劉丹,吳田澤,孟祥霄,崔寧,汪波,劉霞*
(1.武漢理工大學 化學化工與生命科學學院,湖北 武漢 430070;2.中國中醫科學院 中藥研究所,北京 100700;3.湖北省藥品監督檢驗研究院,湖北 武漢 430075)
黃連是我國常用的中藥之一,《中華人民共和國藥典》(《中國藥典》)2015年版一部收載的黃連來源于毛茛科植物黃連CoptischinensisFranch.、三角葉黃連CoptisdeltoideaC.Y.Cheng et Hsiao 或云連CoptisteetaWall.的干燥根莖,具有清熱燥濕、瀉火解毒的功效[1]。黃連的主要成分為多種生物堿,包括小檗堿、黃連堿、甲基黃連堿、巴馬亭、藥根堿和表小檗堿、木蘭花堿及阿魏酸等?,F代藥理研究發現黃連具有抗癌、抗菌、抗病毒、改善心血管疾病、降血糖、抗高血壓等功能[2]。黃連商品主要來源于栽培品種味連,分為“雞爪連”、“單枝連”兩種,“雞爪連”是藥農采收加工的味連商品,“單枝連”是藥商對“雞爪連”進行二次加工的味連商品。味連產于重慶石柱、南川,湖北利川、宣恩、來風、恩施等地的,稱“南岸連”,產量大[3];產于重慶城口、巫溪, 湖北房縣、巴東、竹溪、竹山等地者,稱“北岸連”,產量少[4-5]。雅連、云連生長條件要求高、栽種難度大,產量不高,種植經濟效益低,1980年以后栽種面積急劇減少。本文通過藥用植物全球產地生態適宜性區劃信息系統(GMPGIS)指導選地、結合土壤綜合改良措施整地、良種繁育、合理施肥、病蟲害綜合防治技術等研究,制定出一套適用于黃連無公害栽培的技術體系,促進黃連無公害種植產業的健康發展[6]。
黃連為多年生草本,喜高寒氣候,低海拔山區氣溫高,黃連生長快,莖葉繁茂但根莖不充實,品質較次,易染病。黃連喜陰,怕強光照射,苗期最怕強光,需控制適當的蔭蔽度,忌高溫和干燥;喜水,因其葉面積大,蒸騰量大,需要較多水分補充;喜肥,栽培需大量肥料。黃連對土壤要求較高,以土層深厚、肥沃、疏松、排水良好、富含腐殖質的壤土為佳,粗沙土和黏重的土壤不宜栽培。土壤酸堿度以pH 5.5~7.0為宜,忌連作。
三角葉黃連為多年生半陰性草本,喜濕潤的土壤和氣候,不耐旱也不耐澇,忌高溫、干旱,忌強烈陽光。三角葉黃連在強光直射下,植株很快枯萎;在過于蔭蔽的環境中,生長纖細柔弱,易患病害。三角葉黃連在人工栽培時需搭棚遮陰,隨著苗齡增長,需不斷調節其所需的蔭蔽度或透光度。三角葉黃連對土壤要求較嚴,以表土疏松肥沃、土層深厚、排水和透氣性良好、富含腐殖質的中壤土和輕壤土為佳,土壤pH 5.5~7.0為宜,過酸或過堿、過砂或過黏的土壤均不宜種植。
云連為多年生草本,喜濕潤的土壤和氣候,土壤以富含腐殖質、偏酸性(pH 4~5)為佳,由花崗巖、花崗片麻巖、片麻巖、砂頁巖及粉砂質泥巖發育而成的黃棕壤、棕壤和暗棕壤等為主。
無公害黃連生產選擇在生態環境條件良好的地區,產地區域和灌溉上游無或不直接受工業“三廢”、城鎮生活、醫療廢棄物等污染,避開公路主干線、土壤重金屬含量高的地區。不能選擇冶煉工業(工廠)下風向3 km內,且空氣環境質量應符合相關種植要求。無公害中藥材生產要根據每種中藥材生物學的特性,依據《中國藥材產地生態適宜性區劃(第二版)》進行產地的選擇[7]。
