中藥材輪作栽培的機(jī)理及模式研究進(jìn)展

焦旭升 魏春雷 楊春 王瓊 師立偉

摘要：隨著中藥材需求量的不斷增加，甘肅省人工栽培中藥材面積也隨之?dāng)U大，但由于道地產(chǎn)區(qū)土地面積有限，不可避免地產(chǎn)生了嚴(yán)重的連作障礙。輪作是克服或減輕中藥材連作障礙的主要途徑之一，可有效改善藥田土壤質(zhì)量，抑制病害的發(fā)生，提高中藥材產(chǎn)量與品質(zhì)，緩解糧藥爭(zhēng)地的矛盾。從中藥材連作障礙中存在的化感自毒、土壤理化性質(zhì)和土壤微生物改變、土壤養(yǎng)分失衡等問題出發(fā)，分析了輪作對(duì)連作障礙消減的作用機(jī)制，總結(jié)了常見中藥材與各種作物輪作模式及特點(diǎn)，以期為中藥材栽培中實(shí)行合理輪作提供參考。

關(guān)鍵詞：中藥材；連作障礙；輪作機(jī)制；栽培模式

中圖分類號(hào)：S567? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：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

中藥在人類疾病預(yù)防、治療及康復(fù)上發(fā)揮了重要的作用［1 - 2 ］，因其療效顯著、成分天然、毒副作用小、易于調(diào)理養(yǎng)生等優(yōu)點(diǎn)，受到了國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的推崇［3 ］。甘肅省作為中藥材生產(chǎn)大省，自然資源及氣候條件得天獨(dú)厚，栽培歷史悠久，已成為重要支柱產(chǎn)業(yè)之一［4 - 5 ］。隨著中藥材需求量的不斷增加，人工栽培中藥材面積也隨之?dāng)U大，但由于道地產(chǎn)區(qū)土地面積有限，在規(guī)模化集約化種植過程中不可避免地產(chǎn)生了嚴(yán)重的連作障礙［6 - 8 ］，不僅導(dǎo)致中藥材土傳病害普遍發(fā)生，而且降低中藥材產(chǎn)量和質(zhì)量。如地黃連作后導(dǎo)致土壤中有益菌大量減少，病原菌增多，最終使其生長(zhǎng)緩慢，產(chǎn)量下降［9 ］；黨參連作后表現(xiàn)出生長(zhǎng)發(fā)育緩慢，產(chǎn)量顯著降低，根部及莖葉病害發(fā)生率持續(xù)升高［10 ］，長(zhǎng)年連作也會(huì)增加人參燒須、燒根和土傳病害發(fā)生率［11 ］。為了提高中藥材產(chǎn)量，追求更大的經(jīng)濟(jì)效益，藥農(nóng)在種植過程中往往會(huì)超量施用化肥，違規(guī)使用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，濫用農(nóng)藥，最終導(dǎo)致中藥材品質(zhì)下降，對(duì)環(huán)境造成一定的影響，產(chǎn)生惡性循環(huán)［12 ］。

輪作栽培是緩解農(nóng)作物連作障礙有效的方式之一［13 ］。眾多研究表明，輪作在減輕病蟲草害發(fā)生、提高產(chǎn)量和品質(zhì)有突出優(yōu)勢(shì)。我們從連作障礙表現(xiàn)和輪作栽培模式出發(fā)，總結(jié)了中藥材與各類作物輪作模式的特點(diǎn)，以期為中藥材合理輪作栽培提供參考。

1? ?連作障礙的表現(xiàn)

