徐雷，胡引娣，劉常麗，徐建中，郭蘭萍

（1.中國中醫(yī)科學院中藥資源中心，中國中醫(yī)科學院博士后科研流動站，北京 100700；2.湖北中醫(yī)藥大學藥學院，湖北 武漢 430065；3.湖北衛(wèi)爾康現(xiàn)代中藥有限公司，湖北 黃岡 438000）

茯苓為多孔菌科真菌茯苓[Poria cocos(Schw.)Wolf]的干燥菌核，具有利水滲濕、健脾及寧心之功效[1]，是臨床應用最為廣泛的中藥之一，始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，為歷版《中華人民共和國藥典》所收載。我國茯苓藥材主要源自人工栽培，湖北、安徽接壤的大別山區(qū)為茯苓主產(chǎn)區(qū)之一。茯苓適宜栽培于海拔600～1 000m松林地，以背風向陽、坡度10～35°、pH 5～6、含砂量60%～70%的沙質(zhì)壤土為宜。茯苓忌連作，同一栽培場連年種植往往出現(xiàn)茯苓喙扁蝽、白蟻等蟲害、菌絲體褐變、結(jié)苓率下降、菌核質(zhì)地松軟及產(chǎn)量下降等連作障礙現(xiàn)象[2]。同一栽培場所，一般須間隔2～3年以上才能再次種植茯苓，嚴重制約了道地產(chǎn)區(qū)茯苓產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

中藥材栽培過程中連作障礙問題普遍存在，研究表明約70%的根及地下莖類中藥材存在較嚴重的連作障礙[3]。連作障礙產(chǎn)生因素十分復雜，主要包括土壤、植物及微生物3個方面，其中土壤理化性質(zhì)改變，土壤酶活性降低是連作障礙發(fā)生的重要原因[4]。因此，本研究分別以仿擬茯苓野生生境于松樹林栽培的“林藥仿生栽培”（以下簡稱仿生栽培）、林緣地表種植1年生淺根系草本農(nóng)作物、地下種植茯苓的“糧藥立體栽培”（以下簡稱立體栽培）和在傳統(tǒng)農(nóng)作物大田種植的“農(nóng)田單作栽培”（以下簡稱單作栽培）3種模式的茯苓栽培窖場土壤為研究對象，對茯苓栽培前、采收后以及土地不耕不種進行休閑的第1年和第2年共4個時期的土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性進行動態(tài)研究，以探明茯苓栽培不同時期土壤生態(tài)環(huán)境的變化規(guī)律，為解析茯苓連作障礙及合理間隔年限種植提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

仿生栽培、立體栽培和單作栽培3種模式均以成年馬尾松段木為培養(yǎng)料，采取段木栽培方式和相同的田間管理技術。試驗地位于湖北省羅田縣九資河鎮(zhèn)。其中仿生栽培為松樹林下環(huán)境栽培；立體栽培為林緣荒地表層種植芝麻、地下栽培茯苓；單作栽培是在種植農(nóng)作物的大田栽培茯苓。

1.2 土樣采集

分別于仿生栽培、立體栽培和單作栽培3種模式的茯苓栽培之前、采收之后、休閑1年、休閑2年4個時期進行土樣采集。按“S”型5點隨機取樣法，采取10～20 cm深土層土樣，重復取樣3次，自然風干、去雜，備用。采集樣品一部分用于測定土壤理化性質(zhì)；另一部分置于冰箱低溫保存，用于測定土壤酶活性。

