設(shè)施栽培技術(shù)在中藥材產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展＊

趙家靖，向增旭,2**

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，南京 210095；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)南京鸝島現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司江蘇省研究生工作站，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)八卦洲現(xiàn)代園藝產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新中心，南京 210043）

中藥材產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展擴(kuò)大，受到越來越多人的關(guān)注，傳統(tǒng)栽培模式所帶來的產(chǎn)量質(zhì)量低、病蟲害侵染、農(nóng)藥殘留等問題，是限制中藥材規(guī)模化、優(yōu)質(zhì)化發(fā)展的瓶頸所在。革新栽培模式，提高中藥材產(chǎn)品質(zhì)量，是繼續(xù)發(fā)展中藥材產(chǎn)業(yè)的必由之路。將設(shè)施栽培技術(shù)應(yīng)用于中藥材栽培生產(chǎn)中，不僅能解決傳統(tǒng)栽培問題，而且能夠擴(kuò)大中藥材發(fā)展規(guī)模，提高生產(chǎn)效益，推動(dòng)中藥材生產(chǎn)規(guī)模化。

中藥材栽培生產(chǎn)現(xiàn)狀

在全新的時(shí)代背景下，中藥工業(yè)增長迅速，市場需求不斷上升。野生中藥資源和道地藥材資源破壞嚴(yán)重，瀕于枯竭，中藥資源可持續(xù)供應(yīng)壓力巨大[1]。從當(dāng)前的中藥材栽培生產(chǎn)實(shí)際發(fā)展情況來看，近年來中國農(nóng)業(yè)技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了中藥材栽培技術(shù)的發(fā)展，人工栽培的藥用植物呈現(xiàn)一定規(guī)模，也出現(xiàn)諸多問題，如中藥材種質(zhì)資源不穩(wěn)定、連作障礙、農(nóng)藥和重金屬殘留嚴(yán)重、品質(zhì)下降等。

野生金線蓮經(jīng)長期引種馴化后栽培品系界限不清，導(dǎo)致生產(chǎn)上的金線蓮性狀、品質(zhì)不一致，經(jīng)濟(jì)價(jià)值差異大[2]。地黃、白術(shù)、人參、三七等根莖類藥材栽培生產(chǎn)過程中普遍存在連作障礙，種子發(fā)芽率降低、死苗率上升、病害嚴(yán)重、產(chǎn)量低、品質(zhì)差[3-5]。菊花、金銀花、鐵皮石斛、枸杞等中藥材生產(chǎn)過程中為防治病蟲害、保證藥材產(chǎn)量，農(nóng)藥使用不規(guī)范，殘留嚴(yán)重。來自河南、山東、河北不同產(chǎn)地約300 批次的金銀花樣品，檢測出農(nóng)藥100 余種，超過70 種農(nóng)藥的檢出率較高[6]。浙江金華市21 批鐵皮石斛樣品中檢出17 種農(nóng)藥殘留[7]。甘肅93 批枸杞中檢出農(nóng)藥18 種，8 種農(nóng)藥的檢出率>30%[8]。

想要推動(dòng)中藥材產(chǎn)業(yè)更好地發(fā)展，必須要保證中藥材種植生產(chǎn)過程安全、穩(wěn)定、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)。設(shè)施栽培是利用人為手段改善土壤栽培環(huán)境或創(chuàng)造人工環(huán)境替代土壤栽培的生產(chǎn)技術(shù)，具有改善植物生長環(huán)境、縮短生長周期、隔離土壤病蟲害等優(yōu)勢，在蔬菜、花卉、果樹生產(chǎn)領(lǐng)域已經(jīng)取得很多成果。中藥材種類多樣，生長年限、收獲部位、植物形態(tài)各不相同，根據(jù)藥用植物自身的生長特性和對生態(tài)環(huán)境的要求，選擇相適合的設(shè)施栽培技術(shù)，是優(yōu)化中藥材生產(chǎn)模式，解決當(dāng)下中藥材人工栽培問題的關(guān)鍵。

設(shè)施栽培在中藥材生產(chǎn)中的應(yīng)用

設(shè)施栽培是在由人工保護(hù)設(shè)施所形成的小氣候條件下進(jìn)行的植物栽培，主要類型有風(fēng)障畦、陽畦、地膜覆蓋、溫床、小拱棚、塑料大棚等簡單設(shè)施技術(shù)，以及溫室大棚、穴盤育苗等較為復(fù)雜的栽培技術(shù)。部分中藥材常見設(shè)施栽培模式見表1。

