白芷无公害规范化种植技术

2020-12-07李钰孟祥霄杨晓孙伟代沙叶霄黄位年张超曾静

世界中医药 2020年21期

李钰孟祥霄杨晓孙伟代沙叶霄黄位年张超曾静

摘要目的：为了解决白芷生产过程中盲目引种、生产无序等导致的药材品质不达标、农残超标等问题，对白芷无公害规范化种植技术进行探讨。方法：利用药用植物全球产地生态适宜性区划信息系统（GMPGIS）Ⅱ对白芷栽培选地进行科学预测，得出潜在的白芷和川白芷各自生态适宜区。同时，根据白芷种质资源现状、产区考察、文献研究，建立一套无公害白芷规范化种植技术体系。结果：白芷引种栽培以黑龙江、河北、内蒙古、山西、河南一带为宜;川白芷引种栽培以湖南、江西、四川、浙江、贵州一带为宜。建立了一套从选地整地、播种、间苗定苗、施肥、田间管理、病虫害防治、采收储存、良种繁育的完整无公害白芷规范化种植体系。结论：白芷无公害规范化种植技术体系的建立为白芷无公害精细栽培奠定基础，也为现阶段中药材种植产业精细、集约、高产、高品质的种植发展方向提供参考。

关键词白芷;无公害种植;药用植物全球产地生态适宜性区划信息系统;产地环境;综合防治

Abstract Objective：To study and discuss the standardized planting technology of pollution-free angelica dahuricae，in order to solve the problems such as substandard quality of medicinal materials and overstandard agricultural residue caused by blind introduction and disordered production in the production process of Radix Angelicae Dahuricae.Methods：Global Medicinal Plant Information Geography System GMPGIS Ⅱ was used to make scientific prediction for the cultivation of Radix Angelicae Dahuricae.It was concluded that potential of different kind of Radix Angelicae Dahuricae regarded their ecology.Meanwhile，based on the current situation of Radix Angelicae Dahuricae resources，investigation of production area and literature research，a set of standardized planting technology system of pollution-free Radix Angelicae Dahuricae was established.Results：The introduction and cultivation of Radix Angelicae Dahuricae was recommended in Heilongjiang，Hebei，Inner Mongolia，Shanxi and Henan.Introduction and cultivation of Radix Angelicae Dahuricae is suitable in Hunan，Jiangxi，Sichuan，Zhejiang and Guizhou.A complete standardized planting system of non-pollution Radix Angelicae Dahuricae was established，which includes a set pf pollution-free and standardized cultivation the preparation，such as sowing，thinning out seedlings，fertilizing，field management，disease and insect control，harvesting and storage，and good seed breeding.Conclusion：The establishment of the pollution-free and standardized cultivation of Radix Angelicae Dahuricae laid a foundation for the pollution-free refined cultivation of Radix Angelicae Dahuricae，and also provided a reference for the development direction of green and sustainable，intensive，high yield and high quality planting of Chinese medicinal materials at the present stage.

Keywords Radix Angelicae Dahuricae; Pollution-freeplanting; GMPGIS; Environment of production area; Comprehensive control

中圖分类号：R282.4文献标识码：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2020.21.007

白芷在《中华人民共和国药典》中规定为伞形科植物白芷Angelica dahurica（Fisch.ex-Hoffm.）.Benth.et Hook.f.或杭白芷Angelica dahurica（Fisch.exHoffm.）Benth.et Hook.var.formosana（Boiss.）ShahetYuan的干燥根[1]。主要含香豆素类成分，药理作用主要为解热、镇痛、抗炎、扩张冠脉、解痉、增强子宫收缩力、促进脂肪分解、抗细菌、抗真菌、抗结核等功效。白芷为我国大宗常用药材，是众多成方制剂中的重要原材料，2012年国家食品药品监督管理局宣布其为药食两用药材，国内外市场需求量大，在中药材市场中占有重要地位。

