張嬡 胡宇倩 曹文慧 彭建偉

導(dǎo)讀：菊芋被稱為“21世紀(jì)人畜共用作物”，其在改善生態(tài)環(huán)境、醫(yī)療保健以及工業(yè)原料等方面有著重要作用。通過(guò)合理種植和精細(xì)的人工管理，可以獲得高產(chǎn)量和高品質(zhì)的菊芋。本文主要從菊芋的生物學(xué)性狀、特征、功能、應(yīng)用價(jià)值及高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培方面進(jìn)行了綜述，以便為菊芋的生產(chǎn)應(yīng)用提供參考。

菊芋（HelianthustuberosusL.），又名洋姜、鬼子姜，是菊科向日葵屬多年生宿根型草本植物，因其地上似菊，地下似芋，故稱菊芋。其耐寒、耐旱、耐澇能力特別強(qiáng)，不但可以食用、制藥，而且具有第二代生物燃料的特征，具有非常好的應(yīng)用前景，被聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織官員稱為“21世紀(jì)人畜共用作物”。菊芋在我國(guó)大部分地區(qū)都可栽培，近年來(lái)，由于其特有的食用、制藥等價(jià)值，栽培面積有擴(kuò)大的趨勢(shì)，因此筆者就我國(guó)菊芋的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)等進(jìn)行了綜述，以便為菊芋的生產(chǎn)栽培提供參考。

1 菊芋的性狀及特征

菊芋莖稈直立，上部多有分枝，被白色短糙毛或者剛毛，高2～4m，葉通常對(duì)生，有葉柄，上部葉互生且呈螺旋狀均勻排列于莖稈上，下部葉為卵圓形或者卵狀橢圓形，先端鈍尖、邊緣為鋸齒狀，葉面粗糙，葉背有短毛，葉柄上部有狹翅，莖稈呈扁圓形，具有不規(guī)則突起。頭狀花序較大，單生于枝端，秋天開(kāi)花，小花為黃色管狀，無(wú)香味也無(wú)異味。瘦果小，鍥形，具毛。塊莖多呈不規(guī)則紡錘形或瘤狀，按照塊莖的皮色主要分為白皮、淺紅皮和紫紅皮3個(gè)類型，肉質(zhì)皆為白色，部分品種可以在地下休眠越冬。主要分布在北美溫帶區(qū)域，以塊莖繁殖為主，其塊莖中含有大量的菊糖、果糖以及低聚糖，是生產(chǎn)糖類的上等原料[1]。

菊芋第一次出現(xiàn)在人們的視野是在2個(gè)世紀(jì)之前，當(dāng)時(shí)菊芋作為經(jīng)濟(jì)作物從北美引進(jìn)到歐洲，之后才逐漸被人們所認(rèn)識(shí)。荷蘭、西班牙、德國(guó)以及英國(guó)等一些歐洲國(guó)家將菊芋作為經(jīng)濟(jì)作物廣泛種植。菊芋適應(yīng)能力強(qiáng)，耐寒、耐旱、耐瘠薄，對(duì)土壤要求不嚴(yán)格，因此可以種植在我國(guó)各個(gè)省份，但大部分集中在東北、西北等地區(qū)。

2 菊芋的功能及應(yīng)用價(jià)值

2.1 功能

①改良土地 我國(guó)鹽堿地分布廣泛，約占國(guó)土面積的1/4[2]。鹽脅迫對(duì)植物最大的為害是抑制生長(zhǎng)，過(guò)多的鈉離子通過(guò)影響光合產(chǎn)物的積累進(jìn)而影響植物的生物產(chǎn)量。菊芋的耐鹽堿性不僅使其能在鹽堿地正常生長(zhǎng)，而且可以吸收土壤里的鹽堿離子，長(zhǎng)期種植還可以降低土壤的鹽堿性[3]。錢壽福等[4]研究發(fā)現(xiàn)，菊芋能夠改良土壤的理化性狀，提高土壤的利用能力；夏天翔[5]用海水對(duì)菊芋進(jìn)行灌溉發(fā)現(xiàn)，菊芋莖部有明顯貯藏鈉離子和氯離子的能力；趙耕毛等[6]也對(duì)菊芋進(jìn)行海水灌溉，發(fā)現(xiàn)與未灌溉處理相比，灌溉25%和50%的海水可明顯提高產(chǎn)量；楊君等[7]通過(guò)對(duì)海水灌溉下不同種植密度對(duì)菊芋性狀及產(chǎn)量的研究發(fā)現(xiàn)，植株間距50cm、行距70cm時(shí)產(chǎn)量最高。而且隨著栽培密度的增大，菊芋的除鹽能力增強(qiáng)。除此之外，菊芋莖葉凋落死亡落入泥土，可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，進(jìn)而培肥地力，提高土壤孔隙度、含水率，降低土壤容重。

