菜头肾林下仿野生不同栽培方式对其品质影响研究

陈方永 王 平 程玉芳 倪海枝 王 引 颜帮国 吴 江 邱智敏 柳新红

（1.浙江省柑橘研究所 浙江台州 318026；2.台州市黄岩区林业技术推广总站 浙江台州 318020；3.台州市林业技术推广总站 浙江台州 317700；4.浙江省林业技术推广总站 浙江杭州 310022）

菜头肾（Strobilanthes sarcorrhizaC. Ling）为爵床科马蓝属多年生草本中药材，别名土太子参、肉根马蓝，是浙江省东南部丘陵山区的特产，当地作为药食同源、药品与保健功能兼备的植物，是浙江省重点保护野生植物[1-5]。 菜头肾在民间被开发入药保健食品已有数百年的历史，是浙江省东南部山区民间“七肾汤”的主要材料。 菜头肾主要以块根入药，熬煮汤能够补肾健腰，同时对阴虚牙痛、肝炎、肾炎、疖肿也有疗效。 因此，深受消费者的欢迎，回头客中群体化、家庭化特点明显，且销量大。 然而，菜头肾一度曾被《中国物种红色名录》列入极危（CR）等级[6]，物种保护任务艰巨。 基于此，对菜头肾进行仿野生栽培，对野生物种保护和资源的可持续利用具有重要意义。

林下仿野生栽培作为一种优选的人工栽培方式，既可高效利用自然资源、节约劳动力、提高作物生产力及减少病虫害[7-8]，又可创造较高的经济价值[9]。朱振光等人对半夏间作玉米的栽培方式进行了研究，收获的半夏品质符合药典要求，且间作玉米可为半夏提供更好的生长环境，增强半夏生长势、提高半夏产量[10]。 目前，菜头肾的仿野生栽培方式实现了从单作、连作向林下套种（水平空间基本有重叠）、间作（水平空间基本无重叠）发展。 菜头肾的栽培规模已经从零星向连片，栽培人数从少数专业户向专业乡村全面推进。2000 年以前，菜头肾的主产地在永嘉县道志山区；后从高山栽培下移到平地、水田为主，初步形成专业户栽培的雏形，全县面积约8 hm2。 2010 年以后， 整个产业发生质的变化， 栽培重点地从永嘉县迅速集聚到相邻的台州市黄岩区上郑乡为主的宁溪片区。 目前该区域贡献了全国90%以上的产量与面积， 栽培方式向生态公益林、 经济林的仿野生栽培快速发展，从而拯救了即将枯竭的野生资源，同时发展培育了当地产业。 目前，黄岩区菜头肾常年栽培面积超350 hm2，原材料（块根）直接销售收入20 万～45 万元/hm2， 已成为当地山区农民脱贫致富与乡村振兴的经济支柱。 然而，不同林下仿野生栽培方式对菜头肾产量、品质差异较大，为此，优选合适的栽培方式，系统研究成为必然。

基于此， 本文作者针对多种林下仿野生栽培菜头肾的现状，研究了不同树种、不同栽培方式对菜头肾产量、品质及化学成分的影响，以期为仿野生栽培菜头肾提供技术和理论支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 林地树种选择 选择15 年树龄杉木（Cunninghamia lanceolata）；10 年树龄红肉枇杷（Eriobotrya japonica）；10 年树龄马尾松（Pinus massoniana）、锥栗（Castanea henryi）、青 冈（Cyclobalanopsis glauca）；以一年生菜头肾根状茎作为种苗。 菜头肾野生种为杉木林下栽培地附近的自然生长地采集。 上述材料产地均为台州市黄岩区上郑乡美丰村基地及其附近。

1.1.2 肥料 挪威产复合肥（16∶13∶26）、自制焦泥灰。

1.1.3 分析与检测仪器

（1）土壤营养检测的仪器设备：紫外/可见分光光度计、原子吸收分光光度计、酸度计、真空泵、恒温振荡器、消化炉、电子分析天平、定氮仪、离心机。

（2）化学成分分析仪器与试剂：高效液相色谱仪U3000 （赛默飞， 美国）、 1290 超高压液相色谱与6545 四极杆-飞行时间质谱联用系统 （安捷伦，美国）、Milli-Q 超纯水仪为Milli PAK advantage A10（Millipore，美国）、色谱纯乙腈（默克，美国）。

