杜仲生態(tài)種植探討及對其健康產業(yè)發(fā)展的啟示△

崔欣萍，閆濱濱，張小波，彭政，2，郭秀芝，孫嘉惠，詹志來，楊洪軍，張燕*，郭蘭萍*

1.中國中醫(yī)科學院 中藥資源中心 道地藥材國家重點實驗室培育基地，北京 100700；2.湖北中醫(yī)藥大學 中藥資源與中藥化學湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430065；3.中國中醫(yī)科學院 中藥研究所，北京 100700

杜仲Eucommia ulmoidesOliv.又名思仙、木棉、思仲、綿綿、石思仙、絲連皮等，是杜仲科杜仲屬僅存的第三紀孑遺植物，為我國特有的珍稀瀕危第二類保護植物[1]。杜仲自古以來都是名貴滋補藥材，藥用價值極高，最早記載于《神農本草經》[2]。杜仲味甘，性溫，歸肝、腎經，干燥樹皮入藥，具有補肝腎、強筋骨、安胎功效，可用于肝腎不足、腰膝酸痛、筋骨無力、頭暈目眩、妊娠漏血、胎動不安[3]。此外，杜仲是我國重要的戰(zhàn)略資源，在食品開發(fā)、制膠工業(yè)、家具用材、城鄉(xiāng)綠化、綠色飼料等方面顯示出巨大的應用價值和開發(fā)潛力[4]。

近年來，杜仲的藥用保健價值及杜仲膠的工業(yè)價值受到社會各界的廣泛關注，需求量逐年攀升。目前，杜仲被列入四大緊缺?？厮幉闹籟5]。2016 年，《全國杜仲產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016—2030 年）》（以下簡稱《規(guī)劃》）正式發(fā)布和實施，標志著我國杜仲產業(yè)發(fā)展進入快車道，這將大力推動杜仲產業(yè)未來發(fā)展。原國家林業(yè)局根據我國杜仲產業(yè)發(fā)展現狀和潛力，在《規(guī)劃》中提出“2030 年建成5000 萬畝杜仲良 種高效栽培產業(yè)基地”（1 畝≈666.67 m2）的目標[6]。

杜仲屬落葉喬木，生長周期長，種植15～20 年后方可達到藥用采收標準，其產區(qū)空間未得到充分利用。此外，杜仲立地環(huán)境復雜，栽培過程中存在土壤管理措施不完善、栽培地土壤肥力下降等問題，造成土壤資源浪費。建議發(fā)展杜仲生態(tài)種植時，應充分考慮社會、經濟、生態(tài)效益，注重農、林、牧、副、漁綜合發(fā)展，結合其產區(qū)本身自然條件，因地制宜開展間作、套作，發(fā)展杜仲林下經濟，實現杜仲產業(yè)可持續(xù)發(fā)展[7]。本文對此進行梳理總結，以期為杜仲生態(tài)種植及產業(yè)發(fā)展提供參考。

1 生境與分布

1.1 生境

對杜仲自然生境的了解有助于更好地了解其生長特性，為人工栽培奠定基礎。研究人員近年來發(fā)現一批“先鋒植物”[8]，杜仲是其中一員?！跋蠕h植物”表現出三大特點，即喜鈣性、旱生性、巖生性，能夠在嚴重缺乏土壤和水分的石漠化地區(qū)生長，具有極頑強的生命力。由此可見，杜仲對生長環(huán)境有極強的適應性。在自然狀態(tài)下，其生長于海拔300～500 m 的低山、谷地或低坡的疏林里[9]。地理信息系統(tǒng)（GIS）空間分析功能顯示，海拔300～1800 m 均有杜仲分布[10]。適宜杜仲生長的年均溫度在12～18 ℃。目前已報道數據顯示，其最低耐受溫度為–30 ℃，最高耐受溫度為40 ℃[11]；年均日照強度為130～160 W·m–2；年均相對濕度為60%～80%，年均降水量為1000～1500 mm。杜仲對土壤的選擇性并不高，在瘠薄的紅土或巖石峭壁均能生長，最適宜生長在砂質土壤和含腐殖質較多的土壤和石灰?guī)r山地，土壤pH為4.5～8.0。