②防風(fēng)固沙，防止水土流失 菊芋有很強(qiáng)的耐旱能力，即使在荒漠地區(qū)只要沙土的覆蓋厚度不超過(guò)50cm都可以生長(zhǎng)，而且菊芋有著長(zhǎng)達(dá)2m的根系，可以吸收深層水分。菊芋根系每年可以普通植物根系20倍的速度繁殖，根系組織十分發(fā)達(dá)，可以深深地扎根于土壤中，具有較強(qiáng)的抗旱能力。在荒漠地區(qū)，菊芋的根系相互連接成片能夠固定沙土，同時(shí)由于其葉片生長(zhǎng)茂盛可以防風(fēng)，所以具有防風(fēng)固沙的功能。劉軍政等[8]在黃土高原上對(duì)2塊坡度相同的山坡分別進(jìn)行種植菊芋和沒(méi)有種植菊芋對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)種植了菊芋的山坡土壤流失率低，因此證明了菊芋可以防止水土流失。

③美化環(huán)境 菊芋葉片形狀多種多樣，葉色從嫩綠到深綠，花色為金黃色，因此可以在春季觀葉、夏季觀花，是一種優(yōu)良的觀賞植物。城市大面積種植有利于形成觀賞帶，充分發(fā)揮整體觀賞的優(yōu)勢(shì)。另外，菊芋開(kāi)花多，花期長(zhǎng)，也可用作插花材料，而且適當(dāng)摘花有利于塊莖產(chǎn)量的提高。

④金屬離子的吸附 羅安凱[9]通過(guò)研究菊芋莖葉對(duì)Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Ag6種重金屬離子的研究發(fā)現(xiàn)，菊芋莖葉對(duì)6種金屬離子的去除率隨著pH值的升高而增大，在pH值=4時(shí)，其去除率達(dá)到最大；隨著溫度的升高，其去除效果也隨之提高，但高溫條件對(duì)菊芋莖葉吸附有阻礙作用。

除以上所述功能之外，菊芋的莖稈還可以用作薪柴和造紙，其整株植物可以通過(guò)發(fā)酵產(chǎn)生沼氣。

2.2 應(yīng)用價(jià)值

①藥用價(jià)值 在我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展中，蔬菜產(chǎn)業(yè)占有重要的地位，不僅因?yàn)槭卟司哂惺秤脙r(jià)值，也因?yàn)槠洫?dú)特的藥用價(jià)值，如花菇有治療食欲減退、少氣乏力等功能[10]；蘆筍有清肺解毒、防止癌細(xì)胞擴(kuò)散等功能[11]。菊芋塊莖中含有菊糖（表1），菊糖又叫菊粉[12]，其分子結(jié)構(gòu)是由許多果糖分子聚合而成，因而具有低聚果糖的功能特性。果糖與其他單糖最明顯的區(qū)別是其血糖指數(shù)低——僅有23，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于葡萄糖（100）和蔗糖（65）的血糖指數(shù)，但是甜度卻比蔗糖高1.0～1.5倍。菊糖在口腔、胃以及小腸中都不會(huì)被消化分解，所以不會(huì)被人體吸收利用，僅部分在結(jié)腸中被雙歧桿菌等發(fā)酵分解產(chǎn)生少量的熱量。由于其熱值低，不被人體吸收，不會(huì)引起血糖含量的升高，所以可作為糖尿病患者的功能性食品加以應(yīng)用推廣[13~17]。Tomomatsu[18]對(duì)菊芋生理功效進(jìn)行了一系列研究，通過(guò)讓志愿者長(zhǎng)時(shí)間食用一定量的低聚果糖，發(fā)現(xiàn)志愿者結(jié)腸中的次膽汁酸含量下降。Delzenne等[19]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，天天食用含10%低聚果糖的食物能明顯增加Ca、Zn、Mg、Fe等礦物質(zhì)的吸收。除此之外，菊芋的綠葉也可以被用來(lái)治療骨折、腫脹、疼痛等；菊芋花制成茶后可以抗氧化、降脂降糖等。

②飼用價(jià)值 菊芋生長(zhǎng)速度快，收獲產(chǎn)量大，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與玉米十分接近，是一種優(yōu)質(zhì)的飼用植物。菊芋的新鮮塊莖中含有較多無(wú)氮浸出物和蛋白質(zhì)，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，適合喂養(yǎng)豬、羊、牛等。在生長(zhǎng)旺盛季節(jié)可以收獲地上部分用作青飼料，或者在收獲季粉碎制成干飼料。此外，菊芋富含的菊糖作為飼料添加劑可以提高動(dòng)物免疫力，降低得病率，減少動(dòng)物血清中的膽固醇和甘油三酯含量。

