无公害黄连栽培技术体系探讨△

刘丹，吴田泽，孟祥霄，崔宁，汪波，刘霞*

(1.武汉理工大学 化学化工与生命科学学院，湖北 武汉 430070；2.中国中医科学院 中药研究所，北京 100700；3.湖北省药品监督检验研究院，湖北 武汉 430075)

黄连是我国常用的中药之一，《中华人民共和国药典》(《中国药典》)2015年版一部收载的黄连来源于毛茛科植物黄连CoptischinensisFranch.、三角叶黄连CoptisdeltoideaC.Y.Cheng et Hsiao 或云连CoptisteetaWall.的干燥根茎，具有清热燥湿、泻火解毒的功效[1]。黄连的主要成分为多种生物碱，包括小檗碱、黄连碱、甲基黄连碱、巴马亭、药根碱和表小檗碱、木兰花碱及阿魏酸等。现代药理研究发现黄连具有抗癌、抗菌、抗病毒、改善心血管疾病、降血糖、抗高血压等功能[2]。黄连商品主要来源于栽培品种味连，分为“鸡爪连”、“单枝连”两种，“鸡爪连”是药农采收加工的味连商品，“单枝连”是药商对“鸡爪连”进行二次加工的味连商品。味连产于重庆石柱、南川,湖北利川、宣恩、来风、恩施等地的，称“南岸连”，产量大[3]；产于重庆城口、巫溪, 湖北房县、巴东、竹溪、竹山等地者，称“北岸连”，产量少[4-5]。雅连、云连生长条件要求高、栽种难度大，产量不高，种植经济效益低，1980年以后栽种面积急剧减少。本文通过药用植物全球产地生态适宜性区划信息系统(GMPGIS)指导选地、结合土壤综合改良措施整地、良种繁育、合理施肥、病虫害综合防治技术等研究，制定出一套适用于黄连无公害栽培的技术体系，促进黄连无公害种植产业的健康发展[6]。

1 黄连无公害栽培对生态环境要求

1.1 黄连生长习性及对生境条件的要求

黄连为多年生草本，喜高寒气候，低海拔山区气温高，黄连生长快，茎叶繁茂但根茎不充实，品质较次，易染病。黄连喜阴，怕强光照射，苗期最怕强光，需控制适当的荫蔽度，忌高温和干燥；喜水，因其叶面积大，蒸腾量大，需要较多水分补充；喜肥，栽培需大量肥料。黄连对土壤要求较高，以土层深厚、肥沃、疏松、排水良好、富含腐殖质的壤土为佳，粗沙土和黏重的土壤不宜栽培。土壤酸碱度以pH 5.5～7.0为宜，忌连作。

三角叶黄连为多年生半阴性草本，喜湿润的土壤和气候，不耐旱也不耐涝，忌高温、干旱，忌强烈阳光。三角叶黄连在强光直射下，植株很快枯萎；在过于荫蔽的环境中，生长纤细柔弱，易患病害。三角叶黄连在人工栽培时需搭棚遮阴，随着苗龄增长，需不断调节其所需的荫蔽度或透光度。三角叶黄连对土壤要求较严，以表土疏松肥沃、土层深厚、排水和透气性良好、富含腐殖质的中壤土和轻壤土为佳，土壤pH 5.5～7.0为宜，过酸或过碱、过砂或过黏的土壤均不宜种植。

云连为多年生草本，喜湿润的土壤和气候，土壤以富含腐殖质、偏酸性(pH 4～5)为佳，由花岗岩、花岗片麻岩、片麻岩、砂页岩及粉砂质泥岩发育而成的黄棕壤、棕壤和暗棕壤等为主。

无公害黄连生产选择在生态环境条件良好的地区，产地区域和灌溉上游无或不直接受工业“三废”、城镇生活、医疗废弃物等污染，避开公路主干线、土壤重金属含量高的地区。不能选择冶炼工业(工厂)下风向3 km内，且空气环境质量应符合相关种植要求。无公害中药材生产要根据每种中药材生物学的特性，依据《中国药材产地生态适宜性区划(第二版)》进行产地的选择[7]。

