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第二节 药用植物现代设施栽培技术
设施农业是指具有一定的设施条件，能在局部范围内改善或创造出适宜的气象环境因素，为动植物的生长发育提供良好的环境条件而进行有效生产的农业。设施栽培是设施农业的一个主要内容，保护地栽培和无土栽培是现代设施栽培技术的集中体现。随着农业设施的不断发展，设施栽培应用的领域越来越广，必将为生产符合GAP标准的药用植物和中药现代化发挥重要作用。
一、 现代设施栽培在药用植物上的应用
(一) 保护地栽培
保护地栽培就是在不适合作物生长发育的条件下，利用保护设施，人为地创造一个适合植株生长发育的环境条件，从事作物生产的一种栽培方式。简易设施、大棚、温室生产是药用植物保护地栽培的主要生产方式之一，尤其在北方地区，由于无霜期短，冬、春季节寒冷，无法从事正常的种植，而大棚、温室等保护地设施在人工控制条件下，使药用植物能正常生长和发育，从而获得显著的经济效益。
1简易设施 简易设施主要包括风障畦、冷床、温床和小拱棚覆盖等形式。其结构简单，容易搭建，具有一定的抗风和提高小范围内气温、土温的作用。如在长白山区北五味子的保护地栽培中，采用简易的畦床和塑料棚覆盖以提高地温，具体是选择向阳、排水良好的砂质土地块，按宽1 m、高40 cm的规格作畦。畦床以塑料棚覆盖，提高地温效果良好。在蒲公英保护地栽培中，前一年8～9月，把野生苗整株挖回，栽植在畦上(畦宽1 m，长10 m)，株距5 cm、行距10 cm，浇透水。第二年3月上旬，用小拱棚进行覆盖，拱高为0.5 m左右，晚间用草苫覆盖，可起到临时保温作用，20 d后可分次采收。
2大棚 大棚是一种利用塑料薄膜或塑料透光板材覆盖的简易不加温的拱型塑料温室。它具有结构简单，建造和拆装方便、一次性投资少、运营费用低的优点，因而在生产上得到越来越普遍的应用。
建大棚时应考虑的主要因素有：① 通风好，但不能在风口上，以免被大风毁坏；② 要有灌溉条件，地下水位较低，以利于及时排水和避免棚内积水；③ 建棚地点应距道路近些，便于日常管理和运输；④ 大棚框架可选用钢管结构、竹木结构或水泥材料，覆盖棚膜时应注意预留通风口，膜的下沿要留有余地，一般不少于30 cm，以便于上下膜之间压紧封牢。
如江西引种库拉索芦荟时，由于其原产于非洲南部，具有耐热耐旱、怕寒忌湿等生态习性，适宜保护地栽培，大棚一般采用拱形棚。棚室管理要注意以下问题：夏季要经常打开大棚的通风口，让棚内外空气对流降温，也可在棚顶覆盖遮阴，如黑塑料网等；冬季为了增加芦荟植株的抗寒能力，应培土保温，减少灌水次数，同时把叶片绑成一束或多束来防霜抗寒。
3温室 温室是一种比较完善的设施栽培形式，除了充分利用太阳光能以外，还用人为加温的方法来提高温室内温度，供冬、春低温寒冷季节栽培。加温温室依覆盖材料的不同分为玻璃温室和塑料温室。我国北方地区加温温室形式多样，在设施栽培育苗和冬季生产中发挥着重要作用。现代化温室是比较完善的保护地生产设施，利用这种生产设施可以人为地创造、控制环境条件，在寒冷的冬天或炎热的夏季进行药用植物生产。目前日光温室主要是以小型化为主的单层面结构。
北京地区枸杞的保护地栽培中，枸杞在高效节能型日光温室中的平畦是南北向，畦面宽约1.5 m，定植行距20 cm，株距15 cm，或株行距均20 cm，开沟定植，定植深度6～7 cm，定植后浇透水，取得了良好的栽培效果。
(二) 无土栽培
无土栽培是一种新型的栽培方式。它是不用自然土壤来栽培植物的一项农业高新技术，因其以人工创造的作物根系环境取代了自然土壤环境，可有效解决自然土壤栽培中难以解决的水分、空气、养分供应的矛盾，使作物根系处于最适宜的环境条件下，从而发挥作物的生长潜力，使植物生长量、生物量得到很大的提高。
利用无土栽培技术进行药用植物生产，可以为药用植物根系生长提供良好的水、肥、气、热等环境条件，避免土壤栽培的连作障碍，节水、节肥、省工，还可以在不适宜于一般农业生产的地方进行药用植物种植，避免土壤污染(生物污染和工业污染)，生产出符合GAP标准的药材。
1840年，德国科学家李比希根据植物体的化学分析结果和关于物质循环的观念提出了植物矿物质营养学说，成为无土栽培的理论基础。1859-1865年，萨克斯和克诺普应用化学分析的方法分析植物体，首次提出了营养元素的10元素学说，以此为依据确定了相应的无机化合物KNO3、Ca(NO3)2、KH2PO4、MgSO4、FeCl3为营养源；同时，他们设计了一种简易的水培植物装置，并加入配置的营养液，探索了水培过程的管理方法，栽培植物获得成功。