1.3 土壤理化性質(zhì)分析

取過20目篩的風干土樣，采用電位法測定土壤pH。取過80目篩的風干土樣，采用灼燒法測定土壤有機質(zhì)含量。

1.4 土壤酶活性分析

蔗糖酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法，活性以恒溫培養(yǎng)24 h每克土樣中產(chǎn)生的葡萄糖的質(zhì)量來表示（mg/g）；纖維素酶采用硝基水楊酸比色法測定，活性以培養(yǎng)72 h每10 g土樣中產(chǎn)生的葡萄糖的質(zhì)量來表示（mg/10g）；脲酶采用苯酚鈉比色法，活性以培養(yǎng)24 h每克土樣中產(chǎn)生的NH3-N質(zhì)量來表示（mg/g）；多酚氧化酶采用鄰苯三酚比色法，其酶活性以培養(yǎng)2 h每克土樣中產(chǎn)生的沒食子酸質(zhì)量來表示（mg/g）[5]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用WPS Excel 2013和IBMSPSS（20.0版）軟件進行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同栽培模式茯苓窖場土壤理化性質(zhì)變化研究

2.1.1 土壤pH變化 酸堿性是土壤重要化學性質(zhì)，常以pH表示，自然狀態(tài)下，土壤pH變化過程十分緩慢，變化一個單位需經(jīng)歷漫長時間。植物在土壤中生長，伴隨著兩者互作關系的持續(xù)，會對土壤pH產(chǎn)生不同程度影響。3種栽培模式茯苓栽培土壤pH變化見圖1，栽培茯苓后土壤pH均不同程度降低，其中仿生栽培、單作栽培土壤pH顯著降低（P＜0.05），單作栽培的土壤酸堿度由酸性轉(zhuǎn)變?yōu)閺娝嵝?，立體栽培土壤pH下降不顯著（P＞0.05）。此后，土壤兩年休閑期間，仿生栽培、立體栽培土壤pH變化趨于穩(wěn)定，其中仿生栽培pH逐漸升高，休閑1年和休閑2年的土壤pH分別為6.20、6.23與栽培之前土壤pH 6.44無顯著差異（P＞0.05），單作栽培土壤pH仍然呈現(xiàn)較大幅度波動變化。

圖1 不同栽培模式茯苓窖場土壤pH的動態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of soil pH under different cultivation modes of P.cocos

2.1.2 土壤有機質(zhì)變化 不同模式茯苓栽培前后土壤有機質(zhì)（SOM）變化規(guī)律見圖2，立體栽培、仿生栽培、單作栽培SOM含量變化趨勢一致，均表現(xiàn)為栽培后SOM含量大幅度增加，增幅分別為27.3%、57.5%和38.5%，此后逐漸下降，休閑2年后立體栽培、仿生栽培SOM仍低于栽培前水平，單作栽培恢復至栽培前水平。

圖2不同栽培模式茯苓窖場土壤有機質(zhì)的動態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of different cultivation modes on soil organic matter of P.cocos

2.2 不同栽培模式茯苓窖場土壤酶活性變化研究

土壤酶參與生物和土壤間的物質(zhì)循環(huán)與能量轉(zhuǎn)化，反映了土壤所處的狀況，且對外界因素引起的土壤內(nèi)部變化較敏感，被認為是土壤生態(tài)系統(tǒng)變化的預警和敏感指標，其活性高低也是土壤質(zhì)量水平的重要表征[6]。

2.2.1 土壤蔗糖酶活性變化 蔗糖酶的酶促作用產(chǎn)物葡萄糖，是植物和微生物的重要營養(yǎng)源，直接關系到作物的生長。不同栽培模式不同時期茯苓栽培土壤蔗糖酶活性變化見圖3，茯苓栽培后蔗糖酶活性不同程度發(fā)生改變，仿生栽培、立體栽培土壤蔗糖酶活性均增強，其中仿生栽培蔗糖酶活性略增，立體栽培土壤蔗糖酶活性顯著增強（P＜0.05），由0.285 mg/g增至0.339 mg/g，此后土壤休閑期間蔗糖酶活性均持續(xù)下降；單作栽培土壤蔗糖酶活性不斷下降，由0.560 mg/g降至0.367 mg/g。3種模式休閑2年后，土壤蔗糖酶活性均顯著低于栽培前水平（P＜0.05）。

圖3 不同栽培模式茯苓窖場土壤蔗糖酶活性的動態(tài)變化Fig.3 Dynamic changes of different cultivation modes on soil invertase activity of P.cocos

