人参栽培种植体系及研究策略

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[摘要] 人参是“百草之王”，在中医药发展中有着重要的地位和作用。该文对中国及世界各地人参种植的发展进行了概述，分析了土壤、气候等生态因子对人参分布的影响，探讨了主流人参种植模式（伐林栽参、农田栽参、野生抚育等）的特点。针对目前人参种植中存在的主要问题，提出了保障人参产业可持续发展的研究策略：大力发展农田栽参模式，开展人参无公害种植及连作障碍机制研究，利用现代生物技术选育适宜农田生态环境的人参品种。

[关键词] 栽培种植模式;生态适应性;无公害种植;农田栽参

Cropping system and research strategies in Panax ginseng

SHEN Liang， XU Jiang， DONG Lin-lin， LI Xi-wen， CHEN Shi-lin*

（Institute of Chinese Materia Medica， China Academy of Chinese Medicinal Sciences，

Beijing 100700， China）

[Abstract] Panax ginseng is the king of herbs and plays important roles in the traditional Chinese medicine industry. In this paper， we summarized the development of ginseng cultivation in China and other main countries， analyzed the effects of ecological factors of soil and climate on ginseng distribution， and investigated the characteristic of main cultivation patterns （conversion of forest to cultivate ginseng soils， cultivated ginseng in the farmland and wild nursery）. Aimed at the serious issues in the cultivation， research strategies have been provided to guarantee the sustainable development of the ginseng industry. The patterns of cultivated ginseng in the farmland should be strive to develop; pollution-free cultivation and studies of continuous cropping obstacles should be carried out; ginseng varieties suited to ecological environment of farmland should be bred using modern biotechnology.

[Key words] cultivation pattern; ecological adaptability; pollution-free cultivation; cultivated ginseng in the farmland

doi：10.4268/cjcmm20151708

人参Panax ginseng C. A. Mey. 为五加科Araliaceae人参属Panax多年生宿根性草本植物，是第三纪北半球温带大陆孑遗植物，距今已有6 000多万年的历史[1]。人参号称“百草之王”，是驰名中外的珍贵药材，有着4 000多年的应用历史[2]。据《神农本草经》记载，人参具有“补五脏、定魂魄、止惊悸、除邪气、明目、开心益智”的功效，久服轻身延年[3-4]。现代医学研究与临床实践证明：人参对中枢神经系统、心血管系统、消化系统、内分泌系统以及生殖系统的疾病都有较好的治疗作用[5-7]。全球范围内，人参资源主要分布在北纬33°―48°，包括中国、俄罗斯、朝鲜、韩国和日本等地区[8]。在中国，人参主要分布在吉林、辽宁、黑龙江等省，河北、山西、陕西、内蒙古等省也有种植或引种[9-10]。随着野生人参过度采挖及其生境的破坏，其资源已极度濒危。人参的生产模式主要为“伐林栽参”，这种种植模式给森林资源和生态环境造成了沉重负担。自1998年来，国家对伐林栽参用地审批越来越严，可供使用的林地面积不断减少[11]。大力发展非林地栽参（农田栽参、野生抚育）势在必行[12]。本文对人参种植历史及生境适应性特征进行了汇总，分析了人参种植模式的异同，并针对当前人参种植中存在的问题提出解决策略。

1 人参种植历史发展现状分析

人参主要分布在亚洲东部，其人工种植始于中国，15世纪后陆续传入韩国、朝鲜及日本，前苏联在20世纪初也开始了人工栽培研究。目前，东北亚各国均有自己的人参种植产业。

1.1 中国人参种植历史的发展概述 历史上，中国野生人参的两大主产区包括：以上党郡紫团山地区（山东、山西、河北）为代表的中原产区和以辽东地区（吉林、辽宁、黑龙江）为代表的东北产区。东汉许慎《说文解字》中有“人参药草出上党”，此为人参产地的最早记录[13]，上党现为山西省长治市的太行山区。目前，太行山区的野生人参已经绝迹，这可能与太行山地区大量伐林开荒以及辽、金、元、明等朝代建都北京所需的建筑用材及燃料取自太行山脉和燕山山脉有关[14]。东北产区的野生人参资源处于濒危状态，仅在中国长白山地区零星分布[15]。野生人参现已被《国家重点保护野生药用动植物名录》列为一类保护植物[16]。中国在东晋时期逐步开展了野生人参变家种，距今有1 600余年的种植历史[17]，大规模开展人参种植始于清朝中期，清政府为了防止其“祖宗肇迹兴王之所”受损以及保护东北地区生产的皇室贵族所需要的人参资源，在东北地区建造了“柳条边”管制区，禁止普通群众前往长白山地区私自采挖野生人参，从而促使长白山地区兴起了人参野生变家种的栽培活动[18]。