近些年，随着中医药事业的发展，中药材无公害精细化栽培种植越来越受到重视。中药材种植业正在经历由粗放生产、广种薄收向精细、集约、高产、高品质种植转变的关键时期[2-4]。虽然无公害栽培技术已经在白芷种植产业中得到了一定应用[5]，但白芷种植生产过程仍不成体系，存在着众多问题。根据国家食品药品监督管理局近些年发布的抽验公告，白芷主要存在性状、含量、二氧化硫残留量不符合药典规定等问题。白芷产地众多，包括四川、浙江、河南、河北等地，各产地间引种混乱无序，且栽培制度、种植方式、加工方式各异，导致白芷药材外观形态变化、有效成分含量降低的情况时有发生，急需进行白芷种植技术系统化、规范化的整理。我们依据课题组多年研究考察及文献查阅，从科学栽培选地、品种选育、适宜种植技术建立、病虫害综合防治、采收贮藏包装、良种繁育等方面进行总结，以期为建立科学合理的白芷无公害规范化种植技术体系奠定基础。

1 无公害白芷栽培选地

白芷为根类药材，喜温暖湿润阳光充足，怕涝，忌与伞形科作物连作。市场上白芷药材按产地划分为川白芷、杭白芷、祁白芷、禹白芷，其中川白芷为杭白芷在四川的成功引种作物，其药材品质优良，已成为目前著名的川产大宗道地药材之一，为市场白芷药材的主要来源。产区环境对白芷根部生长发育具有一定影响，不同产区的白芷主要性状不同，主产区以川白芷为代表，包括栽培于四川、浙江、湖南等南方一些省区的白芷，该区域栽培的白芷多引种于四川或杭州，植株及药材主要性状相似，为著名常用中药材，销往全国并出口;其他产区白芷包括栽培于河北安国的祁白芷、河南長葛及禹县的禹白芷、山西等北方省区的白芷，该区域栽培的白芷虽然植株形态与川白芷一致，但药材根断面不如川白芷白，呈灰白色，质地也呈油性，粉性略差，多自产自销，少数调往省外[6]。因此，科学选地是白芷无公害规范化精细栽培的重要基石。见表1。

白芷产地应符合无公害生产各类标准，如《无公害农产品产地环境评价准则》NYT 5295-2015标准、《环境空气质量标准》GB3095-2012二级标准、《土壤环境质量标准》GB15618-2008二级标准、《中药材生产质量管理规范》（试行）、《农田灌溉水质标准》GB5084-2005二级标准。生产基地应远离工业区、矿区、城镇、垃圾场、交道主干线等。

1.1 生态适宜因子

药材生长环境对药材品质、性状具有极大影响，中国中医科学院中药研究所结合中药材生长发育特点将计算机技术和空间信息技术运用于中药材生态适宜性区划，建立了国内外首个针对中药材生长特点的“药用植物全球产地生态适宜性区划信息系统”（GMPGIS）。我们利用GMPGIS-Ⅱ，对白芷和川白芷生态适宜性进行区划分析。GMPGIS-Ⅱ为GMPGIS的最新版，综合了worldclime和climond数据库，气候因子数据库更为精细完善，由原有7个气候因子更新至21个，且采样点数据、物种生长区域生态因子种类与数量都得到了提升，区划分析更为精准。我们选择了全国白芷和川白芷41个产区、523个样点数据，提取白芷和川白芷各产地区域主要生态因子阈值：环境温度（包括最湿季均温、最干季均温、最热季均温、最冷季均温、最热月最高温、最冷月最低温、年均温、均温日较差）、降水量（包括最湿季降水量、最干季降水量、最热季降水量、最冷季降水量、最湿月降水量、最干月降水量、年均降水量）、年均太阳辐射量、年均相对湿度。白芷和川白芷适宜生态因子值存在较大差异。见图1。