1.2 适宜产区

黄连主要分布于湖北、重庆、四川、贵州、山西等省市，湖北、重庆、四川等省市有大量栽培。历史上湖北利川及重庆石柱、巫溪、城口等地为“味连”道地产区，生于山地林中阴湿处或山谷阴处。年降水量处于800 mm以上是湿润气候，从表1中可以看出，黄连生长区域的年降水量在792～1803 mm，年平均气温为7.1～17.7 ℃，平均光照122.165～135.654 W·m-2，表明黄连喜生长于湿润、低温凉爽、阴暗的环境。

三角叶黄连主要分布于四川省西南部，主产于峨眉山、洪雅、马边、宝兴、雷波等县市，多生长于山地林下、常绿阔叶林和针阔混交林中。从表1中可以看出，三角叶黄连生长区域年降水量在951～1711 mm，年平均气温大概都是8.5～17.6 ℃，平均光照128.003～132.607 W·m-2，表明三角叶黄连喜生长于湿润、低温、阴暗的环境。

云连主要分布于云南省西北部，主产于云南省德钦、福贡、碧江、贡山、泸水、腾冲、维西、剑川和西藏自治区察隅等县市，多生长于常绿阔叶林和针阔叶混交林下的陡峭山坡等阴湿环境中。从表1中可以看出，云连生长区域年降水量在1095～2001 mm，年平均气温大概都是9.5～18.4 ℃，平均光照147.157～150.205 W·m-2，表明云连喜生长于湿润、低温、阴暗的环境。

基于GMPGIS系统，选取道地产区、主产区黄连401个样点进行分析，得到了黄连的19项生态适宜性因子(见表1)，包括年生长期均温、最冷季均温、最热季均温、年均温、年均降水量等气候因子值和土壤类型[8]。黄连的土壤类型主要以高活性强酸土、红砂土、黑钙土、潜育土、薄层土、低活性淋溶土、粗骨土等为主。同样基于GMPGIS系统，选取道地产区、主产区三角叶黄连156个样点、云连140个样点进行分析，得到了三角叶黄连、云连的主要生长区域的生态因子值(见表1)。三角叶黄连的土壤类型主要为高活性强酸土、人为土、始成土、淋溶土、粗骨土等；云连的土壤类型主要为强淋溶土、高活性强酸土、人为土、淋溶土、低活性淋溶土等。这些生态因子值，可为黄连生产基地的选址提供指导。

表1 黄连、三角叶黄连、云连生长区域气候因子值

注：数据来源于参考文献[7]。

1.3 土壤养分条件

根据黄连的主要生物学特性和生产需要，种植黄连以选择土层深厚、灌排水良好、疏松肥沃、富含腐殖质层的壤土为宜。

栽培地要选择在海拔1200～1800 m的林地或林间空地、半阴半阳地，坡度在15°～25°，或在杉木、日本柳杉林下进行育苗栽植，或与川牛膝等高海拔栽种药材进行轮作[9]。彭锐和李隆云开展了黄连药材质量与环境因素相关性研究，结果表明，黄连小檗碱与土壤养分的关联度为pH>全K>缓效K>速效N>有机质>全N>全P>微量元素(Fe、Zn、Cu、Mn、Ca、Mg、S)；黄连碱与土壤养分的关联度为pH>全K>缓效K>有机质>速效N>全N>全P>微量元素；黄连巴马汀与土壤养分的关联度为pH>全K>缓效K>有机质>速效N>全P>全N>微量元素；黄连药根碱与土壤养分的关联度为pH>全K>缓效K>速效N>有机质>全N>全P>微量元素；黄连综合指标与土壤养分的关联度为pH>速效N>全K>有机质>全N>缓效K>全P>微量元素[7]。

2 无公害黄连优良品种选育

针对黄连生产情况，选择适宜当地抗病、优质、高产、商品性好的优良品种，尤其是对病虫害有较强抵抗能力的品种。病虫害一方面造成产量和品质的降低；另一方面使用化学农药来防治病虫害，不仅增加成本且污染环境，还会通过食物链使产品中残留的农药进入人体而产生毒害，危及到人体健康[10-11]。

