吳 燦，葉 辰，張俊星，龔加壽，李天堯，楊 敏，王海寧，朱書生

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)，農(nóng)業(yè)生物多樣性與病蟲害控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南生物資源保護(hù)與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650201；2.云南大學(xué) 資源植物研究院，云南 昆明 650504)

三七[Panax notoginseng]為五加科(Araliaceae)人參屬(Panax)多年生草本植物，以干燥的根及根莖入藥，具有活血化瘀和消腫定痛等功效[1]。三七是一種道地名貴中藥材，在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的中醫(yī)和西醫(yī)領(lǐng)域都具有重要影響。傳統(tǒng)農(nóng)田三七種植方式導(dǎo)致三七連作障礙問題突出，嚴(yán)重影響三七的產(chǎn)量和品質(zhì)[2]；生產(chǎn)過程中農(nóng)藥的過度使用不僅沒有減輕連作障礙，反而導(dǎo)致農(nóng)藥殘留問題[3]。占用農(nóng)田資源、化肥農(nóng)藥施用和種植成本等因素制約著三七的產(chǎn)量與品質(zhì)。生境作為生物居住的地方或生物生活的生態(tài)地理環(huán)境，由生物和非生物因子綜合形成，對生物的生長起到至關(guān)重要的作用[4]。林下生境具有豐富的生物多樣性及相對穩(wěn)定的微環(huán)境，充分利用林地資源，遵循藥材自身生長發(fā)育規(guī)律，讓三七回歸山野林中，解決連作障礙占用農(nóng)田，利用農(nóng)業(yè)生物多樣性原理減少病蟲害，生產(chǎn)過程中不施用化肥農(nóng)藥，避免農(nóng)藥殘留，保證三七藥材品質(zhì)，從源頭上提升三七的質(zhì)量和安全，是實(shí)現(xiàn)三七可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

三七生境的非生物因子主要包括溫度、光照、水分和土壤，生物因子主要包括微生物、植物和動物等[4]。三七的人工種植已有400 多年的歷史，但對其生境的深入研究卻不多。20 世紀(jì)50 年代，周永泰[5]對文山當(dāng)?shù)厝叩姆N植分布、生物學(xué)特性、氣候和土壤環(huán)境等進(jìn)行了早期研究；姚建等[6]認(rèn)為：三七生長適宜海拔在1 000～2 000 m，最適宜海拔為1 400～1 800 m。在透光率方面，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為一年生三七的適宜透光率為自然光照的8%～12%，二年生三七為12%～15%，三年生三七為15%～20%，但對最適范圍的劃分有一定分歧[4]。近年來，有學(xué)者對三七林下種植進(jìn)行了積極探索。GONG 等[7]分別在湖南的核桃、杉木、葡萄和獼猴桃林下進(jìn)行三七栽培試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)核桃林地更適宜三七生長；姜成厚等[8]認(rèn)為梧州低海拔林下種植三七具有可行性，可在廣西低海拔地區(qū)推廣。目前，林下三七種植率先在云南省普洱市瀾滄縣進(jìn)行推廣，并在全省多個州市進(jìn)行推廣。據(jù)統(tǒng)計，云南省林地面積約為2 827 萬hm2，滿足三七種植的林地近66 萬hm2，普洱市滿足三七種植條件的林地面積約67 000 hm2，是全省適宜開展林下三七種植的最集中區(qū)域。截至2019 年，普洱市林下三七種植面積已經(jīng)接近667 hm2[9]。未來林下三七的種植將向著產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，相關(guān)研究顯得尤為重要。