黃連主要分布于湖北、重慶、四川、貴州、山西等省市,湖北、重慶、四川等省市有大量栽培。歷史上湖北利川及重慶石柱、巫溪、城口等地為“味連”道地產區,生于山地林中陰濕處或山谷陰處。年降水量處于800 mm以上是濕潤氣候,從表1中可以看出,黃連生長區域的年降水量在792~1803 mm,年平均氣溫為7.1~17.7 ℃,平均光照122.165~135.654 W·m-2,表明黃連喜生長于濕潤、低溫涼爽、陰暗的環境。
三角葉黃連主要分布于四川省西南部,主產于峨眉山、洪雅、馬邊、寶興、雷波等縣市,多生長于山地林下、常綠闊葉林和針闊混交林中。從表1中可以看出,三角葉黃連生長區域年降水量在951~1711 mm,年平均氣溫大概都是8.5~17.6 ℃,平均光照128.003~132.607 W·m-2,表明三角葉黃連喜生長于濕潤、低溫、陰暗的環境。
云連主要分布于云南省西北部,主產于云南省德欽、福貢、碧江、貢山、瀘水、騰沖、維西、劍川和西藏自治區察隅等縣市,多生長于常綠闊葉林和針闊葉混交林下的陡峭山坡等陰濕環境中。從表1中可以看出,云連生長區域年降水量在1095~2001 mm,年平均氣溫大概都是9.5~18.4 ℃,平均光照147.157~150.205 W·m-2,表明云連喜生長于濕潤、低溫、陰暗的環境。
基于GMPGIS系統,選取道地產區、主產區黃連401個樣點進行分析,得到了黃連的19項生態適宜性因子(見表1),包括年生長期均溫、最冷季均溫、最熱季均溫、年均溫、年均降水量等氣候因子值和土壤類型[8]。黃連的土壤類型主要以高活性強酸土、紅砂土、黑鈣土、潛育土、薄層土、低活性淋溶土、粗骨土等為主。同樣基于GMPGIS系統,選取道地產區、主產區三角葉黃連156個樣點、云連140個樣點進行分析,得到了三角葉黃連、云連的主要生長區域的生態因子值(見表1)。三角葉黃連的土壤類型主要為高活性強酸土、人為土、始成土、淋溶土、粗骨土等;云連的土壤類型主要為強淋溶土、高活性強酸土、人為土、淋溶土、低活性淋溶土等。這些生態因子值,可為黃連生產基地的選址提供指導。

表1 黃連、三角葉黃連、云連生長區域氣候因子值
注:數據來源于參考文獻[7]。
根據黃連的主要生物學特性和生產需要,種植黃連以選擇土層深厚、灌排水良好、疏松肥沃、富含腐殖質層的壤土為宜。
栽培地要選擇在海拔1200~1800 m的林地或林間空地、半陰半陽地,坡度在15°~25°,或在杉木、日本柳杉林下進行育苗栽植,或與川牛膝等高海拔栽種藥材進行輪作[9]。彭銳和李隆云開展了黃連藥材質量與環境因素相關性研究,結果表明,黃連小檗堿與土壤養分的關聯度為pH>全K>緩效K>速效N>有機質>全N>全P>微量元素(Fe、Zn、Cu、Mn、Ca、Mg、S);黃連堿與土壤養分的關聯度為pH>全K>緩效K>有機質>速效N>全N>全P>微量元素;黃連巴馬汀與土壤養分的關聯度為pH>全K>緩效K>有機質>速效N>全P>全N>微量元素;黃連藥根堿與土壤養分的關聯度為pH>全K>緩效K>速效N>有機質>全N>全P>微量元素;黃連綜合指標與土壤養分的關聯度為pH>速效N>全K>有機質>全N>緩效K>全P>微量元素[7]。
針對黃連生產情況,選擇適宜當地抗病、優質、高產、商品性好的優良品種,尤其是對病蟲害有較強抵抗能力的品種。病蟲害一方面造成產量和品質的降低;另一方面使用化學農藥來防治病蟲害,不僅增加成本且污染環境,還會通過食物鏈使產品中殘留的農藥進入人體而產生毒害,危及到人體健康[10-11]。
