菜頭腎林下仿野生不同栽培方式對(duì)其品質(zhì)影響研究

陳方永 王 平 程玉芳 倪海枝 王 引 顏幫國(guó) 吳 江 邱智敏 柳新紅

（1.浙江省柑橘研究所 浙江臺(tái)州 318026；2.臺(tái)州市黃巖區(qū)林業(yè)技術(shù)推廣總站 浙江臺(tái)州 318020；3.臺(tái)州市林業(yè)技術(shù)推廣總站 浙江臺(tái)州 317700；4.浙江省林業(yè)技術(shù)推廣總站 浙江杭州 310022）

菜頭腎（Strobilanthes sarcorrhizaC. Ling）為爵床科馬藍(lán)屬多年生草本中藥材，別名土太子參、肉根馬藍(lán)，是浙江省東南部丘陵山區(qū)的特產(chǎn)，當(dāng)?shù)刈鳛樗幨惩?、藥品與保健功能兼?zhèn)涞闹参铮钦憬≈攸c(diǎn)保護(hù)野生植物[1-5]。 菜頭腎在民間被開(kāi)發(fā)入藥保健食品已有數(shù)百年的歷史，是浙江省東南部山區(qū)民間“七腎湯”的主要材料。 菜頭腎主要以塊根入藥，熬煮湯能夠補(bǔ)腎健腰，同時(shí)對(duì)陰虛牙痛、肝炎、腎炎、癤腫也有療效。 因此，深受消費(fèi)者的歡迎，回頭客中群體化、家庭化特點(diǎn)明顯，且銷(xiāo)量大。 然而，菜頭腎一度曾被《中國(guó)物種紅色名錄》列入極危（CR）等級(jí)[6]，物種保護(hù)任務(wù)艱巨。 基于此，對(duì)菜頭腎進(jìn)行仿野生栽培，對(duì)野生物種保護(hù)和資源的可持續(xù)利用具有重要意義。

林下仿野生栽培作為一種優(yōu)選的人工栽培方式，既可高效利用自然資源、節(jié)約勞動(dòng)力、提高作物生產(chǎn)力及減少病蟲(chóng)害[7-8]，又可創(chuàng)造較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[9]。朱振光等人對(duì)半夏間作玉米的栽培方式進(jìn)行了研究，收獲的半夏品質(zhì)符合藥典要求，且間作玉米可為半夏提供更好的生長(zhǎng)環(huán)境，增強(qiáng)半夏生長(zhǎng)勢(shì)、提高半夏產(chǎn)量[10]。 目前，菜頭腎的仿野生栽培方式實(shí)現(xiàn)了從單作、連作向林下套種（水平空間基本有重疊）、間作（水平空間基本無(wú)重疊）發(fā)展。 菜頭腎的栽培規(guī)模已經(jīng)從零星向連片，栽培人數(shù)從少數(shù)專(zhuān)業(yè)戶(hù)向?qū)I(yè)鄉(xiāng)村全面推進(jìn)。2000 年以前，菜頭腎的主產(chǎn)地在永嘉縣道志山區(qū)；后從高山栽培下移到平地、水田為主，初步形成專(zhuān)業(yè)戶(hù)栽培的雛形，全縣面積約8 hm2。 2010 年以后， 整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)生質(zhì)的變化， 栽培重點(diǎn)地從永嘉縣迅速集聚到相鄰的臺(tái)州市黃巖區(qū)上鄭鄉(xiāng)為主的寧溪片區(qū)。 目前該區(qū)域貢獻(xiàn)了全國(guó)90%以上的產(chǎn)量與面積， 栽培方式向生態(tài)公益林、 經(jīng)濟(jì)林的仿野生栽培快速發(fā)展，從而拯救了即將枯竭的野生資源，同時(shí)發(fā)展培育了當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)。 目前，黃巖區(qū)菜頭腎常年栽培面積超350 hm2，原材料（塊根）直接銷(xiāo)售收入20 萬(wàn)～45 萬(wàn)元/hm2， 已成為當(dāng)?shù)厣絽^(qū)農(nóng)民脫貧致富與鄉(xiāng)村振興的經(jīng)濟(jì)支柱。 然而，不同林下仿野生栽培方式對(duì)菜頭腎產(chǎn)量、品質(zhì)差異較大，為此，優(yōu)選合適的栽培方式，系統(tǒng)研究成為必然。

