土壤特性对人参生长及品质的影响研究进展

左湘熙，张亚玉,2※

（1.中国农业科学院特产研究所，吉林 长春 130112；2.成都大学药学与生物工程学院，四川 成都 610106）

我国传统的栽参模式为伐林栽参，对森林资源破坏性强，生态压力大，目前，伐林栽参已经被全面禁止[1]。同时，人参的忌地性极大制约了人参产业的可持续发展，加重参地资源紧缺，新参地资源的发掘势在必行。农田栽参是利用种植过农作物的土地进行种植人参，可实现农作物与人参轮作，缓解参、林争地，保护林下生态、防止水土流失，便于集约化管理，是人参种植产业的主要发展方向，也是目前栽培人参的发展趋势[2-4]。但在农田栽参土壤选择过程中，由于农田土壤环境的特殊性，如选择不当往往会导致病虫害发生、产量降低、质量变差等问题。因此，探究土壤特性对人参生长状况及其品质的影响，明确人参生产的土壤性质，对农田栽参健康发展起到了积极的引领作用。

1 农田栽参模式及人参生长习性

农田栽参是通过对土壤进行适当的改良，在农田地进行人工做床、人工播种、人工搭设遮阴棚等管理方式，参与人参生长全过程的种植方式，通常4～6年采收。种植模式主要有移栽和直播2 种，前茬作物主要有玉米、大豆、水稻。人参种植地南起辽宁省宽甸市，北至黑龙江省伊春市，其中吉林省的抚松县、集安市、敦化市、靖宇县、长白县等地区是栽培人参的主要产区[5]。

人参喜阴凉，不耐高温，研究表明，16～18 ℃适宜根系生长，20℃左右适宜地上植株生长，当温度高于30 ℃或低于10℃时，人参进入休眠状态[4]。因此，在盛夏季节农田需要采用覆盖畦面、调节土壤水分、控光等措施进行降温处理。人参耐寒性较强，在 40℃的严寒中也可安全越冬，很少发生冻害，研究表明，高做床进行栽培人参能够提高土壤的温度，进而能在一定程度上满足人参生长发育所需的热量条件，从而促进人参的生长发育。人参喜漫射光和散射光，忌强光直射。在强光直射下人参易发生“日灼病”，在农田栽参种植过程中通常搭设阴棚遮光，其郁闭度在0.7～0.9 较好[6]。研究表明不同光质对人参生长也存在差别，绿色薄膜下的光质可以促进人参茎叶生长，黄膜下的光质则有利于人参皂苷积累[7]。

2 土壤物理特性对人参生长及品质的影响

目前，人们对人参生长研究较多的土壤物理性质主要包括土壤容重、土壤含水量、土壤质地、土壤孔隙度等方面。人参是根类药材，而根与土壤的接触面积较大，土壤的物理性质对人参的根形态有较大的影响。

2.1 土壤容重对人参生长及品质的影响

土壤容重是衡量土壤松实状况的指标，人参生长要求根区土壤具有疏松的物理状态。赵立波等[8]在农田土壤容重 0.917～1.347 g/cm3对人参种子出苗情况的研究发现，容重在1.0 g/cm3以下，人参的出苗率在70%以上，容重大于1.2 g/cm3出苗很少，容重超过1.2 g/cm3几乎不出苗。李志洪等[9]在土壤容重对床土水分特性和人参生长的影响研究表明，适当增加土壤容重，可以提高单位土体有效贮水量，使实际正常生育有效水和实际全效水含量达到最大值，并使土粒与根系紧密接触，提高土壤水分和养分向根系的传导率，田间试验4年生和5年生参根增重率分别为8.3%和46.4%，而土壤穿透阻力与土壤容重呈幂指数增加，在高容重状态下，土壤穿透阻力相当大，对参根的生长抑制明显，影响产量。吴培祥等[10]对栽培人参土壤的物理特性研究表明，床土的容重与土壤的结构、总孔度、通气性、持水性及释水量等有较好的线性关系，而且认为床土容重0.8 g/cm3左右可以作为评价床土物理性质好坏即是否适于人参生长的定量指标。张亚玉等[11]研究发现，多功能微生物制剂对农田栽培人参床土的物理性状（土壤容重）具有明显的改良作用，当微生物施用量为50g/m2时可提高人参的总皂苷含量。季旭等[12]对非林地土壤容重在0.85～1.05 g/cm3研究表明，土壤容重在0.85～0.95 g/cm3时参根生长发育最好，产量和品质都佳，其次是土壤容重0.95～1.0 g/cm3处理，当土壤容重超过1.0 g/cm3后参根发育受到限制，短支比例明显增多，人参品质和产量显著降低。