1.1? ?化感自毒作用

連作引起中藥材種植過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的化感自毒作用，進(jìn)一步導(dǎo)致藥用植物生長(zhǎng)緩慢，病蟲害頻發(fā)，產(chǎn)量和品質(zhì)下降，說(shuō)明自毒作用是產(chǎn)生連作障礙的重要因素之一［14 ］。對(duì)多數(shù)藥用植物研究發(fā)現(xiàn)，根部浸提液能引起化感自毒作用，如蘭州百合地下部浸提液，對(duì)其幼苗的生長(zhǎng)具有明顯自毒效應(yīng)［15 ］。任鳳英等［16 ］通過研究不同生長(zhǎng)期黨參根部浸提液對(duì)黨參幼苗的化感效應(yīng)認(rèn)為，黨參繁殖期自毒作用最強(qiáng)，是其發(fā)生連作障礙的主要原因。有研究還發(fā)現(xiàn)，中藥材的自毒作用隨著自毒物質(zhì)濃度增加而增強(qiáng)［17 - 19 ］，隨著土壤中自毒物質(zhì)積累，連作障礙越來(lái)越嚴(yán)重。

1.2? ?土壤理化性質(zhì)及土壤微生物改變

連作導(dǎo)致土壤pH發(fā)生變化，根際土壤中土壤脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶的活性顯著下降，進(jìn)而抑制中藥材對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用［20 ］。同時(shí)，連作對(duì)土壤微生物的種類和數(shù)量具有較大的影響，導(dǎo)致根際微生態(tài)系統(tǒng)對(duì)致病性微生物抵抗能力下降［21 ］。劉麗等［22 ］的研究表明，柴胡連作改變土壤細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)，使有益微生物相對(duì)豐度降低、有害微生物相對(duì)豐度提高，導(dǎo)致土傳病害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)增加。高慧芳等［23 ］研究發(fā)現(xiàn)，太子參連作效應(yīng)及其土傳病害也是由根際微生物變化導(dǎo)致病原菌增多造成的。

1.3? ?土壤養(yǎng)分失衡

不同中藥材所需土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的種類、數(shù)量及比例有較大差異，根系深淺與植物吸收水分及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力有較大關(guān)系［24 ］。多年連作會(huì)導(dǎo)致中藥材所需的特定礦質(zhì)元素和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過度消耗，導(dǎo)致土壤中養(yǎng)分的偏耗，出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)不均衡現(xiàn)象，最終導(dǎo)致下茬作物的不正常生長(zhǎng)［25 - 26 ］，可見土壤養(yǎng)分失衡也是造成連作障礙的重要因素。

2? ?輪作的作用機(jī)制

中藥材連年種植不僅會(huì)影響到產(chǎn)量，而且會(huì)造成藥材的外觀及內(nèi)在品質(zhì)嚴(yán)重下降。輪作是在同一塊土地上，季節(jié)間或年間有順序的輪換種植不同作物或復(fù)種組合的種植方式［27 ］，也是用地和養(yǎng)地相結(jié)合的生物學(xué)措施，在克服或者減輕藥材連作障礙對(duì)產(chǎn)量及品質(zhì)影響的過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

2.1? ?降低或避免化感毒害

研究發(fā)現(xiàn)，部分中藥材根際分泌的化感物質(zhì)進(jìn)入土壤并大量積累，對(duì)自身或其他植物的生長(zhǎng)有毒害作用，合理的輪作可以降低或避免前茬中藥材根系分泌的化感物質(zhì)對(duì)下茬中藥材的危害，極大地改善中藥材的生長(zhǎng)發(fā)育的土壤環(huán)境，使得產(chǎn)量和質(zhì)量得到顯著提升［28 ］。此外，一些輪作前茬中藥材根系分泌的化感物質(zhì)具有一定的殺菌特性，可以減少或者避免病害對(duì)后茬作物的危害。因此，在中藥材的合理輪作倒茬過程中，應(yīng)注重充分降低或避免植物根分泌的化感物質(zhì)毒害作用，以達(dá)到節(jié)本增效和生態(tài)環(huán)保的目的。