选育优质高产抗病虫的新品种是无公害黄连生产的基础，当前主要采用传统选育方法，该选育方法利用外在表型结合经济性状通过多代纯化筛选，实现增产或高抗的目的，然而该方法选育周期长、效率低。采用现代生物分子技术选育优质高产抗病虫的黄连新品种，可以有效缩短选育时间，加快选育的效率，进而保障无公害黄连生产[12]。

针对育苗移栽，选取无病原体、健康的繁殖体作为材料进行处理。针对种子繁殖的黄连，从无病株留种、调种，剔除病籽、虫籽、瘪籽，种子质量应符合相应黄连种子质量标准要求。对于分株繁殖苗源选择3、4年生黄连，将根茎处分枝分离出来进行繁殖，其方法和时间与上述育苗移栽一样[13-14]。

3 无公害黄连规范化栽培体系

无公害黄连生长期间，采取适当的农艺措施有利于黄连的健康生长。在种植前对黄连的种植地进行翻耕、晒垄、土壤消毒等处理；栽种时合理配置株行距，优化群体结构：参照黄连的种类、品种、株型、最适叶面积系数、种植季节、水肥状况等因素，对种植密度、种植规格等详细分析，然后构建一个由苗期到成熟期的合理群体结构；在生长期间，采取中耕、松土、除草等措施，可以有效防止田间病、虫、草害，消灭病、虫寄主，有助于降低虫害的发生率[15]。

3.1 土壤改良

地选好后清除灌木杂草，可堆集到一起处理转化成基肥。翻耕25 cm，整平地表，做高床育苗(见表2)。

表2 无公害黄连生产的土地改良

3.2 优良种子繁育

黄连的种植中，特别需要播种和移栽[16]，其以种子繁殖为主，应在播种时严格检查，使其在贮藏过程中质量得到保证；移栽的时间也要把握准确，确保黄连的成活率。

播种时需进行湿沙层积储藏，储藏后需经常检查，特别是在头2个月，需每隔3～5 d检查1次，发现霉变应立即将种子淘洗后与沙混合再储藏。9月份后，气温逐渐降低，可1个月检查1次。用这种储藏方法加上按时检查管理，可以延长到11月至次年1月，种子质量不受影响。黄连移栽有3个时期[17](见表3)。

表3 黄连移栽状况

3.3 田间综合农艺管理

黄连地内极易生长杂草，尤以轮作的熟地杂草更多。中耕除草是种植黄连的基本操作，移栽当年和次年，做到除早、除小、除净。每年结合中耕除草4～5次；第三、四年每年除草3～4次；第五年除草1次。

黄连在移栽当年秋季与第二年春季各补苗1次，采用8 cm以上株高、6片以上真叶的健壮苗进行补种，保证与其他苗生长一致。适当的荫蔽是黄连生长的必要条件。随着黄连苗龄增长，应逐年减少荫蔽度，增加光照，抑制地上部分生长，促使养分向根茎转移，增加根茎产量。移栽当年需要70%～80%的荫蔽度；第二年起荫蔽度逐年减少10%左右，到第四年荫蔽度减少到30%～50%。第五年调节到20%左右。采用水泥桩、铁丝、竹木条、秸秆、遮阳网等材料进行搭建阴棚[18]。黄连除留种株外，在植株苗移栽后第二年起，均在抽薹时摘除花薹。

黄连减少过桥的形成方法：第二、三年需培土2次，用细碎的腐殖质土撒盖于畦面，每次约1根筷子宽的厚度，这样黄连根茎每年可增长两根筷子(约1指)宽的高(长)度，且不易形成过桥，第四年培土1次，第五年不培土。如培土过厚，则易形成较长“过桥”[2]。

无公害黄连的采收期依据每种物种的类型选择适宜的采收期。无公害黄连原料的装运、包装环节避免二次污染，需要清洗的原料，清洗水的质量要求必须符合GB3838地表水环境质量标准的Ⅰ～Ⅲ类水指标。需要干燥的无公害黄连原料，需依据每种药材类型及要求，采用专用烘烤设备或专用太阳能干燥棚等进行干燥。

