川芎無公害栽培技術體系探討

梁乙川 劉思京 李西文

摘要 川芎為著名川產道地藥材，為臨床常用中藥，栽培歷史悠久，但川芎在栽培過程中仍存在盲目引種、苓種繁育不規范、病蟲害嚴重等問題，尤其農殘和重金屬鎘超標問題一直未得到有效解決，嚴重響川芎產業可持續發展。開展無公害栽培技術研究是保障川芎產業可持續發展的有效途徑之一，同時也是現階段中藥材生產的發展方向。本文基于課題組基地生產數據，結合國內其他基地成功經驗及文獻調研，構建了川芎無公害栽培技術體系，該體系包括基于GIS技術基地選址、土壤綜合改良、良種的選育、合理施肥、病蟲害綜合防治等，為解決川芎鎘超標問題提供了新途徑，同時可促進川芎品質提升和產業可持續發展。

關鍵詞 無公害；GMPGIS；土壤改良；良種選育；病蟲害綜合防治

Abstract Rhizoma Ligustici Chuanxiong is one of the well-known medicinal materials located in Sichuan origin.It is a traditional Chinese herbal medicine commonly used in clinic with a long history of cultivation.However，some problems still exist in the production of Rhizoma Ligustici Chuanxiong，such as blind introduction and non-standard breeding of Rhizoma Ligustici Chuanxiong，serious diseases and pests.Especially，the problem of pesticide residue and cadmium exceeding the standard have not been effectively solved，which seriously affects the sustainable development of Rhizoma Ligustici Chuanxiong industry.The effective way to ensure the sustainable development of Rhizoma Ligustici Chuanxiong industry is to carry out the research of pollution-free cultivation technology，and it is also a developing direction for the production of traditional Chinese medicine at present.Based on the production data of base and combind with the successful experience of other bases in China and literature investigation，this paper showed the pollution-free cultivation technology system of Rhizoma Ligustici Chuanxiong.The system includes site selection base on GIS （Geographic Information System） technology，comprehensive soil improvement，breeding of improved varieties，rational fertilization，integrated control of diseases and pests，etc.It can provide a new way to solve the problem of excessive cadmium and scientifically guide the cultivation of Rhizoma Ligustici Chuanxiong without pollution，improve the quality，and promote the sustainable development of Rhizoma Ligustici Chuanxiong industry.

Key Words Pollution-free； GMPGIS （Good Manufacturing Practice）； Soil improvement； Cultivation of improved varieties； Integrated control of diseases and insects

中圖分類號：[R282.2] 文獻標識碼：A doi：10.3969/j.issn.1673-7202.2018.12.004

川芎，原名芎藭，為傘形科植物川芎Ligusticum chuanxiong Hort.的干燥根莖，《中華人民共和國藥典（2015版）》收錄[1]。始載于《神農本草經》，被列為上品，是著名的川產道地藥材，具有活血祛瘀、祛風止痛的功效，為臨床常用中藥。據統計《中華人民共和國藥典（2015版）》一部有227個成方制劑中含有川芎，占所收載成方制劑的15.2%，其對中藥臨床用藥的有效性和安全性有重要影響。川芎除銷國內市場外，還大量出口日本、馬來西亞、新加坡、韓國等國家和地區。

川芎栽培歷史悠久，蜀地自1 500年前梁代陶弘景《本草經集注》已有川芎栽培的記載，明、清代成蜀地為川芎道地產區，此劃分沿用至今。四川省都江堰金馬河上游以西地區是川芎長期栽培集中地，直到20世紀70年代后才逐漸向南擴展到彭州、郫縣、崇州、溫江和新都，現主要分布于都江堰、彭州、崇州、眉山、新都等地。雖然川芎在云南、貴州、湖南、湖北、江西、甘肅等地都有栽培，但以“蜀川產者為勝”，是著名的川產道地藥材[2-3]。道地產區獨特的生態環境與栽培技術為川芎藥材優質的品質提供基礎和保障。但川芎在栽培過程中仍存在盲目引種、苓種繁育不規范、病蟲害嚴重等問題，尤其農殘和重金屬鎘超標問題一直未得到有效解決，影響川芎產業可持續發展。無公害中藥材栽培技術研究是保障產業可持續發展的重要途徑，同時也是現階段中藥材生產的發展方向[4]。本文基于課題組在都江堰示范基地生產數據，結合國內其他基地成功經驗及文獻調研，構建了川芎無公害栽培技術體系，可為無公害川芎藥材規范化生產提供技術參考，促進川芎資源的可持續利用。

