川芎无公害栽培技术体系探讨

梁乙川 刘思京 李西文

摘要 川芎为著名川产道地药材，为临床常用中药，栽培历史悠久，但川芎在栽培过程中仍存在盲目引种、苓种繁育不规范、病虫害严重等问题，尤其农残和重金属镉超标问题一直未得到有效解决，严重响川芎产业可持续发展。开展无公害栽培技术研究是保障川芎产业可持续发展的有效途径之一，同时也是现阶段中药材生产的发展方向。本文基于课题组基地生产数据，结合国内其他基地成功经验及文献调研，构建了川芎无公害栽培技术体系，该体系包括基于GIS技术基地选址、土壤综合改良、良种的选育、合理施肥、病虫害综合防治等，为解决川芎镉超标问题提供了新途径，同时可促进川芎品质提升和产业可持续发展。

关键词 无公害；GMPGIS；土壤改良；良种选育；病虫害综合防治

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

中圖分类号：[R282.2] 文献标识码：A doi：10.3969/j.issn.1673-7202.2018.12.004

川芎，原名芎藭，为伞形科植物川芎Ligusticum chuanxiong Hort.的干燥根茎，《中华人民共和国药典（2015版）》收录[1]。始载于《神农本草经》，被列为上品，是著名的川产道地药材，具有活血祛瘀、祛风止痛的功效，为临床常用中药。据统计《中华人民共和国药典（2015版）》一部有227个成方制剂中含有川芎，占所收载成方制剂的15.2%，其对中药临床用药的有效性和安全性有重要影响。川芎除销国内市场外，还大量出口日本、马来西亚、新加坡、韩国等国家和地区。

川芎栽培历史悠久，蜀地自1 500年前梁代陶弘景《本草经集注》已有川芎栽培的记载，明、清代成蜀地为川芎道地产区，此划分沿用至今。四川省都江堰金马河上游以西地区是川芎长期栽培集中地，直到20世纪70年代后才逐渐向南扩展到彭州、郫县、崇州、温江和新都，现主要分布于都江堰、彭州、崇州、眉山、新都等地。虽然川芎在云南、贵州、湖南、湖北、江西、甘肃等地都有栽培，但以“蜀川产者为胜”，是著名的川产道地药材[2-3]。道地产区独特的生态环境与栽培技术为川芎药材优质的品质提供基础和保障。但川芎在栽培过程中仍存在盲目引种、苓种繁育不规范、病虫害严重等问题，尤其农残和重金属镉超标问题一直未得到有效解决，影响川芎产业可持续发展。无公害中药材栽培技术研究是保障产业可持续发展的重要途径，同时也是现阶段中药材生产的发展方向[4]。本文基于课题组在都江堰示范基地生产数据，结合国内其他基地成功经验及文献调研，构建了川芎无公害栽培技术体系，可为无公害川芎药材规范化生产提供技术参考，促进川芎资源的可持续利用。

1 无公害川芎栽培基地选址

1.1 无公害川芎生产基地环境要求 川芎适宜性较强，喜阳和温暖湿润气候。较耐旱，耐寒性不强，怕荫蔽水涝。选地时以土层深厚、疏松肥沃、排水良好、有机质丰富、中性或微酸性的油砂石或夹砂土等沙质土壤为宜，土质黏重或过沙、低洼积水地不宜栽种，忌连作[5]。生产基地1 500 m内无厂矿、企业和城镇生活等易污染源区，距离主要交通主干线300 m以上。

无公害川芎生产的产地环境应符合国家《中药材生产质量管理规范（试行）》；NY/T 2798-2015无公害农产品生产质量安全控制技术规范；GB15618—1995土壤环境质量标准；GB15618和NY/T391的一级或二级土壤质量标准；GB5084—1992农田灌溉水质标准；GB3095—1996环境空气质量标准；GB3838—2002国家地面水环境质量标准等对环境的要求。

1.2 基于GIS信息技术指导精准选址 “诸药所生，皆有境界”，中药材都有特定的生长环境和地理区域分布。无公害中药材栽培基地选择必须遵循地域性原则，根据中药材生物学特征，分析药材适宜生长区域，确定中药材栽培基地，是实现无公害中药材生产的首要环节。GMPGIS信息系统可以精准对无公害中药材生产基地进行选址[6-7]，避免盲目引种。

