摘" 要:中藥材是中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,中藥材種植面積不斷擴(kuò)大,連作障礙嚴(yán)重影響中藥材的產(chǎn)量和品質(zhì)。綠肥作為天然優(yōu)質(zhì)肥料,具有培肥地力、改善土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤養(yǎng)分等優(yōu)勢。因此,綠肥可作為中藥材種植中緩解連作障礙的重要舉措。研究表明,綠肥作物應(yīng)用于中藥材可以提高中藥材的產(chǎn)量和品質(zhì),同時(shí)也能改善中藥材種植的土壤條件,減少化肥的使用,為環(huán)境友好型可持續(xù)發(fā)展和中藥材產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞:綠肥;中藥材;連作障礙;應(yīng)用;研究進(jìn)展
中圖分類號(hào):F326.12" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A" " " " "文章編號(hào):2096-9902(2024)24-0062-05
Abstract: Chinese medicinal herbs are the material basis for the development of the traditional Chinese medicine industry. With the rapid development of the traditional Chinese medicine industry, the planting area of Chinese medicinal herbs continues to expand, and the continuous cropping obstacles of Chinese medicinal herbs seriously affect the yield and quality of Chinese medicinal herbs. As a natural high-quality fertilizer, green manure has the advantages of improving soil fertility, improving soil structure, and increasing soil nutrients. Therefore, green manure can be used as an important measure to alleviate continuous cropping obstacles in the cultivation of Chinese medicinal herbs. Studies have shown that the application of green manure crops to traditional Chinese medicinal herbs can improve the yield and quality of traditional Chinese medicinal herbs. At the same time, it can also improve the soil conditions for the cultivation of traditional Chinese medicinal herbs, reduce the use of chemical fertilizers, and lay the foundation for environmentally friendly sustainable development and the green development of the traditional Chinese medicinal herbs industry.
Keywords: green manure; traditional Chinese medicine; continuous cropping obstacle; application; research progress