2.2 土壤含水量对人参生长及品质的影响

水分对根及根茎类入药的药用植物根系生长及有效成分积累至关重要[13]。土壤水分与人参长势、增重和病害关系极大[14]，土壤水分过少时，土壤溶液浓度过高，会造成根系吸水困难，致使须根干枯产生“烧须”现象；水分过多，影响根系呼吸及生长，产生乙醇毒害，同时厌氧菌活动旺盛，容易造成烂根和疾病发生[15]。

包京姗等[16]对不同含水量对人参生长的影响研究发现，土壤相对含水量为60%～80%时在展叶期、开花期、绿果期的人参株高、茎粗、叶绿体含量均显著高于统一处理的其他水平，产量显著增加。张超宇[17]研究发现，以白浆土为基质的人参生物量和质量受土壤水分影响显著，人参生物量随着土壤水分的增加而增加，在较低土壤水分条件下，有利于人参单体皂苷Rb1、Re 和Rg1 的积累，但对人参总皂苷含量的影响不显著，在高水分处理条件下，当白浆土含水量达到饱和含水量的80%时，更适合人参生长发育。高岩等[18]对饱和含水量分别40%、60%、80%的3年生盆栽人参研究发现，人参皂苷含量随土壤含水量的增大呈上升趋势，认为土壤饱和含水量为80%时为最适水分，有利于人参皂苷的积累。Lee 等[19]研究表明，人参幼苗的根重、优良参苗数量与参苗床土的水分含量呈显著正相关。谢彩香等[20]研究发现，人参皂苷Rg1、Re、Rf、Rg2、Rb1、Rc、Rb2、Rd与土壤水分含量呈显著正相关。

2.3 土壤质地、孔隙度对人参生长及品质的影响

土壤质地与人参生长发育有一定的关系，良好的土壤结构可以增加土壤的保水和保肥能力，使土壤保持良好的通气状态，有利于人参的生长发育，其中砂质壤土比较适合于人参的生长，如黄砂腐殖土、砂壤土、活黄土、黑砂腐殖土都较适宜于人参的栽种。腐殖土和农田土条件下栽种人参的研究表明，腐殖土人参单体皂苷含量高于其对应的农田土人参单体皂苷含量[21]。吴培祥等[10]对栽参暗棕壤床土的研究表明，颗粒组成以物理性砂粒为主（55%～60%），质地属粉砂壤土（重壤和中壤）且上下均一，较适于人参生长。

土壤孔隙是土壤容纳水分和空气的空间，床土孔隙良好能够满足人参对水分和空气的需求，有利于养分的调节和人参根系的伸展和活动。研究表明，床土的总孔隙度为56.92%～73.52%有利于人参的生长[22]。

3 土壤化学特性对人参生长及品质的影响

3.1 土壤有机质对人参生长及品质的影响

土壤有机质的含量与土壤结构、土壤保水保肥功能、土壤速效养分供应及生态环境密切相关，同时土壤有机质还能为土壤微生物提供能量，是土壤肥力水平的重要指标。

孙海等[23]对野山参、林下参、园参3 种生产模式下土壤养分与人参皂苷的研究发现，3 种生长模式下有机质含量差异达极显著水平，表现为野山参＞林下参＞园参，野山参土壤有机质的下限值54.6 g/kg，远高于园参土壤的最大值27.3 g/kg，且园参土壤有机质的变异系数相对较小，人参总皂苷含量与土壤有机质呈极显著相关。农田栽参土壤中的有机质一般少于山林土壤，因此在人参种植过程中应适当施有机肥料，并合理地进行土壤改良，保持良好土壤养分均衡。郭杰等[24]对土壤因子与人参6种单体皂苷Rg1、Re、Rb1、Rf、Rc、Rb2 的冗余分析表明，人参皂苷Rf、Rc、Rb2 含量与有机质呈正相关。

