产地生态环境要素与中药品质相关性研究

银玲，彭月，刘荣，陈鸿平，赵梓辰，刘友平

生态环境要素作为影响中药材品质的一个主要因素，并作为道地药材形成的源头，一直以来是研究的重点，但基于生态环境要素的多样性，它也是研究的一个难点。生态环境要素包括很多方面，如土壤、气候条件、灌溉水源、空气质量等，现行GAP就要求中药材产地的生态环境应符合国家标准，其中包括《大气环境质量标准》、《农田灌溉水质标准》、《土壤环境质量标准》等[1]，其中每个标准分为若干检测指标，如土壤环境标准中对土壤质地、土壤肥力、土壤酸碱性、土壤重金属含量均作了相应的规定，这足以见得生态环境因素对中药材质量影响的多样性和复杂性。因此，本研究就生态环境因素与中药材相关性研究报道进行综述，同时研究了不同产地川芎药材指标成分与产地气候因子的相关性，以求为中药材道地性研究及中药材质量的控制及中药材GAP基地建设提供一定参考。

1 生态环境要素与中药品质相关性研究现状

1.1 土壤因素对中药材质量影响

因地制宜是农业生产必须遵循的一个原则，很大程度上说明了土壤对于作物的重要性，中药材种植和农业生产相同，同样需要因地制宜，选择适合的土壤环境种植中药材方可收获优质药材。有报道指出土壤环境因子是当归道地性形成的主导因子[2]。土壤环境因子对药材的影响是多方面的，包括土壤肥力、质地、酸碱性等，各因素间还存在交互作用。

1.1.1 土壤质地 土壤质地是影响土壤肥力的一个关键因素，决定着土壤的蓄水、保水、保温等性能，与栽培作物的质量息息相关。如黄芪是深根性多年生药用植物，在土层深厚的黄土层上栽培，不但产量高，而且质量好；泽泻等水生药材适合生长在粘质多湿润的土壤中；薄荷生长在砂质土壤中，其挥发油含量高[3]；金银花栽培于砂质土壤中质量最佳[4]。谢宝东等[5]研究了土壤水分因子对银杏叶片黄酮和内酯含量的影响后得出，土壤适度缺水有利于黄酮和内酯类物质的积累，土壤水分过足不能有效地提高银杏叶黄酮和内酯的含量。

1.1.2 土壤肥力 作物产量高低、品质优劣与土壤自身肥力密不可分，土壤肥力可细分为土壤中氮、磷、钾、钙等矿质元素含量及土壤有机质含量。土壤有机质是指土壤中含碳的有机化合物，土壤有机质在土壤中经过一系列的转化亦可分解出作物所需的矿质元素，为作物生长提供养分。

牛艳等[6]对不同产地枸杞β-胡萝卜素含量与土壤肥力因子的相关性进行研究发现，过高的土壤肥力虽然有利于提高枸杞产量，但对枸杞中β-胡萝卜素含量具有一定限制作用。伍庆等[7]对影响杜仲有效成分的主导土壤因子进行筛选，最终得出杜仲叶中绿原酸含量的主要影响因子是土壤有机质，芦丁含量的主要影响因子是土壤全磷、有机质，槲皮素含量的主导因子主要有有机质、有效磷等，山萘酚含量的最大影响因子为有机质。魏东华等[8]测定不同土壤营养条件下栽培黄芩中黄芩苷的含量后得出，不同氮、磷、钾配比对黄芩含量影响较大。漆小雪等[9]分析测定青蒿素含量与土壤、植株养分含量的关系，发现青蒿素含量与土壤中钙的含量有显著的正相关关系。由此可看出土壤养分因子对中药材有效成分含量有很大影响。

1.1.3 土壤无机元素 土壤中无机元素作用重大，它不仅影响植物的根系营养及生理代谢活动，促进植物的生长，还是药材中药效成分的构成因子，影响药材有效成分的形成和积累，最终影响药材品质[10]。

徐继振等[11]研究钼、锰、锌、硼对当归的影响发现，钼、锰、锌、硼均有一定的增产效果，其中钼作用最大，施加钼、锰微肥能提高当归中挥发油、多糖、阿魏酸含量，从而提高药材质量。赵曼茜等[12]报道，黄芩对土壤中的P、Zn，Se元素有一定的富集，而药材中黄芩苷的含量与P成显著正相关，因此黄芩药材中黄芩苷含量间接与土壤无机元素呈相关关系。金航等[13]分析探讨三七药材道地性与土壤微量元素的关系发现，道地产区土壤中硅含量高而铜和镉含量低；道地产区三七中锌和锰含量高。三七药材与土壤中的铁和钡元素呈极显著正相关，与锚、锰、硼、铅元素呈显著正相关。褚必海等[14]在研究泽泻有效成分与土壤元素的关系时发现土壤中钾元素对其2,3-乙酰泽泻醇B含量有很大影响。由此得出土壤元素不仅是药材中无机元素的来源，同时还影响着药材有效成分的积累，亦是道地药材的重要成因之一。

