第 26卷第ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ6期 2007年 12月
中 国 野 生 植 物 资 源 Vol. 26 No. 6
Ch inese W ild P lan t R esou rces
Dec. 2007
中药材连作障碍原因及防治途径研究
蒋国斌 ,谈献和 3
(南京中医药大学 ,江苏 南京 210029)
生物的碳源 [ 13 ] ;而酚酸物质已经成为公认的化感物 质 ,是最重要的次生代谢产物 [ 14 ] 。 Yu J Q 和 M atsui 从黄瓜根分泌物中分离出 11 种酚类物质 ,其中 10 种具有生物毒性 。张辰露 [ 15 ]等发现连作严重危害 丹参的生长 :生长期枯苗率大幅度上升 ,地上 、地下 生长量下降 ,产量降低 ,同时有效成分含量降低 ,根 系外观畸形 。通过测定 ,发现土壤 pH 值降低 ,土壤 中酸性物质大大增加 。 Tang[ 16 - 17 ]等研究了 B iga lta lim pog rass根系分泌物的化感作用时指出 :根系分泌 物中的生长抑制剂主要是酚类物质 ,并检测出 16种 酚类化合物 。Chou[ 18 - 19 ]等研究水稻连作障碍时发 现 ,根系分泌物及秸秆腐解释放大量酚酸物质 ,包 括 :对羟苯甲酸 、香豆酸 、丁香酸 、香草酸 、阿魏酸和 杏仁酸 。不同酚酸的抑制强度有一定的差异 ,其中 : 肉桂酸 >阿魏酸 >间苯三酚 >对羟苯甲酸 >香草 酸 。张淑香 [ 20 ]等对连作大豆土壤酚酸物质含量研 究发现 ,重茬土壤中对羟苯甲酸 、香草酸含量和多酚 氧化酶活性高于正茬土壤 ;重茬大豆根系水提液中 对羟苯甲酸 、香草酸 、阿魏酸 、香草醛 、香草素含量大 于正茬 。由此可见 ,根系分泌物中的酚酸在植物根 际营养和植物间化感作用起着重要作用 。但到目前 为止 ,有关中药材种植中根系分泌的酚酸物质的相 关研究报道还较少 。
(1) 根系分泌物 其中由根系分泌的物质是最复杂 、最重要的植 物化感物质 ,经根系分泌物引起的自毒作用是造成 中药材连作障碍的重要因素之一 。中药材在正常的 生命活动过程中 ,根系会不断地向根际土壤中分泌 一些有机物 ,这些有机物形成存在于土壤环境中的 化感物质 ,对中药材生长发育有明显的抑制作用 。 根系分泌物是一定生长条件下 ,活的且未被扰动的 根释放到根际环境中有机物的总称 [ 10 ] 。研究表明 , 地黄根系分泌物 、地黄叶 、地黄块茎中均含有对地黄 生长抑制的物质 ,其中以根系分泌物抑制作用最突 出 ,这是造成地黄不能连作的主要因素 ;通过在重茬 土壤中加入活性炭 、抗坏血酸处理 ,可有效解除地黄 连作障碍 [ 11 ] 。 根系分泌物是向根际环境中释放的一组种类繁 多的物质 。U ren 和 Reisenauer[ 12 ] 总结了根系分泌 物的种类及组成 :低分子量的如有机酸 、酚类 ;高分 子量的如粘液物质 、细胞脱落物 。其中有机酸大部 分是三羧酸循环的中间体 ,对根际 pH 值 、矿质养分 的活化 、根际微生物活性影响较大 ;脱落物是根际微
某种特定的中药材对土壤中营养元素的需求种 类及吸收比例是固定的 ,尤其对某些微量元素更有 特殊的需求 。长期连作某种中药材 ,必然造成土壤 中某些元素的亏缺和其它元素的相对富庶 ,养分发 生非均衡性变化 ,在得不到及时补充的情况下出现 “木桶效应 ”[ 4 ] 。结果中药材抗逆性降低 ,根冠比失 调 ,不能正常生长 ,最终影响其产量和品质 。
