云木香干物質及營養元素積累和分配規律△

李林玉，馬維思，張寬華，李慶堂，金航，嚴世武，海智成，王馨，楊斌*

1.云南省農業科學院 藥用植物研究所，云南 昆明 650223；2.劍川縣農業技術推廣站，云南 大理 671300

木香AucklandialappaDecne.為菊科木香屬多年生草本植物，以根入藥。其性溫，味辛、苦，歸脾、胃、大腸、三焦、膽經，具有行氣止痛、健脾消食之功效，被歷版《中華人民共和國藥典》收載。云南產木香色澤棕黃、根條均勻、不枯心、油性足，是云南著名的道地藥材，俗稱云木香。

木香為多年生宿根草本植物，一般播種后2～3年采收，10—11月為藥材采挖期。云木香在云南常年種植面積在10萬畝(1畝≈666.67 m2)左右。其種植過程中存在肥料施用過量、種類單一等現象。在藥用植物栽培過程中，養分吸收、分配規律是制定合理施肥的依據，也是獲得較高產量和有效成分含量藥材的基礎。提供科學合理的養分供給，既可以滿足生產的需要、獲得優質藥材，又能減少因養分過剩造成的土壤惡化和降低生產成本。目前，作物對礦質營養的吸收和分配規律的研究主要在糧食作物和經濟作物上[1-3]，藥用植物中僅有遠志、黃花蒿、黃連木等少數品種[4-8]有相關報道。云木香干物質與礦質營養的積累分配研究尚未見報道。本研究對云木香各個生長階段干物質和氮、磷、鉀、鈣、鎂元素積累分配規律進行研究探索，以期為云木香綠色高效栽培技術提供理論依據。

1 材料

1.1 試驗區概況

采集云南滇本草藥業有限公司劍川縣羊岑鄉新松村中藥材種植基地內種植的云木香。試驗基地海拔2346 m，年均氣溫11.6 ℃，年平均降雨量850 mm，長日照、強輻射的冷寒半山區，是云木香種植的適宜區域。種植基地土壤為棕壤土，土壤pH為5.54，有機質46.60 g·kg-1(全氮0.24%，全磷0.08%，全鉀2.07%)，有效氮195.80 mg·kg-1，有效磷75.35 mg·kg-1，速效鉀248 mg·kg-1。試驗材料于2017年9月18日播種，2018年4月20日移栽，2018年5月2日緩苗。首次取樣時間為5月27日，末次取樣時間為9月29日。有機肥作底肥，3000 kg/畝。7月5日施用氮磷鉀復合肥(N∶P∶K=15∶15∶15)20 kg/畝。

1.2 儀器

DFY-1000型粉碎機(溫嶺市林大機械有限公司)；AL-104型電子天平[賽多利斯科學儀器(北京)有限公司]；K9840型定氮儀(濟南海能儀器股份有限公司)；T6新世紀型分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司)；TAS990型原子吸收分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司)。

1.3 試藥

硫酸、鹽酸、硝酸、高氯酸均為分析純，購于重慶川東化工(集團)有限公司；氫氧化鈉、硫酸銅、硫酸鉀、抗環血酸、三硝基苯酚、鉬酸銨、氯化鑭、灑石酸銻鉀均為分析純，購于國藥集團化學試劑有限公司；氯化鉀、磷酸二氫鉀、碳酸鈣、氧化鎂均為優級純，購于國藥集團化學試劑有限公司。

2 方法

2.1 干物質量測定

云木香緩苗后每25 d取樣1次，每次分別取15株云木香植株樣品。取樣后及時將根、莖、葉、花等各器官剪開，防止養分輸送。根、莖等用蒸餾水洗凈，各樣品分開制樣。在105 ℃烘干箱中殺青15 min，70 ℃烘干，分別稱定質量。

2.2 氮、磷、鉀、鈣、鎂測定

將烘干樣品粉碎，過40目篩。分別稱取植物樣品0.2 g，用H2SO4-H2O2法進行消化，用凱氏定氮法測氮，鉬銻抗比色法測磷，火焰光度法測鉀。稱取樣品0.1 g，用1 mol·L-1鹽酸浸提、濾過并定容，用原子吸收分光光度法測定鈣和鎂。

2.3 數據處理

用Excel 2010進行試驗數據統計和圖表繪制。

3 結果

3.1 云木香干物質積累和分配規律

單株干物質的積累在生育期內隨著生長時間的推移，積累的量總體呈現上升的趨勢。積累速度前期較慢，中期速度快，再趨于緩和，干物質的積累呈現“慢-快-慢”(S曲線型)趨勢。云木香移栽緩苗后25 d生長比較慢，全株干物質質量為0.34 g，在整個生長階段積累率僅為0.11%，積累量非常少。到75 d時，云木香進入快速生長期，到100 d時干物質積累為81.74 g/株，生長量占全年生長量的26.41%。在25 d內，階段干物質積累量為17.52%，生長量接近前75 d的2倍。此時，干物質積累主要集中在葉片和莖稈。125 d時，全株達到最大生物量，之后云木香生長速度變緩。