1.2 產區(qū)分布

杜仲對環(huán)境有極強的適應性，分布范圍也比較廣泛。作為我國特有的經濟物種，其原產于我國西南諸省山區(qū)，天然分布中心在秦嶺以南山地、四川、貴州、湖北、湖南、陜西、甘肅、云南、廣西、廣東、河南、浙江、安徽、江西等地[12]。根據自然地理特點、其經濟性狀和形態(tài)特點上的差異，陳品良等[13]劃分了7 個杜仲主要分布區(qū)，分別是秦巴山區(qū)，大婁山區(qū)，鄂西山區(qū)，武陵山區(qū)，伏牛山-桐柏山-大別山區(qū)，浙、贛、皖交界山區(qū)和南嶺山區(qū)。鄧陽川等[14]通過藥用植物全球產地生態(tài)適宜性區(qū)劃信息系統(tǒng)（GMPGIS）分析認為，杜仲在中國的最大生態(tài)相似度區(qū)域包括華東、東南沿海、華中、華南、西南、西藏藏南和臺灣東部等18 個地區(qū)。根據杜仲野生分布及基于GMPGIS 的生態(tài)適宜性區(qū)域信息，結合杜仲的生物學特性、土地條件、栽培歷史及習慣等，建議規(guī)范化種植基地選在貴州、湖南、四川、湖北、陜西、河南、重慶、甘肅、安徽、江西等地[15]。

2 現有栽培模式

隨著杜仲產品的不斷開發(fā)，傳統(tǒng)藥用栽培模式已不能滿足市場需求。目前，各地根據立地條件、栽培目的不同，發(fā)展出主產杜仲皮、果、花、葉4種不同的栽培模式，分為藥用栽培模式、果園化栽培模式、杜仲雄花栽培模式和杜仲葉用栽培模式（表1）。

表1 杜仲現有栽培模式

3 生態(tài)種植

生態(tài)種植是在“整體、協(xié)調、循環(huán)、再生”原理指導下，結合系統(tǒng)工程方法設計，綜合考慮社會、經濟和生態(tài)效益，充分應用能量多級利用和物質循環(huán)再生，最后實現生態(tài)與經濟良性循環(huán)[21]。利用生態(tài)種植原理和技術，對杜仲種植模式進行優(yōu)化，提高其種植的產量和綜合效益，對促進杜仲產業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

3.1 開展杜仲復合種植

發(fā)展杜仲復合種植是對傳統(tǒng)杜仲種植模式的優(yōu)化，將杜仲與其他藥用植物或農作物進行間作、套作、混作及立體種植等復合種植，以生態(tài)位原理為實踐基礎，充分利用土地、光、水分、養(yǎng)分等自然資源[22]，提高杜仲林下資源利用率，實現一地多用、一地多收。此外，杜仲生長周期長、產業(yè)投入大，開展復合種植可以實現“以短養(yǎng)長”，提高種植經濟效益。根據杜仲的生長特性，可以從以下角度與其他植物開展復合種植。

3.1.1 根據杜仲的樹齡及樹形大小 杜仲一般2～3年形成樹冠，在幼林期，遮陰度較小[23]，可套種一些喜氣候溫和、光照充足、空氣濕潤的中藥材（如丹參、蒼術等[24-25]）；在成齡階段，杜仲會長大，形成較為蔭蔽的環(huán)境，可種植一些喜陰的中藥材（如半夏[26]等）；對于生長20 年以上的老齡杜仲林來說，林內蔭蔽的環(huán)境能夠為喜濕、喜弱光、怕干旱、怕曝曬的植物（如黃連[27]、重樓[28]等）提供天然的生長條件，可開展林下栽培。

