设施栽培技术在中药材产业的应用与发展＊

赵家靖，向增旭,2**

（1.南京农业大学园艺学院，南京 210095；2.南京农业大学南京鹂岛现代农业发展有限公司江苏省研究生工作站，南京农业大学八卦洲现代园艺产业科技创新中心，南京 210043）

中药材产业不断发展扩大，受到越来越多人的关注，传统栽培模式所带来的产量质量低、病虫害侵染、农药残留等问题，是限制中药材规模化、优质化发展的瓶颈所在。革新栽培模式，提高中药材产品质量，是继续发展中药材产业的必由之路。将设施栽培技术应用于中药材栽培生产中，不仅能解决传统栽培问题，而且能够扩大中药材发展规模，提高生产效益，推动中药材生产规模化。

中药材栽培生产现状

在全新的时代背景下，中药工业增长迅速，市场需求不断上升。野生中药资源和道地药材资源破坏严重，濒于枯竭，中药资源可持续供应压力巨大[1]。从当前的中药材栽培生产实际发展情况来看，近年来中国农业技术的进步推动了中药材栽培技术的发展，人工栽培的药用植物呈现一定规模，也出现诸多问题，如中药材种质资源不稳定、连作障碍、农药和重金属残留严重、品质下降等。

野生金线莲经长期引种驯化后栽培品系界限不清，导致生产上的金线莲性状、品质不一致，经济价值差异大[2]。地黄、白术、人参、三七等根茎类药材栽培生产过程中普遍存在连作障碍，种子发芽率降低、死苗率上升、病害严重、产量低、品质差[3-5]。菊花、金银花、铁皮石斛、枸杞等中药材生产过程中为防治病虫害、保证药材产量，农药使用不规范，残留严重。来自河南、山东、河北不同产地约300 批次的金银花样品，检测出农药100 余种，超过70 种农药的检出率较高[6]。浙江金华市21 批铁皮石斛样品中检出17 种农药残留[7]。甘肃93 批枸杞中检出农药18 种，8 种农药的检出率>30%[8]。

想要推动中药材产业更好地发展，必须要保证中药材种植生产过程安全、稳定、高产、优质。设施栽培是利用人为手段改善土壤栽培环境或创造人工环境替代土壤栽培的生产技术，具有改善植物生长环境、缩短生长周期、隔离土壤病虫害等优势，在蔬菜、花卉、果树生产领域已经取得很多成果。中药材种类多样，生长年限、收获部位、植物形态各不相同，根据药用植物自身的生长特性和对生态环境的要求，选择相适合的设施栽培技术，是优化中药材生产模式，解决当下中药材人工栽培问题的关键。

设施栽培在中药材生产中的应用

设施栽培是在由人工保护设施所形成的小气候条件下进行的植物栽培，主要类型有风障畦、阳畦、地膜覆盖、温床、小拱棚、塑料大棚等简单设施技术，以及温室大棚、穴盘育苗等较为复杂的栽培技术。部分中药材常见设施栽培模式见表1。

表1 中药材常见栽培模式分类

简易设施

简易设施栽培技术在中药材种植生产中应用较广泛，人参、西洋参、三七、重楼等典型喜阴植物忌阳光直射、忌积水，栽培设施主要使用专用遮阳网（图1）。丹参、黄芪等中药材地膜覆盖栽培可有效防治杂草的生长（图2），同时可提高土壤的保水性，改善旱地缺水问题。金银花、绞股蓝、何首乌、薯蓣、瓜蒌等藤本类中药材的整形修剪、搭建棚架技术，可及时去除劣枝病枝、改善枝条遮阳情况。

图1 人参遮阳棚栽培

图2 黄芪地膜覆盖

温室大棚

温室大棚设施栽培是以玻璃或硬质塑料板、塑料薄膜等作为覆盖材料，棚内温度、湿度、光照、水肥条件均可调可控的设施技术。目前温室大棚设施被广泛应用于蔬菜、水果等经济作物的生产，在番茄、生姜、草莓、脐橙等植物的栽培生产中均有应用[9-12]。在药用植物栽培生产中也有较广泛的应用。大棚设施栽培能显著提高管花肉苁蓉的接种率和单株柽柳接种管花肉苁蓉的个数[13]。石斛育苗后移入大棚内统一栽培管理，其栽培基质以松树皮为主，松树锯末和松树皮混合栽培的铁皮石斛长势好、产量高。水苔、锯末、菌渣等基质的试验也有一定研究[14]。温室内栽培藏红花可以有效避免不良气候条件的影响、减少球茎病害的发生、提高藏红花柱头产量[15]。