在川芎道地产区、野生分布区和主产区选择代表样点，通过GMPGIS信息系统提取22个与川芎生理、生态学相关的生态因子。见表1。

基于以上生态因子值数据分析，川芎适宜引种栽培区域为四川、云南和广西等省[8]。另外，川芎对重金属镉有富集作用，在选择种植基地时应当对土壤、空气、灌溉水含镉情况进行检测，未达标的生产基地不应考虑。

2 土壤综合改良

土壤是中药材生长发育的直接环境，对其品质有重要影响。川芎采用无性繁殖和连续种植会导致土壤理化性状劣变、土传病害增加、化感物质累积、微生物群落和营养物质失衡等问题。土壤微生物环境的失衡是复杂的系统性问题，单一的方法技术难以解决。项目组基于宏基因组学研究基础[9-11]，在大量田间试验基础上，建立了川芎“土壤消毒+绿肥回田+菌剂调控”的综合策略，可改善根际微生态环境，改良土壤理化性状和调节营养物质平衡，从而减少土传病害和化感物质积累。土壤pH是影响川芎镉富集的重要环境因子。在pH较低土壤中，H+与结合态镉发生离子交换，导致土壤中活性态Cd2+含量升高，活性增强，进入川芎镉增加[12-14]。何春杨等[15]使用土壤改良剂（磷酸二氢钾-氢氧化钠缓冲溶液）有效提高土壤pH，使川芎中镉含量降低率达52.82%。周丽英等[16]从水稻根际土壤中分离得到2株假单胞菌属（pseudomonas sp.）细菌，2株菌株对土壤中镉有富集作用，富集系数分别为90.4、285.8，为川芎根际土壤中对镉具有富集作用微生物的筛选提供借鉴和示范。此外，川芎可与适合当地生长的超富集镉植物间作，达到降低土壤中镉含量的目的[17]。

栽培川芎整地以“深沟高厢”为原则，机耕2次，深翻25～28 cm，整细整平后，开箱埋沟，厢宽1.5～2.0 m，沟宽20～30 cm，沟深25～30 cm，以确保排水良好，防止川芎根茎腐烂[5]。

3 无公害川芎良种选育及繁殖栽种

3.1 良种选育 选育优良的川产川芎品种，对其产量、质量和抗逆性有关键性作用。目前川芎新品种主要采用系统选育法，审定通过的川芎新品种包括川芎1号[18]、绿芎1号[19]、新绿芎1号[20]等，但该方法选育周期长，效率低[21-22]。利用基因组大数据开展DNA标记辅助育种可缩短选育时间、提高选育成功率[23]，如苗乡抗七1号和中研油苏1号等，通过基因组测序获得大数据，筛选出抗逆基因或关联标记进行新品种选育，其中抗七1号可降低病虫害发生率达62.9%[19，24]，该方法为抗病、优质、高产和对镉低富集川芎优良品种快速选育提供借鉴和示范。

3.2 良种繁育栽种

川芎繁殖采用无性繁殖，其材料为地上茎的茎节，称苓种或苓子。繁育方式有3种，分别是山区（海拔1 000～1 500 m）育苓、坝区（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获时地上茎来繁殖，品种容易产生退化现象。川芎传统的繁育方式是山区育苓，山区苓种栽种的川芎药材质量比坝区苓种栽培药材质量略好，植株生长发育和药材产量前者明显优于后者[25]。本文基于课题组在都江堰示范基地生产数据，结合国内其他基地成功经验及文献调研，阐述山区育苓的生产技术。

3.2.1 苓种地选择和整地 苓种繁殖选择气候阴凉的高山（海拔1 000～1 500 m），生荒地或沙壤地，忌重茬。栽前翻耕除草，耙细整平。开箱埋溝，箱宽1.6～1.8 m，沟宽27～35 cm，沟深18～25 cm。

