摘 要：工業(yè)大麻是甘肅張家川等地重要的特色作物，但品種退化嚴(yán)重阻礙了該區(qū)域工業(yè)大麻產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。前期研究對張家川地方品種“張川大麻”進(jìn)行了提純復(fù)壯，但栽培調(diào)控對其安全性及籽粒品質(zhì)特征的影響還不明確。為此，研究以提純復(fù)壯的“張川大麻”為研究對象，設(shè)置種植密度、施肥制度和覆蓋方式三因素正交試驗，對該品種花葉四氫大麻酚（THC）及大麻二酚（CBD）含量、籽粒蛋白質(zhì)及油脂含量與產(chǎn)量進(jìn)行測試。研究發(fā)現(xiàn)，提純復(fù)壯顯著降低了“張川大麻”的THC含量，且栽培措施對THC含量的影響較小，其生產(chǎn)安全性顯著提高；栽培措施對籽粒蛋白質(zhì)和油脂含量沒有顯著影響，但施肥方式對單位面積耕地的總產(chǎn)量有顯著的影響。為獲得較高的投入回報率，建議張家川工業(yè)大麻的適宜栽培措施為種植密度45.00×104plant/hm2，配合N-P2O5-K2O施用量70.5-15-9kg/hm2。
關(guān)鍵詞：工業(yè)大麻； 栽培措施；張家川；四氫大麻酚；籽粒
甘肅是我國工業(yè)大麻（Cannabis sativa L.）傳統(tǒng)產(chǎn)區(qū)，栽培歷史悠久，是少數(shù)民族地區(qū)重要的纖維作物、油料作物和工業(yè)原料作物。甘肅省天水市清水縣、張家川回族自治縣及周邊區(qū)域盛產(chǎn)工業(yè)大麻，以其麻皮長、纖維質(zhì)地良好、細(xì)度較高、含膠率低、質(zhì)優(yōu)色白、籽粒飽滿、出油率高而享譽，已成為當(dāng)?shù)匕傩罩赂坏闹匾a(chǎn)業(yè)[1]。然而大麻屬于毒品原植物，當(dāng)其花葉四氫大麻酚（tetrahydrocannabinol，THC）含量超過0.3%時，則不適于作為工業(yè)大麻品種種植[2]。陳璇等[3]對我國甘肅、云南、山西等地區(qū)的23份大麻種質(zhì)資源共69個單株進(jìn)行THC含量分析，發(fā)現(xiàn)69個單株中有31個（占比44.93%）THC含量超過0.3%。可見民俗種植區(qū)域主要沿用地方品種，人工選擇壓力較低，且對THC含量缺少針對性選擇，往往存在超標(biāo)的問題，從而給工業(yè)大麻的安全合法生產(chǎn)帶來一定的挑戰(zhàn)。
為實現(xiàn)鞏固拓展脫貧攻堅成果同鄉(xiāng)村振興有效銜接，我國2021年啟動了國家科技特派團(tuán)工作，由國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系牽頭，針對160個重點幫扶縣持續(xù)開展“組團(tuán)式”產(chǎn)業(yè)科技幫扶。國家麻類產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系牽頭實施張家川回族自治縣等縣區(qū)的工業(yè)大麻產(chǎn)業(yè)科技幫扶工作。經(jīng)過對張家川相關(guān)鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)大麻多點取樣測定發(fā)現(xiàn)，有部分區(qū)域存在THC超標(biāo)問題。通過對當(dāng)?shù)剞r(nóng)家品種實施提純復(fù)壯，初步獲得了THC含量達(dá)標(biāo)且穩(wěn)定的種質(zhì)資源。由于栽培調(diào)控和環(huán)境因子對THC含量具有一定的影響[4-6]，在不同栽培措施下該種質(zhì)是否存在超標(biāo)的問題、生產(chǎn)表現(xiàn)如何，還需要進(jìn)一步研究驗證。本文在前期研究基礎(chǔ)上，通過設(shè)置施肥、密度、地膜等不同因子的正交試驗，對張家川工業(yè)大麻THC、CBD的含量及農(nóng)藝性狀進(jìn)行檢測，以期為驗證品種提純復(fù)壯成果及指導(dǎo)該區(qū)域工業(yè)大麻安全高效生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 試驗地區(qū)概述