中藥材是中醫(yī)臨床的主要用藥來源,是中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)?!笆濉币詠?,中藥材產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)地位突出,國家政策的大力扶持,中藥材產(chǎn)業(yè)取得長足的發(fā)展[1]。《“十四五”中醫(yī)藥發(fā)展規(guī)劃》中指出要加強(qiáng)中藥資源保護(hù)與利用,推動(dòng)中藥產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。我國作為中藥材消費(fèi)大國,中藥材進(jìn)出口大國,中藥材的種植區(qū)域、種植面積正在持續(xù)快速增長[2]。自新冠疫情以來,中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展,伴隨著中藥材市場的不斷擴(kuò)大,種植中藥材有著廣闊的前景。但中藥材不同于其他常規(guī)作物,受環(huán)境、氣候等條件因素影響,其道地產(chǎn)區(qū)種植土地面積有限,在生產(chǎn)過程中極易產(chǎn)生連作障礙,導(dǎo)致病蟲害增多、藥性衰減,藥材質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等,影響中藥材產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我國多數(shù)中藥材在種植過程中常年受連作障礙問題影響,特別是根莖類藥材,如丹參、地黃、三七和半夏等較為普遍[3]。因此,尋求緩解連作障礙的方法對(duì)中藥材種植及環(huán)境保護(hù)具有重要意義。
綠肥是一種養(yǎng)分完全的優(yōu)質(zhì)生物肥料[4],可有效改善土壤理化性質(zhì)、土壤結(jié)構(gòu),增加土壤養(yǎng)分,提高土壤的保水保肥和供肥能力,減少水土流失,并且翻壓綠肥植株,可提供大量有機(jī)質(zhì),促進(jìn)作物生長,有助于土壤可持續(xù)發(fā)展,是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的輪作倒茬作物。20世紀(jì)初,為提高農(nóng)作物產(chǎn)量及品質(zhì),化肥大面積應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),綠肥種植面積不斷減少。隨著長期使用化肥,土地鹽堿化程度高、土壤板結(jié)、地力減弱等問題日益嚴(yán)重。黨的十八大以來,習(xí)近平總書記多次強(qiáng)調(diào)和闡述“綠水青山就是金山銀山”的理念,堅(jiān)持人與自然和諧共生,指明了實(shí)現(xiàn)發(fā)展和保護(hù)協(xié)同共生的新路徑[5]。2015年,農(nóng)業(yè)部制定出臺(tái)了《農(nóng)業(yè)部關(guān)于打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的實(shí)施意見》,明確要求到2020年,實(shí)現(xiàn)“一控兩減三基本”的目標(biāo),同時(shí)制定了《到2020年化肥使用量零增長行動(dòng)方案》,大力推進(jìn)化肥減量提效、農(nóng)藥減量控害,積極探索產(chǎn)出高效、產(chǎn)品安全、資源節(jié)約、環(huán)境友好的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展之路[6]。
1" 綠肥的種類和特點(diǎn)
綠肥作物是將生長中的新鮮植物體作為肥料翻壓至土壤中,或者是與其他作物進(jìn)行間作、套作或者輪作后,可改善土壤結(jié)構(gòu),增加土壤有機(jī)質(zhì)、增加土壤有益菌的數(shù)量,減少土傳病蟲害的發(fā)生,促進(jìn)其他作物健康生長[7]。我國地域廣闊,南北跨度大,受氣候、降水量、土壤類型等因素的影響,綠肥種植具有較強(qiáng)的地域性[8]。根據(jù)地域及氣候特點(diǎn),青海、內(nèi)蒙古、黑龍江等北方地區(qū)主要種植的綠肥品種有紫花苜蓿、油菜、草木樨、苕子及燕麥等[8-11];華南、華東等熱帶和亞熱帶地區(qū)主要種植的綠肥品種適應(yīng)為潮濕氣候的紫云英、藍(lán)花子、綠豆及飛機(jī)草等[12-14]。
我國綠肥種質(zhì)資源豐富、分布廣泛,且種植歷史悠久,具有廣闊的發(fā)展前景。經(jīng)過長期自然選擇、人工培育及國外引進(jìn),目前我國綠肥種質(zhì)資源多達(dá)20 000余份,有10科42屬60多種,共1 000多個(gè)品種[7],主要在南方冬閑期使用較多,其中有400多個(gè)常用綠肥品種被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[7,15]。根據(jù)綠肥種植特點(diǎn)及品種特性,采用不同方法對(duì)綠肥進(jìn)行分類。