赤芍为毛茛科植物芍药或川赤芍的干燥根。目前, 我国的赤芍药材多来源于野生芍药, 由于赤芍野生资源被滥采, 资源面临枯竭。随着国家对道地中药材发展的重视, 人工栽培中草药产业发展迅速, 其中栽培赤芍技术也在不断深入探索和逐步推广, 而营养调控等技术成为妨碍产业发展的难点之一。对黑龙江省鸡西地区赤芍资源土壤环境进行了分析, 发现鸡西地区赤芍土壤养分总体水平一般, 但赤芍根的生长及芍药苷的形成对有机质和氮磷等养分的需求较大。而腐植酸在农业生产中有改良土壤、提高化肥利用率、刺激作物生长、增强作物抗逆性和改善农产品品质等作用, 且腐植酸在其他道地中草药上的研究也较多。研究表明, 生防放线菌与腐植酸钾配施处理后能明显促进丹参生长, 提高丹参产量及抗病虫能力, 调节丹参根域微生态平衡;施用矿源性腐植酸肥料和腐植酸生物复合肥均可促进枸杞叶片光合作用, 提高果实的产量和品质, 而且可改善土壤性质, 降低枸杞病害发生率;施用腐植酸有机肥还可以不同程度促进甘草光合作用、叶片碳代谢和养分的累积, 提高甘草苷含量和甘草酸含量。因此, 本研究通过对栽培赤芍施用富含腐植酸的草炭、风化煤等有机物料, 开展对赤芍土壤养分、生长指标及芍药苷含量的影响, 为栽培赤芍优质生产提供技术支持。

试验所用赤芍为黑龙江省大兴安岭地区呼玛县本地3年生野生芍药芽头, 有机物料草炭采自呼玛县三卡乡塔头湿地, 风化煤来自呼玛县十二站煤矿。有机物料养分状况见表1。

试验地点位于黑龙江省大兴安岭地区呼玛县三卡乡老卡村中药材种植基地, 属寒温带大陆性气候, 极端最低气温-48.2℃, 极端最高气温38℃, 年平均气温-2℃, 积雪覆盖期长达150余天, 无霜期80~150余天, 年平均日照时数2529 h, 年≥10℃的活动积温为1998.0℃, 平均海拔180~300 m, 坡角一般为10~15度, 年平均降水量470 mm左右。土壤为沙壤土, 土壤质地较轻, 较为松散。

试验地土壤养分状况见表1, 土壤有机质含量极低, 土壤为微酸性, 氮含量略低。因此, 土壤调控以增加土壤有机质为主, 施用材料就地取材, 选择风化煤和草炭。

试验采用单因素设计, 2处理4水平, 风化煤和草炭用量分别为800、1300、2000和3000 kg/hm² (表2) , 均以不施用任何有机物料为对照 (CK) 。试验地设3次重复, 共计30个试验小区, 单位小区面积为20 m², 长×宽为5 m×4 m。各处理随机排列, 于2017年5月7日, 采用人工撒施方法将风化煤、草炭等有机物料均匀施入小区, 然后翻拌混匀 (深度20 cm) 并平整土地, 同时以芽头方式栽植赤芍48000~52500棵/公顷。2017年7月31日进行土壤取样、测定生长势并采集新鲜叶片待测, 其他管理措施与当地相同。

因为芽头栽植当年赤芍根系不发达, 造成取样伤根, 而芍药苷一般在叶片形成并向根部转移, 在夏季时叶片芍药苷含量较高。因此, 叶片芍药苷含量在一定程度上能在不伤根的情况下, 表征赤芍根部芍药苷的含量。本研究采集赤芍主茎自下向上第3片完整成熟复叶叶片, 进行芍药苷测定。

仪器与试剂:Waters高效液相色谱仪e2695-2998液相检测系统;C18色谱柱 (250 mm×4.6 mm, 5μm, Waters公司) ;KQ3200DE超声波清洗器 (昆山市超声仪器有限公司) ;Milli-Q超纯水仪 (法国默克化工技术有限公司) ;minispin型离心机 (德国Eppendorf公司) ;BS210S电子天平 (北京Sartorious有限公司) ;手提式中药粉碎机 (温岭市大德中药机械有限公司) 。

对照品芍药苷 (23180-57-6) 购自于上海源叶生物科技有限公司, 芍药内酯苷质量分数≥91.4%;乙腈为色谱纯 (美国Sigma公司) 。

将采集到的叶片样品烘干, 用手提式中药粉碎机将样品粉碎成粉末状;精密称取1 g样品粉末, 放置于100 mL具塞三角瓶中, 加60%乙醇溶液20 mL, 40℃条件下超声提取1 h, 提取液经12000 r/min离心10 min, 取上清液加入HPLC样品瓶备用。

色谱条件为C18色谱柱, 流动相为乙腈和0.1%磷酸水溶液, 流动相梯度洗脱条件为0 min, 0%乙腈;0~40 min, 0~50%乙腈;40~42 min, 50%~0乙腈;42~50 min, 0%乙腈;体积流量1.0 mL/min;检测波长230 nm;柱温30℃;进样量为10μL。芍药苷在230 nm附近有吸收峰。

