“四大懷藥”地黃、牛膝、山藥、菊花的無公害栽培體系研究

王旭 李西文 陳士林

摘要 產于古懷慶府一帶的道地藥材地黃、牛膝、山藥、菊花，習稱“四大懷藥”。由于老產區土壤質量下降、產區面積萎縮、品種退化、病蟲害嚴重及濫用化肥農藥等問題突出，導致生產的藥材農殘及重金屬超標嚴重。為解決以上問題，本研究對“四大懷藥”的無公害栽培技術進行探討，提出利用GIS生態適宜性區劃系統指導栽培選地、結合“土壤消毒+綠肥回田+菌劑調控”的土壤復合改良措施整地、利用現代育種技術開展抗性品種選育、制定種子種苗標準、實行有機肥為主的“基肥+追肥+葉面肥”的施肥模式以及病蟲害的綜合防治等關鍵技術為一體的“四大懷藥”無公害栽培體系，該體系可為無公害“四大懷藥”的生產提供指導，同時為其他中藥材的無公害栽培體系提供參考。

關鍵詞 無公害藥材；栽培選地；土壤改良；良種選育；綜合防治

Abstract Rehmanniae Radix，Achyranthis Bidentatae Radix，Dioscoreae Rhizoma and Chrysanthemi Flos are four types of Traditional Chinese Medicine.Because their original producing area is Huaiqingfu in ancient times，therefore were named “Four-Huaiqing Chinese medicine”.Due to the problems of declining soil quality，shrinking acreage of cultivation fields，deterioration of varieties，excessive use of chemical fertilizers，serious diseases and insect pests，agricultural residues and heavy metal issues are serious.It is significantly essential to solve these problems by carrying out the pollution-free cultivation of “Four-Huaiqing Chinese medicine”.This paper proposed a pollution-free cultivation system，including Geographic Information System （GIS） to guide land selection，combined with the “soil disinfection+green manure return+biological agents regulation” for soil preparation，modern breeding technology to develop the resistant variety breeding，seed seedling standard formulation，mainly organic fertilizer and integrated pest management.The system will provide a guidance for the production of pollution-free “Four-Huaiqing Chinese medicine” and reference for the pollution-free cultivation system of other Chinese medicinal materials.

Key Words Pollution-free Chinese herbal medicines； Site selection； Soil complex improvement； Excellent germplasm； Pest control technology

中圖分類號：[R282.2] 文獻標識碼：A doi：10.3969/j.issn.1673-7202.2018.12.001

懷地黃、懷牛膝、懷山藥和懷菊花為我國常用中藥材，河南省為主產區。其中懷地黃為玄參科植物地黃Rehmannia glutinosa Libosch.的新鮮或干燥塊根；懷牛膝為莧科植物牛膝Achyranthes bidentata Bl.的干燥根；懷山藥為薯蕷科植物薯蕷Dioscotea opposita Thunb.的干燥根莖；懷菊花為菊科植物菊Chrysanthemum morifolium Ramat.的干燥頭狀花序。“懷慶自古產懷藥”[1]，古懷慶府為今焦作市所轄的武陟、溫縣、沁陽、博愛、修武、孟州等縣（市），古稱“殷國”“河內郡”“懷州”“南懷洲”“孟路”“懷慶路”，明朝之后改名為“懷慶府”。懷慶府（河內郡、懷州）產地黃、牛膝、山藥、菊花的文獻記載較多，歷史久遠。唐·《天寶單方圖》提到菊花產河內（郡）等地；唐·《千金翼方》：“懷州出牛膝”；北宋·《新唐書》：“懷州土貢有牛膝”；明·《大明一統志》將地黃、山藥、牛膝都列為懷州土產。地黃、牛膝、山藥和菊花因主產古懷慶府今焦作溫縣、武陟、沁陽、孟州等地，且產量大、質量優故而得名為“四大懷藥”。懷藥以優良的品質和獨特的藥用價值，在海內外享有“華藥”之盛譽，但因產區規范化生產程度較低、病蟲害嚴重、濫用化肥和農藥、產品精深加工程度較低等因素的制約，四大懷藥目前出口總量正在逐年萎縮[2]。

