中药材轮作栽培的机理及模式研究进展

2024-06-06焦旭升魏春雷杨春王琼师立伟

甘肃农业科技 2024年5期

焦旭升魏春雷杨春王琼师立伟

摘要：随着中药材需求量的不断增加，甘肃省人工栽培中药材面积也随之扩大，但由于道地产区土地面积有限，不可避免地产生了严重的连作障碍。轮作是克服或减轻中药材连作障碍的主要途径之一，可有效改善药田土壤质量，抑制病害的发生，提高中药材产量与品质，缓解粮药争地的矛盾。从中药材连作障碍中存在的化感自毒、土壤理化性质和土壤微生物改变、土壤养分失衡等问题出发，分析了轮作对连作障碍消减的作用机制，总结了常见中药材与各种作物轮作模式及特点，以期为中药材栽培中实行合理轮作提供参考。

关键词：中药材；连作障碍；轮作机制；栽培模式

中图分类号：S567 文献标志码：A 文章编号：2097-2172（2024）05-0405-05

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.05.003

Research Progress on the Mechanisms and Models of the Rotation

Cultivation in Chinese Traditional Medicinal Crops

JIAO Xusheng 1， WEI Chunlei 1， YANG Chun 1， WANG Qiong 2， SHI Liwei 1

（1. Industrial Crop Technology Extension Station of Dingxi， Dingxi Gansu 743000， China; 2. Horticultural Technology Extension Station of Minxian， Minxian Gansu 730500， China）

Abstract： With the increasing demand for Chinese traditional medicinal crops， the area cultivated artificially has also expanded. However， due to the limited land area in authentic production regions， severe continuous cropping obstacles have inevitably arisen. Crop rotation is one of the main measures to overcome or alleviate these obstacles in Chinese traditional medicinal crop cultivation. It can effectively improve the soil quality of the fields， suppress disease occurrence， enhance the yield and quality of medicinal crops， and reduce the conflict between grain and medicinal plant cultivation. Starting from issues like autotoxicity from allelochemicals， changes in soil physicochemical properties and soil microbiota， and soil nutrient imbalances， this paper analyzes the mechanisms by which crop rotation mitigates continuous cropping obstacles and summarizes the crop rotation models and characteristics with various Chinese traditional medicinal crops， aiming to provide references for implementing reasonable crop rotation in Chinese traditional medicinal crop cultivation.

Key words： Chinese traditional medicinal crop; Continuous cropping disorder; Rotation mechanism; Cultivation model

中藥在人类疾病预防、治疗及康复上发挥了重要的作用［1 - 2 ］，因其疗效显著、成分天然、毒副作用小、易于调理养生等优点，受到了国内外市场的推崇［3 ］。甘肃省作为中药材生产大省，自然资源及气候条件得天独厚，栽培历史悠久，已成为重要支柱产业之一［4 - 5 ］。随着中药材需求量的不断增加，人工栽培中药材面积也随之扩大，但由于道地产区土地面积有限，在规模化集约化种植过程中不可避免地产生了严重的连作障碍［6 - 8 ］，不仅导致中药材土传病害普遍发生，而且降低中药材产量和质量。如地黄连作后导致土壤中有益菌大量减少，病原菌增多，最终使其生长缓慢，产量下降［9 ］；党参连作后表现出生长发育缓慢，产量显著降低，根部及茎叶病害发生率持续升高［10 ］，长年连作也会增加人参烧须、烧根和土传病害发生率［11 ］。为了提高中药材产量，追求更大的经济效益，药农在种植过程中往往会超量施用化肥，违规使用植物生长调节剂，滥用农药，最终导致中药材品质下降，对环境造成一定的影响，产生恶性循环［12 ］。

轮作栽培是缓解农作物连作障碍有效的方式之一［13 ］。众多研究表明，轮作在减轻病虫草害发生、提高产量和品质有突出优势。我们从连作障碍表现和轮作栽培模式出发，总结了中药材与各类作物轮作模式的特点，以期为中药材合理轮作栽培提供参考。

