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作者简介:

杜彩艳(1977-),副研究员,博士,主要从事植物营养和环境生态方面研究。E-mail:caiyandu@126.com。

普继雄(1975-),助理工程师,本科,主要从事农业技术推广工作。E-mail:995318086@qq.com。杜彩艳和普继雄为共同第一作者。

通讯作者:

张乃明,E-mail:zhangnaiming@sina.com。

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目录contents

    摘要

    选取一年生三七[Panax notoginseng(Burk.)F. H. Chen]作试验材料,通过连续 2 年田间试验研究施用硫酸钾(K2SO4)和氯化钾(KCl)及不同施钾(K2O)水平(0、337.5、675、1012.5 kg/hm2 )对三七生长发育、养分吸收、钾肥利用率和品质的影响。结果表明,施用 K2SO4 和 KCl 可促进三七株高、叶长、叶宽、茎粗和生物量的增加,显著增加了三七产量(P < 0.05),增幅 7.21% ~ 27.33%,以施用 K2SO4 675 kg/hm2 处理(KS2)产量最高。施用 K2SO4 和 KCl 增加了三七地上部、根部氮、磷、钾累积量,三七地上部、根部氮、磷、钾累积量随施钾水平的提高而增加;钾肥农学效率表现为先升高后降低的趋势,施钾量 675 kg/hm2 时达到最高;钾肥偏生产力随施钾量的增加而显著降低(P < 0.05)。施用 2 种钾肥均在一定程度上降低了三七根腐病的发病率,与 K0 相比,施用 K2SO4 和 KCl 分别平均降低根腐病发病率 35.80% 和 28.40%;各施钾处理中以 KS2 处理降低根腐病发病率幅度最大。施用 K2SO4 和 KCl 均明显提高了三七皂苷 R1 含量和人参皂苷 Rg1、Rd、Re、Rb1 以及总皂苷含量,增幅分别为 21.74% ~ 89.13%、21.65% ~ 57.22%、21.88 % ~ 68.75%、15.79% ~ 68.42%、19.11% ~ 49.68% 和 20.54% ~ 59.15%;以 KS2 处理效果最佳。本试验条件下,三七对氯不敏感,相同钾水平下,施用 K2SO4 在促进三七生长发育、产量及品质的提升方面均优于 KCl;要实现三七高产优质以 KS2处理施钾量(675 kg/hm2 )为宜。

    Abstract

    Field experiments were conducted to study the application effects of potassium sulfate(K2SO4)and potassium chloride(KCl)at different potassium(K2O)application levels(0,337.5,675,1012.5 kg/hm2 )on growth and development,nutrient uptake,potassium utilization efficiency and quality of one-year-old Panax notoginsengPanax notoginseng(Burk.)F. H. Chen].The results showed that the application of both K2SO4 and KCl increased the plant height,leaf length,leaf width,stem diameter and biomass of Panax notoginseng,and significantly increased the yield by 7.21% ~ 27.33%,with the highest yield in the treatment of 675 kg/hm2 K2SO4(KS2).Application of K2SO4 and KCl increased nitrogen,phosphorus and potassium accumulation of shoot and root of Panax notoginseng,and nitrogen,phosphorus and potassium accumulation of shoot and root of Panax notoginseng increased with the increase of potassium application level. The agronomic utilization rate of potassium fertilizer increased at first and then decreased,and reached the highest at 675 kg/hm2 potassium application rate,and the partial productivity of potassium fertilizer decreased significantly with the increase of potassium application rate(P < 0.05).The application of two kinds of potassium fertilizers reduced the incidence of root rot of Panax notoginseng to some extent.Compared with K0,the application of K2SO4 and KCl reduced the incidence of root rot by an average of 35.80% and 28.40%,respectively.Among all potassium application treatments,KS2 treatment reduced the incidence of root rot the most.The application of K2SO4 and KCl significantly increased the content of notoginsenoside R1,ginsenoside Rg1,Rd,Re,Rb1 and total saponins by 21.74% ~ 89.13%,21.65% ~ 57.22%,21.88% ~ 68.75%,15.79% ~ 68.42%, 19.11% ~ 49.68% and 20.54% ~ 59.15%,respectively.The effect of KS2 treatment was the best.Under the condition of this experiment,Panax notoginseng was not sensitive to chlorine.At the same potassium level,the application of K2SO4 was better than KCl in promoting the growth and development,yield and quality of Panax notoginseng.In order to realize the high yield and quality of Panax notoginseng,the potassium application rate of KS2 treatment(675 kg/hm2 )was suitable.

