土壤因子对怀山药品质影响的研究进展

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　　[摘要]通过查阅相关文献资料，综述了土壤环境对怀山药品质影响的相关研究进展，从土壤的物理性质、化学性质、生物活性等方面叙述了土壤因子对于怀山药生长、品质、产量的影响，并提出了对今后研究的建议和展望。通过综述得出结论：土壤质地结构直接影响怀山药品质，土壤水分会对怀山药生长发育和品质造成影响，土壤微量元素对于怀山药品质影响较小，土壤生物活性与怀山药品质之间的关系研究尚未深入。今后研究重点可放在对生态因子与怀山药品质之间的关系进行定量研究，尽早建立完整的怀山药理论体系模型，为精细规划种植区、进行风险评估等提供科学依据。
　　[关键词]怀山药;土壤因子;怀山药生长;怀山药品质
　　[中图分类号]S567.239 [文献标识码]A
　　山药指薯蓣科植物薯蓣Dioscotea opposita Thunb的多年生缠绕草质藤本，药用部位为根茎，是我国的传统中药材。怀山药是著名的“四大怀药”之一，以古怀庆府（今河南省焦作市境内）所产山药品质最佳，道地性最高。怀山药品质上乘，在国内外医学界广受好评，备受推崇。现代农业研究表明怀山药含有丰富的总多糖、氨基酸、皂苷、尿囊素等成分，补脾养胃，生津益肺，具有抗肿瘤、降血脂、降血糖等药理作用。前人对怀山药的研究多集中在栽培技术、成分提取、药理作用等方面，在生态因子对其品质影响方面的研究比较少。随着人们对养生保健的逐渐重视，怀山药的市场需求量也逐渐增大，但由于怀山药的农业地域性较强，对气候和土壤等生态环境有独特的要求，因此盲目引种将会导致怀山药品质下降，药效不佳，如何建立积极的自动化监管网络，扩大其种植规模，建立系统的数据资料库成为怀山药发展的核心问题。本文对土壤因子与怀山药的生长发育、药效品质的关系进行了综述，并对其今后的研究进行了展望。
　　1 土壤物理性质对怀山药品质的影响
　　对怀山药生长发育研究较多的土壤物理属性包括土壤质地结构、孔性、含水量等，土壤物理性质是土壤的基本属性，影响着土壤的水分、肥力、通气等状况，是移栽培育怀山药的考量依据之一。
　　1.1 土壤质地、结构对怀山药品质的影响
　　怀山药主要产自河南省焦作市温县、武陟县及其周边等地区，根据周小果对怀山药生长土壤的的研究，怀山药栽植区主要土属为壤质褐土化潮土，其中4个面积较大的土种为砂壤土、小两合、褐土化两合土和淤土。砂壤土土层较厚，表层以砂壤为主，47cm以下以轻壤为主，有块状结构，适合长期耕作活动但不保水、易干旱，導致怀山药品质不佳、产量低。小两合土砂粘比例适宜，耕作层主要为轻壤质地，有块状结构，通透性好且易耕种，所产怀山药个大条长但药效低。褐土化两合土表面质地为中壤，有团粒结构，排水条件良好，所产怀山药个大且药效好。淤土粘重，不适宜栽植怀山药。吴克宁等认为通体中壤的两合土，孔隙疏松，砂粘比例适中，所产怀山药品质优良。小两合和底砂两合土在表层以及60cm处的砂土层会导致水肥流失。淤土不耐耕作，土壤表层经常板结，山药根系不易下扎，造成根系畸形。胡斌等人通过实验分析得出适合怀山药生长的土壤的物理粘粒含量应该适中，粘度处于14.3%～36.9%最好，土壤应以团粒结构为主，透性良好。由于怀山药的药用部分主要为块根，王天亮等人认为应在土壤深厚、水肥保持能力强、排水灌溉条件良好的两合土、砂壤土上栽培种植较适宜，土壤过于粘重不利于怀山药大规模种植。
　　1.2 土壤水分状况对怀山药品质的影响
