宋昕儒，耿繼成，徐 杰，陳建軍，陳 軍，鄧維萍，梅馨月**

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650201；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院，云南 昆明 650201；3.中國冶金地質(zhì)總局 昆明地質(zhì)勘查院測試中心，云南 昆明 650201；4.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，云南 昆明 650201)

三七[Panax notoginseng(Burk.) F.H.Chen]為五加科(Araliaceae)人參屬(Panax)多年生草本植物，是中國珍貴的中藥材，有悠久的栽培和藥用歷史，具有散瘀止血、消腫定痛的功效[1]。云南獨特的自然環(huán)境造就了生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的資源優(yōu)勢，三七種植、加工及相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)已成為云南省富民強省的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一。據(jù)統(tǒng)計，云南省三七種植面積占中國種植面積的90%以上，在文山、昆明、曲靖、紅河、臨滄等地有廣泛的人工種植區(qū)，是中國主要的三七產(chǎn)區(qū)之一[2]。但由于三七部分種植區(qū)與錫、鋅、銻、鋁等金屬礦區(qū)高度重疊，再加上密集型農(nóng)業(yè)化肥農(nóng)藥投入量大等問題導(dǎo)致三七種植土壤存在不同程度的重金屬污染風(fēng)險[3]。

云南地區(qū)地質(zhì)多樣，土壤條件和重金屬污染風(fēng)險也存在差異。黃珍華等[4]對云南省硯山、丘北、蒙自、石屏和石林不同土層和三七植株中的8 種重金屬污染特征及風(fēng)險進(jìn)行評價發(fā)現(xiàn)：三七種植土壤污染程度較高的重金屬為Cd、Cu 和Cr，但均對人體健康無風(fēng)險。劉源等[5]研究發(fā)現(xiàn)：曲靖、文山、昆明和紅河的三七種植土壤中Cu、Cd 和As 超標(biāo)率依次為64.7%、62.7%和35.3%，且三七塊根中重金屬累積量與土壤重金屬濃度呈線性正相關(guān)。許多藥用植物在生長過程中可能會積累重金屬Cd、Pb、As 等，這些有毒元素的過量累積會對人體健康造成威脅[6]。因此，如何在保證三七生長品質(zhì)的同時降低植株對重金屬的吸收累積、免受重金屬毒害、提升藥效和降低相關(guān)風(fēng)險，已成為三七種植乃至醫(yī)藥行業(yè)亟待解決的問題。本研究采集種植于云南省10 個三七種植地的三七植株，測定植株及其根際土壤中Hg、As、Cd、Pb 和Cr 的重金屬含量，參照《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018)[7]評價三七根際土壤以及三七植株地上部和地下部5 種重金屬元素的污染風(fēng)險，進(jìn)一步比較5 種重金屬的超標(biāo)率，評價三七對5 種重金屬的累積特征差異，篩選三七種植地及植株中有潛在污染風(fēng)險的重金屬元素，以期為田間合理阻控三七對重金屬的吸收提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣地概況

三七植株及根際土壤的采集地主要信息見表1，各采樣地的土壤類型均為紅壤。

表1 供試三七采樣地信息Tab.1 Information of Panax notoginseng sample fields for testing

1.2 供試材料

1.2.1 供試三七

采用五點采樣法隨機采集種植于云南硯山、維摩、師宗、石林、曲靖、臨滄、丘北、羊街種植地的三七植株，每個采樣點采集25 株，共250株。新鮮三七采集后用自來水沖洗干凈，洗去根部土壤，并用細(xì)毛刷清洗，再用去離子水沖洗；將三七植株分成地上部和地下部，于105 ℃殺青處理30 min，然后于60 ℃下烘干至恒質(zhì)量，磨碎后過60 目篩，置于封口袋中保存?zhèn)溆肹8]。

1.2.2 供試土壤

采集三七植株根系周圍0～2 cm 的土壤，每個采樣點采集5 個土壤樣品，混合并自然風(fēng)干，共50 個土壤樣品。剔除樣品中的植物根系和有機殘渣，碾碎并研磨過篩，裝入自封袋中密封保存，待測。其中，過60 目篩的樣品用于測定土壤pH 值及有機質(zhì)含量，過100 目篩的樣品用于測定土壤重金屬含量。

1.3 測定方法

1.3.1 土壤pH 值及有機質(zhì)含量的測定

參照中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY-T 1377—2007 和NY-T 1121.6—2006[9-10]測定。

1.3.2 土壤和植株重金屬含量的測定

土壤Hg 和As 含量的測定采用原子熒光法[11]；土壤Cd、Pb 和Cr 含量的測定采用《區(qū)域地球化學(xué)樣品分析方法》中的電感耦合等離子質(zhì)譜法[12]。三七植株Hg 含量的測定參照GB 5009.17—2014[13]；植株As、Cd、Pb 和Cr 含量的測定參照GB 5009.268—2016[14]。

