李國業(yè)，高瑞琴，龍 倩，劉敏艷，潘水站，侯扶江

（1. 隴南市農業(yè)科學研究所, 甘肅 隴南 746005；2. 隴南市經濟林研究院, 甘肅 隴南 746005；3. 蘭州大學草地農業(yè)科技學院, 甘肅 蘭州 730020）

當歸(Angelica sinensis)為多年生功能性鄉(xiāng)土草，是我國具有悠久歷史的傳統(tǒng)中藥之一，在治病、美容、保健等方面具有重要價值[1-2]。作為草甸和森林灌叢區(qū)的草類植物，在生態(tài)修復、涵養(yǎng)水源、保持水土流失等方面具有重要潛力[3]。隨著人們生活水平日益提高，我國居民膳食結構中動物類蛋白攝入量逐漸增加，功能性鄉(xiāng)土草作為食品輔料和家畜飼料添加劑，發(fā)揮著日益重要的作用[4]。甘肅是當歸道地產區(qū)，“岷歸”享譽海內外，已有1 000 多年的栽培歷史，栽培面積和總產量占全國90%以上[5]，80%的“岷歸”出口外銷，成為區(qū)域重要經濟作物[2]。

作物-家畜生產系統(tǒng)生產全球50%以上的肉類[6]，當歸等功能性鄉(xiāng)土草作為添加劑對發(fā)展綠色、優(yōu)質畜產品生產、保障人類健康具有重要的實踐意義。當歸含有多糖、維生素、氨基酸等多種活性成分，具有增加家禽產蛋率、促進家畜生長發(fā)育、提高畜禽免疫力等作用[4]。為此，改進栽培技術，提高優(yōu)質當歸產出勢在必行。栽培方式[7]、海拔高度[8]、種苗大小[9]、肥料施用[10]等均影響當歸產量。適當的高海拔地區(qū)種植當歸，促進光合產物向根分配，提高產量[8]。施肥顯著提高土壤脲酶、中性磷酸酶、堿性磷酸酶的活性，加速養(yǎng)分吸收轉化，促進當歸根系生長[10]。目前研究多關注產量高低，有關岷歸1 號(A. sinensis‘Minxian No.1’)和岷歸2 號(A. sinensis‘Minxian No.2’)兩個主推品種生產力及調控措施的研究鮮見報道。為此，本研究探討了地膜覆蓋和露地移栽兩種主要栽培模式對當歸產量及其生理機制的影響，以期為當歸豐產優(yōu)質栽培提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗在甘肅省隴南市農業(yè)科學研究所中藥材試驗示范基地進行。地處宕昌縣南河鄉(xiāng)八路川村，海拔2 350 m，年均氣溫5.3 ℃，≥0 ℃有效積溫3 100～3 400 ℃·d，無霜期120 d，年均降水量583.9 mm，日照時數2 000 h。土壤為黑壚土，地力中等，前茬作物為大豆(Glycine max)。土壤有機質含量為32.16 g·kg-1，全氮含量為4.98 g·kg-1，全磷含量為1 g·kg-1，堿解氮含量為117.54 mg·kg-1，速效磷含量為15.1 mg·kg-1，速效鉀含量為291.21 mg·kg-1，pH 7.2。

1.2 試驗設計

供試品種為岷歸1 號和岷歸2 號。采用裂區(qū)設計，以栽培方式為主區(qū)，品種為裂區(qū)。4 個栽培方式：覆黑膜移栽、覆紅膜移栽、覆白膜移栽和露地移栽。小區(qū)面積為4 m × 6 m，重復3 次。小區(qū)間筑埂隔離，并用塑料薄膜覆蓋埂體，以防小區(qū)間串水串肥，四周保護區(qū)寬2 m。施農家肥45 000 kg·hm-2，純氮90 kg·hm-2、五 氧 化 二 磷65 kg·hm-2、氧 化 鉀45 kg·hm-2。農家肥和磷、鉀肥作為基肥一次性施入，氮肥2/3 作為基肥施入，1/3 作為追肥于7 月15 日追施，田間管理措施同于當地大田生產。

2018 年6 月10 日育苗，種苗規(guī)格為單根直徑0.50～0.55 cm，單根重0.8～1.3 g，2019 年3 月20 日移栽，密度為每公頃13.3 萬穴(25 cm × 30 cm)，呈品種字形錯開挖穴，穴深15～20 cm，每穴2 株，芽頭覆土2～3 cm。年際間重復試驗于2019-2020 年進行，2019 年6 月10 日育苗，2020 年3 月27 日移栽，種苗規(guī)格、栽培管理措施同2018-2019 年。