大量研究發(fā)現(xiàn)：傳統(tǒng)農(nóng)田生產(chǎn)中海拔、光照和坡度等生境的變化可引起三七生長和品質(zhì)的變化[4]，但林下種植作為一個正在興起的生態(tài)種植模式，其生境差異對三七生長和品質(zhì)存在的影響鮮有報道。適宜三七種植的樹林多分布于山區(qū)，不同樹林朝向和坡度等微環(huán)境與三七生長和品質(zhì)形成的關(guān)系研究也尚未開展。為此，本研究在云南省普洱市瀾滄縣竹塘鄉(xiāng)海拔1 510 和1 890 m 的思茅松林地，選擇不同朝向和透光率的林下環(huán)境進(jìn)行三七種植試驗(yàn)，實(shí)時監(jiān)測土壤和大氣狀況(包括溫度、濕度和光照等)，調(diào)查三七出苗率和存苗率，測定三七各項品質(zhì)指標(biāo)，比較不同林下生長環(huán)境對三七生長和品質(zhì)的影響，為林下三七生態(tài)種植過程中林地的選擇提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料和地點(diǎn)

供試三七種子和一年生三七種苗購自云南省文山市三七交易市場。

林下種植地位于云南省普洱市瀾滄縣竹塘鄉(xiāng)李召梁子(海拔1 510 m，N22°40′33″，E99°50′47″)和高風(fēng)刮(海拔1 890 m，N22°41′38″，E99°52′17″)思茅松林地，其林地土壤的基本理化性狀見表1。

表1 林地土壤的基本理化性狀Tab.1 Basic physical and chemical properties of forest soil

1.2 試驗(yàn)方法

各試驗(yàn)地的設(shè)置和管理：每個試驗(yàn)小區(qū)長15 m×寬1.4 m，三七種植的株行距為15 cm×15 cm。每個小區(qū)為1 個重復(fù)，每個試驗(yàn)處理設(shè)3 個重復(fù)。試驗(yàn)地用2 m 寬的鐵絲網(wǎng)包圍防止外部因素的破壞，每周對試驗(yàn)地進(jìn)行1 次除草。5 月雨季來臨之前，每個小區(qū)搭建1.4 m 高的拱形避雨棚以減少三七病害的發(fā)生。

1.2.1 林地海拔對三七生長及品質(zhì)的影響

選擇李召梁子和高風(fēng)刮2 處不同海拔的林地，于2017 年12 月移栽一年生三七種苗。在不同海拔的種植地設(shè)置藍(lán)牙—戶外溫濕度記錄器(HOBE MX2301A，北京北方大河儀器儀表有限公司)實(shí)時監(jiān)測大氣溫度，并分別設(shè)置1 臺HOBO Micro Station (HOBO H21-US，美國)監(jiān)測土壤溫度和土壤濕度。2018 年年底匯總?cè)瓴煌０蔚臏囟群蜐穸葦?shù)據(jù)，計算種植地全年和三七不同生長階段(萌芽期：12 月—次年4 月、展葉期：4—5 月、生長期：5—12 月)的平均氣溫、土壤平均溫度和土壤平均濕度，其中生長期的土壤平均濕度由于避雨的原因不再監(jiān)測。2018 年4 月調(diào)查三七出苗率，7 月調(diào)查三七存苗率。2018 年年底取樣測定三七生物量和皂苷含量，比較分析林地不同海拔對三七生長和品質(zhì)的影響。

1.2.2 林地朝向?qū)θ呱L及品質(zhì)的影響

在李召梁子林下種植點(diǎn)，根據(jù)日照情況設(shè)置陽坡及陰坡2 個朝向，于2017 年12 月移栽一年生三七種苗，在不同朝向的種植地設(shè)置藍(lán)牙—戶外溫濕度記錄器實(shí)時監(jiān)測大氣溫度。2018 年年底匯總?cè)瓴煌虻臏囟葦?shù)據(jù)，計算種植地全年以及三七不同生長階段(同1.2.1 節(jié))的平均氣溫。2018 年4 月調(diào)查三七出苗率，7 月調(diào)查三七存苗率。2018 年年底取樣測定生物量和皂苷含量，比較分析林地不同朝向?qū)θ呱L和品質(zhì)的影響。