采用SPSS 16.0和Excel 2013软件进行数据处理和图表制作。

图1为不同处理对土壤有机质含量的影响。由图可以看出, 风化煤处理中, 施入量2000、3000 kg/hm²处理效果较好, 土壤有机质的含量分别达到12.14、12.19 g/kg, 与其他处理间差异显著, 3000 kg/hm²处理土壤有机质含量较2000 kg/hm²处理略高;在草炭处理中, 2000、3000 kg/hm²处理与对照差异显著;同等施用量条件下, 风化煤处理效果好于草炭处理。

图2为不同处理对土壤碱解氮含量的影响。由图可以看出, 风化煤和草炭处理中, 施入量为2000、3000 kg/hm²的土壤碱解氮含量与对照比都有显著提高, 但两处理间差异不显著;同等施用量条件下, 风化煤处理效果略好于草炭处理。

图3为不同处理对土壤速效磷含量的影响。由图可以看出, 风化煤和草炭处理中土壤速效磷含量随着风化煤和草炭施入量的增加先升高后降低;在施入2000 kg/hm²时达到最高, 该处理与对照间差异显著;在施入3000 kg/hm²时略有下降, 但与其他各处理间无显著差异;同等施用量条件下, 除2000 kg/hm²处理外, 其他风化煤处理效果略好于草炭处理。

图4为不同处理对土壤速效钾含量的影响。由图可以看出, 土壤中速效钾含量先随着风化煤的施入量增加而升高, 至2000 kg/hm²处理时最高, 3000 kg/hm²处理略有降低, 2000 kg/hm²处理与对照差异显著;草炭处理与风化煤处理速效钾含量变化趋势一致, 但1300、2000 kg/hm²处理土壤速效钾含量较高, 均与对照呈显著差异;同等施用量条件下, 除1300、2000 kg/hm²处理外, 其他风化煤处理效果略好于草炭处理。

图5为不同处理对赤芍株高的影响。由图可看出, 风化煤处理中, 3000 kg/hm²处理赤芍平均株高与对照间差异显著;草炭处理中, 1300 kg/hm²处理赤芍平均株高最低, 且略低于对照 (可能是由于夏秋时雨水大, 导致该处理所在小区的植株受灾, 株高与冠幅均受到影响) , 但二者差异不显著, 3000 kg/hm²处理效果较好, 与对照间差异显著, 但与2000 kg/hm²处理间无显著差异;同等施用量条件下, 除800、3000 kg/hm²处理外, 其他风化煤处理效果略好于草炭处理。

图6为不同处理对赤芍冠幅的影响。由图可以看出, 风化煤处理中, 2000 kg/hm²处理的平均冠幅最好, 与对照差异显著, 3000 kg/hm²处理略低, 与其他处理差异不显著;草炭处理中, 2000 kg/hm²处理的平均冠幅最好, 并且与1300 kg/hm²处理间差异显著, 与其他各处理间无显著差异;同等施用量条件下, 除2000 kg/hm²处理外, 其他风化煤处理效果略好于草炭处理。

图7为不同处理对赤芍叶片数的影响。由图可以看出, 风化煤处理中, 以2000、3000 kg/hm²施用量效果较好, 叶片数分别为4.97、5.01片, 与对照间差异显著;草炭处理中, 以2000 kg/hm²施用量叶片最多, 为5.02片, 与对照间差异显著;同等施用量条件下, 除1300 kg/hm²处理外, 其他风化煤处理效果略好于草炭处理。

芍药苷是衡量赤芍药用品质优劣的重要指标, 图8为不同处理对赤芍芍药苷含量的影响。由图可以看出, 除草炭800 kg/hm²处理外, 随着风化煤及草炭施入量的增加, 叶片芍药苷含量随之提高, 两种有机物料均在施入3000 kg/hm²时芍药苷含量达到最高, 均为1.99%, 与对照间差异显著;同等施用量条件下, 除3000 kg/hm²处理外, 风化煤处理效果略好于草炭处理。

图9为不同处理对赤芍产量的影响。由图可以看出, 风化煤和草炭处理中2000、3000 kg/hm²处理与对照间差异显著, 其中2000 kg/hm²处理赤芍产量略高于3000 kg/hm²处理;同等施用量条件下, 除3000 kg/hm²处理外, 风化煤处理效果略好于草炭处理。

施用风化煤和草炭能够有效改变栽培赤芍土壤的化学性状, 其中有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量均有所提升;当这两种有机物料的施用量适宜时, 有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量较对照有显著提高。速效氮、磷、钾含量的提高, 说明由于风化煤、草炭中腐植酸含量较高, 腐植酸通过与铵结合形成腐植酸铵, 能够减少氨挥发损失, 进而增加氮素有效性, 腐植酸的苯丙烷环状结构发生断裂形成更多的羧基和羰基, 从而可以结合更多的氨;腐植酸阴离子在土壤矿物极性吸附中与磷酸根离子发生竞争, 进而减少磷酸根离子被土壤矿物质吸附, 同时, 腐植酸可通过其较强的负电性发生同晶替换, 将被吸附的磷酸根离子从土壤矿物质中代换出来, 腐植酸利于增加磷素在土壤中的移动性, 进而增加其有效性;腐植酸还是一种无定形的聚电解质, 对K⁺吸附的分配系数和吸附量均有不同程度的增加。可见, 腐植酸具有增加土壤中营养元素活性, 最大程度减少有效养分的固定, 有利于植株的营养生长需求。