菊芋的功能与栽培管理

张嫒 胡宇倩 曹文慧 彭建伟

导读：菊芋被称为“21世纪人畜共用作物”，其在改善生态环境、医疗保健以及工业原料等方面有着重要作用。通过合理种植和精细的人工管理，可以获得高产量和高品质的菊芋。本文主要从菊芋的生物学性状、特征、功能、应用价值及高产优质栽培方面进行了综述，以便为菊芋的生产应用提供参考。

菊芋（HelianthustuberosusL.），又名洋姜、鬼子姜，是菊科向日葵属多年生宿根型草本植物，因其地上似菊，地下似芋，故称菊芋。其耐寒、耐旱、耐涝能力特别强，不但可以食用、制药，而且具有第二代生物燃料的特征，具有非常好的应用前景，被联合国粮农组织官员称为“21世纪人畜共用作物”。菊芋在我国大部分地区都可栽培，近年来，由于其特有的食用、制药等价值，栽培面积有扩大的趋势，因此笔者就我国菊芋的高产优质栽培技术等进行了综述，以便为菊芋的生产栽培提供参考。

1 菊芋的性状及特征

菊芋茎秆直立，上部多有分枝，被白色短糙毛或者刚毛，高2～4m，叶通常对生，有叶柄，上部叶互生且呈螺旋状均匀排列于茎秆上，下部叶为卵圆形或者卵状椭圆形，先端钝尖、边缘为锯齿状，叶面粗糙，叶背有短毛，叶柄上部有狭翅，茎秆呈扁圆形，具有不规则突起。头状花序较大，单生于枝端，秋天开花，小花为黄色管状，无香味也无异味。瘦果小，锲形，具毛。块茎多呈不规则纺锤形或瘤状，按照块茎的皮色主要分为白皮、浅红皮和紫红皮3个类型，肉质皆为白色，部分品种可以在地下休眠越冬。主要分布在北美温带区域，以块茎繁殖为主，其块茎中含有大量的菊糖、果糖以及低聚糖，是生产糖类的上等原料[1]。

菊芋第一次出现在人们的视野是在2个世纪之前，当时菊芋作为经济作物从北美引进到欧洲，之后才逐渐被人们所认识。荷兰、西班牙、德国以及英国等一些欧洲国家将菊芋作为经济作物广泛种植。菊芋适应能力强，耐寒、耐旱、耐瘠薄，对土壤要求不严格，因此可以种植在我国各个省份，但大部分集中在东北、西北等地区。

2 菊芋的功能及应用价值

2.1 功能

①改良土地 我国盐碱地分布广泛，约占国土面积的1/4[2]。盐胁迫对植物最大的为害是抑制生长，过多的钠离子通过影响光合产物的积累进而影响植物的生物产量。菊芋的耐盐碱性不仅使其能在盐碱地正常生长，而且可以吸收土壤里的盐碱离子，长期种植还可以降低土壤的盐碱性[3]。钱寿福等[4]研究发现，菊芋能够改良土壤的理化性状，提高土壤的利用能力；夏天翔[5]用海水对菊芋进行灌溉发现，菊芋茎部有明显贮藏钠离子和氯离子的能力；赵耕毛等[6]也对菊芋进行海水灌溉，发现与未灌溉处理相比，灌溉25%和50%的海水可明显提高产量；杨君等[7]通过对海水灌溉下不同种植密度对菊芋性状及产量的研究发现，植株间距50cm、行距70cm时产量最高。而且随着栽培密度的增大，菊芋的除盐能力增强。除此之外，菊芋茎叶凋落死亡落入泥土，可增加土壤有机质含量，进而培肥地力，提高土壤孔隙度、含水率，降低土壤容重。

②防风固沙，防止水土流失 菊芋有很强的耐旱能力，即使在荒漠地区只要沙土的覆盖厚度不超过50cm都可以生长，而且菊芋有着长达2m的根系，可以吸收深层水分。菊芋根系每年可以普通植物根系20倍的速度繁殖，根系组织十分发达，可以深深地扎根于土壤中，具有较强的抗旱能力。在荒漠地区，菊芋的根系相互连接成片能够固定沙土，同时由于其叶片生长茂盛可以防风，所以具有防风固沙的功能。刘军政等[8]在黄土高原上对2块坡度相同的山坡分别进行种植菊芋和没有种植菊芋对比试验，发现种植了菊芋的山坡土壤流失率低，因此证明了菊芋可以防止水土流失。

③美化环境 菊芋叶片形状多种多样，叶色从嫩绿到深绿，花色为金黄色，因此可以在春季观叶、夏季观花，是一种优良的观赏植物。城市大面积种植有利于形成观赏带，充分发挥整体观赏的优势。另外，菊芋开花多，花期长，也可用作插花材料，而且适当摘花有利于块茎产量的提高。

