李 婕，楊啟良，徐 曼，雷龍海

(昆明理工大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，昆明 650000)

0 引 言

三七(Panax notoginsen)為五加科人參屬多年生草本植物，由于其花、葉、根莖即全株上下均可入藥，具有活血化瘀、消腫止痛的療效，因此廣泛應(yīng)用于跌打損傷、高血壓、冠心病、高血脂等疾病的治療中[1,2]，著有“南國(guó)神藥”、“金不換”的美譽(yù)[3]。三七的生長(zhǎng)條件要求較為苛刻：要求冬暖夏涼，無嚴(yán)寒、酷暑、潮濕，并且環(huán)境適應(yīng)能力較低，主要分布在低緯度、海拔較高區(qū)域中，現(xiàn)在云南文山州及廣西靖西等地區(qū)廣泛種植[4]，全國(guó)三七種植面積約有0.8萬hm2，年均產(chǎn)量約0.9萬t[5]。

“世界三七在中國(guó)，中國(guó)三七在云南”，作為三七主產(chǎn)區(qū)的云南省，其種植面積從2003年的4 300 hm2發(fā)展到2013年的20 000 hm2；產(chǎn)量從2003年的378萬kg增加到2013年的1 000萬kg[6]。通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，10年間三七種植面積增加了近5倍，但產(chǎn)量?jī)H僅增加2.6倍，而單位面積的產(chǎn)量由2003年的900 kg/hm2下降到2013年的500 kg/hm2。究其原因，三七從種植到收獲大約需要3～7 a，生長(zhǎng)過程中的連作障礙難以消除，特別是三七需在遮陰條件下生長(zhǎng)，種植過程中對(duì)水肥的管理比較混亂，不合理的灌溉施肥常常是引起三七根腐病等病害發(fā)病的主要原因，發(fā)病時(shí)通過噴灑大量農(nóng)藥來控制，進(jìn)而引起土壤中農(nóng)藥殘留量不斷增加，土壤污染不斷惡化，從而加重了三七連作土壤的障礙。

多年來三七種植者一直靠經(jīng)驗(yàn)對(duì)三七進(jìn)行遮陰、灌溉排水和施肥，缺乏相關(guān)的理論指導(dǎo)。再加上三七連作障礙截止目前還沒有解決辦法，這使得適宜種植三七的土地面積越來越狹小[7]，為滿足三七產(chǎn)業(yè)對(duì)優(yōu)質(zhì)原料需求的大幅增加，提高三七單位面積的產(chǎn)量顯得更加重要，而提供適宜的土壤水分和營(yíng)養(yǎng)是保證三七高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的重要措施。因此，本文分別對(duì)遮陰栽培、不同灌水模式、不同施肥模式對(duì)三七生長(zhǎng)、生理生態(tài)、產(chǎn)量、品質(zhì)和水分利用效率及病蟲害的影響等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了歸納與討論，并提出了三七栽培中需解決的問題和今后主要研究方向。

1 遮陰栽培對(duì)三七生長(zhǎng)、生理生態(tài)、水分利用效率及病蟲害的影響

光是影響植物生存、生長(zhǎng)發(fā)育和形態(tài)特征形成的重要環(huán)境因子，不同的作物具有不同的生態(tài)習(xí)性，從而具有不同的光環(huán)境適應(yīng)效果[8]。研究表明，喜陽(yáng)植物通常具有較強(qiáng)的光合碳同化能力、較高的光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)[9]，而喜陰植物具有較低的光補(bǔ)償點(diǎn)和較高的表觀量子效率[10]。植物的生長(zhǎng)和分布特征取決于它對(duì)光環(huán)境變化的適應(yīng)能力[11]。不同遮陰和光質(zhì)栽培會(huì)影響光照強(qiáng)度，從而對(duì)三七的光合特性產(chǎn)生明顯影響。