1 连作障碍的表现

1.1 化感自毒作用

连作引起中药材种植过程中出现严重的化感自毒作用，进一步导致药用植物生长缓慢，病虫害频发，产量和品质下降，说明自毒作用是产生连作障碍的重要因素之一［14 ］。对多数药用植物研究发现，根部浸提液能引起化感自毒作用，如兰州百合地下部浸提液，对其幼苗的生长具有明显自毒效应［15 ］。任凤英等［16 ］通过研究不同生长期党参根部浸提液对党参幼苗的化感效应认为，党参繁殖期自毒作用最强，是其发生连作障碍的主要原因。有研究还发现，中药材的自毒作用随着自毒物质浓度增加而增强［17 - 19 ］，随着土壤中自毒物质积累，连作障碍越来越严重。

1.2 土壤理化性质及土壤微生物改变

连作导致土壤pH发生变化，根际土壤中土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶的活性显著下降，进而抑制中药材对营养物质的吸收利用［20 ］。同时，连作对土壤微生物的种类和数量具有较大的影响，导致根际微生态系统对致病性微生物抵抗能力下降［21 ］。刘丽等［22 ］的研究表明，柴胡连作改变土壤细菌和真菌群落结构，使有益微生物相对丰度降低、有害微生物相对丰度提高，导致土传病害发生的风险增加。高慧芳等［23 ］研究发现，太子参连作效应及其土传病害也是由根际微生物变化导致病原菌增多造成的。

1.3 土壤养分失衡

不同中药材所需土壤中营养物质的种类、数量及比例有较大差异，根系深浅与植物吸收水分及营养物质的能力有较大关系［24 ］。多年连作会导致中药材所需的特定矿质元素和营养物质过度消耗，导致土壤中养分的偏耗，出现营养不均衡现象，最终导致下茬作物的不正常生长［25 - 26 ］，可见土壤养分失衡也是造成连作障碍的重要因素。

2 轮作的作用机制

中药材连年种植不仅会影响到产量，而且会造成药材的外观及内在品质严重下降。轮作是在同一块土地上，季节间或年间有顺序的轮换种植不同作物或复种组合的种植方式［27 ］，也是用地和养地相结合的生物学措施，在克服或者减轻药材连作障碍对产量及品质影响的过程中发挥着至关重要的作用。

2.1 降低或避免化感毒害

研究发现，部分中药材根际分泌的化感物质进入土壤并大量积累，对自身或其他植物的生长有毒害作用，合理的轮作可以降低或避免前茬中药材根系分泌的化感物质对下茬中药材的危害，极大地改善中药材的生长发育的土壤环境，使得产量和质量得到显著提升［28 ］。此外，一些轮作前茬中药材根系分泌的化感物质具有一定的杀菌特性，可以减少或者避免病害对后茬作物的危害。因此，在中药材的合理轮作倒茬过程中，应注重充分降低或避免植物根分泌的化感物质毒害作用，以达到节本增效和生态环保的目的。

2.2 改善土壤质量

针对中药材根系分布及对养分吸收利用的差异，合理轮作不但可以改善土壤结构，提升土壤质量，还可解决连作引起的土壤养分失衡状态，增加土壤养分。如西洋参和玉米轮作，根际土壤中酚酸类物质含量显著降低，土壤条件得到了改善［29 ］；西红花、元胡、贝母与水稻轮作［30 - 32 ］，与连续旱作相比，对土壤理化性质有很大的改善；人参和西洋参轮作也可以有效地解决老参地的连作障碍问题［33 ］。利用豆科作物根系的固氮作用，非豆科中药材与豆科作物轮作可以显著增加土壤中的氮素含量。此外，轮作对改善土壤中磷的状态和提高有机质含量也有一定的作用。

2.3 改变土壤微生物区系

中药材轮作可丰富微生物类群的多样性，降低土壤中有害微生物数量，改变土壤微生物数量及其组成［34 ］。轮作导致病原菌失去原寄主或改变其生活环境，使病原菌的数量明显降低，从而减轻中药材种植过程中病害的发生和危害。赵磊等［35 ］采用川牛膝与黄连轮作的结果表明，轮作可以有效控制黄连病虫害的发生。刘海娇等［36 ］在茴香和三七轮作试验中也得到同样的结果，即增加了微生物种类的丰富度，显著提高了三七的存苗率。

2.4 缓解粮药争地的矛盾

粮药轮作创新种植模式可提高土地利用率，增加单位面积产量和产值，既确保了粮食安全，又保证了农民增收［37 ］。如王海华等［38 ］将菊花与小麦轮作，有效缓解菊花连作障碍，提高土地利用率，减轻了粮药争地矛盾。