表1 中藥材常見栽培模式分類

簡易設(shè)施

簡易設(shè)施栽培技術(shù)在中藥材種植生產(chǎn)中應(yīng)用較廣泛，人參、西洋參、三七、重樓等典型喜陰植物忌陽光直射、忌積水，栽培設(shè)施主要使用專用遮陽網(wǎng)（圖1）。丹參、黃芪等中藥材地膜覆蓋栽培可有效防治雜草的生長（圖2），同時(shí)可提高土壤的保水性，改善旱地缺水問題。金銀花、絞股藍(lán)、何首烏、薯蕷、瓜蔞等藤本類中藥材的整形修剪、搭建棚架技術(shù)，可及時(shí)去除劣枝病枝、改善枝條遮陽情況。

圖1 人參遮陽棚栽培

圖2 黃芪地膜覆蓋

溫室大棚

溫室大棚設(shè)施栽培是以玻璃或硬質(zhì)塑料板、塑料薄膜等作為覆蓋材料，棚內(nèi)溫度、濕度、光照、水肥條件均可調(diào)可控的設(shè)施技術(shù)。目前溫室大棚設(shè)施被廣泛應(yīng)用于蔬菜、水果等經(jīng)濟(jì)作物的生產(chǎn)，在番茄、生姜、草莓、臍橙等植物的栽培生產(chǎn)中均有應(yīng)用[9-12]。在藥用植物栽培生產(chǎn)中也有較廣泛的應(yīng)用。大棚設(shè)施栽培能顯著提高管花肉蓯蓉的接種率和單株檉柳接種管花肉蓯蓉的個(gè)數(shù)[13]。石斛育苗后移入大棚內(nèi)統(tǒng)一栽培管理，其栽培基質(zhì)以松樹皮為主，松樹鋸末和松樹皮混合栽培的鐵皮石斛長勢好、產(chǎn)量高。水苔、鋸末、菌渣等基質(zhì)的試驗(yàn)也有一定研究[14]。溫室內(nèi)栽培藏紅花可以有效避免不良?xì)夂驐l件的影響、減少球莖病害的發(fā)生、提高藏紅花柱頭產(chǎn)量[15]。

穴盤育苗

穴盤基質(zhì)育苗技術(shù)能有效節(jié)約土地資源，縮短育苗時(shí)間，且操作簡單，產(chǎn)苗量大，在基質(zhì)中有利于生根，移栽后和大田直播苗相比成活率、壯苗率顯著增加[16]。穴盤育苗技術(shù)在蔬菜、苗木的種苗繁育中應(yīng)用較廣泛，杜仲、黃精、金蓮花、茅蒼術(shù)等中藥材穴盤育苗（圖3）多以泥炭、蛭石、珍珠巖等常用基質(zhì)按比例混合，配合營養(yǎng)液澆灌，種子萌發(fā)效果與成苗情況均優(yōu)于大田栽培[17-21]。

圖3 茅蒼術(shù)穴盤育苗

無土栽培技術(shù)在中藥材生產(chǎn)中的應(yīng)用

無土栽培技術(shù)能夠緩解土地壓力，改善作物質(zhì)量，提高作物產(chǎn)量。現(xiàn)代無土栽培技術(shù)包括基質(zhì)栽培、水培、氣霧栽培。

基質(zhì)培

基質(zhì)栽培是利用蛭石、珍珠巖、沙、爐渣等無機(jī)基質(zhì)和泥炭、椰糠、菇渣、發(fā)酵動(dòng)物糞便等有機(jī)基質(zhì)單一或混合使用，代替土壤提供植物根系生長環(huán)境的栽培方法。

基質(zhì)栽培是改善植物生長環(huán)境、解決土壤對根系危害的有效途徑，在保護(hù)瀕危中藥材資源、中藥材規(guī)?；a(chǎn)以及改進(jìn)藥材栽培技術(shù)等方面應(yīng)用前景很大。如石斛等名貴中藥材的野外生存環(huán)境差，種子不易萌發(fā)，使用松樹皮等基質(zhì)將石斛轉(zhuǎn)入溫室大棚栽培可有效保存石斛資源，同時(shí)實(shí)現(xiàn)石斛藥材工廠化生產(chǎn)（圖4）?；|(zhì)栽培藏紅花可有效減少藏紅花球莖腐爛的發(fā)生；靈芝[36]、荊芥[37]、麥冬[38]、遠(yuǎn)志[39]等藥材溫室基質(zhì)栽培有利于提高萌發(fā)率、防治病蟲害、減少化肥農(nóng)藥的不當(dāng)使用；山藥基質(zhì)栽培，可以減少采收時(shí)造成機(jī)械破損，還可以避免受到地下害蟲的侵襲和土壤的污染[40]。高山紅景天種子無土育苗和基質(zhì)扦插育苗均有較高的成活率，其栽培基質(zhì)以草炭土、蛭石、珍珠巖等比例混合為佳[41]。半夏人工種莖在營養(yǎng)液澆灌的基質(zhì)中能發(fā)育成完整植株，且蛭石是半夏人工種莖的最適基質(zhì)[42]。