“四大懷藥”栽培歷史悠久，而菊花、山藥和地黃皆有不同程度的連作障礙[3-5]，尤以地黃為甚，重茬地一般需要間隔8～10年才可重新種植[6-7]。目前，“四大懷藥”的多年連續種植造成老產區種植面積急劇萎縮，種植基地逐漸外遷，新產區不斷涌現[8-9]。由于品種退化和盲目引種，老產區病源、蟲源積累，新產區病害、蟲害不斷出現，同時由于許多藥農對連作障礙缺乏科學認識，盲目加大農藥和肥料使用，致使生產成本大幅增加、藥材農殘及重金屬含量超標、藥材品質下降，而長期過度依賴化學農藥防治，病蟲抗藥性增加，生態系統亦遭受破壞[10]。“四大懷藥”產區集中，共性問題突出，目前國內無公害產品質量標準體系尚不完善[11]，加之盲目無序種植，嚴重制約了“四大懷藥”的可持續利用和區域經濟的發展，同時也影響了中醫臨床的用藥安全和四大懷藥的市場競爭力。因此，現階段開展“四大懷藥”無公害栽培技術研究具有迫切性。

本文依據課題組已有研究基礎，并結合查閱文獻和產區調研，建立了“四大懷藥”的無公害栽培技術體系，主要包括利用GIS全球產地生態適宜性區劃信息系統指導栽培選地、結合“土壤消毒+綠肥回田+菌劑調控”的土壤復合改良措施整地、利用現代育種技術開展抗性品種選育、制定種子種苗標準指導優質種子種苗選擇、采用以有機肥為主的“基肥+追肥+葉面肥”的施肥策略、多種防治方法相結合的病蟲害綜合防治等關鍵技術，本研究可指導“四大懷藥”的安全有序生產，同時為其他中藥材的無公害栽培提供技術參考。

1 無公害“四大懷藥”的產地環境

無公害“四大懷藥”產地環境的空氣環境質量、土壤環境質量、灌溉水的水質質量應達國家相關標準的要求[11]。生態環境與藥材質量密切相關[12]，根據原產區的氣候、土壤等生態因子尋找相似生態環境的新產區[13]，是保證藥材引種成功和避免藥材種植連作障礙的有效途徑。利用《藥用植物全球產地生態適宜性區劃信息系統》（GMPGIS）[15]，獲得藥材生態適宜性因子，可為合理擴大“四大懷藥”的種植面積及生產規劃提供科學依據。

1.1 “四大懷藥”產地的生態因子 “四大懷藥”新產區的選擇應與其原產區的生態環境相似，“四大懷藥”的道地產區是河南省焦作市的沁陽、孟州、溫縣、博愛、修武和武陟等縣（市），地理分布主要在黃河灘區和沁河兩岸，這與黃河灘區和沁河兩岸豐富的地下水、優質的沙壤土有著密切的關系[17]。基于GMPGIS系統，選山藥道地產區化工鎮、南莊鎮、西虢鎮、溫泉鎮、南張羌鎮等32個鄉鎮439個樣點，選地黃道地產區大封鎮、趙堡鎮、祥云鎮、溫泉鎮、寧郭鎮等23個鄉鎮321個樣點，選菊花道地產區武德鎮、黃莊鎮、王曲鄉、三陽鄉、王召鄉等11個鄉鎮204個樣點，選牛膝道地產區趙堡鎮、祥云鎮、北郭鄉、三陽鄉等8個鄉鎮112個樣點，分析獲得“四大懷藥”道地產區的生態因子值。由分析結果可知，“四大懷藥”道地產區的分布在北緯34°50′29.76″～35°11′56.04″和東經112°38′26.88″～113°38′57.84″之間，主要集中在焦作市的中部和南部，生態因子值見表1。GMPGIS系統可為“四大懷藥”新產區的選址提供指導，但新的地區是否適宜于開展“四大懷藥”規模化的基地生產，還需綜合實地考察交通和土壤、水質等因素以及引種試驗研究，以獲得較可靠的結果[20]。

1.2 無公害“四大懷藥”生產基地環境要求 “四大懷藥”的生長習性相似，均喜陽、喜溫暖濕潤氣候、喜肥、耐寒、較耐旱、怕水澇，選地時以地勢平坦、土層深厚、土壤肥沃疏松、富含腐殖質、酸堿度適中的砂質壤土最為適宜，黏重土和低洼積水地不宜栽種[16]。無公害“四大懷藥”生產基地環境應符合國家《中藥材生產質量管理規范（試行）》、NY/T 2798.3-2015無公害農產品生產質量安全控制技術規范，其中空氣環境質量應符合GB/T3095-2012中一、二級標準值的要求，土壤環境質量應符合GB15618-2018中一、二級標準值的要求，灌溉水的水源質量必須符合GB5084-2005農田灌溉水質標準的規定[11，15，19]。

