[01110184]四川道地药材半夏产业化连续高产栽培研究与示范

①课题来源与背景 中药材半夏（Pinelliae rhizoma）为天南星科植物半夏（Pinellia ternate （Thunb.） Breit.）的干燥根茎,具有燥湿化痰、除逆止呕、消痞散结、外用消肿止痛等功效（《中国药典》2015版）。目前,全国野生半夏年产量预计约200~300吨,其有限的野生资源难以满足国内国际市场的巨大需求。据实地调查,半夏的连作障碍是制约其规模化发展的唯一因素。我们前期田间试验研究表明,在相同地块相同管理措施下,半夏连种第二年、第三年、第四年、第五年产量分别比第一年下降21.5%、36.7%、55.4%和68.6%,产量降低量达到显著水平,由此表明半夏栽培中存在严重的连作障碍。半夏的连作障碍效应主要表现在发芽率降低、单株出芽数和珠芽数减少、病害发生率升高、单株鲜重增重率下降,从而导致产量下降。 ②研究目的与意义 阐明半夏人工栽培中的连作障碍形成机理及主要影响因素,探索有效消除连作障碍的生物措施,对实现半夏形成稳定的规模化种植基地,提高半夏年产量以缓解巨大的市场需求缺口,具有重要的理论和实践指导意义。 ③主要论点与论据 （1）半夏高产种植模式研究 半夏高产种植关键配套技术包括合理密植、适度遮荫、合适种茎、优化种植采挖模式等技术。本研究从种茎规格、遮荫、覆土深度、播种密度和深度、采挖策略等关键因子出发,较为系统地研究了各因子对半夏产量的影响,得出以下基本结论： 1)在管理措施一致的条件下,以半夏播种密度800粒·m-2、种茎直径为1.0~1.5 cm、播种深度为14 cm的处理获得单位面积最高产量,为3.53 kg·m-2。 2)适当遮荫有利于提高半夏产量,遮光率60%条件下半夏的产量最高,为4.57 kg·m-2。 （2）半夏连作对土壤物理和化学因子的影响研究 1)不同连作茬数下土壤体积质量随着半夏生育期的延长而增大,由1.20~1.30 g·cm-3增大至1.51~1.65 g·cm-3。与一茬土壤相比,二茬及三茬土壤土壤有机质则呈现持续下降的趋势,分别由3.38 g·kg-1和3.68 g kg-1下降至1.11 g·kg-1和0.33 g·kg-1。 2)随着半夏生长周期的延长,一茬和二茬土壤pH呈现出先下降后上升的趋势,三茬土壤pH则先上升后下降。3)随着半夏连作茬数的增加,土壤全氮、碱解氮及全磷呈持续下降趋势,土壤速效磷则呈先升高后下降的趋势,说明在半夏生长后期土壤供氮磷能力不足,可适当追施磷肥;土壤速效钾则持续增加,说明半夏连作可增加土壤供应钾的能力。 （3）土壤微生物因子在半夏连作障碍的作用机制研究 1)子囊菌门在不同连作茬数根际土壤中所占比例随连作茬数的增加而增加,而球囊菌门的所占的比例随重茬次数增多而逐渐减少;球囊菌纲的数量随重茬次数增多逐渐减少; 2)疣微菌门的所占比例随重茬次数增多而减少,而绿弯菌门的所占比例随重茬次数增多而减少;疣微菌纲的比例随重茬次数增多而逐渐减少。 （4）半夏化感作用机理研究 1)利用LC-MS测定鉴定出半夏根际土壤水提液中10种酚酸类物质,包括4-羟基-3-甲氧基苯乙酸、漆树酸、3-甲基水杨酸、4-甲氧基水杨酸、4-羟基-2-甲基苯甲酸、2-羟基-4-（4-羟基苯基）丁酸、3-氨基水杨酸、2-羟基苯乙酸、3-羟基邻氨基苯甲酸、对甲氧基苯甲酸,结合文献分析这10种酚酸类物质可能是半夏连作土壤中存在的化感物质。 2)不同提取浓度的半夏块茎提取液对珠芽发育有显著影响,半夏块茎水提物,半夏乙酸乙酯提取物均呈现出高浓度和低浓度促进发芽,中等浓度抑制发芽的现象,而先用乙酸乙酯提取后用水提物对半夏珠芽萌发势起到高浓度抑制而低浓度促进萌发的作用。 （5）土壤改良剂及微生物菌剂缓解半夏连作障碍的田间效应研究 结合半夏不同生长周期发育特征及产量分析,生物有机肥及草木灰对半夏连作障碍田间效应具有缓解作用。 ④创见与创新 1、综合运用了植物生态学、植物生理学、土壤与植物营养、土壤微生物生态、药用植物资源学、中药学等学科的理论体系与方法,研究半夏连作障碍的形成机理及其主要影响因子,对半夏栽培生产过程中遇到的瓶颈问题进行攻关。 2、采用Illumina Miseq高通量技术揭示半夏不同连作年限下土壤微生物群落结构的组成及动态变化规律,并结合土壤理化性质的变化特征,建立了土壤微生物和土壤理化性质的关联性,揭示土壤物理、化学和生物因子在半夏连作障碍中的作用机制。 3、基于半夏连作障碍形成机理,从改良土壤结构、改善土壤微生物群落结构等角度出发,探索有效缓解半夏连作障碍的土壤改良措施。 ⑤社会经济效益,存在的问题 探索出土壤理化性质和微生物环境在半夏连作中存在的问题,并探索出缓解半夏连作障碍的措施,存在问题有四川丘陵地区春播半夏容易出现根腐病的问题,该地区6-8月份雨水量大,且温度高,高温高湿的气候条件,容易造成半夏患病、且土壤较板结透气性较差,根部容易坏死。在前期实验过程中发现,半夏是喜肥植物,连作过程中肥料的缺失,半夏自身免疫力低下。