選育優質高產抗病蟲的新品種是無公害黃連生產的基礎,當前主要采用傳統選育方法,該選育方法利用外在表型結合經濟性狀通過多代純化篩選,實現增產或高抗的目的,然而該方法選育周期長、效率低。采用現代生物分子技術選育優質高產抗病蟲的黃連新品種,可以有效縮短選育時間,加快選育的效率,進而保障無公害黃連生產[12]。
針對育苗移栽,選取無病原體、健康的繁殖體作為材料進行處理。針對種子繁殖的黃連,從無病株留種、調種,剔除病籽、蟲籽、癟籽,種子質量應符合相應黃連種子質量標準要求。對于分株繁殖苗源選擇3、4年生黃連,將根莖處分枝分離出來進行繁殖,其方法和時間與上述育苗移栽一樣[13-14]。
無公害黃連生長期間,采取適當的農藝措施有利于黃連的健康生長。在種植前對黃連的種植地進行翻耕、曬壟、土壤消毒等處理;栽種時合理配置株行距,優化群體結構:參照黃連的種類、品種、株型、最適葉面積系數、種植季節、水肥狀況等因素,對種植密度、種植規格等詳細分析,然后構建一個由苗期到成熟期的合理群體結構;在生長期間,采取中耕、松土、除草等措施,可以有效防止田間病、蟲、草害,消滅病、蟲寄主,有助于降低蟲害的發生率[15]。
地選好后清除灌木雜草,可堆集到一起處理轉化成基肥。翻耕25 cm,整平地表,做高床育苗(見表2)。

表2 無公害黃連生產的土地改良
黃連的種植中,特別需要播種和移栽[16],其以種子繁殖為主,應在播種時嚴格檢查,使其在貯藏過程中質量得到保證;移栽的時間也要把握準確,確保黃連的成活率。
播種時需進行濕沙層積儲藏,儲藏后需經常檢查,特別是在頭2個月,需每隔3~5 d檢查1次,發現霉變應立即將種子淘洗后與沙混合再儲藏。9月份后,氣溫逐漸降低,可1個月檢查1次。用這種儲藏方法加上按時檢查管理,可以延長到11月至次年1月,種子質量不受影響。黃連移栽有3個時期[17](見表3)。

表3 黃連移栽狀況
黃連地內極易生長雜草,尤以輪作的熟地雜草更多。中耕除草是種植黃連的基本操作,移栽當年和次年,做到除早、除小、除凈。每年結合中耕除草4~5次;第三、四年每年除草3~4次;第五年除草1次。
黃連在移栽當年秋季與第二年春季各補苗1次,采用8 cm以上株高、6片以上真葉的健壯苗進行補種,保證與其他苗生長一致。適當的蔭蔽是黃連生長的必要條件。隨著黃連苗齡增長,應逐年減少蔭蔽度,增加光照,抑制地上部分生長,促使養分向根莖轉移,增加根莖產量。移栽當年需要70%~80%的蔭蔽度;第二年起蔭蔽度逐年減少10%左右,到第四年蔭蔽度減少到30%~50%。第五年調節到20%左右。采用水泥樁、鐵絲、竹木條、秸稈、遮陽網等材料進行搭建陰棚[18]。黃連除留種株外,在植株苗移栽后第二年起,均在抽薹時摘除花薹。
黃連減少過橋的形成方法:第二、三年需培土2次,用細碎的腐殖質土撒蓋于畦面,每次約1根筷子寬的厚度,這樣黃連根莖每年可增長兩根筷子(約1指)寬的高(長)度,且不易形成過橋,第四年培土1次,第五年不培土。如培土過厚,則易形成較長“過橋”[2]。
無公害黃連的采收期依據每種物種的類型選擇適宜的采收期。無公害黃連原料的裝運、包裝環節避免二次污染,需要清洗的原料,清洗水的質量要求必須符合GB3838地表水環境質量標準的Ⅰ~Ⅲ類水指標。需要干燥的無公害黃連原料,需依據每種藥材類型及要求,采用專用烘烤設備或專用太陽能干燥棚等進行干燥。