傳統(tǒng)種植方式下，三七在自然光照30%條件下生長(zhǎng)發(fā)育良好，故三七蔭棚有“三成透光，七成遮陰”之說，但黃云戰(zhàn)等人[12]研究發(fā)現(xiàn)，三七棚透光率為8%～12%時(shí)，最適宜三七生長(zhǎng)及有效成分的積累，透光率超過17%，三七的生長(zhǎng)就會(huì)受到制約，長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)光照會(huì)改變?nèi)呷~片組織結(jié)構(gòu)，從而不利于其生長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)可能死亡[14]?？镫p便等人[13,21]利用遮陽(yáng)網(wǎng)設(shè)置了5種不同透光率對(duì)三七幼苗進(jìn)行處理，結(jié)果表明，隨著透光率的增大，三七幼苗各器官及整株干物質(zhì)量都有所增加，但其根冠比、根質(zhì)比一級(jí)SPAD值在透光率8%的處理下達(dá)到最大，一年生三七根總皂苷含量在透光率為 22.3%的條件下最高，二年生三七總皂苷含量在透光率為8.4%的條件下最高，遮陰栽培會(huì)有效降低三七的光合速率，綜合分析得出有利于三七生長(zhǎng)和干物質(zhì)積累的適宜透光率為8%。左端陽(yáng)等人[15]也用遮陽(yáng)網(wǎng)設(shè)置不同透光率對(duì)三七幼苗進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在透光率為5.1%的處理下，三七株高、莖粗和葉面積顯著高于其他處理。也有研究表明，遮陰處理下，三七的光合速率、光飽和點(diǎn)、光補(bǔ)償點(diǎn)以及蒸騰速率都會(huì)降低[16]。

光質(zhì)不僅對(duì)三七的光合特性有影響，也顯著影響著其有效成分，羅美佳等人[17]采用7種光質(zhì)對(duì)三七進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，結(jié)果表明紅光對(duì)三七株高的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，而青、黃、紫、藍(lán)光則促進(jìn)了三七地下部分生物量的積累，白光下三七葉片的氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率達(dá)到所有處理的最大值，而綠光處理下三七葉片的胞間CO2濃度和凈光合速率達(dá)到最大，但文章中并未指出透光率是多少。陳茵等人[19]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)透光率設(shè)置為(10±2)%時(shí)，綠色遮陽(yáng)網(wǎng)下三七的生長(zhǎng)受到了抑制，而橙色遮陽(yáng)網(wǎng)則有利于三七幼苗的生長(zhǎng)且綜合效果較好。也有研究表明三七種苗在橙色、黃色、青色和紫色農(nóng)膜大棚下生長(zhǎng)良好[20]?？镫p便等人[18]利用2種顏色的遮陽(yáng)網(wǎng)和3種透光率對(duì)三七幼苗進(jìn)行交互處理，結(jié)果表明，白色遮陽(yáng)網(wǎng)+10.0%透光率和藍(lán)色遮陽(yáng)網(wǎng)+21.0%透光率處理下三七幼苗生長(zhǎng)較好，這也說明在較高光照環(huán)境下，采用藍(lán)色遮陽(yáng)網(wǎng)有利于三七幼苗的生長(zhǎng)和發(fā)育。

總之，三七是典型的喜陰植物，遮陰環(huán)境下三七生長(zhǎng)發(fā)育較好，而遮陰條件下三七皂苷含量、根腐病等疾病的發(fā)病率研究較少，并且現(xiàn)有研究多數(shù)是盆栽試驗(yàn)，與大田的生產(chǎn)與田間管理存在一定的差異。