1.4 評價方法

1.4.1 土壤重金屬污染評價

農(nóng)用地土壤重金屬限量評價標(biāo)準(zhǔn)參照《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018)[7]。采樣區(qū)域的重金屬污染評價采用單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法[15-16]。單因子指數(shù)評價法的計算公式為Pi=Ci/Si。式中：Pi為i污染物的污染指數(shù)；Ci為i污染物的實際測量值；Si為i污染物的評價標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法的計算公式為。式中：P綜合為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)；Pmax為單項污染指數(shù)最大值。根據(jù)單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)可將土壤重金屬污染分別劃分為4 個和5 個等級(表2)。

表2 土壤重金屬污染評價分級標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Evaluation classification standard of soil heavy metal pollution

1.4.2 植株重金屬污染評價

三七植株地上部重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)參考DBS 53/024—2017[17]；三七植株地下部重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)參考《中國藥典》(2020 年版)；Cr 元素限量標(biāo)準(zhǔn)參考GB 2762—2017[18]。

1.4.3 植株重金屬吸收轉(zhuǎn)運能力評價

采用生物富集系數(shù)(bio-enrichment coefficient，BEC)和轉(zhuǎn)運系數(shù)(transport coefficient，TC)進(jìn)行評價。BEC 為植物中不同部位重金屬濃度與土壤重金屬濃度之比，用于評價植物吸收和富集某種重金屬的能力，BEC＞1 表明具有富集能力，BEC值越大，表明其重金屬富集能力越強[19]。TC 為植物地上部重金屬含量與地下部重金屬含量之比，用于評估化學(xué)物質(zhì)在植物體內(nèi)的遷移轉(zhuǎn)運能力。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用Excel 和SPSS 26 分析和處理數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 三七根際土壤的重金屬含量

由表3 可知：三七根際土壤中Hg、As、Cd、Pb 和Cr 的平均含量分別為0.15、31.73、0.51、31.80 和122.05 mg/kg。其中As、Cd 和Cr 含量均超過篩選值，但并未超過管控值，超標(biāo)率依次為Cd＞As＞Cr。Cd 平均含量為0.10～1.35 mg/kg，超標(biāo)率為75.56%，超出限量標(biāo)準(zhǔn)101.02%；As 平均含量為4.87～87.67 mg/kg，超標(biāo)率為40.23%，超出限量標(biāo)準(zhǔn)107.88%；Cr 平均含量為63.91～280.00 mg/kg，超標(biāo)率為8.89%，超出限量標(biāo)準(zhǔn)65.06%。可見，本研究中三七采樣地土壤Cd 污染最嚴(yán)重。

表3 三七根際土壤中5 種重金屬的含量Tab.3 Contents of five heavy metals in P.notoginseng rhizosphere soil

2.2 三七根際土壤的重金屬污染指數(shù)

由表4 可知：10 個采樣地的根際土壤重金屬污染指數(shù)依次為Cd＞As＞Cr＞Pb＞Hg；10 個采樣地中，1 個采樣地處于重度污染，1 個采樣地處于中度污染，4 個采樣地處于輕度污染，2 個采樣地處于警戒級，2 個采樣地處于安全。

表4 三七根際土壤中5 種重金屬的污染指數(shù)Tab.4 Pollution index of five heavy metals in P.notoginseng rhizosphere soil

2.3 三七植株中的重金屬含量

由表5 可知：三七地上部5 種重金屬的超標(biāo)率由高到低依次為Cd (67.90%)＞Cr (22.22%)＞Pb(10.84%)，3 種元素的平均含量分別為0.72、1.41和0.95 mg/kg，分別超出限量標(biāo)準(zhǔn)篩選值85.10%、62.69%和16.35%；Hg 和As 含量未超標(biāo)。地下部重金屬超標(biāo)率依次為Cr (49.43%)＞Cd (32.05%)＞As (23.46%)＞Pb (3.70%)，4 種元素的平均含量分別為3.42、1.15、1.19 和1.50 mg/kg，分別超出限量標(biāo)準(zhǔn)篩選值97.92%、125.53%、30.33%和74.22%；Hg 未超標(biāo)。除了Hg，三七植株中其他4 種重金屬超出限量標(biāo)準(zhǔn)的百分比均表現(xiàn)為地下部＞地上部，且地下部和地上部均超標(biāo)的重金屬為Cd、Cr 和Pb。

表5 三七植株中5 種重金屬的含量及超標(biāo)率Tab.5 Contents and exceeded rate of five heavy metals in P.notoginseng plants

2.4 三七植株的重金屬累積特征

三七植株中5 種重金屬的轉(zhuǎn)運系數(shù)由大到小依次為Hg (1.89)＞Pb (0.96)＞Cd (0.71)＞Cr (0.63)＞As (0.41)。除Hg 以外，其他4 種重金屬的轉(zhuǎn)運系數(shù)均小于1，說明三七易將Hg 轉(zhuǎn)移至地上部，而Cd、Pb、As 和Cr 主要累積在三七植株的地下部。

