發展特色資源植物助力美麗中國建設

石雷 劉政安 王利軍 舒慶艷 孫美玉 段偉 李慧

1 中國科學院植物研究所 北京 100093

2 國家植物園 北京 100093

3 植物多樣性與特色經濟作物全國重點實驗室 北京 100093

我國自然保護地和生態脆弱區與貧困區往往高度重疊，這些地區的人民生活高度依賴于自然生物資源，從而導致了環境的破壞和生物多樣性的快速喪失，加劇了生態、生產、生活“三生”矛盾，制約了區域經濟的發展[1,2]。特色資源植物是指在社會、經濟、技術條件下人類可以利用與可能利用的特色植物，包括陸地、湖泊、海洋中的重要的經濟植物資源。國際上已有特色資源植物利用比較成功的案例，如：法國阿爾卑斯山南麓的普羅旺斯，其薰衣草從野外采集到商業化種植加工，已有百年發展歷史，支撐了法國香水和旅游等產業的發展[3,4]；美國舊金山納帕谷谷內及附近約174 km2的土地被政府劃為美國葡萄栽培區，從而成為了全世界著名的產酒區之一，并取得了良好的生態、經濟和社會效益[5]。

黨的十八大以來，以習近平同志為核心的黨中央，著眼于中華民族永續發展和構建人類命運共同體的宏大視野，把生態文明建設上升為國家戰略，為解決自然保護地和生態脆弱區“三生”問題明確了方向[6-8]。本文選擇油用牡丹、釀酒葡萄和芳香植物，進行篩選、種植、采收加工和產品研發的技術集成，解決一二三產業融合（以下簡稱“三產融合”）過程中的關鍵技術，探索在自然保護地和生態脆弱區生態產業化新模式，促使人們生活不再依賴于保護區的野生資源，從而達到生物多樣性的有效保護和滿足人民對美好生活需要的雙重目標，為國家生態文明和美麗中國建設提供技術支撐。

1 特色資源植物簡介

1.1 生態高值油用牡丹

我國是世界牡丹的起源中心，其花可觀賞、根可入藥、籽可榨油，是我國特有的民族資源植物[9-11]。牡丹作為觀賞和藥用植物，已有2 000 余年利用的歷史。近年研究發現，油用牡丹可產籽2 250 kg/hm2，含油量20%以上，油中不飽和脂肪酸達到90%以上，其中的α-亞麻酸含量高達40%以上，是珍貴的優質木本食用油資源（圖1）。此外，牡丹集觀賞、藥用、油用、文化價值于一體，生態效益、經濟效益和社會效益顯著，易于三產融合，利于在保護地及周邊區域發展，是有效解決保護與發展的良策。

2011 年，《衛生部關于批準兩種籽油作為新資源食品的公告》發布；2014年和2015年《關于加快木本油料產業發展的意見》和《關于加快推進生態文明建設的意見》的發布，為油用牡丹產業發展指明了方向。但是，油用牡丹產業畢竟是新興的農林產業，迫切需要開展適合不同氣候、生境的配套栽培技術模式，以及對牡丹籽油提取、純化等綜合利用技術及相關產品進行深入研發。

1.2 高抗優質釀酒葡萄

葡萄屬植物為多年生藤本植物，果實營養價值高，可以鮮食、釀酒、制干、制汁。目前，葡萄已成為世界上第二大栽培果樹，其中80%用于釀酒[12]。葡萄釀酒附加值高，且可與酒莊旅游相結合，易于實現一二三產業的高度融合。全球葡萄屬植物有71 個種，野生種集中分布歐洲-西亞、北美和東亞3個地區；栽培品種全世界約有8 000 個，各大洲都有分布。我國處在東亞分布中心，已知葡萄屬植物40種，是世界上葡萄遺傳資源最豐富的起源中心之一。目前，我國栽培葡萄最常用的是歐亞種品種，其次是美洲種和歐亞種的雜交品種。這些品種盡管品質較好，但抗逆性差，特別是在我國北方地區冬天需要埋土防寒，栽培種植受到一定的限制。山葡萄、刺葡萄和毛葡萄等野生葡萄也被直接用作鮮食或釀酒，盡管這些葡萄具有很強的抗逆性，但由于品質較差，應用推廣有限。

圖1 生態高值油用牡丹及牡丹籽油產品Figure 1 Ecological high value for oil tree peony and it’s seed oil products