20世纪50年代，中国人参的种植面积较小，随着人参种植技术研究的不断深入，1966年达到了几千亩，到1979年已经超过3.6万亩[18]。20世纪80年代初，家庭联产责任承包制给参农带来了可观收益，促进了参农种参的积极性，人参种植产业化不断发展[19]，人参价格逐渐走高，1983年吉林省五年生鲜参的收购价格曾达到50～60元/kg;由于效益显著，导致广大药农盲目扩大种植规模，最终出现了供过于求的局面，致使人参价格及种植面积在1984，1996，2000，2006年经历了4次较大的下跌，严重打击了参农种植人参的积极性（表1）[11]。随着政府对人参产业的宏观调控和市场化不断规范，2014年的鲜参价格达到了160元/kg，是2008年人参价格的10倍[20-24]。2012年9月卫生部出台《新资源食品管理办法》，人参纳入药食两用名单，扩大了人参应用范围[25]。

多年来过度无序的伐林栽参，不仅破坏了植被，还造成了水土流失和环境恶化[15]。国务院在1998年制定并实施了退耕还林的产业政策，明令禁止随意伐林栽参，25度以上的坡地必须退耕还林。这些政策促使中国人参种植面积从2000年至2014年呈现不断下降的趋势，人参产量也在不断下降，但以2004年至2007年间降幅最大[20-23]（表1）。因此，传统的伐林栽参模式已经成为制约人参产业可持续发展的瓶颈，新型的人参种植模式迫在眉睫。

1.2 世界各国人参种植的发展 世界范围内，韩国、朝鲜、日本及俄罗斯均有人参种植的记载（表2）[26-28]。统计表明韩国人参种植的规模仅次于中国，其产量约占世界人参总产量的17%^[29]。从时间上看，韩国和朝鲜的人参种植历史可以追溯到公元16世纪^[30];18世纪初人参栽培技术传入日本;俄罗斯人参种植的时间较晚，20世纪初才开始人参引

表1 2000―2014年人参种植面积、产量和鲜参价格统计

种试验研究，直到1950年前后才试种成功并推广^[31]。从药材名称看，中国人参药材种类最多，有普通参、石柱参及边条参等^[32-33];韩国和朝鲜的人参统称为高丽参，这与它们历史上同属于高丽国有关;日本人参又称东洋参，俄罗斯人参为俄国人参。从种植品种看，中国培育出的人参品种至少有12个，主要包括“大马牙”、“二马牙”、“康美一号”、“圆膀圆芦”、“长脖”等，其中“康美一号”为首个非林地人参种植新品种^[32，34-37];韩国培育的人参品种至少有10个，包括“天丰”、“年丰”及“高丰”等，其选育的品种均适于农田种植[30，38];日本培育的人参品种有“御牧”及“米玛基”等，其中“御牧”外观性状较好，但其产量偏低^[31，39];朝鲜培育出的新品种有“紫茎1号”等^[40]。从产区看，中国人参主要分布在吉林、辽宁和黑龙江以及云南和山西的部分地区;韩国人参主要分布在锦山、扶余、忠南、庆北等地^[41];日本人参主要分布于本州的长野、福岛、岛根三县及北海道4个产区;朝鲜人参主要分布在全罗南道、开城、两江道、慈江道、忠清道及平安北道等地区;俄罗斯早期的人参产区主要为远东的乌苏里江地区，特别是位于伊曼河和乌拉河等流域的原始森林，后在莫斯科近郊、高加索及杰别尔金自然保护区也建立了人参种植场[42-43]。

2 人参生态适应性特征分析

人参生长发育受环境因素影响较大，在不同环境条件下，人参形态结构、生理、生化等特征均存在差异。影响人参质量和产量的环境因素包括土壤因子和气候因子等。

2.1 土壤地理因子对人参分布的影响 土壤是人参生长发育的物质基础，其理化性质直接影响人参的生长^[44]。目前，人参的栽培用地主要有林地、农田和老参地（表3）^[18，45]等类

