杜仲生态种植探讨及对其健康产业发展的启示△

崔欣萍，闫滨滨，张小波，彭政，2，郭秀芝，孙嘉惠，詹志来，杨洪军，张燕*，郭兰萍*

1.中国中医科学院 中药资源中心 道地药材国家重点实验室培育基地，北京 100700；2.湖北中医药大学 中药资源与中药化学湖北省重点实验室，湖北 武汉 430065；3.中国中医科学院 中药研究所，北京 100700

杜仲Eucommia ulmoidesOliv.又名思仙、木棉、思仲、绵绵、石思仙、丝连皮等，是杜仲科杜仲属仅存的第三纪孑遗植物，为我国特有的珍稀濒危第二类保护植物[1]。杜仲自古以来都是名贵滋补药材，药用价值极高，最早记载于《神农本草经》[2]。杜仲味甘，性温，归肝、肾经，干燥树皮入药，具有补肝肾、强筋骨、安胎功效，可用于肝肾不足、腰膝酸痛、筋骨无力、头晕目眩、妊娠漏血、胎动不安[3]。此外，杜仲是我国重要的战略资源，在食品开发、制胶工业、家具用材、城乡绿化、绿色饲料等方面显示出巨大的应用价值和开发潜力[4]。

近年来，杜仲的药用保健价值及杜仲胶的工业价值受到社会各界的广泛关注，需求量逐年攀升。目前，杜仲被列入四大紧缺专控药材之一[5]。2016 年，《全国杜仲产业发展规划（2016—2030 年）》（以下简称《规划》）正式发布和实施，标志着我国杜仲产业发展进入快车道，这将大力推动杜仲产业未来发展。原国家林业局根据我国杜仲产业发展现状和潜力，在《规划》中提出“2030 年建成5000 万亩杜仲良 种高效栽培产业基地”（1 亩≈666.67 m2）的目标[6]。

杜仲属落叶乔木，生长周期长，种植15～20 年后方可达到药用采收标准，其产区空间未得到充分利用。此外，杜仲立地环境复杂，栽培过程中存在土壤管理措施不完善、栽培地土壤肥力下降等问题，造成土壤资源浪费。建议发展杜仲生态种植时，应充分考虑社会、经济、生态效益，注重农、林、牧、副、渔综合发展，结合其产区本身自然条件，因地制宜开展间作、套作，发展杜仲林下经济，实现杜仲产业可持续发展[7]。本文对此进行梳理总结，以期为杜仲生态种植及产业发展提供参考。

1 生境与分布

1.1 生境

对杜仲自然生境的了解有助于更好地了解其生长特性，为人工栽培奠定基础。研究人员近年来发现一批“先锋植物”[8]，杜仲是其中一员。“先锋植物”表现出三大特点，即喜钙性、旱生性、岩生性，能够在严重缺乏土壤和水分的石漠化地区生长，具有极顽强的生命力。由此可见，杜仲对生长环境有极强的适应性。在自然状态下，其生长于海拔300～500 m 的低山、谷地或低坡的疏林里[9]。地理信息系统（GIS）空间分析功能显示，海拔300～1800 m 均有杜仲分布[10]。适宜杜仲生长的年均温度在12～18 ℃。目前已报道数据显示，其最低耐受温度为–30 ℃，最高耐受温度为40 ℃[11]；年均日照强度为130～160 W·m–2；年均相对湿度为60%～80%，年均降水量为1000～1500 mm。杜仲对土壤的选择性并不高，在瘠薄的红土或岩石峭壁均能生长，最适宜生长在砂质土壤和含腐殖质较多的土壤和石灰岩山地，土壤pH为4.5～8.0。