試驗地點位于甘肅省天水市張家川回族自治區(qū)馬鹿鎮(zhèn)牌樓村（106.4°E，34.9°N），平均海拔1943m。土壤肥力中等，位于近河谷平坦地，前茬作物為小麥。
1.2 試驗設(shè)計
供試品種為經(jīng)提純復(fù)壯后的本地品種張川大麻，條播。設(shè)置種植密度、施肥量、地膜覆蓋三因素三水平正交設(shè)計，共27個小區(qū)。各小區(qū)間道均為1m，小區(qū)長6.67m、寬2m、面積13.34m2。試驗前施用本地腐熟糞肥67470kg/hm2作為基肥。復(fù)合肥有效成分為24:10:6（N:P2O5:K2O），尿素總氮≥46.0%，作為種肥一次性施入。麻地膜由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所提供，其他種植管理與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)方式一致。播種日期為2023年5月16日，收獲日期為2023年9月26日。各因素水平如表1所示。
表 1 張家川工業(yè)大麻栽培措施正交試驗各因素水平
1.3 測試內(nèi)容及方法
收獲時在各小區(qū)隨機(jī)取樣15株測量種子重量，并測量其蛋白質(zhì)含量和含油率，其中蛋白質(zhì)含量測定采用凱氏定氮法，含油率測定采用索式提取法。單位面積耕地產(chǎn)油量為種子產(chǎn)量與產(chǎn)油率的乘積，單位面積耕地蛋白質(zhì)產(chǎn)量為種子產(chǎn)量與蛋白質(zhì)含量的乘積。取雌株穗部，除去種子、較大葉片、葉柄和枝梗，粉碎后采用高效液相色譜法測定THC、四氫大麻酚酸（THCA）、大麻二酚（CBD）和大麻二酚酸（CBDA）含量，并折算為總THC含量和總CBD含量。
1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析
采用SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和正交試驗統(tǒng)計分析，差異顯著水平為p≤0.05；相關(guān)分析采用Pearson相關(guān)系數(shù)法；多重比較采用S-N-K法。
2 結(jié)果與分析
2.1 THC和CBD含量分析
2022年，對張家川馬鹿鎮(zhèn)5個主產(chǎn)村的6家農(nóng)戶種植的工業(yè)大麻花葉進(jìn)行隨機(jī)取樣，共獲得6個樣品，測定THC含量。經(jīng)檢測，在開展品種提純復(fù)壯前，張家川有3個點位工業(yè)大麻花葉THC含量超過0.3%，其中最高達(dá)到0.741%，是工業(yè)大麻限定最高THC含量的2.47倍，存在較高的生產(chǎn)風(fēng)險。6個點位中有4個點位的CBD含量超過2.0%，其中牌樓村超過3.0%，且CBD含量與THC含量沒有顯著相關(guān)關(guān)系（r=0.220），說明該區(qū)域工業(yè)大麻具有較好的醫(yī)藥用潛力。
表 2 提純復(fù)壯前張川大麻THC和CBD含量抽樣檢測結(jié)果
2023年，采用提純復(fù)壯后的張川大麻開展正交試驗，并進(jìn)行THC和CBD含量檢測。分析發(fā)現(xiàn)（表3），密度、肥料和地膜覆蓋措施對提純復(fù)壯的張川大麻THC和CBD含量沒有顯著影響。提純復(fù)壯后，張川大麻THC含量總體下降，各處理平均含量僅為0.112%，較提純復(fù)壯前各點位數(shù)學(xué)平均值0.358%降低了68.7%。各處理THC含量變化幅度降低到0.087%~0.139%，遠(yuǎn)低于提純復(fù)壯前。
