1中医农业技术应用研究背景
1.1 中医农业概念
“中医农业”就是将中医原理和方法应用于农业领域,实现现代农业与传统中医的跨界融合、优势互补、集成创新。应用中医思想和中医药技术、产品和解决方案,结合现代科学技术,工业化生产的生产资料和现代经营管理思想与方法,创新现代农业生产方式,促进传统农业“提质、增产、增效”转型升级和可持续发展,具有中国特色的创新型现代生态健康农业。中医农业“尊重自然、关爱生命”,基于自然生物“相生相克、和谐共生”的生态循环规律,根据科学发展观,应用系统方法论,继承弘扬国粹中医思想文化和方法原理,创新应用中医药技术和中(草)药农用产品(植保产品、动保产品、生物肥料、生物饲料、生物保鲜),取代或控制化学农药化肥的使用,促使植物体(动物、人体)“正本归原”和恢复原生态健康生长,真正生产出“优质、生态、健康、营养”的安全农产品,确保全民的健康生活。
中医农业技术体系,即利用中医原理和方法根据植物健康生长的需求,应用中医思想和中医药技术及产品,解决植物的健康生长问题。强调保持生物健康生长,需遵循“以防为主、防治结合、标本兼治、全程保健”的原则;同时要为植物健康生长,营造适宜的生态环境,保障生物健康生长均衡营养供给;再者遵循自然生物“相生相克、和谐共生”法则,解决植物健康生长过程出现的病虫害,保障生物健康生长和自然生态循环平衡。将猕猴桃以及其他生物元素和天然矿物元素研制成促进猕猴桃生长、防治猕猴桃疫病的营养物质或药剂配方,可以有效实现有机生产、降低药物残留。
1.2 猕猴桃绿色安全生产技术研究
1.2.1 猕猴桃生态栽培
(1)有机肥的施用。有机肥是一类既能向植物提供有机养分,又能提供无机养分,还能培肥改良土壤的肥料。其通常以各种动物、植物及其废弃物为原料,利用生物、化学或物理技术,经过加工(如高温堆制、厌氧处理),消除了病原菌和杂草等有害物质,符合国家相关标准及法规。有机肥中含有的养分一般都需要经过微生物分解转化后,才能被植物吸收利用,因此有机肥又称为迟效性肥,可作底肥、追肥及种肥施用。我国果园土壤多数瘠薄,有机质含量低,是造成果实品质不高的主要原因之一。生产上为了给果树补肥,果农长期大量偏施化肥,则造成了土壤板结以及环境污染等严重后果。特色果树种植机制中增施有机肥是改良土壤的主要措施,不仅能调节土壤养分、维持地力和增加土壤有机质,还能促进微生物繁殖,增强土壤保水保肥能力,有利于果树生长和果实品质提高。
(2)生物农药的施用。生物农药主要包括植物源农药、动物源农药和微生物源农药三大类。由于这些活性物质是自然界中存在的物质,它容易被日光、植物或土壤微生物分解,很少在农产品和环境中蓄积。因此,生物农药被国际上公认为最有发展前途的农药。它具有三个显著优点:①选择性强,它只对靶标有害生物有作用,对人、畜和有益生物及农作物较安全,施用后不会产生公害;②作用效果好,与有机化学农药相比,有害生物对其不易产生抗药性;③生产原料来源广泛,农药的公害逐渐引起世界各国的高度关注,开始重视低毒、低残留农药的研究和应用,尤其重视生物防治和生物农药的研究和应用。因此,特色果树种植机制能够减少农药的残留,使人们用得放心,消费者吃得放心。