1.2.3 林下透光率對三七品質(zhì)的影響

在李召梁子和高風(fēng)刮2 個林下種植點(diǎn)，于10：00—14：00 光照最強(qiáng)時選擇不同光照區(qū)域用照度計(MAVOLUX 5032B/C BASE，高美測儀有限公司)測定其光照強(qiáng)度值，并根據(jù)光照強(qiáng)度劃分透光率，具體為：≤10%透光率(光照強(qiáng)度≤10 000 lx)、＞10%～25%透光率(10 000 lx＜光照強(qiáng)度≤25 000 lx)、＞25%～40%透光率(25 000 lx＜光照強(qiáng)度≤40 000 lx)、＞40%透光率(光照強(qiáng)度＞40 000 lx)，研究不同透光率對林下三七生長及品質(zhì)的影響。2018 年7 月，用葉綠素測定儀(MHY-25751，北京美華儀科技有限公司)測定不同光照強(qiáng)度處理小區(qū)內(nèi)三七葉綠素含量，分析比較葉綠素含量與透光率的關(guān)系。2018 年年底取樣回實(shí)驗(yàn)室測生物量和皂苷含量，比較分析不同透光率下三七的生物量和皂苷含量差異。

1.2.4 三七干質(zhì)量測定

參考寸竹等[10]的測定方法，將取回實(shí)驗(yàn)室的樣品洗凈后把地上及地下部分開，于105 ℃殺青1 h 后，置于60 ℃烘箱烘干至恒質(zhì)量后稱量干質(zhì)量。

1.2.5 三七皂苷含量測定

標(biāo)準(zhǔn)品溶液的制備：稱取三七皂苷R1、人參皂苷Rb1、人參皂苷Rd、人參皂苷Re 和人參皂苷Rg1標(biāo)準(zhǔn)品適量，用甲醇溶解并定容、混勻，制得0、5、25、50、100、200 和500 mg/L 的標(biāo)液，4 ℃保存，備用。

三七主根皂苷溶液的制備：參考《中國藥典》(2015)關(guān)于三七皂苷含量測定的方法，將三七地下部分洗凈后烘干剝離須根，將主根打粉磨細(xì)，過40 目篩。精密稱取0.20 g 置于15 mL 離心管中，加入15 mL 70%的甲醇水溶液，超聲30 min，吸取上清液2 mL，過0.22 μm 的過濾器后裝入樣品瓶，制得供試樣品的溶液。

含量測定：使用色譜柱(Infinitylab poroshell 120 EC-C18 4.6 mm×150 mm)在HPLC-30A 高效液相色譜儀(日本島津有限公司)上對樣品皂苷含量進(jìn)行檢測，流動相由乙腈(A)和水(B)組成，梯度洗脫程序如表2 所示，流速1.0 mL/min，檢測波長203 nm，柱溫30 ℃，進(jìn)樣體積10 μL；采用外標(biāo)法分別對樣品中R1、Rb1、Rd、Re 和Rg15 種皂苷含量進(jìn)行計算，對總皂苷含量進(jìn)行分析。

表2 HPLC 測定的皂苷梯度洗脫條件Tab.2 Ginsenoside gradient elution conditions of HPLC determination

1.2.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示，并采用Microsoft Excel 2016 和SPSS 18.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，不同處理間的方差分析運(yùn)用ANOVA 進(jìn)行，兩組處理間的方差分析運(yùn)用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 林地海拔對三七生長及品質(zhì)的影響

2.1.1 林地不同海拔氣候的差異

由表3 可知：低海拔種植地全年平均氣溫及三七各個生長階段的平均氣溫都高于高海拔種植地，其土壤平均溫度也呈同樣的規(guī)律。低海拔種植地的全年土壤平均濕度、萌芽期和展葉期的土壤平均濕度均低于高海拔種植地。

表3 不同海拔種植地氣象差異Tab.3 Climate differences in the planting area at different altitudes

2.1.2 林地不同海拔三七的生長差異

由表4 可知：低海拔種植地的三七出苗率極顯著高于高海拔種植地，高海拔種植地的存苗率、干質(zhì)量與低海拔差異不明顯，說明低海拔種植地更有利于三七出苗。

表4 不同海拔種植地三七的出苗率、存苗率及單株干質(zhì)量Tab.4 The emergence rate,survival rate and dry weight per plant of P.notoginseng at different altitudes

