栽培模式对当归生产力的作用
李国业，高瑞琴，龙 倩，刘敏艳，潘水站，侯扶江
（1. 陇南市农业科学研究所, 甘肃 陇南 746005；
2. 陇南市经济林研究院, 甘肃 陇南 746005；
3. 兰州大学草地农业科技学院, 甘肃 兰州 730020）
当归(Angelica sinensis)为多年生功能性乡土草，是我国具有悠久历史的传统中药之一，在治病、美容、保健等方面具有重要价值[1-2]。作为草甸和森林灌丛区的草类植物，在生态修复、涵养水源、保持水土流失等方面具有重要潜力[3]。随着人们生活水平日益提高，我国居民膳食结构中动物类蛋白摄入量逐渐增加，功能性乡土草作为食品辅料和家畜饲料添加剂，发挥着日益重要的作用[4]。甘肃是当归道地产区，“岷归”享誉海内外，已有1 000 多年的栽培历史，栽培面积和总产量占全国90%以上[5]，80%的“岷归”出口外销，成为区域重要经济作物[2]。
作物-家畜生产系统生产全球50%以上的肉类[6]，当归等功能性乡土草作为添加剂对发展绿色、优质畜产品生产、保障人类健康具有重要的实践意义。当归含有多糖、维生素、氨基酸等多种活性成分，具有增加家禽产蛋率、促进家畜生长发育、提高畜禽免疫力等作用[4]。为此，改进栽培技术，提高优质当归产出势在必行。栽培方式[7]、海拔高度[8]、种苗大小[9]、肥料施用[10]等均影响当归产量。适当的高海拔地区种植当归，促进光合产物向根分配，提高产量[8]。施肥显著提高土壤脲酶、中性磷酸酶、碱性磷酸酶的活性，加速养分吸收转化，促进当归根系生长[10]。目前研究多关注产量高低，有关岷归1 号(A. sinensis‘Minxian No.1’)和岷归2 号(A. sinensis‘Minxian No.2’)两个主推品种生产力及调控措施的研究鲜见报道。为此，本研究探讨了地膜覆盖和露地移栽两种主要栽培模式对当归产量及其生理机制的影响，以期为当归丰产优质栽培提供科学依据。
1.1 研究区概况
试验在甘肃省陇南市农业科学研究所中药材试验示范基地进行。地处宕昌县南河乡八路川村，海拔2 350 m，年均气温5.3 ℃，≥0 ℃有效积温3 100～3 400 ℃·d，无霜期120 d，年均降水量583.9 mm，日照时数2 000 h。土壤为黑垆土，地力中等，前茬作物为大豆(Glycine max)。土壤有机质含量为32.16 g·kg-1，全氮含量为4.98 g·kg-1，全磷含量为1 g·kg-1，碱解氮含量为117.54 mg·kg-1，速效磷含量为15.1 mg·kg-1，速效钾含量为291.21 mg·kg-1，pH 7.2。
1.2 试验设计
供试品种为岷归1 号和岷归2 号。采用裂区设计，以栽培方式为主区，品种为裂区。4 个栽培方式：覆黑膜移栽、覆红膜移栽、覆白膜移栽和露地移栽。小区面积为4 m × 6 m，重复3 次。小区间筑埂隔离，并用塑料薄膜覆盖埂体，以防小区间串水串肥，四周保护区宽2 m。施农家肥45 000 kg·hm-2，纯氮90 kg·hm-2、五 氧 化 二 磷65 kg·hm-2、氧 化 钾45 kg·hm-2。农家肥和磷、钾肥作为基肥一次性施入，氮肥2/3 作为基肥施入，1/3 作为追肥于7 月15 日追施，田间管理措施同于当地大田生产。
2018 年6 月10 日育苗，种苗规格为单根直径0.50～0.55 cm，单根重0.8～1.3 g，2019 年3 月20 日移栽，密度为每公顷13.3 万穴(25 cm × 30 cm)，呈品种字形错开挖穴，穴深15～20 cm，每穴2 株，芽头覆土2～3 cm。年际间重复试验于2019-2020 年进行，2019 年6 月10 日育苗，2020 年3 月27 日移栽，种苗规格、栽培管理措施同2018-2019 年。
1.3 取样及测定方法
分别于苗期、移栽返青期、成药期、采挖期进行生长测定，每小区取5 穴，剪除根，用直尺测定植株高度并记录叶片数；