穴盘育苗

穴盘基质育苗技术能有效节约土地资源，缩短育苗时间，且操作简单，产苗量大，在基质中有利于生根，移栽后和大田直播苗相比成活率、壮苗率显著增加[16]。穴盘育苗技术在蔬菜、苗木的种苗繁育中应用较广泛，杜仲、黄精、金莲花、茅苍术等中药材穴盘育苗（图3）多以泥炭、蛭石、珍珠岩等常用基质按比例混合，配合营养液浇灌，种子萌发效果与成苗情况均优于大田栽培[17-21]。

图3 茅苍术穴盘育苗

无土栽培技术在中药材生产中的应用

无土栽培技术能够缓解土地压力，改善作物质量，提高作物产量。现代无土栽培技术包括基质栽培、水培、气雾栽培。

基质培

基质栽培是利用蛭石、珍珠岩、沙、炉渣等无机基质和泥炭、椰糠、菇渣、发酵动物粪便等有机基质单一或混合使用，代替土壤提供植物根系生长环境的栽培方法。

基质栽培是改善植物生长环境、解决土壤对根系危害的有效途径，在保护濒危中药材资源、中药材规模化生产以及改进药材栽培技术等方面应用前景很大。如石斛等名贵中药材的野外生存环境差，种子不易萌发，使用松树皮等基质将石斛转入温室大棚栽培可有效保存石斛资源，同时实现石斛药材工厂化生产（图4）。基质栽培藏红花可有效减少藏红花球茎腐烂的发生；灵芝[36]、荆芥[37]、麦冬[38]、远志[39]等药材温室基质栽培有利于提高萌发率、防治病虫害、减少化肥农药的不当使用；山药基质栽培，可以减少采收时造成机械破损，还可以避免受到地下害虫的侵袭和土壤的污染[40]。高山红景天种子无土育苗和基质扦插育苗均有较高的成活率，其栽培基质以草炭土、蛭石、珍珠岩等比例混合为佳[41]。半夏人工种茎在营养液浇灌的基质中能发育成完整植株，且蛭石是半夏人工种茎的最适基质[42]。

图4 石斛大棚基质栽培

水培

水培是利用循环营养液系统为植物提供生长必需的水肥条件的栽培系统。根据营养液深度可分为营养液膜栽培技术、深夜流栽培技术、浮板毛管栽培技术三类。水培最初应用于叶菜类蔬菜、草莓等水果的大规模快速生产，能避有效免蔬菜种植连作障碍的发生，减少了土壤的病虫危害，大大缩短生长周期，且操作简单，节约空间，产品鲜嫩、品质好[43-45]。大多数以地上茎叶为收获部位的草本中药材，如蒲公英、车前草、薄荷、荆芥、益母草、紫苏、艾叶、青蒿等适合水培生产。目前，中药材水培已有一定研究，水培蒲公英生长速度快，定植后15～20 天即可采收[46]。水培益母草可以有效解决其药源质量差、品质不稳定的问题，并能缩短益母草的生长周期，周年生产益母草鲜品[47]。用霍格兰营养液培养鱼腥草，可明显提高其可溶性糖含量和叶绿素含量[48]。水培山茱萸的生物量和叶片活性成分含量均高于土壤栽培[49]。

水培植物根系虽然发达，但多发育成须根系，根及根茎类中药材水培生产难度较大。有研究表明樱桃萝卜种子育苗后，选取肉质根膨大明显的幼苗定植到水培系统中，15 天左右肉质根直径可达到2～3 cm[50]。根类药材人参[51]、西洋参、丹参[52]、桔梗等中药材水培也有一定研究，对水培生长的人参叶片、果实和根茎中的活性成分含量进行检测，发现水培人参叶片可作为一种环境友好的天然抗氧化剂[51]。桔梗在不同氮素水平的营养液中以及草炭、蛭石、珍珠岩等混合基质中的栽培研究中，指出水培的桔梗产量高于露地栽培[53]，可推广到其他根及根茎类药用植物的栽培。其他以根茎为主要收获部位的中药材能否在水培系统中正常发育仍需进一步研究。