科研工作者利用野生資源作為親本，與栽培種雜交，培育出多個葡萄優良品種并在生產中得到應用。例如，中國科學院植物研究所利用野生山葡萄與歐亞種栽培葡萄品種進行雜交，已選育出“北紅”和“北玫”等高抗優質的釀酒葡萄品種，被稱為“利用野生資源育種的典范”[13]。由于其適應性強、釀酒品質高，有望成為在自然保護地和生態脆弱區進行示范推廣的重要植物資源（圖2）。目前對這些高抗優質葡萄資源的栽培和加工技術的研究還遠遠不夠。葡萄酒產業發達的國家經歷了多年的發展，已形成了優良品種與適宜栽培區、合理的栽培與釀造技術，以及與產區和品種匹配的葡萄酒產品類型。今后需要針對不同區域地理氣候特點，進行栽培與釀酒技術的研發與集成，建立適合不同區域果實品質特點的釀酒技術體系，開發與風土條件相匹配的葡萄酒類型。

1.3 高值特色芳香植物

芳香植物是具有香氣并能提取精油的特色資源植物，經濟價值高，在食品、醫藥、日化和文旅產業中有著重要作用。世界芳香植物有3 600種，主要分布在地中海沿岸和歐洲大部，已開發利用的約有400 種。中國有芳香植物1 000多種，分布遍及全國，具有利用價值的約400 種，已開發的有150 種，主要集中在唇形科（薰衣草、迷迭香、百里香、牛至等）、樟科、蕓香科、傘形科和十字花科等。例如，新疆伊犁的薰衣草產業在中國科學院植物研究所的技術指導下發展勢頭強勁（圖3）。目前，薰衣草已成為該地區的地理標志產品，成為“中國薰衣草之鄉”，為區域經濟發展作出了重要貢獻。薰衣草精油具有重要的藥用和芳香價值，全基因組、萜烯成分生物合成和腺毛發生分子機制已得到解析，對于薰衣草主要成分的代謝調控和分子育種具有重要意義[14-16]。

圖2 高抗優質釀酒葡萄及各種類型葡萄酒產品Figure 2 High resistance and quality wine grapes and various types of wine products

由于芳香植物產業鏈長，易于加工，又有觀賞價值，在自然保護地和生態脆弱區種植可以提高當地農民的收入，解決保護與發展的問題。與西方國家相比，我國芳香植物在新品種選育、配套的種植和采收加工技術等方面有一定差距。建立品種篩選、種植、采收加工和產品開發為一體的技術體系，對于助力美麗中國和鄉村振興建設有重要意義。

2 特色資源植物的三產融合模式構建的實踐

中國科學院植物研究所科研團隊（以下簡稱“項目組”）建立了自然保護地和生態脆弱區鄉村振興的特色高值資源植物油用牡丹、釀酒葡萄、芳香植物三產融合模式及應用示范（圖4）。項目組在特色高值資源植物育種、栽培技術、采收加工技術、功能產品研發、示范和推廣等方面進行了系統研究（圖5）[17]。

2.1 生態高值油用牡丹三產融合模式構建的實踐

中國科學院植物研究所針對國家戰略需求和項目的具體要求，圍繞油用牡丹種質篩選、高產優質栽培技術、高值加工技術等開展了系統性的研發與實踐，并與多家企事業單位合作（圖6），在黑茶山自然保護區（陜西榆林和合陽、山西長治）、伏牛山國家自然保護區（河南洛陽、商丘及三門峽市）、霧靈山國家自然保護區（河北唐山）、山東省南四湖自然保護區（山東濟寧）、鹽城國家級珍禽自然保護區（江蘇南通、鹽城）、安徽黃河故道省級自然保護區（安徽阜陽、宿州）等地示范推廣約6 200 hm2；發現油用牡丹具有土壤保持功能、固碳釋氧功能、水源涵養功能和生物多樣性保護功能，其年均水源涵養量為1 228.8 m3/hm2、土壤保持量為335.8 t/hm2、防風固土量為8.8 t/hm2、固碳釋氧量為2.2 t/hm2、生態系統服務價值總量為4 659.1 元/hm2；其中，光伏模式示范推廣約1 333.3 hm2，可年產牡丹籽約3 000 t，發電量約72 000 000 kW·h，年CO2減排量約176 400 t。牡丹的種植推廣，增加了可觀賞的區域，延長了牡丹觀賞期，增加了旅游等收益，實現了經濟、生態和社會效益統一。

圖3 高值特色芳香植物薰衣草及各種類型薰衣草產品Figure 3 High value characteristic aromatic plant lavender and various types of lavender products

圖4 特色資源植物三產融合模式構建Figure 4 Construction of three-yield fusion model of characteristic resource plants

圖5 特色資源植物油用牡丹、釀酒葡萄和芳香植物示范和推廣[17]Figure 5 Demonstration and extension of characteristic resource plants oil tree peony, wine grape, and aromatic plants[17]