白芷生存环境温度较川白芷普遍偏低，降水量偏少，年均相对湿度低，但阳光更为充足。白芷能适应环境的温度、相对湿度范围也更广，年均温-0.4～14.6 ℃，年均降水量386～794 mm，年均日照146～160.5 W/m2，年均相对湿度49.8%～63.4%环境能存活，且能适应极端寒冷干燥季度（季均温-14～2.2 ℃，季降水量11～44 mm）。

而川白芷生存环境温度相对偏高，雨量充沛，光照相对较弱，年均相对湿度较大。年均温16.0～18.1 ℃，年均降水量958～1 683 mm，年均日照119.6～137.8 W/m2，年均相对湿度72.7%～75.5%环境能存活，且能适应高湿热季度（季均温24.5～28.4 ℃，季降水量454～619 mm）。

根据白芷、川白芷生物学特性及《中国药材产地生态适宜性区划（第2版）》分析适宜白芷和川白芷种植土壤类型，结果见表2[7]。白芷和川白芷均能在黑钙土、铁铝土、粗骨土中种植;此外，白芷还适宜在薄层土、低活性淋溶土、聚铁网纹土中栽种;川白芷还适宜在高淋溶土、高活性强酸土、红砂土中栽种。可根据产地适宜性信息指导栽培选地，有利于白芷因地制宜，引种推广。

1.2 生态适宜产区

根据白芷和川白芷主要生长区域生态因子阈值分析结果，结合白芷和川白芷各自生物学特性，综合考虑自然条件、社会经济条件，以及药材主产地栽培和采收加工技术，利用GMPGIS分析分别得到了白芷和川白芷的生态适宜产区分布。白芷适宜引种栽培区主要包括黑龙江、河南、河北、内蒙古、山西一带;川白芷适宜引种栽培区主要包括四川、湖南、贵州、江西、浙江一带。

2 无公害白芷优良品种选育

2.1 白芷种质资源现状

优良品种药材的选育对药材质量和产量有着决定性作用，而种质资源是品种选育的物质基础[8]。同时，种质资源的多样性也是保护、评价和利用植物资源的前提和基础[9]。白芷的野生种质主要来源于2部分：原变种兴安白芷A.dahurica Benth.et Hook.f.ex Franch.et.Sav.，主要分布于我国的东北及俄罗斯远东、朝鲜半岛、日本等地区;变种台湾白芷A.dahurica var.formasana（de Boiss）Yen，主要分布于我国台湾省。二者均为伞形科当归属植物A.dahurica的近缘种[10-11]。市场上按产地划分的栽培白芷（川、杭、祁、禹白芷）的野生种质来源主要为台湾白芷，其中栽培白芷中的川白芷于明朝引种自浙江杭白芷，为目前市场白芷药材的主要来源，占70%[12]。遗传水平上，相区别于兴安白芷，4种栽培白芷种质亲缘关系较近，遗传多样性水平较低，未表现出明显差异，属于同一类群[13-18]。外观形态及成分上，白芷与栽培方式、产地环境密切相关，不同产区药材外观形态、成分含量上存在一定差异，主要表现为香豆素类各组分的比例和量不同;但同一产区的不同居群点白芷，化学成分趋于一致[12，19]。

2.2 优良品种培育

在实际生产过程中，为抵御农作物生长发育过程中各种病虫害发生或促进农作物特定生长发育，大多数农作物大量使用农药（包括杀菌剂和杀虫剂）或生长调节剂，尤其是生长周期较长的药用植物，药剂残留已成为影响我国中药材质量和安全的重要因素[2-3，20]。培育优质、高产、抗病虫害能力强的优良品种是达到无公害标准的有利保障。