目前,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,依據(jù)種植綠肥季節(jié)性特點(diǎn),可分為夏季、春季、秋季和冬季綠肥,如廣泛應(yīng)用的冬季綠肥紫云英,夏季綠肥豇豆、田菁等[16];或者根據(jù)綠肥生長期特點(diǎn),將綠肥分為短期、一年生和多年生綠肥,如黃豆、苕子、紫花苜蓿等[17];或者根據(jù)綠肥特點(diǎn),依據(jù)植物分類學(xué)將綠肥分為豆科、禾本科、十字花科、水生綠肥、菊科綠肥和其他科屬綠肥作物。豆科類綠肥具有發(fā)達(dá)的根系,且根部含有“根瘤菌”,可以固定大氣中游離的氮素,疏松土壤,提高土壤肥力。禾本科綠肥具有生長期短、快速生長、根系發(fā)達(dá)、地上部分茂盛等特點(diǎn),可以疏松土壤,提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。十字花科綠肥強(qiáng)大的根系可深入土壤內(nèi)部,促進(jìn)土壤中磷元素的吸收[18]。豐富的綠肥種質(zhì)資源及悠久的綠肥種植歷史,為我國綠肥利用研究奠定了基礎(chǔ)。
由此可見,種植不同種類的綠肥,其產(chǎn)生的作用效果也不同。因此,在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中,根據(jù)土壤類型及特點(diǎn),利用不同種類綠肥的優(yōu)勢特點(diǎn),采用混合播種的方式種植綠肥,可以更好地改善土壤理化性質(zhì)、培肥地力,進(jìn)而達(dá)到改良土壤、增產(chǎn)增收的目的[18]。并且,我國綠肥的栽培方式主要有間作、套作、輪作等模式及肥飼兼用型綠肥牧草生產(chǎn)模式[19]。在生產(chǎn)中以不同種植模式種植綠肥,不僅能培肥地力、改善土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤營養(yǎng)元素,還能夠避免化肥過度使用,保證土壤可持續(xù)利用,同時(shí)減少水土流失,改善農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)[18]。
2" 中藥材連作障礙的影響
在全世界范圍內(nèi),不同植物普遍存在連作障礙現(xiàn)象,植物連作造成病蟲害嚴(yán)重,抗逆性下降,產(chǎn)量和品質(zhì)下降。目前,中藥材因其道地產(chǎn)區(qū)種植土地面積受限,極易造成連作障礙問題。中藥材連作后,土傳病害發(fā)生機(jī)率增加,致使植株長勢變?nèi)?,其抗逆性、光合速率降低,影響植株正常進(jìn)行光合作用,進(jìn)而影響植株正常生長,最終導(dǎo)致植株產(chǎn)量和質(zhì)量降低,并且多年連作后的植株殘?bào)w、腐蝕物、病原微生物等影響中藥材植株正常生長及代謝,導(dǎo)致中藥材產(chǎn)生化感自毒作用,抑制下茬中藥材正常生長。張重義等[20]研究表明,地黃連作后,苗期開始出現(xiàn)連作障礙效應(yīng),且在重茬逆境下地黃啟動(dòng)防御機(jī)制,表現(xiàn)出SOD酶活性升高,隨著連作時(shí)間的增長,SOD活性降低。劉世鵬等[21]研究發(fā)現(xiàn),隨著連作年限的增加,附子根際土壤中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、磷酸鹽、S含量逐步增加,土壤pH降低,且根際土壤微生物中可增強(qiáng)植株抵抗力的有益菌減少,致病菌增加,進(jìn)而導(dǎo)致附子發(fā)病率替身,產(chǎn)量減少、質(zhì)量降低。白術(shù)連作后,株高降低、葉片數(shù)量減少,導(dǎo)致生長受到影響,嚴(yán)重影響產(chǎn)量和品質(zhì)[22]。半夏是忌連作的藥材,連年種植會(huì)導(dǎo)致半夏病蟲害嚴(yán)重,植株死亡率上升,且植株長勢受抑制,POD、MDA、SOD、可溶性糖和可溶性蛋白含量升高,導(dǎo)致半夏減產(chǎn)、質(zhì)量下降,所以半夏種植需進(jìn)行輪作倒茬5~7 a,但種植區(qū)域土地面積受限,半夏輪作倒茬困難,嚴(yán)重制約了半夏的發(fā)展[23]。黃鈺芳等[24]研究表明,蘭州百合連作后其苗期、鱗莖發(fā)育期及成熟期均受到抑制,并且隨著連作年限增加,生長受抑制情況加劇。
3" 綠肥在中藥材種植中的應(yīng)用
3.1" 綠肥在中藥材上的應(yīng)用栽培模式