2.1.3 林地海拔對三七皂苷含量的影響

由表5 可知：低海拔種植地總皂苷含量顯著高于高海拔種植地(P＜0.05)。除了皂苷Rb1的含量是低海拔種植地低于高海拔種植地外，其余4 種皂苷的含量均是低海拔種植地高于高海拔種植地，但是均沒有顯著性差異。說明低海拔種植地更有利于三七總皂苷的積累，高海拔種植地有利于Rb1皂苷的積累。

表5 不同海拔種植地三七主要5 種皂苷的含量Tab.5 The contents of five main ginsenosides of P.notoginseng at different altitudes w/(mg·g-1)

2.2 林地朝向?qū)θ呱L及品質(zhì)的影響

2.2.1 林地不同朝向溫度的差異

由表6 可知：陽坡種植地的全年平均氣溫為17.93 ℃，比陰坡的全年平均氣溫(16.67 ℃)高1.27 ℃，且在三七不同生長階段陽坡的平均氣溫高于陰坡。

表6 不同朝向種植地的溫度Tab.6 The temperature of the planting area in different orientations

2.2.2 林地不同朝向三七的生長差異

由表7 可知：陽坡種植地的三七出苗率、存苗率、地上部單株干質(zhì)量及地下部單株干質(zhì)量均高于陰坡，但無顯著差異，說明陽坡種植地更有利于三七生物量的積累，陽坡較陰坡的三七生長得好。

表7 不同朝向種植地三七的出苗率、存苗率及單株干質(zhì)量Tab.7 The emergence rate,survival rate and dry weight per plant of P.notoginseng in different orientations

2.2.3 林地朝向?qū)θ咴碥蘸康挠绊?/p>

由表8 可知：除了Rd 皂苷的含量是陽坡種植地低于陰坡外，其余4 種皂苷的含量均是陽坡高，但無顯著差異，而且陽坡種植地的皂苷總含量也高于陰坡，說明陽坡種植地更有利于三七總皂苷的積累，陰坡種植地有利于Rd 皂苷的積累。

表8 不同朝向種植地的三七主要5 種皂苷的含量Tab.8 The contents of five main ginsenosides of P.notoginseng in different orientations w/(mg·g-1)

2.3 林地透光率對三七品質(zhì)的影響

2.3.1 林地透光率對三七葉片葉綠素含量的影響

由圖1 可知：光照強(qiáng)度低于10 000 lx 時，一年生三七種苗葉片的葉綠素含量高。隨著光照強(qiáng)度的增加，葉綠素的含量顯著減少(R2=0.740 8)。說明透光率對一年生三七種苗葉片的葉綠素含量影響比較大，低透光率更有利于一年生三七種苗葉片的葉綠素合成，透光率高則不利于三七種苗葉片葉綠素的合成。此外，隨著光照強(qiáng)度的逐漸增加，二年生三七葉片葉綠素的含量極顯著減少(R2=0.616 7)。說明高透光率對二年生三七葉片葉綠素的合成有抑制作用，在低透光率條件下有利于葉綠素合成。

圖1 光照強(qiáng)度對三七葉綠素含量的影響)Fig.1 Effects of light intensities on chlorophyll content of P.notoginseng

2.3.2 林地不同透光率下三七干質(zhì)量的差異

由圖2 可知：不同的林間透光率條件下一年生三七種苗地上部分干質(zhì)量無顯著差異，透光率≤10%更有利于一年生三七種苗地下部分的生長；透光率＞10%～25%時，二年生三七的地上部分和地下部分干質(zhì)量都顯著高于透光率≤10%和＞25%～40%的，說明二年生三七的最適宜透光率在＞10%～25%范圍。

圖2 林地透光率對三七干質(zhì)量的影響)Fig.2 Effect of woodland light transmittance on the dry weight of P.notoginseng

2.3.3 林地透光率對三七皂苷含量的影響

由圖3a 可知：林間透光率在＞25%～40%之間種植的一年生三七種苗總皂苷含量高于其他透光率的皂苷含量。除R1皂苷含量是＞10%～25%透光率顯著高于其他透光率外，其余4 種皂苷含量均是＞25%～40%透光率高于其他透光率。說明當(dāng)透光率過高和過低時，都不利于一年生種苗皂苷含量的積累。由圖3b 可知：透光率在＞10%～25%的二年生三七的總皂苷含量高于透光率在≤10%(P＜0.05)和＞25%～40%的皂苷含量，各透光率條件下Re 皂苷含量無顯著差異。說明在＞10%～25%的透光率下有利于二年生三七皂苷的積累。