3.4 无公害黄连施肥方法

无公害黄连施肥应坚持以基肥为主、追肥为辅和有机肥为主、化肥为辅的原则。使用肥料的原则和要求、允许使用和禁止使用肥料的种类等按DB13/T 454执行[19-20]。针对性施用微肥，提倡施用专用肥、生物肥和复合肥，重施基肥，少施、早施追肥[21-24](见表4)。无公害黄连施肥方法分为浅施与深施两种。根系浅的地块和不易挥发的肥料宜适当浅施；根系深和易挥发的肥料宜适当深施。化肥深施，既可减少肥料与空气接触，防止氮素的挥发；又可减少氨离子被氧化成硝酸根离子，降低对黄连的污染。采收前不能施用各种肥料，防止化肥和微生物污染。

4 无公害黄连病虫害综合防治

无公害中药材病虫害防治按照“预防为主、综合防治”的植保方针，以改善生态环境，加强栽培管理为基础，优先选用农业措施、生物防治和物理防治的方法，最大限度地减少化学农药的用量，以减少污染和残留[25-26]。

生产过程遵循有害生物防控物质的选用原则、农药使用规范和无公害黄连农药与重金属残留要求，建立以农业措施、物理防治、安全低毒化学防治、生物防治相结合的综合防治体系。发展无公害黄连生产，本着经济、安全、有效、简便的原则，优化协调运用农业、生物、化学和物理的配套措施，达到高产、优质、低耗、无害的目的。

4.1 农业防治

因地制宜地选用抗病品种，实行轮作、间作、套作、翻耕等耕作措施。轮种作物应选择不同类型、非同科同属的作物，避免有相同的病虫害。翻耕可促使病株残体在地下腐烂，同时也可把地下病菌、害虫翻到地表，结合晒垄进行土壤消毒。深翻还可使土层疏松，有利于根系发育。适时播种、避开病虫危害高峰期，从而减少病虫害。清洁田园应及时拔除、严格淘汰病株，摘除病叶并移出田间销毁，可以减少再侵染源。

合理配置株行距，优化群体结构；种植密度的规划是为了让黄连有足够的生长空间，同时生长期间有足够的营养吸收，确保农作物稳定健康地生长。一般情况下，需要参照黄连的种类、品种、株型、最适叶面积系数、种植季节、水肥状况等因素，对种植密度、种植规格等详细分析，然后构建一个由苗期到成熟期的合理群体结构，让黄连植株之间能够维持良好的透光状态，特别是植株下部的光照条件，提高植株抗性，消除发病的局部小气候条件，为植物营造更加优越的生长环境，有效抵制种植病害的发生。黄连生长期间要采取中耕、松土、除草等措施，可以有效防止田间病、虫、草害，消灭病、虫寄主，有助于降低虫害的发生率。

表4 无公害黄连生产肥料施用方法

注：施肥方法来源于文献[24]。

水、肥、光协调促控等栽培技术措施促进黄连健壮生长，最大限度减少黄连病虫害的发生与蔓延，减少农药用量。水分排放或供应不及时则会导致黄连病害、死亡等问题。排灌环节需要处理的问题包括：灌溉水的质量要满足标准要求；所选用的排灌方法要保证良好的水分利用率、田间湿度等，并且控制好灌溉的数量；灌水的时间应根据种植区域的具体情况而定，如：水分临界期、最大需水期、病虫草害等。腐熟有机肥可改善土壤结构，避免沤根，增强根际有益微生物的活动，减少病害发生。所用的肥料必须要达到黄连生长的实际需要，保证足够数量的有机物质返回土壤，控制好每次施肥的用量和养分比例，从而维持良好的生长质量。光对黄连生长发育起到重要作用，根据黄连具体类型采取增加或降低遮阴度等调控措施，使其光合作用达到最佳状态，进而有利于达到优质、高产、高效的栽培目标[27]。

4.2 物理防治

根据病害对物理因素的反应规律，利用物理因子防治病虫害，可不用农药、避免污染。例如：通过覆膜方式利用太阳能提高土层温度，进而抑制病害；使用黑光灯、高压汞灯、双波灯、频震式杀虫灯等诱杀害虫；使用防虫网防虫等。利用趋避性亦可进行病害防治：如使用黄板或白板诱杀害虫；铺挂银灰膜驱蚜防病；用糖醋液诱集夜蛾科害虫等[28]。