3.2.2 抚芎栽种 抚芎为提前挖起用于繁殖苓种的川芎（非江西“抚芎”），一般在12月至翌年1月中旬，不宜迟于2月上旬挖起，除侧茎、须根和泥土，立春前后栽种。选取外形较圆、紧实、芽多、根壮的抚芎，剔除带病抚芎，运到山区栽种。每窝放1～2抚芎，芽向上，窝内施腐熟农家肥，盖土填平。3月上旬出苗，苗高10～15 cm时宜疏苗，拔土至露出根茎顶端，留健康、粗细均匀地上茎9～12枝，剩余地上茎从基部清除。4月川芎株高35 cm左右时容易倒伏，茎节和土壤接触后发芽而失去活性，需“插枝扶杆”防止倒伏，中耕除草，追肥3次。见表2。

3.2.3 苓种选择 7月中旬，川芎茎结显著膨大，略带紫红色时为收获期。选择晴天或阴天，露水干后全株挖出，清除感染病虫害植株，摘除叶片，保留茎杆，割下根茎部分。将茎秆困成小束，运至阴凉山洞或室内，地上铺一层稻草，茎秆需逐层堆放，高约两米。5～7 d上下翻动1次，堆内温度超过30 ℃时，需立即翻堆降温，防止茎秆发热腐烂[26]。8月上、中旬取出茎秆，剪成中部带节盘的小段，长4～5 cm，作为坝区种植基地栽培的繁殖材料。苓种健壮与否直接影响川芎产量和质量。尽量选择节盘直径14～19 mm，茎秆直径4～9 mm，苓子系数2.2～2.9的苓种（苓子系数=节盘直径/节盘下5 mm处茎秆直径）。同时去除有病虫害的劣质苓种。节盘直径8 mm、茎秆直径4 mm以下、苓子系数1.5以下的“茴香杆”和基部土苓子不得使用。川芎苓种等级划分。见表2。

3.2.4 栽种 栽种前苓种进行消毒杀虫，能减少后期烂苓，提高出苗率。用农家传统方法烟骨头与麻柳叶的混合煎煮液浸泡苓种20～30 min。浸种后需阴干约2 d，下地栽种。川芎一般在8月上、中旬晴天栽种，不宜迟于处暑。开沟栽种，沟深2～4 cm。采取等行距或宽窄行栽种。等行距栽种行距为30～34 cm，窝距20～24 cm。宽窄栽种规格为（40+20）×20～25 cm。栽种时苓种平放沟内，芽口朝上，用手将苓子按入土中，茎节入土1～1.5 cm，部分节盘露出土表，每亩（666.7 m2）栽6 500～7 500窝，每亩苓种30 kg左右。栽后覆盖1.6 cm薄土，浇少量腐熟清粪水，或用堆肥覆盖苓种，并铺盖1层稻草，减少暴雨冲刷和强光直射[26]。

4 无公害川芎合理施肥

肥料可提供中药材所需营养物质，是生长发育的基础，合理施肥是提升产量和品质的重要环节。无公害川芎选肥原则：选用国家生产绿色食品的肥料使用准则中允许使用的肥料种类，施肥应逐步提高土地的生产性能，同时不会造成生态环境污染和产品重金属、有害元素超标。合理施肥技术应根据植物整个生育期的需肥规律，再结合土壤供肥能力和肥料效率等信息数据合理调节用肥量。施用的肥料以有机肥为主，其他肥料为辅，限量施用化肥，有机肥料必须经过高温发酵，达到无公害化标准[27-28]。川芎是喜肥作物，除了施足底肥外，还要结合各个生长期适时追肥。川芎栽培施肥主要包括良种繁育（苓种）施肥和生产施肥。苓种繁育时，一般4～5月追肥3次；苓种移植基地后，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，对长势偏弱的川芎可适当增加施追肥次数，并适当延迟收获期[7]。肥料以腐熟人畜粪便、饼肥、油枯有机肥为主，尿素、硫酸钾、磷酸二氢钾等化肥为辅，肥料的重金属含量应当符合相应质量标准，禁用镉超标的肥料。川芎镉含量与土壤pH呈显著负相关关系[12-14]，应选用钾、磷等碱性化肥升高土壤pH，降低活性镉的百分含量。Cai等[29-31]研究发现种植水稻土壤中存在影响Cd2+吸收的拮抗离子Fe2+、Zn2+、K+和Se4+等，拮抗离子竞争Cd2+的转运蛋白结合位点，能抑制根系对镉的吸收，降低水稻籽粒中镉的含量。有机肥和化肥配合施用时，可维持土壤中影响Cd2+吸收的拮抗离子平衡，降低水稻籽粒镉超标风险，为降低川芎中镉含量提供参考和借鉴。梁琴等[32]研究表明有机肥和钾肥对川芎产量有重要影响，应当适量多施有机肥和钾肥，川芎高产的有效施肥方案为每亩氮肥10～11.5 kg，磷肥34～40 kg，钾肥16.5～18.8 kg，有機肥62.6～73.6 kg。无公害川芎生产肥料的施用方法。见表3。

