中藥材輪作栽培的機理及模式研究進展

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擴大，但由于道地產區土地面積有限，不可避免地產生了嚴重的連作障礙。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量，抑制病害的發生，提高中藥材產量與品質，緩解糧藥爭地的矛盾。從中藥材連作障礙中存在的化感自毒、土壤理化性質和土壤微生物改變、土壤養分失衡等問題出發，分析了輪作對連作障礙消減的作用機制，總結了常見中藥材與各種作物輪作模式及特點，以期為中藥材栽培中實行合理輪作提供參考。

關鍵詞：中藥材；連作障礙；輪作機制；栽培模式

中圖分類號：S567? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ?文章編號：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

中藥在人類疾病預防、治療及康復上發揮了重要的作用［1 - 2 ］，因其療效顯著、成分天然、毒副作用小、易于調理養生等優點，受到了國內外市場的推崇［3 ］。甘肅省作為中藥材生產大省，自然資源及氣候條件得天獨厚，栽培歷史悠久，已成為重要支柱產業之一［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擴大，但由于道地產區土地面積有限，在規?；s化種植過程中不可避免地產生了嚴重的連作障礙［6 - 8 ］，不僅導致中藥材土傳病害普遍發生，而且降低中藥材產量和質量。如地黃連作后導致土壤中有益菌大量減少，病原菌增多，最終使其生長緩慢，產量下降［9 ］；黨參連作后表現出生長發育緩慢，產量顯著降低，根部及莖葉病害發生率持續升高［10 ］，長年連作也會增加人參燒須、燒根和土傳病害發生率［11 ］。為了提高中藥材產量，追求更大的經濟效益，藥農在種植過程中往往會超量施用化肥，違規使用植物生長調節劑，濫用農藥，最終導致中藥材品質下降，對環境造成一定的影響，產生惡性循環［12 ］。

輪作栽培是緩解農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生、提高產量和品質有突出優勢。我們從連作障礙表現和輪作栽培模式出發，總結了中藥材與各類作物輪作模式的特點，以期為中藥材合理輪作栽培提供參考。

1? ?連作障礙的表現

1.1? ?化感自毒作用

連作引起中藥材種植過程中出現嚴重的化感自毒作用，進一步導致藥用植物生長緩慢，病蟲害頻發，產量和品質下降，說明自毒作用是產生連作障礙的重要因素之一［14 ］。對多數藥用植物研究發現，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，對其幼苗的生長具有明顯自毒效應［15 ］。任鳳英等［16 ］通過研究不同生長期黨參根部浸提液對黨參幼苗的化感效應認為，黨參繁殖期自毒作用最強，是其發生連作障礙的主要原因。有研究還發現，中藥材的自毒作用隨著自毒物質濃度增加而增強［17 - 19 ］，隨著土壤中自毒物質積累，連作障礙越來越嚴重。

1.2? ?土壤理化性質及土壤微生物改變

連作導致土壤pH發生變化，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，進而抑制中藥材對營養物質的吸收利用［20 ］。同時，連作對土壤微生物的種類和數量具有較大的影響，導致根際微生態系統對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菌和真菌群落結構，使有益微生物相對豐度降低、有害微生物相對豐度提高，導致土傳病害發生的風險增加。高慧芳等［23 ］研究發現，太子參連作效應及其土傳病害也是由根際微生物變化導致病原菌增多造成的。

1.3? ?土壤養分失衡

不同中藥材所需土壤中營養物質的種類、數量及比例有較大差異，根系深淺與植物吸收水分及營養物質的能力有較大關系［24 ］。多年連作會導致中藥材所需的特定礦質元素和營養物質過度消耗，導致土壤中養分的偏耗，出現營養不均衡現象，最終導致下茬作物的不正常生長［25 - 26 ］，可見土壤養分失衡也是造成連作障礙的重要因素。

2? ?輪作的作用機制

中藥材連年種植不僅會影響到產量，而且會造成藥材的外觀及內在品質嚴重下降。輪作是在同一塊土地上，季節間或年間有順序的輪換種植不同作物或復種組合的種植方式［27 ］，也是用地和養地相結合的生物學措施，在克服或者減輕藥材連作障礙對產量及品質影響的過程中發揮著至關重要的作用。

2.1? ?降低或避免化感毒害

研究發現，部分中藥材根際分泌的化感物質進入土壤并大量積累，對自身或其他植物的生長有毒害作用，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對下茬中藥材的危害，極大地改善中藥材的生長發育的土壤環境，使得產量和質量得到顯著提升［28 ］。此外，一些輪作前茬中藥材根系分泌的化感物質具有一定的殺菌特性，可以減少或者避免病害對后茬作物的危害。因此，在中藥材的合理輪作倒茬過程中，應注重充分降低或避免植物根分泌的化感物質毒害作用，以達到節本增效和生態環保的目的。