1 無公害川芎栽培基地選址

1.1 無公害川芎生產基地環境要求 川芎適宜性較強，喜陽和溫暖濕潤氣候。較耐旱，耐寒性不強，怕蔭蔽水澇。選地時以土層深厚、疏松肥沃、排水良好、有機質豐富、中性或微酸性的油砂石或夾砂土等沙質土壤為宜，土質黏重或過沙、低洼積水地不宜栽種，忌連作[5]。生產基地1 500 m內無廠礦、企業和城鎮生活等易污染源區，距離主要交通主干線300 m以上。

無公害川芎生產的產地環境應符合國家《中藥材生產質量管理規范（試行）》；NY/T 2798-2015無公害農產品生產質量安全控制技術規范；GB15618—1995土壤環境質量標準；GB15618和NY/T391的一級或二級土壤質量標準；GB5084—1992農田灌溉水質標準；GB3095—1996環境空氣質量標準；GB3838—2002國家地面水環境質量標準等對環境的要求。

1.2 基于GIS信息技術指導精準選址 “諸藥所生，皆有境界”，中藥材都有特定的生長環境和地理區域分布。無公害中藥材栽培基地選擇必須遵循地域性原則，根據中藥材生物學特征，分析藥材適宜生長區域，確定中藥材栽培基地，是實現無公害中藥材生產的首要環節。GMPGIS信息系統可以精準對無公害中藥材生產基地進行選址[6-7]，避免盲目引種。

在川芎道地產區、野生分布區和主產區選擇代表樣點，通過GMPGIS信息系統提取22個與川芎生理、生態學相關的生態因子。見表1。

基于以上生態因子值數據分析，川芎適宜引種栽培區域為四川、云南和廣西等省[8]。另外，川芎對重金屬鎘有富集作用，在選擇種植基地時應當對土壤、空氣、灌溉水含鎘情況進行檢測，未達標的生產基地不應考慮。

2 土壤綜合改良

土壤是中藥材生長發育的直接環境，對其品質有重要影響。川芎采用無性繁殖和連續種植會導致土壤理化性狀劣變、土傳病害增加、化感物質累積、微生物群落和營養物質失衡等問題。土壤微生物環境的失衡是復雜的系統性問題，單一的方法技術難以解決。項目組基于宏基因組學研究基礎[9-11]，在大量田間試驗基礎上，建立了川芎“土壤消毒+綠肥回田+菌劑調控”的綜合策略，可改善根際微生態環境，改良土壤理化性狀和調節營養物質平衡，從而減少土傳病害和化感物質積累。土壤pH是影響川芎鎘富集的重要環境因子。在pH較低土壤中，H+與結合態鎘發生離子交換，導致土壤中活性態Cd2+含量升高，活性增強，進入川芎鎘增加[12-14]。何春楊等[15]使用土壤改良劑（磷酸二氫鉀-氫氧化鈉緩沖溶液）有效提高土壤pH，使川芎中鎘含量降低率達52.82%。周麗英等[16]從水稻根際土壤中分離得到2株假單胞菌屬（pseudomonas sp.）細菌，2株菌株對土壤中鎘有富集作用，富集系數分別為90.4、285.8，為川芎根際土壤中對鎘具有富集作用微生物的篩選提供借鑒和示范。此外，川芎可與適合當地生長的超富集鎘植物間作，達到降低土壤中鎘含量的目的[17]。

栽培川芎整地以“深溝高廂”為原則，機耕2次，深翻25～28 cm，整細整平后，開箱埋溝，廂寬1.5～2.0 m，溝寬20～30 cm，溝深25～30 cm，以確保排水良好，防止川芎根莖腐爛[5]。

3 無公害川芎良種選育及繁殖栽種

3.1 良種選育 選育優良的川產川芎品種，對其產量、質量和抗逆性有關鍵性作用。目前川芎新品種主要采用系統選育法，審定通過的川芎新品種包括川芎1號[18]、綠芎1號[19]、新綠芎1號[20]等，但該方法選育周期長，效率低[21-22]。利用基因組大數據開展DNA標記輔助育種可縮短選育時間、提高選育成功率[23]，如苗鄉抗七1號和中研油蘇1號等，通過基因組測序獲得大數據，篩選出抗逆基因或關聯標記進行新品種選育，其中抗七1號可降低病蟲害發生率達62.9%[19，24]，該方法為抗病、優質、高產和對鎘低富集川芎優良品種快速選育提供借鑒和示范。