3.1.2 根據杜仲不同產區(qū)的環(huán)境特性 杜仲對環(huán)境的適應性強，分布地區(qū)廣泛，在杜仲產區(qū)引種道地藥材或適宜在產區(qū)環(huán)境下生長的藥材。例如，在氣溫較低的北方杜仲園引種耐寒的藥材；在溫暖濕潤的南方引種淫羊藿等；在山區(qū)開展復合種植模式（辛夷+厚樸+杜仲）可避免水土流失，保證土地得以長期覆蓋，維護森林生態(tài)環(huán)境[29]。

3.1.3 根據杜仲與其他植物間的化感作用 植物化感作用（allelopathy）是指一種由植物產生并以揮發(fā)、淋溶、分泌和分解等方式向環(huán)境釋放化學物質而影響臨近伴生植物生長發(fā)育的現象[30]。這種作用有相生相克的兩面性，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產生的物種競爭效應會刺激化感物質的產生和釋放[32]。杜仲作為木本植物，生長周期長，受到園林內其他植物影響產生的化感物質更多，相較于單純草本植物之間的化感影響可能更加豐富和強烈[33]。因此，從植物化感作用角度來看，杜仲園區(qū)內開展生態(tài)復合種植對植物品種要求更加嚴格。若選擇植物類型不合理，受化感作用影響可能抑制作物生長。田楠等[34-35]選擇杜仲等12 種樹木枯落葉分解小麥和玉米種子發(fā)芽和幼苗生長的化感效應，結果顯示，杜仲對小麥發(fā)芽和生長起到高濃度促進、低濃度抑制的作用；對玉米來說，杜仲枯落葉對玉米的綜合化感效應在各濃度下均表現為抑制作用，不建議杜仲與玉米進行間作。相較于作物，中藥材生態(tài)種植不僅關注安全和產量，更重要的是關注其對中藥材有效成分（次生代謝產物）的影響[36]。開展杜仲復合種植需要在今后加強系統(tǒng)中化感作用的研究，優(yōu)化其生產實踐中的復合種植模式。

3.2 科學采收加工

采收加工是杜仲生態(tài)種植過程中的重要環(huán)節(jié)。杜仲皮多在春末夏初采收為宜，此時植物生長活躍，其體內汁液營養(yǎng)充分，皮部容易從木質部剝離下來。同時，剝離后的部位容易形成愈傷組織，再生新皮，且此時皮部有效成分含量也高。通過探究杜仲有效成分（如綠原酸、松脂醇二葡萄糖苷等）的含量或表型特征確定杜仲皮的最佳采收時間為4—6 月[37-38]，杜仲葉的采收集中在4月或7—8月[39-41]。與《中華人民共和國藥典》2020 年版規(guī)定的“4—6 月剝取樹皮；夏、秋兩季枝葉茂盛時采收葉片”[3]相符。杜仲雄花花期較短，大約1～2 周，通過對不同時期杜仲雄花的形態(tài)特性及對總黃酮、綠原酸和活性成分總量進行比較，發(fā)現盛花期杜仲雄花的品質較好且產量高，采收時要把握好這段時期。

杜仲皮生長緩慢，周期長，一般要10 年以上才能利用。傳統(tǒng)的采收方式主要靠砍樹剝皮，使資源受到極大破壞，砍樹剝皮與林業(yè)、生態(tài)環(huán)境保護產生了矛盾，因此提倡剝皮再生技術[42]。剝皮一般選擇雨后陰天為佳，選擇生長旺盛、枝葉繁茂、無病蟲害的植株剝皮，剝皮方法主要分為環(huán)剝再生法和側剝再生法[43-44]。杜仲葉和杜仲雄花采收時一般采用摘取法或割取法。目前，已有中藥材開始采用機械采收，如采用切割式采葉機械作業(yè)進行大面積銀杏葉的采收。建議借鑒已實現機械化采收的植物品種，推進杜仲的機械化采收進程，提高效率。