1.1.4 土壤酸碱性 土壤酸碱性对土壤的肥力特性有着深刻的影响，每种植物生长都需要一个适宜的酸碱度范围，若超出此范围植物生长将受抑制。陈文霞等[10]报道黄连、胖大海、肉桂、人参等适宜于酸性土壤，而甘草、枸杞子等则适宜于碱性土壤。晁志等[15]报道益母草中生物碱含量与土壤的pH 值呈正相关，产于碱性土壤的北方地区生物碱含量约为产于酸性土壤的南方地区的两倍。郭春秋等[16]报道，木通适宜于偏酸性环境下生长，此环境有利于有效物质的积累。

1.1.5 土壤中重金属及农药残留 土壤中的重金属含量及农药残留量是影响药材安全性的重要因素，药材重金属含量及农残含量是否达标是影响药材出口的主要制约因素之一。随着工业的快速发展，废水废料的排放，土壤中的重金属逐渐超出土壤的负载能力，引起了土壤重金属含量部分超标，从而间接导致药材重金属含量超标。此外，为片面求取高产量，部分地区大量使用农药，如六六六、DDT、膨大素等，在土壤中长期保留并逐渐被药材富集，导致药材农药残留超限。

杨春等[17]通过分析黔东南州的鸭跖草、何首乌、钩藤、金银花等9种中药材的重金属污染后得出，不同药材对各重金属元素的富集作用不尽相同，鸭跖草、何首乌和钩藤对土壤中Cd有明显的富集作用，9种药材重金属平均污染指数为：Pb>Cd>As>Hg。付富友等[18]对部分川产药材研究后发现重金属污染现象较普遍，不同药材超标程度不尽相同，并对此提出了治理方案。夏品华等[19]对贵州中药材GAP基地土壤的重金属和农药残留进行调查分析后得出，所检测样品均测出有不同质量比的Pb、Cd、Cu、Hg、As、六六六，部分检出DDT，其中还有一个样品超出《土壤环境质量标准》。由此可以看出，土壤中的重金属及农药残留已严重威胁着中药材的安全，必须引起足够的重视，提出可行的解决方案，才能确保中药材的优质、安全、质量可控。

1.2 气候因子对中药材质量影响

气候对中药材质量的影响主要通过气温、光照、降雨量来表达。不同药材有不同的生长喜好，由此产生了不同的适宜生长区域。如甘草喜温、耐热、旱生，分布于我国东北、西北大部分地区。三七喜冬暖夏凉、怕严寒酷暑、喜散射光，主要分布于我国西南地区。

1.2.1 气温对中药材质量的影响 中药材的生长过程一般可分为不同阶段，如育苗期、茎发期、茎膨大期、花期、果实积累期等。不同时期对于气候条件有不同的需求。彭国照等[20]报道川芎生长发育的气温需求为8～30℃，最佳气温为14～20℃，当气温低于4.5℃或高于35℃，都会停止生长，其中第一年8月至次年5月气温对药材质量的影响尤为关键。郑小华等[21]综合评价山茱萸气候资源后指出，山茱萸生长在年均气温13～15℃环境最适宜，花期（3月底）气温8～15℃为佳，生长期（6～8月）气温18～25℃生长较快。年度极低温和极高温对于药材生长也有很大影响，极温太低或太高都可能导致药材的死亡，文献报道极低温超过-17℃，将完全抑制苍术的生长[22]。

1.2.2 光照对中药材质量的影响 光照是植物光合作用的必要条件，直接影响着中药材体内初生代谢产物和次生代谢产物的积累。根据植物对于光照的趋向性不同，一般有阳生植物和阴生植物之分，因此在引种栽培时需根据植物特性选择适合当地气候条件的作物。近年来，有关光照与植物生长的相关性引起了业界人士的广泛关注[23~25]，研究也越发深入，许翔鸿等[26]报道适度遮阴会减少延胡索产量，但会增加药材中生物碱的总含量。李章田等[27]采用人工模拟日光研究光照对三七药材的形态和光合特性，指出持续强光会导致三七叶片失水皱缩、气孔关闭、净光和速率下降，进而影响三七产量及次生代谢产物积累。