表 3 提純復(fù)壯后張川大麻THC和CBD含量抽樣檢測結(jié)果
2.2 含油率與產(chǎn)油量
對各處理的籽粒進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，栽培措施對提純復(fù)壯的張川大麻籽粒含油率沒有顯著影響（表4）。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，施肥方式對單位面積產(chǎn)油量有明顯的影響，其中復(fù)合肥300 kg/hm2+尿素150kg/hm2處理最高，而復(fù)合肥45kg/hm2+尿素225kg/hm2處理最低。說明張家川的地力更需要補(bǔ)充磷鉀元素，從而提高工業(yè)大麻籽粒的產(chǎn)量和油脂產(chǎn)量。
注：不同小寫字母代表處理間存在顯著差異（p≤0.05）。下同
表 4 栽培措施對張川大麻籽粒含油量和產(chǎn)油量的影響
2.3 蛋白質(zhì)含量與總產(chǎn)量
與含油率的變化特征相似，栽培措施對提純復(fù)壯的張川大麻籽粒蛋白質(zhì)含量沒有顯著影響，而施肥方式對單位面積耕地的蛋白質(zhì)總產(chǎn)量具有顯著影響（表5）。相對而言，以蛋白質(zhì)生產(chǎn)為主要目標(biāo)的栽培措施優(yōu)選為種植密度45.00×104plant/hm2、復(fù)合肥150kg/hm2+尿素75kg/hm2、不覆蓋地膜的栽培措施最有利，肥效和產(chǎn)量均較高。比對油脂含量和蛋白質(zhì)含量發(fā)現(xiàn)，兩者沒有顯著相關(guān)關(guān)系（r=-0.147）。
表 5 栽培措施對張川大麻籽粒蛋白質(zhì)量的影響
3 討論
3.1 張家川工業(yè)大麻安全性評價
大麻是我國古老而重要的經(jīng)濟(jì)作物，但由于大麻具備經(jīng)濟(jì)作物和毒品原植物雙重屬性，因而其種子的流通和利用受到嚴(yán)格的控制，跨省區(qū)的種質(zhì)交流仍然存在障礙。在我國當(dāng)前農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方法律法規(guī)相結(jié)合的政策體系下，創(chuàng)新協(xié)同化和良種區(qū)域化協(xié)調(diào)推進(jìn)是解決該產(chǎn)業(yè)技術(shù)需求的突破口[7]。因此，對于長期采用地方品種發(fā)展生產(chǎn)的區(qū)域來說，對品種進(jìn)行提純復(fù)壯是在短時間能提高其安全性和產(chǎn)量質(zhì)量的重要措施。本研究發(fā)現(xiàn)，在提純復(fù)壯前，張家川多個點位工業(yè)大麻品種存在退化的現(xiàn)象，導(dǎo)致THC含量超標(biāo)，產(chǎn)生了潛在安全生產(chǎn)風(fēng)險。對品種進(jìn)行提純復(fù)壯后，其THC含量顯著降低且趨于穩(wěn)定，較好地解決了生產(chǎn)風(fēng)險問題。
就肥料的影響來看，Bocsa等[8]研究發(fā)現(xiàn)，高施氮量降低葉片THC含量；趙國權(quán)[9]利用液體肥料開展試驗發(fā)現(xiàn)，THC含量與施肥量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（p≤0.01）；伍菊仙等[10]發(fā)現(xiàn)，施用復(fù)合肥后THC含量增加但變幅很小。就種植密度來說，張曉艷等[11]認(rèn)為種植密度對CBD、THC含量影響不大，但兩者呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；伍菊仙等[10]認(rèn)為，隨種植密度的減小，THC含量有增加的趨勢，但變幅值很小。目前尚未見關(guān)于地膜覆蓋直接影響大麻素含量的研究報道。