杜仲采收后需要經過產地初加工，以保證產品質量，便于保存、運輸、再加工[45]。采收后應首先刮去粗皮，除去霉變、蟲蛀及非應用部分，以及石塊、泥沙、灰屑等雜質。干燥是杜仲采后加工的重要環(huán)節(jié)，直接影響產品質量及后續(xù)的深加工效果。目前，生產中采用的干燥方法主要有自然晾曬、烘房烘干、微波干燥、紅外干燥等，若想得到較高品質或高附加值的產品也可采用真空冷凍干燥、真空脈動干燥等技術[46-47]。

4 杜仲循環(huán)經濟模式探索

循環(huán)模式是在生態(tài)系統(tǒng)層次提煉出的，根據中藥材及其非藥用部位在生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動和物質循環(huán)規(guī)律，構建物質及能量良性循環(huán)的中藥材生態(tài)種植體系，使系統(tǒng)中的物質資源多次循環(huán)利用，從而提高能量的轉換率和資源利用率，保證生產體系的高效循環(huán)和有效產出[48]。

4.1 杜仲多產業(yè)開發(fā)

杜仲被譽為“植物黃金”[5]，其皮、葉、花、果、種子均可利用。杜仲多產業(yè)綜合開發(fā)是實現杜仲資源利用最大化的必要環(huán)節(jié)。

在醫(yī)療方面，杜仲以干燥樹皮和葉入藥[3]。近年來，為了擴大杜仲藥用資源，研究人員相繼開展了杜仲雄花、種子等部位的藥理研究，已從杜仲皮、葉、花和果實中提取獲得木脂素類、環(huán)烯醚萜類、黃酮類等上百種化學成分[49-50]，具有抗氧化、緩解疲勞、抗骨質疏松、提高免疫力、降血壓、降血糖、調血脂、保護心腦血管等多種藥理作用[51-53]。在養(yǎng)殖方面，自2012 年6 月起，杜仲（樹皮）和杜仲葉被收入《飼料原料目錄》，可用于加工制作飼料[54]。將杜仲及其提取物添加到家禽、家畜的飼料中，不僅能預防疾病的發(fā)生、減少預防用藥、增加食用安全性，還能提高食用品質、增強口感[55-57]。在食品保健方面，2020 年4 月，國家衛(wèi)生健康委員會公布了《關于征求將黨參等9 種物質作為按照傳統(tǒng)既是食品又是中藥材物質管理意見的函》（國衛(wèi)辦食品函〔2018〕278 號）[58]，杜仲葉作為9 種物質之一被列入其中?；诖耍胖倏勺鳛槭称芳庸ぴ?，也可制成多種保健食品[59-61]。在工業(yè)方面，杜仲的果、葉、皮和種子中均含有豐富的杜仲膠。杜仲是世界上除了三葉橡膠以外唯一具有巨大開發(fā)前景的優(yōu)質天然橡膠資源[62]，可應用于汽車工業(yè)、高鐵、通訊、醫(yī)療、電力、水利、建筑、運動競技等領域[5]。此外，在生態(tài)綠化方面，杜仲樹形高大，觀賞及涵養(yǎng)水土的效果俱佳，是公園綠化、生態(tài)改良的優(yōu)選樹種[5]。

4.2 廢棄物多級利用

從資源經濟學角度看，中藥廢棄物是某種物質和能量的載體，是一種可轉化的、有待開發(fā)的資源。中藥廢棄物的資源化利用既是中藥資源化學研究思想的具體體現，又是中藥資源領域實現資源節(jié)約、循環(huán)利用、提升利用效率的重要內容之一。以杜仲種植為出發(fā)點，遵循“減量化、再利用、資源化”原則[63]，統(tǒng)籌兼顧，因地制宜，使林、藥、牧、副、漁各產業(yè)有機結合，實現杜仲資源的多途徑、多層次利用是今后杜仲產業(yè)發(fā)展的必然趨勢[64]。

