于志民1吕品1王立民1张继舟1魏殿文1师军2麻文俊3
1.黑龙江省科学院自然与生态研究所2.黑龙江省自然资源生态保护修复监测中心3.中国林业科学研究院林业研究所
摘要：总结了我国东北地区中药材发展现状,分析了发展生态复合种植所具备的产业政策、“非粮化”土地资源储备及保护药材品质和安全生态环境优势,指出了中药材生态复合种植存在生态理念与生产实践结合不紧密、生态种植模式和技术不完善及生态种植研究机理不深入等问题,并探讨了东北地区中药材生态复合种植的发展趋势和研究展望,通过建立种源保护机制和种质资源创新利用机制,深化注重生态理念的植入和实践,大力推进适宜本地的生态复合种植模式和技术,加强科技力量对生态复合种植机理的研究,促进东北地区中药材生态复合种植产业全面发展。
关键词：东北地区;中药材;生态;复合种植;潜力;
我国东北地区( 辽宁、吉林、黑龙江省及内蒙古东北部区域) 是关药主产区,中药材种植面积约占全国的 10%,优势道地药材品种有人参、北五味、刺五加、关防风、辽细辛、赤芍等,是我国最具发展中药产业潜力区域之一。随着国家对中医事业的日益重视,近年来东北地区中药材种植面积和种类发展迅速。但种植过程中仍然存在着“ 粗、散、小、乱” 的现象以及种植理念落后、种植模式单一、种植技术不规范和基础机理研究薄弱等问题,使一些中药材品质下降,影响中医药产业健康可持续发展。
中药材生态复合种植是对传统中药材种植模式的优化,是将药用植物与农林经作物按空间布局进行种植架构重建,使其充分利用土地、光、水分、养分等优势,并按系统工程方法设计,综合考虑社会、经济和生态效益,充分应用能量的多级利用和物质的循环再生,实现生态与经济良性循环的生态农业种植方式。其生产过程可以借鉴农业生态学的理论和方法,自身生长又独具特色的技术要求。研究表明,中药材生态复合种植作为药用植物与农林经作物种植的有机结合,不但使生态系统在空间和时间上更具备多样性,更充分地挖掘药用植物的资源潜力,也能最大限度地提高土地和气候资源的利用率;实现了药用植物与农林经作物在不同生态位上的“ 共生互补” “ 相互依存” ,增加了系统抵御自然灾害的能力;科学合理的生态复合种植不但能提高生产效率和经济效益,而且能够实现中药材种植生态效益的可持续发展〔1〕 。本论述就当前东北地区中药材种植现状进行了综合阐述,并对开展生态复合种植所具备的产业政策、土地资源供给潜力及生态环境对药材安全及质量影响等方面的优势进行分析,同时指出生态复合种植中存在的问题,并对中药材复合种植发展潜力和研究方向进行了探讨。以期为中药材种植者和相关产业管理部门提供理论依据和科学指导。
1 东北地区中药材种植现状
目前, 东北地区拥有药用植物超过1 600 多种〔2〕 。据不完全统计,当前中药材种植面积约 700万亩,产量 160 万吨,产值超过 300 亿元。由于各省区所处纬度和地形有所不同,药材分布状况也有所差异。东北地区种植中药材分布概况列于表 1。
表 1 东北地区种植中药材分布概况
东北地区在复合种植方面很早就做了摸索和尝试,成功例子就是生态种植发展规模最大的林下参复合种植技术,截止目前,种植面积超过 270 万亩,主要集中分布于吉林长白山区、黑龙江南部山区和辽宁抚顺、本溪等地〔7〕 。此外还有辽宁丹东地区果树-中药材 套 种, 辽 细 辛、 辽五味子等林下复合种植〔8-10〕 ;吉林辽藁本仿生种植〔11〕 ;黑龙江省刺五加、赤芍仿生生态种植模式等〔12,13〕 。
2 东北地区发展中药材生态复合种植的优势
2. 1 产业政策