無公害黃連施肥應堅持以基肥為主、追肥為輔和有機肥為主、化肥為輔的原則。使用肥料的原則和要求、允許使用和禁止使用肥料的種類等按DB13/T 454執行[19-20]。針對性施用微肥,提倡施用專用肥、生物肥和復合肥,重施基肥,少施、早施追肥[21-24](見表4)。無公害黃連施肥方法分為淺施與深施兩種。根系淺的地塊和不易揮發的肥料宜適當淺施;根系深和易揮發的肥料宜適當深施。化肥深施,既可減少肥料與空氣接觸,防止氮素的揮發;又可減少氨離子被氧化成硝酸根離子,降低對黃連的污染。采收前不能施用各種肥料,防止化肥和微生物污染。
無公害中藥材病蟲害防治按照“預防為主、綜合防治”的植保方針,以改善生態環境,加強栽培管理為基礎,優先選用農業措施、生物防治和物理防治的方法,最大限度地減少化學農藥的用量,以減少污染和殘留[25-26]。
生產過程遵循有害生物防控物質的選用原則、農藥使用規范和無公害黃連農藥與重金屬殘留要求,建立以農業措施、物理防治、安全低毒化學防治、生物防治相結合的綜合防治體系。發展無公害黃連生產,本著經濟、安全、有效、簡便的原則,優化協調運用農業、生物、化學和物理的配套措施,達到高產、優質、低耗、無害的目的。
因地制宜地選用抗病品種,實行輪作、間作、套作、翻耕等耕作措施。輪種作物應選擇不同類型、非同科同屬的作物,避免有相同的病蟲害。翻耕可促使病株殘體在地下腐爛,同時也可把地下病菌、害蟲翻到地表,結合曬壟進行土壤消毒。深翻還可使土層疏松,有利于根系發育。適時播種、避開病蟲危害高峰期,從而減少病蟲害。清潔田園應及時拔除、嚴格淘汰病株,摘除病葉并移出田間銷毀,可以減少再侵染源。
合理配置株行距,優化群體結構;種植密度的規劃是為了讓黃連有足夠的生長空間,同時生長期間有足夠的營養吸收,確保農作物穩定健康地生長。一般情況下,需要參照黃連的種類、品種、株型、最適葉面積系數、種植季節、水肥狀況等因素,對種植密度、種植規格等詳細分析,然后構建一個由苗期到成熟期的合理群體結構,讓黃連植株之間能夠維持良好的透光狀態,特別是植株下部的光照條件,提高植株抗性,消除發病的局部小氣候條件,為植物營造更加優越的生長環境,有效抵制種植病害的發生。黃連生長期間要采取中耕、松土、除草等措施,可以有效防止田間病、蟲、草害,消滅病、蟲寄主,有助于降低蟲害的發生率。

表4 無公害黃連生產肥料施用方法
注:施肥方法來源于文獻[24]。
水、肥、光協調促控等栽培技術措施促進黃連健壯生長,最大限度減少黃連病蟲害的發生與蔓延,減少農藥用量。水分排放或供應不及時則會導致黃連病害、死亡等問題。排灌環節需要處理的問題包括:灌溉水的質量要滿足標準要求;所選用的排灌方法要保證良好的水分利用率、田間濕度等,并且控制好灌溉的數量;灌水的時間應根據種植區域的具體情況而定,如:水分臨界期、最大需水期、病蟲草害等。腐熟有機肥可改善土壤結構,避免漚根,增強根際有益微生物的活動,減少病害發生。所用的肥料必須要達到黃連生長的實際需要,保證足夠數量的有機物質返回土壤,控制好每次施肥的用量和養分比例,從而維持良好的生長質量。光對黃連生長發育起到重要作用,根據黃連具體類型采取增加或降低遮陰度等調控措施,使其光合作用達到最佳狀態,進而有利于達到優質、高產、高效的栽培目標[27]。
根據病害對物理因素的反應規律,利用物理因子防治病蟲害,可不用農藥、避免污染。例如:通過覆膜方式利用太陽能提高土層溫度,進而抑制病害;使用黑光燈、高壓汞燈、雙波燈、頻震式殺蟲燈等誘殺害蟲;使用防蟲網防蟲等。利用趨避性亦可進行病害防治:如使用黃板或白板誘殺害蟲;鋪掛銀灰膜驅蚜防?。挥锰谴滓赫T集夜蛾科害蟲等[28]。
