園布置了山藥專用葉面肥噴施實驗[14]。該實驗設計了7個葉面肥配方(YY1-YY7,YY7為當地生產用肥)噴施處理和清水對照處理(CK),共8個處理,每個處理設3次重復,共24個實驗小區。葉面肥處理噴施3次,第1次在植物地上生長旺盛期(6月下旬至7月上旬),第2次在植物地上部分第2次生長高峰前期(7月下旬至8月上旬),第3次在秋季地上部分停止生長期(8月下旬至9月初)。葉面肥配方見表1,不同配方中營養元素含量不同,田間布置見表2。記錄產量相關數據后,選取產量排前三的葉面肥、生產用肥(即YY7)及清水對照處理的山藥進行多成分含量測定。

表1 葉面肥配方(g/L)

表2 葉面肥處理組田間布置

第2組田間實驗:于2021年在河北安國中藥材種植園布置了山藥不同底肥處理實驗。該實驗共設3底肥處理(YD1,微生物菌肥,中化農業生態科技(湖北)有限公司生產;YD2,有機肥,山東佐田氏生物科技有限公司生產;YD3,化肥,深圳市芭田生態工程股份有限公司生產)和1個不施肥對照處理(CK)組,共4個處理,每個處理組設3次重復,共12個實驗小區。施肥時間與葉面肥組相同。田間布置見表3。記錄產量相關數據后進行多成分含量測定。

表3 底肥處理組田間布置

2.2 產量測定 收獲期按小區測量產量,每個處理組隨機挑選20株健康山藥植株,去掉地上部分后,檢測其單株根重、根長和根直徑,取3個平行處理組內所有山藥的稱重的平均值即為產量。

2.3 水分含量測定 參照《GB 5009.3-2016食品安全國家標準·食品中水分的測定》方法測定收集的山藥樣品中水分的含量[15]。

2.4 多糖含量測定 采用硫酸-蒽酮法測定收集的山藥樣品中多糖的含量[16]。樣品處理步驟與本課題組前期建立的方法相同[17]。

2.5 蛋白質和氨基酸含量測定 參照《GB 5009.5-2016食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》第一法,采用凱氏定氮法測定山藥中的蛋白質含量[18];參照《GB 5009.124-2016食品安全國家標準 食品中氨基酸的測定》方法,采用蛋白水解液氨基酸分析系統測定收集的山藥樣品中氨基酸的含量[19]。

2.6 小分子有效成分的含量測定 采用高效液相色譜法測定收集的山藥樣品中尿囊素、尿嘧啶和腺苷的含量。乙腈:水=90%∶10%,等度洗脫,色譜條件和供試品溶液的制備與課題組前期建立的方法相同[17]。

2.7 結果

2.7.1 產量 從圖1看出,與清水對照(CK)處理比較,葉面肥處理(YY1、YY2、YY4、YY5、YY6和YY7)的山藥的產量有顯著提升,表現為產量、單株根重、根長和根直徑均增加。從配方的元素種類分析可得,微量元素配方(YY3)的增產效果最好,優于全元素配方(YY2、YY4、YY6)和大量元素配方(YY1、YY5)。

圖1 不同葉面肥處理對山藥產量和生長指標的影響

由圖2可知,3種施肥(YD1、YD2和YD3)情況下的山藥產量、根長和根直徑均顯著高于空白對照(CK)處理。其中YD1(微生物菌肥)對于山藥產量的提升作用顯著高于YD2(有機肥)和YD3(化肥)。葉面肥YY3、YY4和YY6的產量高于3個施加底肥處理的產量。

圖2 不同底肥處理對山藥產量和生長指標的影響

2.7.2 水分含量 由圖3A可知,YY7葉面肥噴灑處理后山藥的含水量最高(77.60%),其次是YY6(75.20%)和YY4(74.50%)葉面肥處理。YY3葉面肥處理(68.50%)的山藥的含水量低于不施肥對照(71.80%)的樣品。而由圖3B的底肥處理后山藥含水量結果可知,含水量由高到低為:YD3>YD2>YD1>CK。

圖3 不同葉面肥和底肥處理對山藥含水量和多糖含量的影響

2.7.3 多糖含量 以葡萄糖標準品的吸光度值為縱坐標,質量濃度為橫坐標,繪制標準曲線得到回歸方程Y=26.123X+0.003(R2=0.998),在0.002 5～0.015 0 mg/mL范圍內與吸光度呈良好的線性關系。不同葉面肥和不同底肥處理的山藥中多糖含量分別見圖3D和圖3E。與各自對照處理比較,底肥和葉面肥處理后山藥中多糖含量均降低。

2.7.4 蛋白質和氨基酸含量 由表4可以看出,與無底肥處理相比,3種底肥處理(YD1、YD2和YD3)后的山藥中蛋白質和氨基酸含量均有提高,其中微生物菌肥和氮磷鉀復合肥的提升作用更顯著。而與無葉面肥相比,有葉面肥處理(YY3、YY4、YY6和YY7)時,僅當地生產用肥YY7處理后的山藥中蛋白質和氨基酸含量高于無葉面肥處理。但YY4和YY6與無葉面肥處理的蛋白質和氨基酸含量相差不大。所以,結合產量與生產效益來分析,葉面肥YY4和YY6可以滿足需求。