（1）建立了油用牡丹高效栽培技術體系。篩選出了適宜黃土高原、中原地區及光伏板下生長的“鳳丹”牡丹資源，研發出了具有透氣、保墑、防草、耐久等特性的牡丹專用地膜和人工授粉裝置[18-20]，集成土地整備、良種選擇、苗木處理、適時定植、合理密植、專用地膜覆蓋、中耕除草、適時修剪、水肥管理、輔助授粉、生物防治和適時采收12項具體栽培技術，創新出適合不同生境的3 套油用牡丹栽培技術模式，即“油用牡丹油高產、穩產、優質、低成本栽培模式”“黃土高原油用牡丹高效栽培模式”和“光伏+油用牡丹創新模式研發與應用”。該成果是多項技術集成結合和裝置發明，經過中國科學院文獻情報中心和中國科學院蘭州查新咨詢中心分別于2020 和2021年查新，未見相關報道，與國內外同類技術相比處于領先水平。實現中原地區（河南沁陽）示范基地產量達4 315.5 kg/hm2，與已有報道最高產量2 920.5 kg/hm2相比，增產47.8%以上，平均每年增加收益12 000元/hm2。黃土高原地區（陜北佳縣）油用牡丹的單位面積水源涵養量達到143.5 mm/hm2，大于自然恢復植被下的水源涵養能力。光伏中栽培的油用牡丹的生長性狀、生物量和種子的產量顯著優于光伏外，2 年生苗栽植4 年后在光伏栽培系統中產量達到2 718.9 kg/hm2，高于光伏外（1 485.6 kg/hm2），同時保持了與同類光伏電站同等水平的發電量。

（2）建立了油用牡丹加工利用集成技術體系，實現三產融合發展。為提高油用牡丹的附加值，對不同示范區種子的53個指標進行評價，篩選出6個關鍵指標建立評價模型，可用于快速鑒定種子品質[21]，并發現其種子具備2 年的戰略儲備能力；研發出了“脂肪酸溶液+熔融耦合的懸浮結晶及層結晶工藝”用于牡丹籽油中高含量α-亞麻酸（60%—70%）分離[22]，并采用柱層析技術獲得高純度α-亞麻酸（99.65%），為α-亞麻酸潛在利用儲備關鍵技術體系；研發出了α-亞麻酸和牡丹籽油的納米乳液包埋技術體系[23]，解決了其不飽和脂肪酸含量高，不利于儲藏等問題；建立了牡丹花瓣、花蕊和種皮中有效成分提取技術體系[24,25]；油用牡丹副產物（根、莖、葉和籽粕）在肉羊、蛋雞和仔豬養殖飼料中添加時，具備替代抗生素、促進仔豬和肉羊生長、減少雞蛋的膽固醇等的潛能。以上成果為新型天然藥物、功能食品及替抗飼料添加劑的開發利用等奠定了基礎。

研究成果在黃河流域治理、黃土高原生態修復、光伏新能源領域得到應用，為解決自然保護地和生態脆弱區的鄉村振興、“三生”問題和美麗鄉村建設提供我國特有植物-油用牡丹方案。

2.2 高抗優質釀酒葡萄三產融合模式構建的實踐

長白山自然保護地及周邊地區人們的生活長期依賴森林和林下資源維持，生態、生產、生活的“三生”矛盾突出。野生山葡萄是當地重要的資源植物，但由于其低糖高酸，難以釀制出優質葡萄酒。中國科學院植物研究所利用歐亞種“玫瑰香”和野生山葡萄雜交，選出了“北玫”和“北紅”系列品種，抗寒性和抗病性強，高糖、高酸，具有實現經濟、生態和社會效益兼顧的潛力。研究主要依托黑龍江省、吉林省和遼寧省的相關單位，在長白山地區進行了如下試驗示范（圖7）。主要實踐成果包括3個方面。

（1）建立了“北玫”和“北紅”栽培技術體系。研發并集成了10項技術，核心為3年生大樹冬天免埋土栽培（完全免埋土或簡易覆蓋）、輕簡化修剪技術。建立了一系列栽培技術規程和標準[26]。

（2）建立了“北玫”冰酒釀制技術體系，開發的冰酒獲得國際大獎。建立冰酒釀酒技術企業標準。申請葡萄酒檢測技術發明專利3 件，獲得授權1 件[27]，獲得葡萄酒包裝實用新型專利1 件。生產的冰酒獲得布魯塞爾國際葡萄酒大獎賽銀獎（2018 年）、第十三屆G100國際葡萄酒及烈酒評選賽銀獎（2019年）、品醇客世界葡萄酒大賽銀獎（2022年）。

圖7 高抗優質釀酒葡萄試驗示范技術路線Figure 7 Test demonstration technology route of high resistance and quality wine grape