1.2 产区分布

杜仲对环境有极强的适应性，分布范围也比较广泛。作为我国特有的经济物种，其原产于我国西南诸省山区，天然分布中心在秦岭以南山地、四川、贵州、湖北、湖南、陕西、甘肃、云南、广西、广东、河南、浙江、安徽、江西等地[12]。根据自然地理特点、其经济性状和形态特点上的差异，陈品良等[13]划分了7 个杜仲主要分布区，分别是秦巴山区，大娄山区，鄂西山区，武陵山区，伏牛山-桐柏山-大别山区，浙、赣、皖交界山区和南岭山区。邓阳川等[14]通过药用植物全球产地生态适宜性区划信息系统（GMPGIS）分析认为，杜仲在中国的最大生态相似度区域包括华东、东南沿海、华中、华南、西南、西藏藏南和台湾东部等18 个地区。根据杜仲野生分布及基于GMPGIS 的生态适宜性区域信息，结合杜仲的生物学特性、土地条件、栽培历史及习惯等，建议规范化种植基地选在贵州、湖南、四川、湖北、陕西、河南、重庆、甘肃、安徽、江西等地[15]。

2 现有栽培模式

随着杜仲产品的不断开发，传统药用栽培模式已不能满足市场需求。目前，各地根据立地条件、栽培目的不同，发展出主产杜仲皮、果、花、叶4种不同的栽培模式，分为药用栽培模式、果园化栽培模式、杜仲雄花栽培模式和杜仲叶用栽培模式（表1）。

表1 杜仲现有栽培模式

3 生态种植

生态种植是在“整体、协调、循环、再生”原理指导下，结合系统工程方法设计，综合考虑社会、经济和生态效益，充分应用能量多级利用和物质循环再生，最后实现生态与经济良性循环[21]。利用生态种植原理和技术，对杜仲种植模式进行优化，提高其种植的产量和综合效益，对促进杜仲产业可持续发展具有重要意义。

3.1 开展杜仲复合种植

发展杜仲复合种植是对传统杜仲种植模式的优化，将杜仲与其他药用植物或农作物进行间作、套作、混作及立体种植等复合种植，以生态位原理为实践基础，充分利用土地、光、水分、养分等自然资源[22]，提高杜仲林下资源利用率，实现一地多用、一地多收。此外，杜仲生长周期长、产业投入大，开展复合种植可以实现“以短养长”，提高种植经济效益。根据杜仲的生长特性，可以从以下角度与其他植物开展复合种植。

3.1.1 根据杜仲的树龄及树形大小 杜仲一般2～3年形成树冠，在幼林期，遮阴度较小[23]，可套种一些喜气候温和、光照充足、空气湿润的中药材（如丹参、苍术等[24-25]）；在成龄阶段，杜仲会长大，形成较为荫蔽的环境，可种植一些喜阴的中药材（如半夏[26]等）；对于生长20 年以上的老龄杜仲林来说，林内荫蔽的环境能够为喜湿、喜弱光、怕干旱、怕曝晒的植物（如黄连[27]、重楼[28]等）提供天然的生长条件，可开展林下栽培。

3.1.2 根据杜仲不同产区的环境特性 杜仲对环境的适应性强，分布地区广泛，在杜仲产区引种道地药材或适宜在产区环境下生长的药材。例如，在气温较低的北方杜仲园引种耐寒的药材；在温暖湿润的南方引种淫羊藿等；在山区开展复合种植模式（辛夷+厚朴+杜仲）可避免水土流失，保证土地得以长期覆盖，维护森林生态环境[29]。

3.1.3 根据杜仲与其他植物间的化感作用 植物化感作用（allelopathy）是指一种由植物产生并以挥发、淋溶、分泌和分解等方式向环境释放化学物质而影响临近伴生植物生长发育的现象[30]。这种作用有相生相克的两面性，既有互助有益的一面，也有抑制的一面[31]。杜仲林下引入其他植物产生的物种竞争效应会刺激化感物质的产生和释放[32]。杜仲作为木本植物，生长周期长，受到园林内其他植物影响产生的化感物质更多，相较于单纯草本植物之间的化感影响可能更加丰富和强烈[33]。因此，从植物化感作用角度来看，杜仲园区内开展生态复合种植对植物品种要求更加严格。若选择植物类型不合理，受化感作用影响可能抑制作物生长。田楠等[34-35]选择杜仲等12 种树木枯落叶分解小麦和玉米种子发芽和幼苗生长的化感效应，结果显示，杜仲对小麦发芽和生长起到高浓度促进、低浓度抑制的作用；对玉米来说，杜仲枯落叶对玉米的综合化感效应在各浓度下均表现为抑制作用，不建议杜仲与玉米进行间作。相较于作物，中药材生态种植不仅关注安全和产量，更重要的是关注其对中药材有效成分（次生代谢产物）的影响[36]。开展杜仲复合种植需要在今后加强系统中化感作用的研究，优化其生产实践中的复合种植模式。

