间作植物和茬口对连作党参生长和品质产量的影响

杜毛笑，邱黛玉*，任凤英，王思嘉，胡芳弟

(1 甘肃农业大学 农学院，甘肃省干旱生境作物学重点实验室，兰州 730070；2 西安利君制药有限公司，西安 710077； 3 兰州大学 药学院，兰州 730000)

中药党参为桔梗科党参[Codonopsispilosula(Franch.)Nannf]、素花党参[CodonopsispilosulaNannf. var.modesta(Nannf.) L.T.Shen]或川党参 [CodonopsistangshenOliv.]的干燥根，据《中国药典》记载[1]，党参具有补中益气和健脾益肺的功能，是中国大宗药材之一。随着人们养生意识的提高，近年来市场对党参的需求量大幅上升，由于党参易栽培、周期短和产量可观的优势，国内目前已形成较为成熟的党参种植和供应体系，其中以甘肃产量最大[2]。党参倒茬所需年限较长，因需求量的上升连年耕作已成为党参主产地的生产常态，因此党参栽培目前面临的最大问题就是连作障碍[3]。药用植物连作障碍多发已成为制约多数中药产业发展的因素之一，连作障碍会使得药用植物的存苗率降低、长势变弱、药用部位发育不完善、药效成分含量下降，严重影响药用植物的产量和质量，最终限制中药产业的发展。容易发生连作障碍的药用植物除党参之外还有附子、人参、三七、地黄、半夏等等[4-7]。

有研究表明[8-9]连作障碍的发生往往与土壤理化性质和土壤生物环境的改变及植物自身分泌的自毒物质有关。以此为突破口前人已经探索了多种缓解连作障碍的措施，有人通过施用各种肥料来调节土壤的理化性质[10-13]，比如用石灰和石灰氮等碱性肥料能够改善土壤酸化的问题；施用有机肥及菌肥能起到调节土壤微生态的作用；配施不同种类的肥料以发挥其复合作用等等，这些肥料还能通过增加土壤肥力来达到消减连作障碍目的。有学者通过添加能降解自毒物质的试剂或者通过筛选自毒物质降解菌来缓解连作障碍，有人证明褪黑素[14]、油菜素内酯[15]、硅肥[16]等在降解自毒物质缓解连作障碍中有较大潜力。也有很多学者探索筛选拮抗菌，如解灵军[17]等筛选出了能够降解连作草莓自毒物质对羟基苯甲酸的降解菌菌株B3512，并通过盆栽试验证明了该菌株对自毒物质具有较好的降解效果。除此之外有学者证明了与其他作物间作也能起到缓解连作障碍的作用，如苏世鸣等[18]报道，连作西瓜与旱作水稻间作能够有效改善土壤微生物区系，对西瓜枯萎病的发生具有较好的防控作用；连作当归与大蒜间作[19]能够提高当归的产量和有效成分含量，还能一定程度防控病害，对消减连作对当归的危害有一定作用。目前，将党参与不同作物间作来缓解党参连作障碍的研究鲜有报道，本试验即聚焦于此，期望为该方面的研究提供一些借鉴。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

本试验于2019年在甘肃省陇南市宕昌县理川镇拉沙村进行，该区海拔2 390 m，年降雨量450 mm，年平均气温10 ℃，无霜期180 d。试验地土壤基础肥力：pH值7.39，有机质14.22 g/kg，速效磷23.68 mg/kg，硝态氮17.95 mg/kg，铵态氮13.59 mg/kg，速效钾188.67 mg/kg。

1.2 供试材料

供试种苗为宕昌县六合中药材合作社提供的大小均匀、无病害的党参苗(苗长22 ± 4 cm、直径3.27 ± 1.22 mm、单苗鲜重2.17 ± 1.11 g)。间作材料黄芪苗、大蒜、玉米种子、向日葵种子等均采于宕昌县理川镇，苦参苗采于河北保定。供试肥料包括尿素(含N 46%)和磷酸二铵(含P2O546%，N 18%)。

1.3 试验设计与处理

1.3.1 间作试验设计采用双因素随机区组试验设计，设不同茬口与不同间作作物两因素。茬口包括轮作茬(R)和连作茬(C)两种，连作年限为1年，轮作前茬为黄芪。间作模式设党参单作(CK)，党参与大蒜间作(DS)、党参与玉米间作(YM)、党参与黄芪间作(HQ)、党参与苦参间作(KS)、党参与向日葵间作(XRK)共6种。两因素共组成12个处理组合，每处理重复3次，共36个小区，小区面积为19.25 m2(3.5 m×5.5 m)，小区间距0.4 m，四周设1 m保护行。