圖4 石斛大棚基質(zhì)栽培

水培

水培是利用循環(huán)營養(yǎng)液系統(tǒng)為植物提供生長必需的水肥條件的栽培系統(tǒng)。根據(jù)營養(yǎng)液深度可分為營養(yǎng)液膜栽培技術(shù)、深夜流栽培技術(shù)、浮板毛管栽培技術(shù)三類。水培最初應(yīng)用于葉菜類蔬菜、草莓等水果的大規(guī)模快速生產(chǎn)，能避有效免蔬菜種植連作障礙的發(fā)生，減少了土壤的病蟲危害，大大縮短生長周期，且操作簡單，節(jié)約空間，產(chǎn)品鮮嫩、品質(zhì)好[43-45]。大多數(shù)以地上莖葉為收獲部位的草本中藥材，如蒲公英、車前草、薄荷、荊芥、益母草、紫蘇、艾葉、青蒿等適合水培生產(chǎn)。目前，中藥材水培已有一定研究，水培蒲公英生長速度快，定植后15～20 天即可采收[46]。水培益母草可以有效解決其藥源質(zhì)量差、品質(zhì)不穩(wěn)定的問題，并能縮短益母草的生長周期，周年生產(chǎn)益母草鮮品[47]。用霍格蘭營養(yǎng)液培養(yǎng)魚腥草，可明顯提高其可溶性糖含量和葉綠素含量[48]。水培山茱萸的生物量和葉片活性成分含量均高于土壤栽培[49]。

水培植物根系雖然發(fā)達(dá)，但多發(fā)育成須根系，根及根莖類中藥材水培生產(chǎn)難度較大。有研究表明櫻桃蘿卜種子育苗后，選取肉質(zhì)根膨大明顯的幼苗定植到水培系統(tǒng)中，15 天左右肉質(zhì)根直徑可達(dá)到2～3 cm[50]。根類藥材人參[51]、西洋參、丹參[52]、桔梗等中藥材水培也有一定研究，對水培生長的人參葉片、果實(shí)和根莖中的活性成分含量進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)水培人參葉片可作為一種環(huán)境友好的天然抗氧化劑[51]。桔梗在不同氮素水平的營養(yǎng)液中以及草炭、蛭石、珍珠巖等混合基質(zhì)中的栽培研究中，指出水培的桔梗產(chǎn)量高于露地栽培[53]，可推廣到其他根及根莖類藥用植物的栽培。其他以根莖為主要收獲部位的中藥材能否在水培系統(tǒng)中正常發(fā)育仍需進(jìn)一步研究。

氣霧培

氣霧培是利用噴霧裝置將營養(yǎng)液霧化，向根系提供水分、氧氣及營養(yǎng)的栽培系統(tǒng)[54]。與水培模式相比，氣霧培的植物生長速度更快，且不易出現(xiàn)缺氧、爛根、生長不良等現(xiàn)象[55]。氣霧栽培環(huán)境下的植物根系生長不受限制、營養(yǎng)充足，有利于植物根系的發(fā)育和生長，同時(shí)更便于對植物根系發(fā)育情況進(jìn)行觀察，目前地下根莖類植物在氣霧栽培中也有一定研究，尤其是對馬鈴薯的培育已取得很大進(jìn)展[56]。國外研究發(fā)現(xiàn)霧培牛蒡和紫雛菊采收其根部時(shí)可避免造成損傷，且霧培模式更便于修剪和病蟲害管理。對于某些大田栽培生產(chǎn)采收困難、根際病害嚴(yán)重、經(jīng)年栽培根系發(fā)育不良的根莖類中藥材氣霧培的研究價(jià)值很大。此外，氣霧栽培還有利于植物氣生根的生長，與中藥材石斛氣生根的特性高度契合，目前石斛的生產(chǎn)主要是溫室大棚內(nèi)苗床基質(zhì)栽培，將氣霧培與石斛藥材的生產(chǎn)相結(jié)合，對于石斛等名貴中藥材的資源保護(hù)與栽培生產(chǎn)，有極大的應(yīng)用價(jià)值。