三七植株地上部對5 種重金屬的富集系數(shù)排序為Cd (1.70)＞Hg (0.36)＞Pb (0.03)＞As (0.02)＞Cr(0.01)，地下部對5 種重金屬的富集系數(shù)排序為Cd (2.55)＞Hg (0.18)＞As (0.06)＞Pb (0.05)＞Cr (0.03)。地上部和地下部的富集系數(shù)均為Cd 最大、Cr 最小，且對Cd 的富集系數(shù)均大于1，對Hg、Pb、As 和Cr 的富集系數(shù)均小于1，說明三七植株的地上部和地下部對Cd 均有較強的富集能力。除了Hg，三七地下部對Cd、Pb、As 和Cr 的富集能力均強于地上部。

3 討論

本研究對10 個三七種植地的土壤污染等級評價表明：4 個采樣地屬于輕度污染，僅有1 個采樣地屬于重度污染，不同采樣地不同重金屬的污染程度差異較大，與前人研究結(jié)果[2,5]一致。對根際土壤中5 種重金屬(Hg、As、Cd、Pb、Cr)含量及土壤污染情況進(jìn)行評價發(fā)現(xiàn)：重金屬Cd、As 和Cr 含量超標(biāo)，但并未超過管控值，其中Cd 超標(biāo)率最高，與前人報道的云南主要種植區(qū)的重金屬超標(biāo)情況[4]一致。本研究中，三七植株中超標(biāo)的重金屬與土壤中超標(biāo)的重金屬基本一致，超標(biāo)嚴(yán)重的皆為Cd 和Cr 元素，說明三七植株的重金屬主要來源可能仍然是土壤。由于農(nóng)業(yè)活動、工業(yè)活動、礦產(chǎn)資源開采、大氣沉降等原因可能會導(dǎo)致Cd 元素進(jìn)入土壤導(dǎo)致污染，因此，在種植三七前需要加強監(jiān)測與調(diào)查，合理利用農(nóng)業(yè)投入產(chǎn)品，控制工業(yè)廢物的排放，加強環(huán)境保護(hù)措施，以降低土壤Cd 污染的風(fēng)險。

三七對重金屬的吸收會因為不同生長環(huán)境、部位以及與污染源的距離而不同，通常情況下植株重金屬含量與土壤重金屬含量成正比[20-21]。本研究中，三七不同部位的重金屬含量有明顯差異，除Hg 外，其他4 種重金屬含量均表現(xiàn)為地下部高于地上部，與陳璐等[22]和倪中應(yīng)等[23]的研究結(jié)果基本一致。其中，Cd 和Cr 的超標(biāo)率和超出限量標(biāo)準(zhǔn)的占比都很高，因此，在三七生長過程中應(yīng)采取適當(dāng)?shù)霓r(nóng)藝措施阻控植株對Cd 和Cr 的吸收，在后期研究中應(yīng)加強低累積重金屬三七品種的選育。

不同部位、不同生長期植株富集重金屬的能力不同[24-25]。本研究發(fā)現(xiàn)：三七植株對5 種重金屬的富集能力和轉(zhuǎn)運能力有所差異，其中對Cd 的富集系數(shù)大于1，表明三七對Cd 的富集能力最強。轉(zhuǎn)運系數(shù)顯示：Cd、As、Pb 和Cr 主要累積于三七地下部，Hg 主要累積于三七地上部，而三七的主要藥用部位是地下部，因此，明確三七對不同重金屬的累積特征尤為重要。引起重金屬累積差異的原因除了受采樣量、三七植株部位、生長年限等因素的特異選擇外，還可能受采樣地土壤背景值尤其是理化性質(zhì)的影響。通常情況下，植株對重金屬的吸收取決于土壤中重金屬的遷移性和活性，土壤的理化性質(zhì)如pH 值、有機質(zhì)含量、陽離子交換量、氧化還原電位等對重金屬形態(tài)變化有重要影響[26-30]。本研究采集的樣品為大田實際種植的三七植株及根際土壤，初步探明了三七對重金屬的富集特征差異，而引起重金屬含量、積累和轉(zhuǎn)運有所差異的原因可能受植株年限和土壤背景值的影響，為得到更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，將來還需進(jìn)一步設(shè)置盆栽試驗選取背景值和生育期一致的三七植株，對不同重金屬的累積特征及差異進(jìn)行評價，采取農(nóng)藝措施調(diào)控土壤理化性質(zhì)，從而降低三七對重金屬的吸收累積。

4 結(jié)論

本研究選取的三七采樣地多屬于輕度污染等級，三七根際土壤及植株地下部Cd、As、Cr有潛在污染風(fēng)險，其中Cd 風(fēng)險最為嚴(yán)重。除了Hg，三七對Cd、As、Pb 和Cr 的富集能力均表現(xiàn)為地下部強于地上部，且對Cd 的富集能力最強。