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林下中药种植的发展背景与研究进展:探索中药生态农业的重要组成部分

时间:2024-06-16    访问量:1225

药材林下栽培与应用研究进展

田凤鸣1、佘睿宁1、陈博伟1、易建2、刘英飞1、刘博燕2、3*

(1. 湖南中医药大学,湖南长沙;2. 湖南中医药大学第一附属医院,湖南长沙;3. 湖南省中医研究所,湖南长沙)

【摘要】林下中药种植是中药材生态农业的重要组成部分,其发展背景与当前野生中药材资源的枯竭密切相关。本文就地域对林下中药材种植品种的影响、不同林地对中药材栽培的影响、生态因子对林下中药材种植的影响、林药复合经营模式对中药材质量的影响及研究途径、林药复合经营模式的应用等方面进行综述,并阐述相关研究进展,以期为研究人员及行业相关人员提供参考。

林下中药材种植是中药生态农业的重要组成部分,其发展背景与当前野生中药材资源的枯竭以及相关产业所能带来的巨大社会、经济和生态效益息息相关。我国地域辽阔,林业产业带分布广泛,截至2020年底森林覆盖率达23.04%,为林下中药材发展提供了良好的森林生态基础[1]。目前,林下中药材种植已成为林下经济的重要组成部分。与传统的中药材田间种植相比,林药复合经营模式具有节省耕地资源、减少资金投入的优势。我国对林药复合经营模式的探索不断深入,在遵循传统中药材种植经验的基础上,结合现代农业科学技术和工作方法,逐渐形成了一些相对先进的方案。 本文就地域对林下种植中药材品种的影响、不同林分对中药材栽培的影响、生态因素对林下种植中药材的影响以及近年来林药复合经营模式的应用等方面进行综述,希望为科研人员和相关从业人员提供参考。

1. 地域对林下栽培中药材品种的影响

根据《国家道地药材生产基地建设规划(2018-2025年)》,我国道地药材分为7个地区,有学者将青藏高原地区纳入,组合成8个地区,各地区都有独特的地理特征和各自的优势品种[2-3]。(详见表1)。

除上述以外,目前一些药材如石斛、三七等均采用林下栽培,云南怒江的草果、广西、贵州的珊瑚草等也采用林下栽培。西南地区森林资源丰富,延龄草、太阳草、金铁锁等珍稀野生药用植物较多,对此类濒危药材可尝试采用林下栽培模式进行驯化。西北及青藏高原地区降水量总体上较其他地区偏少,季节温差大,森林覆盖率低,生态系统脆弱,两大地区所产药材往往耐寒、耐旱。适宜的药材有甘草、肉苁蓉、锁阳等,但应考虑生态修复和环境承载能力,酌情选择林药复合经营模式,平衡经济发展与环境保护。

2. 不同林地类型对中药材种植的影响

林下中药材生长的好坏往往与该地区森林资源的品种有关。适宜的森林资源品种不仅有利于中药材的种植,而且可以丰富森林资源的生态结构,改善土壤的理化性质和有机质,从而提高单位林地的经济收入[24]。根据相关文献报道,总结了我国适合部分中药材生长的森林资源类型(详见表2)。林下中药材种植所需的森林资源多为乔木,寒温带、高原山地部分为低矮灌木。近两年,国内一些学者对林下药材种植的林木品种选择进行了较为深入的研究。 刘明伟[25]对铁皮石斛附生在不同树种上的生长情况进行了比较,得出与铁皮石斛附生的树种从好到差依次为软阔叶树种、硬阔叶树种、竹种、针叶树种。陈风雷等[26]对不同树种下套种黄精的生长情况进行了比较,发现树种对黄精的成活率、长势、病虫害、产量均有影响,黄精与栎树套种的反馈结果最好。有些药材如黄柏、厚朴等都是树种,可选择合适的药材进行配伍,不仅能提高产量,还有助于提高有效成分的含量。杨帆等[27]对铁皮石斛附生在不同树种下套种的黄精的生长情况进行了比较,发现树种对黄精的成活率、长势、病虫害、产量均有影响,黄精与栎树套种的反馈结果最好。有些药材如黄柏、厚朴都是树种,可选择合适的药材进行配伍,不仅能提高产量,还有助于提高有效成分的含量。杨帆等[28]对铁皮石斛附生在不同树种下套种的黄精的生长情况进行了比较,发现树种对黄精的成活率、长势、病虫害、产量均有影响。 [27]采用高效液相色谱法对杉木、黄柏、厚朴林下种植的黄连生物碱含量进行了分析比较,发现黄柏与黄连的组合效果最为理想。段媛媛等[28]比较了厚朴林下种植川贝母与单独种植川贝母的差异,发现林下川贝母的生长情况较好。此外,有学者指出,不同树种叶片掉落形成的腐殖质对林下药用植物具有化感作用,表现在促进或抑制药用植物的生长。相关内容值得进一步研究[29]。 总之,林药一体化经营模式中树种的选择,应考虑区域生态环境,将优良药用植物与适宜的林木资源相结合,往往能取得满意的效果。