云木香移栽緩苗后第一年的整個生育期中，云木香干物質積累主要以葉和莖為主，特別是前期、中期，葉器官的生長在整個生育期中占主導地位。緩苗后25 d時葉片干物質積累占全株的55.88%，50 d時為78.04%，75 d時為63.75%；莖干物質積累為16%～19%。到100 d時，莖干物質積累在整個生育期中比重逐漸增加，從75 d的16.94%增加到32.37%，植株主要生物量的增加從葉片逐步轉為莖稈、根、花和種子。特別到后期生長中心向根轉移，根的生長速度加快，在全株干物質的分配量隨著植株的生長逐步增加，100～125 d根的干物質積累最快，到倒苗前，根的干物質積累達到最大，為全株的25.43%。根的干物質積累在整個生育期呈直線增長。云木香移栽后第一年主要以營養生長為主，田間偶有抽薹開花結實。全生育期間各器官干物質分配量在全株總量大小依次為葉、莖、根、花、種子。

3.2 云木香不同時期各器官中氮、磷、鉀、鈣、鎂營養元素含量

從表1中可見，云木香中營養元素在各個器官中質量分數變化較大，各生育期也是隨之有變化，從緩苗到倒苗前，各器官中氮元素質量分數最高，為0.87%～3.56%。其中，葉片中氮元素質量分數最高為2.16%～3.56%，其次是莖的氮元素質量分數為0.87%～2.72%。莖、葉中氮元素質量分數隨著生育期表現出先增后降的變化趨勢，最大吸收表現在緩苗后75 d；根中氮元素質量分數最低，為0.91%～1.21%，隨著生育期變化質量分數變化不大。總體來說，氮元素在各器官中的分配表現為葉>莖>根，生長中后期花和種子中氮元素質量分數逐步升高，說明葉、莖為氮元素的主要利用器官，生長后期氮元素往新的生長中心轉移。鉀元素含量在各器官中所占質量分數僅次于氮元素，為0.89%～4.49%，在整個生育期中前期主要利用鉀元素的器官為莖，為3.30%～4.20%，隨著生長推進，花中鉀元素質量分數最高為4.23%～4.49%，莖、葉中鉀元素質量分數逐步降低。其次是鈣元素，質量分數為0.17%～1.27%。葉中鈣元素質量分數最高，各生育期的變化規律和鉀元素相似。磷和鎂元素質量分數最低，分別為0.14%～0.49%和0.10%～0.29%，在各生育期中含量變化不大。

表1 云木香各器官氮、磷、鉀、鈣、鎂質量分數 %

3.3 云木香不同時期對營養元素的階段吸收和分配

從圖1～2中可見，云木香不同時期對礦質營養的吸收量不同。從緩苗到50 d云木香對氮、磷、鉀、鈣、鎂營養元素的吸收積累量較少。50～75 d時，吸收速度迅速上升，氮、鉀元素的吸收量最大，每株氮元素吸收量為850.79 mg、鉀元素吸收量為792.78 mg、鈣元素的吸收量為321.48 mg；磷和鎂的吸收量分別為95.16、62.74 mg/株。緩苗75 d后，云木香進入快速生長時期。75～125 d完成60%以上礦質營養元素的吸收，各元素的階段吸收量依次為1 395.90、205.03、1 311.33、682.54、155.88 mg/株。到150 d，營養元素在植株體內的質量分數達到最低，氮、磷、鉀營養元素的階段積累量均為負增長。氮、磷、鉀吸收量占整個生育期的比重分別為19.39%、24.27%和24.41%，鈣、鎂元素的階段積累在全生育期中達到最高，分別為36.83%和32.44%。上述數據表明，云木香全生育期中，氮、磷、鉀營養元素的最大吸收期在生育中期，即云木香移栽緩苗后50～100 d，吸收利用營養元素的器官是莖、葉；其次是生長后期，即倒苗前期，主要用于根及生殖器官的生長；幼苗期對營養元素的吸收利用效率較低。鈣、鎂營養元素的吸收則是生長中期和后期吸收利用量較大，苗期吸收量最小。

圖1 云木香不同時期氮、磷、鉀、鈣、鎂分配規律

圖2 云木香不同時期對營養元素的吸收

整個生育期內，云木香對氮、磷、鉀、鈣、鎂各元素的吸收表現為氮>鉀>鈣>磷>鎂，吸收量分別為2 246.69、300.20、2 167.87、1 305.29、223.91 mg/株，元素吸收比例為1∶0.13∶0.96∶0.58∶0.10。大田生產中，云木香畝定植密度以8000株計，從播種到倒苗，如需1年獲得186 kg的云木香藥材，需從土壤中吸收氮17.97 kg、磷2.40 kg、鉀17.34 kg、鈣10.44 kg、鎂1.79 kg。