    关键词

    三七硫酸钾氯化钾产量养分吸收皂苷

  • 钾是植物生长发育所必需的三大元素(氮、磷、钾)之一,它在植物体内的含量仅次于氮。钾在提高农作物产量和改善农作物品质方面均有突出的作用,而且还能提高植物适应外界不良环境的能力[1-4],素有“品质元素”和“抗逆元素”之称,因此,在作物高产优质栽培中不可或缺。然而,近年来,随着作物产量的提高以及长期以来生产中忽视钾肥施用所引起的土壤钾素收支不平衡的加剧,土壤钾素长期处于亏缺状态,许多地区农田土壤缺钾面积逐步扩大[4]。较低的农田土壤钾素限制了作物产量潜力的发挥和品质的提升[5]。关于钾肥高效利用的研究日益引起国内外土壤肥料领域不少学者的关注。

  • 三七[Panax notoginseng(Burk.)F.H.Chen] 又名田七,为五加科人参属阴生药用植物,是我国传统的名贵中药材之一,主要的药用部位为根部 (块茎)。三七具有消肿定痛、活血化瘀等功效,享有“金不换”“南国神草”的美誉,是丹参滴丸、血塞通、云南白药等中国著名中成药的主要原料,道地产区为云南文山[6]。三七对钾的需求量较大,是典型的嗜钾植物。张良彪等[7]研究表明,施用钾肥可以促进三七植株的生长发育,显著提高三七单株根部重和产量,且三七单株根部重和产量随钾肥施用量的增加而增加,综合考虑生长和产量因素,三七以施用钾(K2O)675kg/hm2 为宜。韦海南等[8] 通过盆栽试验研究了不同施K2O水平(0、225、 450、900、1350kg/hm2)对二年生三七植株生物量、皂苷含量等的影响,结果表明,450kg/hm2的钾水平最有利于二年生三七生长及皂苷含量的积累。项目组之前的研究亦证实,施用钾肥不仅可以显著提高三七的块茎(根部)产量,对三七养分吸收利用、光合特性、保护酶活性等指标均有积极地促进作用[9-10]。可见,以往关于钾肥对三七的研究主要集中于不同施钾水平对三七生长发育、光合特性和品质的影响。然而,在生产实践中,三七被定义为典型的“喜钾忌氯”作物[11],因而在三七生产上闻氯化钾(KCl)色变,100%都施用硫酸钾(K2SO4)。目前市场上常用钾肥主要为硫酸钾和氯化钾2种,氯化钾因其生产相对容易、含钾量高、价格便宜,成为钾肥的主导品种。Heckman等[12]和Parker等[13]的研究亦证实,施用氯化钾较其它钾肥更利于作物产量的形成和品质的提升。目前,关于施用不同钾肥品种和用量对三七产量和品质影响的研究只有零星报道[14],较为系统和详细的有关施用不同钾肥品种和用量对三七养分吸收、钾肥利用率、产量和品质等综合影响的研究目前鲜见报道。为此,本研究以一年生三七作试验材料,通过连续2年田间试验研究了施用不同钾肥品种及用量对三七生长发育、养分吸收利用及品质(药效成分)的影响,以期为验证三七是否为“忌氯”作物及三七生产中钾肥的选用提供参考。

  • 1 材料与方法

  • 1.1 试验地概况

  • 试验于2018年1月~2019年12月在云南省昆明市寻甸县金锁镇海尾村(103°6′51″ E,25°39′4″ N,海拔高度2293m)进行。供试土壤为未种植过三七的新土,其基本理化性质见表1,试验地前茬为春玉米,土壤类型为红壤。