利用生物天敵、殺蟲微生物、農用抗生素及其他生防制劑等方法對黃連病蟲害進行生物防治,可以減少化學農藥的污染和殘毒。
生物防治方法主要包括:以菌控病(包括抗生素):以黃連抗病誘導劑、多抗霉素、農用鏈霉素及新植霉素等抗生素防治黃連病害。以蟲治蟲:利用瓢蟲、草蛉等捕食性天敵或赤眼蜂等寄生性天敵防治害蟲。以菌治蟲:利用蘇云金桿菌(Bt)等細菌,白僵菌、綠僵菌、蚜蟲霉等真菌,阿維菌素、瀏陽霉素等抗生素防治病蟲。植物源農藥:利用印楝油、苦楝、苦皮藤、煙堿等植物源農藥防治多種病蟲害。此外,活性菌有機肥(EM菌劑、酵素菌等)作基肥或葉面肥,即增肥又防病。
針對病蟲種類科學合理應用化學防治技術,采用高效、低毒、低殘留的農藥,對癥適時施藥,降低用藥次數,選擇關鍵時期進行防治?;瘜W藥劑可單用、混用,并注意交替使用,以減少病蟲抗藥性的產生,同時注意施藥的安全間隔期。在無公害黃連種植過程中禁止使用高毒、高殘留農藥及其混配劑(包括拌種及殺地下害蟲等)。農業部第199號公告規定:六六六,滴滴涕,毒殺芬,二溴氯丙烷,殺蟲脒,二溴乙烷,除草醚,艾氏劑,狄氏劑,汞制劑,砷、鉛類,敵枯雙,氟乙酰胺,甘氟,毒鼠強,氟乙酸鈉,毒鼠硅等18種農藥全面禁止使用。明確規定:甲拌磷、甲基異柳磷、特丁硫磷、甲基硫環磷、治螟磷、內吸磷、克百威、涕滅威、滅線磷、硫環磷、蠅毒磷、地蟲硫磷、氯唑磷、苯線磷14種高毒農藥不得用于中草藥材上。農業部第274號公告規定:甲胺磷、甲基對硫磷、對硫磷、久效磷和磷胺5種高毒農藥全面禁止使用。農業部第1586號公告規定:苯線磷、地蟲硫磷、甲基硫環磷、磷化鈣、磷化鎂、磷化鋅、硫線磷、蠅毒磷、治螟磷、特丁硫磷10種農藥于2013年10月31日停止銷售和使用[3]。
無公害黃連種植中允許使用安全、低殘留的化學農藥進行病蟲害防治。蟲害可采用吡蟲啉、抗蚜威、阿維菌素、噻蟲嗪等化學農藥;白粉病、黑斑病、圓斑病等可采用戊唑醇、嘧菌酯、異菌脲、甲基硫菌靈等農藥進行防治;疫霉病、猝倒病等可采用霜脲·錳鋅、嘧霉胺、烯?!ゅi鋅等農藥進行防治;枯萎病可采用多菌靈或甲基托布津可濕性粉劑進行防治;炭疽病可選用甲基托布津可濕性粉劑進行防治(見表5)。

表5 無公害黃連種植中病蟲害化學防治方法
科學合理施用農藥,在充分了解農藥性能和使用方法的基礎上,根據防治病蟲害種類,選用合適的農藥類型或劑型;同時根據病蟲害的發生規律,嚴格掌握最佳防治時期,做到適時用藥。
無公害黃連是指農藥、重金屬及有害元素等多種對人體有毒物質的殘留量均在限定范圍以內的黃連。無公害黃連質量標準包括藥材材料的真偽、農藥殘留和重金屬及有害元素限量、總灰分、浸出物、含量等指標。
黃連真偽可通過形態、顯微、化學及基因層面進行判別[29],《中華人民共和國藥典》2015版對藥材進行了詳細的描述;基因層面的鑒定使用DNA條形碼分子鑒定技術,參照《中國藥典中藥材DNA條形碼標準序列》的方法和規定。雜質、水分、總灰分、浸出物、含量等質量指標參照《中華人民共和國藥典》2015版檢測方法及規定。
本標準規定無公害黃連農藥殘留和重金屬及有害元素限量,包含艾氏劑、毒死蜱、氯丹、五氯硝基苯等42項高毒性、高檢出率的農藥殘留限量,鉛、鎘、汞、砷、銅重金屬及有害元素限量。無公害黃連農藥殘留和重金屬及有害元素限量應達到相關藥材的國家標準、地方標準以及ISO等相關規定。通過多年來黃連產地、市場、進出口檢驗等數據分析,并參考《中華人民共和國藥典》、美國、歐盟、日本及韓國對黃連的相關標準以及ISO18664:2015《Traditional Chinese Medicine-Determination of heavy metals in herbal medicines used in Traditional Chinese Medicine》、GB 2762—2017《食品安全國家標準 食品中污染限量》、GB 2763—2016《食品安全國家標準 食品中農藥最大殘留限量》等現行標準規定。
