黄芩中国主产区栽培技术差异性调查分析

王晓英,张胜珍,段英姿,王向东,马艳芝 ,客绍英,沈玉龙

(1唐山师范学院,河北 唐山063000;2河北农业大学 生命科学学院,河北 保定 071000)

黄芩(Scutellariabaicalensis)为唇形科黄芩属植物,又名空心草、黄芩茶、山茶根等,以干燥根入药,是我国常用的大宗药材之一。黄芩性寒、味苦,具有清热燥湿、泻火解毒、止血安胎等作用[1]。研究发现,黄芩的主要活性物质是黄酮类化合物[2]。此外,还具有抗氧化、抗抑郁、保护心血管系统和神经系统、糖尿病治疗等诸多药用价值,是多种抗炎、降压药物的主要原料[3-6]。随着临床上的广泛应用和以黄芩为主要原料的药物上市,野生黄芩已不能满足市场的需求,人工栽培黄芩日渐成为黄芩药材的主流来源[7]。

市场流通的黄芩产地不同、规格不同,药材质量各异,这与黄芩产地环境及栽培技术的差异有关。为了深入了解我国黄芩生产技术现状,对山西(6个县区)、甘肃(5个县区)、陕西(5个县区)、山东(3个县区)、河北(3个县区)、河南(1个县区)、内蒙古(1个县区)等24个黄芩主产区的生产现状进行调查分析,结合相关文献,对不同产区黄芩的栽培方式、施肥管理、病虫害防治以及采收加工等方面的差异性进行分析,为黄芩生态适宜性区划及各产区适宜栽培技术研究提供借鉴,以便形成黄芩高产、优质、高效的栽培技术体系,进一步为黄芩栽培提质增效奠定基础。

1 调查内容及方法

以 “黄芩+生态因子”“黄芩+栽培”“黄芩+施肥”“黄芩+病虫害”“黄芩+采收”为主题词,检索时限为1990年1月1日—2023年4月10日,检索中国学术期刊全文数据库(CNKI)中黄芩相关文献,结合调查走访黄芩行业人员确定黄芩产区的地理位置,调查当地生态环境、地形地貌、土壤质地以及黄芩栽培方式、施肥管理、病虫害防治、采收加工等方面,分析各产区黄芩生境及栽培方式的差异性。

2 调查结果

2.1 黄芩栽培区域分布

黄芩生态适应性较强,分布广泛,野生资源主要分布在中国东北、华北、华中、西南和西北地区[8]。调查发现人工栽培黄芩主要分布在山西、陕西、甘肃、山东四大产地,此外河北、河南和内蒙古有部分种植。黄芩7个主产地24个主产区的生态环境,见表1。

表1 黄芩主产区生态环境

由表1可知,黄芩主产区经纬度跨越大,范围在E 104°23～120°03′,N 33°73～44°03′之间,海拔为28～2 408 m,地形大多为山地、丘陵,少数为平原。黄芩主产区气候类型大多为暖温带、温带大陆性季风气候,其中陕西商州、丹凤产区属于暖温带季风山地气候。黄芩主产区土壤类型也存在较大差异,各地土壤质地也有不同。山东大多为中壤土;山西主要是轻壤土,甘肃及陕西部分产区为绵土或黄土,属轻壤土或粘壤土。生态环境因素对药材的质量与产量有至关重要的作用。不同产区的地理环境和气候条件不同,黄芩产量与药效成分的含量相差也较大。研究表明,温度、光照、土壤含水量、空气湿度、海拔等因素均对黄芩黄酮类成分有影响[9-11]。适宜的生长环境可以促进中药材性状的优良选育与内部药用成分的合成积累。

2.2 黄芩主产区栽培方式的差异

合理的栽培技术是中药材质量的保障。黄芩主产区栽培方式调查结果,见表2。

表2 黄芩主产区栽培方式

黄芩既可以通过种子繁殖,也可以通过器官繁殖[12]。由表2可知,种子繁殖是黄芩主产区最普遍的繁殖方式。黄芩种子繁殖栽培技术包括直播法和育苗移栽法,山西、陕西、河南、内蒙古产区采用直播法,甘肃和山东产区采用育苗移栽法。