白芷属多年生草本异花授粉植物，生产上多采用种子繁育种苗[21]。在白芷生长发育过程中，白芷具有抽薹现象，若抽薹过早，会导致根部变空腐烂，严重影响药材产量品质，所产种子也多早抽薹，应拔除。留种用种子质量与植株不同采收部位也密切相关，宜选用一级枝上所结种子为佳，所结种子发芽率高，抽薹率低[22]。目前，我国白芷选育的优良品种有2个，均采用传统选育方法系统选育而成，选育周期较长，且均为四川栽培所选，尚未见其他产区白芷品种[23]。在往后的白芷新品种选育过程中，应将现代生物技术手段与传统育种方法相结合，加快适宜不同产区的优质高抗白芷新品种培育，为白芷无公害规范化种植奠定物质基础[24]。见表3。

3 无公害白芷种植技术

3.1 选地整地

选择地势平坦、阳光充足、耕层30 cm以上、疏松肥沃、排灌方便，pH值在6.3～8.5间的砂质壤土地块。土质不宜过黏或过砂，以防止主根分叉，影响根产量品质。白芷不宜与伞形科作物连作，对前茬作物要求不严，在前茬收获后，需深翻土壤30 cm以上，曝晒数日，再耕翻一次方可种植[24]。

3.2 适时播种

不同地区因气候不同应适时播种，白芷喜温暖湿润、光照充足的环境，当温度在15～28 ℃时适宜生长，24～28 ℃时生长最快，超过30 ℃则不宜生长。生产中，应适时播种，不能播种过早，避免白芷幼苗生长过旺，来年白芷提前抽薹开花，导致白芷根部腐烂空心，影响白芷药材产量和品质;也不能播种过迟，避免白芷幼苗生长较弱，易受冬季天气冻害，来年白芷植株生长缓慢，药材产量降低[25]。四川地区范围内白芷一般9月下旬至10月上旬播种;重庆地区9月上中旬播种;气候较寒冷的北方地区宜在霜降之前播种。

播种时，选择当年繁育的大粒饱满的种子，1级种子最佳，适时直播，可采用条播或穴播。条播时，播种时按行距30 cm开浅沟，深度3～5 cm，亩（1亩≈666.67 m2）用種量0.7 kg，将种子均匀撒播在沟里，人工压实，使种子紧贴泥土或覆盖细土;穴播时，按宽120 cm作畦，四周开25～30 cm深排水沟，畦上挖穴，株行距20 cm×30 cm，将种子与腐殖质细土或火土灰拌匀，按每亩0.8～1.0 kg用种量均匀播于穴内，然后浇清粪水，覆土1～2 cm即可。

3.3 间苗、定苗

合理间苗、定苗能保证白芷幼苗通风透光、长势均匀且健壮，方便统一管理，期间主要进行2次间苗、1次定苗。见表5。

3.4 合理施肥

无公害白芷种植施肥过程中，为兼顾其正常生长需求及环境友好，应以有机肥为主，适量搭配部分化肥。白芷为根类药材，在施肥过程中要注意多施钾肥，适量施氮肥[26]。不宜施肥过量，避免白芷生长过旺，提前抽薹开花;也不宜施肥不足，避免白芷生长弱，导致减产。除了施足底肥外，还需结合其各个生长期需肥特点，适时追肥，具体施肥方法参见表6。

3.5 无公害种植管理

根据白芷生长特点，因地制宜，采用相应管理措施，确保其正常健壮生长，从而降低药剂使用残留，达到无公害优质规范化种植。播种后，为确保幼苗安全越冬，北方干旱地区可在冬季时覆盖稻草或麦秆为其保温。每次间苗、定苗时应结合中耕除草，在首次间苗前，根据土地杂草情况，可选择性除草;首次间苗除草时，此时植株幼小，应用手拔除草，浅松表土，不宜过深，以防伤根;第2次间苗除草时，中耕可稍深一些;次年定苗时，松土除草，且应彻底除尽杂草。白芷喜水怕涝，播种后如久不下雨土壤干燥，应及时浇水，保持出苗前及苗期土壤湿润，促进出苗，防止黄叶出现，产生侧根，影响根部药材质量。幼苗越冬前需一次浇透水，次年春季追施浇灌清粪水。如遇雨季地里积水，应及时开沟排水，防止涝害烂根及病害发生。4月上旬、中旬，应及时拔除早期抽苔植株。