我國綠肥栽培歷史悠久,早在公元3世紀(jì)以前,中國便利用雜草養(yǎng)地,后漢《四明月令》中詳細(xì)記述了苜蓿、刈當(dāng)茭的種植記錄[25]。根據(jù)西晉郭義恭《廣志》記載,當(dāng)時(shí)已在稻田廣泛種植冬綠肥苕子用以養(yǎng)地[25]。后魏賈思勰所著的《齊名要術(shù)》中詳細(xì)論述了綠肥種植及利用方式方法[5]。目前,綠肥在生產(chǎn)中主要應(yīng)用模式包括間作、套作、輪作模式、肥飼兼用型綠肥牧草生產(chǎn)模式及果園綠肥種植模式[19]。根據(jù)中藥材的生長特性及土壤條件選擇適宜的綠肥種類,不僅能提高中藥材產(chǎn)量及品質(zhì),也可以達(dá)到最佳肥效和生態(tài)效益。研究表明[25-30],根莖類中藥材與禾本科、菊科等作物輪作間作,可以降低酚酸類物質(zhì),改善土壤微生物種群,提高土壤有機(jī)質(zhì)和土壤酶活性等,提高中藥材產(chǎn)量和品質(zhì)。周洋[31]將黨參與小麥進(jìn)行套作,改善了黨參種植的土壤環(huán)境,有效提高了黨參的種苗品質(zhì),同時(shí)提高了黨參的光合速率,緩解了黨參連作障礙的影響,有效增加農(nóng)民種植收益。劉智赫[32]研究表明,北沙參與牛膝或玉米輪作后,有效降低北沙參根腐病發(fā)病率,提高根部浸出物及香豆素含量,且北沙參的長勢較好,品質(zhì)得到提升。何志貴[33]研究發(fā)現(xiàn),半夏與小麥輪作后,酚酸物質(zhì)的遷移過程發(fā)生動(dòng)態(tài)變化,減小了酚酸物質(zhì)對(duì)半夏的危害,同時(shí)改善了土壤微生物菌群結(jié)構(gòu),提升了有益菌數(shù)量,有助于半夏正常生長。
3.2" 綠肥對(duì)中藥材連作障礙的影響
植物連作障礙是多因素互作的結(jié)果,主要包括植株化感自毒作用、土壤理化性質(zhì)改變、根際微生物種群發(fā)生變化、土傳病蟲害的發(fā)生等[34]。為緩解和消減連作障礙的影響,科研人員相繼開展抗連作障礙品種的選育、土壤消毒、種植模式、施肥方式等研究。我國綠肥資源豐富且分布廣泛,從二十世紀(jì)五六十年代起,人們引種大量綠肥用于土壤改良和土壤肥力提升。研究表明,種植綠肥具有增加植被覆蓋度、有效利用光熱資源、改良土壤理化性狀、增加土壤有機(jī)質(zhì)、增加土壤有益菌數(shù)量,并且能降低土壤pH等功效[35-37]。牛雅瓊等[38]研究發(fā)現(xiàn),翻壓不同種類的綠肥作物,土壤容重下降,土壤含水率、孔隙度、土壤養(yǎng)分等有不同程度的增加,且能提高獼猴桃的產(chǎn)量與品質(zhì),同時(shí)改善獼猴桃園的土壤條件。葉文斌等[39]研究表明,當(dāng)歸和馬鈴薯輪作后,可減少土壤中尖孢鐮刀菌數(shù)量,緩解連作障礙對(duì)當(dāng)歸正常生長的影響。并且種植綠肥,不僅改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu),增加有益菌的數(shù)量和活性,而且能重新建立土壤微生態(tài)系統(tǒng)平衡[40]。
根據(jù)中藥材的生長特性、生長環(huán)境及土壤條件等因素,選擇不同種類的綠肥對(duì)中藥材的生長及土壤改善程度存在差異。研究表明,牛膝輪作并施用牛膝全株綠肥,懷地黃連作障礙消減率為36.06%,且地黃根系活力呈上升趨勢,影響顯著[3]。并且不論種植牛膝與地黃進(jìn)行輪作,還是選用菊花進(jìn)行輪作,都可以消減連作障礙對(duì)地黃生長發(fā)育的影響,同時(shí)也能有效降低連作對(duì)地黃活性成分積累、產(chǎn)品加工品質(zhì)的影響[41]。仲彩萍等[42]研究發(fā)現(xiàn),黨參-馬鈴薯-蠶豆-綠肥輪作栽培模式,可顯著減少黨參根腐病的發(fā)生,使黨參每畝(1畝約等于667 m2)產(chǎn)量增加50 kg,純收益每畝增加538元。據(jù)報(bào)道,將金銀花與甘草套種,不僅能夠提高金銀花的產(chǎn)量和質(zhì)量,而且甘草作為豆科植物可以為金銀花提供充足的養(yǎng)分,從而達(dá)到“以藥養(yǎng)花”的目的,進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)效益。解有仁等[43]研究發(fā)現(xiàn),將豆科植物箭舌豌豆與枸杞進(jìn)行間、套作,箭舌豌豆有助于在開花結(jié)果時(shí)為枸杞提供氮、磷、鉀等養(yǎng)分,進(jìn)而提高枸杞產(chǎn)量和質(zhì)量。三七忌連作性強(qiáng),郭宏波等[44]分析認(rèn)為,三七水旱輪作時(shí),可以使土壤進(jìn)行干濕交替變換,有效降低連作障礙對(duì)三七生長的影響。特別是,前茬旱季種植豆科類作物或紫云英等綠肥,可以增加土壤肥力;在水季基肥中施用有機(jī)肥和秸稈或綠肥,可以確保土壤肥沃,保證三七有足夠的營養(yǎng)正常生長。趙楊景等[45]研究發(fā)現(xiàn),西洋參與紫蘇輪作效果較好,且在輪作時(shí)用紫蘇子作西洋參的肥料可提高西洋參的存苗率,增加生物學(xué)重量。周芳[46]研究結(jié)果表明,種植綠肥可促進(jìn)白術(shù)生長,提高白術(shù)存苗率、產(chǎn)量和品質(zhì),且種植綠肥后,白術(shù)根部細(xì)菌、放線菌數(shù)量增加,真菌數(shù)量減少,有效改善土壤微生物種群,為白術(shù)生長提供良好的土壤環(huán)境。