3.2 良種繁育栽種

川芎繁殖采用無性繁殖，其材料為地上莖的莖節，稱苓種或苓子。繁育方式有3種，分別是山區（海拔1 000～1 500 m）育苓、壩區（500～800 m）育苓和本田（海拔1 000左右）育苓。本田育苓直接使用川芎收獲時地上莖來繁殖，品種容易產生退化現象。川芎傳統的繁育方式是山區育苓，山區苓種栽種的川芎藥材質量比壩區苓種栽培藥材質量略好，植株生長發育和藥材產量前者明顯優于后者[25]。本文基于課題組在都江堰示范基地生產數據，結合國內其他基地成功經驗及文獻調研，闡述山區育苓的生產技術。

3.2.1 苓種地選擇和整地 苓種繁殖選擇氣候陰涼的高山（海拔1 000～1 500 m），生荒地或沙壤地，忌重茬。栽前翻耕除草，耙細整平。開箱埋溝，箱寬1.6～1.8 m，溝寬27～35 cm，溝深18～25 cm。

3.2.2 撫芎栽種 撫芎為提前挖起用于繁殖苓種的川芎（非江西“撫芎”），一般在12月至翌年1月中旬，不宜遲于2月上旬挖起，除側莖、須根和泥土，立春前后栽種。選取外形較圓、緊實、芽多、根壯的撫芎，剔除帶病撫芎，運到山區栽種。每窩放1～2撫芎，芽向上，窩內施腐熟農家肥，蓋土填平。3月上旬出苗，苗高10～15 cm時宜疏苗，拔土至露出根莖頂端，留健康、粗細均勻地上莖9～12枝，剩余地上莖從基部清除。4月川芎株高35 cm左右時容易倒伏，莖節和土壤接觸后發芽而失去活性，需“插枝扶桿”防止倒伏，中耕除草，追肥3次。見表2。

3.2.3 苓種選擇 7月中旬，川芎莖結顯著膨大，略帶紫紅色時為收獲期。選擇晴天或陰天，露水干后全株挖出，清除感染病蟲害植株，摘除葉片，保留莖桿，割下根莖部分。將莖稈困成小束，運至陰涼山洞或室內，地上鋪一層稻草，莖稈需逐層堆放，高約兩米。5～7 d上下翻動1次，堆內溫度超過30 ℃時，需立即翻堆降溫，防止莖稈發熱腐爛[26]。8月上、中旬取出莖稈，剪成中部帶節盤的小段，長4～5 cm，作為壩區種植基地栽培的繁殖材料。苓種健壯與否直接影響川芎產量和質量。盡量選擇節盤直徑14～19 mm，莖稈直徑4～9 mm，苓子系數2.2～2.9的苓種（苓子系數=節盤直徑/節盤下5 mm處莖稈直徑）。同時去除有病蟲害的劣質苓種。節盤直徑8 mm、莖稈直徑4 mm以下、苓子系數1.5以下的“茴香桿”和基部土苓子不得使用。川芎苓種等級劃分。見表2。

3.2.4 栽種 栽種前苓種進行消毒殺蟲，能減少后期爛苓，提高出苗率。用農家傳統方法煙骨頭與麻柳葉的混合煎煮液浸泡苓種20～30 min。浸種后需陰干約2 d，下地栽種。川芎一般在8月上、中旬晴天栽種，不宜遲于處暑。開溝栽種，溝深2～4 cm。采取等行距或寬窄行栽種。等行距栽種行距為30～34 cm，窩距20～24 cm。寬窄栽種規格為（40+20）×20～25 cm。栽種時苓種平放溝內，芽口朝上，用手將苓子按入土中，莖節入土1～1.5 cm，部分節盤露出土表，每畝（666.7 m2）栽6 500～7 500窩，每畝苓種30 kg左右。栽后覆蓋1.6 cm薄土，澆少量腐熟清糞水，或用堆肥覆蓋苓種，并鋪蓋1層稻草，減少暴雨沖刷和強光直射[26]。

