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前胡作为一味传统的中药材，已有 1500 多年的使用历史，其以根入药，味苦，微寒，无毒，具宣散风热，降气祛痰功效[1]。现代医学临床试验表明，前胡中的白花前胡甲素和白花前胡乙素具有镇咳化痰、抗炎、抗菌、神经保护等作用，可用于治疗心脑血管疾病、免疫系统疾病、肿瘤等[2-5]。《中华人民共和国药典》（2020 年版）（以下简称《中国药典》）对中药材前胡的白花前胡甲素和白花前胡乙素的含量进行了明确规定，要求其含量分别不得低于 0.90% 和 0.24%[6]。然而，目前栽培前胡通常难以达标，且距离野生前胡品质的差距较大[7-8]。栽培前胡质量不合格将直接影响中医临床用药安全，不利于我国中医药产业的健康发展[9]。
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前胡等栽培中药材品质不合格与田间管理不规范、化肥和农药大量使用、采收方法不当等密切相关[10]。研究表明，田间管理模式的更新在增产和促进指标成分积累方面发挥重要作用，其中，施用大量营养元素肥料可为中药材提供生长所必需的养分，在提高中药材产量和品质的研究中被广泛应用[11]。桔梗、甘草、滇重楼相关研究结果表明，根类中药材产量和品质的形成是氮、磷、钾 3 种大量营养元素共同作用的结果[12-14]，与施用单一种类肥料相比，配施更能实现养分的平衡供应[15-16]。同时，元素间的协同作用有助于提高肥料利用率以减少肥料的用量，实现中药材无公害种植[17]。因此，宜采用配施的方式提升根类中药材产量和质量。此外，根类中药材产量和品质的形成是一个复杂过程，有必要对配施后的生长过程进行动态监测，确定合适的药材采收时间。
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课题组前期开展了前胡氮、磷、钾肥的单因素肥料试验，结果表明，适当增加磷肥或钾肥的施用量可在一定程度上提高前胡产量和品质，但提升效果有限，且施用单一种类的化肥也不符合生产实际。因此，有必要开展肥料配施试验。氮、磷、钾肥配施是否能进一步提升前胡产量和品质？其作用过程具体如何？仍有待揭示。本研究以白花前胡为试验材料，采用大田试验的方式，设计正交试验，研究氮、磷、钾肥配施对不同时期前胡根部生物量、白花前胡甲素、白花前胡乙素、浸出物、土壤有效养分含量及根部养分积累量的影响，分析不同配施处理下前胡的产量和品质动态特征，掌握配施影响前胡产量和品质形成的机理，为前胡的高效生产和中药材生产质量管理的进一步完善提供一定的理论依据。
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1 材料与方法
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1.1 试验地概况
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研究区位于重庆市南川区石墙镇（107°12′E， 29°7′N），海拔 937.8 m。属亚热带湿润气候区，年平均气温 16.24℃，降水量 1233 mm。供试土壤为紫色土，土壤基本情况：pH 5.21、有机质含量 18.18 g/kg、全氮含量 0.96 g/kg、碱解氮含量 69.91 mg/kg、有效磷含量 17.26 mg/kg、速效钾含量 111.70 mg/kg。
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1.2 试验设计与材料
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采用大田试验，开展三因素三水平正交试验。氮、磷、钾各分 3 个水平，组合方式如表1 所示。每处理重复 3 次，共 27 个小区。小区面积为 3 m× 8 m。于 3 月初播种，株行距 0.5 m×0.5 m。试验材料为白花前胡，由重庆市药物种植研究所邓才富研究员鉴定为伞形科植物白花前胡（Peucedanumpraeruptorum Dunn）。氮肥为尿素（N 46%），磷肥为过磷酸钙（P2O5 12%），钾肥为硫酸钾（K2O 52%）。试验肥料于 8 月初和 9 月初分两次穴施，施用比例为 1∶1，其余管理和病虫害防治同常规前胡栽培技术。
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1.3 样品采集与测定
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于 2020 年 11 月 17 日开始，每两周采样 1 次，共采样 5 次。采样时，每小区随机抽取 10 株植株，分为根部和地上部，带回实验室快速清洗干净。地上部于 105℃杀青 1 h 后，于 75℃烘干至恒重；根部于 45℃烘干至恒重，根部粉碎过筛备用。采集粘附于根系的土壤为根际土，土样经自然风干、粉碎、过筛后备用。