基于此， 本文作者針對(duì)多種林下仿野生栽培菜頭腎的現(xiàn)狀，研究了不同樹(shù)種、不同栽培方式對(duì)菜頭腎產(chǎn)量、品質(zhì)及化學(xué)成分的影響，以期為仿野生栽培菜頭腎提供技術(shù)和理論支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 林地樹(shù)種選擇 選擇15 年樹(shù)齡杉木（Cunninghamia lanceolata）；10 年樹(shù)齡紅肉枇杷（Eriobotrya japonica）；10 年樹(shù)齡馬尾松（Pinus massoniana）、錐栗（Castanea henryi）、青 岡（Cyclobalanopsis glauca）；以一年生菜頭腎根狀莖作為種苗。 菜頭腎野生種為杉木林下栽培地附近的自然生長(zhǎng)地采集。 上述材料產(chǎn)地均為臺(tái)州市黃巖區(qū)上鄭鄉(xiāng)美豐村基地及其附近。

1.1.2 肥料 挪威產(chǎn)復(fù)合肥（16∶13∶26）、自制焦泥灰。

1.1.3 分析與檢測(cè)儀器

（1）土壤營(yíng)養(yǎng)檢測(cè)的儀器設(shè)備：紫外/可見(jiàn)分光光度計(jì)、原子吸收分光光度計(jì)、酸度計(jì)、真空泵、恒溫振蕩器、消化爐、電子分析天平、定氮儀、離心機(jī)。

（2）化學(xué)成分分析儀器與試劑：高效液相色譜儀U3000 （賽默飛， 美國(guó)）、 1290 超高壓液相色譜與6545 四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng) （安捷倫，美國(guó)）、Milli-Q 超純水儀為Milli PAK advantage A10（Millipore，美國(guó)）、色譜純乙腈（默克，美國(guó)）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 栽培方法 菜頭腎的套種密度為36～44 株/畝。枇杷林下栽培分為套種、 間作2 種方式， 杉木林下栽培為套種模式。 各處理設(shè)置3 個(gè)生物學(xué)重復(fù)。 各處理的密度以米尺實(shí)地丈量確定， 并在100 m2內(nèi)隨機(jī)選取3 個(gè)點(diǎn)， 每個(gè)點(diǎn)面積均為1 m2， 人工清點(diǎn)栽培數(shù)量。

化肥原則上1 年施用1 次，最多2 次。 所用肥料為挪威產(chǎn)復(fù)合肥（16∶13∶26），第1 年施用量為30 g/m2，以當(dāng)年施用4 月為主，7 月酌情再補(bǔ)施1 次。 第2 年施用量為50 g/m2左右。 在栽培時(shí)以客土形式摻合一次性使用焦泥灰500 g/m2。

1.2.2 土壤取樣方法 4 種栽培模式下的土壤樣本為種植地100 m2隨機(jī)選取3 個(gè)點(diǎn)， 然后每個(gè)點(diǎn)挖取1 m2內(nèi)的土壤。

1.2.3 土壤營(yíng)養(yǎng)成分檢測(cè) 由課題組實(shí)驗(yàn)室按農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、國(guó)家林業(yè)和草原局的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。 其中，pH 按NY/T 1121.2-2006 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行， 全鹽量按NY/T 1121.2-2006 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行， 有機(jī)質(zhì)按NY/T 1121.6-2006 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行， 全氮按NY/T 53-1987檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行， 水解性氮按LY/T 1228-2015 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行， 有效磷按NY/T 1121.7-2014 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行， 速效鉀及緩效鉀按NY/T 889-2004 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行， 交換性鈣及交換性鎂按NY/T 1121.13-2006 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行， 有效硼按NY/T 1121.8-2006 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

1.2.4 菜頭腎品質(zhì)檢驗(yàn)方法 綜合多年的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，決定對(duì)馬尾松、錐栗、青岡林下栽培菜頭腎的產(chǎn)量品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，以此明確不適宜栽培的理由。 綜合分析苗高、長(zhǎng)勢(shì)、塊根大小、根長(zhǎng)、形狀、產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益等。

（1）菜頭腎商品等級(jí)劃分：根據(jù)市場(chǎng)銷(xiāo)售行規(guī)，確定優(yōu)質(zhì)塊根產(chǎn)品長(zhǎng)度6～8 cm， 最粗處直徑1.0～1.2 cm； 二級(jí)塊根產(chǎn)品長(zhǎng)度9～12 cm， 最粗處直徑0.5～0.9 cm；次品塊根產(chǎn)品長(zhǎng)度＞13 cm，最粗處直徑＜0.5 cm。