圖3 林地透光率對三七皂苷含量的影響)Fig.3 Effect of woodland light transmittance on the ginsenoside content of P.notoginseng

3 討論

三七起源于森林植被下層的陰生植物，對光照、溫度和水等生長環(huán)境要求嚴(yán)苛。農(nóng)田人工搭建遮陰篷的種植模式很難模擬三七生長的原生狀態(tài)。林下三七種植是三七回歸山林、提升品質(zhì)的有效措施。本研究表明：林下種植過程中坡向、海拔和光照環(huán)境的差異均會對三七生長和品質(zhì)產(chǎn)生影響。

林地海拔影響三七生長和品質(zhì)。海拔差異不僅對氣溫有重要影響，同時還對土壤溫度和濕度等因子有影響。本研究表明：低海拔種植的三七出苗率極顯著高于高海拔種植的出苗率，這可能是在適宜的溫濕度范圍內(nèi)，適當(dāng)升溫增濕，使休眠期縮短，有利于三七的出苗。羅群等[11]認(rèn)為：三七生長發(fā)育期要求比較濕潤的環(huán)境，植株的正常生長要求保持25%～40%的土壤水分；三七出苗期最適宜氣溫20～25 ℃，土壤溫度10～15 ℃；三七在生育期最適宜的氣溫是20～25 ℃，土壤溫度15～20 ℃。張琴等[12]的MaxEnt 預(yù)測結(jié)果表明：隨著海拔增加，三七的存在概率也不斷增加，當(dāng)海拔達(dá)到1 100 m 時，三七的存在概率達(dá)到0.5，當(dāng)海拔為1 500 m 時，存在概率最大，之后隨著海拔增加，存在概率反而下降。除Rb1皂苷以外，其余4 種皂苷的含量以及總皂苷含量都是低海拔種植地高于高海拔種植地，這可能是低海拔種植地全年土壤平均濕度高于高海拔種植地導(dǎo)致的。而高海拔種植地的皂苷Rb1含量高于低海拔地區(qū)，推測認(rèn)為適當(dāng)?shù)乃置{迫可能有利于Rb1皂苷的積累，趙宏光等[13]也認(rèn)為人參皂苷Rb1含量隨著土壤水分含量的增加呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢。本研究僅設(shè)置2 個海拔條件，海拔因素對三七生長及品質(zhì)的影響還需設(shè)置多個海拔種植點(diǎn)進(jìn)一步研究。

林地朝向影響三七生長和品質(zhì)。坡向是影響太陽輻射和降水空間重新分布的重要地形因子，同時它改變了土壤中水分和養(yǎng)分的分布，導(dǎo)致不同坡向的水、肥、氣、熱等基本生境條件的差異[14]。本研究表明：陽坡種植能提高林下三七的出苗率、存苗率和干質(zhì)量。在皂苷含量上，陽坡種植也較陰坡種植有優(yōu)勢，具體來說就是總皂苷含量和其中的4 種主要皂苷含量更高(除了Rd 皂苷)。推測認(rèn)為這可能與陽坡種植地的全年大氣均溫及各生長期大氣均溫高于陰坡有關(guān)，陽坡更高的溫度可能更有利于三七生長及總皂苷的積累。周潤澤等[15]認(rèn)為：10、15 和20 ℃條件下，20 ℃主根皂苷含量積累最高，說明一定溫度范圍內(nèi)，溫度越高三七的皂苷含量積累越多。但不同坡向?qū)е碌娜呱L和品質(zhì)的差異，光照和水分等環(huán)境因素也不容忽略。坡向與三七生長及品質(zhì)關(guān)系的研究目前尚少，但人參屬其他植物的研究相對較多。汪本龍[16]認(rèn)為：陰坡更加適合林下西洋參的生長，陽坡和陰坡下西洋參的地上部干質(zhì)量差異不顯著，地下部干質(zhì)量陰坡顯著高于陽坡；坡向?qū)ξ餮髤⒉煌碥盏挠绊懸哺鞑幌嗤?。阮曉佳等[17]認(rèn)為：不同坡向林下參單體皂苷不同，陽坡林下參單體皂苷Rb2和Rb3含量最高，陰坡林下參單體皂苷Rh2含量最高，可能與溫度和光照等環(huán)境條件有關(guān)。由于三七與其他人參屬植物的生長環(huán)境存在很大差異，因此，不同坡向引起微環(huán)境因素變化導(dǎo)致的林地朝向?qū)θ呱L和品質(zhì)的影響還有待于進(jìn)一步深入研究。