东北地区中医药产业快速发展与近些年国家、行业部门及地方政策息息相关。2015年到 2022 年间,国务院、人大、农业农村部、国家中医药管理局、林草局等部门相继出台多条规划、纲要为中药材产业发展谋划布局,提供法律保障和支持,鼓励利用山地、林地推行中药材生态种植,提升中药材质量为目标的绿色生产技术和种植模式。由此可见,国家对中医药事业的支持和规划是长期可持续性的。
东北地区各省( 自治区) 近期相继出台一系列相关政策,提出大力支持发展中药材生态种植,如《 黑龙江省“ 十四五” 中医药发展规划》 《 黑龙江省“ 十四五” 生物经济发展规划》 《 吉林省中医药发展条例》 《 吉林省中医药发展“ 十四五” 规划》 《 辽宁省“ 十四五” 生态经济发展规划》 《 关于促进中医药( 蒙医药) 传承创新发展的实施意见》 《 内蒙古自治区“ 十四五” 药品安全及高质量发展规划》 等,使本地区中药材种植规模从 2017 年开始迅速增加,截止2020 年,辽、吉、黑和蒙中药材种植面积均达到 100-300 万亩规模〔1〕 。近几年东北地区中药材种植规模和产量产值的迅速增长,与产业政策的支持和引导密不可分。
2. 2 “ 非粮化” 土地储备丰富
目前我国野生药材和种植药材规模还不能满足日益增长的市场需求,在野生药材难以扩产的条件下,需要有足够的土地资源来扩大药材种植面积。2020 年国务院办公厅发布《 关于防止耕地 “ 非粮化” 稳定粮食生产的意见》 ,以保障粮食产量。面对现实国情,扩大中药材产业规模需要创新发展。
创新发展需要新的发展理念和技术模式。2015年,中国中医科学院黄璐琦团队最先提出中药材生态农业的说法〔14〕 ,并在 2018 年的全国中药材生产形势分析会上提出“ 八化发展” 时明确指出“ 种植生态化” 。郭兰萍等〔15〕 结合中药材的特点,从生态农业的视角提出了中药生态农业发展模式,以及“ 不·2701· Journal of Chinese Medicinal Materials 第 47 卷第 5 期 2024 年 5 月向农田抢地、不与草虫为敌、不惧山高林暗、不负山水常绿” 的理念。这种生态种植理念的提出为中药材产业的发展赋予了崭新的活力,而且其在东北地区的实施更具有显著的资源优势。
东北地区拥有全国最大森林、 草原生态系统。东北全境森林面积为 6. 8 亿亩,占全国森林总面积的 37%。东北林区主要分布在大、小兴安岭和长白山,以中温带针叶-落叶阔叶混交林为主。主要树种为针叶林类落叶松、红松;阔叶树类杨、桦、栎、椴、柞树等〔16〕 。这些区域非常适宜复合 种 植 人 参、 刺 五加、五味子、淫羊藿等中药材品种,而且东北林区森林资源大多集中连片,谷宽坡缓,有利于将来开展机械化采收;林区内防火作业道路发达,距铁路干线较近,适合中药材产品运输流通,因此东北地区林药复合种植潜力巨大,优点多。在经济效益方面以短养长,弥补了林木生长周期长、见效慢的缺点。
东北全境草原面积约 6. 9 亿亩,与山林地面积基本相当,主要分布于呼伦贝尔、牙克石、满洲里等地,是适合赤芍、关防风、黄芪等中药材复合种植区域。林草中药经济可实现农、林、牧各业资源共享,优势互补,协调发展,是一种有效的可持续发展的土地利用和综合生产途径,具有明显的市场优势和广阔的前景。
森林、草原等林草资源拥有广阔的地域空间及特有的生境环境,使林草中药材迅速发展。当前形成的各类林草中药材生态种植模式在中药材生态种植中展现出巨大的优势。东北地区中药材主要复合种植模式分析列于表 2。
表 2 东北地区中药材主要复合种植模式分析