2 土壤復合改良

“四大懷藥”中菊花、地黃、山藥多采用無性繁殖，牛膝采用種子繁殖[16]。其中除牛膝可連續種植外[21]，地黃、山藥、菊花均忌連作，尤以地黃為甚。長期的無性繁殖和連作障礙，導致“四大懷藥”產區藥材品種退化、病蟲害嚴重、藥材的產量和品質下降。連作障礙是制約無公害中藥材可持續生產的重要限制因子[22]。有研究表明地黃的連作障礙與自毒化感物質積累引發植物根際災變[6]有關，土壤理化性狀的劣變、土傳病害的增加以及微生物群落失衡[5]等復合因素也產生較大影響。山藥連作時地下害蟲蠐螬和線蟲病發生嚴重[23]，根際微生物區系從高肥的“細菌主導型”向低肥的“真菌主導型”轉化，同時土壤中礦質元素失去平衡[24]。藥用菊花連作障礙的因素主要有土壤微生物群落失衡、土壤酶活性的變化、土壤中營養元素失調以及菊花分泌物的自毒作用等[27]。

中藥材連作障礙形成機理復雜，目前解決連作障礙的手段主要有抗性品種選育[28，30]、調整栽培制度[27，31-32]、土壤修復[6，14，33-37]、種子種苗處理[38]、生物修復[39]等。土壤微生態環境的失衡是復雜系統性的問題，單一的方法技術體系難以解決。用種衣劑和殺蟲劑處理地黃種栽，生物制劑處理土壤，可有效防治地黃根腐病，并能提高產量[41]；山藥種植前使用棉隆進行土壤熏蒸處理，并在種植時配合使用化學種苗處理劑以及微生物菌劑芽孢桿菌，以有機肥、無機肥和微生物肥料三者按一定合理比例配施的生態配方肥可有效預防和減輕山藥病害發生，同時也提高了產量[25-26，40]；采用輪作換茬、增施生物有機肥料、采取嫁接措施及使用微生物菌劑和土壤調理劑對緩解菊花連作障礙均有一定的效果[27]。陳士林團隊基于宏基因組學研究解析人參[42-44]、三七[45]、西洋參[46]等藥用植物土壤微生態環境失衡機制，并在大量田間試驗篩選的基礎上，建立“土壤消毒+綠肥回田+菌劑調控”的綜合策略[14]，改善根際微生態環境，可為無公害“四大懷藥”持續生產提供參考。

采用“土壤消毒+綠肥回田+菌劑調控”的土壤綜合改良措施，土壤消毒和微生物制劑的應用結合起來，通過土壤處理殺滅土壤中大部分的病原，再通過綠肥回田和施用微生物菌劑，為植物的生長提供一個有益的微生態環境，同時結合施肥與整地，從而實現土壤的可持續利用[14]，完善無公害“四大懷藥”的栽培體系。目前在“四大懷藥”生產中使用的土壤消毒方法有藥劑熏蒸法和藥劑拌土法，但傳統消毒方法中使用的部分藥劑已不符合目前無公害產品生產的要求，本研究參照董林林[11]、陳士林[14]、郭榮君[40]等的研究成果對消毒藥劑、綠肥和生物菌劑以及配套的整地方法進行了篩選，具體改良措施及整地方法。見表2。

3 良種選育及種子種苗標準

3.1 良種選育 種質的優劣對藥用植物的抗性、產量和品質有關鍵性作用[64]。“四大懷藥”栽培歷史悠久，在長期不斷的人工選育和誘變育種過程中，出現許多優勢種質資源，部分優良農家品種和栽培類型通過了省級農作物品種鑒定。目前，“四大懷藥”產區主要種植的懷山藥品種有太谷山藥、鐵棍山藥、鐵棍06-1、新鐵2號[67-68]等；懷地黃品種有金狀元、北京一號、溫9302、溫85-5、金九等[56，69]；懷牛膝主要栽培品種有風箏棵、核桃紋、白牛膝3個類型[62-63]，其中風箏棵類型包括大疙瘩、小疙瘩2個品種，而白牛膝因產量較低和品質一般，產區已棄種；懷菊花的主栽品種有3個，分別是大懷菊、小懷菊和小黃菊[60]。目前“四大懷藥”產區主栽的農家品種或栽培類型及其特點。見表3。