表4 不同葉面肥和底肥處理方式對氨基酸和蛋白質百分含量的影響(%)

2.7.5 尿囊素、尿嘧啶和腺苷的含量分析 結果表明,9個山藥樣品中均可檢測出尿嘧啶、腺苷和尿囊素這3種小分子成分。見圖4。

圖4 對照品和山藥樣品的高壓液相色譜法測定結果

由圖5A可知,除葉面肥YY3處理外,其余葉面肥處理的山藥中尿嘧啶含量高于無葉面肥處理,其中YY7(2.88 mg/g)的含量最高。由圖5B和5C可知,除當地生產用肥(YY7)處理外,其余葉面肥處理后山藥中尿囊素、腺苷含量均低于無葉面肥處理。結果表明,葉面肥YY4和YY6僅能滿足高尿嘧啶含量的需求,幾種葉面肥未能提升山藥樣品中腺苷和尿囊素的含量。由圖5D、5E和5F可知,3種底肥處理(YD1、YD2和YD3)可顯著提高山藥樣品中尿嘧啶、腺苷和尿囊素的含量。微生物菌肥(YD1)的效果最為顯著。

圖5 不同葉面肥和底肥處理后山藥中尿嘧啶、腺苷和尿囊素的含量

2.7.6 葉面肥與底肥對比分析 由圖1～2對比分析可知,葉面肥處理YY3、YY4和YY6的產量高于3種施加底肥處理。由表4可知,在提高山藥氨基酸和蛋白質含量方面,施加底肥的效果優于葉面肥。由圖5的對比分析可知,底肥處理山藥中尿嘧啶、腺苷和尿囊素含量均顯著增加,葉面肥處理YY3、YY4、YY6都不能夠提高腺苷和尿囊素含量。

3 討論

葉面肥促進山藥植株的生長發育。葉面肥YY3和YY4對于山藥產量、單株根重、根長的作用效果顯著。這說明,2020年的佳方(YY3和YY4)連續兩年對于安國山藥的促產效果很穩定,2021年新配的葉面肥YY6對于山藥的產量的作用顯著,與YY4相當,但低于YY3。而就根直徑而言,雖然不同處理之間差異不顯著,但YY3、YY4和YY6的效果都屬于效果較好的配方。而且,微量元素在提高山藥產量方面具有重要作用。在根長的指標上,施用有機肥(YD2)的效果最好,這可能是由于有機肥能增加土壤的有機質含量和調節土壤透氣性,利用根莖往下生長。而對根直徑而言,施用微生物菌肥(YD1)效果顯著高于其他2種施肥處理?？傮w而言,葉面肥的施肥方式更有利于提高山藥的產量。

水分是影響山藥儲存時長的關鍵因素之一,也是影響山藥產品脆度和口感的重要因素之一。3種底肥均有提高山藥含水量的作用。在儲存得當的前提下,含水量高的山藥的脆度更佳,含水量低的山藥的口感更軟糯,實際種植生產中可依據不同產品需求,選用相應的葉面肥和底肥的肥料配方。葉面肥和底肥處理后,山藥中多糖含量均降低,推測其原因可能是施肥濃度或用量不適宜,所以,在保證產量的前提下,如何提高多糖含量有待進一步研究。

綜合來說,在山藥的種植中,以提高產量為主,建議施加葉面肥;以提高質量為主,建議施加底肥。

我國自古以來就有“藥食同源”的理論和應用,歷代醫學家將中藥的“四性”和“五味”理論運用到食物之中,創造了“中國食療學”[20-21]。近年來隨著人們愈發注重健康與養生,兼具營養功能與藥用價值的“藥食同源”食品或中藥如山藥的需求量日益增大。的龐大的市場需求下,山藥培育問題顯然至關重要。而山藥作為一種高需肥作物,探究促進山藥生長、提高產量和品質的施肥方式是山藥栽培研究的重點[22]。

本研究重點關注山藥的施肥方式。與本課題組前期研究相比[14],本研究中關于葉面肥的研究采取“保留佳方+重組新方”的原則,并且加入了底肥研究,將2種施肥處理方式進行比較分析。結果表明,葉面肥配方YY3、YY4和YY6均為顯著提高山藥產量的優質肥料,可以實現較高的經濟效益;但在提高山藥營養成分的含量方面效果不佳,這可能與其濃度或用量有關。要注意調整葉面肥用量,以發揮其最佳效果。此外,底肥在提高產量方面的效果亦佳。雖然增產作用不及葉面肥,卻可促進氨基酸、蛋白質、尿囊素等營養成分含量的提高,其中微生物菌肥的作用最顯著,可為山藥培育中的首選底肥?；诒狙芯拷Y果,一方面,我們可以根據不同生產需求選擇不同施肥方式與種類;另一方面,為同時實現產量高、品質好的生產目標,應進一步研究葉面肥和底肥的具體聯合施肥方案。

利益沖突聲明:無。