2. 3 中药材产量品质和安全性的生态环境保障
东北地区自然与生态环境决定了生产作物的品质,其不但是国家优质商品粮的生产基地,也是优质经济作物的重要产区。东北地区土壤养分和质量条件全国领先,2019 年东北区耕地质量已经达到全国最高的 3. 59 级,其他类型土壤质量也都排在前列。笔者所在团队曾对黑龙江省主要土壤类型重金属含量分布及潜在污染评价进行了研究,发现各种类型土壤质量均比较健康〔17-19〕 。全域主要河流如: 辽河、松花江、黑龙江、嫩江、海拉尔河及额尔古纳河等水质均达良好以上水平。决定中药材质量与安全的基础性条件是环境因素,人为干预为辅助条件。由此可见,东北地区开展中药材生态复合种植基础环境条件具备。
生态环境促进中药材质量品质提升,更具有安全保障。此结论在东北地区林下参、五味子、刺五加、辽细辛、关防风、赤芍等药材初步的应用试验中得到验证。范航〔20〕 对园参和林下参之间外观性状和生理代谢的差异进行了研究,结果表明,园参的生长速率较快,而林下参的抗病性相对较强;在林下参中,与提高抗逆性相关的脱落酸、原人参三醇型皂苷和吉玛烯含量更高,说明林下参药效成分含量积累好于园参。同时研究证明樟子松林型下栽培的林下参单体皂苷和人参氨基酸含量较高〔21〕 。陈宇等〔22〕采用北五味子林下人工改培技术,在保留了原有乔、灌树种和草本植物植被基础上,通过带状割灌后穴播或条播, 将上层林冠郁闭度调整到 0. 3 ~ 0. 5 左右。5 年生苗木保存率达到 92. 1%,平均产鲜果达到 1. 2 kg / 丛。徐芳〔23〕 以裸地栽培防风为对照,探究了杨树-防风间作和樟子松-防风间作条件下对防风生长性状、药材产量、质量的影响,发现随着种植年限增长,间作防风根部逐渐满足一等、二等品对其直径的要求,各等级合格率显著提升。分别对辽细辛、林下参、刺五加和金莲花等环境因素进行研究表明,不同生态环境与仿野生栽培对中药材品质和产量具有积极作用〔24-28〕 。林草中药材生态种植让中药材回归原生境,经受弱光、水分变化、养分差异、昼夜温差等模拟自然生境下的逆境胁迫,从而有助于促进药效成分的积累。何丹娆等〔29〕 运用 SWOT 分析方法,对赤芍野生资源的开发利用情况进行分析。确定在东北森林区开展赤芍栽培具有地域和政策优势,有助于林业产业结构调整,增加林区人民收入。
3 存在的问题
3. 1 亟需优良中药材种质资源保护和选育
种质·3701·Journal of Chinese Medicinal Materials 第 47 卷第 5 期 2024 年 5 月资源是制约中药材标准化生产的“ 瓶颈” 。我国人工栽培药材近 200 种,其中约 150 种药材的规范化种植技术已有研究,但已培育出优良品种并在生产上推广应用的药材不多。只有解决源头问题才能提高中药材生产技术水平,提高药材产量,保证生产优质中药材。目前,我国中药材种子( 种苗) 市场化程度低,仍然呈现种源混乱,种质混杂的状态。其原因较多:首先,新《 种子法》 实施后,对非主要农作物实行登记管理,但是中药材未被纳入登记目录,仅少数省份开展了中药材新品种登记或评定工作。其次,中药材种子 ( 种苗) 市场不规范, 缺乏种业经 营 主体,没有相应质量标准,基本处于“ 自繁自用、自产自销” 的状况,进入市场流通的种子( 种苗) 种源不清。第三,中药材种子( 种苗) 生产专业化水平低,性状不稳定、品质退化严重,中药材种子种苗商品化率不足 10%〔30〕 ;第四,中药材新品种选育工作严重滞后,相对于国家对主要农作物、蔬菜品种的新品种培育开发和保护力度,对中药材新品种培育及保护工作重视程度还远远不够。例如:东北地区赤芍种子来源纷杂,赤芍白芍难分,质量无法保证,大量种植户只能到内蒙古呼伦贝尔草原盗挖或购买野生赤芍芽头,造成当地中药材资源破坏。因此,创新中药材新品种审定和评价体系是从根本上解决中药材新品种选育发展所必须解决的核心问题