3. 生态因素对林下中药材种植的影响

林下中药材栽培遵循植物生长的自然规律,在植物的生长过程中,光照、温度、水分、土壤等生态因素是尤为重要的影响因素,林药复合经营模式下各类生态因素变化对药用植物的干预作用值得探索。在特定的区域环境下,林木密度、林下土壤、地形特征等都会引起光照、温度、水分的变化,进而影响林下中药材的发芽、育苗、生长等。

3.1 郁闭度对林下中药材生长的影响

林冠密度会影响药用植物的生长,适宜的密度可优化林下药用植物所需的光照、温度、湿度等环境条件,有利于其幼苗培育、生长发育和有效成分含量的提高。叶邦宣等[30]对榧木与黄精进行套种研究发现,当密度为0.70时,黄精长势最好,榧木产量好,复合种植效益最大。密度可以通过改变光照强度来影响林下中药材的光合特性和保护酶代谢,对药用植物的生长起到促进或抑制作用。任利华等[31]在不同密度的梧桐林和海棠林中种植了板蓝根,比较了它们的生长状况和抗氧化酶代谢。 研究发现,森林密度为0.57时,菘蓝生长状况最好,抗氧化酶活性最低。周泽建等[32]对林药复合经营模式下补骨脂的生长情况进行了研究,发现密度越高,补骨脂生长越旺盛,叶片中超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶等抗氧化酶活性越低,药用有效成分含量越高。此外,密度对土壤养分含量和落叶分解有明显影响。张杰等[33]长期观察了不同密度马尾松林落叶分解情况,发现当密度为0.60~0.70时,其分解速率、质量损失速率和难降解物质的降解速率明显优于其他密度水平。 有研究报道,适宜的密度可增加林下动物、植物和微生物的多样性,有利于该区域生态结构的稳定[34]。上述研究表明,在林药复合经营模式下,找到药用植物适宜的林分密度,可带来较好的产量和质量效益。

3.2 土壤对林下中药材生长的影响

土壤是万物生长的重要载体,土壤的理化性质、酸碱度、无机质与有机质、水分含量等的变化往往对植物的生长产生直接的影响。土壤在森林和药用植物生长中的作用不容忽视。张亚宇等[35]对野山参、森林参、田参根部土壤进行了比较,发现森林参与野山参的土壤在主要养分含量、土壤活性酶、土壤微生物多样性等方面相似,但与田参的土壤存在较大差异,这种差异影响着有效成分人参皂苷的形成。在林药复合经营模式下,森林与药用植物对土壤养分存在竞争关系,造成土壤养分含量下降,这些变化对药用植物的影响值得探讨。张莉等[36]对森林参与野山参根部土壤进行了比较,发现森林参与野山参的土壤在主要养分含量、土壤活性酶、土壤微生物多样性等方面相似,但与田参的土壤存在较大差异,这种差异影响着有效成分人参皂苷的形成。在林药复合经营模式下,森林与药用植物对土壤养分存在竞争关系,造成土壤养分含量下降,这些变化对药用植物的影响值得探讨。张莉等[37]对森林参与野山参根部土壤进行了比较,发现森林参与野山参根部土壤在主要养分含量、土壤活性酶、土壤微生物多样性等方面相似, [36]研究发现,白术与罗汉松混栽时土壤养分含量降低,但这种养分胁迫在一定程度上促进了其有效成分的积累和根茎品质的提高。林下腐殖质层土壤的化感作用对药用植物种子的萌发和幼苗的生长趋势有促进或抑制作用。梁晓等[37]比较了黄土高原3种针叶林和阔叶灌木林下腐殖质层土壤对11种药用植物种子萌发和生长的影响,发现不同树种腐殖质层土壤对不同药用植物表现出促进或抑制作用。同时,植被及其腐殖质对土壤组成有转化作用,其作用机制一直是生态学研究的热点。 目前,国内对林药复合经营模式引起的土壤组成变化研究逐步深入,为完善中药种植模式提供了理论创新和实践经验。王楠等[38]研究了林下种植重楼、三七土壤与纯林地土壤的差异,发现三者在碳、氮、磷及微生物生物量等方面存在明显差异,说明重楼、三七对林下土壤具有组成改良作用。彭小邦[39]分析了核桃-丹参复合种植与丹参单栽根际土壤的差异,发现核桃-丹参复合种植土壤微生物数量和种群更丰富,土壤酶活性更高。综上所述,土壤与林药复合种植在同一生态环境中相互影响。 深入研究林药模式周边土壤成分变化,对该模式下肥料的研究开发具有重要的指导意义。