1.3 取樣及測定方法

分別于苗期、移栽返青期、成藥期、采挖期進行生長測定，每小區(qū)取5 穴，剪除根，用直尺測定植株高度并記錄葉片數；于105 ℃殺青30 min，80 ℃恒溫烘至恒重，即為干生物量。在地上部分開始枯萎時采挖，先刈割地上部分，留茬高度3～5 cm，洗凈，稱重進行產量測定。同時，記錄麻口病株數。葉綠素含量測定采用丙酮乙醇提取法[11]。于成藥期晴天上午10:00，用UNISPECTM-DC 光譜分析儀分別測定各小區(qū)400～800 nm 區(qū)域的光強和光質，掃描波長間隔為3.3 nm。

1.4 數據分析

2018 和2019 年當歸育苗試驗，2019 和2020 年移栽試驗結果年際間差異不顯著(P＞ 0.05)，數據合并分析。試驗數據運用SPSS 16.0 軟件進行統(tǒng)計分析，Origin8.0 繪圖。Logistic 曲線對當歸地上部分干物質積累量及株高進行擬合，t1= (lna-1.317)/b；t=lna/b；t2= (lna+ 1.317)/b運算得出Logistic 速度函數3 個關鍵點t1、t、t2，將Logistic 曲線生長過程分為漸增期(0～t1)、快增期(t1～t2)、緩增期(t2～+∞)[12]。

2 結果與分析

2.1 不同栽培模式當歸生產力特征

品種、品種與栽培模式互作對當歸根莖產量影響不顯著(P＞ 0.05)，但栽培模式對當歸的根莖產量影響顯著(P＜ 0.01) (表1)。根莖產量依次為覆黑膜移栽 ＞ 覆紅膜移栽 ＞ 覆白膜移栽 ＞ 露地移栽，2019年覆黑膜移栽、覆紅膜移栽、覆白膜移栽產量較露地移栽分別提高23.97%、22.69%和8.66% (P＜ 0.05)(表1)，兩年的產量表明覆膜移栽顯著提高當歸根莖生產力。

表1 不同栽培模式當歸品種的根莖產量Table 1 Root yield with different cultivation treatments of Angelica sinensis kg·hm-2

不同栽培模式‘岷歸1 號’、‘岷歸2 號’地上部分干物質積累量及積累趨勢一致，品種間差異不顯著(P＞ 0.05)，故當歸地上部分干物質積累數據合并分析。地上部分干物質積累量隨生育期先增加后下降，至成藥期達到最大值(圖1)。苗期、移栽返青期，不同栽培模式地上部分干物質積累量差異不顯著。成藥期覆膜移栽地上部分干物質積累量依次為黑膜移栽 ＞ 紅膜移栽 ＞ 白膜移栽 ＞ 露地移栽，成藥期黑膜移栽、白膜移栽、紅膜移栽較露地移栽分別提高55.10%、50.34%和21.34% (P＜ 0.05)，相關分析表明，成藥期地上部分干物質積累量與根莖產量呈極顯著或顯著正相關關系(n= 8)，相關系數r為0.959，說明覆膜移栽顯著提高當歸成藥期地上部干物質積累量。采挖期黑膜移栽、紅膜移栽、白膜移栽地上部分干物質積累量均顯著高于露地移栽，分別提高了19.19%、16.11%和20.43% (P＜ 0.05)，表明覆膜移栽當歸生育后期具有較強的物質積累優(yōu)勢。物質積累是作物生產力形成的基礎，研究不同階段當歸地上部分干物質積累量可以優(yōu)化根莖產量形成過程。苗期至移栽返青期，栽培模式對當歸地上部分干物質積累量及積累比例影響不顯著(圖1)。移栽返青期至成藥期，地上部分干物質積累量及積累比例依次為覆黑膜移栽 ＞ 覆紅膜移栽 ＞ 覆白膜移栽 ＞露地移栽，覆膜移栽地上部分干物質積累量及積累比例較露地移栽分別提高了50.54%和11.68% (P＜0.05)，相關分析表明，移栽返青期至成藥期地上部分干物質積累量及積累比例與根莖產量呈極顯著或顯著正相關關系(n= 8)，相關系數r分別為0.955 2 和0.897 1，說明覆膜移栽顯著提高了移栽返青期至成藥期地上部分干物質積累量及積累比例。成藥期至采挖期地上部分干物質積累量依次為覆黑膜移栽 ＞ 覆紅膜移栽 ＞ 覆白膜移栽 ＞ 露地移栽，成藥期至采挖期地上部干物質積累比例表現(xiàn)為覆膜黑膜移栽和覆紅膜移栽高于露地移栽，覆白膜移栽與露地移栽基本相當，說明覆有色地膜移栽在當歸生育后期依然具有較高的物質積累能力。