3. 2 加强中药材生态复合种植理念引导和落实的力度
东北地区中药材复合种植方面除了林下参、刺五加种植面积较大外,其他复合种植规模较小,种植模式单一。很多种植模式如粮-药、果-药及药-药等生产和管理方式完全农业化,化肥、农药、除草剂等滥用,重茬连作等等,因此,加强规范化标准化约束机制,不仅能够满足原有生态系统功能稳定和产出优质中药材的双重要求,而且符合以生态优先和质量安全为主要目标的复合种植初衷。同时,进一步系统科学的规范土地利用、环境构建、品种搭配、空间布局、科学水肥光管理及品控监测等方面工作。
国家和地方出台了不少鼓励生态种植的政策,需要科学的引导和落实,通过加强引领示范作用和建立奖励机制,使种植方深入体会生态种植的优势和利益,意识到中药材复合生态种植与农业种植体系的差别,注重生态理念的植入和实践。
3. 3 生态复合种植模式及技术需进一步完
药用植物复合种植的模式主要有间作、套作、混作及立体种植。东北地区前三种复合种植模式相对较多,立体种植模式较少。最常见的中药材复合种植模式包括林药复合、粮药复合、果药复合、药药复合及草药复合等。复合种植模式一般会遵循以下原则:首先,要考虑立地条件,包括气候、土壤、水热及种植基础等;其次,要充分考虑品种搭配及空间、时间布局,应注意植株高矮、冠幅大小、根系深浅、扎根方向、水热喜好及成熟期等;另外,还要重视生产过程是否可以机械化操作、种植方式、采收时间及经济效益等指标。据统计,目前我国 21 个省份的调研数据显示,中药材生态种植面积超过 500 万亩,超过 70 种中药材开展了林下种植、拟境栽培、野生抚育、间套轮作等生态种植模式的探索与应用〔31〕 。
即便如此,东北地区中药材生态复合种植模式和技术仍存在诸多问题。从种植模式来看,林药复合种植发展推进顺利,果药、药药发展前景广阔,粮药发展有待商榷,草药发展思路需要创新。林药模式不仅起步早,有成熟经验,而且相对种植环境及种植年限比较稳定。随着东北地区浆果产业的蓬勃发展,尤其是以蓝靛果为代表的一批新兴浆果种植面积迅速发展,利用其行间距较宽的特点进行果药复合种植正成为研究热点,蓝靛果目前种植面积达 10万亩,这种果树栽培特点就是占地面积较大,行间距宽,一般为 2. 6-3. 0 米,土地资源浪费严重,开展果药复合种植经济效益、生态效益更加突出。药药混作比例也随着对药用植物品种习性了解及种植技术成熟而逐渐扩大。东北地区作为国家粮食 “ 压 舱石” 和“ 中国饭碗” ,粮药复合种植模式目前还在探索中,这里粮食作物均采用大型机械化耕作模式,整地、施肥、用药、播种及采收等管理技术已经成型,不大可能为中药材生产而进行大幅调整,需要探索“ 以粮为主、以药为辅” 复合种植模式。草药复合种植在东北地区开展较晚,在呼伦贝尔地区、加格达奇地区有少量种植,草原地区相对地势开阔平坦、生态环境良好,药材道地性强,也适合机械作业,关键取决于政策导向。哪些区域可以种植,哪些区域不能种植,会不会与畜牧业发生冲突? 能不能破坏草地生态环境? 是否可以采取类似农业休耕的方式分批分片进行种植等等。另外,随着乡村振兴战略的实施,东北地区很多景点景区打造花海、药园景观日渐兴起( 鸢尾、射干、白芍、桔梗、百合等) ,今后在药食同源、药花同赏方面进行花药复合模式值得期待。