3.2 土壤酸碱度对人参生长及品质的影响

土壤酸碱度反映土壤的酸化程度，是影响土壤性质的重要因素，可以调节土壤酶的活性，影响微生物群落及改变土壤中元素存在形态。适宜的土壤酸碱度有利于人参对营养元素的吸收和利用，促进人参生长。

张亚玉等[25]对不同年生的人参研究发现随着栽参年限的延长，表层、根层及底层土壤的pH 值均呈先增高后降低的趋势，4年生人参根层比1年生根层下降了0.30 个单位，4年生西洋参根层比1年生根层下降了0.27 个单位，栽参使根层土壤明显酸化，通过对野山参根区与非根区不同层次的pH 值测定发现，根区土壤较非根区土壤pH 值降低[26]。林红梅[27]对不同产地4年生、5年生、6年生人参研究发现，随着栽参年限的增加，土壤pH 值逐年降低，土壤酸化严重，对土壤pH 值与人参单体皂苷和人参总皂苷相关性分析发现，多数偏酸性的土壤产地中，土壤pH 值与人参单体皂苷及总皂苷的含量呈显著负相关关系，土壤pH 值降低会显著抑制人参有效成分的合成。人参在生长过程中会向土壤中分泌酚酸物质[28]，使土壤酸性增大，因此，在栽培过程中可以施加生石灰调节土壤酸碱度。

3.3 土壤化学营养元素对人参生长及品质的影响

3.3.1 土壤氮素对人参生长及品质的影响 氮是植物生长发育不可或缺的营养元素，是核酸、蛋白质、磷脂等大分子的重要组成成分，是植物光合器官形态建成的关键因子[29]。

人参在生长过程中对氮的吸收形态有硝态氮和铵态氮2 种，施用的氮肥会促进人参对氮、磷、钾的吸收，在一定氮肥用量范围内，施氮量与参根皂苷含量、淀粉含量、干物质的积累和品质呈正相关关系，氮肥施入过量人参根部肥大，茎叶茂盛，参根皂苷含量下降，淀粉含量增加，品质降低，氮肥过低光合作用会受到抑制，活性氧代谢失调，使生物膜结构受损[30-31]。郭丽丽等[32]对平均每株人参氮含量分别为0、10、20、40 mg的盆栽试验研究表明，人参叶片净光合速率与叶绿素含量随氮用量的增大呈先升高后下降的趋势，氮含量为20 mg时，人参叶片净光合速率和叶绿素含量最大，不添加任何氮素条件下，人参植株处理40 d后叶片黄化现象严重，生长发育受到严重阻碍。郭杰等[24]研究发现，人参皂苷Rg1、Rb1 与全氮含量呈负相关，Re 与全氮含量呈正相关。

3.3.2 土壤磷素对人参生长及品质的影响 磷是构成植物体大分子物质结构的组分，是人参植株体内核糖核蛋白、磷脂、酶、高能磷酸化合物等的组成成分，能增强光合作用和碳水化合物的合成及转运，提高植物抗旱、抗寒能力以及对酸碱的适应能力。

人参对磷的需求为氮的1/6～1/4，磷素促进人参根的生长发育，使根须发达，并增强抗旱抗病能力，磷缺乏会出现叶片卷缩，呈现紫色或褐色斑点且花果发育不良，显著影响种子的数量和质量[33]。磷对人参干物质积累的影响与生育期有关。生育前期，由于地上部的生长发育处于旺盛时期，磷对根干重影响不明显，参根进入快速生长阶段后，磷素的影响逐渐明显。青果期以后，磷对人参物质生产有明显促进作用，参根增重明显[34-35]。葛善欣等[36]就人参大量营养元素与氨基酸的相关性研究表明，3年生人参在红果期、枯萎期前应增加磷肥的供应。