(3)种养循环模式的运用。种养结合是种植业和养殖业联系密切的生态循环农业模式,作为初级生产的种植业能为养殖业提供牧草、饲粮等基础物质,实现物质和能量由植物转换传递到动物,同时消纳养殖业废弃物。养殖业是次级生产,除了满足人们对肉、蛋、奶等的物质要求,产生的粪污还能为种植业提供养分充足的有机肥源,养殖业依赖并受制于种植业,二者相互依存,关系紧密。各生产要素合理搭配、互利共存,使得农业生态系统自我修复、自我调节的能力不断提升,夯实农业生产稳定持续发展基础,既能保护农业生态环境又可推动农业循环经济发展,从而使农业增产、农民增收,农村人居环境得到改善,成为美丽乡村,意义深远。循环生态栽培模式是指:以大农业为出发点,按“整体、协调、循环、再生”的原则,全面规划,调整和优化农业结构,使农、林、牧、副、渔各业综合发展,并使各业之间互相支持,相得益彰,提高综合生产能力。猕猴桃园最常见的模式为“鸡-猪-沼-猕猴桃”模式。即利用鸡粪喂猪、猪粪制造沼气、发酵肥作为草、猕猴桃的有机肥料(图1)。使生物能得到了多层次利用,形成了低投入高效益的农业。利用发酵鸡粪和新鲜鸡粪喂猪比对照组的平均日增重增加121 g和96 g,分别提高20.2%和16.2%,利用鸡粪喂猪使猪的胴体瘦肉率提高2%~4%。鸡粪喂猪可以减少饲料消耗、降低饲料成本。以每头肥育猪最少节约饲料30 kg计,配合饲料按0.55元/kg计,即每头肥育猪降低饲料成本16.50元。以全场年出栏肥育猪7 000头计(种猪、商品猪除外),每年全场节约饲料经费达0.5万元。另有猕猴桃100亩,其中80%有机肥料是猪粪沼渣,节约化肥2 000元/t计,该猕猴桃园可节约肥料成本10万元。这种生物能多层次利用是运用了生态学上食物链原理及物质循环再生原理,在自然生态系统中生产者、消费者与还原者组成了平衡的关系,因此系统稳定,周而复始循环不已。农业生态系统由于其强烈的开放性,消费者大多成为次级生产者,还原者因条件不正常而受到抑制,常使三者组成的关系失调,因此,首先要在食物链关系上协调营养平衡关系。生态农业常以农牧结合为核心也就首先要求其间营养关系得到调整,不仅要求常规饲料与畜禽需求之间的供需平衡,而且要通过次级生产者的作用找寻再生饲料来源,上述鸡粪、沼气渣也就是再生饲料来源。
1.2.2 猕猴桃病虫害绿色防控技术研究
(1)提高猕猴桃植株抗性。中药农业可以提供作物营养,又可以防控病虫害,其有效成分为全新的生物活体,可以使作物恢复到健康生长状态,减少有害生物对作物的侵害,可以提高作物的抗病力和调节作物健康生长的作用,能增强作物的抗逆性,达到优质、高产的目标,且连续使用不会产生抗性,不破坏生态环境。“中医农业”采用的中医药农药来自天然生物体,这些生物体经过千万年逐渐演化形成了自身防御系统,因此中医药农药成分复杂、作用方式多样,不容易产生抗药性。而且,中医药农药还有杀虫范围广、持效时间长的特点。由于中医药农药均为自然产物,在环境中会自然代谢,参与能量和物质循环,不会发生农药富集,对环境、猕猴桃安全;中医药农药由于自身来源于生物体,含有大量微量元素和天然生长调节剂,有助于提高猕猴桃的抗病能力,促进猕猴桃生长,增加病虫害预防作用。利用此原理,在种植有机猕猴桃方面,克服了有机农业不能抵御病虫害、不能高产的瓶颈。主要特色有四个方面:①增加富含各种中微量元素的矿物质,促进作物次生代谢以产生化感物质增加植物抗逆性、抗病性和产品的营养水平及口感;②充分发挥有机碳对作物高产的重要作用,注重来自农业有机剩余物的大量碳素有机肥投入;③投放微生物复合菌群,既通过微生物分解土壤中的有机氮为作物提供氮素,又可以通过其中的固氮菌有效保证作物对氮的大量需求;④注重调理土壤物理性能,形成良好的土壤结构。