  • 表1 试验地土壤基本理化性质

  • 注:表中数据为平均值 ± 标准差(n=3)。下同。

  • 1.2 供试材料

  • 供试三七 Panax notoginseng(Burk.)F.H.Chen种苗(一年生子条),购自文山学院文山三七研究院。

  • 1.3 试验设计

  • 试验在施N 300kg/hm2、P2O5 280kg/hm2 的基础上,设置2个钾肥品种:硫酸钾(K2SO4,KS) 和氯化钾(KCl,KC),3个施钾水平,即每公顷施钾(K2O)分别为337.5、675、1012.5kg,分别以KS1、KS2、KS3、KC1、KC2 和KC3 表示,以不施钾肥空白处理(K0)为对照,共7个处理,连续开展2年田间小区试验。田间小区面积1.9m×5.7m=10.83m2,每小区种植一年生三七子条390株,3次重复,随机区组排列。

  • 试验所用的氮肥为硝酸铵(N 34%,NO3- ∶ NH4 + 为1∶1),磷肥为钙镁磷肥(P2O5 14%),钾肥分别用硫酸钾(K2O 50%)、氯化钾(K2O 50%);其中磷肥和钾肥在整地时全部一次性作底肥施用;氮肥的1/5作基肥,用量为60kg/hm2,余下氮肥于定植当年5、8、10月以及翌年1、4、7月共分6次施用,其中定植当年5、8、10月按每次35kg/hm2 兑水施用,翌年1、4、7月氮肥按每次45kg/hm2 兑水施用;试验于2018年1月7日移栽三七的一年生子条,常规栽培和管理,于2019年12月25日一次性采收。

  • 1.4 测定项目与方法

  • 农艺性状的调查:于2019年12月25日在每个小区中随机选取10株三七,对三七的株高、叶长、叶宽、茎粗及生物量进行测定;株高、叶长、叶宽使用卷尺测量,茎粗使用游标卡尺测量。

  • 病害发生数据采集:2018年1月7日定植时记录各处理小区的定植株数,二年齐苗期(2018年4月初)调查各处理小区的出苗数,于三年成熟期(2019年12月25日),调查并记录各处理小区黄化枯萎型根腐病发生情况,黄化枯萎型根腐病发生程度用发病率表示。

  • 产量的测定:产量(kg/hm2)=单株块茎干重 (kg)× 每公顷实有株数。

  • 皂苷的测定:采用《中国药典》2015年版 (一部)[15]中关于三七总皂苷含量测定的方法进行测定。使用安捷伦高效液相色谱仪(Agilent 1260, USA)对样品皂苷含量进行检测,色谱柱为Agilent Zorbax SB-C18(250mm×4.6mm,5 µm),流动相为乙腈(A)-水(B),梯度洗脱设为0~22min、 20%A,22~47min、20%A → 46%A,47~57min、46%A → 55%A,57~62min、55%A, 62~63min、55%A → 20%A,63~69min、20%A,使用外标法,计算出样品中三七皂苷R1、人参皂苷Rg1、人参皂苷Re、人参皂苷Rb1和人参皂苷Rd的含量。

  • 植株氮、磷、钾含量的测定:样品经H2SO4-H2O2 消煮后,全氮采用凯氏定氮法、全磷采用钼锑抗比色法、全钾采用原子吸收法测定[16]

  • 1.5 数据处理

  • 根据参考文献[9-17]计算以下参数:

  • 各器官钾素(氮、磷)累积量(kg/hm2)=钾素 (氮、磷)含量(g/kg)× 干物质重量(kg/hm2)/103

  • 发病率(%)=发病株数/调查总株数 ×100

  • 钾肥农学效率(kg/kg)=(施钾区植株产量-无钾区植株产量)/施钾量

  • 钾肥偏生产力(kg/kg)=三七产量/施钾量

  • 试验数据采用Excel 2010和SPSS 19.0处理,并利用Duncan法进行差异显著性检验(P ˂ 0.05)。

  • 2 结果与分析

  • 2.1 对三七植株生长和产量的影响

  • 施硫酸钾和氯化钾会在不同程度上促进了三七的生长,但其促进作用因钾肥品种和用量而有所差异(表2)。与K0 相比,施用硫酸钾和氯化钾处理三七株高分别增加4.07%~18.33%和1.30%~12.96%。其中,施用硫酸钾的处理,当用量为675kg/hm2 时,三七株高与K0 差异显著 (P ˂0.05),另外2个施钾水平与K0 差异不显著。而对于施用氯化钾的处理,当施钾量为675kg/hm2 时,株高与K0 差异显著(P ˂0.05),另外2个施钾水平与K0 无显著差异。等施钾量条件下,不同钾肥品种对三七株高的增加效果存在明显差异,其中施钾675kg/hm2 时,以硫酸钾处理对三七株高的增加效果最好。而在K2O施用量为337.5和1012.5kg/hm2 水平时,硫酸钾和氯化钾处理对三七株高影响差异不显著。

