熊鵬飛 周穎 孫超 張家春 王永 鄭聽 周鑫偉 韓見宇

摘要：以不同種植年限白芨塊莖及土壤為研究對象，分析不同種植年限白芨塊莖微量元素及土壤氮磷鉀、微量元素含量特征，探討其吸收關(guān)系。結(jié)果表明，根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，種植白芨土壤氮素營養(yǎng)低，磷素營養(yǎng)適中，鉀素營養(yǎng)較高;種植2年時(shí)白芨塊莖各微量元素含量最高，而土壤中各微量元素含量較低;不同種植年限白芨塊莖、土壤微量元素含量均表現(xiàn)為Fe>Mn>Zn>Ni;白芨塊莖對土壤微量元素富集能力隨種植年限先增強(qiáng)后減弱;白芨塊莖微量元素與土壤營養(yǎng)元素之間具有一定的相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：種植年限;白芨;土壤;微量元素;富集特征;相關(guān)性

中圖分類號： S567.23+9.06? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）21-0165-05

收稿日期：2021-03-25

基金項(xiàng)目：貴州省科技計(jì)劃（編號：黔科合支撐[2016]2860、黔科院SY字[2017]06、黔科合支撐[2017]2827）;貴州省林業(yè)科研項(xiàng)目（編號：黔林科合[2016]07號）;貴州省高層次創(chuàng)新型人才培養(yǎng)項(xiàng)目（編號：黔科合平臺(tái)人才[2016]5666）;貴州省科技創(chuàng)新人才團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目（編號：黔科合人才團(tuán)隊(duì)[2015]4012號）;貴州科學(xué)院青年基金（編號：黔科院J字[2019]05號）;貴陽市聯(lián)合基金（編號：筑科合同[2017]30-41號）;農(nóng)業(yè)部海藻類肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（編號：MAKLSF1817）。

作者簡介：熊鵬飛（1988—），男，貴州思南人，碩士，助理研究員，主要從事藥用植物栽培研究。E-mail：395128558@qq.com。

通信作者：張家春，碩士，高級工程師，主要從事農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究。E-mail：zhangjiachun198806@163.com。

微量元素作為中藥材的重要組分，其種類與含量直接影響中藥材的品質(zhì)及療效[1]。微量元素可以直接參與植物體內(nèi)的各種生理生化反應(yīng)而影響植物化學(xué)成分的形成與累積，進(jìn)而影響中藥材的藥理活性與品質(zhì)，同時(shí)與中藥活性成分在人體內(nèi)的相互作用可以促進(jìn)機(jī)體自身調(diào)節(jié)[2]。其中，鐵直接參與植物體內(nèi)多種生理活性蛋白質(zhì)的形成[3];鋅是植物體內(nèi)多種代謝反應(yīng)所必需的微量元素，既是酶的重要組分，同時(shí)也是參與各種酶促反應(yīng)輔助因子[4];作為葉綠體的組成成分之一，錳直接參與光合作用的光反應(yīng)過程，有助于植物光合能力的提高，從而促進(jìn)植物生長發(fā)育[5];作為植物體內(nèi)脲酶的必需元素，有研究表明，低濃度的鎳可以促進(jìn)植物生長，達(dá)到增產(chǎn)效果，而高濃度鎳卻抑制植物的生長[6]。有研究發(fā)現(xiàn)，半夏、魚腥草等鐵元素和黃酮類化合物的含量均較高，且總黃酮量與鐵元素的含量具有正相關(guān)關(guān)系[7];增施鋅肥有利于提高菊花總黃酮和綠原酸含量[8];對丹參施用鐵、銅、錳、鋅肥，高丹參素含量顯著提高[9]。氮、磷、鉀是中藥材所必需的大量營養(yǎng)元素，在影響中藥材根系營養(yǎng)的同時(shí)，也可以促進(jìn)中藥材的生長發(fā)育及代謝，因此任何元素的缺失都會(huì)影響中藥材的產(chǎn)量及品質(zhì)[10-12]。