3 连作障碍的防治途径
解决中药材种植的连作障碍是一个难题 ,是提 高中药材产量和品质的关键所在 ,也是实现中药材 可持续发展的当务之急 。虽然目前仍未找到其根治 办法 ,但可以通过一些措施来缓解连作障碍 ,具体防 治途径如下 :
(1) 改善栽培制度 ,合理的间作 、轮作 、套种 。 轮作是农业生产上恢复土壤肥力 、减少病虫害的重 要措施 。赵杨景 [ 26 ]等在前茬为紫苏和施紫苏子土 壤上种植西洋参 ,存苗率和生物学重量比对照分别 提高 2618%和 1115%。为合理利用耕地 ,提高土地 的利用率 ,林 - 药 、果 - 药 、农 - 药等复合型栽培模 式正在逐渐发展起来 。王荣秀 [ 27 ]等报道青海在沙 棘 、云杉和白桦林中间作柴胡 、大黄 、板蓝根 、黄芪等 药材取得成功 ;王继永等观测了不同毛白杨密度及 不同林地位置间作甘草 、桔梗 、天南星等中药材的产 量分布规律 ,确定了间作的最佳行距 ; 林内种植天 麻 、细辛 ,农作物与绞股蓝 、半夏间作均能提高经济 效益 ,改善生态环境 。
摘 要 中药材连作障碍严重 、产量降低 、品质变劣 ,是中药材生产中亟待研究和解决的“瓶颈 ”问题 。从土壤养分 的亏缺 、中药材化感物质的自毒作用 、土传病害的加重 3方面概述了中药材连作障碍的原因 ,并提出了连作障碍的 防治途径 。 关键词 中药材 ;连作障碍 ;原因 ;防治途径 中图分类号 : S567. 04 文献标识码 : A 文章编号 : 1006 - 9690 (2007) 06 - 0032 - 03
植物化感作用现象在很早就为人们所发现 ,即 所谓的“毒素学说 ”。Molish早在 1937年提出 A llel2 opathy (化感作用 )这一名词 [ 7 ] 。这种作用或是相互 促进 (相生 ) ,或是相互抑制 (相克 ) 。植物“化感物 质 ”是指植物体产生的所有非营养性物质 ,能影响 其他 植 物 及 其 自 身 的 生 长 、健 康 、行 为 或 群 体 关 系 [ 8 ] 。它是植物 的 次 生 代 谢 物 质 , 分 布 于 根 、茎 、 叶 、花等器官中 ,分子量较小 ,结构较简单 ,但生物活 性较强 。大致分 4类 : (1)水溶性酸 、醇 ; ( 2)简单的 酚 、酚酸 、苯甲酸及衍生物 ; ( 3 )脂肪酸 、类脂物 、不 饱和内酯 ; ( 4)萜类 。化感物质向外界环境释放的 方式有 : (1)根系分泌 ; ( 2)茎叶淋溶 ; ( 3)地上部分 挥发 ; (4)植物残茬腐解 [ 9 ] 。中药材的根系分泌物 , 连同植物残体腐解时分泌的化感物质 ,经上述方式 释放至根际环境中 ,共同影响中药材生长代谢 ,最终 产生自毒作用 。
刘德辉等 [ 5 ] 通过对江苏省射阳县洋马乡常年 种植中药材菊花 、丹参 、白术 、板蓝根等的农田 ( 30 余年 ) 土壤肥力变化的研究 , 发现土壤有机质 、全 氮 、全磷 、有效磷养分随着种植年限增加而衰减 ,分 析近年来多种药材产量和品质下降 ,经济收益减少 的原因是中药材生产中轮作单调 ,施肥不合理 ,药材 生物量的大部分有机物质输出农田生态系统 ,致使 土壤养分比例失调 ,其中最显著和关键的就是土壤 磷元素有效性降低 ,土壤供磷不足 。烤烟连作亦使 土壤养分发生改变 ,并且影响烟叶产量和内在品质 。 在正常施肥条件下 ,土壤有效养分出现不同程度的 积累 ,其增加顺序为 : P、S > K、M g > Ca、N ,长期连作