型。林地土壤具有土层深厚、有机质含量高（7%～16%）、疏松透气、排水与保水性强以及微量元素含量较高等特点，且土壤类型以棕壤和暗棕壤为主。该类型土壤多分布在针阔叶混交林下，由花岗岩、玄武岩等母质经多年风化残积及植物残枝落叶混合形成，适宜人参生长。农田土与林地土相比，有机质含量低（≤3%），土壤肥力较差，农田土壤因经多年人工耕作，也存在土壤微生物结构失衡等问题^{[46-47， 26]}。老参地具有土壤容重大、总孔隙度小、小于0.01 mm的物理性粘粒多、土壤酸化、腐殖质含量少、存在病原微生物多及人参自毒物质积累等问题[48-50]。

表3 人参用地土壤理化性质差异的比较

Table 3 Comparison of physical and chemical characteristic in soils of Panax ginseng

土壤指标类型容重/g・cm-3结构孔隙度气相度容水量有机质无机元素pH

林地参地土壤 暗棕色森林土、白浆土，土壤含有石粒和碎块0.6～0.8 疏松透气，大于0.01 mm的颗粒占60%，对温度变化及旱涝缓冲性好65%～80% 30%～50%，三相比例适中，气象部分稍多50%～80% 7%～16%，枯枝落叶堆积，有机质含量高 各种元素含量较为丰富，微量元素含量高 微酸性或近中性土壤

农田参地土壤 黑色及褐色农田土等，以壤土和沙土为主1.0～1.5 易板结，小于0.01 mm的物理粘粒接近50%，对温度变化及旱涝的缓冲性差55%～65% 10%～15%，三相比例失调，固相部分较多50%～60% 1%～3%，化肥施入量过多，有机质含量较低 磷元素含量高，过量施入磷酸二铵，其他元素含量较低 以酸性土壤为主，pH偏低

老参地土壤 黑色及褐色农田土等，以壤土为主1.1～1.6 易板结，小于0.01 mm的物理粘粒占50%以上，对温度变化及旱涝缓冲性差50%～60% 10%～15%，三相比例失调，气象部分减少，固相增加50%～60% 小于3%，因种植人参消耗，有机质含量低 因种植人参消耗，土壤中各种元素含量均有所降低 以酸性土壤为主，pH偏低

2.2 气候生态因子对人参的影响 影响人参生长的生态因子包括水分、温度和光照等（表4）。土壤水分与人参长势、增重和病害关系极大，含水量高于60%时容易导致人参烂根，病害大量发生;水分低于30%时，则导致人参浆气不足，产量和质量下降^[51-52]。Lee等研究表明人参幼苗的根重、优良参苗数量与苗床土的水分含量呈显著正相关^[53]。

人参喜阴凉，不耐高温（表4）^[54-55]。研究表明16～18 ℃适宜根系生长，20 ℃左右适宜地上植株生长，当温度高于30 ℃或低于10 ℃时，人参进入休眠状态^[56-57]。因此，在盛夏季节需要采用覆盖畦面、调节土壤水分、控光等措施进行降温处理。人参耐寒性较强，除晚秋和早春的“缓阳冻”及“倒春寒”期间容易发生低温冻害外，其他时期很少发生冻害，人参在-40 ℃的严寒中也可安全越冬^[58]。

人参喜漫射光和散射光，忌强光直射。每天10时到15时之间的光照过强^[59-60]，在强光直射下人参易得“日灼病”。因此，种植人参时需要搭设阴棚遮光，其郁闭度在0.7～0.9较好^[61-62]。研究表明不同光质对人参生长也存在差别，绿色薄膜下的光质可以促进人参茎叶生长，黄膜下的光质则有利于人参皂苷积累^[18，63]。另外，姚男等研究表明林下参的光能利用率很低，通过人为清林透光等方法，增加林内散射光的强度可以有效增加林下参产量^[64]。

3 人参种植模式分析

当前人参种植主要包括伐林栽参、农田栽参和野生抚育3种模式。

3.1 伐林栽参模式 伐林栽参是指砍伐原始森林或次生林地种植人参的生产方式，是人参目前最主要的生产方式。通常林地上的树种以柞树、榛树和椴树较好，桦树等阔叶林次之，上述树种叶片大，地面落叶层厚，在长期的相互作用下，促使土壤中腐殖质丰富、疏松透气，适于人参生长。林地土壤以富含腐殖质的森林灰化土及保水保肥的活黄土较好。所用林地坡度不应太大，以5°～15°为宜。其人参通常四至六年采收，生产模式主要有直播4～6年或采用“三三制”或“二四制”移栽模式（表5）。林下栽参的优点是土质好，栽培技术成熟，病虫害少，产量高，但伐林栽参对生态环境的破坏性较大。