5 无公害川芎病虫害综合防治

病虫害表现为多样性，例如川芎生长期的主要害虫有茎节蛾、斜纹夜蛾、蛴螬、红蜘蛛和种蝇等。在苓种阶段，害虫主要有茎节蛾、斜纹夜蛾、蛴螬和种蝇；在大田期间，种蝇为害最重；主要病害为根腐病、白粉病、灰霉病、斑枯病和菌核病等[35]。需掌握川芎病虫害发生规律，确定病虫害发生机理，构建高效合理的无公害病虫害综合防治技术，对病虫害进行有效防治。该综合防治技术主要包括：农业防治、物理防治、生物防治和化学防治，以“预防为主，防治结合”为原则，以中药材质量为前提，不使用农业部规定的禁用农药，慎用含镉的农药。优先选用农业防治、生物防治和物理防治方法，最大限度的减少化学农药的使用[36]。农药使用应参照NY/T393绿色食品农药使用准则、GB12475农药贮运、销售和使用的防毒规程、NY/T1667农药登记管理术语。

农业防治是通过调整栽培技术措施减少或防治病虫害的方法。具有安全易行、简单有效、低成本的优点。主要措施有选育抗病虫害品种、选留健康种苗、合理调整品种布局、轮作、深耕、调节播种期、合理施肥、及时灌溉排水、适度整枝打权、搞好田园卫生和安全运输等。川芎收获后应及时清园，去除残枝病叶，合理轮作，减少病源积累；深耕细作，清除杂草，增强抗病性能；充分腐熟农家肥；合理调整布局，优化群体结构；注意田间排水。

物理防治是利用温度、光、电磁波、核辐射等物理因子防治病虫害的方法。如使用诱虫灯、杀虫灯等诱捕、诱杀害虫；通过覆膜的方式利用太阳能提高土层温度，冬季翻地冻土，都能达到抑制病虫害的目的。例如采用黑光灯、频振灯、糖醋等诱杀川芎中斜纹夜蛾、蛴螬、地老虎、种蝇[37]，使虫害得到抑制和控制。

生物防治是利用生物或其代谢产物防治病害虫，具有对环境污染小，无农药残留的特点。生物防治方法主要包括：1）应用天敌昆虫防治害虫；2）利用拮抗微生物防治根病；3）使用抗生素农药防治病虫害；4）使用植物源农药防治病虫害。例如保护利用天敌中华草蛉、大草蛉、食螨瓢虫、和捕食螨类等，可有效杀灭川芎中的红蜘蛛[37]。从木霉菌株筛选出的哈茨木霉T23、T158对川芎根腐病菌有明显的防治效果[38]。

针对病虫害种类科学合理应用化学防治技术，采用高效、低毒、低残留的化学农药对症适时施药。为减少病虫害抗药性的产生，化学农药可单用、混用、交替使用。不使用农业部规定的禁用农药，注意用法用量，防止农残和重金属超标，同时注意施药的安全间隔期[39]。

6 无公害川芎质量标准与检测

无公害川芎质量标准有助于川芎质量的安全控制和市场流通，同时也是检验川芎是否达到无公害水平的基本法律依据。

6.1 无公害川芎真伪鉴定 川芎为伞形科植物Ligusticum chuanxiong Hort.的干燥根茎，其外观性状、显微、理化鉴别遵照《中华人民共和国药典》2015年版执行。基原鉴别参照《中华人民共和国药典中药材DNA条形码标准序列》的方法和规定[41]。