4.3 生物防治

利用生物天敌、杀虫微生物、农用抗生素及其他生防制剂等方法对黄连病虫害进行生物防治，可以减少化学农药的污染和残毒。

生物防治方法主要包括：以菌控病(包括抗生素)：以黄连抗病诱导剂、多抗霉素、农用链霉素及新植霉素等抗生素防治黄连病害。以虫治虫：利用瓢虫、草蛉等捕食性天敌或赤眼蜂等寄生性天敌防治害虫。以菌治虫：利用苏云金杆菌(Bt)等细菌，白僵菌、绿僵菌、蚜虫霉等真菌，阿维菌素、浏阳霉素等抗生素防治病虫。植物源农药：利用印楝油、苦楝、苦皮藤、烟碱等植物源农药防治多种病虫害。此外，活性菌有机肥(EM菌剂、酵素菌等)作基肥或叶面肥，即增肥又防病。

4.4 化学防治

针对病虫种类科学合理应用化学防治技术，采用高效、低毒、低残留的农药，对症适时施药，降低用药次数，选择关键时期进行防治。化学药剂可单用、混用，并注意交替使用，以减少病虫抗药性的产生，同时注意施药的安全间隔期。在无公害黄连种植过程中禁止使用高毒、高残留农药及其混配剂(包括拌种及杀地下害虫等)。农业部第199号公告规定：六六六，滴滴涕，毒杀芬，二溴氯丙烷，杀虫脒，二溴乙烷，除草醚，艾氏剂，狄氏剂，汞制剂，砷、铅类，敌枯双，氟乙酰胺，甘氟，毒鼠强，氟乙酸钠，毒鼠硅等18种农药全面禁止使用。明确规定：甲拌磷、甲基异柳磷、特丁硫磷、甲基硫环磷、治螟磷、内吸磷、克百威、涕灭威、灭线磷、硫环磷、蝇毒磷、地虫硫磷、氯唑磷、苯线磷14种高毒农药不得用于中草药材上。农业部第274号公告规定：甲胺磷、甲基对硫磷、对硫磷、久效磷和磷胺5种高毒农药全面禁止使用。农业部第1586号公告规定：苯线磷、地虫硫磷、甲基硫环磷、磷化钙、磷化镁、磷化锌、硫线磷、蝇毒磷、治螟磷、特丁硫磷10种农药于2013年10月31日停止销售和使用[3]。

无公害黄连种植中允许使用安全、低残留的化学农药进行病虫害防治。虫害可采用吡虫啉、抗蚜威、阿维菌素、噻虫嗪等化学农药；白粉病、黑斑病、圆斑病等可采用戊唑醇、嘧菌酯、异菌脲、甲基硫菌灵等农药进行防治；疫霉病、猝倒病等可采用霜脲·锰锌、嘧霉胺、烯酰·锰锌等农药进行防治；枯萎病可采用多菌灵或甲基托布津可湿性粉剂进行防治；炭疽病可选用甲基托布津可湿性粉剂进行防治(见表5)。

表5 无公害黄连种植中病虫害化学防治方法

科学合理施用农药，在充分了解农药性能和使用方法的基础上，根据防治病虫害种类，选用合适的农药类型或剂型；同时根据病虫害的发生规律，严格掌握最佳防治时期，做到适时用药。

5 制定无公害黄连中药材质量标准

无公害黄连是指农药、重金属及有害元素等多种对人体有毒物质的残留量均在限定范围以内的黄连。无公害黄连质量标准包括药材材料的真伪、农药残留和重金属及有害元素限量、总灰分、浸出物、含量等指标。

黄连真伪可通过形态、显微、化学及基因层面进行判别[29]，《中华人民共和国药典》2015版对药材进行了详细的描述；基因层面的鉴定使用DNA条形码分子鉴定技术，参照《中国药典中药材DNA条形码标准序列》的方法和规定。杂质、水分、总灰分、浸出物、含量等质量指标参照《中华人民共和国药典》2015版检测方法及规定。