3.3 海拔对林下中药材生长的影响

我国地域辽阔,海拔差异较大,海拔梯度规律是物种多样性的重要原因,也是影响林下中药材林生长、有效成分含量差异的重要因素。以人参为例,在吉林省很多地区,不同海拔高度的人参中总皂苷含量不尽相同,海拔400~900m人参有效成分含量较高,该高度为人参栽培的适宜海拔[40-41]。吴沛等[42]通过研究发现,在1000~1732m范围内,黄芪中总皂苷含量随海拔升高而增加,并推断黄芪栽培的适宜海拔为1730m左右。杨静等[43]通过研究发现,在1000~1732m范围内,黄芪中总皂苷含量随海拔升高而升高。 [43]比较了湖北宜昌不同海拔栽培天麻的产量及其主要药用成分天麻素和对羟基苯甲醇的含量和酶活性,指出海拔1600m地区是天麻的适宜海拔。王鲁耀[44]分析认为天麻适宜在海拔700~2800m的山区栽培。吴灿等[45]发现三七在海拔1510m时成活率和总皂苷含量均较高,推测三七栽培的适宜海拔在1500m左右。杨少华等[46]尝试驯化野生黄连,发现在海拔2800~3000m种植黄连产量较高。 众多研究成果表明,在林药复合经营模式下海拔对中药材生长的作用不容忽视,找到适宜的海拔高度,有利于提高中药材的产量,也有利于药材中有效成分的积累。

3.4 坡向对林下中药材生长的影响

中药材在林下种植过程中,药材产量、保存率及有效成分等都会受到坡度和坡向的影响。种植坡度的陡峭程度对土壤含水量的变化有重要作用,而坡向迎阳与不迎阳则决定了光照、温度等的差异。不同的坡度和坡向对林下生长冠层及物种生态多样性有明显的影响。罗志良[47]对福建沙县林下重楼生长情况进行了调查,推测重楼种植的适宜坡度为15°~30°。李兴硕[48]对不同立地条件下重楼种植坡度和坡向进行了探究,认为林下种植重楼的最佳坡度为24°,坡向选择从好到坏依次为东北、东南、西北、西南。 韩鸿翔[49]对吉林省多个地区五味子生产基地进行调查,发现五味子种植的适宜坡度在20°~30°之间,并指出坡向以北为首选,其次是东面、东南或西南方、南方。李英[50]通过数据分析了河北省多个柴胡产区的生态适应性,发现在4.00°~5.50°坡度范围内柴胡皂苷含量最高,并指出向阳的坡度更利于柴胡生长。因此,优化林下中药材的坡度和坡向可提高其产量。期待更多相关研究介入,优化种植方案。

4. 林药复合经营模式对中药材品质的影响及研究思路

中药材具有成分多的特点,严格控制中药材质量,不仅可以保证临床疗效的可靠性和安全性,而且有利于深入挖掘中药材的有效成分,具有重大的科研价值和意义。林药复合经营模式对中药材质量的影响尚处于探索阶段,范胜东等[51]的动物实验表明,森林人参对术后疲劳综合征大鼠脑细胞损伤的保护作用优于花园人参,间接反映出森林人参的有效成分含量更高。幸倩等[52]比较了模拟野生栽培与温室栽培条件下灵芝成分的差异,前者方法下的灵芝灰分含量较高,重金属含量较低,更适合药食两用开发。 目前,关于林药复合模式对中药材品质影响的相关研究报道较少,值得进一步探索。那么现阶段,林药复合经营模式下药材生产要求和研究方法有哪些值得关注呢?