無公害栽培是當前中藥材種植產業發展的基礎要求,生產基地的環境是無公害中藥材種植的基礎條件,植物生長發育所需的土壤、水分、空氣的質量好壞直接影響中藥材產品是否能夠達到無公害標準,種植過程中重金屬污染、化肥、農藥和生長調節劑濫用等[30],嚴重威脅到用藥者的生命安全。因此,在繼續推行中藥材GAP的前提下,建立適合中藥材種植特點的無公害產地環境質量標準,符合當前時期中藥材種植向無公害方向發展的重要需求[31]。面對中藥材無序引種栽培導致的藥材成活率低和品質下降等問題,建立針對中藥材生長發育特點的生態位模型,符合我國中醫藥產業的發展需要。GMPGIS填補了中藥材生態位模型的空白,還需要考慮《環境空氣質量標準》應達到GB/T 3095—2012一、二級標準值要求,種植地土壤必須符合GB 15618—2008一級或二級標準要求,灌溉水的水源質量必須符合GB 5084—2005的規定要求,肥料使用參照NY/T 393—2000《綠色食品肥料使用準則》,農藥使用參照NY/T 393—2013《綠色食品農藥使用準則》、GB 12475—2006《農藥貯運、銷售和使用的防毒規程》中銷售和使用的防毒規程、NY/T 1667(所有部分)農藥登記管理術語。農藥、重金屬及有害元素限量應達到無公害中藥材限量通用標準[32];還要考慮種植的土壤肥力、微量元素、土壤微生物等因素[33]。
無公害栽培的科學性和準確性在近年來的中藥材種植生產實踐和科學研究中得到了驗證,已成為指導中藥材生產基地選址的重要輔助手段,GMPGIS的推廣與運用有利于中藥資源的可持續發展[34-36]。中藥材產地生態適應性區劃方法和無公害中藥材產地環境質量標準建立只是無公害中藥材生產的源頭,最終獲得無公害人工種植中藥材,還需要多學科手段的精確指導,以及優質種苗、田間管理、病蟲害防治、收獲運輸等方面的配合[8]?;贒NA條形碼和化學指紋圖譜的中藥材全程質量追溯系統為無公害藥材實現安全、有效、穩定和可控提供保障。因此,有必要加強組學研究,為中藥材新品種優質基因篩選提供標記,建立中藥材綜合育種技術,加快育種進程[37]。一系列相關標準的建立和詳細操作規程的制定是人們能夠用上優質放心藥的前提基礎,同時也符合中藥材種植產業的發展趨勢。
黃連生長對環境要求苛刻,光照強度、溫度、水分生理和施肥時機把握是以后栽培生理學研究的重點,也是實現黃連標準化種植、提高產量和品質的主要途徑。黃連根系是植物吸收水分和無機鹽的主要部位,如果黃連根系內部因黃連素等化合物沉積而與礦質離子結合或者拮抗,阻礙礦質離子在植物體內的輸導,影響礦質離子在生理代謝過程中的作用[38];那么黃連水分生理和施肥時機的把握研究將成為今后提高產量的新思路。根據已有研究成果,從黃連的根系結構、組織化學結合水肥一體化來研究如何提高黃連的產量和質量,是今后黃連藥材標準化種植的重要研究方向,確保中藥生產全程質量的安全、有效、穩定、可控,推動中藥材種植走向精細化時代,保障藥材種植的良性發展[39-41]。