2 灌溉對(duì)三七生長(zhǎng)、生理生態(tài)、水分利用效率及病蟲害的影響

水分在作物整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過程中都有著至關(guān)重要的作用，其不僅能影響作物的生長(zhǎng)和發(fā)育，而且對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)以及病蟲害也有顯著影響。輕度的水分脅迫下，植物葉片中脯氨酸和丙二醛含量明顯降低，光合作用和蒸騰作用得到了明顯的增強(qiáng)[25]，而過高或過低的水分處理，都不利于植物光合速率的提高[31]。近年來，中草藥的水肥調(diào)控逐漸受到重視。邵璽文等人[22]研究表明，適度的干旱脅迫可提高黃芩苷含量，灌溉量為250～350 mm的黃芩生長(zhǎng)良好，積累的生物量較高。龍?jiān)频热薣23]的研究表明，對(duì)絞股藍(lán)進(jìn)行虧缺灌溉處理，發(fā)現(xiàn)其葉片中皂苷含量明顯增加。在盆栽條件下，土壤水分含量過高或過低，對(duì)三七的光合作用有明顯的抑制作用，導(dǎo)致其生物量降低[24]，但三七能夠在一定程度內(nèi)通過調(diào)節(jié)自身保護(hù)酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量去適應(yīng)土壤水分含量的變化[27]。三七單株根干質(zhì)量隨著土壤含水率的增加呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，而根腐病的發(fā)病率則迅速增加，而最有利于三七生長(zhǎng)且能有效提高其產(chǎn)量和品質(zhì)的土壤含水率為田間持水量的56.4%～59%[28]。在大田試驗(yàn)條件下，提高三七的產(chǎn)量和品質(zhì)對(duì)各個(gè)生育期內(nèi)的土壤含水率都有不同的要求，苗期、開花期、結(jié)果期和根增重期的灌水下限范圍分別為60%～65%、45%～50%、85%～90%、80%～85%[26]。

土壤水分含量的變化，會(huì)引起土壤微生態(tài)環(huán)境的變化，從而引起一系列的發(fā)病情況。趙宏光[28,43]、王朝梁等人[29]認(rèn)為，隨著土壤含水率的增加，三七根腐病的發(fā)病率顯著增高。官會(huì)林等人[30]研究表明，根系土壤中的菌類與三七根腐病的發(fā)生有著較大關(guān)系，特別是霉菌、放線菌和厭氧生長(zhǎng)細(xì)菌，三七根腐病高發(fā)期時(shí)這3類菌群的存活量也達(dá)到了最高峰。

總之，以上研究大多是也在盆栽模擬條件下進(jìn)行的，并沒有考慮三七適應(yīng)不同水分環(huán)境的自適應(yīng)生長(zhǎng)生理調(diào)節(jié)機(jī)制，有關(guān)大田不同灌溉方式下三七的耗水特性與水分高效利用機(jī)制研究還有待于進(jìn)一步研究。

3 施肥對(duì)三七生長(zhǎng)、生理生態(tài)、水分利用效率及病蟲害的影響

對(duì)作物添加營(yíng)養(yǎng)元素，能影響植物葉片中葉綠素和各種酶的合成[40-42]，從而影響其光合作用并最終影響作物的產(chǎn)量和水分利用效率。合理的施肥，可以改良土壤，增加植物在土壤中能吸收的營(yíng)養(yǎng)元素，從而促進(jìn)植物的生長(zhǎng)和發(fā)育，并且在一定程度上能夠提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)(添加參考文獻(xiàn))。而不合理的施肥，容易導(dǎo)致土壤板結(jié)甚至抑制作物的生長(zhǎng)和發(fā)育(添加參考文獻(xiàn))。三七屬于經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的藥材作物，在實(shí)際生產(chǎn)過程中不合理的施肥現(xiàn)象較多，從而導(dǎo)致三七的產(chǎn)量和品質(zhì)受到諸多不利影響。因此，根據(jù)具體的土壤情況，對(duì)三七加以合理的施肥來保證和提高其產(chǎn)量和品質(zhì)顯得尤為重要。