表1 菊芋塊莖的主要成分

③食用價(jià)值 菊芋塊莖耐儲(chǔ)存，含有豐富的氨基酸、糖和維生素等。我國(guó)南北方皆有傳統(tǒng)的食用方式，南方一般泡菜，而北方腌制成菜，無(wú)論腌制還是泡制都能長(zhǎng)久保持脆嫩口感。同時(shí)，由于塊莖中菊糖含量高，所以可以用來(lái)制作糕點(diǎn)、糖果等。

圖1 利用菊芋塊莖生產(chǎn)乙醇的2種路線

④生物燃料 目前，我們使用的主要能源是原油、天然氣和煤炭，而這些能源的儲(chǔ)存和資源都是有限的。據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，如果我們對(duì)這些有限能源的利用不加以節(jié)制，那么這3種能源供人類開(kāi)采的年限僅有40年、50年和240年，因此尋求新的替代能源已經(jīng)是人類發(fā)展中的緊迫問(wèn)題。菊芋塊莖中含有果糖，果糖可以發(fā)酵產(chǎn)生乙醇，產(chǎn)量相當(dāng)于利用甘蔗和玉米生產(chǎn)乙醇的兩倍。乙醇被譽(yù)為綠色石油，因?yàn)樗粌H是良好的代用燃料，同時(shí)也可以提高汽油的燃燒質(zhì)量。馮迪科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)菊芋生產(chǎn)酒精的多年研究，已經(jīng)在生產(chǎn)率上有了很大的提高[20]。中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所以菊芋為原料，用微生物發(fā)酵生產(chǎn)出了生物柴油[20]。用Kluyveromycesfragilis或K.marxianus幾乎能夠完全將菊粉發(fā)酵成乙醇。利用菊芋塊莖生產(chǎn)乙醇一般有2種路線，即分步水解和發(fā)酵（SHF）、同步糖化和發(fā)酵（SSF）[21]，如圖1所示。

3 菊芋的栽培管理

3.1 品種選擇

我國(guó)主要菊芋種植品種為青芋1號(hào)、青芋2號(hào)和青芋3號(hào)，其中青芋2號(hào)具有耐貧瘠、耐旱、耐寒、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)良特點(diǎn)，所以被廣泛種植，現(xiàn)在已經(jīng)成為北方地區(qū)的主要栽培品種。除上述品種以外，近年來(lái)也選育了一些地方性優(yōu)良品種，如湖南衡陽(yáng)白皮洋姜（菊芋）、四川洋姜（菊芋）、江西紅皮菊芋、南菊芋1號(hào)、紅光-窩猴等。

3.2 土壤選擇

菊芋耐寒耐旱、適應(yīng)性強(qiáng)，所以對(duì)于土壤要求不嚴(yán)格，但是選擇的土地要求是熟地、地勢(shì)較高、土層深厚、疏松且排灌良好，前茬最好為大豆和玉米。一些土壤條件差的地塊也可以種植，但是在產(chǎn)量和品質(zhì)上與土壤優(yōu)良的地塊相比會(huì)有差異，因此選擇地力不好的土壤種植需要及時(shí)灌溉、合理施肥來(lái)提高菊芋的產(chǎn)量和品質(zhì)。

3.3 整地施基肥

菊芋宜選擇疏松的土壤進(jìn)行種植。種前需于秋冬季深翻凍土，熟化土壤。在栽種前10～15天，平整土地施足基肥，施30000kg/hm2有機(jī)肥或1500～2250kg/hm2腐熟餅肥、375～450kg/hm2草木灰和225～300kg/hm2過(guò)磷酸鈣，基肥也可以選擇在播種時(shí)穴施。

3.4 適時(shí)播種

菊芋選擇壟作種植，土壤墑情好時(shí)播種深度宜淺，15～20cm即可，墑情差時(shí)應(yīng)深播20～25cm，沙地播種25～30cm。播種時(shí)期分為春秋兩季，一般選擇秋季播種，可以保溫保水。不同地區(qū)由于氣候、菊芋品種等的不同，播種時(shí)期有差異，華北地區(qū)一般在3月上中旬播種，長(zhǎng)江以南可以在3月下旬4月上旬。菊芋主要以塊莖繁殖，除此之外還有種子繁殖、扦插繁殖和組織培養(yǎng)[23]。播種時(shí)選擇合適大小的種薯，一般種芋質(zhì)量20～30g時(shí)菊芋產(chǎn)量達(dá)到最大[24]。對(duì)于較大的種薯，可以切成小塊后播種，但是要保證每塊至少有1個(gè)健康的芽眼，切塊時(shí)要對(duì)切刀進(jìn)行消毒，切塊后用0.8%高錳酸鉀溶液浸種或用草木灰拌種。