白芨[Bletilla striata （Thunb.） Reichb. f.]為蘭科植物白芨的干燥塊莖，是我國傳統(tǒng)大宗藥材。白芨味苦、甘、澀，微寒，入歸肺、肝、胃經(jīng)，有止血收斂、消腫生肌的功效[13]。關(guān)于白芨的礦質(zhì)營養(yǎng)元素特別是微量元素含量的研究，對白芨的藥用價(jià)值研究具有十分重要的意義。但是，目前關(guān)于白芨的研究主要集中在種質(zhì)資源[14-15]、繁育[16-17]、栽培[18-19]、成分及藥理研究[20-22]、礦質(zhì)元素吸收規(guī)律[23]、野生生境無機(jī)元素含量情況及無機(jī)元素與藥效成分的關(guān)系[24-25]等，而關(guān)于不同種植年限白芨塊莖微量元素及其富集的影響因素鮮有報(bào)道。本研究測定不同種植年限白芨塊莖微量元素與土壤營養(yǎng)元素、微量元素的含量，探究土壤營養(yǎng)元素對白芨塊莖中微量元素含量的影響，討論白芨塊莖對土壤微量元素的富集特征，從而為栽培高品質(zhì)白芨提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣地概況

樣地位于貴州省施秉縣雙井鎮(zhèn)與楊柳塘鎮(zhèn)（108°09′30″～108°18′36″E，26°30′18″27°13′48″N），海拔890～950 m，平均氣溫14～16 ℃，無霜期 250～300 d，年降水量1 060～1 200 mm。樣地土壤以黑色石灰土較多，兼黃棕壤、黃壤等，種植1年的白芨生長土壤為中性，種植2年為弱酸性，種植3年為弱堿性。白芨生長土壤有機(jī)質(zhì)種植1年為 14.31 g/kg、種植2年為28.31 g/kg，種植3年為 19.61 g/kg[24]。

1.2 樣品采集

種植面積共26.67 hm2，其中種植1年12 hm2，種植2年10 hm2，種植3年4.67 hm2。以梅花形布點(diǎn)方法采集土壤樣品，采集深度為0～20 cm，充分混勻后用四分法反復(fù)取舍后保留1 kg作為該樣區(qū)土壤樣品。采集不同種植年限白芨生長土壤樣品共9個(gè)，其中種植1年、2年、3年白芨土壤樣品分別3個(gè)。同時(shí)在采集土壤樣品時(shí)，在對應(yīng)點(diǎn)采集不同種植年限白芨塊莖作為樣品，共采集白芨塊莖樣品9個(gè)，不同種植年限白芨塊莖樣品各3個(gè)。

1.3 樣品制備

將采集的土壤樣品裝入干凈的編號布袋帶回，均勻平鋪于干凈塑料膜上，晾至半干后壓碎，去除雜物，置于通風(fēng)陰涼處自然風(fēng)干。待樣品風(fēng)干后充分混勻，采取四分法分一半保存?zhèn)溆?，另一半研磨后先過2 mm尼龍網(wǎng)篩，取20 g左右用瑪瑙研缽細(xì)研后過0.15 mm尼龍網(wǎng)篩，混合均勻待用。白芨塊莖先清洗除雜、去除須根，然后洗凈，后用沸水煮至無白心，取出自然風(fēng)干后粉碎，過60目篩，充分混合均勻后待用。

1.4 樣品測定方法

白芨塊莖與土壤微量元素Fe、Mn、Zn、Ni的測定方法[26]：準(zhǔn)確稱取試樣2.5 g，采用HNO3-HClO4加熱消解，以ICP-MS 測定，測定過程嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

1.5 富集系數(shù)的計(jì)算及統(tǒng)計(jì)分析

富集系數(shù)（BCF）是評價(jià)白芨塊莖對土壤中無機(jī)元素富集能力的指標(biāo)[27]，其公式為BCF=Ci/Si。式中，BCF為無機(jī)元素i的富集系數(shù)，Ci為無機(jī)元素i在植物中的含量，Si為無機(jī)元素i在生長介質(zhì)（如土壤）中的含量。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2013和SPSS 21軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植年限白芨土壤氮磷鉀含量

由圖1可知，不同種植年限白芨土壤全氮、全磷、全鉀含量差異不顯著。種植2年白芨土壤堿解氮、有效磷含量顯著高于種植1年、2年，種植1年、2年土壤速效鉀含量顯著高于種植3年。不同種植年限白芨土壤堿解氮、有效磷含量變化規(guī)律為種植2年>種植3年>種植1年，速效鉀含量變化規(guī)律為種植2年>種植1年>種植3年。以全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)為參照，不同種植年限白芨生長土壤全氮含量很低，均為6級;全磷含量較高，其中種植2年為2級，種植1年及3年為3級;全鉀含量高，均為2級。不同種植年限白芨土壤堿解氮含量很低，均為5級;有效磷含量較低，其中種植2年為3級，種植1年、3年僅為4級;種植1年、2年速效鉀含量較高，其中種植2年最高，為2級，種植1年為3級，種植3年為4級。