4 无公害白芷病虫害综合防治

病虫害防治应以预防为主，综合防治相结合，按照白芷常见病虫害发生规律，防治方法应优先选用生物、农业、物理防治，尽可能减少化学农药使用量，同时禁止使用国家规定禁用农药，确保达到无公害药材生产目的[2]。白芷常见病害主要为斑枯病、根结线虫病、灰斑病、黑斑病、根腐病、紫纹羽病、立枯病，一般不施用农药，以预防为主，若需药物防治，应选用高效低毒农药，按国家规定的NY/T393绿色食品农药使用准则实施，同时使用过程也应遵守GB12475农药贮运、销售和使用防毒规程[27]。见表7。白芷常见虫害主要为蚜虫、大灰象甲、赤条蝽、黄凤蝶幼虫及红蜘蛛，对于虫害，原则上采用人工捕杀为主。见表8。

在综合防治过程中，应建立无病良种田，选用无病健壮的种根;合理轮作;深翻炕土;选择地势高，通风好，土壤疏松的地块种植;培育适龄壮苗;加强肥水管理，防止涝害，雨后及时疏沟排水;及时松土除草;及时除去白芷植株发病叶片、拔除病株、清理病株掉落叶片及残桩，集中烧毁;收获后，及时清理田间杂草集中烧毁或沤肥。

5 采收贮藏与包装运输

白芷播种后次年7月中下旬，叶片枯黄时，选择晴天采挖。采挖时应尽量避免损伤根部，进而造成因根部有伤口感染病菌发生根腐病，影响药材质量。采挖后抖去泥土，运至干净无污染晒场晒干。

晒干后白芷应存储在清洁、干燥、无异味、无污染的温度25 ℃仓库中。仓库应通风、干燥、避光，地面为混凝土或可冲洗地面，具有防鼠、防虫设施。

白芷包装材料应符合国家食品卫生要求，运输工具应干燥、无污染，严禁与可能造成污染的货物混装运输。运输过程中不应使用运输过有毒、有害物质以及有异味的运输工具。注意保持闭光、通风。

6 良种繁育

白芷为跨年收获作物，根和种子不能兼收，种子须单独培育。在白芷收获时，选择植株健壮无病虫害、根部肥大、根顶端较小、无分叉、无损伤、根形好的白芷根作种根。将选好的种根置于室内干燥处晾1～2 d，使根部少量失水后移植于土层深厚、肥沃疏松、光照充足且排水良好的土地中。株行距按80 cm×100 cm开穴种植，一穴一株，倾斜放置，覆土5 cm。繁种土地周边设置500 m以上隔离区，防止白芷异花授粉产生杂交。

白芷种根出苗后应加强中耕、除草、施肥、培土、病虫防治田间管理，在生长旺盛期及开花前期可各进行1次中耕除草和追肥（如3月、12月），以促进正常生长，防止退化。抽薹后及时培土，以防倒伏。开花后及时摘除顶花及细弱侧生二、三级分枝花序，只保留一级分枝花序，确保培育种子优质均匀。待种子变成黄绿色时即成熟可采收（7月左右），种子一般陆续成熟，建议分批采收。采收时，剪下种子饱满成熟后的种穗，置室内通风干燥处阴干，轻轻搓下种子，去除杂质后，用麻袋或布袋盛装储存，种子含水量应≤12%。