4 無公害川芎合理施肥

肥料可提供中藥材所需營養物質，是生長發育的基礎，合理施肥是提升產量和品質的重要環節。無公害川芎選肥原則：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，施肥應逐步提高土地的生產性能，同時不會造成生態環境污染和產品重金屬、有害元素超標。合理施肥技術應根據植物整個生育期的需肥規律，再結合土壤供肥能力和肥料效率等信息數據合理調節用肥量。施用的肥料以有機肥為主，其他肥料為輔，限量施用化肥，有機肥料必須經過高溫發酵，達到無公害化標準[27-28]。川芎是喜肥作物，除了施足底肥外，還要結合各個生長期適時追肥。川芎栽培施肥主要包括良種繁育（苓種）施肥和生產施肥。苓種繁育時，一般4～5月追肥3次；苓種移植基地后，每隔20 d左右追肥1次，霜降前完成3次追肥和1次根外追肥，翌年1～3月完成2～3次追肥，對長勢偏弱的川芎可適當增加施追肥次數，并適當延遲收獲期[7]。肥料以腐熟人畜糞便、餅肥、油枯有機肥為主，尿素、硫酸鉀、磷酸二氫鉀等化肥為輔，肥料的重金屬含量應當符合相應質量標準，禁用鎘超標的肥料。川芎鎘含量與土壤pH呈顯著負相關關系[12-14]，應選用鉀、磷等堿性化肥升高土壤pH，降低活性鎘的百分含量。Cai等[29-31]研究發現種植水稻土壤中存在影響Cd2+吸收的拮抗離子Fe2+、Zn2+、K+和Se4+等，拮抗離子競爭Cd2+的轉運蛋白結合位點，能抑制根系對鎘的吸收，降低水稻籽粒中鎘的含量。有機肥和化肥配合施用時，可維持土壤中影響Cd2+吸收的拮抗離子平衡，降低水稻籽粒鎘超標風險，為降低川芎中鎘含量提供參考和借鑒。梁琴等[32]研究表明有機肥和鉀肥對川芎產量有重要影響，應當適量多施有機肥和鉀肥，川芎高產的有效施肥方案為每畝氮肥10～11.5 kg，磷肥34～40 kg，鉀肥16.5～18.8 kg，有機肥62.6～73.6 kg。無公害川芎生產肥料的施用方法。見表3。

5 無公害川芎病蟲害綜合防治

病蟲害表現為多樣性，例如川芎生長期的主要害蟲有莖節蛾、斜紋夜蛾、蠐螬、紅蜘蛛和種蠅等。在苓種階段，害蟲主要有莖節蛾、斜紋夜蛾、蠐螬和種蠅；在大田期間，種蠅為害最重；主要病害為根腐病、白粉病、灰霉病、斑枯病和菌核病等[35]。需掌握川芎病蟲害發生規律，確定病蟲害發生機理，構建高效合理的無公害病蟲害綜合防治技術，對病蟲害進行有效防治。該綜合防治技術主要包括：農業防治、物理防治、生物防治和化學防治，以“預防為主，防治結合”為原則，以中藥材質量為前提，不使用農業部規定的禁用農藥，慎用含鎘的農藥。優先選用農業防治、生物防治和物理防治方法，最大限度的減少化學農藥的使用[36]。農藥使用應參照NY/T393綠色食品農藥使用準則、GB12475農藥貯運、銷售和使用的防毒規程、NY/T1667農藥登記管理術語。

農業防治是通過調整栽培技術措施減少或防治病蟲害的方法。具有安全易行、簡單有效、低成本的優點。主要措施有選育抗病蟲害品種、選留健康種苗、合理調整品種布局、輪作、深耕、調節播種期、合理施肥、及時灌溉排水、適度整枝打權、搞好田園衛生和安全運輸等。川芎收獲后應及時清園，去除殘枝病葉，合理輪作，減少病源積累；深耕細作，清除雜草，增強抗病性能；充分腐熟農家肥；合理調整布局，優化群體結構；注意田間排水。

物理防治是利用溫度、光、電磁波、核輻射等物理因子防治病蟲害的方法。如使用誘蟲燈、殺蟲燈等誘捕、誘殺害蟲；通過覆膜的方式利用太陽能提高土層溫度，冬季翻地凍土，都能達到抑制病蟲害的目的。例如采用黑光燈、頻振燈、糖醋等誘殺川芎中斜紋夜蛾、蠐螬、地老虎、種蠅[37]，使蟲害得到抑制和控制。

生物防治是利用生物或其代謝產物防治病害蟲，具有對環境污染小，無農藥殘留的特點。生物防治方法主要包括：1）應用天敵昆蟲防治害蟲；2）利用拮抗微生物防治根病；3）使用抗生素農藥防治病蟲害；4）使用植物源農藥防治病蟲害。例如保護利用天敵中華草蛉、大草蛉、食螨瓢蟲、和捕食螨類等，可有效殺滅川芎中的紅蜘蛛[37]。從木霉菌株篩選出的哈茨木霉T23、T158對川芎根腐病菌有明顯的防治效果[38]。

針對病蟲害種類科學合理應用化學防治技術，采用高效、低毒、低殘留的化學農藥對癥適時施藥。為減少病蟲害抗藥性的產生，化學農藥可單用、混用、交替使用。不使用農業部規定的禁用農藥，注意用法用量，防止農殘和重金屬超標，同時注意施藥的安全間隔期[39]。

