关于中药材种植连作障碍的研究

郭 蔓，赵 华

（天津科技大学生物工程学院/工业发酵微生物教育部重点实验室/天津市工业微生物重点实验室/天津市微生物代谢与发酵过程控制技术工程中心，天津 300457）

随着社会的发展，我国医药行业对于中药材的需求量越来越大，我国超过40%的中药材靠人工种植，根类中药材超过70%依靠人工培育，但是在根茎类中药材的培育过程中，普遍存在中药材连作障碍问题[1]，影响着中药材的产量和质量，已成为严重制约我国中药材种植产业发展的因素之一。本文通过分析中药材连作障碍的原因，提出解决问题的对策，以期实现中药材生产经济效益、生态效益、社会效益的统一结合。

1 连作障碍的概念及危害

1.1 连作障碍的概念

连作障碍是指在同一片土地上连续种植同种作物或近缘作物，引起作物生长发育异常的现象。通常情况下，连作障碍的症状一般为植株生长发育缓慢、产量和品质下降，在极端的情况下，会有局部死苗、部分种苗不发芽的情况。连作障碍通常在生长初期表现较为明显，经过植株对环境的适应，在植株的生长后期可以得到不同程度的恢复。

1.2 连作障碍的危害

植物体和环境之间保持着动态的物质交换，植物体的生长发育与微生物、水分、化感物质、肥料、重金属等因素密切相关。连作障碍对于中药材的生长发育无异于是一种逆境，在这种逆境状态下，中药材的形态结构、生理生化等性质都可能发生不同的改变，中药材中次生代谢产物的种类及组成会随着环境发生改变，造成中药材药性、药效发生改变，中药材质量的变化[2]。有研究表明[3]，连作障碍会影响太子参的产量，造成太子参的个头变小，质量减轻，影响太子参的质量和产量。

2 连作障碍产生的原因

2.1 土壤的理化性质劣化

中药材在同一块土地上连续种植多年容易导致土壤的粒状结构被破坏、透气性差、土壤板结、物理性质恶化等[4]。有研究表明，连续种植三七会导致土壤凝固、土壤物理特性恶化、渗透性差、化学性质变化等。如刘莉[5]等人的研究结果表示，在对三七连作后，三七根系分泌物能够导致土壤的酸性增强，抑制三七对多种元素的吸收。喻敏[6]等人在研究百合的连作障碍时发现，百合连作的土壤通常磷富集，土壤中的钾含量降低，pH值相对于正常土地降低，容易造成百合患病虫害严重，影响了百合的产量和质量。

2.2 土壤传染性病虫害加大

研究结果表明[7]，经过多年连作的土壤中含有的有益微生物量和种植作物的年限成反比。尹文佳[8]等人对于地黄连作障碍的土壤微生物种系的研究结果表明，连作土壤中的硫化细菌、氨化细菌、好气性纤维素分解菌、好气性固氮菌、硝化细菌等有益根际细菌的数量会明显减少。有研究表明[9]，在人参的根际表面的微生物种群中，真菌的数量相比较根际有所增加，而放线菌数量非常少，表明人参的根病大部分都是由于真菌引起。老参地内的土壤微生物群落的变化引起了人参根病。研究结果表明，药用植物的连作障碍和在土壤中的病原微生物的种群变化有直接的关系，因此，可以通过改变土壤中的有益微生物的数量，达到缓解中药材连作障碍的作用[10]。

2.3 中药材中的化感自毒作用

药用植物多年在同一片土地上种植，会加重有毒物质在植物体内的积累，改变土壤中有害微生物种群的数量。尤其是种植多年之后植物的残体和腐蚀物以及病原微生物的次级代谢产物容易对植物的生长产生毒害作用，影响植株的代谢，最后导致中药材发生化感自毒作用，引起中药材的连作障碍[11]。在半夏植株中产生的生物碱类、酚类、有机酸类等化感自毒物质都能够强烈抑制半夏植株的萌发和幼苗生长，这可能是大规模半夏生产过程中半夏连作地出苗率低、倒苗严重的原因之一[12]。黄钰芳[13]的研究结果表明，化感自毒作用是导致兰州百合连作障碍发生的重要原因之一。中药材的化感自毒作用能够影响中药材生长的光合作用，影响中药材的产量。

2.4 共生结构的改变

植物共生系统是由植物与其共生微生物（内生菌、表共生菌和菌根菌）共同组成，又称超有机体，这种共生系统决定了植物的生长，发育、繁殖和生态适应过程。微生物与植物之间协同进化，形成了共生关系，微生物参与植物的所有的生命活动，包括吸收、合成、患病、发育、分解、生长和死亡[14]。其中内生真菌能够促进植物的生长发育，产生与宿主相同或相似的化学物质，促进宿主某些代谢产物的形成和生长，提高植物的抗逆性，产生具抑菌活性的物质等作用。药用植物连作后共生结构的变化可以引起其植株生长过程、生理、以及生化代谢的改变，是连作障碍发生的重要因素。