无土栽培技术经过长期的发展，形成了各种不同的形式，常用于药材生产的有以下几种形式：营养液培养(水培)技术、砂培技术、有机质培养技术等。水培一次性投资大，用电多，肥料费用较高，营养液的配置与管理要求有一定的专门知识；有机质培养相对投资较低，运行费用低，管理较简单，同时也可生产优质药材。
1栽培基质 栽培基质既有无机基质、有机基质，又有人工合成基质。其中包括砂、石砾、珍珠岩、蛭石、岩棉、泥炭、锯木削、稻壳、多孔陶粒、泡沫塑料、有机废弃物合成基质等。总的说来，栽培基质的基本要求是通气又保湿。
西洋参的无土栽培试验证明，用蛭石和砂作培养基质，按体积1∶1或1∶2混合是较好的无土栽培基质，出苗率和保苗率都较高，1年生也可间苗移栽，从而提高了育苗率，也有利于2年生苗的正常生长，培养液以铵态氮加硝态氮较好，以无土栽培基质培育的西洋参，参根产量和皂苷含量比本地农田栽参略高，商品参质量更佳。另外，无土栽培和农田栽培的西洋参根中所含化学成分种类无明显差异。从不同栽培基质、营养液对西洋参地上部分生长的情况以及西洋参根中总皂甙、氨基酸、微量元素含量测定结果表明，温室无土栽培西洋参与进口美国土壤栽培的西洋参质量基本一致。
药用石槲栽培以锯末为基质，施以由N、P、K等13种元素组成的"斯泰纳"营养液，保持基质湿润，石斛生长良好。自然条件下，石斛喜欢在半阴半阳的生态环境下生长。但在无土栽培的条件下，水分和营养充足，这时强光照却有利于石斛的生长和高产。
无土栽培基质容易引起病菌污染，要注意对其消毒，常用的几种消毒方法有：
(1) 蒸汽消毒。凡有条件的地方，可将待用的栽培基质装入消毒箱。生产上面积较大时，可以堆垛消毒，垛高20 cm左右，长宽根据具体需要而定，全部用防高温、防水蓬布盖上，通水蒸气后，在70～90℃条件下，消毒1 h即可。
(2) 化学药剂消毒。常用的消毒药剂有：
福尔马林(40％甲醛溶液)一般将原液稀释50倍，用喷壶将基质均匀喷湿，覆盖塑料薄膜，经24～26 h后揭膜，再风干2周后使用。
氯化钴氯化钴熏蒸时的适宜温度为15～20℃，消毒前先把基质堆放成高30 cm，长宽根据具体条件而定。在基质上每隔30 cm打一个10～15 cm深的孔，每孔注人氯化钴5 mL，随即将孔堵住。第一层打孔放药后，再在其上面同样地堆上一层基质，打孔放药，总共2～3层，然后盖上塑料薄膜，熏蒸7～10 d后，去掉塑料薄膜，晾7～8 d后即可使用。
(3) 太阳能消毒 。太阳能是近年来在温室栽培中应用较普遍的一种廉价、安全、简单实用的土壤消毒方法，同样也可以用来进行无土栽培基质的消毒。具体方法是：夏季高温季节，在温室或大棚中把基质堆成20～25 cm高，长、宽视具体情况而定，堆垛的同时喷湿基质，使其含水量超过80％，然后用塑料薄膜盖上基质堆。密闭温室或大棚，曝晒10～15 d，消毒效果良好。
2营养液 营养液是无土栽培的核心部分，它是将含有各种植物必需营养元素的化合物溶解于水中所配置而成的溶液。植物生长所必需的营养元素共有16种，其中C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S为大量营养元素，Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo、Cl为微量元素。除C、H、O三种营养元素可以从水和空气中获得之外，营养液配方中还必须含有另外6种大量元素和7种微量元素，即N、P、K、Ca、Mg、S和Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo、Cl。
至今为止已研究出了200多种营养液配方，其中以荷格伦特(Hoagland)研究的营养液配方最为常用，以该配方为基础，稍加调整就可演变形成许多的营养液配方。目前世界上广泛使用的营养液配方参见表9-1(精选)。
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表9-1常用无土栽培营养液配方精选 （陈青云等，2001）
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| 营养液配方名称及适用对象 |
Hoagland和Snyder通用 |
Hoagland和Arnon通用 |
Rothams-Teda pH6.2通用 |
法国国家农业研究所普及NFT之用 |