杜仲資源廢棄物產業(yè)鏈較長，依據其產生的不同階段可大致分為1）種植過程中產生的廢棄物，包括因間苗、疏枝、疏果產生的廢棄植株、枝條葉、花、果等；2）產地初加工產生的廢棄物，包括因去除非藥用或非應用部位產生的大量廢棄栓皮、果核、木心等；3）產業(yè)深加工過程中產生的廢棄物，包括產生的藥渣及其他液態(tài)、氣態(tài)廢棄物[65]。

研究人員針對上述過程產生的廢棄物開展了大量研究，將其轉化成資源性產品。一方面，杜仲的非藥用部位及藥渣中含有豐富的粗質纖維、蛋白質及多種微量元素，將其進行簡單的加工處理就可制成各類優(yōu)質肥料、食用菌培養(yǎng)基、飼料添加劑或營養(yǎng)補充劑[66]。黃文豪等[67]將修剪下來的杜仲枝葉作為食用菌培養(yǎng)基，成功培育出口感鮮美、營養(yǎng)成分豐富的香菇；張昌偉等[68]利用杜仲葉渣進行固態(tài)發(fā)酵，成功制備出有機肥料，且毒性試驗證明杜仲葉渣制備的有機肥不僅無毒，還能提高種子的發(fā)芽率；在杜仲葉渣中添加棉籽殼、麩皮等輔料后，平菇菌絲生長旺盛，子實體品質、產量與純棉籽殼生產的平菇品質、產量接近，完全可以作為平菇生產原料[69]。另一方面，袁琳等[70]提出林業(yè)產生的木屑、樹皮，中藥加工產生的藥渣、廢枝葉等都可以作為廢棄植物纖維資源進行開發(fā)，杜仲枝、葉及藥渣含有大量纖維素，并且杜仲與其他造紙原料相比具有纖維氣孔多、易于漂白等優(yōu)點，是制漿造紙工業(yè)的理想原料；陳昌洲等[71]以杜仲枝葉為原料發(fā)明出一種制備高白度紙漿的方法，已申請專利。此外，利用現代生物技術將杜仲副產品轉化為高附加值資源性物質也是一種新的開發(fā)角度。李銀環(huán)等[72]從杜仲廢棄的綠色葉片、嫩枝、種子和杜仲皮中提取得到杜仲精油，并利用其中間產物結合杜仲栽培中產生的廢棄生物質制備出具有保健作用的活性炭，實現了杜仲高效增值循環(huán)利用。

綜上所述，杜仲資源全產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)產生的不同類型廢棄物及副產物具有開發(fā)利用價值。未來，應基于循環(huán)經濟理論，開闊思路，運用適宜技術繼續(xù)開發(fā)杜仲健康產品，推動我國杜仲產業(yè)副產品資源化事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

5 展望

5.1 加快杜仲良種選育

在杜仲生態(tài)種植過程中，種子來源多基于少數幾個品種，大面積種源單一，遺傳背景狹窄，遺傳變異流失。目前，我國95%以上面積的杜仲林采用傳統(tǒng)藥用林栽培模式[73]。此外，我國杜仲良種利用率低，種苗質量良莠不齊，生長分化嚴重，生產力不高，這與杜仲產業(yè)快速發(fā)展形成極大反差[74]。因此，加快杜仲生物育種，選育優(yōu)質、高產、抗逆性強、適應性廣的杜仲良種迫在眉睫。當前，杜仲已選育出“華仲1～5號”“秦仲1～4號”等優(yōu)質、高產、速生的藥用良種，針對杜仲雄花開發(fā)的“華仲11號”，適合果園化開發(fā)及工業(yè)用膠的品種“華仲6～10號”“大果1 號”。另外，多種分子生物技術也陸續(xù)應用到杜仲的良種選育研究中。利用性別相關分子標記鑒別杜仲幼苗時期雌雄性別，合理布置栽培苗區(qū)，解決杜仲雌雄異株、自然狀態(tài)下難以受精產生后代的問題[75]；通過功能基因驗證闡釋杜仲各活性成分的生物合成途徑[76-77]。