2.2? ?改善土壤質(zhì)量

針對(duì)中藥材根系分布及對(duì)養(yǎng)分吸收利用的差異，合理輪作不但可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提升土壤質(zhì)量，還可解決連作引起的土壤養(yǎng)分失衡狀態(tài)，增加土壤養(yǎng)分。如西洋參和玉米輪作，根際土壤中酚酸類物質(zhì)含量顯著降低，土壤條件得到了改善［29 ］；西紅花、元胡、貝母與水稻輪作［30 - 32 ］，與連續(xù)旱作相比，對(duì)土壤理化性質(zhì)有很大的改善；人參和西洋參輪作也可以有效地解決老參地的連作障礙問題［33 ］。利用豆科作物根系的固氮作用，非豆科中藥材與豆科作物輪作可以顯著增加土壤中的氮素含量。此外，輪作對(duì)改善土壤中磷的狀態(tài)和提高有機(jī)質(zhì)含量也有一定的作用。

2.3? ?改變土壤微生物區(qū)系

中藥材輪作可豐富微生物類群的多樣性，降低土壤中有害微生物數(shù)量，改變土壤微生物數(shù)量及其組成［34 ］。輪作導(dǎo)致病原菌失去原寄主或改變其生活環(huán)境，使病原菌的數(shù)量明顯降低，從而減輕中藥材種植過程中病害的發(fā)生和危害。趙磊等［35 ］采用川牛膝與黃連輪作的結(jié)果表明，輪作可以有效控制黃連病蟲害的發(fā)生。劉海嬌等［36 ］在茴香和三七輪作試驗(yàn)中也得到同樣的結(jié)果，即增加了微生物種類的豐富度，顯著提高了三七的存苗率。

2.4? ?緩解糧藥爭(zhēng)地的矛盾

糧藥輪作創(chuàng)新種植模式可提高土地利用率，增加單位面積產(chǎn)量和產(chǎn)值，既確保了糧食安全，又保證了農(nóng)民增收［37 ］。如王海華等［38 ］將菊花與小麥輪作，有效緩解菊花連作障礙，提高土地利用率，減輕了糧藥爭(zhēng)地矛盾。

3? ?常見的中藥材輪作模式

3.1? ?中藥材—糧食作物輪作

與糧食作物的輪作是中藥材輪作倒茬最常見的方式，其中多為禾本科糧食作物，如燕麥、玉米、小麥等，能顯著改善土壤環(huán)境條件，調(diào)節(jié)土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。如燕麥與蒙古黃芪輪作，能顯著促進(jìn)蒙古黃芪的生長(zhǎng)發(fā)育，提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和速效鉀含量［39 ］；白術(shù)—玉米輪作可顯著提高白術(shù)成活率，促進(jìn)其營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量［40 ］。黨參與小麥、馬鈴薯、玉米輪作時(shí)，可有效抑制黨參根腐病的發(fā)生［41 ］；芡實(shí)—小麥周年水旱輪作在顯著提高芡實(shí)產(chǎn)量的同時(shí)降低病蟲害發(fā)生率［42 ］；北沙參與玉米輪作能有效抑制根腐病的發(fā)生［43 ］。王飛揚(yáng)［44 ］通過研究三七與玉米和薏米輪作發(fā)現(xiàn)，此模式可提高三七葉綠素含量與光合速率，改善土壤酶活性，從而促進(jìn)三七產(chǎn)量和質(zhì)量提升。但部分中藥材與糧食作物輪作，也有產(chǎn)生化感抑制作用的情況，如燈盞花與玉米輪作會(huì)抑制玉米的生長(zhǎng)速率［45 ］，說(shuō)明輪作作物的選擇尤為重要。中藥材—糧食作物輪作為傳統(tǒng)的輪作模式，輪作茬口選擇性大，破除連作障礙的效果較好，但由于糧食作物收益顯著低于中藥材，農(nóng)戶普遍不愿意采用這種輪作模式。