④金属离子的吸附 罗安凯[9]通过研究菊芋茎叶对Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Ag6种重金属离子的研究发现，菊芋茎叶对6种金属离子的去除率随着pH值的升高而增大，在pH值=4时，其去除率达到最大；随着温度的升高，其去除效果也随之提高，但高温条件对菊芋茎叶吸附有阻碍作用。

除以上所述功能之外，菊芋的茎秆还可以用作薪柴和造纸，其整株植物可以通过发酵产生沼气。

2.2 应用价值

①药用价值 在我国传统农业发展中，蔬菜产业占有重要的地位，不仅因为蔬菜具有食用价值，也因为其独特的药用价值，如花菇有治疗食欲减退、少气乏力等功能[10]；芦笋有清肺解毒、防止癌细胞扩散等功能[11]。菊芋块茎中含有菊糖（表1），菊糖又叫菊粉[12]，其分子结构是由许多果糖分子聚合而成，因而具有低聚果糖的功能特性。果糖与其他单糖最明显的区别是其血糖指数低——仅有23，远远低于葡萄糖（100）和蔗糖（65）的血糖指数，但是甜度却比蔗糖高1.0～1.5倍。菊糖在口腔、胃以及小肠中都不会被消化分解，所以不会被人体吸收利用，仅部分在结肠中被双歧杆菌等发酵分解产生少量的热量。由于其热值低，不被人体吸收，不会引起血糖含量的升高，所以可作为糖尿病患者的功能性食品加以应用推广[13~17]。Tomomatsu[18]对菊芋生理功效进行了一系列研究，通过让志愿者长时间食用一定量的低聚果糖，发现志愿者结肠中的次胆汁酸含量下降。Delzenne等[19]通过研究发现，天天食用含10%低聚果糖的食物能明显增加Ca、Zn、Mg、Fe等矿物质的吸收。除此之外，菊芋的绿叶也可以被用来治疗骨折、肿胀、疼痛等；菊芋花制成茶后可以抗氧化、降脂降糖等。

②饲用价值 菊芋生长速度快，收获产量大，其营养价值与玉米十分接近，是一种优质的饲用植物。菊芋的新鲜块茎中含有较多无氮浸出物和蛋白质，具有很高的营养价值，适合喂养猪、羊、牛等。在生长旺盛季节可以收获地上部分用作青饲料，或者在收获季粉碎制成干饲料。此外，菊芋富含的菊糖作为饲料添加剂可以提高动物免疫力，降低得病率，减少动物血清中的胆固醇和甘油三酯含量。

表1 菊芋块茎的主要成分

③食用价值 菊芋块茎耐储存，含有丰富的氨基酸、糖和维生素等。我国南北方皆有传统的食用方式，南方一般泡菜，而北方腌制成菜，无论腌制还是泡制都能长久保持脆嫩口感。同时，由于块茎中菊糖含量高，所以可以用来制作糕点、糖果等。

图1 利用菊芋块茎生产乙醇的2种路线

④生物燃料 目前，我们使用的主要能源是原油、天然气和煤炭，而这些能源的储存和资源都是有限的。据国际能源机构统计，如果我们对这些有限能源的利用不加以节制，那么这3种能源供人类开采的年限仅有40年、50年和240年，因此寻求新的替代能源已经是人类发展中的紧迫问题。菊芋块茎中含有果糖，果糖可以发酵产生乙醇，产量相当于利用甘蔗和玉米生产乙醇的两倍。乙醇被誉为绿色石油，因为它不仅是良好的代用燃料，同时也可以提高汽油的燃烧质量。冯迪科研团队通过对菊芋生产酒精的多年研究，已经在生产率上有了很大的提高[20]。中国科学院大连化学物理研究所以菊芋为原料，用微生物发酵生产出了生物柴油[20]。用Kluyveromycesfragilis或K.marxianus几乎能够完全将菊粉发酵成乙醇。利用菊芋块茎生产乙醇一般有2种路线，即分步水解和发酵（SHF）、同步糖化和发酵（SSF）[21]，如图1所示。

3 菊芋的栽培管理

3.1 品种选择

我国主要菊芋种植品种为青芋1号、青芋2号和青芋3号，其中青芋2号具有耐贫瘠、耐旱、耐寒、适应性强等优良特点，所以被广泛种植，现在已经成为北方地区的主要栽培品种。除上述品种以外，近年来也选育了一些地方性优良品种，如湖南衡阳白皮洋姜（菊芋）、四川洋姜（菊芋）、江西红皮菊芋、南菊芋1号、红光-窝猴等。