建議今后將現代分子生物技術與傳統(tǒng)育種技術更加成熟地結合，并根據不同育種目標，選育出具有廣闊市場前景的優(yōu)良品種，如選育有效成分含量高的藥用杜仲；培育杜仲膠含量較高的膠用杜仲，并優(yōu)化杜仲膠的采收加工工藝；培養(yǎng)主干高大的綠化用杜仲；根據飼料生產的要求，選育能夠優(yōu)化口感、提高家畜產量的飼料用杜仲。此外，不同地區(qū)可以根據自身環(huán)境特性選育抗性品種，一些海拔較高的地區(qū)可選抗寒能力較強的品種，鹽堿地可選抗鹽堿品種。在此過程中要注意知識產權保護。建議政府及相關企業(yè)支持杜仲良種選育研究，對符合條件的杜仲資源培育給予造林和撫育補貼、工程造林項目資金補助。

5.2 加快生態(tài)種植關鍵技術及效益評價研究

杜仲生長緩慢，生產周期長，整個種植過程面臨許多技術難題。如何根據種植目標產品，通過有效的人工栽培管理措施保障其產量尤為關鍵。建議今后開展杜仲栽培區(qū)土壤地力狀況及病、蟲、草害發(fā)生情況調查，了解栽培人員在種植管理中有關杜仲品種選用、間套作模式、種植管理方法、株行距、修剪、肥料使用、排灌水、病蟲害綜合防治、杜仲藥材產量及杜仲膠含量等情況，為杜仲人工栽培提供研究基礎。針對杜仲主產區(qū)的生態(tài)條件、土壤肥力狀況及養(yǎng)分供應情況，明確杜仲生長發(fā)育、養(yǎng)分吸收及品質形成規(guī)律，制定養(yǎng)分調控措施和肥料限量指標；研究杜仲病、蟲、草害發(fā)生發(fā)展規(guī)律，根據杜仲生長規(guī)律及病、蟲、草害發(fā)生發(fā)展規(guī)律確定合理的綜合防治措施，通過選育抗性品種培育壯苗、科學施肥、加強田間管理等措施，綜合利用農業(yè)、物理及生物防治，將有害生物控制在允許范圍內。

在開展杜仲生態(tài)種植過程中，要開展不同種植模式對杜仲及其配套藥用植物生長、產量、品質、病蟲害防治的影響，并對不同模式下產生的生態(tài)效益和經濟效益進行評價，挖掘其生態(tài)種植模式背后的生態(tài)機制和科學問題，為其他品種提供可參考案例。

5.3 提高產品質量，推進杜仲綠色生態(tài)產業(yè)鏈條一體化

雖然，目前以杜仲為原材料開發(fā)的功能性產品品種眾多，應用范圍也較廣，但總體而言，杜仲的開發(fā)利用還處于初級階段，產品研發(fā)還未成規(guī)模，產品質量不高，綜合資源利用率偏低，市場反應也并不突出。對此建議：1）根據市場需求進行產品開發(fā)，推進杜仲產品品牌建設，積極引導、支持企業(yè)做好市場開拓和品牌建設工作，加快自主品牌發(fā)展，不斷提升產業(yè)整體競爭力，打造一批在國內外享有盛譽的杜仲產品品牌；2）充分發(fā)揮國家林業(yè)和草原局杜仲工程技術研究中心的作用，將科研開發(fā)研究和企業(yè)生產活動相結合，保障國家政策資金運轉合理、有序、合法[78]；3）建立杜仲生態(tài)種植示范區(qū)，同時，加大對人才的引進和培養(yǎng)，各研究團隊之間開展學術技術交流與合作，互相借鑒，共同攻克技術難題[79]。之后，通過技術培訓、開展對比試驗和田間調查，評價實施效果，構建“政府+科研+推廣+企業(yè)+農戶”推廣模式并進行示范應用，形成政府、科研機構、高校、企業(yè)、金融機構等主體在內的產業(yè)戰(zhàn)略聯(lián)盟及相互之間的良性互動，實現杜仲產業(yè)資源合理配置、有效集成和充分利用[80]。