(2)病害绿色防控。目前在很多地方,化学药剂的使用给农业生态系统造成了很大破坏,这也给中医药农药在农业上的应用提供了难得的机会。由于连作大棚猕猴桃面积的不断扩大,猕猴桃生产集约化程度越来越高,危害猕猴桃生产的虫害、病害也越来越严重,病虫害的抗药性越来越强,再加上不合理的使用化学农药甚至是高毒农药,不但破坏了作物的根系,也破坏了土壤中有益微生物的生存环境,打破了土壤平衡,造成恶性循环,致使病虫害防治越来越难,迫切需要施用中医药农药进行绿色防控。
利用中草药、微生物等制成的肥料、农药和生物调节剂,既改善农产品的产地环境,又保障农产品的优质高产;从多味中草药萃取的生物制剂,不仅可以补充植物生长所需的营养成分和活性物质,而且可以为植物提供全程保健和病虫害有效防治,可以取代化学农药、化肥的使用,逐步改善土质、水质和生态环境;利用发酵提取技术,萃取中草药物质作为肥料元素,制成生物肥料,既能使作物显著增产,又可有效提高品质。
1.2.3 降低猕猴桃镉含量
近年来,由于部分工矿企业的污染、化肥和农药的不合理利用,以及不合标准的污水灌溉,使得大面积的猕猴桃种植地遭到不同程度的重金属污染,最终造成农产品重金属超标,引起大家对农产品安全性的担忧。研究表明,在众多重金属元素中,人体日常吸收最为严重的是镉。
镉污染是全球水体、土壤面临的重大环境污染问题之一。镉污染土壤不仅影响植物的生长发育,导致农作物产量受损,而且通过食物链严重威胁着人类的食品安全和生命健康。猕猴桃作为多年生植物,其自身对重金属吸收有一定抗性。但在我国农田土壤镉污染的严峻现状下,可能存在一定的重金属镉吸收积累引起的食品安全风险。对积极应对和防治镉污染下的猕猴桃生产以及促进无公害食品生产的发展,具有积极的重要意义。通过中医农业种植方式,减少土壤中镉的含量,增加猕猴桃植株抗性,减少对镉的吸收。
1.2.4 猕猴桃绿色防腐保鲜
猕猴桃因其果实具有独特的营养价值、药用价值和较高的经济价值而深受人们的喜爱,但其果实不耐贮运性成为其产业发展的制约因子。目前市面上主要应用的贮藏技术有冷藏、化学涂膜贮藏等技术,但是这些贮藏方法,在一定程度上具有局限性。生产上人们为了延长果实的贮藏期,常常仅使用单一的冷藏技术,效果虽好,但还未达到理想的状态。低温高湿的冷藏,有可能引起果实霉病的发生。气调贮藏技术需要较高的成本投入,对当前种植行业以散户性质居多的中国来说,实质性意义不大。涂膜在很多猕猴桃上得到了应用,主要是针对非呼吸跃变型果实,而且可食用涂膜技术市面上应用较少。提高果实耐贮性是一个系统性的工程,往往需要从整个产业链全程来监管、控制,通过多种贮藏技术相互配合使用,从而延长果实的贮藏时间。猕猴桃属于呼吸跃变型果实,而且是皮薄多汁的浆果,猕猴桃果实采后在常温贮藏下极易软化腐烂,损失率高,加之湖南省猕猴桃成熟期多在8~10月,正值气温较高的季节,极易引起果实腐烂。猕猴桃采后藏期病害有软腐病、蒂腐病、青霉病是猕猴桃采后腐烂的致病菌。这些病菌大多通过伤口侵入果实,引起贮运期间果实大规模腐烂,一般发病率在20%,严重时达到50%。其中由于猕猴桃软腐病在贮藏期传染速度极快,潜伏期短,危害最为严重。因此,猕猴桃果实采收后,迅速采取有效防腐保鲜措施显得十分重要与特别紧迫。
