药用植物连作障碍研究进展

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  摘要:中医药作为中华民族的瑰宝,在防病治病方面发挥着巨大作用。为了满足国内外市场需求,药用植物的栽培面积不断扩大,随之而来的连作障碍问题也愈发突出,严重制约了中医药产业的持续健康发展。本文根据近年来药用植物连作障碍方面的研究成果,阐述了其危害,从土壤、植物、微生物3个方面分析其产生的原因,并总结了目前常用的防控措施,主要有合理施肥、改良耕作制度、品种选育和土壤灭菌,同时提出存在的一些问题,以期为今后的相关研究提供参考。
  关键词:药用植物;连作障碍;化感物质;土壤酶;根际;防控措施;微生物
  中图分类号: S567.04 文献标志码: A 文章编号:1002-1302(2021)16-0038-10
  连作障碍(continuous cropping obstacles)指在正常的管理措施下,在同一块地连续多年种植相同作物而造成的作物产量降低、品质变劣、生长状况变差、病虫害加剧的现象[1]。欧美国家称之为“再植病害”或“再植问题”,日本称之为“忌地现象”或“连作障害”,在我国常称为“重茬问题”。连作障碍在农业生产中较为普遍,每年给全世界带来巨大损失。我国是中药消费大国,中药的进出口量逐年增加,种植面积不断扩大。目前,我国常用中药材有600多种,其中已实现人工种植的有300多种,种植面积达220多万hm2[2]。药用植物相对于其他作物而言有特殊的化学成分和现实应用,且在生产过程中更易发生连作障碍,因此克服药用植物连作障碍问题十分必要。本文根据近年来国内外药用植物连作障碍方面的文献,对其危害、产生原因和防控措施进行归纳总结。
  1 药用植物连作障碍的危害
  1.1 药材产量质量下降
  大量研究发现,药用植物连作后,受各种因素影响,环境逐渐不适宜植物生长,导致其生长发育受阻,产量不断下降,严重的甚至出现绝收。例如,温郁金(Curcuma wenyujin Y. H. Chen et C. Ling)連作会造成地下块根和地上茎叶的生物产量远小于正茬,尤其是生长中期对地上部分的茎叶生物产量影响最大,蓬莪术(Curcuma phaeocaulis Val.)连作也会造成地上茎叶生物产量远低于正茬[3]。蒙古黄芪[Astragalus membranaceus var. mongholicus (Bunge) P. K. Hsiao]连作5年后植株生长缓慢,各项生物量指标较低,药材品质下降[4]。地黄[Rehmannia glutinosa (Gaertn.) DC.]连作后,其叶绿素含量、光合特性及根系活力在整个生育周期中均维持在较低水平,产量显著降低[5]。
  此外,药用植物连作还会导致其次生代谢产物的合成紊乱,出现药材有效成分含量减少、质量下降、临床疗效变差的情况,这是区别于其他作物连作障碍最突出的特征。白花丹参(Salvia miltiorrhiza f. alba C. Y. Wu et H. W. Li)连作2年后,其地下部鲜质量和干质量大幅下降,且有效成分二氢丹参酮、隐丹参酮、丹参新酮、丹参酮ⅡA、丹酚酸B和迷迭香酸均不同程度下降[6]。白术(Atractylodes macrocephala Koidz.)连作后其根长、直径、体积、单株鲜质量、干质量及产量均降低,白术内酯Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ降低,且连作1、2年白术的水分含量和连作3年白术的灰分含量均不符合2015年版《中华人民共和国药典》标准[7]。穿龙薯蓣(Dioscorea nipponica Makino)中皂苷类活性成分的含量随连作年限的增加而逐渐下降[8],广藿香[Pogostemon cablin (Blanco) Benth.]连作后,其挥发油、百秋李醇含量也明显下降[9]。
  1.2 自然生态坏境破坏
  由于药用植物连作障碍的发生损害了农民的经济效益,人们为了弥补损失,盲目地更换或扩张种植面积,破坏了原有的自然环境和植被类型,造成当地物种单一、生物多样性降低、生态环境脆弱、水土流失严重。此外,有些药农在连作障碍出现后,盲目增施化肥农药,不仅造成土壤质量下降、农药残留严重,而且往往收效甚微,增加了成本和浪费资源。在药用植物的异地迁移种植中,有的忽略了自然生产规律,实际效果不佳,同样造成了对自然资源的浪费和生态环境的破坏。
  2 药用植物连作障碍的产生原因
  药用植物连作障碍的产生过程十分复杂,是多种因素共同作用的结果,国内外学者从多角度提出了不同的解释,总的来说可以概括为土壤、植物和微生物3个方面。
  2.1 土壤因素
  2.1.1 土壤物理性状的改变 药用植物连作后常发生土壤物理性状的改变,长期连作会打破土壤的动态稳定,使土壤板结僵化、透气性差,CO2和有害气体则不断积累在根系周围,当达到一定浓度时,就会引起根系中毒[10]。当土壤中的O2、CO2浓度及孔隙率等无法满足根系正常生长的需求时,则会阻碍植物对养分的吸收利用,最终严重制约药用植物的生长发育。简在友等发现,随连作年限的增加,种植人参(Panax ginseng C. A. Mey)的土壤中的物理性黏粒(粒径
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