這些結(jié)論進(jìn)一步驗證了對張川大麻進(jìn)行提純復(fù)壯后，其THC含量具有較好的穩(wěn)定性。同時，根據(jù)現(xiàn)有的研究結(jié)果，緯度、溫度、激素、機(jī)械損傷等措施均對大麻素含量有一定影響。例如，王雅妮等[12]開展的盆栽試驗表明，相對于23℃和29℃，26℃的室溫更有利于工業(yè)大麻CBD的累積；吳姍[13]發(fā)現(xiàn)噴施乙烯利（ETH）、激動素（KT）和赤霉素（GA3）可以顯著降低THC含量；而Hahm等[14]發(fā)現(xiàn)生長抑制劑烯唑醇（diniconazole）可以通過抑制赤霉素生物合成而提高植株THC含量。但影響THC含量的關(guān)鍵還在于品種。因此，提純復(fù)壯是解決地方品種工業(yè)大麻安全生產(chǎn)的有效途徑。
3.2 張家川工業(yè)大麻籽粒生產(chǎn)的栽培措施
蛋白質(zhì)和油脂是工業(yè)大麻籽粒利用的主要成分，隨著植物源蛋白和油脂需求量的不斷增加，開發(fā)好工業(yè)大麻籽粒是該產(chǎn)業(yè)的重點方向[15]。一般研究認(rèn)為，在地力較弱、水分不足等區(qū)域適度提高種植密度、增加施肥量、地膜覆蓋有利于工業(yè)大麻籽粒產(chǎn)量提高[16-18]。但由于試驗區(qū)域氣候條件、品種類型、水肥管理模式等不同而并沒有一致的結(jié)論。本研究發(fā)現(xiàn)，栽培措施對當(dāng)前品種的籽粒蛋白質(zhì)和油脂含量沒有顯著影響，但由于對籽粒產(chǎn)量有顯著影響而最終表現(xiàn)在單位面積耕地的蛋白質(zhì)和油脂總產(chǎn)量有顯著差異，且施肥方式是主要影響因子。考慮到整體肥效、產(chǎn)量差異和環(huán)境影響，較低的施肥水平（復(fù)合肥150kg/hm2+尿素75kg/hm2，折合N-P2O5-K2O為70.5-15-9kg/hm2）較符合張家川工業(yè)大麻的生產(chǎn)。對于不缺水的年份不覆蓋地膜，缺水的年份覆蓋全生物降解的麻地膜。
從當(dāng)前品種的產(chǎn)量和質(zhì)量水平來看，張川大麻與我國先進(jìn)地區(qū)的差距較大。當(dāng)前云南昆明工業(yè)大麻籽粒產(chǎn)量可以達(dá)到2162kg/hm2[17]，山西汾陽“晉麻3號”籽粒產(chǎn)量可以達(dá)到1583kg/hm2、油脂含量達(dá)到30.2%[19]，單位面積耕地產(chǎn)油量約為張家川的2倍。可見，品種改良仍然是張家川工業(yè)大麻高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。
4 結(jié)論
本文利用種植密度、施肥方式和地膜覆蓋三因素正交試驗，研究了栽培措施對提純復(fù)壯后張川大麻花葉THC、CBD含量及籽粒蛋白質(zhì)、油脂含量與產(chǎn)量的影響特征，發(fā)現(xiàn)提純復(fù)壯后張川大麻花葉THC含量顯著下降并趨于穩(wěn)定，明顯提高了張家川工業(yè)大麻生產(chǎn)的安全水平。在當(dāng)前品種條件下，栽培措施對籽粒蛋白質(zhì)和油脂含量影響較小，采用較低的種植密度和施肥量是獲得較高種植效益的途徑。持續(xù)提高張家川工業(yè)大麻籽粒的產(chǎn)量和質(zhì)量，需要高度重視加快品種改良。
參考文獻(xiàn)
[1]韓瑜, 郭恒, 趙國良, 等. 籽用大麻品種（系）在天水的適應(yīng)性試驗[J]. 寒旱農(nóng)業(yè)科學(xué), 2023, 2(4): 330-333.
[2]農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn). NY/T 3252.1—201 工業(yè)大麻種子 第1部分：品種[S]. 北京: 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部, 2018.