1.3.2 间作试验方法试验党参苗于2019年3月29日移栽，行距25 cm、株距8 cm，每小区栽14行，同日播种间作材料；各小区行距统一，苦参株距为20 cm，黄芪株距为15 cm；玉米、向日葵、大蒜要求穴播，穴距分别为30 cm、40 cm、10 cm；玉米每穴播1粒、向日葵每穴播2粒、大蒜每穴播1粒。出苗后，生长期间视需要进行除草。试验分别于党参快速生长期(6月29日)、党参根系生长旺盛期(8月29日)及当地党参最佳采收期(10月18日)进行采样，测定其各项指标。

1.4 党参相关指标测定

1.4.1 生长指标在3个生长期分别采样测定，各小区随机挖取5株党参植株，测定其蔓长、主根长、根直径、地下部分鲜干重等生长指标。蔓长为党参地上部分从地面到植株茎最高点的最大长度，主根长为党参地下部分主根的最大长度，根直径用游标卡尺测定党参地下部分最宽处，地下部分鲜重为切除地上部分后全根重，自然阴干为其地下部分干重。

1.4.2 产量2019年10月18日于每小区随机取样15株进行测产，以单根鲜重和收获株数计算公顷产量。产量(kg/hm2)=单根鲜重(g)×收获株数(株/hm2)/1 000。

1.4.3 品质党参采收后自然阴干粉碎，用于测定党参根部多糖含量、炔苷含量、灰分含量和醇溶性浸出物含量。党参根部多糖含量的测定采用苯酚-硫酸比色法；党参根部炔苷含量、灰分含量、醇溶性浸出物含量的测定均采用《中国药典》(2020版)记载的测定方法。灰分含量采用灰分测定法；醇溶性浸出物采用热浸法；炔苷含量采用高效液相色谱法。

1.5 数据处理方法

试验数据分析采用Office 2010、Excel和SPSS 19.0统计软件进行。

2 结果与分析

2.1 间作和茬口对党参生长的影响

2.1.1 蔓长党参地上部分生长盛期在6月至8月份，其地上部分长势在后期渐弱。从表1可知，在连作茬下，党参蔓长于6月至8月下旬的增长较快，增幅大于8月至10月，并以党参与向日葵间作处理(C-XRK)的增幅最大；在8月至收获期，党参蔓长增长变慢，其与玉米、向日葵间作(C-YM、处理C-XRK)的蔓长显著高于对照，并以同期向日葵间作(C-XRK)处理蔓长最高，且与对照差异显著。就轮作茬而言，党参蔓长增幅在6月至8月下旬以玉米、向日葵间作处理(R-YM、R-XRK)的最大，两者在8月下旬也均表现较好，并与对照差异显著；党参蔓长在收获期仍以玉米、向日葵间作(R-YM、R-XRK)处理表现突出，较对照分别显著增加107.06%、152.09%，其中向日葵间作(R-XRK)的表现最优。

两种茬口间相比较，从6月到8月，轮作茬口及轮作茬口下各间作处理的党参蔓长的增长幅度均大于连作茬口；并且两茬口各处理的党参蔓长的增长幅度都优于两茬口党参单作。8月到10月，轮作茬口下与黄芪、苦参、向日葵间作处理(R-HQ、R-KS、R-XRK)的党参蔓长的增长略逊于连作茬口下该3种处理的增长，其余处理均表现为轮作茬口处理下的蔓长的增长优于连作茬口。以上结果说明连作茬口的党参地上部分的长势弱于轮作茬口的党参地上部分的长势，而且在轮作茬口上施以与不同的间作处理更有利于改善党参地上部分的生长。

2.1.2 主根长各处理的党参主根长在生长前期增长缓慢，在收获期均达到顶峰；在整个生长期，两茬口各处理的党参主根长均较对照有所提高(表2)。其中，在6月下旬，党参主根长在两茬口不同处理间均差异不显著。连作茬下，党参地下部分生长于8月下旬加快，C-DS、C-XRK处理主根长较对照分别显著增加18.36%和17.99%，并以C-DS处理表现最好；在收获期，C-DS、C-YM、C-XRK处理的主根长均显著高于对照。轮作茬下，R-DS、R-YM、R-XRK处理党参主根长在8月下旬显著高于相应对照，其中以R-DS最突出；在收获期，R-DS、R-YM、R-HQ、R-XRK处理主根长较对照R-CK分别增加了20.15%、19.82%、17.61%、20.91%，其中以R-XRK和R-DS处理表现较好，分别达到36.37 cm和36.60 cm。两种茬口间相比较，6月到8月的党参主根长的增长幅度低于8月到10月的党参主根长的增长幅度，并且轮作茬口各间作处理的增长优于连作茬口各间作处理的增长。以上结果说明轮作茬口相较于连作茬口更有利于党参主根长的增加，并且在轮作茬口下进行间作处理，会更有利于党参地下部分的生长。