  • 表2 不同钾肥品种及用量对三七生长与产量的影响

  • 注:表中同一指标数据后不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。

  • 施用硫酸钾和氯化钾处理的三七叶长较K0 处理分别增加29.31%~42.53%和8.05%~40.23%。其中,施用硫酸钾各处理的三七叶长与K0 差异显著(P ˂0.05)。对于施用氯化钾的处理,除KC1 处理叶长与K0 差异不显著外,其余2个处理叶长与K0 处理差异显著(P ˂0.05)。等施钾量条件下,均以硫酸钾对三七叶长增加效果优于氯化钾。

  • 与K0 相比,施用硫酸钾和氯化钾处理的三七叶宽分别增加11.84%~19.74%和2.63%~15.13%。硫酸钾处理的三七叶宽均显著高于K0P ˂0.05),以KS2 效果最佳。氯化钾各处理中,除KC2 的叶宽显著高于K0 外,其余2个处理与K0 处理差异不显著。等施钾量条件下,硫酸钾对三七叶宽增加效果显著优于氯化钾。

  • 施用硫酸钾和氯化钾均显著增加了三七茎粗 (P ˂0.05)。等施钾量条件下,除KS1 和KC1 处理间差异不显著外,其余2个钾水平下均以硫酸钾的效果显著优于氯化钾(P ˂0.05)。

  • 与K0 相比,施用硫酸钾和氯化钾均显著增加了三七地上部生物量,增幅分别为5.56%~13.87%和4.90%~6.86%。等施钾量条件下,不同种类钾肥处理的地上部生物量存在明显差异,其中施钾量为675和1012.5kg/hm2 时,以硫酸钾的效果最好。而在K2O 337.5kg/hm2 水平下,2种钾肥对三七地上部生物量的影响差异不显著。

  • 施用钾肥亦明显增加了三七地下部生物量。与K0 相比,硫酸钾处理均显著增加了三七地下部生物量,其中以硫酸钾KS2 处理增加效果最显著;对于施加氯化钾的处理,施用量为675和1012.5kg/hm2 时,地下部生物量较K0 有显著增加;用量为337.5kg/hm2 时,地下部生物量与K0 无显著差异。等施钾量条件下,不同种类钾肥增加地下部生物量的效果存在明显差异,其中施钾量为675kg/hm2 时,以硫酸钾增加地下部生物量的效果最好。而在施钾量为337.5和1012.5kg/hm2 水平下,2种钾肥间差异不显著。

  • 表2 还表明,施用钾肥对三七有一定的增产作用,但增产效果因钾肥品种和用量而有所差异。与K0 相比,硫酸钾和氯化钾增产幅度分别为12.83%~27.33%和7.21%~23.20%。其中,施用硫酸钾各处理的产量与不施钾K0 处理之间均达到显著差异(P ˂0.05),而KS1 和KS3 处理间差异不显著;对于施用氯化钾的处理,用量为675和1012.5kg/hm2 水平时,产量较K0 处理有显著增加,用量为337.5kg/hm2 水平时,产量与K0 无显著差异。等施钾量条件下,不同种类钾肥的增产效果存在一定差异,但均以硫酸钾的增产效果最好。

  • 2.2 对三七根腐病发生的影响

  • 根腐病是三七生产中的主要病害之一。本研究中,无论施钾与否,在三七生育期内均有根腐病发生。施用钾肥均在一定程度上降低三七根腐病的发病率(表3)。与K0 相比,施用硫酸钾和氯化钾分别平均降低根腐病发病率35.80%和28.40%,其中,硫酸钾处理比氯化钾处理降幅大;各施钾处理中以KS2 处理降低根腐病发病率幅度最大,KS3 次之,分别较K0 降低51.85%和48.15%,且两者之间差异不显著,但均显著低于K0