3.2 “四大懷藥”種子種苗標準 中藥材種子種苗質量影響藥用植物的生長發育[70]，同時與藥材產量和品質呈正相關性[71]。當前“四大懷藥”生產中存在著藥材質量低劣、生產不穩定等諸多問題，其中種苗質量混亂是造成上述問題的重要原因之一[64，72-73]。趙月麗[71]在對鐵棍山藥種苗質量標準的研究中發現，山藥種栽的等級與其生長發育指標呈正相關性；種栽和塊莖切段的等級與藥材產量和品質也呈正相關性的關系，通過數據分析初步制定了鐵棍山藥種栽和莖段等繁殖材料的等級質量標準；明鶴等[74]對山藥零余子的等級標準進行研究，從發芽率、百粒重、直徑、芽眼數等指標衡量了其等級。姚鋒[75]等研究不同等級地黃種栽對懷地黃植株的生長狀況、藥材產量和質量的影響，初步制定了懷地黃種栽的等級標準。劉曉清[76]等研究不同級別藥用菊花種苗與植株生長、藥材產量和品質的影響，初步制定了藥用菊花種苗的等級標準。祁建軍[77]等分析不同來源牛膝種子質量，初步制定牛膝種子質量分級標準。參考以上研究成果，本文結合課題組研究數據初步制定“四大懷藥”種子種苗標準。見表4。可為優質無公害“四大懷藥”的生產提供指導。

4 合理施肥

肥料可提供植物生長發育所需養分，根據肥料的特性及成分可將肥料分為無機肥料、有機肥料和微生物肥料3大類，根據使用階段及作用的不同可分為基肥、追肥和葉面噴肥等。中藥材產量和品質與肥料的種類、施肥時間、施肥方式以及肥料元素配比有著很大關系[78]。合理施肥能促進中藥材的生長發育，可提高藥用植物的抗性[59]，提高中藥材的產量和品質。無公害中藥材施肥原則為：選用國家生產綠色食品的肥料使用準則中允許使用的肥料種類，所有的肥料應以對環境和作物不產生不良后果的方法使用。無公害“四大懷藥”的施肥多以農家肥為主，避免施用硝態氮肥，提倡使用生物菌肥，以達到提高肥料利用率和減少用量，提高產量，改善藥材品質，減少土壤污染，保障中藥材無公害種植。合理施肥應和藥用植物生長發育的規律相結合，根據藥用植物不同生長階段對肥料的需求，采用“基肥+追肥+葉面肥”的施肥方式，施肥方法。見表5。“四大懷藥”種植過程中所用肥料和使用原則應符合國家生產綠色食品的肥料使用準則[14]。

5 病蟲害綜合防治

針對病蟲害類型及發病規律，建立病蟲害的綜合防治方法，形成“四大懷藥”病蟲害無公害防治技術體系，精細化田間管理以減少農藥使用，有助于生態環境和諧，保障中藥材安全，助力其產業升級。“四大懷藥”無公害病蟲害防治應按照“預防為主，綜合防治”的原則，優先選用農業防治、生物防治和物理防治的方法，最大限度的減少化學農藥的使用量，從而達到防治植物病蟲害，生產優質藥材的目的[14]。在實際生產過程中，要掌握“四大懷藥”植物病蟲害發生規律，確定各病蟲害發病機理后，尋找有效防治途徑，做到早發現、早防治，盡量減少經濟損失[80]。本研究總結了“四大懷藥”植物常見病蟲害，重點歸納了病害和蟲害的對應防治策略。在實際生產中，應綜合運用農業、生物、物理及化學防治方法進行有效的病蟲害防治，其中農藥使用應參照NY/T393綠色食品農藥使用準則[NY/T393-2013]，GB12475農藥貯運、銷售和使用的防毒規程[GB12475-農藥使用規定]。

5.1 農業防治 農業防治主要通過加強栽培管理進行病蟲害防治，具有安全、有效、無污染等特點。常采用的農業栽培管理措施有輪作、選種、種子種苗處理、清園、休閑、搭架、合理施肥與密植等。如山藥種植采用輪作倒茬、冬季深翻凍土熟化、腐熟有機肥配合生物菌肥的施肥、及時清園、種子種苗處理、合理密植、加強田間管理等措施可防止和降低山藥病害的發生[50]，另外山藥種植在7月份以后采用小水灌溉并注意防澇可避免線蟲病的大面積發生[23]；牛膝及時清除病殘落葉可預防葉斑病[61]；選用健壯植株，培育健壯菊苗、輪作倒茬、合理密度和排水降濕，實行秋冬深翻，減少病蟲害來源，可防治菊花病蟲害[58，79]；通過選地、選種、清園、增施磷鉀肥、加強田間管理、降低田間濕度可預防地黃斑枯病和輪紋病[54]。

5.2 物理防治 物理防治技術可有效地防治作物病蟲害，避免作物和環境污染[52]。根據病害對物理因素的反應規律，利用物理因子達到無污染的防治病蟲害。例如山藥種植冬季翻地凍土殺滅蟲卵；使用誘蟲燈、殺蟲燈等誘捕、誘殺害蟲；使用黃板或白板誘殺害蟲；利用糖醋液誘捕、誘殺夜蛾科害蟲；使用防蟲網防蟲；鋪掛銀灰膜驅趕蚜蟲等[11]。