作者团队认为,林药复合经营模式作为一种比较新型的中药生产模式,若要在基层推行,首先应遵守国家相关法律法规和地方性法规。其次,林药复合经营模式生产的药材不仅要符合国家中药相关质量标准,还要保证森林资源的生态可持续,才能实现综合效益。林源中药材的质量控制应从整个产业链入手,包括选址、种植、采收、加工、流通等环节,其中生产源头最为关键。基于地理、大数据和计算机编程的全球原产地生态适宜性分析系统(,)在林药复合经营模式生产选址方面有很好的应用基础,不仅提高了在不同区域选择适宜林地和药用植物品种的效率,而且减少了生产中试错的成本。 根据数据分析结果,结合国内传统道地药材的要求,从生产源头实现林药复合管理模式的优化,从而推动林源中药材品质提升。但需要指出的是,该系统目前在地理内容分析方面缺少海拔、地形、植被覆盖度等更为详细的生态因子数据,在中药材与森林资源或农业资源的关联性研究方面也较为欠缺,希望在这方面有更多研究深入。信息化大数据技术同样适用于中药材品质保障与追溯体系。

除上述方法外,林药复合经营模式的实施可以借鉴生态农业监测技术,开发经济实用的工具,对药材种植面积进行动态评估,如土壤监测技术、卫星定位系统和无人机遥感技术,掌握林地和药材的生长趋势、生态因子变化、病虫害等。

在分析技术方面,液相色谱-质谱技术可以客观分析林下中药材及其制成品的不同生长阶段,为评价林药复合经营模式下中药材的品质提供可靠依据。生物科学的快速发展以及代谢组学和基因组学技术的成熟,使得研究造成中药成分差异的具体机制成为可能。目前,已有研究利用组学技术分析林药复合经营模式下环境、种植方式、采收时间、加工方式等对中药材品质的影响,并取得了一些成果[53]。但利用组学技术分析林药复合经营模式的研究还很少。如果能以此方向为指导,深入探究林地与药用植物相互作用的代谢产物及关系,将对优化种植结构产生重要影响。

5. 林药复合经营模式应用

5.1 不同地区林药复合经营模式举例

5.1.1 东北地区林下有机人参栽培模式

东北地区森林资源丰富,森林参种植是当地中药产业的重要组成部分。目前,人参主产区集中在辽宁省西峰县、铁岭县、宽甸县和吉林省长白县、抚松县。主要种植模式分为森林参和田参(园参)两大类[4]。经过多年的种植探索,森林有机参种植模式逐渐成为产区重要的生产模式。该模式下,选择海拔300~900米的林地,林种以蒙古栎、椴树等组成的天然或人工阔叶混交林或针阔叶混交林为主,森林郁闭度为0.60~0.80,土壤为富含有机质或腐殖质的壤土或沙壤土,pH值在5.60~6.50之间。 种植以东北坡地为最佳,坡度以10°~15°为宜,林下栽植15年以上即可采收,此生产模式适宜在符合相关栽培条件的人参产区推广。

5.1.2 知母林间作模式

知母种植区域分布广泛,河北省是知母的地道药材产区,其中以易县产的“西岭知母”最为著名[54]。知母的种植模式有大田栽培、模拟野生栽培、林下栽培等。随着华北地区退耕还林政策的逐步实施,林下栽培逐渐成为综合效益最高的模式。林下知母生产以林药间作模式为主,此模式下树距在4m以上,树种可为果树、核桃树、杨树等[7]。土壤宜为排水良好、肥沃或腐殖质较多的沙质土壤。 具体种植方式根据用种子还是根茎种植而不同,平原、缓坡地均可种植林下知母,此种植模式适合在河北省及其他知母产区推广。

5.1.3 华东地区林下种植铁皮石斛

铁皮石斛为滋补药材,具有滋阴清热之功效,经济价值较高。传统道地产区集中在华东地区的安徽省、浙江省,华南及西南省份的部分地区也有栽培[55]。野生铁皮石斛常生长在山区树干、岩石缝隙等阴湿处。经过多年探索,人工栽培铁皮石斛逐渐走向仿生栽培,以林下栽培为主要生产模式。具体栽培方法包括林下树干捆扎、林下立体盆栽、林下育苗箱栽培[56]。铁皮石斛林下栽培一般选择在海拔500~1600m的林下。 附生树种可选用桢楠、厚朴、枫香、杜英、榆树等,林分郁闭度为0.70[25]。土壤最好选择疏松、富含有机质和矿物质成分的土壤,pH值在5.80~6.00之间。林下铁皮石斛栽培方案可根据不同区域环境进行调整。