  • 表3 不同钾肥品种及用量对三七根腐病的影响

  • 等施钾量条件下,硫酸钾处理的三七根腐病发病率均低于氯化钾处理,但差异不显著。

  • 2.3 对三七养分吸收利用的影响

  • 2.3.1 对三七植株不同器官氮、磷和钾含量的影响

  • 不同钾肥处理的三七不同器官氮、磷和钾含量存在显著差异(表4)。表4表明,三七植株对氮、磷和钾素的需求量为钾> 氮> 磷。与K0 处理相比,施硫酸钾和氯化钾均提高了三七地上部及地下部(根部)的氮、磷和钾含量。K0 处理三七地上部和根部含氮量分别为2.07、1.01g/kg。KS1、 KS2、KS3、KC1、KC2 和KC3 处理地上部中的氮含量较K0 处理分别增加28.01%、46.17%、79.01%、 28.01%、32.84%和50.28%,其中,硫酸钾处理比氯化钾处理增幅大;对于根部的氮含量而言,硫酸钾3个处理平均较K0 增加10.65%,氯化钾3个处理平均较K0 增加5.43%,前者比后者平均高5.22%,施钾量为1012.5kg/hm2 的处理增幅最明显。从三七不同器官的氮含量可以看出,施用2种钾肥处理三七地上部的氮含量增幅均较地下部的高,施钾量为1012.5kg/hm2 的硫酸钾处理地上部的氮含量比根部多2.52g/kg,而K0 处理地上部的氮含量较根部高1.06g/kg。可见,施用钾肥能增加三七对氮的吸收,且地上部中氮含量增加幅度大于根部;施用硫酸钾促进三七吸收氮素的效果优于氯化钾。

  • K0 三七地上部、根部含磷量分别为0.20、0.22g/kg( 表4)。KS1、KS2、KS3、KC1、KC2 和KC3 处理地上部的磷含量较K0 处理分别增加15.37%、 26.93%、51.03%、15.37%、6.37%和39.66%,硫酸钾处理比氯化钾处理磷含量增幅大;对于根部的磷含量,硫酸钾3个处理平均较K0 处理增加31.11%,氯化钾3个处理平均较K0 增加20.46%,前者比后者平均高10.64%。从三七不同器官的磷含量可以看出,无论施钾与否,三七根部磷含量均高于地上部。可见,2种钾肥均能显著增加三七植株的磷含量且施用硫酸钾促进三七吸收磷素的效果优于氯化钾。

  • K0 处理三七地上部、根部含钾量分别为3.01、1.52g/kg(表4)。KS1、KS2、KS3、KC1、KC2 和KC3 处理地上部中的钾含量较K0 处理分别增加14.18%、28.78%、34.15%、14.18%、20.82%和31.66%,硫酸钾处理比氯化钾处理钾含量增幅大;对于根部的钾含量,硫酸钾3个处理平均较K0 增加15.20%,氯化钾3个处理平均比K0 增加12.75%,前者比后者平均高2.45%。从三七不同器官的钾含量可以看出,施用2种钾肥处理地上部的钾含量增幅均比根部的高,施用量1012.5kg/hm2 水平硫酸钾处理地上部的钾含量比根部多2.05g/kg,而K0 处理根部的钾含量比地上部少1.49g/kg。可见,施用钾肥能增加三七植株对钾素的吸收,且根部中含量增加幅度大于地上部;施用硫酸钾促进三七吸收钾素的效果优于氯化钾。

  • 表4 不同钾肥品种及用量对三七各器官氮、磷和钾含量的影响

  • 2.3.2 对三七植株不同器官氮、磷和钾养分累积的影响

  • 不同钾肥处理三七不同器官氮、磷和钾累积量存在明显差异(表5)。与K0 相比,施钾处理均增加了三七地上部和根部氮、磷和钾累积量。K0 处理三七地上部和根部氮素累积量分别为3.60、1.85kg/hm2。KS1、KS2、KS3、KC1、KC2 和KC3 处理地上部的氮累积量较K0 处理分别增加30.50%、 55.82%、96.77%、17.40%、35.09%和55.05%,其中,硫酸钾处理较氯化钾处理增幅大;对于根部的氮累积量而言,硫酸钾3个处理平均较K0 增加31.10%,氯化钾3个处理平均较K0 增加17.83%,前者比后者平均高13.27%,施钾量为1012.5kg/hm2 处理增幅最为显著。可见,施用钾肥有利于提高三七各器官对氮的吸收累积;此外,施用硫酸钾促进三七吸收累积氮素的效果优于氯化钾。