3.2 农田栽参模式 农田栽参即通过适当土壤改良，在农田地进行人参种植。农田栽参可以缓解参、林争地矛盾、保护林下生态、防止水土流失，便于集约化经营。农田种参一般采用“三三制”，“二四制”的四至六年生种植模式。除中国外，韩国、日本及朝鲜等国均具备了完善的农田栽参、参粮轮作配套技术。目前，韩国主要采用土壤调节剂和有机肥进行土壤改良，采用农田栽参与玉米、水稻轮作的模式进行人参种植，其人参一般为5～6年采收。日本一般施入五氯硝基苯粉剂及氯化苦等杀虫、杀菌剂加速土壤改良速度^[65]，其人参种植方式主要有直播法和移栽法2种模式^[66-68]。朝鲜人参以农田栽参为主，其土壤主要含有质地疏松、透水和保存养分较好的花岗岩母质，生产上普遍采用“一五制”种植法，即育苗1年，移栽5年后收获^[69-71]（表5）。

表5 不同人参种植模式的比较

Table 5 Comparison of cultivated area and cultivation model of Panax ginseng in China

种植模式种植方法主要应用地区优点缺点

伐林栽参 直播或移栽，“三三制”、“二四制”，四至六年生种植模式中国等栽培技术成熟，病虫害少，产量较高破坏生态环境和自然林地资源

农田栽参 直播或移栽，“三三制”、“二四制”，四至六年生种植模式中国、韩国和日本等 土地资源丰富，不与林争地，便于机械化和水利化管理 人力和物力成本较高，病虫害较严重

野生抚育直播或移栽，10～20年收获中国等 生态保护与生产有机结合，仿野生种植，产品市场价值高生产周期长、产量低

3.3 野生抚育模式 人参野生抚育也称林下栽参，是采用山参的“小捻子”或“籽海”仿野山参生长环境种植人参的生产方式，通常10～20年采收，所产人参具有野山参的特征。人参野生抚育不用砍伐树木及遮阴处理，不仅保护了森林资源和生态环境，还避免了人工种植造成的水土流失，缓解了参、林争地的矛盾，还节省了人力和遮阴材料成本。通常野生抚育以柞树、椴树等阔叶树林地为佳，郁闭度在0.5～0.9为宜，针阔混交林亦可;坡向以南偏西或南偏东为佳;土壤疏松、肥沃，土层在10 cm以上者较好。根据山形地势以及树木分布状态的不同，林下栽参可分半野生种植和作畦种植2种方法。半野生种植适于坡度较大、面积较小的林地，但该方法管理不便，人参生长缓慢，产量低;作畦种植产量较高，便于管理，但人力和物力成本相对较高^{[50， 72-74]}。

3.4 人参不同种植模式下的比较分析 伐林栽参是中国目前人参生产的主要方式，由于该植模式主要以砍伐森林进行人参栽培为主，而且参地还存在连作障碍等问题，因此，不仅破坏了生态环境，还难以继续开展后续种植。野生抚育因其进行仿野生种植，不需伐林，成为目前提倡的生态产业模式，但其产量较低，难以满足市场对人参产量需求。与伐林栽参和野生抚育相比，农田栽参可以利用的土地资源较多，而且不用破坏森林资源，具有显著的可持续发展优势。中国农田栽参始于1958年，但进展缓慢，至今仍未能解决育苗难、出苗差、保苗率低、病害较重、产量不稳、农药残留超标等问题^[75]。在品种选育、土壤改良、配方施肥、调光、农药合理施用等关键技术上有待完善和成熟^[76-77]。

4 人参种植研究方向与策略

4.1 大力发展农田栽参模式 现存可供种植的林地资源已不足以支撑传统的伐林栽参需求，而老参地再利用尚未有实质性突破，参地资源紧缺和连作障碍已经成为阻遏中国人参产业发展的主要瓶颈。在国家提倡生态文明的大背景下，新型参地资源的开发利用势在必行。农田栽参是当前可行的替代方案，该模式不仅不破坏森林资源，而且还可以进行参粮轮作，实现土地资源的永续利用。促进人参产业可持续发展。但目前中国农田栽参技术还不成熟，规范化的农田栽参标准也亟待制定。

4.2 开展人参无公害种植 随着生态环境的恶化，农药和化肥的不合理使用，人参无公害种植是农田栽参的必然选择。中药材无公害种植近年来发展迅速，并在多种药材上使用，取得了阶段性成果。尽管人参尚未全面开展无公害种植，但已在产地适宜性区划^[7]、资源遥感监测^[78]、野生抚育^[79]等方面开展了基础研究并取得了一定成效。为了确保生产无污染、高产量、高品质和安全有效的人参药材，急需加强人参无公害种植关键技术的研究并制定标准化的操作流程。其中主要包括建立科学的田间管理规范，采取合理有效的种植技术，使用腐熟的农家肥，适当减少化肥的使用量，使用高效低毒的农药;实行统一购肥、购药制度;大力推广人参病虫害的生物防治，制定绿色生产责任制;组织技术培训及定期或不定期生产检查等;制定选苗、种植环节的标准化流程等，最终实现人参的无公害种植。