圖1 不同栽培模式當歸各生育期的地上部分干物質積累量及積累比例Figure 1 Dry matter accumulation amount and percentage of Angelica sinensis at each growth stage under different cultivation treatments

2.2 不同栽培模式當歸農藝性狀

品種、栽培模式、品種與栽培模式互作對當歸早抽薹率影響不顯著(P＞ 0.05) (表2)。地膜覆蓋移栽當歸株高、單株葉片數、葉片直徑較露地移栽分別提高10.47%、14.18%和19.77% (P＜ 0.05)，說明地膜覆蓋栽培顯著提高當歸株高、單株葉片數和葉片直徑。品種、栽培模式、品種與栽培模式互作對當歸株高、葉片數作用顯著，說明優(yōu)化配置農藝性狀、塑造優(yōu)質群體是提高作物生產潛力的重要措施。覆膜移栽早抽薹率略高于露地移栽，說明覆膜移栽有增加大田移栽當歸早抽薹率的潛在風險。

表2 不同栽培模式當歸農藝性狀Table 2 Agronomic traits of Angelica sinensis under different cultivation treatments

不同栽培模式當歸地上部分干物質積累量隨積溫(≥ 0 ℃)的增加呈Logistic 曲線增加(圖2)。黑膜移栽、紅膜移栽、白膜移栽、露地移栽地上部分干物質積累量漸增期≥0 ℃積溫分別為0～2 502、0～2 438、0～2 279 和0～2 292 ℃·d，快增期≥0 ℃積溫分別為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 以后地上部分干物質積累量逐漸停滯。黑膜移栽、紅膜移栽、白膜移栽在≥0 ℃積溫為3 001、2 926、2 749 ℃·d時生長速度最快，分別約為0.92、0.89 和0.78 kg·hm-2，較露地移栽分別提高29.58%、25.35%和9.86%。

圖2 不同栽培模式下當歸地上部分生長量隨著積溫(≥0 ℃)的變化Figure 2 Relationship between accumulated temperature≥0 ℃ and aboveground growth of Angelica sinensis under different cultivation treatments

2.3 不同栽培模式當歸光合特性

2.3.1不同栽培模式光強和光質

地膜覆蓋光強依次為黑膜移栽 ＞ 紅膜移栽 ＞ 白膜移栽 ＞ 露地移栽，黑膜移栽、紅膜移栽、白膜移栽較露地移栽分別提高了86.33%、80.50%和45.56%(P＜ 0.05) (表3)，說明地膜覆蓋顯著增加地表光照強度，提高土壤溫度。覆膜移栽藍光顯著高于露地移栽，依次表現(xiàn)為黑膜移栽 ＞ 紅膜移栽 ＞ 白膜移栽 ＞露地移栽；黃綠光表現(xiàn)為覆白膜移栽、露地移栽顯著高于覆黑膜移栽和覆紅膜移栽；紅光和遠紅光4 種栽培模式間差異不顯著(P＞ 0.05)。

表3 不同栽培模式光強和光質Table 3 Light intensity and quality under the different cultivation treatments

當歸的根莖產量、特級和一級歸產出率均隨光強的增加呈線性增加(圖3)。根莖產量、特級和一級歸產出率與光強相關系數分別為0.945 9 和0.973 5(P＜ 0.05)。

圖3 不同栽培模式下當歸根莖產量、品質隨光強的變化Figure 3 Relationship between light intensity and root yield and quality in Angelica sinensis under different cultivation treatments

2.3.2不同栽培模式當歸葉片光合色素

品種、品種與栽培模式互作對當歸葉綠素b、葉綠素a/葉綠素b、類胡蘿卜含量影響不顯著(P＞0.05) (表4)。葉綠素和葉綠素a 含量均依次表現(xiàn)為黑膜移栽 ＞ 紅膜移栽 ＞ 白膜移栽 ＞ 露地移栽，覆膜移栽較露地栽培分別提高了50.47%和42.11%。說明說明覆膜移栽顯著提高葉綠素含量。覆黑膜移栽和覆紅膜移栽的葉綠素b 含量較露地移栽分別提高93.85%和70.77%，覆膜移栽類胡蘿卜素含量較露地移栽提高了52.69% (表4)，說明覆膜移栽顯著提高當歸光合色素含量。葉綠素a/b 含量則表現(xiàn)為露地移栽高于覆膜移栽。