适宜的播期是获得高产、优质药材的重要条件之一,但不同地区、不同作物的适宜播期存在差异[13]。山东、甘肃产区黄芩在春季返青前进行育苗移栽,山东部分地区还可推迟到9月进行。山西、陕西、河北等产区采用直播法,在春、夏、秋3季播种,没有严格时间限制,主要是受土壤水分的控制。各产区可以灌溉的地块播种时间不受制约,而对于山地、丘陵等地块可在雨季来临前把种子播入土壤。

合理的种植方式和种植密度是保障黄芩高产优质的重要因素。黄芩主产区大多采用平作的方式,山东和陕西部分地区采用垄作。合理的种植密度可以为植株提供良好的生长环境,促进其更加茁壮地生长[14]。通过调查发现各个黄芩产区栽培密度差异较大,用种量在15～75 kg/hm2,定苗行距20～40 cm,株距8～15 cm。

2.3 黄芩主产区施肥技术的差异

药材的生长和有效成分的积累需要吸收水分和矿质元素,土壤中的矿质元素往往不足,需要通过施肥进行补充。施肥时不仅要施足基肥,为了保证植株不同生育阶段的养分需求,还要进行科学追肥[15]。各产区黄芩施肥情况,见表3。

表3 黄芩主产区施肥状况

由表3可知,各产区在施肥管理方面没有统一标准,缺乏科学性指导,多数产区常年大量使用化肥,不仅造成肥料浪费、土壤板结、土壤污染,产量也不理想。各产地种植黄芩使用最多的基肥是NPK复合肥与农家肥/土杂肥配合,有机肥使用较少。农家肥/土杂肥施用量在30 000～45 000 kg/hm2,其中含有大量的重金属元素及病菌、虫卵,腐熟不彻底或者处理不当会给土壤带来污染。氮磷钾肥施用以NPK复合肥为主,甘肃宕昌和山东各地有使用过磷酸钙和硫酸钾的习惯。陕西澄城产区在基肥中加入草木灰,代替了化肥。药用植物专用肥未见施用。

黄芩在不同生长阶段对氮、磷、钾肥需求的比例不同,前期营养生长需要大量施用氮肥,后期适当增大磷、钾肥用量有利于地下部分生物量的积累。追肥是实现黄芩不同生育阶段对氮、磷、钾肥需求配比不同的重要手段。调查显示山东地区基本不追肥,其他产区追肥在春夏5—7月进行,以化学肥料为主,不能满足黄芩对肥料的精准需求。各产区均未施用微量元素肥料。

2.4 黄芩主产区病虫害防治的差异

病虫害防治工作在中药材全年管理中起着举足轻重的作用,病虫害猖獗与否直接影响着药材的产量和质量。黄芩主产区病虫害防治情况,见表4。

表4 黄芩主产区病虫害防治

由表4可知,各产区出现的病害主要有叶枯病、根腐病等,虫害主要是黄芩舞蛾和蚜虫。山西襄汾立枯病多发,甘肃渭源和甘肃陇西灰霉病病害较严重。黄芩病虫害防治手段以施加农药为主。调查发现,黄芩日常防治中存在农药品种及浓度使用不当、防治时期延误等众多防治技术不当问题,导致用药量偏多、环境污染、产品农残偏高和药效降低;以及农药单一重复使用产生抗药性等问题,已经影响黄芩的产量和质量。此外,栽培管理中的多年连作、没有进行轮作倒茬、磷钾肥施用不足导致植株抗病性下降以及农家肥腐熟不彻底都会导致病虫害加剧。

2.5 黄芩主产区采收加工的差异

合理的采收年限对提高黄芩的产量和保证质量非常重要。黄芩主产区采收时间及加工方法,见表5。

表5 黄芩主产区采收时间及加工方法

由表5可知,黄芩主产区中大多地区集中在第2年秋季或第3年早春采挖。生产上认为1年、2年、3年生黄芩的黄芩苷并无明显增加,3年生黄芩根重较2年生黄芩有显著升高。所以,以根部生物量积累为依据的黄芩采收以地上部分枯萎即秋冬、初春时期为宜。