3.3.3 土壤钾素对人参生长及品质的影响 在生物体内，钾是60 多种酶（包括合成酶类、氧化还原酶类、转移酶类）的活化剂，能促进糖代谢和有机酸代谢、促进氮素吸收和蛋白质的合成、改善能量代谢、促进光能利用、调节气孔运动等。

人参对钾肥的需要量随着人参生长年限的增加，吸收量也按比例增加。研究表明，追施钾肥对人参有明显的增产效果，适宜的钾素水平能使人参的茎长增高，茎粗增大，有利于光合作用，干物质的积累，进而促进产量提高[37]。刘政波等[38]利用水培的方法在钾水平为0.0、3.0、6.0、12.0 mmol/L对人参膜脂过氧化作用研究发现，膜脂过氧化产物MDA 含量随钾水平的升高先降低后升高，6.0 mmol/L 条件下最低。MDA 积累过多，会破坏膜结构，损伤大分子生命物质，引起一系列生理生化紊乱。张春阁[39]对钾梯度为0、40、80、160、320 mg/kg的盆栽试验研究表明，不同施钾量人参单体皂苷 Rg1、Rb1、Rb2、Rc、Rd 含量有显著差异，且随着施钾量的增加先增加后降低，在钾浓度为80 mg/kg时含量最高，人参根中可溶性蛋白含量随着施钾的增加也呈先增加后降低的趋势。

3.3.4 土壤其他营养元素对人参生长及品质的影响在植物生理功能中，中量元素镁是糖代谢和呼吸不可缺少的辅因子，镁还可以通过激活腺苷激酶形成腺苷、激活氨基酸形成多肽，在光合作用、脂肪酸的代谢、蛋白质合成中起催化作用[40]；钙对细胞壁有稳定作用，同时还有增强植物抵御逆境的能力；微量元素铁有助于植物体内叶绿素形成、促进植物体内氮素代谢（糖类、脂肪、蛋白质）以及增强抗病能力，同时通过Fe2+与Fe3+之间的化合价变化的电子得失，参与植物体内氧化还原反应和电子传递；硼能有效促进植物体内糖的运输，改善有机物质的供应，促进细胞分裂生长和木质素合成，促进根系生长，使人参根系吸收能力增强，对人参皂苷和多糖的合成和代谢起调控作用[20]。

研究表明，在人参种植过程中适当施加微量元素（铁、镁、铜、锌）时，人参地上部和地下部微量元素含量增加，同时人参根中的皂苷含量也增加[41]。许永华等[33]指出，缺乏钙、镁，对人参根的生长发育有极不良影响，硫、硼有促进人参生长、增强抗病力的功能。谢彩香等[20]对人参皂苷含量与土壤养分进行典型相关分析发现，土壤中的有效硼、有效铁与人参皂苷含量呈显著正相关，即适当提高土壤中有效硼和有效铁的含量可以促进人参皂苷成分的积累。杨振[42]就钙处理对人参生长的研究表明，低钙处理导致人参植株矮小，叶面积小，叶片萎缩，人参茎容易萎缩弯折，影响茎的支撑作用及向上运输能力。缺钙抑制人参根的生长及侧根发生，高钙浓度能够促进水培条件下人参根的发生。同时低钙胁迫降低人参皂苷的含量。郭杰等[24]对土壤因子与皂苷含量相关性分析发现，人参皂苷Rg1、Rb1、Re、Rf、Rc、Rb2 含量与铁、锰、锌含量具有相关性。研究表明铁、铝、锰的富集与人参红皮病的发生有关[43-44]，人参红皮病发病指数与单体皂苷Rb2 和Re 呈显著负相关关系，人参红皮病的发生会导致人参单体皂苷Rb2 和 Re 含量降低[45]。

4 土壤生物学特性对人参生长及品质的影响

土壤的生物学指标主要包括微生物量碳与氮、土壤酶活性、土壤微生物、潜在可矿化氮、土壤呼吸量等[46]。目前，土壤生物学性质对人参生长的影响主要集中在土壤酶与土壤微生物的研究。