3.2? ?中藥材—中藥材輪作

在中藥材種植規(guī)模較大的地區(qū)，不同種類中藥材之間的輪作較為常見，通常是不同科屬之間或不同藥用部位的中藥材之間進(jìn)行輪作。如人參與細(xì)辛輪作后土壤肥力增強(qiáng)，人參的存苗率、產(chǎn)量、出苗率顯著提高，且輪作3 a以上對(duì)土壤改良效果最好［11 ］；北沙參與牛膝輪作在有效抑制根腐病，同時(shí)對(duì)北沙參的生長(zhǎng)及品質(zhì)有促進(jìn)作用［43 ］。趙楊景等［46 ］的研究也發(fā)現(xiàn)，西洋參與紫蘇輪作具有良好的輪作效應(yīng)。藥-藥輪作模式對(duì)前茬作物的選擇很重要，如黃芪適宜作藿香、大黃、黨參的前茬作物；地黃適宜作當(dāng)歸、冬花、商陸、黃芪的前茬作物［47 ］。此種輪作模式雖然可以取得較高的經(jīng)濟(jì)收益，但能選擇的茬口較為局限，且根莖類中藥材之間輪作難以有效克服連作障礙造成的危害。

3.3? ?中藥材—綠肥輪作

綠肥是中國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的重要貢獻(xiàn)，是生態(tài)農(nóng)業(yè)的重要組成部分［48 - 49 ］。綠肥也是重要的有機(jī)肥源，在生態(tài)環(huán)境保護(hù)、提高土地肥力、促進(jìn)主作物生長(zhǎng)、有效改善土壤質(zhì)地等方面都具有重要作用［50 - 51 ］。與中藥材輪作較常見的綠肥有豆科綠肥，能有效打破連作障礙，提供土壤養(yǎng)分。張真等［52 ］通過蠶豆—當(dāng)歸輪作試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，輪作有利于促進(jìn)當(dāng)歸地下部生物量的積累，提高其抗氧化能力。在種植白術(shù)前翻耕野豌豆、紫云英、光葉紫花苕可以有效破除連作障礙，與野豌豆輪作后可提高土壤綜合肥力，白術(shù)生長(zhǎng)速率、有效成分含量、須根數(shù)及存苗率均有顯著提高［53 ］。但相較于中藥材，綠肥利用率較低，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高，因此在種植中藥材的過程中，藥農(nóng)并未大規(guī)模使用中藥材—綠肥的輪作類型。

3.4? ?中藥材—蔬菜輪作

近年來(lái)，由于中藥材和蔬菜在鞏固脫貧攻堅(jiān)和實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興中發(fā)揮了重要的作用，中藥材-蔬菜輪作模式發(fā)展較快。如“花椰菜—馬鈴薯—青豆—當(dāng)歸”輪作模式，顯著降低了當(dāng)歸麻口病的發(fā)病率［54 ］；太子參與辣椒輪作可有效緩解太子參連作導(dǎo)致的土壤酸化和減少酚類物質(zhì)積累［55 ］；黃芪與洋蔥輪作有利于黃芪生長(zhǎng)［56 ］；三七與蔥輪作可顯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 ］。蔬菜種植的經(jīng)濟(jì)效益普遍較高，條件適宜的地區(qū)一年可種植1茬甚至2茬蔬菜，能實(shí)現(xiàn)一年兩熟的輪作模式，實(shí)現(xiàn)同一塊地一年兩收或多收的增收模式。

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收稿日期：2023 - 10 - 07；修訂日期：2024 - 03 - 14

基金項(xiàng)目：甘肅省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（21YF5NJ191）。

作者簡(jiǎn)介：焦旭升（1994 — ），男，甘肅通渭人，助理農(nóng)藝師，碩士，研究方向?yàn)樗幱弥参镔Y源與利用。Email： jss012010@163.com。

通信作者：師立偉（1976 — ），男，甘肅臨洮人，正高級(jí)農(nóng)藝師，研究方向?yàn)橹兴幉?、蔬菜栽培。Email： zx8068@163.com。