表4 不同栽培模式當歸葉片光合色素含量Table 4 Photosynthetic pigment levels in Angelica sinensis leaves under different cultivation treatments mg·g-1

2.4 不同栽培模式對當歸等級和麻口病的影響

品種、栽培模式、品種與栽培模式互作對當歸麻口病發(fā)病率、病情指數影響不顯著(P＞ 0.05) (表5)。當歸特級產出率、一級產出率均依次表現(xiàn)為黑膜移栽 ＞ 紅膜移栽 ＞覆白膜移 ＞ 露地移栽，覆膜移栽特級產出率和一級產出率較露地移栽分別提高了28.33%和46.97%，說明覆膜顯著提高當歸品質，特別是一級歸產出率(P＜ 0.05)。覆膜移栽當歸麻口病發(fā)病普遍率略高于露地移栽，病情指數相當，說明覆膜移栽對當歸麻口病作用不顯著。

表5 不同栽培模式當歸等級和麻口病Table 5 Angelica sinensis quality grades and disease indexes under different cultivation treatments

2.5 當歸生產力增長因子

栽培模式與當歸根莖產量、株高、葉片數、葉綠素總量、葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素、成藥期地上部分干物質積累量以及移栽返青期-成藥期地上部分干物質積累量和積累比例均呈顯著相關關系(P＜ 0.05) (圖4)。

圖4 不同栽培模式下當歸各指標的相關性Figure 4 Correlation indices under different cultivation treatments

結構方程模型分析表明，地膜覆蓋能夠直接增加成藥期地上部分干物質積累量，進而增加根莖產量(圖5)。栽培模式對株高、地上部分干物質積累量具有正向作用，對葉綠素總量呈負向作用，栽培模式、葉綠素總量、株高對地上部分干物質積累量具有正向作用，地上部分干物質積累量對根莖產量具有正向作用，表明提高成藥期地上部分干物質積累量是提高根莖產量的關鍵。

圖5 不同栽培模式產量相關結構方程及栽培模式對產量的通經分析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 討論

3.1 栽培模式對當歸生產力及生產力形成特征的影響

適宜的栽培方式是當歸根莖獲得豐產、穩(wěn)產的關鍵，地膜覆蓋能顯著提高當歸根莖生產潛力[13]，大量的研究已表明，在干旱、半干旱、高海拔地區(qū)覆膜栽培具有普遍的增產效應[14]。在本試驗中，當歸根莖產量依次為覆黑膜移栽 ＞ 覆紅膜移栽 ＞ 覆白膜移栽 ＞ 露地移栽，較露地移栽分別提高23.97%、22.69%和8.66%，差異均達到顯著水平，表明覆膜移栽能夠顯著提高當歸生產力。覆黑膜移栽和覆紅膜移栽增產潛力最大，可能是由于當歸生長在高寒陰濕地區(qū)，有色地膜覆蓋具有更好的保溫、保墑能力，進而增加根莖活力[15]。地上部分干物質積累量是當歸根莖產量形成的基礎，通過研究地上部分干物質積累量及積累動態(tài)可以優(yōu)化根莖產量的形成過程。研究表明，不同栽培方式通過影響地上部分干物質積累進而影響根莖生產力，干物質積累量越大，產量越高[13]。本試驗研究表明，從不同生育時期來看，苗期、移栽返青期栽培模式對當歸地上部分干物質積累量作用不顯著。成藥期覆膜移栽地上部分干物質積累量高于露地移栽，依次為覆黑膜移栽 ＞ 覆紅膜移栽 ＞ 覆白膜移栽 ＞ 露地移栽。進入成藥期，覆膜移栽較露地栽培依然具有較高的物質積累能力。從不同生育階段來看，苗期至移栽返青期，地上部分干物質積累量及積累比例差異不顯著。移栽返青期至成藥期，地上部分干物質積累量及積累比例依次為黑膜移栽 ＞ 紅膜移栽 ＞ 白膜移栽 ＞ 露地移栽。成藥期至采挖期，地上部分干物質積累量及積累比例表現(xiàn)為覆黑膜移栽和覆紅膜移栽高于露地移栽，覆白膜移栽與露地移栽基本相當，這可能是由于覆有色地膜具有更好的保溫效果，增加生育后期的物質積累量，進而提高根莖生產力。成藥期、移栽反青期至成藥期地上部分干物質積累量及積累比例與根莖產量呈極顯著或顯著正相關關系(n= 8)，相關系數r分別為0.959 3、0.955 2 和0.897 2，表明成藥期、移栽反青期至成藥期地上部分干物質積累量及積累比例是當歸生產力提高的關鍵。作物生長發(fā)育一般在溫度≥0 ℃，故用≥0 ℃積溫構建作為生長預測模型指導農業(yè)生產[12]，本研究擬合Logistic 曲線，可用于不同積溫(≥0 ℃)得出當歸地上部分物質積累量，擬定當歸大田生產管理措施。