  • K0 三七地上部、根部磷素累积量分别为0.35、 0.41kg/hm2 ( 表5)。KS1、KS2、KS3、KC1、KC2 和KC3 处理地上部的磷素累积量较K0 处理分别增加30.08%、49.65%、83.51%、8.94%、18.09%和59.35%,硫酸钾处理比氯化钾处理磷素累积量增幅大;就根部的磷素累积量而言,硫酸钾3个处理平均较K0 增加39.82%,氯化钾3个处理平均较K0 增加28.08%,前者比后者平均高11.73%。从三七不同器官的磷素累积量可以看出,不同钾肥处理下三七根部磷素累积量均高于地上部。表明,2种钾肥均能增加三七植株的磷素累积量,施用硫酸钾增加三七磷素累积量的效果优于氯化钾。

  • K0 处理三七地上部、根部钾素累积量分别为5.23、2.79g/kg(表5)。KS1、KS2、KS3、KC1、KC2 和KC3 处理地上部中的钾含量较K0 处理分别增加16.42%、37.31%、47.49%、12.81%、22.91%和35.87%,硫酸钾处理亦比氯化钾处理钾素累积量增幅大;就根部的钾素累积量而言,硫酸钾3个处理平均较K0 增加36.87%,氯化钾3个处理平均较K0 增加31.03%,前者比后者平均高5.85%。从三七不同器官的钾素累积量可以看出,不同钾肥处理下三七地上部钾素累积量均高于根部。可见,施用钾肥可以增加三七植株的钾素累积量,且根部中含量增加幅度大于地上部;施用硫酸钾增加三七钾素累积量的效果优于氯化钾。

  • 表5 不同钾肥品种及用量对三七各器官氮、磷、钾累积的影响

  • 2.3.3 对三七钾肥利用率的影响

  • 钾肥种类和用量对钾肥利用率影响不同(表6)。钾肥农学效率指单位施钾量所增加的三七块茎产量,是评价钾肥增产效应较为准确的指标,也是农业生产中最关键的经济指标之一[18]。由表6可知,钾肥农学效率因不同钾肥用量而表现各异。对于施钾处理,钾肥农学效率随着施钾量的增加呈先上升再降低的趋势,在施钾量为675kg/hm2 时达到最高;而钾肥偏生产力则随着施钾水平的提高逐渐下降,钾肥用量从337.5增加到1012.5kg/hm2,硫酸钾的偏生产力从6.14下降到2.07kg/kg,而氯化钾的偏生产力从5.83下降到1.99kg/kg。说明,钾肥施用量的增加对三七产量的贡献有限,过量施用钾肥并不能提高钾肥利用率。

  • 表6 不同钾肥处理对三七钾肥利用率的影响

  • 2.4 对三七皂苷含量的影响

  • 由表7可以看出,与K0 相比,施用硫酸钾和氯化钾均明显增加了三七皂苷R1含量和人参皂苷Rg1、Rd、Re、Rb1含量以及总皂苷含量,增幅分别为21.74%~89.13%、21.65%~57.22%、 21.88%~68.75%、15.79%~68.42%、 19.11%~49.68%、20.54%~59.15%。不同施钾量条件下,以硫酸钾KS2 处理的三七药材各单体皂苷和总皂苷含量最高。