表1 不同茬口和间作模式下党参蔓长的变化

2.1.3 根直径从表2可知，除C-XRK处理外，两茬口其余处理党参根直径的增长幅度均为8月下旬到收获期大于6月到8月下旬。连作茬下，党参地下部分前期生长缓慢，根直径在各处理间无显著差异；于8月下旬，党参根直径增长加快，其中以C-HQ处理表现最优，与对照差异显著；在收获期，C-DS、C-YM、C-HQ处理根直径均显著高于对照，其中以C-HQ处理最为突出(13.70 mm)。轮作茬下，R-DS、R-XRK处理党参根直径表现突出，两者在6月下旬较对照分别显著增加20.95%、35.68%，至8月下旬分别显著增加28.57%、24.04%，其余处理与对照无显著差异；在收获期，R-DS、R-YM、R-XRK处理根直径显著高于对照，其中以R-YM处理效果最好。从表2中可以观察到，两茬口间，轮作茬口各间作处理的党参根直径在8月和收获期的积累要优于同时期连作茬口的各间作处理，增长幅度也普遍为轮作茬口优于连作茬口。这说明轮作茬口各间作处理对于党参根直径的增加相较于连作茬口各间作处理具有更显著的促进作用。

表2 不同茬口和间作模式下党参主根长和根直径的变化

2.1.4 地下部分鲜重表3显示，在6月下旬，两茬口各间作处理间的党参地下部分鲜重均无显著差异。连作茬下，在8月下旬，党参地下部分鲜重除C-KS外的间作处理均较对照有显著提升；在收获期，C-DS、C-YM、C-HQ间作处理较对照分别显著增长36.94%、31.97%、23.93%，且都高于C-KS、C-XRK处理。轮作茬下，各处理党参地下部分鲜重在8月均较对照有所增长，其中R-DS、R-YM和R-XRK处理较对照差异显著；在收获期，R-DS、R-HQ、R-YM及R-XRK处理的党参地下部分鲜重均显著高于对照，处理效果较好的R-DS和R-HQ分别较对照显著增加61.37%和55.40%。两种茬口间相比较，8月到10月轮作茬口各间作处理党参地下部分干重的增长大于连作茬口各间作处理的，且收获期的最终积累量也表现为轮作茬口各处理优于连作茬口各处理。这说明轮作茬口更利于党参地下部分的生长与积累，在轮作茬口下各间作处理党参地下部分鲜重的增长均优于连作茬口，并且均优于其相应对照。

2.1.5 地下部分干重在前期(6月下旬)，轮作和连作茬口各处理党参地下部分干重普遍较低，且各处理间差异不显著(表3)。连作茬下，党参地下部分干重在8月份以C-DS间作处理表现突出，较对照显著提高35.92%，其余处理与对照无显著差异；在收获期，各处理干重均达到高峰，并均不同程度地高于对照C-CK，且C-DS、C-YM、C-HQ处理与对照差异达到显著水平，其中以C-DS间作处理最大，增幅达到40.79%，而C-KS、C-XRK处理与对照无显著差异。轮作茬下，各处理党参地下部分干重在8月下旬均与对照无显著差异；在收获期，R-DS、R-YM、R-HQ处理干重分别较R-CK显著提高53.89%、42.43%、53.17%，而R-KS、R-XRK处理与对照无显著差异。两种茬口间相比较，8月到10月是党参地下部分积累的快速期，轮作茬口党参地下部分干重的积累量大于连作茬口，轮作茬口下各间作处理同样表现出相同的趋势。这说明轮作茬口更利于党参地下部分干重的增加，且轮作茬口下各间作处理均优于连作茬口。