3.2 科学采收加工

采收加工是杜仲生态种植过程中的重要环节。杜仲皮多在春末夏初采收为宜，此时植物生长活跃，其体内汁液营养充分，皮部容易从木质部剥离下来。同时，剥离后的部位容易形成愈伤组织，再生新皮，且此时皮部有效成分含量也高。通过探究杜仲有效成分（如绿原酸、松脂醇二葡萄糖苷等）的含量或表型特征确定杜仲皮的最佳采收时间为4—6 月[37-38]，杜仲叶的采收集中在4月或7—8月[39-41]。与《中华人民共和国药典》2020 年版规定的“4—6 月剥取树皮；夏、秋两季枝叶茂盛时采收叶片”[3]相符。杜仲雄花花期较短，大约1～2 周，通过对不同时期杜仲雄花的形态特性及对总黄酮、绿原酸和活性成分总量进行比较，发现盛花期杜仲雄花的品质较好且产量高，采收时要把握好这段时期。

杜仲皮生长缓慢，周期长，一般要10 年以上才能利用。传统的采收方式主要靠砍树剥皮，使资源受到极大破坏，砍树剥皮与林业、生态环境保护产生了矛盾，因此提倡剥皮再生技术[42]。剥皮一般选择雨后阴天为佳，选择生长旺盛、枝叶繁茂、无病虫害的植株剥皮，剥皮方法主要分为环剥再生法和侧剥再生法[43-44]。杜仲叶和杜仲雄花采收时一般采用摘取法或割取法。目前，已有中药材开始采用机械采收，如采用切割式采叶机械作业进行大面积银杏叶的采收。建议借鉴已实现机械化采收的植物品种，推进杜仲的机械化采收进程，提高效率。

杜仲采收后需要经过产地初加工，以保证产品质量，便于保存、运输、再加工[45]。采收后应首先刮去粗皮，除去霉变、虫蛀及非应用部分，以及石块、泥沙、灰屑等杂质。干燥是杜仲采后加工的重要环节，直接影响产品质量及后续的深加工效果。目前，生产中采用的干燥方法主要有自然晾晒、烘房烘干、微波干燥、红外干燥等，若想得到较高品质或高附加值的产品也可采用真空冷冻干燥、真空脉动干燥等技术[46-47]。

4 杜仲循环经济模式探索

循环模式是在生态系统层次提炼出的，根据中药材及其非药用部位在生态系统中的能量流动和物质循环规律，构建物质及能量良性循环的中药材生态种植体系，使系统中的物质资源多次循环利用，从而提高能量的转换率和资源利用率，保证生产体系的高效循环和有效产出[48]。

4.1 杜仲多产业开发

杜仲被誉为“植物黄金”[5]，其皮、叶、花、果、种子均可利用。杜仲多产业综合开发是实现杜仲资源利用最大化的必要环节。

在医疗方面，杜仲以干燥树皮和叶入药[3]。近年来，为了扩大杜仲药用资源，研究人员相继开展了杜仲雄花、种子等部位的药理研究，已从杜仲皮、叶、花和果实中提取获得木脂素类、环烯醚萜类、黄酮类等上百种化学成分[49-50]，具有抗氧化、缓解疲劳、抗骨质疏松、提高免疫力、降血压、降血糖、调血脂、保护心脑血管等多种药理作用[51-53]。在养殖方面，自2012 年6 月起，杜仲（树皮）和杜仲叶被收入《饲料原料目录》，可用于加工制作饲料[54]。将杜仲及其提取物添加到家禽、家畜的饲料中，不仅能预防疾病的发生、减少预防用药、增加食用安全性，还能提高食用品质、增强口感[55-57]。在食品保健方面，2020 年4 月，国家卫生健康委员会公布了《关于征求将党参等9 种物质作为按照传统既是食品又是中药材物质管理意见的函》（国卫办食品函〔2018〕278 号）[58]，杜仲叶作为9 种物质之一被列入其中。基于此，杜仲可作为食品加工原料，也可制成多种保健食品[59-61]。在工业方面，杜仲的果、叶、皮和种子中均含有丰富的杜仲胶。杜仲是世界上除了三叶橡胶以外唯一具有巨大开发前景的优质天然橡胶资源[62]，可应用于汽车工业、高铁、通讯、医疗、电力、水利、建筑、运动竞技等领域[5]。此外，在生态绿化方面，杜仲树形高大，观赏及涵养水土的效果俱佳，是公园绿化、生态改良的优选树种[5]。