6 無公害川芎質量標準與檢測

無公害川芎質量標準有助于川芎質量的安全控制和市場流通，同時也是檢驗川芎是否達到無公害水平的基本法律依據。

6.1 無公害川芎真偽鑒定 川芎為傘形科植物Ligusticum chuanxiong Hort.的干燥根莖，其外觀性狀、顯微、理化鑒別遵照《中華人民共和國藥典》2015年版執行。基原鑒別參照《中華人民共和國藥典中藥材DNA條形碼標準序列》的方法和規定[41]。

6.2 農藥殘留限量 無公害川芎農藥殘留和重金屬及有害元素限量應符合川芎相關的國家標準、團體標準、地方標準以及ISO等相關規定。通過多年來川芎產地、市場、進出口檢驗等數據分析，可參考《中華人民共和國藥典》、美國、歐盟[42]、日本[43]及韓國[44]對川芎的相關標準以及ISO18664：2015《Traditional Chinese Medicine-Determination of heavy metals in herbal medicines used in Traditional Chinese Medicine》[45]、GB2762-2016《食品安全國家標準 食品中污染限量》[46]、GB2763-2016《食品安全國家標準 食品中農藥最大殘留限量》等現行標準規定[47]，制定無公害川芎農藥殘留限量控制指標，為高品質川芎提供保障。

6.3 其他 無公害川芎的檢查（包括水分、總灰分、酸不溶性灰分）、浸出物、指標性成分或有效性成分含量參照《中華人民共和國藥典》2015年版對藥材規定執行。

7 討論

川芎無公害栽培體系的建立涉及中藥學、農學、生態學、病理學、植物營養學、分子生物學、計算機信息工程學等多個學科，包含栽培選地，結合土壤綜合改良措施整地，良種選育與繁殖栽種、合理施肥、病蟲害綜合防治技術及質量標準等。

川芎采用地上莖作無性繁殖材料，繁殖方法較為獨特，多采用“異地育苓法”即“山區育苓，壩區種芎”。近年來川芎市場需求增加，在全國種植范圍擴大，川芎、苓種價格波動加劇，加之苓種繁殖過程繁瑣，部分壩區種植農戶5～6月采收川芎時，留一部分繼續生長，到8月栽種時直接采收地上莖做繁殖苓種，導致苓種繁殖不規范，應制定相應操作規程，規范生產。同時，目前優良品種選育方法周期長，效率低，無公害川芎育種可結合現代分子生物技術加快川芎育種進程，提高高抗、優質川芎新品種選育效率。

川芎農殘、重金屬超標問題已嚴重影響其產業可持續發展，亟待解決方法。農殘和重金屬超標是多個影響因素綜合作用的結果，其中產地環境是重要因素之一。產地環境包括大氣、土壤和灌溉水等[48]，是農殘和重金屬的主要來源，應當制定相應質量標準，從源頭上對農殘和重金屬量進行控制。中藥材按照不同的分類標準，其分類結果不同。此外，中藥材有自身特定的生物學特性，對不同農殘和重金屬富集程度不同。因此解決川芎農殘、重金屬超標問題，無公害川芎產地環境質量標準難以完全參照《無公害農產品 種植業產地環境條件》（NY/T 5010-2016），可借鑒現有標準，并根據川芎自身生物學特性和農殘、重金屬污染規律選擇不同的指標與限量制定，使該標準更具有實用性和可推廣性[49]。

川芎在栽種過程中，重金屬鎘超標現象普遍，嚴重影響川芎臨床用藥的安全性和整個產業鏈的可持續發展[50]。川芎中重金屬鎘超標是空氣、土壤、肥料、灌溉水、化學農藥和苓種種質等多個影響因素共同作用的結果。本文建立的無公害川芎栽培技術體系，可在多個生產關鍵環節介入，以降低川芎中重金屬鎘含量，包括1）選擇土壤鎘含量低的地塊作為川芎生產基地，并且基地的空氣和灌溉水應當符合相應質量標準；2）使用土壤改良劑提高土壤pH值或篩選對鎘具有富集作用微生物，降低川芎土壤中活性態鎘含量；3）與適合當地生長的超富集鎘植物間作；4）選育對鎘低富集川芎優良品種；5）選用堿性化肥，升高土壤pH，降低土壤中活性態鎘百分含量；有機肥和化肥配合施用，維持影響Cd2+吸收的拮抗離子平衡，降低川芎鎘超標風險。6）肥料和農藥的重金屬含量應當符合相應質量標準，少用或禁用含鎘的肥料和農藥。通過以上綜合措施，可有效降低川芎中鎘含量，提高川芎藥材質量，有利于川芎人工種植的良性發展。

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（2018-11-10收稿 責任編輯：徐穎）