河北承德、陕西商洛等地在黄芩采收后用烘干的方法加工,其他产地黄芩初加工均采用晾晒的方法。朱俊霖等研究发现远红外法处理的黄芩根中黄芩苷含量最高,但考虑到产地加工过程中的实际情况,还是采用自然晒干法更为经济、方便[16]。

3 存在问题及建议

种植是中药材生产的“第一工厂”,是中药材质量的基础保障[17]。各产区黄芩在自然条件、生态环境、栽培方法、采收和加工等方面都有一定的差异,所以不同产地的药材在品质和功效方面也存在差异。提高药农质量意识,重视药材品质,规范栽培管理,是获得优质药材的保证。

3.1 黄芩栽培环境

文献记载,黄芩适宜种植在中性或微碱性的粘壤土、砂壤土或砾质土壤中[18]。本调查结果显示黄芩主产区在山西、陕西、甘肃、山东,种植地多为山地、丘陵,山西、陕西少数平原地区也有种植。黄芩主产区土壤类型以褐土、绵土和黄土为主,呈中性或微碱性反应,属壤土,适宜种植黄芩。各产区之间海拔、气候等环境又存在差异,环境条件影响植物次生代谢产物生成和转化,黄芩道地性的形成正是基因型与环境之间相互作用的产物[19-21]。郭兰萍等研究表明黄芩的道地性并不局限在某个特定的小区域,从内蒙赤峰到陕西太白一线均适宜黄芩次生代谢产物的积累[22]。因此,主产区的黄芩只要生产加工方式科学合理,种质足够稳定,产量足够大,都有望成为黄芩潜在道地产区。

3.2 黄芩种子

黄芩各产区种子直播用种量在15～75 kg/hm2,差异较大,原因在于黄芩种子小,出苗困难,若覆土不平或者遇干旱天气会出现土壤结块现象,影响出苗,导致缺苗断垄。此外,由于黄芩花期长达3个月,种子成熟期不一致且极易脱落,采收的种子活力不一致,净度不高,导致生产上有通过加大用种量来提高黄芩出苗率的现象。所以,黄芩在选种时要选择籽粒饱满,大小均匀,色泽鲜明,健康无杂质的种子。有条件的地区,还可用色选机对种子进行色选,拣出不合格种子。此外,黄芩播种前还可以进行温水浸种催芽,待大部分种子裂口出芽时即可播种。

3.3 黄芩栽培技术

种植是中药材质量的基础保障。当前,生产上黄芩种子繁殖的主要技术是直播法和育苗移栽法。周长征认为种子直播或育苗移栽都存在种子发芽率低、发芽不齐和成本高等缺点[23]。比较而言,黄芩育苗移栽法比直播法节约土地,节省种子,但是移栽后根分叉多,商品外观品质较差,收获的药材主要出售给药企提取有效成分。直播法种植的药材根系直,根分叉少,商品外观品质较好,质量更好,可以条芩出售或者做黄芩饮片,商品附加值更高。生产上种植者可以根据土地使用率和商品预期出售方式选择种植方式[24]。

建立合理的群体结构,协调个体与群体之间的关系是作物高产的关键[25]。合理的种植密度是黄芩获得优质高产的重要技术手段[26]。栽培密度过大会使黄芩地上部分覆盖紧密,植株的光合作用受到影响,生长发育受阻,有效成分含量降低,影响药材质量;而栽培密度太小会对黄芩产量以及土地利用率产生较大的影响。王丹阳等研究表明渭北旱塬地区不同栽植密度下黄芩外观、产量及品质差异显著,株行距为20 cm × 10 cm时,黄芩总体品质较好[27]。前人关于栽培密度对黄芩药材产量和品质的影响进行了大量研究,李怀德等结合药材产量和种子产量、种植效益等方面研究得出黄芩最佳栽培密度为75 万株/hm2[28]。中药材种植除了药用部分能够产生效益外,种子也是获得种植效益的来源之一。因此,结合药材和种子产量,黄芩种植密度控制在75 万株/hm2左右能获得最大经济效益。