(2)退化土壤的微生态修复 。连作障碍的主导 因素是生物因素 ,采用土壤消毒和灭菌可消除或减 轻连作障碍 。曹志强 [ 28 ]等通过用“溴灭泰 ”土壤灭 菌 ,土壤改良菌剂使土壤复菌 ,进行老参地 、老农田 重茬移栽人参的研究 ,对克服人参再障碍有较好的 效果 。李世东 [ 29 ]等通过再植前应用土壤熏蒸剂改 变三七连茬病土中原有的微生态群落 ,然后施有益
在长期的农业生产实践中 ,人们已经认识到同 一作物在同一块土地上连续种植 ,将出现作物发育 不良 、病虫害严重 ,以至于严重减产 ,即作物连作障 碍 。连作障碍现象在世界范围内普遍存在 ,中药材 生产也面临着同样的困境 。目前 ,我国 40%药材供 应主要依靠栽培品种 ,而占栽培品种 60%的根类药 材连作障碍问题尤为突出 [ 1 ] ,如人参 、三七 、地黄 、 丹参 、贝母 、桔梗等 。中药材忌连作 、产量降低 、品质 变劣 ,是中药材生产中亟待研究和解决的“瓶颈 ”问 题 。笔者根据近些年国内外学者对作物和中药材栽 培连作障碍的研究加以整理 ,归纳了中药材连作障 碍发生的原因 、机理及防治途径 ,为规范中药材生产 提供科学依据 。
主要研究方向为中药资源与开发 。 3 通讯作者 : 谈献和 ( 1952 - ) ,男 ,教授 ,从事中药资源研
究 。E2mail: xhtan@ njutcm. edu. cn
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中药材 、土壤 、微生物 3个系统内诸多因素相互综合 作用的结 果 [ 2 ] 。不同 品种 、不同 药用 部位 的 中 药 材 ,不同栽培条件 ,其连作障碍原因也会不同 。早在 1983年 ,日本的泷岛 [ 3 ]通过研究 ,将引起连作障碍 的原因归为 5 大因子 : ( 1)土壤养分亏缺 ; ( 2 )土壤 反应异常 ; ( 3)土壤理化性状恶化 ; ( 4)植物的有害 物质 ; (5)土壤微生物变化 。综合近年来的研究成 果 ,将其主要原因概述如下 。 2. 1 土壤养分的亏缺
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于三七生长和抑制根腐病发生的微生态制剂 ,在三 七根际重新建立微生态平衡 ,使连作的三七根腐病 显著减轻 ,并且有效成分含量不受影响 。高微微 [ 30 ]
等用灭生性土壤消毒剂氯化苦对连作的西洋参基质
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中 国 野 生 植 物 资 源 第 26卷
作 ,改变了微生物种群分布 ,打破了原有中药材根际 微生态平衡 ,使有些寄生和繁殖能力强的有害微生 物种群在根际土壤中占优势 ,土壤中病原菌数量不 断增加 ,其代谢产物影响中药材的正常生长代谢 ,产 生强烈的致毒作用 。病害在所有连作障碍原因中占 85%左右 ,特别是土传病害是引起中药材连作障碍 的最重要因子 [ 24 ] 。
第 6期 蒋国斌 ,等 :中药材连作障碍原因及防治途径研究
土壤 P、S明显富集 ;土壤养分的比例也发生变化 , N / P、K / P、K / S、Ca /M g比值明显下降 ,引起养分比 例失调 [ 6 ] 。 2. 2 中药材化感物质的自毒作用
1 连作障碍的概念
中药材连作是指在同一块地里连续种植同种 (或同科 )药用植物 。中药材连作障碍是指同种 (或 同科 )药用植物连作以后 ,即使在正常管理的情况 下 ,也会产生产量下降 、品质变劣 、生育状况变差的 现象 。