合理施肥不僅能有效的提高三七的產(chǎn)量，也對(duì)三七的品質(zhì)有一定的保證。前人研究表明，N∶P2O5∶K2O比例為1∶1∶2時(shí)有利與三七的生長(zhǎng)和發(fā)育，其三七每667 m2實(shí)際的氮磷鉀肥施用量為N：11～18 kg, P2O5：11～25 kg，K2O：0～36 kg較為適宜[32]。而不同種類的肥料對(duì)三七的生長(zhǎng)發(fā)育以及根腐病的發(fā)病率也有不同影響，如劉云芝的研究表明，腐熟的豬糞和豬糞+復(fù)合肥處理的三七疫病和出苗期間的生理性病害-干熟葉發(fā)生率較高，然而每年每667 m2施用100 kg的MI百事達(dá)生物肥的處理，不僅單株產(chǎn)量高達(dá)31.17g，而且會(huì)有效避免三七侵染病害的發(fā)生[33]。韋美麗等人[35]設(shè)置5個(gè)施氮水平，結(jié)果顯示施氮量會(huì)顯著影響三七地上部分的生物量，但對(duì)其產(chǎn)量的影響并不顯著，并推薦每667 m2施肥22.5～30 kg可以達(dá)到有效生產(chǎn)的目的。通過以上的研究發(fā)現(xiàn)合理施肥對(duì)促進(jìn)三七生長(zhǎng)、提質(zhì)和增產(chǎn)及抑制病蟲害的發(fā)生均具有明顯的效果，但并沒有考慮土壤水分對(duì)調(diào)節(jié)三七根區(qū)微環(huán)境的作用，通常適宜的土壤水分會(huì)促進(jìn)三七對(duì)根區(qū)營(yíng)養(yǎng)的吸收，也會(huì)通過調(diào)節(jié)土壤的pH值為三七生長(zhǎng)創(chuàng)造更為有利的根區(qū)微環(huán)境條件。

合理的水肥耦合模式，能促進(jìn)土壤中微生物的生長(zhǎng)和繁殖，有利于提高土壤中微生物的種類和數(shù)量，進(jìn)而促進(jìn)作物達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的目標(biāo)[37,38]。還有研究表明，有機(jī)質(zhì)、速效氮、容重是連作土壤微生物區(qū)系及酶活性的主要影響因素[39]，通過合理施肥解決三七連作障礙也是提高其產(chǎn)量的有效辦法。以上的研究發(fā)現(xiàn)合理施肥對(duì)促進(jìn)三七生長(zhǎng)、提質(zhì)和增產(chǎn)及抑制病蟲害的發(fā)生均具有明顯的效果，但并沒有考慮土壤水分對(duì)調(diào)節(jié)三七根區(qū)微環(huán)境的作用，通常情況下，適宜的土壤水分會(huì)促進(jìn)三七對(duì)根區(qū)營(yíng)養(yǎng)的吸收，也會(huì)通過調(diào)節(jié)土壤的pH值為三七生長(zhǎng)創(chuàng)造更為有利的根區(qū)微環(huán)境條件。