氣霧培有利于車前的生長，能明顯縮短車前的生長周期，提高其生物量，改善營養(yǎng)品質(zhì)[57]。廣藿香、紫蘇等葉類藥材霧培扦插成活率高，生長速度可以提高1.4～5.2 倍，一些營養(yǎng)成分含量顯著提高[58]。名貴中藥材藏紅花在水培和霧培試驗(yàn)中，植株生長狀態(tài)良好，柱頭產(chǎn)量和主要活性成分含量與土培藏紅花差異不明顯，可做進(jìn)一步探索研究，國外藏紅花霧培技術(shù)也已有一定研究和應(yīng)用[59]。霧培條件下，將電極處理過的等離子體水作為營養(yǎng)液培養(yǎng)的人參幼苗游離氨基酸和人參皂甙的積累量均明顯增加[60]。在雙層立體霧培中，下層人參葉片發(fā)育優(yōu)于上層人參，而根系發(fā)育則是上層植株優(yōu)于下層[61]。

植物工廠在中藥材生產(chǎn)中的應(yīng)用

植物工廠是在完全密閉環(huán)境下，運(yùn)用現(xiàn)代化無土培技術(shù)、人工光源技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境調(diào)控技術(shù)等高新技術(shù)實(shí)現(xiàn)環(huán)境可調(diào)可控、植物批量生產(chǎn)的高效栽培方式。

中國植物工廠技術(shù)起步較晚，20 世紀(jì)70年代，荷蘭、美國、以色列、日本、韓國等機(jī)械化較為發(fā)達(dá)的國家對于溫室植物工廠技術(shù)就已趨于成熟，逐漸由半自動(dòng)化到全自動(dòng)化控制方向發(fā)展[62]。且堆疊式無土栽培技術(shù)大大提高了植物工廠空間利用率，結(jié)合水培霧培技術(shù)推動(dòng)設(shè)施栽培立體化發(fā)展，打造出垂直農(nóng)業(yè)模式[63]。當(dāng)前中國植物工廠技術(shù)也正向智能化、自動(dòng)化模式發(fā)展，在種苗生產(chǎn)、作物管理、采收加工等各個(gè)過程均有一定研究，如“一穴一粒”精量化播種技術(shù)、種苗智能分級移栽技術(shù)、傳感器自主調(diào)控環(huán)境功能、精準(zhǔn)化機(jī)械采摘設(shè)備等技術(shù)成果[64]。

藥用植物工廠化育苗溫室管理系統(tǒng)在中國甘肅中藥材種質(zhì)創(chuàng)新種植研究中實(shí)施成功，結(jié)合水培營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)，藥用植物工廠化育苗溫室管理系統(tǒng)可通過手機(jī)等電子設(shè)備，遠(yuǎn)程管理育苗溫室的各個(gè)環(huán)境因素[65]。在中藥材生產(chǎn)管理中應(yīng)用前景很大，生長周期短、植株高度1 m以下、采收部位為地上部分的葉類、花類、全草類中藥材均適合采用植物工廠模式生產(chǎn)。如蒲公英、馬齒莧、車前草、菊花、荊芥、紫蘇等經(jīng)濟(jì)型中藥材可利用植物工廠技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)化周年生產(chǎn)。在植物工廠模式下，還可以單一控制某一因素，提高中藥材品質(zhì)，如用不同光質(zhì)的LED 光源培養(yǎng)鐵皮石斛，其鮮重增加量差異顯著。所以對于人參、西洋參、石斛、靈芝等名貴中藥材的資源保存和高品質(zhì)藥材的生產(chǎn)，植物工廠技術(shù)也有極大的研究意義。

總結(jié)

隨著科技的不斷進(jìn)步，中藥材的溫室大棚智能化種植成為發(fā)展趨勢，個(gè)性化調(diào)控溫、光、水、肥、氣等因素，將溫室管理技術(shù)、智能傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)溫室管理數(shù)據(jù)化、信息化、可視化、遠(yuǎn)程化[66]，成為溫室智能化管理新的方法和手段。在保證中藥材生產(chǎn)適應(yīng)性、道地性、安全性、經(jīng)濟(jì)性的原則下，根據(jù)中藥材的生長發(fā)育需求，將智能設(shè)施栽培系統(tǒng)與中藥材規(guī)?；a(chǎn)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)中藥材生產(chǎn)智能化、集約化、產(chǎn)品特色化，將是未來中藥材設(shè)施栽培的發(fā)展方向。