于105 ℃杀青30 min，80 ℃恒温烘至恒重，即为干生物量。在地上部分开始枯萎时采挖，先刈割地上部分，留茬高度3～5 cm，洗净，称重进行产量测定。同时，记录麻口病株数。叶绿素含量测定采用丙酮乙醇提取法[11]。于成药期晴天上午10:00，用UNISPECTM-DC 光谱分析仪分别测定各小区400～800 nm 区域的光强和光质，扫描波长间隔为3.3 nm。
1.4 数据分析
2018 和2019 年当归育苗试验，2019 和2020 年移栽试验结果年际间差异不显著(P＞ 0.05)，数据合并分析。试验数据运用SPSS 16.0 软件进行统计分析，Origin8.0 绘图。Logistic 曲线对当归地上部分干物质积累量及株高进行拟合，t1= (lna-1.317)/b；
t=lna/b；
t2= (lna+ 1.317)/b运算得出Logistic 速度函数3 个关键点t1、t、t2，将Logistic 曲线生长过程分为渐增期(0～t1)、快增期(t1～t2)、缓增期(t2～+∞)[12]。
2.1 不同栽培模式当归生产力特征
品种、品种与栽培模式互作对当归根茎产量影响不显著(P＞ 0.05)，但栽培模式对当归的根茎产量影响显著(P＜ 0.01) (表1)。根茎产量依次为覆黑膜移栽 ＞ 覆红膜移栽 ＞ 覆白膜移栽 ＞ 露地移栽，2019年覆黑膜移栽、覆红膜移栽、覆白膜移栽产量较露地移栽分别提高23.97%、22.69%和8.66% (P＜ 0.05)(表1)，两年的产量表明覆膜移栽显著提高当归根茎生产力。
表1 不同栽培模式当归品种的根茎产量Table 1 Root yield with different cultivation treatments of Angelica sinensis kg·hm-2
不同栽培模式‘岷归1 号’、‘岷归2 号’地上部分干物质积累量及积累趋势一致，品种间差异不显著(P＞ 0.05)，故当归地上部分干物质积累数据合并分析。地上部分干物质积累量随生育期先增加后下降，至成药期达到最大值(图1)。苗期、移栽返青期，不同栽培模式地上部分干物质积累量差异不显著。成药期覆膜移栽地上部分干物质积累量依次为黑膜移栽 ＞ 红膜移栽 ＞ 白膜移栽 ＞ 露地移栽，成药期黑膜移栽、白膜移栽、红膜移栽较露地移栽分别提高55.10%、50.34%和21.34% (P＜ 0.05)，相关分析表明，成药期地上部分干物质积累量与根茎产量呈极显著或显著正相关关系(n= 8)，相关系数r为0.959，说明覆膜移栽显著提高当归成药期地上部干物质积累量。采挖期黑膜移栽、红膜移栽、白膜移栽地上部分干物质积累量均显著高于露地移栽，分别提高了19.19%、16.11%和20.43% (P＜ 0.05)，表明覆膜移栽当归生育后期具有较强的物质积累优势。物质积累是作物生产力形成的基础，研究不同阶段当归地上部分干物质积累量可以优化根茎产量形成过程。苗期至移栽返青期，栽培模式对当归地上部分干物质积累量及积累比例影响不显著(图1)。移栽返青期至成药期，地上部分干物质积累量及积累比例依次为覆黑膜移栽 ＞ 覆红膜移栽 ＞ 覆白膜移栽 ＞露地移栽，覆膜移栽地上部分干物质积累量及积累比例较露地移栽分别提高了50.54%和11.68% (P＜0.05)，相关分析表明，移栽返青期至成药期地上部分干物质积累量及积累比例与根茎产量呈极显著或显著正相关关系(n= 8)，相关系数r分别为0.955 2 和0.897 1，说明覆膜移栽显著提高了移栽返青期至成药期地上部分干物质积累量及积累比例。成药期至采挖期地上部分干物质积累量依次为覆黑膜移栽 ＞ 覆红膜移栽 ＞ 覆白膜移栽 ＞ 露地移栽，成药期至采挖期地上部干物质积累比例表现为覆膜黑膜移栽和覆红膜移栽高于露地移栽，覆白膜移栽与露地移栽基本相当，说明覆有色地膜移栽在当归生育后期依然具有较高的物质积累能力。
图1 不同栽培模式当归各生育期的地上部分干物质积累量及积累比例Figure 1 Dry matter accumulation amount and percentage of Angelica sinensis at each growth stage under different cultivation treatments
2.2 不同栽培模式当归农艺性状