6.2 农药残留限量 无公害川芎农药残留和重金属及有害元素限量应符合川芎相关的国家标准、团体标准、地方标准以及ISO等相关规定。通过多年来川芎产地、市场、进出口检验等数据分析，可参考《中华人民共和国药典》、美国、欧盟[42]、日本[43]及韩国[44]对川芎的相关标准以及ISO18664：2015《Traditional Chinese Medicine-Determination of heavy metals in herbal medicines used in Traditional Chinese Medicine》[45]、GB2762-2016《食品安全国家标准 食品中污染限量》[46]、GB2763-2016《食品安全国家标准 食品中农药最大残留限量》等现行标准规定[47]，制定无公害川芎农药残留限量控制指标，为高品质川芎提供保障。

6.3 其他 无公害川芎的检查（包括水分、总灰分、酸不溶性灰分）、浸出物、指标性成分或有效性成分含量参照《中华人民共和国药典》2015年版对药材规定执行。

7 讨论

川芎无公害栽培体系的建立涉及中药学、农学、生态学、病理学、植物营养学、分子生物学、计算机信息工程学等多个学科，包含栽培选地，结合土壤综合改良措施整地，良种选育与繁殖栽种、合理施肥、病虫害综合防治技术及质量标准等。

川芎采用地上茎作无性繁殖材料，繁殖方法较为独特，多采用“异地育苓法”即“山区育苓，坝区种芎”。近年来川芎市场需求增加，在全国种植范围扩大，川芎、苓种价格波动加剧，加之苓种繁殖过程繁琐，部分坝区种植农户5～6月采收川芎时，留一部分继续生长，到8月栽种时直接采收地上茎做繁殖苓种，导致苓种繁殖不规范，应制定相应操作规程，规范生产。同时，目前优良品种选育方法周期长，效率低，无公害川芎育种可结合现代分子生物技术加快川芎育种进程，提高高抗、优质川芎新品种选育效率。

川芎农残、重金属超标问题已严重影响其产业可持续发展，亟待解决方法。农残和重金属超标是多个影响因素综合作用的结果，其中产地环境是重要因素之一。产地环境包括大气、土壤和灌溉水等[48]，是农残和重金属的主要来源，应当制定相应质量标准，从源头上对农残和重金属量进行控制。中药材按照不同的分类标准，其分类结果不同。此外，中药材有自身特定的生物学特性，对不同农残和重金属富集程度不同。因此解决川芎农残、重金属超标问题，无公害川芎产地环境质量标准难以完全参照《无公害农产品 种植业产地环境条件》（NY/T 5010-2016），可借鉴现有标准，并根据川芎自身生物学特性和农残、重金属污染规律选择不同的指标与限量制定，使该标准更具有实用性和可推广性[49]。

川芎在栽种过程中，重金属镉超标现象普遍，严重影响川芎临床用药的安全性和整个产业链的可持续发展[50]。川芎中重金属镉超标是空气、土壤、肥料、灌溉水、化学农药和苓种种质等多个影响因素共同作用的结果。本文建立的无公害川芎栽培技术体系，可在多个生产关键环节介入，以降低川芎中重金属镉含量，包括1）选择土壤镉含量低的地块作为川芎生产基地，并且基地的空气和灌溉水应当符合相应质量标准；2）使用土壤改良剂提高土壤pH值或筛选对镉具有富集作用微生物，降低川芎土壤中活性態镉含量；3）与适合当地生长的超富集镉植物间作；4）选育对镉低富集川芎优良品种；5）选用碱性化肥，升高土壤pH，降低土壤中活性态镉百分含量；有机肥和化肥配合施用，维持影响Cd2+吸收的拮抗离子平衡，降低川芎镉超标风险。6）肥料和农药的重金属含量应当符合相应质量标准，少用或禁用含镉的肥料和农药。通过以上综合措施，可有效降低川芎中镉含量，提高川芎药材质量，有利于川芎人工种植的良性发展。

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（2018-11-10收稿 责任编辑：徐颖）