3.4 云木香營養元素的吸收與干物質積累的關系

云木香整個生育期內，對氮、磷、鉀、鈣、鎂營養的吸收和積累量與干物質積累的r分別為0.929 0、0.978 5、0.970 9、0.970 4、0.996 3，均達到顯著水平。干物質積累增加，營養元素的吸收量增加，干物質積累降低，營養元素的吸收和積累量也跟著下降。從圖3可見，云木香干物質積累與氮、磷、鉀、鈣、鎂營養元素積累的擬合直線的r分別為0.914 3、0.978 4、0.970 8、0.970 4、0.996 4。由此可知，云木香的干物質積累和營養元素的吸收呈直線相關，鉀元素吸收與干物質積累的擬合直線斜率最大，氮元素稍微次之，表明在各礦質營養元素中鉀元素和氮元素的干物質產生效率最高，其次是鈣元素，磷和鎂元素生產效率最低。

圖3 云木香植物干物質積累和營養元素吸收量的關系

4 討論

干物質的積累、分配與養分的積累、分配有著密切的聯系。養分積累是干物質積累的基礎，也是藥用植物獲得較高產量和藥用有效成分含量的基礎。在栽培技術中調控好源庫關系，是提高藥材產量和有效成分含量的關鍵。本研究發現，云木香主要的源器官為葉片和莖稈，而根、花、種子為庫器官。云木香藥用部位是根，在產量形成中，如何進行源、庫關系的調整，是獲得最大經濟產量的關鍵。

本研究表明，云木香移栽后第一年，各個器官在不同時期有不同的變化規律。云木香干物質積累呈現慢-快-慢(S曲線型)的趨勢。緩苗后50 d，5—6月為返青期，幼苗生長較慢，干物質積累量較少，主要貯藏在葉器官中。50～75 d，6月底—7月中旬為生長初期，隨著生長推進莖、葉生長速度加快，營養生長進入快速生長階段，干物質積累大幅增加。75～125 d，7月中下旬—9月上旬為速生期，75～100 d階段增長量占全生育期的17.52%，干物質階段增長最大，生長中心向根轉移，出現庫器官根的第一個快速生長期，田間有少數植株現蕾開花；125 d后，9月中下旬之后為生長后期，125 d全株達到最大生物量，莖和根的干物質積累呈直線增長，葉器官的干物質為負增長，地上部分慢慢枯黃，進入倒苗期。云木香移栽后第一年，主要以營養生長為主，返青期幼苗生長慢，苗弱小抗性差，需進行精心管護，保苗；生長初期和速生期是干物質形成和生長中心轉移的關鍵時期，是云木香經濟產量形成的關鍵時期，應加強田間管理和肥料應用，以獲得較高的經濟產量。

云木香各器官對氮、磷、鉀、鈣、鎂的吸收在不同時期表現出不同的變化趨勢。本研究中，云木香對氮元素需求量最大，鉀、鈣、磷元素次之，鎂元素需求量最少，和白首烏對大量元素的吸收規律相似[8]。云木香返青期生長緩慢，對營養元素的需求量較少。氮、磷、鉀元素的吸收主要在速生期，氮元素的吸收量占全氮量的65.90%，磷元素和鉀元素分別為63.88%和62.50%；速生期是干物質積累的主要時期，以及云木香生長發育和根膨大的關鍵時期。云木香生長前期養分主要用于葉、莖器官的快速生長，構建光合系統，大量的制造和積累同化產物，隨著生育期推進有部分植株出現花蕾的分化，干物質向生殖器官和根系轉移，根快速膨大。9月下旬莖、葉已經有部分開始枯黃、脫落，云木香此時對鈣、鎂元素的吸收達到最大，干物質持續向庫器官轉移，云木香根質量持續增加。

綜合上述研究，云木香合理施肥技術應充分考慮其干物質積累特點和營養元素吸收利用規律，主要以氮肥和鉀肥為主，適當的補充鈣、磷、鎂肥，在植株生長盛期噴施微肥，產量增加效果顯著[9]。生產中應結合各地實際情況和生產成本進行肥料種類的選擇，各個生育期選擇不同的施肥方式。云木香返青期主要以水分管理為主，及時除草，保證成活率，此時對肥料的需求較少，可適當施用清糞水，或可不施肥，減少肥料流失和浪費。生長初期，營養元素的需求量迅速增加，主要以氮、鉀肥為主；云木香快速生長期肥料施用以氮、鉀、鈣肥為主，氮肥少量多次施用，肥料施用多采用葉面噴施的追肥方式，葉面追肥施用速效鈣、鎂肥為主，以及少量磷肥，結合排灌水和中耕除草等農藝措施，保證最大的生物量。生長后期禁用氮肥，促進生長中心向根部轉移，適當施用鈣、鎂肥，以利根的膨大。云木香是收獲根類藥用植物，為獲得較高的產量和有效成分含量，生產中要對庫的組成進行調控，進行除蕾打頂處理，防止開花結實對營養的消耗，保證光合產物最大程度向根部轉移，以獲得理想產量，這個和多數根莖類藥材的種植管理是相同的[10-11]。