5.3 生物防治 利用生物天敵、殺蟲微生物、農用抗生素及其他生防制劑等方法對病蟲害進行生物防治，可以減少化學農藥的污染和殘毒。生物防治方法主要包括[51，60-61，79]：以菌控病（包括抗生素）即以枯草芽孢桿菌，農抗120、多抗霉素、四霉素、井崗霉素及新植霉素等防治病害；以蟲治蟲是利用瓢蟲、草蛉等捕食性天敵或赤眼蜂等寄生性天敵防治害蟲；以菌治蟲是利用蘇云金桿菌等細菌，白僵菌、綠僵菌、蚜蟲霉等真菌，阿維菌素、瀏陽霉素等防治害蟲。另外，亦可利用植物源農藥如印楝素、藜蘆堿、苦參堿、苦皮藤、煙堿等防治病蟲害。

5.4 化學防治 當生物農藥和其他植保措施不能滿足有害生物防治需要時，可針對病蟲害種類科學合理地應用化學防治技術，采用高效、低毒、低殘留的農藥，對癥適時施藥，降低用藥次數，選擇關鍵時期進行防治。化學藥劑可單用、混用，并注意交替使用，以減少病蟲抗藥性的產生，同時注意施藥的安全間隔期[81]。在無公害“四大懷藥”種植過程中禁用高毒、高殘留農藥及其混配劑（包括拌種及殺地下害蟲等），可用于“四大懷藥”的農藥參照NY/T393-2013《綠色食品農藥使用準則》中規定的農藥清單。“四大懷藥”主要病害種類及防治方法參照表6，主要蟲害種類及防治方法參照表7。

6 討論

目前中藥材生產過程中的相關標準缺失，導致種植無序及濫用化肥、農藥、生長調節劑的現象時常發生，嚴重影響了中藥療效及安全，成為中藥材走向國際市場的主要瓶頸問題。另外，連作障礙是目前中藥材生產面臨的共性問題，老產區的連年種植造成產區面積萎縮、藥材品質和產量下降，“四大懷藥”無公害栽培技術體系的建立，可有效保障“四大懷藥”種植產業的健康可持續發展。本研究通過GMPGIS系統獲得“四大懷藥”生態適宜性因子，為“四大懷藥”新產區的選址提供參考。同時要綜合考慮土壤肥力、微量元素、土壤微生物等因素。引種栽培過程中，藥材質量是否合格，藥效是否下降，藥理作用是否改變等亦需要進一步研究探討[18]。另外，新的地區是否適宜于“四大懷藥”規模化生產，還需較長時期的實地引種試驗研究，綜合考察引種藥材的生長狀況、病蟲害發生情況、產量情況、藥材外觀品質和內在含量等[20]，以獲得較可靠的結果。針對藥材產區土壤肥力下降、微生態失衡問題，本研究探討了“土壤消毒+綠肥回田+菌劑調控”土壤綜合改良措施，配合有機肥為主、化肥為輔和“基肥+追肥+葉面肥”的施肥策略，改善土壤理化性質和微生態環境，以提升肥力、提高植物抗性，減少化肥和農藥的使用，但土壤消毒藥劑、綠肥和生物菌劑種類還需進一步開發和篩選，以完善土壤復合改良技術。通過對“四大懷藥”不同種質資源的差異及現有優良品種培育現狀研究，篩選了目前適宜產區發展的優勢品種，制定了“四大懷藥”種子種苗等級標準，為無公害藥材生產的良種及種苗選擇提供參考，但目前新品種選育工作技術單一，育種新技術應用較少。

無公害栽培的關鍵是降低藥材中農藥、重金屬及有害元素的含量。針對目前“四大懷藥”生產過程中存在的問題，在未來時期可充分借助現代科學交叉技術，如利用GIS信息技術開展生態適宜產區的精準選址與建設工作，開展宏基因組學研究揭示連作障礙的機制；借助本草基因組學的技術和手段加快開展“四大懷藥”抗病、抗逆、抗連作品種的篩選與培育工作[30]，降低病蟲害發生率，減少化學農藥的使用[82]。另外，開展科學精準施肥、土壤改良以及生物菌肥和農藥的研發均有利于病蟲害的防治，從而有效避免或降低農殘重金屬超標現象。無公害“四大懷藥”的生產體系的建立推動四大懷藥種植走向精細化時代，也可為其他無公害中藥材的生產提供參考。

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（2018-11-10收稿 責任編輯：徐穎）