垄作有利于扩大土壤表面积,提高土壤温度,改善土壤透气性。陈万祥等研究发现平畦宽行宽幅条播更有利于改善田间光照状况,表现出较明显的增产作用[29]。而刘金花研究表明起垄栽培与平畦栽培相比较,黄芩根长、根粗、分枝数、鲜重均有提高,特别是黄芩苷含量有显著提高[15]。邹廷伟等研究得出“垄式”“垄式+无纺布”“垄式+覆盖+无纺布”3种模式下黄芩产量和质量均得到明显提高,尤其“垄式+覆盖+无纺布”效果较显著[30]。因此,种植黄芩以垄作栽培为佳。

适宜的播期是获得高产、优质药材的重要条件之一。邵玺文等研究表明,黄芩秋播和春播根分枝数、根长、根粗、产量差异不显著,并且都高于夏播,春、夏、秋播地上部分产量无差异[31]。因此,黄芩可在春秋2个季节播,种植户可根据土地使用效率确定适宜的播种期。

3.4 黄芩专用肥

曹鲜艳、张燕等研究发现氮磷钾配施增产效果最好,施用复合肥的黄芩苷平均含量高于单一施肥[32-34]。调查结果表明,各产区种植黄芩基肥使用最多的是NPK复合肥与农家肥配合施用。但是在药材生产中高产和优质往往不能兼得。氮肥虽有利于黄芩植株的生长,过多则会造成黄芩苷含量下降,磷肥最有利于黄芩苷的合成。磷肥与氮肥合理配施可以提高磷肥的肥效[33-34]。黄芩的药用部位是根,在生长发育过程中需要大量钾,陕西澄城产区在基肥中加入草木灰,则能给土壤补充钾肥促进黄芩根部发展。

微量元素可以参与植物有效成分的合成,影响植物次生代谢产物的形成和积累。调查发现各产区均未施用微量元素肥料。李凤等研究表明,在黄芩生长过程中,喷施微肥对植株的生长有明显的促进作用,叶面喷施一定浓度的微肥对2年生黄芩中汉黄芩素的含量有明显的提高效果[35]。所以,建议可根据黄芩营养特点及土壤质地、营养状况研发黄芩专用肥,确定生产中肥料施用量及施用时间[36]。

3.5 黄芩病虫害防治

目前,黄芩主产区针对病虫害防治依旧是化学手段应用较多,成本高且易造成土壤性状恶化及环境污染等问题。因此,建议各产地还可在种植前对土壤进行消毒,改良栽培方式,加强田间管理,增施磷、钾肥以提高抗病性,并结合生物、物理防治等措施。如:选择地势高、干燥、排水良好的地块育苗或种植,与禾本科植物轮作倒茬;发现病株立即带土挖除,并对周围环境进行消毒;黄芩收获后及时清理田园,减少传染源。

3.6 黄芩采收

前人多采用高效液相色谱法测定不同生长年份黄芩根中活性成分的含量变化,确定黄芩最佳采收时期为2-3年[37-41]。Jiachen Sun采用代谢组学和蛋白质组学分析研究了子芩和枯芩在生长发育过程中代谢产物转化和蛋白质表达的变化,确定了黄芩最佳采收时期是5年,同时也为枯芩是药典中质量最高的药材提供了重要依据[42]。但是黄芩的采收期应该在确保药材质量的基础上,兼顾产量最大化和土地的高利用率。因此,黄芩的最佳采收时期为2-3年。

陕西、山西、甘肃、山东作为国内黄芩的4个主产区,在产地环境、黄芩种植、施肥、病虫害防治、采收加工等方面存在很大差异,各地产品质量参差不齐。黄芩的种植基地建设要建立在产地适宜性的基础上,还要结合当地的生产力发展水平以及适宜黄芩种植的管理技术,严格控制黄芩栽培过程中各个影响因子。实行科学管理,后期建立并推行黄芩高产、优质、高效的栽培技术体系,进一步为黄芩栽培提质增效奠定基础。