3 常见的中药材轮作模式

3.1 中药材—粮食作物轮作

与粮食作物的轮作是中药材轮作倒茬最常见的方式，其中多为禾本科粮食作物，如燕麦、玉米、小麦等，能显著改善土壤环境条件，调节土壤营养物质。如燕麦与蒙古黄芪轮作，能显著促进蒙古黄芪的生长发育，提高土壤有机质、全氮、全磷和速效钾含量［39 ］；白术—玉米轮作可显著提高白术成活率，促进其营养生长，提高产量［40 ］。党参与小麦、马铃薯、玉米轮作时，可有效抑制党参根腐病的发生［41 ］；芡实—小麦周年水旱轮作在显著提高芡实产量的同时降低病虫害发生率［42 ］；北沙参与玉米轮作能有效抑制根腐病的发生［43 ］。王飞扬［44 ］通过研究三七与玉米和薏米轮作发现，此模式可提高三七叶绿素含量与光合速率，改善土壤酶活性，从而促进三七产量和质量提升。但部分中藥材与粮食作物轮作，也有产生化感抑制作用的情况，如灯盏花与玉米轮作会抑制玉米的生长速率［45 ］，说明轮作作物的选择尤为重要。中药材—粮食作物轮作为传统的轮作模式，轮作茬口选择性大，破除连作障碍的效果较好，但由于粮食作物收益显著低于中药材，农户普遍不愿意采用这种轮作模式。

3.2 中药材—中药材轮作

在中药材种植规模较大的地区，不同种类中药材之间的轮作较为常见，通常是不同科属之间或不同药用部位的中药材之间进行轮作。如人参与细辛轮作后土壤肥力增强，人参的存苗率、产量、出苗率显著提高，且轮作3 a以上对土壤改良效果最好［11 ］；北沙参与牛膝轮作在有效抑制根腐病，同时对北沙参的生长及品质有促进作用［43 ］。赵杨景等［46 ］的研究也发现，西洋参与紫苏轮作具有良好的轮作效应。药-药轮作模式对前茬作物的选择很重要，如黄芪适宜作藿香、大黄、党参的前茬作物；地黄适宜作当归、冬花、商陆、黄芪的前茬作物［47 ］。此种轮作模式虽然可以取得较高的经济收益，但能选择的茬口较为局限，且根茎类中药材之间轮作难以有效克服连作障碍造成的危害。

3.3 中药材—绿肥轮作

绿肥是中国传统农业的重要贡献，是生态农业的重要组成部分［48 - 49 ］。绿肥也是重要的有机肥源，在生态环境保护、提高土地肥力、促进主作物生长、有效改善土壤质地等方面都具有重要作用［50 - 51 ］。与中药材轮作较常见的绿肥有豆科绿肥，能有效打破连作障碍，提供土壤养分。张真等［52 ］通过蚕豆—当归轮作试验发现，轮作有利于促进当归地下部生物量的积累，提高其抗氧化能力。在种植白术前翻耕野豌豆、紫云英、光叶紫花苕可以有效破除连作障碍，与野豌豆轮作后可提高土壤综合肥力，白术生长速率、有效成分含量、须根数及存苗率均有显著提高［53 ］。但相较于中药材，绿肥利用率较低，其经济价值不高，因此在种植中药材的过程中，药农并未大规模使用中药材—绿肥的轮作类型。

3.4 中药材—蔬菜轮作

近年来，由于中药材和蔬菜在巩固脱贫攻坚和实现乡村振兴中发挥了重要的作用，中药材-蔬菜轮作模式发展较快。如“花椰菜—马铃薯—青豆—当归”轮作模式，显著降低了当归麻口病的发病率［54 ］；太子参与辣椒轮作可有效缓解太子参连作导致的土壤酸化和减少酚类物质积累［55 ］；黄芪与洋葱轮作有利于黄芪生长［56 ］；三七与葱轮作可显著提高土壤中有益菌的含量并抑制根腐病病原菌的繁殖［36 ］。蔬菜种植的经济效益普遍较高，条件适宜的地区一年可种植1茬甚至2茬蔬菜，能实现一年两熟的轮作模式，实现同一块地一年两收或多收的增收模式。

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