气雾培

气雾培是利用喷雾装置将营养液雾化，向根系提供水分、氧气及营养的栽培系统[54]。与水培模式相比，气雾培的植物生长速度更快，且不易出现缺氧、烂根、生长不良等现象[55]。气雾栽培环境下的植物根系生长不受限制、营养充足，有利于植物根系的发育和生长，同时更便于对植物根系发育情况进行观察，目前地下根茎类植物在气雾栽培中也有一定研究，尤其是对马铃薯的培育已取得很大进展[56]。国外研究发现雾培牛蒡和紫雏菊采收其根部时可避免造成损伤，且雾培模式更便于修剪和病虫害管理。对于某些大田栽培生产采收困难、根际病害严重、经年栽培根系发育不良的根茎类中药材气雾培的研究价值很大。此外，气雾栽培还有利于植物气生根的生长，与中药材石斛气生根的特性高度契合，目前石斛的生产主要是温室大棚内苗床基质栽培，将气雾培与石斛药材的生产相结合，对于石斛等名贵中药材的资源保护与栽培生产，有极大的应用价值。

气雾培有利于车前的生长，能明显缩短车前的生长周期，提高其生物量，改善营养品质[57]。广藿香、紫苏等叶类药材雾培扦插成活率高，生长速度可以提高1.4～5.2 倍，一些营养成分含量显著提高[58]。名贵中药材藏红花在水培和雾培试验中，植株生长状态良好，柱头产量和主要活性成分含量与土培藏红花差异不明显，可做进一步探索研究，国外藏红花雾培技术也已有一定研究和应用[59]。雾培条件下，将电极处理过的等离子体水作为营养液培养的人参幼苗游离氨基酸和人参皂甙的积累量均明显增加[60]。在双层立体雾培中，下层人参叶片发育优于上层人参，而根系发育则是上层植株优于下层[61]。

植物工厂在中药材生产中的应用

植物工厂是在完全密闭环境下，运用现代化无土培技术、人工光源技术、物联网环境调控技术等高新技术实现环境可调可控、植物批量生产的高效栽培方式。

中国植物工厂技术起步较晚，20 世纪70年代，荷兰、美国、以色列、日本、韩国等机械化较为发达的国家对于温室植物工厂技术就已趋于成熟，逐渐由半自动化到全自动化控制方向发展[62]。且堆叠式无土栽培技术大大提高了植物工厂空间利用率，结合水培雾培技术推动设施栽培立体化发展，打造出垂直农业模式[63]。当前中国植物工厂技术也正向智能化、自动化模式发展，在种苗生产、作物管理、采收加工等各个过程均有一定研究，如“一穴一粒”精量化播种技术、种苗智能分级移栽技术、传感器自主调控环境功能、精准化机械采摘设备等技术成果[64]。

药用植物工厂化育苗温室管理系统在中国甘肃中药材种质创新种植研究中实施成功，结合水培营养液循环系统，药用植物工厂化育苗温室管理系统可通过手机等电子设备，远程管理育苗温室的各个环境因素[65]。在中药材生产管理中应用前景很大，生长周期短、植株高度1 m以下、采收部位为地上部分的叶类、花类、全草类中药材均适合采用植物工厂模式生产。如蒲公英、马齿苋、车前草、菊花、荆芥、紫苏等经济型中药材可利用植物工厂技术进行自动化周年生产。在植物工厂模式下，还可以单一控制某一因素，提高中药材品质，如用不同光质的LED 光源培养铁皮石斛，其鲜重增加量差异显著。所以对于人参、西洋参、石斛、灵芝等名贵中药材的资源保存和高品质药材的生产，植物工厂技术也有极大的研究意义。

总结

随着科技的不断进步，中药材的温室大棚智能化种植成为发展趋势，个性化调控温、光、水、肥、气等因素，将温室管理技术、智能传感器技术、计算机互联网大数据技术结合起来，实现温室管理数据化、信息化、可视化、远程化[66]，成为温室智能化管理新的方法和手段。在保证中药材生产适应性、道地性、安全性、经济性的原则下，根据中药材的生长发育需求，将智能设施栽培系统与中药材规模化生产有机结合，实现中药材生产智能化、集约化、产品特色化，将是未来中药材设施栽培的发展方向。