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依据《中国药典》“前胡”项下要求对前胡白花前胡甲素、白花前胡乙素、浸出物进行含量测定[6]。采用 H2SO4-H2O2 方法消煮植物样品，植株氮含量采用靛酚蓝比色法测定，植株磷含量采用钒钼黄比色法测定，植株钾含量采用火焰光度法测定，土壤碱解氮含量采用碱解扩散法，土壤有效磷含量采用 NaHCO3 浸提-钼锑抗比色法，土壤速效钾含量采用 NH4OAc 浸提-火焰光度法[18]。
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1.4 数据分析
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采用 SPSS 26.0 进行统计分析，选择 LSD 法进行多重比较，图表制作采用 Excel2016 和 Origin 9.1。
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2 结果与分析
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2.1 氮、磷、钾肥配施对白花前胡甲素含量的影响
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由表2 可知，随着采样时期的延长，白花前胡甲素含量呈波动变化。各配施处理白花前胡甲素含量最大值出现时期不同，除 T3 处理外，其余处理最大值出现在 12 月 15 日及之后。相同采样时期下，配施对白花前胡甲素含量影响显著。与 CK 相比，除 12 月 1 日的 T4 和 12 月 29 日的 T3、T7 处理外，配施显著提升了 12 月 1 日至 29 日的前胡甲素含量。各采样时期最大值所在处理存在差异，11 月 17 日至 12 月 15 日以 T8 处理为最高，分别为 CK 的 1.16、 1.16、1.46 倍；12 月 29 日以 T2 处理为最高，为 CK 的 1.35 倍。所有施肥处理的前胡甲素含量均符合 《中国药典》规定的“不低于 0.9%”的要求。
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注：不同字母表示同一采收期不同施肥处理间差异显著（P<0.05）。下同。
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2.2 氮、磷、钾肥配施对白花前胡乙素含量的影响
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由表3 可知，随着采样时期的延长，白花前胡乙素含量呈波动变化。各配施处理白花前胡乙素含量最高值在 11 月 17 日、12 月 1 日和 12 月 29 日均有出现。相同采样时期下，配施对白花前胡乙素含量影响显著。在 11 月 17 日、12 月 1 日和 1 月 12 日，除 T3 处理外，配施处理的白花前胡乙素含量均较 CK 显著提高，以 T1、T6、T4 处理为佳，分别为 CK 的 2.58、1.94、2.03 倍；在 12 月 29 日，T3、T5、T7 处理的白花前胡乙素含量较 CK 显著提高，以 T7 处理为最高，为 CK 的 1.63 倍。所有采样时期所有配施处理中仅有 8 个处理的白花前胡乙素含量符合《中国药典》规定的“不低于 0.24%”的要求，分别为 11 月 17 日的 T1、T4 处理，12 月 1 日的 T6 处理，12 月 15 日的 CK 和 12 月 29 日的 CK、 T3、T5、T7 处理。其中，12 月 29 日的 T3、T5、 T7 处理的前胡乙素含量均大于 0.3%，分别为规定含量的 1.53、1.27、1.73 倍。
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2.3 氮、磷、钾肥配施对浸出物含量的影响
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由表4 可知，随着采样时期的延长，浸出物含量呈波动变化。各配施处理浸出物含量最高值在 12 月 29 日和 1 月 12 日均有出现，达到了 39.60%~44.80%。相同采样时期下，与 CK 相比，浸出物含量在 11 月 17 日的 T3 处理，12 月 1 日的 T3、T6、T7、T8 处理，12 月 15 日的 T3、T4、T6、 T8 处理，12 月 29 日的 T2、T8 显著增加。所有配施处理的浸出物含量均符合《中国药典》规定的 “不低于 20%”的要求。
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2.4 氮、磷、钾肥配施对前胡产量的影响