4.2 废弃物多级利用

从资源经济学角度看，中药废弃物是某种物质和能量的载体，是一种可转化的、有待开发的资源。中药废弃物的资源化利用既是中药资源化学研究思想的具体体现，又是中药资源领域实现资源节约、循环利用、提升利用效率的重要内容之一。以杜仲种植为出发点，遵循“减量化、再利用、资源化”原则[63]，统筹兼顾，因地制宜，使林、药、牧、副、渔各产业有机结合，实现杜仲资源的多途径、多层次利用是今后杜仲产业发展的必然趋势[64]。

杜仲资源废弃物产业链较长，依据其产生的不同阶段可大致分为1）种植过程中产生的废弃物，包括因间苗、疏枝、疏果产生的废弃植株、枝条叶、花、果等；2）产地初加工产生的废弃物，包括因去除非药用或非应用部位产生的大量废弃栓皮、果核、木心等；3）产业深加工过程中产生的废弃物，包括产生的药渣及其他液态、气态废弃物[65]。

研究人员针对上述过程产生的废弃物开展了大量研究，将其转化成资源性产品。一方面，杜仲的非药用部位及药渣中含有丰富的粗质纤维、蛋白质及多种微量元素，将其进行简单的加工处理就可制成各类优质肥料、食用菌培养基、饲料添加剂或营养补充剂[66]。黄文豪等[67]将修剪下来的杜仲枝叶作为食用菌培养基，成功培育出口感鲜美、营养成分丰富的香菇；张昌伟等[68]利用杜仲叶渣进行固态发酵，成功制备出有机肥料，且毒性试验证明杜仲叶渣制备的有机肥不仅无毒，还能提高种子的发芽率；在杜仲叶渣中添加棉籽壳、麸皮等辅料后，平菇菌丝生长旺盛，子实体品质、产量与纯棉籽壳生产的平菇品质、产量接近，完全可以作为平菇生产原料[69]。另一方面，袁琳等[70]提出林业产生的木屑、树皮，中药加工产生的药渣、废枝叶等都可以作为废弃植物纤维资源进行开发，杜仲枝、叶及药渣含有大量纤维素，并且杜仲与其他造纸原料相比具有纤维气孔多、易于漂白等优点，是制浆造纸工业的理想原料；陈昌洲等[71]以杜仲枝叶为原料发明出一种制备高白度纸浆的方法，已申请专利。此外，利用现代生物技术将杜仲副产品转化为高附加值资源性物质也是一种新的开发角度。李银环等[72]从杜仲废弃的绿色叶片、嫩枝、种子和杜仲皮中提取得到杜仲精油，并利用其中间产物结合杜仲栽培中产生的废弃生物质制备出具有保健作用的活性炭，实现了杜仲高效增值循环利用。

综上所述，杜仲资源全产业链各环节产生的不同类型废弃物及副产物具有开发利用价值。未来，应基于循环经济理论，开阔思路，运用适宜技术继续开发杜仲健康产品，推动我国杜仲产业副产品资源化事业的可持续发展。