4 研究展望

綜上所述，國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞遮陰、水分和施肥等單一因素影響下對(duì)三七的生長(zhǎng)、生理生態(tài)、產(chǎn)量及品質(zhì)等方面做了大量研究工作，也取得了較大成績(jī)，但仍存在以下問題：①遮陰栽培下水肥耦合對(duì)三七的耗水規(guī)律和灌溉制度的影響研究有待完善：目前三七人工種植均在遮陰條件下進(jìn)行，圍繞水分處理進(jìn)行了相關(guān)研究，取得了一定的成果，但需進(jìn)一步研究水肥耦合對(duì)三七的耗水規(guī)律和灌溉制度的影響。②遮陰栽培和水肥耦合下三七的水分高效利用機(jī)制缺乏系統(tǒng)深入研究：三七遮陰栽培的研究大多集中于干物質(zhì)質(zhì)量和光合作用等方面，三七水分高效利用機(jī)制與根系吸收、蒸散耗水及水分在植物體內(nèi)的傳輸密切相關(guān)，但對(duì)表征三七水分傳輸機(jī)制的葉水勢(shì)、根系導(dǎo)水率、冠層水流阻力對(duì)水肥耦合的響應(yīng)及其水分高效利用機(jī)制方面的研究還尚未見報(bào)道。③施肥條件下并沒有考慮土壤水分對(duì)調(diào)節(jié)三七根區(qū)微環(huán)境的作用：通過合理施肥可以促進(jìn)三七生長(zhǎng)、提質(zhì)和增產(chǎn)及抑制病蟲害的發(fā)生，但并沒有考慮土壤水分對(duì)調(diào)節(jié)三七根區(qū)微環(huán)境(土壤水、肥、氣、熱、pH值及微生物等)的作用，通常合理的施肥條件下適宜的土壤水分會(huì)促進(jìn)三七根系對(duì)土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，減少三七根腐病等病害的發(fā)生，有利于緩解土壤連作障礙對(duì)三七生長(zhǎng)的不利影響，從而為三七生長(zhǎng)創(chuàng)造更為有利的根區(qū)微環(huán)境條件。④遮陰栽培和水肥耦合下三七提質(zhì)高產(chǎn)機(jī)理與最佳遮陰-灌水-施肥耦合模式的研究較少：過去在遮陰栽培條件下針對(duì)三七提質(zhì)高產(chǎn)的水分或養(yǎng)分進(jìn)行了較多的研究，但并沒有綜合考慮水肥的交互作用。

對(duì)已報(bào)道的研究工作總結(jié)發(fā)現(xiàn)，有關(guān)遮陰栽培下三七種植過程中水分和施肥的研究通常是孤立進(jìn)行的，事實(shí)上，三七種植戶為了利益最大化，只注重產(chǎn)量提高的人為可控條件，他們片面認(rèn)為灌水和施肥較多三七產(chǎn)量就會(huì)提高，但忽視了遮陰栽培下不合理灌水和施肥不僅會(huì)導(dǎo)致水肥利用效率降低，集中降雨期會(huì)加重農(nóng)業(yè)面源污染，而且也會(huì)引起病蟲害增多，從而導(dǎo)致三七減產(chǎn)和品質(zhì)降低。一方面沒有綜合考慮遮陰栽培下水肥的雙重需求、互作效應(yīng)關(guān)系及水肥高效利用機(jī)制；另一方面也很少?gòu)乃收{(diào)控根區(qū)微環(huán)境的角度出發(fā)，研究三七優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的最優(yōu)水肥耦合模式與抑制三七病蟲害發(fā)生的最佳供水供肥供藥指標(biāo)體系。基于上述客觀存在的兩方面原因，筆者建議對(duì)三七營(yíng)養(yǎng)生理與施肥的研究今后應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)以下幾方面:

(1)開展虧缺灌溉和遮陰栽培時(shí)三七優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的最佳水肥調(diào)控指標(biāo)研究，探索遮陰栽培條件下三七提質(zhì)高產(chǎn)及根腐病發(fā)病機(jī)理與水肥調(diào)控的效應(yīng)關(guān)系，形成三七優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培過程中的節(jié)水節(jié)肥節(jié)藥技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)遮陰條件下作物水肥高效利用理論的創(chuàng)新。

(2)綜合考慮三七的產(chǎn)量和品質(zhì)對(duì)不同灌水、施肥和遮陰度的響應(yīng)，探索提高三七綜合效益的有效途徑；以提質(zhì)高產(chǎn)為目標(biāo)，提出綜合效益協(xié)同提高時(shí)的灌水、施肥和遮陰栽培指標(biāo)體系，優(yōu)選三七的最佳灌水、施肥和遮陰栽培耦合模式以及供水供肥的指標(biāo)體系。

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