4" 展望
中藥材是中國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的重要組成部分,也是中醫(yī)藥事業(yè)傳承和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。我國中藥材栽培歷史悠久,具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在生產(chǎn)過程中,不僅要注重藥材產(chǎn)量,更要關(guān)注藥材品質(zhì)。中藥材的品質(zhì)往往取決于其藥用成分的含量,在臨床中有著舉足輕重的作用。隨著中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,中藥材的需求量不斷增加,解決中藥材連作障礙問題迫在眉睫。綠肥是天然有機(jī)肥料,能夠有效改善因連作障礙引起的土壤板結(jié)、土壤理化性質(zhì)改變,透氣性差等問題,減少CO2和有害氣體在根系周圍的積累,減少化感自毒物質(zhì)的積累,提高土壤保水、保肥能力,對(duì)緩解中藥材連作障礙的研究有重大意義。因此,綠肥在中藥材種植中具有廣闊的發(fā)展前景,深入研究綠肥種類、栽培技術(shù)及其對(duì)土壤環(huán)境和中藥材生長品質(zhì)的影響,可進(jìn)一步優(yōu)化中藥材綠色種植模式,提高中藥材產(chǎn)量和品質(zhì),推動(dòng)中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
目前,綠肥在發(fā)展過程中依然存在較多的問題。種植綠肥主要用于培肥地力、改善土壤性狀,直觀效益不明顯。并且受氣候、種植區(qū)域、綠肥種類、中藥材生長環(huán)境和土壤條件等多因素影響,綠肥種類的選擇、種植技術(shù)等缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)及配套措施,無法發(fā)揮綠肥最佳優(yōu)勢。我國綠肥種類繁多,缺少優(yōu)良的綠肥種質(zhì)資源,價(jià)格波動(dòng)幅度大,且隨著農(nóng)村勞動(dòng)力的大量流失,勞動(dòng)力成本增高,因此,農(nóng)民對(duì)于綠肥種植積極性不高;且種植綠肥后還需進(jìn)行相應(yīng)的田間管理,導(dǎo)致種植綠肥成本較高。同時(shí),為提高綠肥利用效率,綠肥翻壓與利用的時(shí)間對(duì)中藥材的生長和土壤改善質(zhì)量有重要的影響,并且綠肥翻壓后在腐解過程中,綠肥腐解速度受氣溫、微生物活性等因素影響,養(yǎng)分的釋放速度和數(shù)量可能不均勻,導(dǎo)致中藥材生長過程中可能面臨養(yǎng)分供應(yīng)不足或過剩的問題;并且部分綠肥所攜帶的病原菌及蟲害,若未進(jìn)行處理,直接在中藥材田中種植,可能會(huì)導(dǎo)致中藥材受病蟲害侵染及為害的風(fēng)險(xiǎn)增加,影響中藥材的品質(zhì)與產(chǎn)量;此外對(duì)于綠肥品種的選擇,不僅需要考慮中藥材生長條件及土壤環(huán)境,還需要考慮綠肥種植是否與中藥材存在競爭關(guān)系,避免綠肥無法為中藥材提供養(yǎng)分,且對(duì)中藥材生長空間和養(yǎng)分吸收造成影響。因此,科學(xué)合理地選擇綠肥并進(jìn)行翻壓和利用,進(jìn)一步探討與優(yōu)化綠肥在中藥材生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù),降低綠肥種植成本,加強(qiáng)政策引導(dǎo)和技術(shù)支持,推動(dòng)綠肥在中藥材種植的應(yīng)用,以推動(dòng)中藥材生態(tài)種植模式的發(fā)展,提高中藥材產(chǎn)量和品質(zhì),實(shí)現(xiàn)中藥材產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展。
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基金項(xiàng)目:財(cái)政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-21);甘肅省青年科技基金(22JR11RA285)
第一作者簡介:常瑜(1994-),女,碩士,助理研究員。研究方向?yàn)橹兴幉挠N與栽培。