　　土壤水分可通过影响土壤通气性、细胞膨压、植物的光合性能和营养物质的运输以及分配等过程直接或间接地影响着植物根系的生长发育。土壤水分长期过少会影响怀山药的生长，使幼苗难以长出，土壤水分长期过多会导致山药根系腐烂。根据马莹对温县怀山药土壤理化性质分析的实验研究，怀山药种植区的平均含水量为14.33%。而根据张新刚等人进行的大量实验研究，栽植怀山药的土壤重量含水量维持在15%～18%最为适宜，若超过25%就会引起根系腐烂。胡斌等人通过实验分析则认为土壤含水量为20%为宜。
　　2 土壤化学特性对怀山药品质的影响
　　2.1 土壤养分对怀山药品质的影响
　　当中药材生长所需的营养元素缺乏或不足时，会通过影响植物的根系营养及生理代谢活动的进行从而影响植物的生长发育和药效品质。人工栽植时施用微量或大量元素肥料可促进中药材生长，提高药物中某种成分的含量，进而增强药材品质。根据吴克宁等人的研究，怀山药产区土壤中Ca、Mg含量丰富，速效P、速效K含量较高，但整体来看怀山药产区土壤肥力较低，其道地性是由综合因素决定的。根据胡斌等人的实验，怀山药产区土壤耕层的元素特点是有效钾和有效磷含量较丰、有机质和有效氮含量较少，怀山药的根块膨大期时对磷钾元素需求量最大，因此在种植时要适宜施肥以及时补充所需元素。据报道，怀山药产区土壤表面Zn、Pb元素的含量丰富，重金属污染主要来源为Cu、Zn，虽未超过我国土壤环境质量标准中规定的二级标准，土壤未受到严重污染，但应引起重视。金属元素Cu、Zn在怀山药中的含量分别占国家粮食限量标准的83.6%和86.6%，富集程度大，已接近标准限定值。周小果通过实验研究发现由于氮元素和锰元素参与了光合作用中水的光解反应，因此怀山药水分与土壤中的氮元素、有效锰的含量呈负相关，钙元素能降低原生质体的水合力，因此怀山药水分与土壤中的交换性钙含量呈正相关，怀山药多糖含量与土壤中有效硼、有效铜的含量呈正相关，可能是由于有效硼能促进糖类向根部转移，而蛋白质含量与土壤中钴元素的含量呈正相关，可能是因为钴元素与某种蛋白质的生物合成有关。
　　2.2 土壤酸碱度情况对怀山药品质的影响
　　土壤酸碱度为各种化学反应提供合适的环境条件，对土壤肥力、营养物质的转化运输都有重要影响。适宜的PH值有利于药材对土壤中离子的吸收，为怀山药生长发育提供充分的矿质营养，提高土壤养分的利用率。怀山药产区土壤的PH值相差不大，变化范围在7.5～8.5，普遍偏碱性，较适宜种植。 　　3 土壤生物活性对怀山药品质的影响
　　土壤中酶和微生物活性的高低在一定程度上可以表示土壤和植物根际物质代谢活动的强度，也是对土壤生态系统是否发育成熟和系统资源可否高效持续利用的一种反映指标。在药用植物的生长过程中，一些次生代谢产物（如黄酮、萜类、酚酸类等）很容易从植物根部进入土壤，从而使根际土壤的理化性质改变，导致根际微生态环境变化。根据乔卿梅等人的研究结果，根际土壤中真菌、细菌、放线菌的数量随着怀山药的生长明显增加，其中真菌数量增长速度最快，而细菌数量占比最大，这可能是怀山药连作障碍较怀地黄小的原因，土壤与植物根际的酚酸物质含量与微生物的数量呈显著正相关，表明微生物可减少酚酸物质对怀山药生长的抑制。马莹通过研究认为，随着山药连作年限的增加，土壤中微生物种类和数量发生显著变化，细菌所占比例明显上升，且可培养的微生物总量逐渐增加。土壤中过氧化氢酶、蔗糖酶、蛋白酶和多酚氧化酶等的酶活性对土壤肥力水平评价有重要意义，根据乔卿梅等人的研究，过氧化氢酶、多酚氧化酶、蛋白酶的活性随着怀山药生长期的延长呈上升趋势，蔗糖酶、磷酸酶、脲酶活性则呈明显下降。也有报道称，在种植怀山药后土壤中脲酶和过氧化氢酶得活性会显著下降，脲酶活性和细菌数量有极显著的相关性，脲酶、过氧化氢酶活性与放线菌数量的相关性较弱。