3.5 播種密度

表2 不同土壤肥力下菊芋的種植密度

合理密植對(duì)菊芋獲得高產(chǎn)有重要的作用，肖桂龍等[25]通過(guò)3年大規(guī)模種植菊芋總結(jié)出不同土壤肥力下菊芋的種植密度，具體見(jiàn)表2。

3.6 田間管理

①中耕除草 菊芋播種30天左右即出苗，苗期需進(jìn)行除草。當(dāng)株高5～10cm時(shí)進(jìn)行第一次除草，主要目的是壯苗；15cm左右時(shí)第二次除草，拔除菊芋側(cè)枝和余蘗，使養(yǎng)分集中供應(yīng)主苗。當(dāng)莖葉高30cm以上時(shí)，菊芋能夠自控雜草的生長(zhǎng)，不需要除草，較高雜草拔掉即可。

②打頂除蕾 如果菊芋生長(zhǎng)過(guò)于茂盛，在株高60cm時(shí)摘心打頂，防止徒長(zhǎng)。7月中旬打偏杈，8月下旬隨時(shí)摘除花蕾，一般10天2次，有利于塊莖膨大和充實(shí)。

③澆水灌溉 菊芋雖然耐旱，但是幼苗期和現(xiàn)蕾開(kāi)花期這2個(gè)關(guān)鍵時(shí)期不能缺水。苗期缺水時(shí)植株生長(zhǎng)緩慢，現(xiàn)蕾開(kāi)花期缺水時(shí)影響地上部同化產(chǎn)物向地下部運(yùn)輸和積累，從而影響塊莖的膨大。如遇長(zhǎng)期干旱，葉片發(fā)黃發(fā)蔫時(shí)也需要及時(shí)補(bǔ)充水分，但不宜澆太多，以防爛根。

④培土 當(dāng)菊芋株高30cm時(shí)應(yīng)培土，以防遭遇惡劣天氣時(shí)植株歪倒，并挖溝排水，以防土壤濕漬導(dǎo)致植株發(fā)病。

⑤追肥 菊芋生長(zhǎng)期需肥量大，除基肥外，還需要追肥2次。第一次在5月中下旬，施尿素150kg/hm2左右，促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)，多發(fā)新枝葉；第二次在8月上中旬，施復(fù)合肥或者硫酸鉀150～225kg/hm2，促進(jìn)植株健壯和塊莖膨大，增強(qiáng)抗倒伏能力，促使光合產(chǎn)物向塊莖部位運(yùn)輸、積累。

⑥病蟲(chóng)害防治 菊芋生長(zhǎng)過(guò)程中很少有病蟲(chóng)害，但也要細(xì)心管理，如發(fā)現(xiàn)病害則需及時(shí)處理，地下害蟲(chóng)如蠐螬、金針蟲(chóng)、地老虎等，也可每667m2用50%辛硫磷100～200g拌土5kg撒施，之后翻入土中。

3.7 收獲貯藏

菊芋收獲期在10～11月，收獲時(shí)選擇晴天或無(wú)雨天氣，先收地上部分后收地下塊莖，挖時(shí)要小心，防止損傷塊莖。菊芋貯藏時(shí)，在秋季挖淺窖，長(zhǎng)寬依塊莖數(shù)量而定，窖中放一層塊莖隨即覆一層土，保持濕度和良好的通氣狀況，最上面用土封好，大約高出地面17cm。如果第二年春季要用菊芋，可以在秋季割去莖稈留下塊莖，待第二年春季時(shí)早些取出。

4 展望

菊芋作為能源植物，生長(zhǎng)速度快，抗逆性強(qiáng)，田間管理粗放簡(jiǎn)單，種植條件廣泛，還能夠改善生態(tài)環(huán)境，是一種具有藥用、食用和工業(yè)原料的經(jīng)濟(jì)作物。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于菊芋的研究主要集中在生長(zhǎng)條件和利用現(xiàn)代生物技術(shù)深加工兩方面。雖然對(duì)菊芋的某些部分如塊莖進(jìn)行了多種用途的研究[26]，但是缺乏對(duì)其他部位如秸稈的研究，所以今后我們要致力于菊芋整體功能的研究，發(fā)揮其最大生產(chǎn)功能。