林下光照強(qiáng)度變化影響三七生長和品質(zhì)。光作為重要的生態(tài)因子，首先影響作物地上部分的生長發(fā)育，繼而調(diào)節(jié)根系生長發(fā)育和功能。次生代謝物與植物的生長發(fā)育及其對環(huán)境的適應(yīng)密切相關(guān)，光照強(qiáng)度不僅影響陰生植物正常的生長發(fā)育，還影響其次生代謝過程與次生代謝物的積累和轉(zhuǎn)化[10]。三七喜陰，忌強(qiáng)光直射，喜斜射或散射光，是一種光敏感植物。光照強(qiáng)度是影響三七皂苷含量的主導(dǎo)生態(tài)因子，長日照而低光強(qiáng)有利于優(yōu)質(zhì)三七的形成。本研究表明：低光照強(qiáng)度有利于三七葉綠素的形成?？镫p便等[18]認(rèn)為：低光照條件下三七葉片的光合色素含量增加，有利于三七植株在低光照環(huán)境中捕獲更多的光能進(jìn)行光合作用，從而增加碳收獲量和干物質(zhì)的積累。透光率≤10%有利于三七種苗干質(zhì)量的積累。二年生三七的干質(zhì)量隨透光率的升高先增加后降低，且透光率在＞10%～25%之間的干質(zhì)量高于其他透光率。三七是喜陰作物，其生長需要一定的光照條件，但是光照太強(qiáng)時會引起光合活性的降低，光合速率降低，使三七的生長受到抑制，從而不利于三七干質(zhì)量的積累。有研究表明：10%左右的透光率應(yīng)是三七生產(chǎn)中首選的生長環(huán)境光照強(qiáng)度[19]，林地的郁閉度(森林中喬木樹冠遮蔽地面的程度)在0.8 以上適宜林下三七栽培[20]，一年生三七對光照的要求為自然光照的8%～12%，二年生三七對光照的要求通常為12%～15%[11]。一年生三七種苗的總皂苷含量在透光率＞25%～40%時達(dá)到最高；隨著林間透光率的升高，一年生三七種苗和二年生三七的總皂苷含量先增加后降低，透光率在＞10%～25%之間時，二年生三七的總皂苷含量達(dá)到最高。有研究表明：三七地下部分總皂苷含量隨光照強(qiáng)度的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，當(dāng)透光率為16%時，其地下部分皂苷含量達(dá)到最大值，干質(zhì)量積累也較多[21]；皂苷含量隨光照增加而先增后減，自然光照的20%～30%是三七對光照的要求[22]。

4 結(jié)論

思茅松林地海拔、朝向和透光率的差異均會影響三七的生長和品質(zhì)的形成。海拔1 510 m 的思茅松林地有利于二年生三七的出苗及總皂苷的積累，海拔1 890 m 有利于二年生三七存苗及干質(zhì)量的積累；陽坡思茅松林地適宜二年生三七的生長和皂苷的積累；三七在不同的生長階段對透光率的要求不同，透光率為＞10%～25%之間的思茅松林下更適宜二年生三七生長和皂苷的積累，透光率低于10%適宜一年生三七種苗的生長，透光率為＞25%～40%適宜一年生三七種苗皂苷的積累。二年生三七適宜生長在海拔約1 510 m、朝向?yàn)殛柶?、透光率?0%～25%的思茅松林地，但相關(guān)的影響機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。