（2）市場(chǎng)與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的相關(guān)依據(jù)：馬尾松林下栽培產(chǎn)量為475～750 kg/hm2，價(jià)格為20～45 元/kg，收入為13 000～17 000 元/hm2；錐栗林下栽培產(chǎn)量為475～750 kg/hm2， 價(jià)格為20～45 元/kg， 收入為13 000～18 000 元/hm2； 青岡林下栽培產(chǎn)量為475～750 kg/hm2，價(jià)格為20～45 元/kg， 收入為13 000～19 000 元/hm2；杉木林下栽培產(chǎn)量為4 500～4 950 kg/hm2， 價(jià)格為85～145 元/kg，收入為490 000～565 000 元/hm2；枇杷林下栽培產(chǎn)量為4 800～5 380 kg/hm2， 價(jià)格為85～145 元/kg，收入為510 000～580 000 元/hm2。本數(shù)據(jù)為2021-2022 年市場(chǎng)銷(xiāo)售調(diào)查結(jié)果匯總， 年度間價(jià)格、產(chǎn)量、品質(zhì)有所波動(dòng)，但均在5%～10%的范圍內(nèi)。 各樹(shù)種林下栽培的產(chǎn)量以現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)取樣推算確定。 以100 m2內(nèi)選擇取3 個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)樣地均為1 m2，然后進(jìn)行菜頭腎的挖取稱(chēng)量， 最后結(jié)合整個(gè)收獲季的總產(chǎn)量計(jì)算單位面積產(chǎn)量； 經(jīng)濟(jì)效益根據(jù)銷(xiāo)售結(jié)果計(jì)算平均值。

1.2.5 水溶性浸出物含量測(cè)定 參照《中國(guó)藥典》水溶性浸出物測(cè)定法。 將菜頭腎塊根粉碎， 過(guò)3 號(hào)篩網(wǎng)，得供試樣品粉末，取上述粉末約2 g，精密稱(chēng)量；置100 mL 的錐形瓶中，加水50 mL，密塞，稱(chēng)得質(zhì)量，靜置1 h 后連接回流冷凝管，加熱至沸騰，并保持微沸1 h。 冷后取下錐形瓶，密塞，再稱(chēng)得質(zhì)量，用水補(bǔ)足減少的質(zhì)量，搖勻，再用干燥濾器濾過(guò)，量取濾液25 mL，置于已干燥至恒重的蒸發(fā)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卻30 min，迅速稱(chēng)得質(zhì)量。

1.2.6 菜頭腎化合物成分分析

（1）樣品提?。簩⒑娓珊蟮牟祟^腎塊根打粉，過(guò)3 號(hào)篩網(wǎng)，各稱(chēng)取0.5 g，加5 mL 的70%乙醇浸泡過(guò)夜，超聲提取，離心，取上清液，直接進(jìn)入液相分析。

（2）液相條件：所用液相色譜儀為賽默飛U3000，色譜柱為ACQUITY UPLC HSS T3（2.1×100 mm，1.8 μm，100 A）；柱溫為40℃；流速為0.4 mL/min ；進(jìn)樣量為5 μL；以乙腈為流動(dòng)相A 相，0.1%甲酸/水為流動(dòng)相B相， 流動(dòng)相梯度為0～15 min （0～95% A）、15～20 min（95% A）。 紫外檢測(cè)波長(zhǎng)為254 nm。

（3）液質(zhì)分析與品質(zhì)評(píng)判：取1.2.5 中的上清液進(jìn)行液質(zhì)聯(lián)用分析。 所使用的儀器為安捷倫1290 超高壓液相色譜與6545 四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)，配有電噴霧離子源。 其中液相條件同前所述，質(zhì)譜條件分別為毛細(xì)管電壓3 500 V， 毛細(xì)管溫度320℃，碎裂電壓為70 V，碰撞能為30 eV，MS 范圍為100～1 200 Da，MS/MS 范圍為50～1 200 Da。 高效液相色譜-紫外（HPLC-UV）的指紋圖譜技術(shù)作為評(píng)價(jià)中藥材品質(zhì)的主要依據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2016 和SPSS 19.0 軟件進(jìn)行分析。 用SPSS 19.0 軟件中的ANOVA 作差異顯著性分析，顯著水平為P＜0.05。用Mev 軟件繪制聚類(lèi)熱圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 樹(shù)種選擇