品种、栽培模式、品种与栽培模式互作对当归早抽薹率影响不显著(P＞ 0.05) (表2)。地膜覆盖移栽当归株高、单株叶片数、叶片直径较露地移栽分别提高10.47%、14.18%和19.77% (P＜ 0.05)，说明地膜覆盖栽培显著提高当归株高、单株叶片数和叶片直径。品种、栽培模式、品种与栽培模式互作对当归株高、叶片数作用显著，说明优化配置农艺性状、塑造优质群体是提高作物生产潜力的重要措施。覆膜移栽早抽薹率略高于露地移栽，说明覆膜移栽有增加大田移栽当归早抽薹率的潜在风险。
表2 不同栽培模式当归农艺性状Table 2 Agronomic traits of Angelica sinensis under different cultivation treatments
不同栽培模式当归地上部分干物质积累量随积温(≥ 0 ℃)的增加呈Logistic 曲线增加(图2)。黑膜移栽、红膜移栽、白膜移栽、露地移栽地上部分干物质积累量渐增期≥0 ℃积温分别为0～2 502、0～2 438、0～2 279 和0～2 292 ℃·d，快增期≥0 ℃积温分别为2 502～3 499 、2 438～3 414、2 279～3 219 和2 292～3 254 ℃·d，3 499、3 414、3 219 和3 254 ℃·d 以后地上部分干物质积累量逐渐停滞。黑膜移栽、红膜移栽、白膜移栽在≥0 ℃积温为3 001、2 926、2 749 ℃·d时生长速度最快，分别约为0.92、0.89 和0.78 kg·hm-2，较露地移栽分别提高29.58%、25.35%和9.86%。
图2 不同栽培模式下当归地上部分生长量随着积温(≥0 ℃)的变化Figure 2 Relationship between accumulated temperature≥0 ℃ and aboveground growth of Angelica sinensis under different cultivation treatments
2.3 不同栽培模式当归光合特性
2.3.1不同栽培模式光强和光质
地膜覆盖光强依次为黑膜移栽 ＞ 红膜移栽 ＞ 白膜移栽 ＞ 露地移栽，黑膜移栽、红膜移栽、白膜移栽较露地移栽分别提高了86.33%、80.50%和45.56%(P＜ 0.05) (表3)，说明地膜覆盖显著增加地表光照强度，提高土壤温度。覆膜移栽蓝光显著高于露地移栽，依次表现为黑膜移栽 ＞ 红膜移栽 ＞ 白膜移栽 ＞露地移栽；
黄绿光表现为覆白膜移栽、露地移栽显著高于覆黑膜移栽和覆红膜移栽；
红光和远红光4 种栽培模式间差异不显著(P＞ 0.05)。
表3 不同栽培模式光强和光质Table 3 Light intensity and quality under the different cultivation treatments
当归的根茎产量、特级和一级归产出率均随光强的增加呈线性增加(图3)。根茎产量、特级和一级归产出率与光强相关系数分别为0.945 9 和0.973 5(P＜ 0.05)。
图3 不同栽培模式下当归根茎产量、品质随光强的变化Figure 3 Relationship between light intensity and root yield and quality in Angelica sinensis under different cultivation treatments
2.3.2不同栽培模式当归叶片光合色素
品种、品种与栽培模式互作对当归叶绿素b、叶绿素a/叶绿素b、类胡萝卜含量影响不显著(P＞0.05) (表4)。叶绿素和叶绿素a 含量均依次表现为黑膜移栽 ＞ 红膜移栽 ＞ 白膜移栽 ＞ 露地移栽，覆膜移栽较露地栽培分别提高了50.47%和42.11%。说明说明覆膜移栽显著提高叶绿素含量。覆黑膜移栽和覆红膜移栽的叶绿素b 含量较露地移栽分别提高93.85%和70.77%，覆膜移栽类胡萝卜素含量较露地移栽提高了52.69% (表4)，说明覆膜移栽显著提高当归光合色素含量。叶绿素a/b 含量则表现为露地移栽高于覆膜移栽。