2.2 不同種植年限白芨塊莖微量元素特征

由表1可知，不同種植年限白芨塊莖微量元素Fe、Mn、Ni、Zn含量之間存在顯著性差異，均表現(xiàn)為種植第2年含量最高。微量元素Fe在種植2年含量顯著高于種植1年、3年，分布特征表現(xiàn)為種植2年>種植3年>種植1年。微量元素Mn在種植2年含量顯著高于種植1年、3年，分布特征表現(xiàn)為種植2年>種植1年>種植3年。微量元素Ni在種植2年白芨塊莖中的含量顯著高于種植1年、3年（P<0.05），種植1年、3年含量之間差異不顯著，分布特征表現(xiàn)為種植2年>種植3年>種植1年，變化規(guī)律與Fe相同。微量元素Zn在種植2年含量顯著高于種植1年、3年（P<0. 05），分布特征表現(xiàn)為種植2年>種植1年>種植3年，變化規(guī)律與Mn相同。不同種植年限白芨塊莖微量元素含量均表現(xiàn)為Fe>Mn>Zn>Ni。

2.3 不同種植年限白芨土壤微量元素特征

由表2可知，不同種植年限白芨土壤各元素含量均表現(xiàn)為種植2年含量最低，變化規(guī)律均表現(xiàn)為先降低后增加趨勢，不同元素間表現(xiàn)為Fe>Mn>Zn>Ni。其中，微量元素Fe、Ni在種植1年、3年含量顯著高于種植2年（P<0.05），分布特征表現(xiàn)為種植3年>種植1年>種植2年;微量元素Mn、Zn在種植3年含量顯著高于種植1年、2年（P<0.05），種植1年顯著高于種植2年（P<0.05），分布特征與Fe、Ni含量相同，表現(xiàn)為種植3年>種植1年>種植2年。

2.4 不同種植年限白芨塊莖對微量元素富集特征

植物的富集系數(shù)通常用來表示植物對無機(jī)金屬元素吸收能力的強(qiáng)弱。由表3可知，不同種植年限白芨塊莖對土壤微量元素富集能力表現(xiàn)為隨著種植年限的增加呈先增強(qiáng)后減弱趨勢，說明白芨在種植2年時(shí)對Fe、Mn、Ni、Zn等4種無機(jī)微量元素的富集能力較強(qiáng)。其中，種植2年Fe、Mn、Ni元素與種植1年、3年差異顯著（P<0.05），種植1年與3年無顯著差異，種植2年、1年、3年間白芨塊莖Zn元素存在顯著差異（P<0.05）。

2.5 白芨塊莖與土壤氮磷鉀及微量元素相關(guān)性分析

對白芨塊莖微量元素與土壤微量元素之間進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表4。由表4可知，塊莖Mn含量與塊莖Ni、土壤堿解氮、速效鉀含量，塊莖Ni含量與土壤有效磷含量，土壤Fe含量與土壤Mn含量，土壤Mn含量與土壤Ni含量，土壤全氮含量與土壤全磷含量，土壤堿解氮含量與土壤有效磷、速效鉀含量呈顯著正相關(guān)（P<0.05）。土壤Fe含量與土壤有效磷，土壤Mn含量與土壤速效鉀含量，土壤Ni含量與土壤有效磷含量，土壤Zn含量與土壤堿解氮、速效鉀含量呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05）。塊莖Fe含量與塊莖Ni含量，塊莖Mn含量與塊莖Zn含量，塊莖Ni含量與土壤堿解氮含量，土壤Fe含量與土壤Ni、Zn含量，土壤Mn含量與土壤Zn含量，土壤Ni含量與土壤Zn含量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）。白芨塊莖Mn、Zn含量與土壤Fe、Mn、Ni、Zn含量，白芨塊莖Ni含量與土壤Fe、Ni、Zn含量，土壤Fe、Ni含量與土壤堿解氮含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）。白芨塊莖Fe含量與土壤Fe含量，塊莖Mn含量與土壤Mn含量，塊莖Zn含量與土壤Zn含量，塊莖Ni含量與土壤Ni含量均呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性不顯著。