  • 表7 不同钾肥品种及用量对三七药材皂苷含量的影响

  • 等施钾量条件下,钾肥品种对三七药材各单体皂苷和总皂苷含量的影响存在一定差异。施钾量为675kg/hm2 水平下,硫酸钾处理的三七皂苷R1含量和人参皂苷Rg1、Re、Rb1以及总皂苷含量均显著高于氯化钾处理(P ˂0.05);在施钾量为337.5kg/hm2 水平下,硫酸钾处理中的三七药材各单体皂苷和总皂苷含量均高于氯化钾处理,其中,硫酸钾处理中的人参皂苷Rg1、Re、Rb1以及总皂苷含量均显著高于氯化钾处理(P ˂0.05);在施钾量为1012.5kg/hm2 水平下,硫酸钾处理中三七药材各单体皂苷和总皂苷含量均高于氯化钾处理,2种钾肥处理中除人参皂苷Rg1、Rb1含量存在显著差异外,三七皂苷R1含量和人参皂苷Re、Rd以及总皂苷含量无显著差异。

  • 3 讨论

  • 3.1 钾肥对三七生长发育的影响

  • 传统观念认为三七是“忌氯作物”,不宜施用含氯化肥。本研究发现,施用钾肥(K2SO4 和KCl)均有效促进了三七生长发育,增加了三七株高、叶宽、叶长、茎粗和生物量,提高了三七植株氮、磷和钾含量,增加了三七植株各器官氮、磷和钾的累积,显著提高了三七产量(P ˂0.05),增产幅度为7.21%~27.33%,由此表明,三七植株对氯不敏感,这与郑冬梅等[14]的研究结果相一致。不同施钾水平中,以施用硫酸钾675kg/hm2 处理 (KS2)产量最高,说明钾肥的施用对三七的生长发育及其产量均有较大影响,然而,过量施用钾肥只能增加三七各器官的养分含量,没有表现出对三七产量有显著贡献。该研究结果与以往的结果相一致[7-10]。施用硫酸钾和氯化钾提高了三七植株氮、磷和钾养分含量,原因可能是由于钾素能够增强植物根系对硝酸盐等的吸收和进入叶片中的流量[19],从而使输入叶片中的氮、磷和钾含量升高。此外,相同施钾水平下,施用硫酸钾在促进三七生长发育,产量等方面均优于氯化钾,这与以往研究有些出入[14]。施用硫酸钾处理的植株氮、磷和钾含量均高于施用氯化钾处理,这可能是由于陪伴离子不同所致,虽然硫与氯都是植物生长发育所必需的营养元素,但是植物对硫的需求量远远大于氯,硫在植物体内的浓度是氯的10倍之多[20];硫酸钾提供的SO4 2- 被植物根系吸收后,在植物体内被同化成含硫氨基酸[21],它是多种含碳化合物(蛋白质、酶等)的组成成分,其中以硫铁蛋白的形式参加光合作用和呼吸电子传递[20],促进植物体光合作用。此外,本研究中施用硫酸钾处理三七的产量及单株块茎重均高于氯化钾,这可能是“源”“库”竞争的结果,茎叶、块茎为三七主要的库器官,各库间竞争叶片光合作用同化产物,因此茎叶生长与块茎生成与否协调影响三七块茎单株重及产量。

  • 肥料利用效率主要取决于作物的营养需求和土壤、肥料能提供的养分供给量。本试验条件下,施硫酸钾和氯化钾各处理的三七偏生产力随施钾水平的提高而降低;而钾肥农学效率则因不同钾肥施用量而表现各异。对于施硫酸钾和氯化钾处理,钾肥农学效率随施钾用量的增加呈先升高后下降的趋势,在钾肥用量为675kg/hm2 时达到最高;说明过量施钾会显著降低钾肥农学效率。因此,钾肥用量并不是越多越好,三七高产优质需要适宜的施钾量。

  • 钾肥在植物抗病中的作用已基本得到确认[22],施钾有效增加了油菜中多酚化合物的含量,显著降低了油菜黑斑病的发生率[23]。施用钾肥有效增加了水稻、小麦和油菜的酚类化合物含量,显著降低了水稻的叶鞘腐败症、小麦白粉病和油菜黑斑病的发病率[24-25]。魏胜林等[26]在柠檬上的研究表明,适量施用钾肥能增加柠檬叶片中多酚的累积,有效提高柠檬的抗病性,明显降低果实贮藏病害的发生。以上研究表明,植物抗病能力与体内的酚类化合物含量密切相关。本研究同样发现,施用硫酸钾和氯化钾较K0 分别平均降低根腐病发病率35.80%和28.40%。该结果与以往研究结果类似。施用钾肥降低三七根腐病的发病率,其原因可能是施钾提高了三七植株体内酚类化合物含量。但关于钾抑制三七根腐病发生的机制尚不清楚,有待进一步探究。