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由图1 可知，随着采样时期的延长，除部分处理根冠比在 12 月 1 日至 15 日有所降低外，各处理根部生物量、根冠比均逐渐增加。生物量在 11 月 17 日至 12 月 1 日期间增幅最大，根冠比在 12 月 29 日至 1 月 12 日期间增幅最大，且根冠比在 12 月 29 日及之后达到 1.5 以上。相同采样时期下，除在 12 月 15 日的 T7 和 12 月 29 日至 1 月 12 日的 T4 处理外，配施处理根部生物量均显著高于 CK，各时期配施处理与 CK 相比分别增加了 88.12%~278.23%、 20.86%~163.84%、38.34%~183.52%、23.63%~133.29%、8.00%~129.87%；除 T8 处理外，配施显著提升了 1 月 12 日的根冠比。另外，根部生物量在 11 月 17 日至 12 月 15 日主要表现为 T8>T1>T2>其他，在 12 月 29 日至 1 月 12 日主要表现为 T1>T2、 T8>T5>其他；根冠比在 11 月 17 日至 12 月 15 日表现为 T1>T2>T3>其他，之后表现为 T6>T1>其他。
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图1 不同配施处理下前胡产量
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其中，由于 12 月 29 日这一采样时期有 4 个处理（CK、T3、T5、T7）的指标成分达到《中国药典》要求。进而对 12 月 29 日前胡根部生物量进行正交设计方差分析，确定适宜配施方式，结果如表5 所示。氮、磷、钾配施均对根部生物量产生极显著影响，影响差异主要由肥料的施用水平变化引起。由于模型误差显著大于重复误差，氮、磷、钾肥之间交互作用显著，应直接根据均值大小确定施肥水平增产效益，即 T5>T3>T7>CK。
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注：* 表示该影响因子效应显著（P ＜ 0.05），** 表示该影响因子效应极显著（P ＜ 0.01）。
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2.5 氮、磷、钾肥配施对根部养分积累量的影响
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由图2 可知，随着采样时期的延长，各配施处理根部氮、磷、钾积累量均逐渐增加。氮、钾积累量在 11 月 17 日至 12 月 1 日和 12 月 29 日至 1 月 12 日期间增幅最大，磷积累量在 12 月 1 日至 15 日增幅最大。相同采样时期下，除极个别处理外，各配施处理氮、磷、钾积累量与 CK 相比均显著增加，分别增加了 8.33%~381.62%、 4.82%~208.46%、4.53%~234.98%。在 11 月 17 日至 12 月 15 日，各施肥处理氮、磷、钾积累量主要以 T8 处理最高，T1 处理次之；在 12 月 29 日至 1 月 12 日，各施肥处理氮积累量表现为 T1>T8>T2>T5>其他，磷积累量主要表现为 T1>T2>T8>T5>其他，钾积累量主要表现为 T1>T8>T2>T5>其他。前胡根部 3 种养分积累量在各处理的主要表现为氮 >钾 >磷。
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图2 不同配施处理下前胡根部养分积累量
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2.6 氮、磷、钾肥配施对根际土壤有效养分含量的影响
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由图3 可知，随着采样时期的延长，各配施处理根际土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量均逐渐降低，其中有效磷、速效钾降幅明显。相同采样时期下，与 CK 相比，碱解氮含量在 12 月 1 日至 1 月 12 日各配施处理下均显著升高；有效磷含量在 11 月 17 日至 12 月 1 日的 T2、T3、T7、T8 处理显著提高，1 月 12 日的 T1、T3、T4、T7 处理显著下降；除 T7 处理外，速效钾含量在 12 月 1 日至 29 日各配施处理下均显著升高，在 1 月 12 日的 T1、T2、T3、T4、T6、 T8 处理显著升高。另外，根际土壤碱解氮在 11 月 17 日时，T5、T7、T8 处理相较其他处理有明显优势， 12 月 29 日为 T5、T6、T7、T8 处理，其余时期为 T7、 T8 处理；有效磷在 11 月 17 日至 12 月 15 日时，T3、 T8 处理优势明显，在 12 月 29 日为 T5、T7、T8 处理，在 1 月 12 日为 T5、T8 处理；速效钾含量在各采样时期 T1、T2、T3、T4、T6 处理具有明显优势。