本标准规定无公害黄连农药残留和重金属及有害元素限量，包含艾氏剂、毒死蜱、氯丹、五氯硝基苯等42项高毒性、高检出率的农药残留限量，铅、镉、汞、砷、铜重金属及有害元素限量。无公害黄连农药残留和重金属及有害元素限量应达到相关药材的国家标准、地方标准以及ISO等相关规定。通过多年来黄连产地、市场、进出口检验等数据分析，并参考《中华人民共和国药典》、美国、欧盟、日本及韩国对黄连的相关标准以及ISO18664：2015《Traditional Chinese Medicine-Determination of heavy metals in herbal medicines used in Traditional Chinese Medicine》、GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染限量》、GB 2763—2016《食品安全国家标准 食品中农药最大残留限量》等现行标准规定。

6 讨论

无公害栽培是当前中药材种植产业发展的基础要求，生产基地的环境是无公害中药材种植的基础条件，植物生长发育所需的土壤、水分、空气的质量好坏直接影响中药材产品是否能够达到无公害标准，种植过程中重金属污染、化肥、农药和生长调节剂滥用等[30]，严重威胁到用药者的生命安全。因此，在继续推行中药材GAP的前提下，建立适合中药材种植特点的无公害产地环境质量标准，符合当前时期中药材种植向无公害方向发展的重要需求[31]。面对中药材无序引种栽培导致的药材成活率低和品质下降等问题，建立针对中药材生长发育特点的生态位模型，符合我国中医药产业的发展需要。GMPGIS填补了中药材生态位模型的空白，还需要考虑《环境空气质量标准》应达到GB/T 3095—2012一、二级标准值要求，种植地土壤必须符合GB 15618—2008一级或二级标准要求，灌溉水的水源质量必须符合GB 5084—2005的规定要求，肥料使用参照NY/T 393—2000《绿色食品肥料使用准则》，农药使用参照NY/T 393—2013《绿色食品农药使用准则》、GB 12475—2006《农药贮运、销售和使用的防毒规程》中销售和使用的防毒规程、NY/T 1667(所有部分)农药登记管理术语。农药、重金属及有害元素限量应达到无公害中药材限量通用标准[32]；还要考虑种植的土壤肥力、微量元素、土壤微生物等因素[33]。

无公害栽培的科学性和准确性在近年来的中药材种植生产实践和科学研究中得到了验证，已成为指导中药材生产基地选址的重要辅助手段，GMPGIS的推广与运用有利于中药资源的可持续发展[34-36]。中药材产地生态适应性区划方法和无公害中药材产地环境质量标准建立只是无公害中药材生产的源头，最终获得无公害人工种植中药材，还需要多学科手段的精确指导，以及优质种苗、田间管理、病虫害防治、收获运输等方面的配合[8]。基于DNA条形码和化学指纹图谱的中药材全程质量追溯系统为无公害药材实现安全、有效、稳定和可控提供保障。因此，有必要加强组学研究，为中药材新品种优质基因筛选提供标记，建立中药材综合育种技术，加快育种进程[37]。一系列相关标准的建立和详细操作规程的制定是人们能够用上优质放心药的前提基础，同时也符合中药材种植产业的发展趋势。

黄连生长对环境要求苛刻，光照强度、温度、水分生理和施肥时机把握是以后栽培生理学研究的重点，也是实现黄连标准化种植、提高产量和品质的主要途径。黄连根系是植物吸收水分和无机盐的主要部位，如果黄连根系内部因黄连素等化合物沉积而与矿质离子结合或者拮抗，阻碍矿质离子在植物体内的输导，影响矿质离子在生理代谢过程中的作用[38]；那么黄连水分生理和施肥时机的把握研究将成为今后提高产量的新思路。根据已有研究成果，从黄连的根系结构、组织化学结合水肥一体化来研究如何提高黄连的产量和质量，是今后黄连药材标准化种植的重要研究方向，确保中药生产全程质量的安全、有效、稳定、可控，推动中药材种植走向精细化时代，保障药材种植的良性发展[39-41]。