4.3 开展人参连作障碍机理研究 连作障碍是一个长期困扰人参产业稳定发展的世界性难题，是人参-土壤生态系统内诸多因素综合作用的结果^[80-81]。目前，人参连作障碍的产生机制仍不清楚，只有明确了人参连作障碍的产生机制才能够有效的指导农田栽参及老参地再利用。人参种植过程中土壤理化性质劣化，微生物群落改变，病原微生物增加等因素均可以导致参地的不可持续利用^[82]。土壤消毒、合理施肥及轮作等措施可以有效的缓解人参的连作障碍。借鉴国外农田栽参的土壤处理方法，结合国内农田栽参的经验，重点开展农田土壤改良是人参农田栽参的关键所在^[83]。此外，开发出对环境安全、人畜友好型的生物肥料和新型菌剂及农药也是保障人参种植产业可持续发展的重点环节^[84-85]。

4.4 开展人参新品种培育研究 选育适宜农田生态环境的人参品种。人参作为中药材大品种，目前选育的品种较少，而且大部分人参品种适宜于林地环境种植，难以适应农田种植环境。“康美一号”是唯一的一个农田人参品种，但尚未有大规模种植的报道。现在生产上使用的“大马牙”、“二马牙”、“圆膀圆芦”、“长脖”等人参品种，大都是针对某些农艺指标或化学成分选育得来，其综合抗逆性在农田种植中的效果并不显著，而且其遗传背景不清、种质较为混杂^[86]。为促进农田栽参产业的快速发展，选育适合农田种植的抗逆性新品种是当前迫切需要解决的问题。因此，借鉴国外农田人参品种的培育经验，加快农田栽参新品种的选育是中国人参种植产业的当务之急。

运用生物技术加快人参育种进程。传统的杂交育种是从后代中筛选出优异的基因进行杂交繁殖。其特点是不需要了解物种性状形成的机制，直接对性状进行选择。由于受环境因素影响较大，在短时间内难以选择到控制优良性状的基因，因此，育成1个品种至少需要几十年的时间。从长远发展考虑，人参育种必须走高科技、高产出、高效益的发展之路。人参生长周期长且种植技术复杂，常规遗传方法研究人参种质十分困难，快速简便的分子生物学方法引入尤显重要。分子标记育种是当今作物育种的发展方向，对人参选种育种大有裨益^[87]。人参形态标记数量有限且在生长3年后才能利用，而分子标记则可以选择后当年使用，可大大缩短育种周期^[88]。此外，成熟的组织培养技术也可以提供大量均一的无毒人参种苗，这为人参新品种推广提供支持^[89]。

基因组育种是利用高通量测序技术对群体进行研究，定位到控制某个目标性状的基因，然后通过序列辅助筛选或者转基因的方法来选育新的品种。挖掘功能基因是基因组育种时代的主要目标，这种育种方法不仅准确性比较高，而且育种时间会大大缩短^[90]。转录组测序是获得目标基因的有效手段，在前期的工作中，陈士林等利用新一代高通量测序技术对人参根的进行了转录组测序，获得约3.1万条独立基因，发现了几乎全部的参与人参皂苷骨架合成的酶基因，并发掘出数百个可能参与皂苷骨架修饰的潜在基因^[91]。而不同人参根、茎、叶和花的转录组数据表明，不同组织中基因的表达模式不同，预测223条参与人参皂苷骨架合成的酶基因，获得的1.8万条独立基因中有1.3万条为简单重复序列，这些数据为高皂苷含量的人参新品种的选育提供标记和参考^[92]。

利用人参种质资源并结合高通量的数据，可以做到以下几点：①筛选与人参抗病虫害、抗逆境胁迫等重要性状和品质性状紧密连锁的分子标记，利用该标记可以加快辅助育种。②为获得具有优良性状的目的基因，利用化学诱变和物理诱变技术创造突变材料，采用上述分子标记培育具有优良性状的人参新品种。③采用现代生物技术与常规育种相结合的方法，培育符合市场需求具有优良性状的人参杂交新品种，从而加速农田栽参新品种的推广。

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