2.2? ?改善土壤質量

針對中藥材根系分布及對養分吸收利用的差異，合理輪作不但可以改善土壤結構，提升土壤質量，還可解決連作引起的土壤養分失衡狀態，增加土壤養分。如西洋參和玉米輪作，根際土壤中酚酸類物質含量顯著降低，土壤條件得到了改善［29 ］；西紅花、元胡、貝母與水稻輪作［30 - 32 ］，與連續旱作相比，對土壤理化性質有很大的改善；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，輪作對改善土壤中磷的狀態和提高有機質含量也有一定的作用。

2.3? ?改變土壤微生物區系

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量，改變土壤微生物數量及其組成［34 ］。輪作導致病原菌失去原寄主或改變其生活環境，使病原菌的數量明顯降低，從而減輕中藥材種植過程中病害的發生和危害。趙磊等［35 ］采用川牛膝與黃連輪作的結果表明，輪作可以有效控制黃連病蟲害的發生。劉海嬌等［36 ］在茴香和三七輪作試驗中也得到同樣的結果，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? ?緩解糧藥爭地的矛盾

糧藥輪作創新種植模式可提高土地利用率，增加單位面積產量和產值，既確保了糧食安全，又保證了農民增收［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，能顯著改善土壤環境條件，調節土壤營養物質。如燕麥與蒙古黃芪輪作，能顯著促進蒙古黃芪的生長發育，提高土壤有機質、全氮、全磷和速效鉀含量［39 ］；白術—玉米輪作可顯著提高白術成活率，促進其營養生長，提高產量［40 ］。黨參與小麥、馬鈴薯、玉米輪作時，可有效抑制黨參根腐病的發生［41 ］；芡實—小麥周年水旱輪作在顯著提高芡實產量的同時降低病蟲害發生率［42 ］；北沙參與玉米輪作能有效抑制根腐病的發生［43 ］。王飛揚［44 ］通過研究三七與玉米和薏米輪作發現，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，從而促進三七產量和質量提升。但部分中藥材與糧食作物輪作，也有產生化感抑制作用的情況，如燈盞花與玉米輪作會抑制玉米的生長速率［45 ］，說明輪作作物的選擇尤為重要。中藥材—糧食作物輪作為傳統的輪作模式，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

在中藥材種植規模較大的地區，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行輪作。如人參與細辛輪作后土壤肥力增強，人參的存苗率、產量、出苗率顯著提高，且輪作3 a以上對土壤改良效果最好［11 ］；北沙參與牛膝輪作在有效抑制根腐病，同時對北沙參的生長及品質有促進作用［43 ］。趙楊景等［46 ］的研究也發現，西洋參與紫蘇輪作具有良好的輪作效應。藥-藥輪作模式對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濟收益，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

綠肥是中國傳統農業的重要貢獻，是生態農業的重要組成部分［48 - 49 ］。綠肥也是重要的有機肥源，在生態環境保護、提高土地肥力、促進主作物生長、有效改善土壤質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，提供土壤養分。張真等［52 ］通過蠶豆—當歸輪作試驗發現，輪作有利于促進當歸地下部生物量的積累，提高其抗氧化能力。在種植白術前翻耕野豌豆、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，白術生長速率、有效成分含量、須根數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，其經濟價值不高，因此在種植中藥材的過程中，藥農并未大規模使用中藥材—綠肥的輪作類型。

3.4? ?中藥材—蔬菜輪作

近年來，由于中藥材和蔬菜在鞏固脫貧攻堅和實現鄉村振興中發揮了重要的作用，中藥材-蔬菜輪作模式發展較快。如“花椰菜—馬鈴薯—青豆—當歸”輪作模式，顯著降低了當歸麻口病的發病率［54 ］；太子參與辣椒輪作可有效緩解太子參連作導致的土壤酸化和減少酚類物質積累［55 ］；黃芪與洋蔥輪作有利于黃芪生長［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 ］。蔬菜種植的經濟效益普遍較高，條件適宜的地區一年可種植1茬甚至2茬蔬菜，能實現一年兩熟的輪作模式，實現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

基金項目：甘肅省重點研發計劃（21YF5NJ191）。

作者簡介：焦旭升（1994 — ），男，甘肅通渭人，助理農藝師，碩士，研究方向為藥用植物資源與利用。Email： jss012010@163.com。

通信作者：師立偉（1976 — ），男，甘肅臨洮人，正高級農藝師，研究方向為中藥材、蔬菜栽培。Email： zx8068@163.com。