[3]陳璇, 許艷萍, 張慶瀅, 等. 大麻種質(zhì)資源中大麻素化學(xué)型及基因型鑒定與評價[J]. 植物遺傳資源學(xué)報, 2016, 17(5): 920-928.
[4]Puttharak P, Wangnai P, Puttharak J, et al. Optimizing medicinal hemp production with synergistic light-enhanced technologies and organic biorefinery approaches[J]. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 2024, 254: 112890.
[5]Morgan W, Singh J, Kesheimer K, et al. Severe drought significantly reduces floral hemp (Cannabis sativa L.) yield and cannabinoid content but moderate drought does not[J]. Environmental and Experimental Botany, 2024, 219: 105649.
[6]陳璇, 郭孟璧, 郭鴻彥, 等. 主要環(huán)境因子對大麻不同發(fā)育期四氫大麻酚積累的影響[J]. 西部林業(yè)科學(xué), 2016, 45(3): 44-50.
[7]趙浩含, 陳繼康, 熊和平. 中國工業(yè)大麻種業(yè)創(chuàng)新發(fā)展策略研究[J]. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究, 2020, 41(5): 765-771.
[8]Bócsa I, Máthé P, Hangyel L. Effect of nitrogen on tetrahydrocannabinol (THC) content in hemp (Cannabis sativa L.) leaves at different positions[J]. Journal of the International Hemp Association, 1997, 4: 80–81.
[9]趙國權(quán). 液體肥料對工業(yè)大麻生長及大麻素含量影響[D]. 哈爾濱: 東北農(nóng)業(yè)大學(xué), 2021.
[10]伍菊仙, 楊明, 郭孟璧, 等. 不同栽培措施對大麻酚類物質(zhì)含量的影響研究[J]. 中國麻業(yè)科學(xué), 2010, 32(2): 94-98.
[11]張曉艷, 趙越, 孫宇峰, 等. 種植密度對藥用漢麻農(nóng)藝性狀及主要大麻素含量的影響[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技, 2024(1): 44-48.
[12]王雅妮, 曾糧斌, 汪洪鷹, 等. 溫度對工業(yè)大麻生長及大麻二酚含量的影響[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2021(10): 27-31.
[13]吳姍. 外源激素對大麻中大麻素含量的影響及轉(zhuǎn)錄組分析[D]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 2020.
[14]Hahm S, Lee B, Bok G, et al. Diniconazole promotes the yield of female hemp inflorescence and cannabinoids in a vertical farming system[J]. Agronomy, 2023, 13(6): 1497.
[15]Do D T, Ye A, Singh H, et al. Protein bodies from hemp seeds: Isolation, microstructure and physicochemical characterisation[J]. Food Hydrocolloids, 2024, 149: 109597.
[16]陳曉艷, 朱炫, 羊國安, 等. 不同種植密度對籽稈兼用工業(yè)大麻農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的影響. 中國麻業(yè)科學(xué), 2024, 46(2): 119-124.
[17]張慶瀅, 郭蓉, 許艷萍, 等. 不同類型地膜覆蓋對工業(yè)大麻生長和產(chǎn)量的影響[J]. 中國麻業(yè)科學(xué), 2020, 42(5): 239-243.
[18]張曉艷, 邊境, 孫開學(xué), 等. 不同肥密對工業(yè)大麻新品種火麻一號農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響[J]. 中國麻業(yè)科學(xué), 2022, 44(4): 225-231.
[19]康紅梅, 趙銘森, 孔佳茜, 等. 籽用工業(yè)大麻“晉麻3號”新品種選育[J]. 中國麻業(yè)科學(xué), 2022, 44(4): 219-224.
文章摘自：趙浩含,馬智峰,趙國良,等.栽培措施對張家川工業(yè)大麻安全性及籽粒品質(zhì)的影響[J/OL].中國麻業(yè)科學(xué),1-8[2024-08-09].http://kns.cnki.net/kcms/detail/43.1467.S.20240712.1702.002.html.
