采收方式与频率对温带圣罗勒产量及品质（丁香油酚含量）的影响研究

《Agronomy Journal》：The effect of harvest method and harvest frequency on temperate tulsi (Ocimum × africanum) yield and quality

本研究通过两年田间试验，系统评估了手工采收、小型联合收割机采收和割晒机采收三种方式，结合单次与双次采收频率，对温带圣罗勒（Ocimum × africanum）产量、采收效率及关键品质指标丁香油酚（eugenol）含量的影响。结果表明，机械采收能显著节约工时且不影响产量，而采收频率与年份交互作用对丁香油酚含量的影响复杂，提示需进一步探究农艺措施对药材质量的作用机制。该研究为优化美国俄勒冈州等高成本劳动力地区的药用植物机械化生产提供了重要依据。

　　

引言背景

随着美国草药 supplement 零售额在2012至2022年间增长超过116%，药用植物的国内生产迎来了重要机遇。俄勒冈州威拉米特河谷因其优越的农业条件及既有的大麻（CBD）加工设备，成为发展药用草本作物的理想区域。圣罗勒（Tulsi），又称神圣罗勒，在印度阿育吠陀（Ayurveda）医学体系中具有数千年的应用历史，被现代研究归类为适应原（adaptogen），具有抗疲劳、抗焦虑、增强免疫等多种药理活性。然而，美国市场上常见的“温带圣罗勒”实则为奥克林姆属间杂交种（Ocimum × africanum），其在生长周期（约60天即可采收）和对温带气候的适应性上优于真正的圣罗勒（O. tenuiflorum，需90天），且化学分析证实其同样含有丁香油酚（eugenol）和石竹烯（caryophyllene）等关键活性成分。丁香油酚是印度现代阿育吠陀药典中规定的O. tenuiflorum质量指标成分。此前研究表明，采收时机和植株部位影响圣罗勒的产量和精油含量。鉴于俄勒冈州农业劳动力成本持续上升（从2021年4月的15.90美元/小时增至2023年4月的18.42美元/小时），探索机械采收以降低生产成本至关重要。本研究旨在评估不同采收方法（手工、小型联合收割机、割晒机）与采收频率（单次、双次）对温带圣罗勒产量、品质（以丁香油酚含量为指标）及采收效率的影响。

材料与方法

试验于2022年和2023年在美国俄勒冈州立大学北威拉米特研究与推广中心（NWREC）进行。试验地为Latourell壤土，排水良好。试验采用随机区组设计，包含采收频率（单次cut-S、双次cut-D）与采收方法（手工-H、联合收割机-C、割晒机-SW）两个因素，共6个处理组合（SH, SC, SSW, DH, DC, DSW），每个处理4次重复。小区面积27.87 m²。使用来自Strictly Medicinal Seeds的认证有机种子培育穴盘苗，6周后定植于大田。定植后6-7周进行打顶以促进营养生长。双次采收处理（DH, DSW, DC）的第一次采收在植株50%以上开花时进行，第二次采收在再生植株达到相似开花状态时进行；单次采收处理（SH, SC, SSW）则在生长季末植株开花但花序下部开始结籽时进行。手工采收使用枝剪，留茬高度约15 cm（双次）或8 cm（单次）；机械采收留茬高度约20 cm（双次）或8 cm（单次）。记录每次采收的鲜重和耗时。通过烘干子样品计算干物质含量，进而得出干物产量。品质分析方面，每小区随机选取茎枝，在35°C下烘干后，取10g干燥地上部样品送至哥伦比亚实验室（Columbia Laboratories）采用气相色谱-火焰离子化检测器（GC-FID）测定丁香油酚含量。数据分析采用线性混合模型，考察采收方法、采收频率、年份及其交互作用对总季节干产量、总季节采收时间和丁香油酚含量的影响，并进行事后比较（Tukey HSD检验，α=0.05）。

结果

干物产量

方差分析表明，采收方法、采收频率和年份之间存在显著的三向交互作用。在不同年份和采收方法内，采收频率（单次 vs. 双次）对总季节干物产量均无显著影响。然而，不同采收方法在单次采收处理中表现出年份间的差异：2022年，单次联合收割机采收（SC）的产量显著高于单次割晒机采收（SSW）；而2023年则相反，单次割晒机采收（SSW）的产量显著高于单次联合收割机采收（SC）。采收方法与年份的交互作用也高度显著。采收方法本身对总产量有显著影响，但事后检验未发现手工采收与两种机械采收方法之间存在显著差异。年份单独对产量无显著影响，尽管2023年的植株密度（85株/小区）低于2022年（100株/小区）。这表明在试验密度范围内，种植密度的适度降低可能不会显著影响总产。

采收时间

采收频率与年份存在显著交互作用。总体而言，双次采收比单次采收耗时显著更长。采收方法与采收频率也存在显著交互作用。对于手工采收，双次（DH）耗时极显著高于单次（SH）；割晒机采收也呈现同样趋势（DSW > SSW）。然而，联合收割机采收的双次（DC）与单次（SC）耗时无显著差异。更重要的是，机械采收（无论是联合收割机还是割晒机）均极显著地比手工采收节省时间。在单次采收中，割晒机（SSW）耗时最短，显著快于联合收割机（SC）；但在双次采收中，两种机械方法的耗时无显著差异。

丁香油酚含量

丁香油酚含量的分析最为复杂。采收方法、采收频率和年份之间存在显著的三向交互作用。2023年，仅有两个处理组合间存在显著差异（D1C > D2H），其他组合间无显著差异。与2022年相比，2023年各处理组合的丁香油酚含量平均值普遍较高，但同年份内的处理间比较未呈现一致规律。在2022年，手工单次采收（SH）和联合收割机单次采收（SC）的丁香油酚含量均显著高于其相应的双次采收第二次切割（D2H和D2C），但割晒机采收的结果却相反（D2SW > SSW）。采收频率和年份作为主效应对丁香油酚含量有极显著影响，双次采收的第二次切割（D2）含量通常低于第一次切割（D1）和单次采收（S）。采收方法的影响接近显著性水平。

讨论

本研究部分验证了初始假设。机械采收在保证产量与手工采收无显著差异的前提下，显著提高了效率，这对降低劳动力成本具有明确的生产指导意义。然而，关于采收频率对产量的积极影响以及双次采收能提高丁香油酚含量的假设未得到数据支持。单次与双次采收的产量无显著差异，可能与单次采收时植株生物量更大，或双次采收的再生期处于日照缩短阶段有关。丁香油酚含量的结果变异较大，且缺乏一致模式，表明除采收方式和频率外，其他因素如年份间气候差异（2023年定植提前一个月）、施肥背景（2022年有覆盖作物+肥料，2023年仅施高量化肥）乃至采收当天的具体时间都可能影响次生代谢产物的积累。这提示未来研究需要更严格地控制这些变量，或将其纳入试验设计。

结论与展望

本研究明确了机械采收在温带圣罗勒生产中的应用潜力，其在维持产量的同时能大幅提升采收效率。然而，采收策略对关键质量指标丁香油酚含量的影响尚不明确，受年份间环境与农艺措施差异的干扰较大。未来研究可拓展至真正的圣罗勒（O. tenuiflorum），并增加更多质量评价指标，如精油总量、石竹烯含量以及感官评价，以全面评估药用价值。同时，深入探究施肥、光照、水分等农艺措施对圣罗勒活性成分合成的调控机制，将有助于制定标准化生产规程，推动美国本土药用植物产业的可持续发展。