随着人们生活水平的提高及食品安全意识的加强,许多以前使用效果较好但易产生有害物质残留和使病菌产生抗药性的化学杀菌保鲜剂逐渐被淘汰和禁用,而天然、高效、安全、无毒、性能稳定的生物安全防腐保鲜剂的筛选与应用逐渐成为当今研究热点。长期以来人们主要利用化学保鲜剂进行保鲜。由于化学保鲜剂的不当使用引起的食品安全事件频发,使人们对食品健康安全的诉求与日俱增。因此,人们开始更关注天然保鲜剂的研究与开发。近年来的研究表明植物有效成分在天然保鲜剂的开发和应用中具有独特的优势和广阔的前景。我们常说的植物源保鲜剂是指从植物中提取或利用生物工程技术获得能够对食品进行保鲜的植物有效成分,相对于化学保鲜剂而言,它具有安全、天然的特点。利用天然植物提取物进行产品贮藏防腐保鲜在许多园艺产品的贮藏保鲜上已有报道,但在猕猴桃鲜果保鲜上的应用较少。因此进行猕猴桃中草药提取物在猕猴桃果实防腐保鲜上的应用研究,对于猕猴桃的绿色安全贮藏及其产业化高效生产具有十分重要的意义。
2 中医农业技术在猕猴桃上的初步应用研究
2.1 猕猴桃健康种植技术
2.1.1 生态控制技术
(1)重点推广抗病虫品种、优化作物布局、培育健康种苗、改善水肥管理等健康栽培措施、改善猕猴桃园区生态环境、保护猕猴桃园区生物群落结构、维持猕猴桃园区生态平衡、增加猕猴桃园区有益天敌种群数,并结合农田生态工程、果园生草覆盖、作物间套种、天敌诱集带等生物多样性调控与自然天敌保护利用等技术,改造病虫害发生源头及滋生环境,人为增强自然控害能力和作物抗病虫能力。根据自然条件,因地制宜,选择抗病、优质、耐贮运、商品性好、口感好、适合市场需求的优良品种。
(2)在冬季采果后,翻松土壤表层,深度在8~15 cm,降低病虫源,春、夏季保留果园杂草,有利于害虫天敌栖息和土壤墒情抗旱保湿。夏季对杂草长势旺、植株高大的果园及时进行人工割草,保持果园土表层杂草高度在20~30 cm,确保果园害虫天敌食物链和栖息地。冬季结合松土、除草,降低病虫越冬基数,减少病虫危害。根据猕猴桃品种特性,合理整形修剪,保证树冠通风透光,抑制和减少病虫害。清洁果园,果子采收后,及时将病虫残枝、病叶清理干净,集中进行无害化处理,保持果园清洁。
2.1.2 生物防治技术
重点推广应用“以虫治虫”“以螨治螨”“以菌治虫”“以菌治菌”等生物防治关键措施,加大赤眼蜂、捕食螨、苏云金杆菌(BT)、绿僵菌、白僵菌、微孢子虫、蜡质芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌等成熟产品和技术的示范推广力度,积极开发植物源农药、农用抗生素、植物诱抗剂等生物生化制剂应用技术。
(1)释放捕食螨。每年4月中旬~8月上旬分别投放捕食螨每亩100袋,树冠直径在1.5 m左右的每株在中部挂1袋,捕食猕猴桃红黄蜘蛛和锈壁虱,达到以虫治虫的目的。
(2)“以菌治虫,以菌治病”。利用苏云金杆菌、天然除虫菊素等生物农药防治病虫害。防治对象为直翅目、鞘翅目、双翅目、膜翅目,特别是鳞翅目的多种害虫。
(3)“以虫治虫”。释放寄生蜂、瓢虫、草蛉、蜘蛛、螳螂等果园害虫天敌。寄生蜂等天敌经室内人工大量饲养后释放到果园,可控制相应的害虫。寄生蜂如赤眼蜂可用于防治果园吸果夜蛾和斜纹夜蛾等,缨小蜂可防治果园小绿叶蝉;瓢虫和草蛉可用于防治果园蚜虫。