2.2.2 土壤纖維素酶活性變化 纖維素酶是茯苓菌絲體胞外酶的重要組成部分，也是茯苓降解松樹纖維素的重要酶類，因此在茯苓營養(yǎng)過程中具有重要作用。不同栽培模式不同時期茯苓土壤纖維素酶活性變化見圖4，仿生栽培、立體栽培土壤纖維素酶活性變化規(guī)律較相似，采收后呈現(xiàn)增加趨勢，休閑1年開始下降，休閑2年土壤纖維素酶活性又大幅上升，增幅分別為67.2%，36.6%。單作栽培采收后土壤纖維素酶活性呈緩慢增加趨勢，休閑1年后開始下降，休閑2年降幅達32.7%。

圖4 不同栽培模式茯苓窖場土壤纖維素酶活性的動態(tài)變化Fig.4 Dynamic changes of different cultivation modes on soil cellulase activity of P.cocos

2.2.3 土壤脲酶活性變化 脲酶是土壤中氮轉(zhuǎn)化的關鍵酶，與土壤生物地球化學循環(huán)中的氮循環(huán)密切相關。不同栽培模式不同時期茯苓土壤脲酶活性變化見圖5，仿生栽培、立體栽培土壤脲酶活性變化規(guī)律較相似，在栽培茯苓后活性猛增，增幅分別達4.5倍和1.7倍。土壤休閑期間，休閑1年兩者土壤脲酶活性又大幅下降，降幅分別為91.2%和79.2%，休閑2年土壤脲酶活性又小幅上升，增幅分別為36.2%和50.0%。單作栽培后土壤脲酶活性下降42.6%，休閑1年繼續(xù)小幅下降后趨于穩(wěn)定。3種模式休閑2年后，土壤脲酶活性均顯著低于栽培前水平（P＜0.05）。

圖5 不同栽培模式茯苓窖場土壤脲酶活性的動態(tài)變化Fig.5 Dynamic changes of different cultivation modes on soil urease activity of P.cocos

2.2.4 土壤多酚氧化酶活性變化 土壤多酚氧化酶是一種氧化還原酶，能把土壤中芳香族化合物氧化成醌，完成土壤芳香族化合物循環(huán)，促進土壤有機碳的累積。不同栽培模式不同時期茯苓土壤多酚氧化酶活性變化見圖6，3種模式均表現(xiàn)為先下降后升高。其中仿生栽培后多酚氧化酶活性略降，然后逐漸升高，休閑2年增至11.628 mg/g。立體栽培至休閑1年期間多酚氧化酶活性呈持續(xù)下降趨勢，休閑2年活性顯著增強，增幅達58.8%，增至14.972 mg/g。單作栽培后多酚氧化酶活性首先大幅下降，休閑期間活性逐年增加，休閑1、2年分別升高至9.533 mg/g和11.923 mg/g。

圖6 不同栽培模式茯苓窖場土壤多酚氧化酶活性的動態(tài)變化Fig.6 Dynamic changes of different cultivation modes on soil polyphenol oxidase activity of P.cocos

3 討論與結(jié)論

土壤酸堿度的動態(tài)變化對土壤微生物、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、元素遷移、植物生長等其他土壤環(huán)境因子均產(chǎn)生重要影響[7]，土壤酸化會導致土壤陽離子養(yǎng)分加速流失，是土壤退化的重要標志之一[8]。目前，在人參[9]、三七[10]等多種藥用植物中，均出現(xiàn)栽培后土壤酸化及板結(jié)加劇，被認為是導致其連作障礙發(fā)生的重要原因之一。余世金等亦研究發(fā)現(xiàn)，茯苓栽培后土壤pH明顯下降[11]。本研究中，栽培之前土壤本底pH均位于5.5～6.5之間，酸堿度為酸性適宜于茯苓生長，不同模式栽培茯苓后，出現(xiàn)土壤酸化加劇，單作栽培甚至變?yōu)閺娝嵝?，仿生栽培、立體栽培兩種模式植物群體更為多樣，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為復雜，維持穩(wěn)態(tài)能力更強，栽培后雖有一定程度降低，但休閑1年pH即企穩(wěn)回升，仿生栽培土壤pH更是恢復至栽培前水平，表明仿生栽培模式系統(tǒng)更為穩(wěn)定，受到茯苓栽培引起的土壤酸化通過自調(diào)控一年即可恢復到原初狀態(tài)。