除此之外,技术层面可能面临更多挑战,不同复合种植模式无论从土壤、水肥光等环境条件,还是种质资源品鉴、复合模式构建、品种搭配、生长习性、互作关系、药材质量等方面研究都不明确。形成的复合种植技术标准少,缺乏参考依据。除人参、五味子等个别品种外,大部分复合种植模式和技术都是边实践·4701· Journal of Chinese Medicinal Materials 第 47 卷第 5 期 2024 年 5 月边研究。
3. 4 生态种植研究机理需要深入
除了认识和遵循生态种植理念外,更具体的是实际生产。中药材生态复合种植基础性研究与蓬勃的中药材种植规模相比相对薄弱,其实整个药用植物生态种植方面也是如此。郭兰萍等〔32〕 认为,药用植物生态种植理论研究基础主要包括三方面:( 1) 中药资源学等基础:包括中药资源的分布、产量质量、资源的保护、开发利用、人与资源关系、可持续利用等。( 2) 中药生态学基础:包括从个体到群落生态学的理论研究,涉及从环境、生态因子、生态位、生态系统到生态系统功能等诸多问题和理论。( 3) 中药生理学基础:包括植物光合生理、次生代谢及产物、植物内源性激素生长物质、植物生长调节剂及其应用、植物的抗逆生理等诸多问题。我国中药材种植历史久远,生产经验技术积累较多,在中药材资源质量、中药生理等方面研究较多,由于中药材复合生态种植是相对新兴的发展方向,因此在中药生态学理论基础方面的研究仍需深入。
4 东北地区中药材生态复合种植的发展趋势和研究展望
4. 1 建立保护种源和种质资源创新创制发展
随着国家科研力量的持续投入,近十年中药材优良品种选育进展较快,选育出新品种的种类达到 116 种,新品种 500 多个〔33〕 。从种源抓质量安全,种源鉴别和认证十分关键。加强种质资源的收集、保存、评价、引种栽培及繁育等基础研究工作,积极推进道地药材、产业化药材的种繁基地建设,提高种子种苗生产的规范化水平,满足中药材生产发展的需要。同时,充分挖掘种质资源潜力,利用已有种质资源通过杂交、诱变及其他手段创造新的种质,进行推广应用。着力打造长白山林下参科技创新平台, 加强“互联网+” 体系建设,打造以林下参、北五味子、刺五加、辽细辛、关防风、赤芍为代表的东北道地药材种子电子商品市场,建设现代营销网络。
4. 2 深入树立中药材生态复合种植理念
中药材生态复合种植理念就是遵循生态优先,促进生态与经济良性循环发展。杨利民〔7〕 给中药生态种植定义为:在生态学原理的指导下,以药材质量与药性形成规律研究为基础,将现代科技成果与传统农业精华相结合,调控种植系统关键环节的生态要素,实现优质、安全、高效的药材生产方式。近年来,中药材的生态种植倍受关注。从 2015 年提出中药生态农业的概念,到 2018 年明确指出“ 种植生态化” 路线。2019 年《 中共中央国务院关于促进中医药传承创新发展的意见》 提到“ 推行中药材生态种植” ,表明中药生态农业已成为中医药产业发展的国家战略。同时,各地方“ 十四五” 中药材发展规划中也明确提出推行中药材生态化种植。生态种植理念不能光靠灌输,引导性政策和规划到实际落地还需要进一步示范带动。既需要技术推广部门进行宣传倡导,也需要有先行先试者进行示范效应。
4. 3 大力推进生态复合种植发展模式和技术
目前东北地区的中药材与林、果、粮、药等的间作、套作、轮作等发展较快,中药材生态种植既包括种植技术和方法,也包括种植模式和措施。通过微生物调节、轮作固氮、农药化肥减量等技术和方法,及复合品种空间搭配与构建等种植模式,来提高太阳能的固定率和利用率、生物能的转化率、经济效益的优化等等。