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图3 各施肥处理下前胡根际土壤养分含量
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3 讨论
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氮、磷、钾均是植物生长发育所必需的大量营养元素，在根类中药材生长和质量形成中发挥重要作用。植物体内的氮、磷、钾主要由土壤提供，但土壤的养分含量往往不能满足中药材需求，需通过施肥予以补充[19]。然而，单一种类肥料供应的提升效果往往是有限的，合理配施尤为必要。与单施磷、钾肥相比，磷、钾肥合理配施可大大提高紫云英对磷肥和钾肥的当季利用率[20]，促进北沙参欧前胡素和异欧前胡素含量增加[21]，起到相互补促的效果。氮、磷肥的互作效应和氮、钾的互作效应分别有利于华重楼增重率和浸出物的提高[14]。本研究中，合理配施提升了根际土壤 3 种有效养分含量，增强了前胡对养分的积累利用能力，实现了产量和品质的提升。特别是 12 月 29 日采收的 T5 处理，根部生物量相比 CK 增加了 49.95%。前期单因素肥料试验在单施磷肥时获得最高产量，但与 CK 相比仅增产 34.62%，说明少氮多磷的配施方式 （T5）相比单施有更优的增产保质效果。另外，钾作为品质元素，可通过影响生长素稳态、根细胞的蛋白质合成和酶活性、韧皮部运输，影响根系生长和根茎生物量的分配[22]，并能调节中药材根系次生代谢物的积累[23]。本研究中，T5 处理的前胡钾积累能力较其他营养元素更高，这是由于氮、磷配施可刺激根系发育，提高钾的吸收利用能力[24-25]。同时，产地调研结果表明，药农种植前胡时，往往采用苗期施氮提苗、中期追施复合肥的施肥方式，氮、钾肥施用量过大。因此，少氮多磷的配施方式（T5 处理）降低了氮、钾肥用量，有利于实现中药材生产的减肥增效，并能降低面源污染发生的风险。此外，本研究中，配施促进了前期指标成分的快速积累和后期产量的迅速增加，说明配施对前胡生长和质量形成的影响在不同时期有所不同。
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分析中药材的动态发育情况可明晰商品部位产量积累规律，进而优化采收时间，提升产量，实现增收。根类中药材多在根系干重快速积累时期收获，达到提升经济产量的目的[26]。本研究中，前胡在 12 月 29 日至 1 月 12 日根系干重快速积累，延长采收时间可实现增产。然而，与粮食等传统农业生产优先考虑产量不同，优质才是中药材种植的核心，收获时间的确定还需结合指标成分含量，姜黄、巴戟天、大黄等药材在优化采收时间时，也均考虑了活性成分含量[27-29]。本研究中，3 种指标成分主要在 12 月 29 日这一采样时期达标。实际生产过程中，药农往往在 11 月底或 12 月初时采收前胡，此时前胡产量和质量均较低，不利于药农增收，中药材品质也得不到保证。因此，前胡的最佳收获时期为 12 月下旬。
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根际土壤肥力、药用部位养分积累量的变化情况可反映植物养分吸收利用情况。本研究中，随着采收时期的延长，3 种土壤有效养分含量均降低，根部养分积累量与产量大幅度增加，说明前胡生长过程中养分需求量大。膜荚黄芪、川白芷等根类中药材研究结果表明，氮、磷、钾吸收积累总量的提升与干物质积累量、指标成分含量均呈正相关关系[30-31]。较高的养分吸收利用能力可能是 12 月下旬 T5 处理前胡高产、高质的关键。
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4 结论
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合理配施氮、磷、钾肥可提升前胡养分吸收利用的能力，促进药用部位的生长，增加指标成分白花前胡甲素、白花前胡乙素、浸出物含量，有利于前胡产量和品质的提升。配施后，前胡的适宜采收时期为 12 月下旬。这一时期各处理白花前胡甲素、浸出物含量更高，白花前胡乙素在 4 个处理下可达到《中国药典》要求，并以 T5 处理（少氮多磷） 为品质最佳、产量最高。这一结果为前胡施肥方式和采收期的确定提供了科学依据和数据支撑，并为其他中药材生产质量管理规范的完善提供指导和参考。
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摘要