2.2 间作模式和茬口对党参药材品质的影响

2.2.1 根部多糖含量和炔苷含量党参根部多糖含量除连作茬C-HQ处理显著高于轮作茬外，其余处理均表现为轮作茬不同程度高于连作茬，且YM和XRK间作处理达到显著水平；党参根部多糖含量在轮作茬口下以R-DS、R-YM间作处理提升较为明显，均显著高于相应对照。在连作茬口下以C-DS、C-YM、C-HQ、C-KS间作处理对党参根部多糖含量的提升效果较好，均显著高于对照，并以C-HQ处理最好(图1，Ⅰ)。党参炔苷含量除连作茬C-KS处理高于轮作茬外，其余处理亦为轮作茬不同程度高于相应连作茬，但仅HQ间作处理中茬口间差异达到显著水平；轮作茬党参炔苷含量除KS间作处理较低外，其余处理均与对照相近，并以R-DS处理最高，但所有处理均与对照间无显著差异；连作茬党参炔苷含量以HQ和KS处理明显较低，其余处理与对照相近，但仅HQ处理与对照差异显著，表现最优的处理为C-DS(图1，Ⅱ)。因此，综合分析可知与DS间作处理对两茬口党参根部多糖含量和炔苷含量的提升效果更突出。

表3 不同茬口和间作模式下党参地下部分鲜重和干重的变化

2.2.2 醇溶性浸出物含量和根部灰分含量党参根部醇溶性浸出物含量除C- KS处理稍高于相应轮作茬外，其余处理均表现为轮作茬较明显高于连作茬，但仅在XRK处理中差异显著；两茬口下党参醇溶性浸出物含量均以DS处理最高，且与CK、HQ、KS、XRK处理均差异显著，而其余处理与对照间均无显著差异(图2，Ⅰ)。党参根部灰分含量在各处理中均符合药典规定的质量标准，除C-YM和C-XRK处理灰分含量低于相应轮作茬外，其余连作茬处理均高于相应轮作茬，但仅CK、DS、HQ处理中茬口间差异显著；党参根部灰分含量以C-HQ和C-KS处理较高，与C-CK和R-KS处理相近，但显著高于两茬口其余处理；轮作茬R-KS处理显著高于对照R-CK，R-DS处理显著低于对照R-CK，其余处理均与对照无显著差异(图2， Ⅱ)。各间作处理灰分含量的差异可能是由于党参采收后阴干前清洗不当导致的，也可能是由于栽培地区气候环境和海拔因素造成的。总体看来两茬口均以DS间作处理对党参药材品质的改善效果较佳。

不同小写字母表示间作处理间在5%水平下存在显著性差异(P<0.05)。下同图1 不同茬口和间作模式下党参根部多糖和炔苷含量的变化The different normal letters indicate significant differences among treatments at the 0.05 level (P <0.05). The same as belowFig.1 The polysaccharide and alkynin contents in roots of C. pilosula under different stubble and intercropping crop modes

图2 不同茬口和间作模式下党参醇溶性浸出物和根部灰分含量的变化Fig.2 The alcohol-soluble extract and root ash contents of C. pilosula under different stubble and intercropping crop modes

图3 不同茬口和间作模式下党参药材产量的变化Fig.3 The yield of C. pilosula under different stubble and intercropping crop modes

2.3 间作模式和茬口对党参根部产量的影响

图3显示，连作茬口各处理党参根部产量均显著低于相应轮作茬口，整体减产幅度达到41.65%；与对照相比较，除KS间作处理外，其余间作处理的党参产量较对照均有不同程度的提高，但仅轮作茬口增幅达到显著水平。其中，连作茬下，党参产量以C-DS处理最优(2 899.22 kg/hm2)，但仅显著高于C-KS处理，而与其余间作处理和对照间均无显著差异。轮作茬下，各处理党参产量仍以R-DS处理最高(5 264.25 kg/hm2)，较对照增产49.92%，其次为 R-YM、 R-XRK、R-HQ，四者均显著高于对照 R-CK，而以R-KS处理最低，与对照无显著差异。这说明轮作茬口对党参根部产量的提升效果优于连作茬口，并且轮作茬口下不同间作处理对党参根部产量的提升效果更为明显，其中与DS间作处理对党参的增产效果最好。