  • 3.2 钾肥对三七品质的影响

  • 钾素是形成三七品质特征的重要因素和根本原因之一[27]。余前进[28]研究了不同施肥模式对三七药效成分的影响,结果发现钾素有利于三七药效成分的累积,但却不利于三七单株总皂苷的累积。刘威等[29]通过盆栽试验,研究了不同氮、磷、钾肥水搭配对一年生何首乌品质的影响,结果表明钾肥可明显增加何首乌块根部结合蒽醌和二苯乙烯苷含量。增加施钾用量可明显提高甘草中甘草苷、异甘草苷和甘草酸含量[30]。但也有研究表明,钾肥用量为300kg/hm2 时,显著增加了当归阿魏酸、欧当归内酯A、藁本内酯、阿魏酸松柏酯和洋川芎内酯含量,当超过最适用量(300kg/hm2)时,明显降低了当归有效成分含量[31]。本研究发现,施用钾肥(K2SO4 和KCl)明显提高了三七皂苷R1含量和人参皂苷Rg1、Rd、Re、Rb1以及总皂苷含量,增幅分别为21.74%~89.13%、 21.65%~57.22%、21.88%~68.75%、15.79%~68.42%、19.11%~49.68%和20.54%~59.15%(表7)。这与前人的研究结果[1432]相一致。施用硫酸钾和氯化钾明显提高了三七药效成分,其原因为三七皂苷成分属于达玛烷型萜类化合物,以碳、氢、氧3种元素为主要元素,在生物体内通过甲羟戊酸途径,并经过一系列酶促反应合成。所以,植物体内碳水化合物的含量与皂苷含量密切相关[31]。施用硫酸钾和氯化钾促进三七各种单体皂苷及总皂苷合成与累积,可能与钾肥促进三七植物光合作用、提高相关酶的活性、促进同化产物合成与运输等因素有关[33]。然而,相关的作用机制有待进一步探究。本研究中,不同施钾量条件下,三七皂苷R1含量和人参皂苷Rg1、Rd、Re、Rb1以及总皂苷含量呈先升高后降低的趋势。施硫酸钾和氯化钾量为675kg/hm2 时,三七皂苷R1含量和人参皂苷Rg1、Rd、 Re、Rb1以及总皂苷含量最高,施硫酸钾和氯化钾量超过675kg/hm2 时,三七有效成分含量明显降低。这可能是由于钾素有利于同化物向根部运输,使根部碳水化合物含量增加,然而合成有效成分的次生代谢并没有同步增强,进而导致植株根部有效成分含量降低[34]

  • 4 结论

  • 施钾(K2SO4 和KCl) 可明显提高三七植株氮、磷和钾含量,有效增加三七各器官氮、磷、钾的吸收量;三七各器官氮、磷、钾的吸收量随施钾水平的升高而增加;钾肥农学效率随施钾量的增加呈先增加后降低的趋势,在施钾量为675kg/hm2 时达到最高;三七的钾肥偏生产力随施钾量的增加而降低。

  • 施硫酸钾和氯化钾可增加三七植株株高、叶长、叶宽、茎粗和生物量,降低三七根腐病的发病率,显著增加三七产量(P ˂0.05),增幅为7.21%~27.33%,以施用硫酸钾675kg/hm2 处理 (KS2)产量最高;明显提高三七皂苷R1含量,人参皂苷Rg1、Rd、Re、Rb1和总皂苷含量,增幅分别为21.74%~89.13%、21.65%~57.22%、 21.88%~68.75%、15.79%~68.42%、19.11%~49.68%、20.54%~59.15%;以硫酸钾675kg/hm2 K2S处理效果最佳。

  • 三七对氯不敏感;相同钾水平下,施用硫酸钾在促进三七生长发育,产量及品质的提升等方面均优于氯化钾;要实现三七高产优质以KS2 处理施钾量(675kg/hm2)为宜。

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