荷兰温室作物研究所，岩棉滴灌用 |
日本园艺配方通用 |
华南农业大学农化室，果菜，pH 6.2～7.8 |
| 化合物含量/mg/L |
四水硝酸钙 |
1 108 |
945 |
— |
732 |
886 |
945 |
472 |
| 硝酸钾 |
506 |
607 |
1 000 |
384 |
803 |
809 |
404 |
| 硝酸铵 |
— |
— |
— |
160 |
— |
— |
— |
| 磷酸二氢钾 |
136 |
— |
300 |
109 |
204 |
— |
100 |
| 磷酸氢二钾 |
— |
— |
270 |
52 |
— |
— |
— |
| 磷酸二氢铵 |
— |
115 |
— |
— |
— |
153 |
— |
| 硫酸铵 |
— |
— |
— |
— |
33 |
— |
— |
| 硫酸钾 |
— |
— |
— |
— |
218 |
— |
— |
| 七水硫酸镁 |
693 |
4936 |
500 |
185 |
247 |
493 |
246 |
| 二水硫酸钙 |
— |
— |
500 |
— |
— |
— |
— |
| 氯化钠 |
— |
— |
— |
12 |
— |
— |
— |
| 盐类总计/g/L |
2 315 |
2 160 |
2 570 |
1 634 |
1 891 |
2 400 |
1 222 |
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| 营养液配方名称及适用对象元素含量/mmol/L |
NH4+ |
— |
1 |
— |
2 |
0.5 |
1.33 |
— |
| NO3- |
15 |
14 |
9.89 |
12 |
10. 5 |
16 |
8. 0 |
| P |
1 |
1 |
3.75 |
1.1 |
1.5 |
1.33 |
0.74 |
| K |
6 |
6 |
15.2 |
5.2 |
7 |
8 |
4.74 |
| Ca |
5 |
4 |
2.9 |
3.1 |
3.75 |
4 |
2 |
| Mg |
2 |
2 |
2.03 |
0.75 |
1 |
2 |
1 |
| S |
2 |
2 |
2.03 |
0.75 |
2.5 |
2 |
1 |
| 备注 |
世界著名配方，1/2剂量较妥 |
世界著名配方，1/2剂量较妥 |
1/2剂量较妥 |
法国代表配方 |
以番茄为主 |
1/2剂量较妥 |
也可通用 |
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二、 药用植物现代设施栽培的发展趋势
近些年来，随着营养液配方研究的不断深入，无土栽培获得了理论和技术上的很大进步。如：雷士敏等总结出了营养液配方换算简法；卢克成应用化肥取代试剂进行观赏植物的无土栽培取得了很大成功，成本仅为试剂配制的营养液的36%～56.3%；杜永臣研究了无土栽培营养液中N含量及其调控方法，阐明了不同形态N对植物的影响，从而可以根据植物不同生育阶段对养分需求的特征，相应地调整营养液的配方；郑光华等通过分析北方各地的水质，探讨了北方硬水地区配制营养液应采取的措施和适宜的无土栽培系统；沈阳展望农业科技有限公司开发的"静止法无土栽培营养液技术"实用简单，该公司研究了栽培过程中离子的变化规律，开发出了可以长期静止在栽培作物底部，供植物利用的营养液配方，只需根据栽培体的湿度补充营养液即可，实施起来像浇水一样简单。另外，我国的营养液膜技术也有了一些新的进展，南京市蔬菜研究所对营养液膜技术作了实用化的改进，在生产中取得了良好的效果。
封闭式的强化快繁通风育苗系统和自动监测大规模培养系统是近年来农业设施的新发展，在国外已应用于花卉及农作物的生产，该系统可用于21世纪药用植物的栽培。这一栽培系统还可以和大田栽培系统结合起来，以封闭式的强化快繁通风育苗系统大量、快繁优质种苗，然后移至基地去生产。日本科研人员的实验表明，用此种方式育苗，可以大大缩短育苗时间，同时所育出的幼苗质量好、成活率高。
随着保护地栽培和无土栽培技术的进一步发展，名贵中草药的栽培可以逐渐摆脱自然条件的限制而得到迅速发展。总之，现代设施农业与药用植物生产的结合可以创造出可观的经济效益，在发展农村经济、加快农业产业化进程中发挥着巨大的作用，其发展前景广阔。
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