表4 不同栽培模式当归叶片光合色素含量Table 4 Photosynthetic pigment levels in Angelica sinensis leaves under different cultivation treatments mg·g-1
2.4 不同栽培模式对当归等级和麻口病的影响
品种、栽培模式、品种与栽培模式互作对当归麻口病发病率、病情指数影响不显著(P＞ 0.05) (表5)。当归特级产出率、一级产出率均依次表现为黑膜移栽 ＞ 红膜移栽 ＞覆白膜移 ＞ 露地移栽，覆膜移栽特级产出率和一级产出率较露地移栽分别提高了28.33%和46.97%，说明覆膜显著提高当归品质，特别是一级归产出率(P＜ 0.05)。覆膜移栽当归麻口病发病普遍率略高于露地移栽，病情指数相当，说明覆膜移栽对当归麻口病作用不显著。
表5 不同栽培模式当归等级和麻口病Table 5 Angelica sinensis quality grades and disease indexes under different cultivation treatments
2.5 当归生产力增长因子
栽培模式与当归根茎产量、株高、叶片数、叶绿素总量、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、成药期地上部分干物质积累量以及移栽返青期-成药期地上部分干物质积累量和积累比例均呈显著相关关系(P＜ 0.05) (图4)。
图4 不同栽培模式下当归各指标的相关性Figure 4 Correlation indices under different cultivation treatments
结构方程模型分析表明，地膜覆盖能够直接增加成药期地上部分干物质积累量，进而增加根茎产量(图5)。栽培模式对株高、地上部分干物质积累量具有正向作用，对叶绿素总量呈负向作用，栽培模式、叶绿素总量、株高对地上部分干物质积累量具有正向作用，地上部分干物质积累量对根茎产量具有正向作用，表明提高成药期地上部分干物质积累量是提高根茎产量的关键。
图5 不同栽培模式产量相关结构方程及栽培模式对产量的通经分析Figure 5 Structural equation model (SEM) of dry matter and root yields related to different cultivation treatments and path analysis of effect of grazing on dry matter and root yields
3.1 栽培模式对当归生产力及生产力形成特征的影响
适宜的栽培方式是当归根茎获得丰产、稳产的关键，地膜覆盖能显著提高当归根茎生产潜力[13]，大量的研究已表明，在干旱、半干旱、高海拔地区覆膜栽培具有普遍的增产效应[14]。在本试验中，当归根茎产量依次为覆黑膜移栽 ＞ 覆红膜移栽 ＞ 覆白膜移栽 ＞ 露地移栽，较露地移栽分别提高23.97%、22.69%和8.66%，差异均达到显著水平，表明覆膜移栽能够显著提高当归生产力。覆黑膜移栽和覆红膜移栽增产潜力最大，可能是由于当归生长在高寒阴湿地区，有色地膜覆盖具有更好的保温、保墒能力，进而增加根茎活力[15]。地上部分干物质积累量是当归根茎产量形成的基础，通过研究地上部分干物质积累量及积累动态可以优化根茎产量的形成过程。研究表明，不同栽培方式通过影响地上部分干物质积累进而影响根茎生产力，干物质积累量越大，产量越高[13]。本试验研究表明，从不同生育时期来看，苗期、移栽返青期栽培模式对当归地上部分干物质积累量作用不显著。成药期覆膜移栽地上部分干物质积累量高于露地移栽，依次为覆黑膜移栽 ＞ 覆红膜移栽 ＞ 覆白膜移栽 ＞ 露地移栽。进入成药期，覆膜移栽较露地栽培依然具有较高的物质积累能力。从不同生育阶段来看，苗期至移栽返青期，地上部分干物质积累量及积累比例差异不显著。移栽返青期至成药期，地上部分干物质积累量及积累比例依次为黑膜移栽 ＞ 红膜移栽 ＞ 白膜移栽 ＞ 露地移栽。