4.1 土壤酶对人参生长及品质的影响

土壤酶是土壤肥力的重要组成部分，是生态系统代谢的重要动力，土壤中的一切生物学与生物化学反应过程都需要酶的催化作用才能完成。土壤中的酶主要来源于动植物残体分解、植物根系和微生物分泌物，土壤酶活性已被作为检测土壤质量、土壤健康状况的指标，与土壤理化性质、土壤类型、施肥和耕作有关[47]。

不同年生的土壤酶研究表明，农田栽参土壤中脲酶以3年生含量最高，磷酸酶2年生含量最高，过氧化氢酶在人参生长过程中呈先上升后下降的趋势，其中也是2年生的含量较高[26]。杨艳文等[48]研究表明，土壤酶活性与人参有效成分密切相关，相同酶在腐殖土中的活性显著高于农田土。在农田土生长模式下，土壤中的蔗糖酶活性和磷酸酶活性过高，会抑制人参总皂苷、水溶性总蛋白和总氨基酸的积累；腐殖土生长模式下，土壤蔗糖酶活性、脲酶活性和磷酸酶活性过高，会抑制人参总皂苷和总挥发油的积累。

4.2 土壤微生物对人参生长及品质的影响

土壤微生物是最有潜力的土壤敏感性生物指标之一，其结构组成和生物量等均可反映土壤肥力情况。土壤微生物参与土壤中各种生物化学反应过程，在土壤生态系统的物质与能量循环中起重要作用，土壤微生物种群在很大程度上决定着土壤中营养物质循环、分解和能量流动[49]。植物与微生物之间的相互作用对微生物群落结构和植物性能有显著影响[50]。

Sun等[51]对色木槭、赤松、胡桃楸、紫椴、蒙古栎凋落物对盆栽人参土壤微生物群落的研究表明，添加不同树叶后不仅提高土壤微生物量碳氮、改善土壤理化性质，同时改变微生物群落结构组成。在农田系统中，微生物群落可以在土壤有机质变化被测定之前对土壤肥力的变化提供可靠的直接证据。农田栽参中，随着参龄的增加，土壤生物量也逐渐增加，并出现真菌的增加量大于细菌及放线菌的增加量，易使农田栽参中出现真菌病害，而林下护育山参与野山参根区土壤的微生物群落结构类似，细菌为其优势种群[26]。放线菌可以产生多种抗生素，放线菌剂对人参连作障碍的修复具有极重要的应用价值，可以调整土壤微生物区系平衡，增大有益菌数量。同时，放线菌对人参也有促生作用，有利于人参根系干物质积累，对人参皂苷Re 的促进作用较大，能显著提高参根人参皂苷含量[52]。因此，在农田生产实际中可以施加微生物菌剂，增加土壤微生物活动强度，增加微生物量碳氮含量、降低微生物碳氮比，提高参地土壤微生物多样性[53]。研究表明，人参栽培生长年限的增加能够显著影响根际土壤中微生物的种群结构，是导致连作障碍形成的关键因素[54]，连作障碍会造成人参产量下降、品质变劣、生长不良、病虫害加剧等现象。

5 展望

参地资源紧缺和连作障碍是阻碍人参产业发展的主要瓶颈，农田栽参可以实现参粮轮作是未来人参产业发展的主要模式，近年来虽然我国农田栽参种植技术不断提升，但还存在一些问题：1）目前，人们对土壤环境与人参生长及品质的关系研究展开了很多工作，有关土壤因子与人参皂苷合成的机理作用研究较少，还需要进一步明确；2）农田生态环境与林地生态环境有较大的差别，人参品种培育研究较薄弱，选育适宜农田生态环境的优质品种有待研究；3）随着国家化肥农药双减的实施，农田栽参的绿色病虫害防控措施和肥料的科学合理使用需要规范化；4）应对人参连作障碍深一步研究，掌握老参地土壤改良技术，实现土地资源的合理高效利用，促进人参产业可持续发展。