研究氮、磷、钾肥配施对前胡产量和指标成分积累规律的影响，为前胡高效施肥和提产提质提供理论依据。以白花前胡为材料，采用三因素三水平正交试验设计开展田间小区试验，研究氮（N 用量分别为 0、36.8、 73.6 kg/hm2 ）、磷（P2O5 用量分别为 0、24、48 kg/hm2 ）、钾（K2O 用量分别为 0、41.6、83.2 kg/hm2 ）配施对前胡产量、白花前胡甲素、白花前胡乙素、浸出物、土壤有效养分含量及根部养分积累量的影响。结果表明：与不施肥相比，合理配施可提升根际土壤有效养分含量，增加根部氮、磷、钾积累量，促进产量增加，提高白花前胡甲素、白花前胡乙素、浸出物含量。配施后，前胡品质在 12 月下旬最佳。此时，前胡在 T5 处理（N 36.8 kg/hm2 ， P2O5 48 kg/hm2 ，K2O 0 kg/hm2 ）下 3 种指标成分均符合《中华人民共和国药典》（2020 年版）相关要求，且生物量达到 32.54 g/ 株，与不施肥相比增加了 49.95%。前胡的适宜配施方式为少施氮肥、适量增施磷肥，适宜收获时期为 12 月下旬，适宜氮磷配施用量为施氮量 36.8 kg/hm2 ，施磷量 48 kg/hm2 。
Abstract
To improve fertilizer efficiency and enhance yield and quality，the effects of nitrogen，phosphorus and potassium mixed fertilizer on the yield and index ingredients of Peucedanum praeruptorum Dunn were studied. A field experiment with three-factor and three-level orthogonal experimental design was conducted to study the effects of nitrogen（N 0，36.8，73.6 kg/hm2 ），phosphorus（P2O5 0，24，48 kg/hm2 ）and potassium（K2O 0，41.6，83.2 kg/hm2 ）mixed fertilizer application on the yield and concentrations of praeruptorin A，praeruptorin B，extract，plant nutrients，rhizosphere soil nutrients of P. praeruptorum. The results showed that，compared with no fertilization，sufficient mixed fertilizer increased the concentration of rhizosphere soil available nutrients，accumulation of nitrogen，phosphorus，potassium nutrients in root，root biomass and concentrations of praeruptorin A，praeruptorin B，extract. The best quality of P. praeruptorum appeared at late December. At this period，three index ingredients reached the standard of the Chinese Pharmacopoeia（2020）under T5 treatment（N 36.8 kg/hm2 ，P2O5 48 kg/hm2 ，K2O 0 kg/hm2 ），the biomass of which was 32.54 g/plant，increase of 49.95% compared to no fertilization. Less nitrogen and more phosphorus fertilizer application can improve yield and quality of P. praeruptorum when potassium is adequate in soil. The suitable harvest period is at late December. In this study，optimal nitrogen and phosphorus mixed fertilizer application were 36.8 and 48 kg/hm2 ，respectively.
Keywords
Peucedanum praeruptorum Dunn ； mixed fertilizer ； yield ； quality ； period