2.1.3 植物源性农药防治技术
(1)植物源性农药特点。利用植物资源开发的农药包括从植物中提取的活性成分、植物本身和按活性结构合成的化合物及衍生物,具有选择性高、低毒、易降解、不易产生抗性的特点。
(2)植物杀虫剂。烟碱、鱼藤酮、除虫菊素、藜芦碱、川楝素、印楝素、茴蒿素、百部碱、苦参碱、苦皮藤素、松脂合剂、蜕皮素A、蜕皮酮、螟蜕素等。
(3)植物杀菌剂。大蒜素、香芹酚、活化酯——植物抗病激活剂等。
(4)植物杀鼠剂。海葱苷、毒鼠碱等。
(5)主要活性成分。印楝素、鱼藤酮、除虫菊素、烟碱、苦参碱、茶皂素等。
3.1.4 溃疡病的绿色防控及中药肥的初步应用
对湖南猕猴桃溃疡病发生规律的调查研究,发现溃疡病重在预防,即应用中医农业技术与原理,通过农业技术措施,提高植株抗性,减少病源。根据中药肥特点(提高植株免疫力,杀菌驱虫降农残),从土壤及树体杀菌与保护入手,进行中药菌肥及中药叶面肥初步应用研究,取得一定效果。
2.2 猕猴桃果实绿色防腐保鲜的应用
中草药提取液在猕猴桃涂膜保鲜中可以显著降低腐败菌对果实的侵染,减少营养物质的损耗、降低猕猴桃呼吸强度。这是因为中草药中含有大量的对病菌具有抑制作用的活性物质,因此,中草药提取液能够显著减少猕猴桃的腐败变质。此外,中草药中存在大量疏水性小分子有机化合物,能够干扰微生物细胞膜组织甚至使其溶破,从而抑制或杀死微生物,降低猕猴桃的生理活动强度,达到猕猴桃保鲜的目的。涂膜保鲜是根据仿生理论,通过浸渍、包裹以及涂布等方法将具有成膜性的物质覆盖在猕猴桃表面,风干后形成一种无色透明的保护膜,起到选择性阻气、阻湿、阻止内容物散失以及外界环境对猕猴桃的有害影响,从而抑制猕猴桃表面微生物的生长以及呼吸强度,延缓猕猴桃衰老,在水分含量较高的猕猴桃中得到了广泛的应用。涂膜保鲜可以作为猕猴桃保鲜的一种辅助技术与其他保鲜技术复合使用,也可以作为一项独立的技术对猕猴桃进行短期保鲜。猕猴桃涂膜保鲜剂的来源主要有化学合成和天然提取两种。而化学合成的涂膜保鲜剂对果实和人体健康会造成极大的伤害,近年来在猕猴桃贮藏当中的应用已经越来越少。人们把更多的目光投向了天然涂膜保鲜技术的研究与开发,并取得了一些成果。其中,植物源涂膜保鲜剂来源广、活性高、安全、营养、无毒,被认为是新型、高效的猕猴桃涂膜保鲜剂[13-15]。
2.2.1 抑菌植物筛选
通过查找文献及民间处方,选择具有抗菌消炎作用的药用植物进行抑菌效果试验,通过抑菌试验筛选出对猕猴桃果实釆后主要致病菌——葡萄座腔菌(Botryosphaeriadothidea)、拟茎点霉菌(Phomopsissp.)、青霉菌(Penicillum italicum)、葡萄孢菌(Botrytis cinerea)具有较强抑菌活性的药用植物,选取抑菌活性强、来源广泛、经济可行的材料作为主要植物源杀菌剂。
2.2.2 复合保鲜剂对猕猴桃果实贮藏保鲜效果的研究
以抑菌活性物质为杀菌剂,选取2~3种抑菌效果好的植物提取液,以羧甲基纤维素钠或植物果胶为被膜剂,添加食品级的蔗糖醋、甘油及柠檬酸、皂苷等助剂,配制成一种既具有良好成膜性又具有抑菌效果的复合膜,研究复合膜对猕猴桃果实贮藏效果、果实品质及釆后生理指标的影响。
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