3.2 土壤选择

菊芋耐寒耐旱、适应性强，所以对于土壤要求不严格，但是选择的土地要求是熟地、地势较高、土层深厚、疏松且排灌良好，前茬最好为大豆和玉米。一些土壤条件差的地块也可以种植，但是在产量和品质上与土壤优良的地块相比会有差异，因此选择地力不好的土壤种植需要及时灌溉、合理施肥来提高菊芋的产量和品质。

3.3 整地施基肥

菊芋宜选择疏松的土壤进行种植。种前需于秋冬季深翻冻土，熟化土壤。在栽种前10～15天，平整土地施足基肥，施30000kg/hm2有机肥或1500～2250kg/hm2腐熟饼肥、375～450kg/hm2草木灰和225～300kg/hm2过磷酸钙，基肥也可以选择在播种时穴施。

3.4 适时播种

菊芋选择垄作种植，土壤墒情好时播种深度宜浅，15～20cm即可，墒情差时应深播20～25cm，沙地播种25～30cm。播种时期分为春秋两季，一般选择秋季播种，可以保温保水。不同地区由于气候、菊芋品种等的不同，播种时期有差异，华北地区一般在3月上中旬播种，长江以南可以在3月下旬4月上旬。菊芋主要以块茎繁殖，除此之外还有种子繁殖、扦插繁殖和组织培养[23]。播种时选择合适大小的种薯，一般种芋质量20～30g时菊芋产量达到最大[24]。对于较大的种薯，可以切成小块后播种，但是要保证每块至少有1个健康的芽眼，切块时要对切刀进行消毒，切块后用0.8%高锰酸钾溶液浸种或用草木灰拌种。

3.5 播种密度

表2 不同土壤肥力下菊芋的种植密度

合理密植对菊芋获得高产有重要的作用，肖桂龙等[25]通过3年大规模种植菊芋总结出不同土壤肥力下菊芋的种植密度，具体见表2。

3.6 田间管理

①中耕除草 菊芋播种30天左右即出苗，苗期需进行除草。当株高5～10cm时进行第一次除草，主要目的是壮苗；15cm左右时第二次除草，拔除菊芋侧枝和余蘖，使养分集中供应主苗。当茎叶高30cm以上时，菊芋能够自控杂草的生长，不需要除草，较高杂草拔掉即可。

②打顶除蕾 如果菊芋生长过于茂盛，在株高60cm时摘心打顶，防止徒长。7月中旬打偏杈，8月下旬随时摘除花蕾，一般10天2次，有利于块茎膨大和充实。

③浇水灌溉 菊芋虽然耐旱，但是幼苗期和现蕾开花期这2个关键时期不能缺水。苗期缺水时植株生长缓慢，现蕾开花期缺水时影响地上部同化产物向地下部运输和积累，从而影响块茎的膨大。如遇长期干旱，叶片发黄发蔫时也需要及时补充水分，但不宜浇太多，以防烂根。

④培土 当菊芋株高30cm时应培土，以防遭遇恶劣天气时植株歪倒，并挖沟排水，以防土壤湿渍导致植株发病。

⑤追肥 菊芋生长期需肥量大，除基肥外，还需要追肥2次。第一次在5月中下旬，施尿素150kg/hm2左右，促进幼苗生长，多发新枝叶；第二次在8月上中旬，施复合肥或者硫酸钾150～225kg/hm2，促进植株健壮和块茎膨大，增强抗倒伏能力，促使光合产物向块茎部位运输、积累。

⑥病虫害防治 菊芋生长过程中很少有病虫害，但也要细心管理，如发现病害则需及时处理，地下害虫如蛴螬、金针虫、地老虎等，也可每667m2用50%辛硫磷100～200g拌土5kg撒施，之后翻入土中。

3.7 收获贮藏

菊芋收获期在10～11月，收获时选择晴天或无雨天气，先收地上部分后收地下块茎，挖时要小心，防止损伤块茎。菊芋贮藏时，在秋季挖浅窖，长宽依块茎数量而定，窖中放一层块茎随即覆一层土，保持湿度和良好的通气状况，最上面用土封好，大约高出地面17cm。如果第二年春季要用菊芋，可以在秋季割去茎秆留下块茎，待第二年春季时早些取出。

4 展望

菊芋作为能源植物，生长速度快，抗逆性强，田间管理粗放简单，种植条件广泛，还能够改善生态环境，是一种具有药用、食用和工业原料的经济作物。目前国内外关于菊芋的研究主要集中在生长条件和利用现代生物技术深加工两方面。虽然对菊芋的某些部分如块茎进行了多种用途的研究[26]，但是缺乏对其他部位如秸秆的研究，所以今后我们要致力于菊芋整体功能的研究，发挥其最大生产功能。