7 讨论及展望

中药材无公害精细栽培技术是指依据生物技术、信息技术等多学科手段，对中药材生产进行精细农业管理，精确定位到从产区选择、田间管理、收获储存等全过程，以期达到生产无公害中药材的目的[2]。中药材无公害栽培技术体系的建立，是解决中药材盲目引种、生产无序等导致的药材品质下降、药剂残留等问题的有效技术手段，可有效确保中药材种植产业健康、高效、可持续发展，也是目前中药材精细种植业的必然发展趋势[26]。董林林等[27]对中药材产地生态、土壤、灌溉水质要求、施肥原则、优质种苗种子生产、病虫害无公害防治、药材质量控制标准等所有环节进行了汇总研究，详细总结了无公害中药材生产技术规程。孟祥霄等[28]基于对中药材产地环境质量标准的研究，详细梳理总结了中药材相关领域无公害农产品产地环境质量标准的发展历程，同时还阐述了采用药用植物全球产地生态适宜性区划信息系统（GMPGIS）进行区划选址的基本原理，以及GMPGIS选址的精准性、高效性和科学性。沈亮等[26]通过总结近年来我國中药材病虫害预测报警技术、综合防治技术及防治标准的发展历程，在病虫害防治相关标准的基础上，结合中药材病虫害发生特点，制定了中药材无公害病虫害防治技术及其生产过程中病虫害防治技术，为中药材无公害病虫害防治环节提供了重要参考。并通过对人参、三七、西洋参、竹节参4种人参属植物为例，运用GMPGIS结合人参属植物生长特点、种质资源现状及无公害生产相关标准，详细制定了人参属植物从栽培选地、优良品种选育、田间管理技术，对于人参属药材无公害精细化栽培具有重要指导意义。本研究基于课题组多年研究考察，通过产区调研，制定了无公害白芷精细栽培技术体系，包括科学的栽培选地、品种选育、科学的无公害种植模式、合理施肥、高效的病虫害综合防治技术及优良种子培育技术等较为完整的指导体系。通过GMPGIS-Ⅱ，以白芷道地产区、主产区样点的气候和土壤因子信息为依据，开展白芷生态适宜性区划，得到了较为精细的白芷生态适宜产区，为白芷种植基地科学选址、有效引种提供参考，同时也在一定程度上保证了白芷人工种植的药材质量。

白芷良种选育工作处于起步阶段，目前选育而成白芷品种仅2个，且仅为四川产区所育，远不满足目前众多产区生产需求，多数产区白芷仍品种混杂，质量差异较大。现在分子生物技术选育多为分子标记辅助育种，基于DNA的多态性，通过PCR扩增、分子杂交、高通量测序等试验技术，筛选与目的性状（如优质、高产、抗逆等）相关联的DNA片段作为分子标记辅助育种[29]。目前分子标记技术在白芷上多用于遗传多样性及资源鉴定研究，辅助育种上研究较少。分子标记在白芷同属的当归中，已有部分研究结果，可借鉴参考。于光等[30]通过比较当归花芽和茎顶芽差异表达序列，获得了13条差异基因，结合差异基因功能注释、代谢通路等对当归早期抽薹的调控机制做出了一定解释。国内学者通过对当归根的转录组测序进行研究，对当归部分功能基因进行了注释，并推测其可能参与当归阿魏酸、多糖、黄酮和叶酸的生物合成[31]。随着生物技术的快速发展，本草基因组计划成为未来中药材研究的发展方向，尉广飞等[24]基于对本草基因组学在中药材新品种选育中的应用进行研究，细致阐述了本草基因组学在辅助中药材育中标记的开发、遗传图谱构建解析的技术策略，同时对本草基因组学在辅助中药材优质高产、抗逆（抗病虫害、抗旱、抗高温、抗低温、抗盐）等多位点的开发进行了综合分析。这也为白芷未来新品种选育提供了新的思考，在接下来的工作中，应多开展白芷生长发育、品质形成、抗逆特性相关的分子标记研究，挖掘白芷功能基因，为分子育种提供材料储备。通过以上各种工作的开展，不断完善白芷无公害种植技术体系，以期推动白芷无公害精细化生产全面实施。

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