5.1.4 林下栽培黄精

种植国家扶持政策_我国有机种植的政策_种植业国家政策

黄精自然生长区域分布广泛,道地药材产区集中在中部河南、湖南、江西等地。湖南新化县、江西铜鼓县先后获得“黄精之乡”称号。黄精林下栽培是该地区的主流生产方式。海拔200~1000m的林下均可栽培黄精。附生树种可为锥栗、油茶、杉木、马尾松等,森林郁闭度在0.40~0.60之间[26]。 种植所需土壤为富含腐殖质的沙土或红壤,微酸性,土层厚度30cm左右,排水良好,坡度小于25°,需阴坡。与大田栽培或容器栽培生产的黄精相比,林下种植的黄精有效成分含量更高,更值得向有种植需求的相关生产区推广。

5.1.5 南方林下栽培砂仁

砂仁为“四大南药”之一,其道产地以广东省阳春市最为著名,海南、福建、云南等部分地区也有种植[16]。砂仁林下种植模式成熟,应用广泛,其附生林种有樟、冷杉、巨尾桉等组成的人工林或天然混交林,林分密度为0.50~0.70。随着近年来探索的深入,龙眼—砂仁立体种植成为一种新的生产模式。在此生态模式下,农民收入和生态效益较好,值得在相关引种区推广[16]。砂仁种植条件以丘陵红壤、土层深厚、海拔100~200m、坡度9~25°、向阳坡为佳。

5.1.6 林下栽培黄连

在我所在的国家中广泛种植在,,和 Hunan和Hubei中,西南地区的森林覆盖率很高。具有0.50-0.80的冠层密度的森林[17]。 据报道,某些地区探索了 , 或森林下的 ,这可以促进 的增加,而不是单一含量,而不是 和 和 and and and and and and and and and and and。较小的坡度小于25°,土壤肥沃和松散。

5.1.7在森林下种植阿s

西北地区位于大陆的内部,通常比其他地区更干燥,因此在该地区,森林资源是在山坡上种植的,大多数是灌木丛或灌木丛中的森林,或者与粮食作物相比,森林中的森林占地面积很小。 US 和Larix ,冠层密度约为0.80 [21]。

5.1.8在青海高原上种植森林下的

是在平稳地区生产的代表性药物,主要在西洋洲,和Gansu [58]。 具有良好的根系,最好在富含有机物质的深层土壤中培养,具有中性或略微酸性的pH值。

5.2在旅游业中申请

目前,森林下的中药不仅应保持种植和产生的收入水平。并且有一些特殊的种植和观光基地的潜力。罕见的野生药用植物所在的区域。

5.3森林中医学种植全球

中国倡导“一条腰带”的战略概念,以增强中国的经济和文化影响力,是我国家的古代文明的本质,并在计算后的过程中起开创性的作用。可以在正确的时间促进森林毒品复合管理模型到世界其他地区,这将在增强传统中药文化的影响,促进发展中国家的经济进步并保护全球生态环境方面具有巨大的价值。

6.前景

中医是TCM治疗疾病的基本手段之一,在种植中药的技术中,中药将对TCM的发展产生深远的影响。 INE复合管理模型不仅需要从该地区的地理和气候的实际情况开始,再加上中国药物材料的植物的经验,而且还需要筛查最佳的森林 - 医学组合的最佳森林材料的生产因素以及森林的生产,并筛选出最佳的森林中间森林中的森林 - 中等基础。 。 在种植中国药物材料之前,全面评估森林冠层密度,将有助于改善中国药物的有效成分,同时,森林土地,药物材料和生态因素之间的相互作用关系和行动途径应进一步研究在森林中的化合物管理模型下的肥料质量是森林中的中国药物的质量。 。

但是,在政策层面上,森林中的挑战仍然有许多挑战。 需要进一步的广泛研究,其次,目前,森林 - 毒品复合管理模型缺乏大规模的工业公司,这使得在选择和幼苗的培养中缺乏可靠的方式,从而无法为森林中的质量和质量提供质量,从而提供了供应。和植物学。 最后,与森林毒品化合物管理有关的行业往往处于种植和加工的主要阶段,缺乏新产品的引入,而在品牌建设中却落后。

总体而言,通过科学和技术的发展,森林中的化合物管理模型将不断优化。

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