1.2 试验方法

1.2.1 栽培方法 菜头肾的套种密度为36～44 株/亩。枇杷林下栽培分为套种、 间作2 种方式， 杉木林下栽培为套种模式。 各处理设置3 个生物学重复。 各处理的密度以米尺实地丈量确定， 并在100 m2内随机选取3 个点， 每个点面积均为1 m2， 人工清点栽培数量。

化肥原则上1 年施用1 次，最多2 次。 所用肥料为挪威产复合肥（16∶13∶26），第1 年施用量为30 g/m2，以当年施用4 月为主，7 月酌情再补施1 次。 第2 年施用量为50 g/m2左右。 在栽培时以客土形式掺合一次性使用焦泥灰500 g/m2。

1.2.2 土壤取样方法 4 种栽培模式下的土壤样本为种植地100 m2随机选取3 个点， 然后每个点挖取1 m2内的土壤。

1.2.3 土壤营养成分检测 由课题组实验室按农业农村部、国家林业和草原局的相关标准执行。 其中，pH 按NY/T 1121.2-2006 检测标准执行， 全盐量按NY/T 1121.2-2006 检测标准执行， 有机质按NY/T 1121.6-2006 检测标准执行， 全氮按NY/T 53-1987检测标准执行， 水解性氮按LY/T 1228-2015 检测标准执行， 有效磷按NY/T 1121.7-2014 检测标准执行， 速效钾及缓效钾按NY/T 889-2004 检测标准执行， 交换性钙及交换性镁按NY/T 1121.13-2006 检测标准执行， 有效硼按NY/T 1121.8-2006 检测标准执行。

1.2.4 菜头肾品质检验方法 综合多年的生产实践经验，决定对马尾松、锥栗、青冈林下栽培菜头肾的产量品质进行检测，以此明确不适宜栽培的理由。 综合分析苗高、长势、块根大小、根长、形状、产量及经济效益等。

（1）菜头肾商品等级划分：根据市场销售行规，确定优质块根产品长度6～8 cm， 最粗处直径1.0～1.2 cm； 二级块根产品长度9～12 cm， 最粗处直径0.5～0.9 cm；次品块根产品长度＞13 cm，最粗处直径＜0.5 cm。

（2）市场与现场调查的相关依据：马尾松林下栽培产量为475～750 kg/hm2，价格为20～45 元/kg，收入为13 000～17 000 元/hm2；锥栗林下栽培产量为475～750 kg/hm2， 价格为20～45 元/kg， 收入为13 000～18 000 元/hm2； 青冈林下栽培产量为475～750 kg/hm2，价格为20～45 元/kg， 收入为13 000～19 000 元/hm2；杉木林下栽培产量为4 500～4 950 kg/hm2， 价格为85～145 元/kg，收入为490 000～565 000 元/hm2；枇杷林下栽培产量为4 800～5 380 kg/hm2， 价格为85～145 元/kg，收入为510 000～580 000 元/hm2。本数据为2021-2022 年市场销售调查结果汇总， 年度间价格、产量、品质有所波动，但均在5%～10%的范围内。 各树种林下栽培的产量以现场随机取样推算确定。 以100 m2内选择取3 个点，每个点样地均为1 m2，然后进行菜头肾的挖取称量， 最后结合整个收获季的总产量计算单位面积产量； 经济效益根据销售结果计算平均值。

1.2.5 水溶性浸出物含量测定 参照《中国药典》水溶性浸出物测定法。 将菜头肾块根粉碎， 过3 号筛网，得供试样品粉末，取上述粉末约2 g，精密称量；置100 mL 的锥形瓶中，加水50 mL，密塞，称得质量，静置1 h 后连接回流冷凝管，加热至沸腾，并保持微沸1 h。 冷后取下锥形瓶，密塞，再称得质量，用水补足减少的质量，摇匀，再用干燥滤器滤过，量取滤液25 mL，置于已干燥至恒重的蒸发皿中，并在水浴上蒸干后，在105℃下干燥3 h，然后置于干燥器中冷却30 min，迅速称得质量。