成药期至采挖期，地上部分干物质积累量及积累比例表现为覆黑膜移栽和覆红膜移栽高于露地移栽，覆白膜移栽与露地移栽基本相当，这可能是由于覆有色地膜具有更好的保温效果，增加生育后期的物质积累量，进而提高根茎生产力。成药期、移栽反青期至成药期地上部分干物质积累量及积累比例与根茎产量呈极显著或显著正相关关系(n= 8)，相关系数r分别为0.959 3、0.955 2 和0.897 2，表明成药期、移栽反青期至成药期地上部分干物质积累量及积累比例是当归生产力提高的关键。作物生长发育一般在温度≥0 ℃，故用≥0 ℃积温构建作为生长预测模型指导农业生产[12]，本研究拟合Logistic 曲线，可用于不同积温(≥0 ℃)得出当归地上部分物质积累量，拟定当归大田生产管理措施。
理想农艺性状是作物育种、丰产栽培重要目标，当归地下部分根茎的发育与地上部分生长存在复杂的相关系。栽培方式[5]、种苗大小[9]、营养元素[14]等因素均能影响当归农艺性状的生长发育。研究结果已表明，覆膜移栽能显著增加当归株高、单株叶片数[13]。在本试验中，覆膜移栽当归植株高度、叶片数、叶片直径均高于露地移栽，说明在高寒阴地区，覆膜栽培能有效促进植物茎叶的生长发育。叶片直径，岷归1 号表现为栽培模式间差异不显著，岷归2 号则表现为覆膜移栽显著高于露地移栽，这可能与两个品种的遗传特性有关[16]。叶片光合能力直接反映植物光合作用的强弱，决定植物生产力的高低[17-18]。研究表明，光合色素是植物进行物质生产的基础，提高叶绿色含量能明显增加光合能力，提高产量[19-20]。本研究中覆膜移栽当归叶片叶绿素总量、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素均表现为覆膜移栽高于露地移栽。叶绿素含量与根茎产量呈显著正相关关系(n= 8)，相关系数r为0.883 2，覆膜栽培当归优化配置农艺性状、构建优质群体，延长光合时间，增加地上部分物质积累量，特别是生育中后期具有较高的干物质积累量及积累比例。
3.2 栽培模式对当归品质及麻口病的影响
特级和一级归是衡量当归商品品质的关键。覆膜移栽当归特级和一级归出产率显著高于露地移栽，依次为黑膜移栽 ＞ 红膜移栽 ＞ 白膜移栽 ＞ 露地移栽。覆膜移栽特级、一级归出产率较露地移栽分别提高37.6%和54.3%，可能与地上部分较高的物质积累量有关[2]。茎线虫(Ditylenchus destructor)影响当归麻口病的发病率，当地膜覆盖增加土壤湿度和温度[13]，茎线虫越活跃[21]，因此当归麻口病发病率、病情指数地膜覆盖高于露地移栽，但品种间、品种与栽培模式互作当归麻口病发病率差异不显著，有关机理机制有待进一步研究。
3.3 当归对家畜生产系统的作用
中药材对家畜生产系统的作用愈来愈重要。人口增加，环境、能源问题凸显，人们通过调整农业结构提高作物生产力，满足食物数量和质量需求[6]。当归具有抗菌、抗炎、增强免疫等的药理作用[4]，当归、甘草(Glycyrrhiza uralensis)、党参(Codonopsis pilosula)等中草药饲料添加剂对家禽产蛋率、生猪日增重、牛羊繁殖率、饲料转化率显著提高[22-23]。栽培模式对作物生产力作用显著，覆膜能显著提高当归生产力。随着当归产业开发的不断深入与拓展，适耕地缩减，丰产、稳产、优质、高效的耕作模式能更好地发挥当归生产潜力、生产优质当归，进而保障当归-家畜生产力系统的良性发展。此外，随着人类活动的增加，草地退化、生产力降低、质量下降、草地生境变劣，脆弱的草原生态系统极易破坏。当归作为草甸和森林灌丛区的草类植物，不仅能为草原动物的生存繁衍提供丰富的食物来源，而且增加草地生产力，参与调控草业系统适应机制[24]。
覆膜移栽显著提高当归生产力，黑膜移栽、红膜移栽增产效果最好，成药期、移栽返青期至成药期干物质积累量及积累比例是当归生产力增长的关键。覆膜移栽延长光合物质的积累时间，提高特级和一级归的产出率。≥0 ℃积温1 608～3 340 ℃·d是当归地上部分干物质积累的关键时期。
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