东北地区应充分发挥当地资源优势,中药材生态复合种植模式以林药、草药为主,果药、药药为辅,探索粮药套作或轮作为宗旨,依托森林、草原、山地及滩涂地等资源,大力开发中药材生态复合种植的经济价值和生态社会效益,推动我国中药产业健康发展。例如:在辽宁省东部山区及吉林省长白山区和黑龙江省南部山区着力推进比较成熟的人参生态种植和林下参种植模式,注重技术推广和复制。
同时,充分挖掘资源潜力,依托生态资源优势,着重在土壤环境、生态因子、竞争关系、减药减肥等对中药材品质影响方面进行技术创新,着力研发高效丰产培育技术、规模化生态复合种植技术,种质资源创新与创制、快速检测鉴别技术,绿色除草防病技术,采药智能机械开发技术及数字化监测技术等。
4. 4 科技助力生态复合种植研究机理
中药材机理研究是一个系统的基础体系,不可能短时间内完成,需要边实践种植边研究完善。根据东北地区发展实情着重开展以下研究:
(1) 重点品种生理学基础研究。在目前已开展的林 下 参〔34-39〕 、 北 五 味 子〔40-43〕 、 刺 五 加〔44-47〕 、 辽 细辛〔48,49〕 、平贝母〔50-53〕 、赤芍〔54-58〕 等药材生物器官结构与功能机制、不同部位干物质累积与分配规律、水分代谢规律、矿质营养吸收与分配规律、光合特性、生殖生长规律、病虫害发生及防治机制、药用部位的生长发育规律和药用成分的合成与累积等基础上,进一步深入与系统的进行东北地区重点中药材品种的生理生化机理研究。
(2) 作物与环境的关系。现已开展的研究包括,人参或林下参与土壤养分因子、土壤微生物响应关系〔59-62〕 ;北五味子与环境因子的关系〔63,64〕 ;刺五·5701·Journal of Chinese Medicinal Materials 第 47 卷第 5 期 2024 年 5 月加根际效应与土壤关系〔65,66〕 ; 赤芍越冬与生境关系〔67〕 。进一步开展中药材与土壤矿质元素、微生物及水热光照等环境因子的关系具有现实意义。
(3) 复合种植竞争与互作关系。东北地区生态复合种植要根据不同积温、土壤类型、水肥条件来选择品种和布局构建,不同复合种植模式利用不同作物竞争与互作关系来组建合理高效的复合系统( 如立体种植、间作和混作等) ,从而在有限的空间、时间内容纳适宜的生物种,生产出更多的优质产品。目前已经开展的研究包括,不同林型林下参药效成分、土壤养分等差异性分析〔21,62,68,69〕 ; 五味子与细辛、平贝间作技术〔70,71〕 ;刺五加与红松、辽东楤木套栽技术〔72,73〕 。
(4) 化感作用。研究表明:药用植物与其他植物的根本区别在于它们含有特定的生理活性物质,如酚类物质( 黄酮、酚酸等) 、生物碱、萜类等。而这些物质又往往是植物的次生代谢物质,并分布在药用植物的各个器官如根、茎、叶、花、果、种子等,这一特点与植物能产生化感作用是一致的,所以药用植物更易产生化感物质从而发生化感作用,而且产生的化感物质对中药材产量和质量的影响更为强烈。开展的研究包括,人参根系化感胁迫代谢途径蛋白质 表 达 机 制、 根 系 自 毒 物 质 连 作 障 碍 作 用 机理〔74-76〕 ;天然草场中羊草凋落物浸提液对柴胡、防风种子萌发的影响〔77〕 。
总的来说,东北地区中药材生态复合种植要立足于本地区资源优势,结合气候、土壤、水热等条件,遵循生态发展理念,因地制宜走特色道地药材可持续发展创新之路。
参考文献(略）