1.2.6 菜头肾化合物成分分析

（1）样品提取：将烘干后的菜头肾块根打粉，过3 号筛网，各称取0.5 g，加5 mL 的70%乙醇浸泡过夜，超声提取，离心，取上清液，直接进入液相分析。

（2）液相条件：所用液相色谱仪为赛默飞U3000，色谱柱为ACQUITY UPLC HSS T3（2.1×100 mm，1.8 μm，100 A）；柱温为40℃；流速为0.4 mL/min ；进样量为5 μL；以乙腈为流动相A 相，0.1%甲酸/水为流动相B相， 流动相梯度为0～15 min （0～95% A）、15～20 min（95% A）。 紫外检测波长为254 nm。

（3）液质分析与品质评判：取1.2.5 中的上清液进行液质联用分析。 所使用的仪器为安捷伦1290 超高压液相色谱与6545 四极杆-飞行时间质谱联用系统，配有电喷雾离子源。 其中液相条件同前所述，质谱条件分别为毛细管电压3 500 V， 毛细管温度320℃，碎裂电压为70 V，碰撞能为30 eV，MS 范围为100～1 200 Da，MS/MS 范围为50～1 200 Da。 高效液相色谱-紫外（HPLC-UV）的指纹图谱技术作为评价中药材品质的主要依据。

1.3 数据分析

试验数据用Excel 2016 和SPSS 19.0 软件进行分析。 用SPSS 19.0 软件中的ANOVA 作差异显著性分析，显著水平为P＜0.05。用Mev 软件绘制聚类热图。

2 结果与分析

2.1 树种选择

由表1 可知，在杉木、枇杷林下栽培的菜头肾长势均较好， 茎高枝粗叶厚， 蜡质含量高， 光泽度高；而马尾松、锥栗、青冈林下栽培的植株矮小、块根细长，表皮粗糙，产量不及杉木、枇杷林下的1/5，且单位面积经济效益不及枇杷、 杉木林下的1/20。 由此判断， 马尾松等3 个树种林下不适宜栽培菜头肾。 因此， 后续研究应选择枇杷和杉木林下为对象进行进一步研究。

表1 不同树种林下仿野生栽培情况

2.2 不同栽培方式对菜头肾土壤营养和矿质营养状况的影响

研究枇杷林下间作（DD）、枇杷林下套种（TZ）和杉木林下套种（QC）这3 种方式对菜头肾土壤营养的影响，并与野生种（CK）进行对比，旨在通过科学施肥保证并优化菜头肾的固有品质。 不同栽培方式的土壤营养检测结果见表2，3 种仿野生栽培方式的有机质、水解性氮、有效磷、交换性钙、有效硼含量均显著高于野生林地， 说明这些林下仿野生栽培方式均能够为菜头肾提供足够的营养。

表2 供试对象林地矿质营养成分检测

4 种栽培方式对菜头肾营养的影响见表3，枇杷林下套种、杉木林下套种和野生种植较为类似，而枇杷林下间作的菜头肾块根矿质营养含量除钙外，都显著高于其他3 种栽培方式下的矿质营养含量。 这与仿野生栽培条件下人为的有机质、营养补充有关，而自然生长的林地肥力补充依靠自然环境消化吸收。 因此，肥力差异比较显著。

表3 不同取样（栽培）条件菜头肾块根矿质营养含量

2.3 不同栽培方式对菜头肾化学成分的影响

植物中的次级代谢产物是植物与环境相互作用的结果。 因此，研究不同环境中代谢产物的差异十分重要。 菜头肾作为药食同源的植物，主要以水熬煮的方式入食或作药用， 水溶性浸出物含量是一个最直接的评价指标。 菜头肾3 个仿野生栽培方式和1 个野生种的水溶性浸出物见表4， 其中野生种、 杉木林下套种、 枇杷林下套种3 种栽培方式下的菜头肾浸出物含量较接近， 分别为28.8%、 26.6%和30.7%， 而枇杷林下间作的菜头肾浸出物含量最低，仅为15.6%，这可能与枇杷林下间作的光合作用较强有关。