由表1 可知，在杉木、枇杷林下栽培的菜頭腎長(zhǎng)勢(shì)均較好， 莖高枝粗葉厚， 蠟質(zhì)含量高， 光澤度高；而馬尾松、錐栗、青岡林下栽培的植株矮小、塊根細(xì)長(zhǎng)，表皮粗糙，產(chǎn)量不及杉木、枇杷林下的1/5，且單位面積經(jīng)濟(jì)效益不及枇杷、 杉木林下的1/20。 由此判斷， 馬尾松等3 個(gè)樹(shù)種林下不適宜栽培菜頭腎。 因此， 后續(xù)研究應(yīng)選擇枇杷和杉木林下為對(duì)象進(jìn)行進(jìn)一步研究。

表1 不同樹(shù)種林下仿野生栽培情況

2.2 不同栽培方式對(duì)菜頭腎土壤營(yíng)養(yǎng)和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)狀況的影響

研究枇杷林下間作（DD）、枇杷林下套種（TZ）和杉木林下套種（QC）這3 種方式對(duì)菜頭腎土壤營(yíng)養(yǎng)的影響，并與野生種（CK）進(jìn)行對(duì)比，旨在通過(guò)科學(xué)施肥保證并優(yōu)化菜頭腎的固有品質(zhì)。 不同栽培方式的土壤營(yíng)養(yǎng)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2，3 種仿野生栽培方式的有機(jī)質(zhì)、水解性氮、有效磷、交換性鈣、有效硼含量均顯著高于野生林地， 說(shuō)明這些林下仿野生栽培方式均能夠?yàn)椴祟^腎提供足夠的營(yíng)養(yǎng)。

表2 供試對(duì)象林地礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)成分檢測(cè)

4 種栽培方式對(duì)菜頭腎營(yíng)養(yǎng)的影響見(jiàn)表3，枇杷林下套種、杉木林下套種和野生種植較為類(lèi)似，而枇杷林下間作的菜頭腎塊根礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)含量除鈣外，都顯著高于其他3 種栽培方式下的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)含量。 這與仿野生栽培條件下人為的有機(jī)質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充有關(guān)，而自然生長(zhǎng)的林地肥力補(bǔ)充依靠自然環(huán)境消化吸收。 因此，肥力差異比較顯著。

表3 不同取樣（栽培）條件菜頭腎塊根礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)含量

2.3 不同栽培方式對(duì)菜頭腎化學(xué)成分的影響

植物中的次級(jí)代謝產(chǎn)物是植物與環(huán)境相互作用的結(jié)果。 因此，研究不同環(huán)境中代謝產(chǎn)物的差異十分重要。 菜頭腎作為藥食同源的植物，主要以水熬煮的方式入食或作藥用， 水溶性浸出物含量是一個(gè)最直接的評(píng)價(jià)指標(biāo)。 菜頭腎3 個(gè)仿野生栽培方式和1 個(gè)野生種的水溶性浸出物見(jiàn)表4， 其中野生種、 杉木林下套種、 枇杷林下套種3 種栽培方式下的菜頭腎浸出物含量較接近， 分別為28.8%、 26.6%和30.7%， 而枇杷林下間作的菜頭腎浸出物含量最低，僅為15.6%，這可能與枇杷林下間作的光合作用較強(qiáng)有關(guān)。

表4 不同栽培條件菜頭腎水溶性浸出物含量

用高效液相色譜-紫外檢測(cè)器對(duì)菜頭腎的整體化學(xué)成分進(jìn)行分析。 結(jié)果表明，上述4 種來(lái)源的菜頭腎色譜圖輪廓類(lèi)似， 主要色譜峰的保留時(shí)間均能對(duì)應(yīng)， 說(shuō)明不同栽培方式的菜頭腎含有的化合物的成分相似。 然而，4 種栽培方式獲得的菜頭腎色譜響應(yīng)有較大差別，說(shuō)明這些化合物含量差異較大，其中，枇杷間作（DD）栽培方式的含量最低，杉木套種（QC）的含量最高，而野生與枇杷套種（TZ）的較為接近。 野生種主要化學(xué)成分有16 種，仿野生種主要化學(xué)成分有19 種。 為進(jìn)一步直觀表示菜頭腎化合物的相對(duì)含量， 分析時(shí)采用熱圖對(duì)4 種立地條件的菜頭腎主要共有化合物的含量差異進(jìn)行可視化（圖1）。不同栽培方式下的菜頭腎中每種化合物的含量差異顯著，仿野生種植的部分化合物含量顯著高于野生種植（CK），但從整體相似度來(lái)說(shuō)，野生種植（CK）與枇杷套種（TZ）化合物含量最為相似，而與枇杷間作（DD）差異最大，這與前述結(jié)論相吻合。