　　4 土壤肥料对怀山药品质的影响
　　土壤肥力土壤生物、化学、物理等属性的整体综合反应，是研究植物群落时需注意的重要环境因子。土壤肥力直接影响植物群落的生长发育状态，在土壤局部环境中改变其根系的生长，影响着农业生产的结构、分布和效益等。合理施肥有利于提高土壤肥力，对改善土壤生态微环境和提高作物产量、品质具有重要意义。
　　微生物肥料是富含有微生物的接种剂，一般可含有根瘤菌、固氮菌、AM菌等有益微生物的一种或几种，施用经过选育的微生物肥料有利于改良根际土壤结构、抑制有害菌群的繁殖以及调节作物生长发育等。吕爱英等人进行怀山药田间试验，以常规施肥作为对照，以施用含有不同菌株的6种供试微生物肥料（N5-1N17;N11N17;N13-1K16;K10-2K16;N12K3;P14-2K3）的实验组进行试验，结果表明除N11N17外，其它5种供试微生物肥料均可使怀山药达到良好的增产效果，且可以大大降低其他化肥的使用量。马田田对山药实验组施用BIO生物有机肥后，发现山药根茎腐病病斑长度减少、块茎的长度和鲜重增加、土壤与山药根际的放线菌的数量增加而细菌数量下降，表明生物有機肥料对降低山药根茎腐病发病率、抑制土壤根际有害微生物生长、提高土壤肥力等方面有重要作用。刘永录等通过分子微生态方法得出ZZMZ土壤修复微生物菌剂可对怀山药根际的土壤起到修复作用，一定程度上能缓解怀山药的连作障碍。
　　路翠红等人以铁棍山药（怀山药1号）为材料，连续三年研究无机肥料对怀山药产量影响，研究表明氮肥有利于山药总产量的提高，钾肥有助于山药商品产量的提高，并提出了施肥的最佳配比，即N：P：K为1.00：0.81：2.00时，山药产量质量最高且投资成本最少。根据吴小玲的研究，发现氮肥对山药的影响大于钾肥，而磷肥最小。
　　5 存在问题及展望
　　目前国内对怀山药的研究局限于栽培技术、药理作用、临床引用等方面，而在气候、土壤等生态因子与怀山药品质的关系上虽有定性研究，但缺少定量分析以及连续的理论模型，尚未建立起完整的豫产道地药材理论体系。明确生态因子与怀山药品质之间的定量关系，掌握怀山药生长发育情况随生态要素变化的规律是目前怀山药理论研究的关键重点，为合理引种、扩大养殖、科学生产、规划怀山药栽种区提供理论指导和依据。
　　近年来，国内许多学者都对土壤因子与怀山药品质之间关系进行了研究，但对于怀山药根际土壤微生物种群与土壤酶活性的研究不够深入，较为薄弱，而此方面的研究可能会为突破怀山药连作障碍和病虫害带来新的思路，因此利用现代微生物技术、生物化学技术、分子生态学技术等先进技术调查土壤微生物的数量和结构、研究土壤有益微生物的作用、调控并明确土壤酶活性变化的规律，是深入研究土壤与怀山药品质关系的关键问题。
　　根据近年来我国学者的研究，施用微生物有机肥料有利于植物群落根际土壤微环境的改善、改变种植区土壤结构、调节植物生长发育、抑制有害微生物群的生长，一定程度上可缓解山药的连作障碍，在减少山药锈病的发病机率方面也可作为一种重要的生物防治措施。因此，加强对于适合怀山药施用的微生物有机肥料的研究可作为怀山药增产的一个研究重点。
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