3 結(jié)論與討論

土壤是高品質(zhì)藥材種植的基礎(chǔ)，土壤中的營養(yǎng)成分是其最重要的組成部分[28]。土壤中氮磷鉀的含量是土壤肥力評價(jià)的重要指標(biāo)[29]。本研究表明，貴州不同種植年限白芨生長土壤氮素營養(yǎng)與磷素營養(yǎng)相對較低，鉀素營養(yǎng)相對較高。林茂祥等報(bào)道白芨對氮磷鉀3種養(yǎng)分的吸收量的順序是氮>鉀>磷[23]，張家春等報(bào)道貴州野生白芨生長土壤的全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀平均含量分別為6.04 g/kg、0.70 g/kg、7.60 g/kg、340.00 mg/kg、6.84 mg/kg、97.00 mg/kg[25]。結(jié)合本研究，在貴州地區(qū)白芨大田種植氮肥缺乏，磷肥適中，鉀肥較高，應(yīng)適當(dāng)增加氮肥施用與減少鉀肥施用。

微量元素作為中藥材有效成分之一，在不同藥材的分布特征不同[30]。張家春等對貴州野生白芨生長土壤的土壤微量元素研究[25]結(jié)合本研究結(jié)果表明，貴州地區(qū)白芨大田種植土壤Fe、Mn元素豐富，種植不同種植年限的白芨塊莖及土壤中均Fe元素平均含量約是貴州白芨野生環(huán)境的134倍、Mn元素約是2.5倍，Zn元素較為適中，約是貴州白芨野生環(huán)境的0.85倍。在4種微量元素中，貴州白芨大田種植Fe元素含量最高，其次是Mn，再次是Zn，最后是Ni。

Fe、Mn、Ni、Zn元素對中藥材的生長發(fā)育和品質(zhì)都有著重要的影響，直接參與植物生長發(fā)育過程中多種生理代謝活動(dòng)，影響其根系營養(yǎng)及有機(jī)體的正常代謝，對中藥材活性成分的形成和累積有著關(guān)鍵作用。白芨是多年生草本植物，人工栽培過程中，一般采收種植3年的白芨。本研究表明，隨著種植年限的增加，白芨塊莖中Fe、Mn、Ni、Zn元素含量的平均值均表現(xiàn)為先增加后降低趨勢，第2年最高;土壤中Fe、Mn、Ni、Zn元素含量的平均值均表現(xiàn)為先降低后增加趨勢，第2年最低。原因是白芨種植第1年由于根系生長情況未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，對Fe、Mn、Ni、Zn元素吸收較少;種植第2年，由于白芨生長發(fā)育旺盛，對Fe、Mn、Ni、Zn元素吸收量出現(xiàn)顯著性增加;種植第3年，由于白芨生長空間變小，影響其生長發(fā)育，造成Fe、Mn、Ni、Zn吸收降低。

植物對某種重金屬的富集系數(shù)大于 1時(shí)，認(rèn)為該植物對該重金屬具有富集作用[31]。在本研究中，種植2年白芨塊莖Mn、Ni，種植1年、2年Zn的富集系數(shù)大于1，說明白芨種植2年對Mn、Ni，種植1年、2年對Zn的富集能力較強(qiáng)。同時(shí)本研究得出白芨在種植2年時(shí)對Fe、Mn、Ni、Zn等4種無機(jī)微量元素的富集能力較種植1、3年時(shí)強(qiáng)。

關(guān)于元素間的互作效應(yīng)，已有研究形成了許多不同的結(jié)論，植物體內(nèi)的微量元素之間、土壤營養(yǎng)元素之間及植物中微量元素與土壤營養(yǎng)元素間具有不同程度的相關(guān)性，作物對微量元素的吸收受到作物品種、生境條件、土壤環(huán)境條件、土壤營養(yǎng)因子交互作用、施肥方式方法、栽培技術(shù)等多種因素的影響[32]。本研究表明，白芨塊莖中的Ni含量對白芨塊莖吸收Fe有顯著的促進(jìn)作用，塊莖Ni、Zn含量、土壤堿解氮、速效鉀含量對白芨塊莖吸收Mn有顯著的促進(jìn)作用，而土壤Fe、Mn、Ni、Zn元素含量對白芨塊莖吸收Mn有顯著的抑制作用，土壤堿解氮、有效磷含量對白芨塊莖吸收Ni有顯著的促進(jìn)作用，土壤中Fe、Ni、Zn含量對白芨塊莖吸收Ni有顯著的抑制作用，土壤中Fe、Mn、Ni、Zn含量水平對白芨塊莖吸收Zn有顯著的抑制作用。

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