圖1 菜頭腎中主要化合物相對(duì)含量的熱圖分析

3 討論與結(jié)論

林下仿野生栽培是目前發(fā)展林下經(jīng)濟(jì)的普遍做法，它可以最大限度地提高林地的利用率，增加經(jīng)濟(jì)效益。 從生態(tài)環(huán)境分析，它可以改變地表徑流方向、減少水土流失，從而穩(wěn)定優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)[11-13]。

對(duì)中藥材進(jìn)行仿野生栽培，尤其是間作、套種，是求得較高性?xún)r(jià)比的做法， 表現(xiàn)為介質(zhì)隔離與非介質(zhì)隔離2 種類(lèi)型。 根系間存在化感物質(zhì)交流，存在地上部與光照競(jìng)爭(zhēng)、根部水肥吸收及空間競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)象。復(fù)合栽培方式較多，其中套種、間作比連作、單作綜合效果顯著，如當(dāng)歸間作大蒜[14]，茶樹(shù)套種滇龍膽[15]，決明、辣椒、紫蘇、玉米套種丹參[16]，防風(fēng)與各林型套種[17]，均比連作和單作效果顯著。 當(dāng)歸與不同作物間作也會(huì)產(chǎn)生較大差異[18]。 因此，林下栽培的模式選擇對(duì)于菜頭腎的仿野生栽培有著重要借鑒意義。

中藥材連作影響土壤中養(yǎng)分的平衡和酶活性的高低，易出現(xiàn)化感自毒現(xiàn)象。 如三七連作3 年，鐵、錳、鉀、鈉元素得到富集，鈣、銅的含量卻減少，品質(zhì)下降。 經(jīng)過(guò)2 輪采收后， 土壤的營(yíng)養(yǎng)平衡被不斷打破， 有益菌活性在下降， 化感自毒現(xiàn)象出現(xiàn)的概率高。菜頭腎的連作也會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似的現(xiàn)象。菜頭腎與任何樹(shù)種林下連作2 輪，即6 年后不宜再種，否則產(chǎn)量品質(zhì)會(huì)極顯著下降， 其原理可能與三七連作原理相同[19]。 此前有研究表明，不同類(lèi)型的樹(shù)種對(duì)中藥材套作、間作也會(huì)產(chǎn)生顯著影響，如黨參間作大蒜、玉米及向日葵對(duì)黨參的主根長(zhǎng)、主根直徑、地下部分鮮干重的提升效果比黨參單作和其余間作處理更顯著[20]。本研究結(jié)果與此相近，發(fā)現(xiàn)馬尾松、錐栗、青岡等樹(shù)種林下套種菜頭腎均不及杉木林下套種和枇杷樹(shù)下間作、套種產(chǎn)量的1/5、收入的1/20，且前者品質(zhì)差、市場(chǎng)滯銷(xiāo)。 另有研究發(fā)現(xiàn)，選擇不同作物進(jìn)行間作的影響明顯強(qiáng)于不同栽培模式的差異[21]。

本研究總結(jié)前人做法， 對(duì)菜頭腎化學(xué)成分分別采用了浸出物含量測(cè)定， 色譜指紋圖譜和液質(zhì)聯(lián)用分析[22-26]，明確仿野生種化學(xué)成分物質(zhì)19 種、野生種16 種，仿野生栽培化學(xué)物質(zhì)多于野生種。 為此，從浸出物總量、 整體色譜輪廓和代謝物含量等方面進(jìn)行了深入分析。 最終結(jié)果均表明，枇杷套種與野生種的化學(xué)成分和含量更為相似， 從而進(jìn)一步驗(yàn)證了前面的考察結(jié)果。 相比于中藥，菜頭腎的研究還有相當(dāng)空間。 隨著林下栽培技術(shù)的發(fā)展，菜頭腎已經(jīng)開(kāi)始走出浙江，將為更多人所熟知，從而為其深入研究、開(kāi)發(fā)和推廣提供基礎(chǔ)條件。