3 讨 论

对于大部分根类药用植物来说，长期在同一片土地上种植容易导致连作障碍的发生，连作障碍会造成土地养分过度消耗、病虫害多发、自毒物质积累，致使药用植物减产降质。因此选择其他的栽培模式是缓解连作障碍的一个重要途径，而轮作通常作为首要选择，因为科学轮作不仅可以防治多种病虫草害还能均衡利用土壤养分，防治土壤养分的片面消耗。因此轮作茬口对连作党参的生长，品质和产量的提升效果都优于连作茬口。不同作物间的间作，只要合理搭配，就能起到“取长补短”的良好结果，比如藤蔓植物和高秆作物间作能大大增加藤蔓植物的受光和底部通风面积，不仅有利于提高植物光合利用率还能降低发病率；有些植物间间作还能起到互补的作用，常见的就是豆科与禾本科间作有利于补充土壤氮元素的消耗等；因此选择不同的间作搭配也不失为探索缓解连作障碍的一种方式。其实通过与其他作物间作来改善某些作物的生长及其产量的研究已有初步探索[20-23]，如棉花与其他作物间作可以提高棉花产量，还能改善土壤微生态环境及提高多种土壤酶活性；间作玉米与大豆的产量要高于两者任一单作的产量；间作还能够缓解某些作物的病虫害，改善一些作物的光合效应等等。以连作障碍产生的原因为突破口，间作处理在缓解药用植物连作障碍的领域也有着较大潜力，广藿香间作紫苏[24]能够显著提高其生长指标及药效成分含量，对于缓解广藿香连作障碍具有积极意义；烤烟-丹参间作[25]能改善土壤微生物环境，增加丹参药效成分含量等。

通过与大蒜间作来缓解连作障碍可以说是近些年的一大热点，比如大蒜伴生连作西瓜[26]，能够显著抑制西瓜根腐病的发生，改善连作西瓜的生长指标和品质；大蒜秸秆还田能够改善连作番茄土壤的微生态环境，减轻根结线虫的发生率[27]；大蒜套作连作茄子[28]能够提高茄子干物质的量，增加其可溶性糖和可溶性蛋白含量，对土壤环境的改善也十分有效，在一定范围内，套种蒜量越多，对连作茄子自身及生长环境的改善效果就越好。本试验也发现与大蒜间作对连作党参的生长、产量及品质都有较好的改善作用，这与前人的研究结果一致。在本研究整个试验过程中，不同间作作物处理下连作茬党参的生长指标均低于轮作茬；但两茬口下，与高秆作物向日葵、玉米间作的党参蔓长增幅均较大，这是由于党参植株直立性较差，长到一定程度茎蔓开始盘绕倒伏，如果以高秆作物为支架，党参茎蔓便会缠绕其上生长，从而促进了党参蔓长的增长。根是党参的主要药用部位，两茬口下党参与大蒜、玉米间作处理的根鲜干重均表现较优，但与大蒜间作处理的结果更突出。这可能是与大蒜间作改善了连作土壤的理化性质与土壤的微生态环境，大蒜根系分泌物以及活体挥发物还能调节连作作物的生长和生理活动，此外这些物质还能抑制根类作物地下病虫害，从而促进了作物根部的生长[29-31]。

另外，本试验还对比了两茬口各间作处理对党参药材产量和品质指标的影响，发现与大蒜间作的党参产量及品质指标均表现较优。党参根部醇溶性浸出物、多糖和炔苷含量的高低是衡量党参药用品质的重要指标，与大蒜、玉米间作对两茬口党参根部醇溶性浸出物、多糖和炔苷含量的增加都有明显作用；而与黄芪间作处理对连作茬口党参多糖含量的提升有突出效果。但综合分析来看，两茬口下党参与大蒜间作的几个处理对这几方面都有较好的提升作用，因此与大蒜间作对党参产量、活性成分和药效成分的提升效果均较明显。张新慧[32]、李林强[33]等研究表明，大蒜不仅能抑制病原菌的生长和病害的发生，还能提高植株体内的保护酶活性，提高作物自身抗性，从而改善了作物的连作障碍。因此，党参与大蒜间作可有效缓解党参连作障碍，并能改善连作党参的产量和品质。

综合分析，轮作茬口相较于连作茬口对党参的生长、药效成分的提升以及产量的提高都更有利，因为连作茬口由于长时间种植党参，造成了土壤中党参所需特定养分的过度消耗，土传病害的加重以及党参自毒物质的积累，这些因素都是导致党参持续连作最终减产降质的根本原因。两种茬口不同间作模式处理间均表现为轮作茬口的处理效果均不同程度地优于连作茬口；个别处理在两茬口党参地上部分或地下部分生长或单一有效成分的增加等某些方面较其余处理表现较为突出，例如高秆作物玉米和向日葵更有利于党参蔓长的增长，与黄芪间作明显增加了连作茬口下党参多糖含量等。但是综合来看，与大蒜间作的处理不仅可有效促进连作党参的生长，而且对连作党参增产提质作用最为明显，因此与大蒜间作是缓解党参连作障碍的最佳间作模式。