（3）經濟、社會和生態效益。該研究創建了“北玫”和“北紅”在我國東北地區栽培與釀酒關鍵技術體系并得到了一定的推廣應用，涉及的栽培示范、釀酒加工、文化旅游等三產融合產業，涉及面廣，收益期長，經濟效益高。建立的標準示范基地除了釀酒收入，“北玫”和“北紅”免埋土或簡易防寒技術節約栽培成本的1/4—1/3；輕簡化修剪技術節約夏季修剪勞動力的1/3。該項目主要依托公司或流轉農民土地，或與農民結合成合作社，發展酒莊旅游，可以向社會提供大量工作崗位，帶動周圍農民就業，鞏固脫貧成果，實現鄉村振興。“北玫”和“北紅”釀酒葡萄在東北地區冬天免埋土或簡易防寒，基本不挖掘土壤，防止了傳統品種埋土和出土對土壤和樹體造成的破壞，是我國釀酒葡萄栽培上的一個創新。

2.3 高值特色芳香植物三產融合模式構建的實踐

中國科學院植物研究所圍繞芳香植物資源開展了系統性的研發與實踐（圖8）。芳香植物是重要的特色資源植物，包括薰衣草、迷迭香、玫瑰、百里香、牛至等，被廣泛應用于日化、食品、醫藥等行業。該研究自主選育的“京薰1 號”薰衣草，精油品質高；通過三產融合，打造種植業、加工業和旅游業的全產業鏈。在新疆西天山國家自然保護區周邊的天山北麓伊犁河谷，依托新疆生產建設兵團第四師，進行薰衣草等芳香植物的示范和推廣。以安徽省阜陽市為試驗基地，中國科學院植物研究所與阜陽市人民政府簽訂了“芳香植物產業化開發集成技術研究與示范”的合作項目，在阜陽國家農業科技示范園區完成20 hm25 科22 屬107 種（品種）的種質資源圃建設，并將其作為國家芳香植物種質資源庫阜陽備份庫，為打造50萬畝中原芳香植物種植帶奠定了基礎。主要實踐成果包括4個方面。

（1）開展了芳香植物新品種育種。進行了羅勒、迷迭香、百里香等芳香植物特異性、一致性和穩定性（DUS）測試指南編研。篩選出適合中原區域種植的芳香植物優良品14個，選育出薰衣草“洛神”“錦麗”“天山飛雪”“天山精靈”和牛至“織女”等新品種5個。完成牛至等芳香植物多倍體誘導育種技術，申報發明專利1件。

圖8 高值特色芳香植物試驗示范技術路線Figure 8 Test demonstration technology route of high value characteristic aromatic plant

（2）建立了芳香植物栽培和加工技術。建立了寒旱區薰衣草溝壟互換免埋栽培模式，解決新疆地區薰衣草種植后死亡率高、產量低、冬季埋土防寒成本居高不下的問題。編制迷迭香、牛至、亞洲薄荷等芳香植物栽培技術企業標準3 項，為在中原區域大力發展優良品種栽培提供了支撐；編制中原區域的《薰衣草干花粒》和《薰衣草切花等級規格》等薰衣草產品生產加工技術標準2項。

（3）進行了芳香植物產品研發。在芳香植物育種、快繁、栽培、基因功能、功能成分提取、食品抗氧化劑、化妝品原料、替抗飼料添加劑等方面獲得授權專利5件[28-32]，申報發明專利7件。

（4）進行了芳香植物示范和推廣。在新疆伊犁建立了芳香植物的示范基地107 hm2，推廣1 340 hm2；在安徽阜陽建立了種質資源圃，示范67 hm2，推廣871 hm2，為打造中原芳香植物種植帶奠定了基礎。“芳香植物產業化關鍵技術集成及三產融合模式構建”通過了成果評價，建立了芳香植物“種質資源庫—新品種育種—標準化種植—采收加工—產品研發—產業規劃與示范推廣”的三產融合高質量發展模式。

3 特色資源植物的三產融合模式未來工作展望

針對油用牡丹、釀酒葡萄和芳香植物3 類特色資源植物開展的三產融合模式，實現了全產業鏈的技術儲備與研發，并進行了一定的示范和推廣，實現了經濟、生態和社會效益的統一。在考慮鄉村振興和美麗中國戰略實施過程中，鑒于3 類植物生物學特性，示范推廣時需要注意普適性，尊重植物學特性和當地的人文、地理和生態要素。同時，3 類植物為非糧作物但符合國家大食物范疇，建議在林間空地、邊際土地等非耕地上進行推廣，確保耕地紅線；并可結合當地經濟發展需求，考慮單個植物及不同植物組合模式，實現經濟、環境利用最大化。尤為重要的是，目前這3 類特色資源植物種植和加工技術體系比較成熟，應進一步使相關產業鏈條不斷延伸，產業功能不斷增多，產業層次不斷提升，從而實現發展方式的創新，不斷生成新業態、新技術、新商業模式、新空間布局等。最終促進相關產業發展與融合，達到人與自然和諧共生，實現美麗中國和鄉村振興的雙重目標。