表4 不同栽培条件菜头肾水溶性浸出物含量

用高效液相色谱-紫外检测器对菜头肾的整体化学成分进行分析。 结果表明，上述4 种来源的菜头肾色谱图轮廓类似， 主要色谱峰的保留时间均能对应， 说明不同栽培方式的菜头肾含有的化合物的成分相似。 然而，4 种栽培方式获得的菜头肾色谱响应有较大差别，说明这些化合物含量差异较大，其中，枇杷间作（DD）栽培方式的含量最低，杉木套种（QC）的含量最高，而野生与枇杷套种（TZ）的较为接近。 野生种主要化学成分有16 种，仿野生种主要化学成分有19 种。 为进一步直观表示菜头肾化合物的相对含量， 分析时采用热图对4 种立地条件的菜头肾主要共有化合物的含量差异进行可视化（图1）。不同栽培方式下的菜头肾中每种化合物的含量差异显著，仿野生种植的部分化合物含量显著高于野生种植（CK），但从整体相似度来说，野生种植（CK）与枇杷套种（TZ）化合物含量最为相似，而与枇杷间作（DD）差异最大，这与前述结论相吻合。

图1 菜头肾中主要化合物相对含量的热图分析

3 讨论与结论

林下仿野生栽培是目前发展林下经济的普遍做法，它可以最大限度地提高林地的利用率，增加经济效益。 从生态环境分析，它可以改变地表径流方向、减少水土流失，从而稳定优化生态系统[11-13]。

对中药材进行仿野生栽培，尤其是间作、套种，是求得较高性价比的做法， 表现为介质隔离与非介质隔离2 种类型。 根系间存在化感物质交流，存在地上部与光照竞争、根部水肥吸收及空间竞争的现象。复合栽培方式较多，其中套种、间作比连作、单作综合效果显著，如当归间作大蒜[14]，茶树套种滇龙胆[15]，决明、辣椒、紫苏、玉米套种丹参[16]，防风与各林型套种[17]，均比连作和单作效果显著。 当归与不同作物间作也会产生较大差异[18]。 因此，林下栽培的模式选择对于菜头肾的仿野生栽培有着重要借鉴意义。

中药材连作影响土壤中养分的平衡和酶活性的高低，易出现化感自毒现象。 如三七连作3 年，铁、锰、钾、钠元素得到富集，钙、铜的含量却减少，品质下降。 经过2 轮采收后， 土壤的营养平衡被不断打破， 有益菌活性在下降， 化感自毒现象出现的概率高。菜头肾的连作也会出现类似的现象。菜头肾与任何树种林下连作2 轮，即6 年后不宜再种，否则产量品质会极显著下降， 其原理可能与三七连作原理相同[19]。 此前有研究表明，不同类型的树种对中药材套作、间作也会产生显著影响，如党参间作大蒜、玉米及向日葵对党参的主根长、主根直径、地下部分鲜干重的提升效果比党参单作和其余间作处理更显著[20]。本研究结果与此相近，发现马尾松、锥栗、青冈等树种林下套种菜头肾均不及杉木林下套种和枇杷树下间作、套种产量的1/5、收入的1/20，且前者品质差、市场滞销。 另有研究发现，选择不同作物进行间作的影响明显强于不同栽培模式的差异[21]。

本研究总结前人做法， 对菜头肾化学成分分别采用了浸出物含量测定， 色谱指纹图谱和液质联用分析[22-26]，明确仿野生种化学成分物质19 种、野生种16 种，仿野生栽培化学物质多于野生种。 为此，从浸出物总量、 整体色谱轮廓和代谢物含量等方面进行了深入分析。 最终结果均表明，枇杷套种与野生种的化学成分和含量更为相似， 从而进一步验证了前面的考察结果。 相比于中药，菜头肾的研究还有相当空间。 随着林下栽培技术的发展，菜头肾已经开始走出浙江，将为更多人所熟知，从而为其深入研究、开发和推广提供基础条件。