3 连作障碍的消除技术

3.1 抗性品种的选育

不同种类的药用植物对于土地和生长环境的适应能力不同，选择对土壤具有高适应性的品种是缓解中药材连作障碍的重要方法[15]。研究表明，通过选育具有优良抗性的品种，可以很好地缓解中药材连作障碍。在地黄的种植过程中，小黑英品种的地黄能够抵抗斑枯病，金状元品种比较容易遭受斑枯病的毒害[16]。在生活实践中，应用抗性遗传基因，已选育出的具有良好性状的中药材品种之中，优化种植品种，缩短人工育种的年限，保留道地性，使中药材种植生产具有良好的应用前景。所以通过对抗性品种的选育，能够缓解中药材的连作问题，保证中药材的产量和质量，对于促进传统中药的可持续发展发展具有重要的意义。

3.2 调整栽培技术，合理轮作

轮作是在农业生产上重要的一种生产方法，可以恢复土壤的肥力，减少中药材植物的病虫害。研究表明[17]，将白术和玉米进行轮作不仅能够减少病虫害的发生，而且能够提高白术幼苗的存活率，白术的单株根茎鲜重、株高、冠幅都有不同程度的增加，提高产量。高鹏等[18]人通过对三七水提取液进行研究，并且对油菜种子、小麦、玉米等做了研究比较，研究发现玉米最适合与三七轮作的植物。合理轮作是改善中药材连作障碍的重要方法，对于中药材的生产有着重要指导意义。

3.3 土壤修复

土壤灭菌是生产过程中最常见的土壤修复方式。消除土壤中存在的有害微生物，解除有害微生物对中药材植株生长的抑制作用是土壤灭菌的主要目的。曹志强[19]等人通过“溴灭泰”对土壤进行灭菌，土壤改良剂能够使土壤复菌。通过对新人参、旧农场人参种植基地移植的研究，发现土壤灭菌对克服人参的再障碍有良好效果。土壤通过增加有机改良剂，能够改良土壤的结构，从而使土壤微生物的营养条件得到改善，土壤微生物的多样性得到提高，有毒物质的积累得到降解。通过实施各种对于土壤修复的方法，能够使土壤的肥力显著增加，从而减轻在中药材连作过程中对于中药材的影响。

3.4 种子处理

在种植中药材之前，可以采取多种方法处理，如培育强苗，通过浸泡种子促进种子发芽或制造涂层剂。目的是减少病虫害危害，提高育苗率。种子通常情况下的处理主要有以下3种方式：拌种、晒种、种子包衣。在种植之前对种子进行处理，能够较好地提高种子的发芽率。从而减轻中药材在连作过程中的一些问题。这对于中药材的生产和种植有着重要的研究意义。

3.5 无土栽培

无土栽培可以避免植物发生与土壤有关的连作障碍，从而减少因土壤肥力或土壤病原微生物引起的连作障碍。无土栽培系统中植株产生的自身化感毒化物质可以通过在培养液中加入活性炭的方法及时清除。

3.6 植物根际促生菌

植物根际促生菌主要通过直接和间接作用促进植物的生长发育。直接作用是指某些植物的根际促生菌可以合成一些物质，这些物质对植株的生长具有直接的促进作用。间接作用指某些植物根际促生菌能够通过抑制或减轻植物病虫害，间接地影响植物的生长发育。

3.7 合理施肥

生物有机肥料中的一些无机盐可以直接抑制病菌，有机物可以降解并产生对致病菌有毒的挥发性物质。抑制病原菌的生长，在降解中形成的含氮的转化物如氨、亚硝酸对有些病菌具有较强的杀伤作用[20]。合理施肥是一种既合理又环保的方式，能够有效缓解中药材连作障碍。

3.8 加强绿色防治技术的开发

经常采用的用于连作障碍防治的措施是化学防治，但是化学防治存在着很多问题，例如污染环境、病毒性细菌容易产生耐药性等问题。所以在今后的研究和应用中，应该寻找低毒、有效、无害的绿色防治方法。例如可以通过挖掘生物自身的遗传潜力，选育抗性品种，也可以利用生物之间的化感作用生产出一些调节剂，例如土壤添加剂、微生物菌肥、生物降解剂等。

4 研究意义和展望

中药材的生产质量关系着中成药品质的稳定。近年来，我国中药材种植规模不断扩大，种植技术水平不断提升，但中药材种植生产经营还需更加规范。目前，不少研究表明导致中药材连作障碍的主要原因是植物、土壤、微生物三者之间的关系，只有协调好这三者之间的平衡关系，中药材连作障碍才能真正得到控制和缓解。随着科学技术的不断发展，一定能够有更多更好的新技术来解决中药材连作障碍，实现经济、社会和生态效益的统一。