SOM是土壤中的各種含碳有機化合物，主要源自于各種動、植物殘體，微生物及其分解和合成的各種有機物質(zhì)，是體現(xiàn)土壤肥力的重要指標。SOM的流失會引起土壤生態(tài)系統(tǒng)功能降低，并影響土壤的健康水平。茯苓屬于木腐型真菌，其主要通過菌絲體分泌胞外酶降解松樹的纖維素和半纖維素，進而加以吸收利用，提供其營養(yǎng)所需，而非源自光合作用或土壤。對于茯苓而言，其栽培土壤的主要作用不是提供營養(yǎng)功能，而是起到調(diào)控溫度、水分和空氣等功能。茯苓栽培引起SOM上升，表明茯苓生長過程中菌絲體大量降解松木形成的含碳有機物除滿足生產(chǎn)所需外，尚有未被利用的有機物釋放到土壤中，進而引起SOM含量增加，在土壤休閑期間這部分增加的SOM又被土壤中的其他生物利用或是流失，因此SOM含量進而下降，同時由于茯苓營養(yǎng)主要源自松木，SOM應不是導致茯苓不耐連作的原因。

土壤酶作為土壤系統(tǒng)的重要組成部分，對土壤的管理利用方式和養(yǎng)分特征高度敏感。因此，土壤酶活性對指示土壤健康程度和合理耕作制度具有重要作用[12]。本研究中，茯苓不同模式栽培土壤酶活性響應呈現(xiàn)多樣性，蔗糖酶活性方面，仿生栽培、立體栽培兩種模式先增強后減弱，單作栽培蔗糖酶活性不斷下降，休閑2年3種模式土壤蔗糖酶仍低于栽培前水平。纖維素酶活性方面，3種模式均隨時間推移而寬幅波動，休閑2年后仿生栽培、立體栽培活性增強，單作栽培活性減弱。脲酶活性方面，仿生栽培、立體栽培活性先增強后減弱，單作栽培活性持續(xù)下降。多酚氧化酶活性3種模式均呈現(xiàn)先下降后增強趨勢。其中茯苓單作栽培前后土壤酶活性變化特征與楊祺等[13]對茯苓代料栽培研究的結(jié)果吻合。近年來研究表明，半夏、當歸、薯蕷和地黃等多數(shù)藥用植物栽培后均對土壤酶活性產(chǎn)生影響，部分土壤酶表現(xiàn)為升高，多數(shù)土壤酶活性降低，其中土壤酶活性降低被認為是藥用植物連作障礙產(chǎn)生的原因之一[14]。研究發(fā)現(xiàn)由復合植物群體構(gòu)成的仿生栽培和立體栽培兩種模式土壤酶活性呈現(xiàn)出相似的變化規(guī)律，而與單作栽培差異較大，并且在休閑2年后纖維素酶、多酚氧化酶即恢復至高于栽培前水平，表現(xiàn)出更強的土壤酶活性恢復能力。因此，在茯苓生產(chǎn)過程中，在維護松林生態(tài)功能的前提下，禁用化肥和化學農(nóng)藥等影響藥材品質(zhì)或污染環(huán)境的生產(chǎn)要素，遵循中藥生態(tài)農(nóng)業(yè)理論，采用仿生栽培、立體栽培等復合性栽培模式，保持土壤生態(tài)平衡和生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，是實現(xiàn)茯苓生態(tài)種植的有效途徑[15]。