理想農藝性狀是作物育種、豐產栽培重要目標，當歸地下部分根莖的發(fā)育與地上部分生長存在復雜的相關系。栽培方式[5]、種苗大小[9]、營養(yǎng)元素[14]等因素均能影響當歸農藝性狀的生長發(fā)育。研究結果已表明，覆膜移栽能顯著增加當歸株高、單株葉片數[13]。在本試驗中，覆膜移栽當歸植株高度、葉片數、葉片直徑均高于露地移栽，說明在高寒陰地區(qū)，覆膜栽培能有效促進植物莖葉的生長發(fā)育。葉片直徑，岷歸1 號表現(xiàn)為栽培模式間差異不顯著，岷歸2 號則表現(xiàn)為覆膜移栽顯著高于露地移栽，這可能與兩個品種的遺傳特性有關[16]。葉片光合能力直接反映植物光合作用的強弱，決定植物生產力的高低[17-18]。研究表明，光合色素是植物進行物質生產的基礎，提高葉綠色含量能明顯增加光合能力，提高產量[19-20]。本研究中覆膜移栽當歸葉片葉綠素總量、葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素均表現(xiàn)為覆膜移栽高于露地移栽。葉綠素含量與根莖產量呈顯著正相關關系(n= 8)，相關系數r為0.883 2，覆膜栽培當歸優(yōu)化配置農藝性狀、構建優(yōu)質群體，延長光合時間，增加地上部分物質積累量，特別是生育中后期具有較高的干物質積累量及積累比例。

3.2 栽培模式對當歸品質及麻口病的影響

特級和一級歸是衡量當歸商品品質的關鍵。覆膜移栽當歸特級和一級歸出產率顯著高于露地移栽，依次為黑膜移栽 ＞ 紅膜移栽 ＞ 白膜移栽 ＞ 露地移栽。覆膜移栽特級、一級歸出產率較露地移栽分別提高37.6%和54.3%，可能與地上部分較高的物質積累量有關[2]。莖線蟲(Ditylenchus destructor)影響當歸麻口病的發(fā)病率，當地膜覆蓋增加土壤濕度和溫度[13]，莖線蟲越活躍[21]，因此當歸麻口病發(fā)病率、病情指數地膜覆蓋高于露地移栽，但品種間、品種與栽培模式互作當歸麻口病發(fā)病率差異不顯著，有關機理機制有待進一步研究。

3.3 當歸對家畜生產系統(tǒng)的作用

中藥材對家畜生產系統(tǒng)的作用愈來愈重要。人口增加，環(huán)境、能源問題凸顯，人們通過調整農業(yè)結構提高作物生產力，滿足食物數量和質量需求[6]。當歸具有抗菌、抗炎、增強免疫等的藥理作用[4]，當歸、甘草(Glycyrrhiza uralensis)、黨參(Codonopsis pilosula)等中草藥飼料添加劑對家禽產蛋率、生豬日增重、牛羊繁殖率、飼料轉化率顯著提高[22-23]。栽培模式對作物生產力作用顯著，覆膜能顯著提高當歸生產力。隨著當歸產業(yè)開發(fā)的不斷深入與拓展，適耕地縮減，豐產、穩(wěn)產、優(yōu)質、高效的耕作模式能更好地發(fā)揮當歸生產潛力、生產優(yōu)質當歸，進而保障當歸-家畜生產力系統(tǒng)的良性發(fā)展。此外，隨著人類活動的增加，草地退化、生產力降低、質量下降、草地生境變劣，脆弱的草原生態(tài)系統(tǒng)極易破壞。當歸作為草甸和森林灌叢區(qū)的草類植物，不僅能為草原動物的生存繁衍提供豐富的食物來源，而且增加草地生產力，參與調控草業(yè)系統(tǒng)適應機制[24]。

4 結論

覆膜移栽顯著提高當歸生產力，黑膜移栽、紅膜移栽增產效果最好，成藥期、移栽返青期至成藥期干物質積累量及積累比例是當歸生產力增長的關鍵。覆膜移栽延長光合物質的積累時間，提高特級和一級歸的產出率?！? ℃積溫1 608～3 340 ℃·d是當歸地上部分干物質積累的關鍵時期。