5 展望

5.1 加快杜仲良种选育

在杜仲生态种植过程中，种子来源多基于少数几个品种，大面积种源单一，遗传背景狭窄，遗传变异流失。目前，我国95%以上面积的杜仲林采用传统药用林栽培模式[73]。此外，我国杜仲良种利用率低，种苗质量良莠不齐，生长分化严重，生产力不高，这与杜仲产业快速发展形成极大反差[74]。因此，加快杜仲生物育种，选育优质、高产、抗逆性强、适应性广的杜仲良种迫在眉睫。当前，杜仲已选育出“华仲1～5号”“秦仲1～4号”等优质、高产、速生的药用良种，针对杜仲雄花开发的“华仲11号”，适合果园化开发及工业用胶的品种“华仲6～10号”“大果1 号”。另外，多种分子生物技术也陆续应用到杜仲的良种选育研究中。利用性别相关分子标记鉴别杜仲幼苗时期雌雄性别，合理布置栽培苗区，解决杜仲雌雄异株、自然状态下难以受精产生后代的问题[75]；通过功能基因验证阐释杜仲各活性成分的生物合成途径[76-77]。

建议今后将现代分子生物技术与传统育种技术更加成熟地结合，并根据不同育种目标，选育出具有广阔市场前景的优良品种，如选育有效成分含量高的药用杜仲；培育杜仲胶含量较高的胶用杜仲，并优化杜仲胶的采收加工工艺；培养主干高大的绿化用杜仲；根据饲料生产的要求，选育能够优化口感、提高家畜产量的饲料用杜仲。此外，不同地区可以根据自身环境特性选育抗性品种，一些海拔较高的地区可选抗寒能力较强的品种，盐碱地可选抗盐碱品种。在此过程中要注意知识产权保护。建议政府及相关企业支持杜仲良种选育研究，对符合条件的杜仲资源培育给予造林和抚育补贴、工程造林项目资金补助。

5.2 加快生态种植关键技术及效益评价研究

杜仲生长缓慢，生产周期长，整个种植过程面临许多技术难题。如何根据种植目标产品，通过有效的人工栽培管理措施保障其产量尤为关键。建议今后开展杜仲栽培区土壤地力状况及病、虫、草害发生情况调查，了解栽培人员在种植管理中有关杜仲品种选用、间套作模式、种植管理方法、株行距、修剪、肥料使用、排灌水、病虫害综合防治、杜仲药材产量及杜仲胶含量等情况，为杜仲人工栽培提供研究基础。针对杜仲主产区的生态条件、土壤肥力状况及养分供应情况，明确杜仲生长发育、养分吸收及品质形成规律，制定养分调控措施和肥料限量指标；研究杜仲病、虫、草害发生发展规律，根据杜仲生长规律及病、虫、草害发生发展规律确定合理的综合防治措施，通过选育抗性品种培育壮苗、科学施肥、加强田间管理等措施，综合利用农业、物理及生物防治，将有害生物控制在允许范围内。

在开展杜仲生态种植过程中，要开展不同种植模式对杜仲及其配套药用植物生长、产量、品质、病虫害防治的影响，并对不同模式下产生的生态效益和经济效益进行评价，挖掘其生态种植模式背后的生态机制和科学问题，为其他品种提供可参考案例。

5.3 提高产品质量，推进杜仲绿色生态产业链条一体化

虽然，目前以杜仲为原材料开发的功能性产品品种众多，应用范围也较广，但总体而言，杜仲的开发利用还处于初级阶段，产品研发还未成规模，产品质量不高，综合资源利用率偏低，市场反应也并不突出。对此建议：1）根据市场需求进行产品开发，推进杜仲产品品牌建设，积极引导、支持企业做好市场开拓和品牌建设工作，加快自主品牌发展，不断提升产业整体竞争力，打造一批在国内外享有盛誉的杜仲产品品牌；2）充分发挥国家林业和草原局杜仲工程技术研究中心的作用，将科研开发研究和企业生产活动相结合，保障国家政策资金运转合理、有序、合法[78]；3）建立杜仲生态种植示范区，同时，加大对人才的引进和培养，各研究团队之间开展学术技术交流与合作，互相借鉴，共同攻克技术难题[79]。之后，通过技术培训、开展对比试验和田间调查，评价实施效果，构建“政府+科研+推广+企业+农户”推广模式并进行示范应用，形成政府、科研机构、高校、企业、金融机构等主体在内的产业战略联盟及相互之间的良性互动，实现杜仲产业资源合理配置、有效集成和充分利用[80]。