1.2.3 降雨量对中药材质量的影响 降雨量对植物生长亦有较大影响，旱涝都可能导致药材的生长停止甚至死亡。袁泉等[28]对近年我国西南地区干旱气候对该地区药材的影响进行了系统研究发现，近两年西南地区干旱已造成了野生药材产量下降30%，其中重点研究了三七、红花、云当归等中药材，红花减产超过70%，云当归减产超过90%。在植物生长过程中，降雨量主要影响药材花期，从而影响药材产量和有效物质的积累[29]。因此，适度的降雨降水对中药材品质及产量都有至关重要的作用。

1.3 灌溉水对中药材质量的影响

药材种植用灌溉水主要来自于河水、沟溪、湖塘和天然降水。现行对灌溉水的监测分析主要参照《绿色食品产地环境质量标准》和《水和废水监测分析方法》。灌溉水的pH值、硫化物、氯化物、重金属含量是影响中药材质量的重要方面。现行的灌溉水分级标准主要参照《农田灌溉水质标准》，以各项污染物的浓度限值作为评价标准，将灌溉水分为清洁、尚清洁、污染三个等级。近年来灌溉水质对于药材质量的影响已逐步引起了业内人士的重视，有关中药材种植基地的水环境的研究也日益普遍[30~32]，但水环境与药材质量的相关性并未得到透彻分析，有待进一步研究。

1.4 大气因子对中药材质量的影响

大气因子对中药材质量的影响与土壤、灌溉水、气候因子相比较弱，主要包括空气中二氧化硫、二氧化氮、总悬浮颗粒等因素的影响。若空气中二氧化硫或二氧化氮含量过高，很容易形成酸雨，从而影响植被的生长发育。现行药材种植基地空气质量一般依据GB3095-1996《环境空气质量标准》[33~34]，但不同中药对空气环境的需求有所差异，单凭环境空气质量标准并不能全面控制空气对中药材的影响。

2 部分生态因子与川芎药材品质相关性研究

2.1 川芎产地气候因子及川芎药材的收集

实验所用药材由课题组于2012年4～5月从产地自行采集，共采集川芎5大产地的25批药材，经成都中医药大学卢先明教授鉴定为伞形科（Umbelliferae）植物川芎Ligusticum chuanxiong Hort.的根茎，见表1。同时从各大产地气象部门收集了相关资料，结果见表1。

2.2 川芎药材指标成分测定

课题组参照中国药典2010年版川芎项下阿魏酸含量测定方法，测定了样品中阿魏酸含量，参照中国药典2010年版一部附录XB鞣质测定方法测定样品总酚酸含量，同时建立川芎多糖含量测定方法测定样品中多糖含量，具体方法已另文发表，结果见表2。

表2 各主产地川芎药材指标成分含量测定结果

2.3 川芎指标成分含量与部分生态因子相关性分析结果

采用SPSS13.0统计软件对川芎指标成分含量及生态因子进行相关性分析，结果显示川芎中阿魏酸含量与年均温呈负相关性，其相关系数为-0.908，t检验显著性概率为0.033＜0.05，拒绝零假设，而与其他生态因子无显著相关性；但总酚酸含量与所列气候因子均无显著相关性；多糖含量与产地海拔高度呈显著负相关关系，其相关系数为-0.922，t检验显著性概率为0.026＜0.05，拒绝零假设，而与其他气候因子无显著相关性。

2.4 小结

从川芎药材指标成分与生态因子相关性分析结果可以看出，川芎中阿魏酸含量随年平均气温的升高而存在一定程度的下降趋势，而川芎中多糖含量随着产地海拔高度的增加略有降低趋势，而其他气候因子与指标成分含量无显著相关性，因此在川芎引种时须首先考虑种植地的年平均气温、海拔高度与传统道地产地的差异，方可达到高产、优质的效益。

3 讨论及展望

随着中药现代化和产业化的快速发展，中药材资源濒危，中药资源持续产业化和供需矛盾不断剧烈，引种栽培成为了一种快捷的途径，但只重视产量及地方经济，不考虑生态适宜性的盲目引种导致了一系列问题相继出现，如不同产地所产药材品质参差不齐、部分新产地药材重金属等有害物质严重超标等，由此凸显了产地生态环境要素与药材品质相关性研究的重要性。

经过课题组前期的实地考察，发现川芎传统道地产区的退化、工业化污染等问题逐渐严重，彭州地区受经济利益的趋势，大部分土地改建成工厂，随即带来了严重工业污染，导致中药材质量大大下降。对于中药材传统产地的退化、污染等问题引起了业界人士的重视，但其解决方案的研究还相对落后，有待深入研究解决。

为从根本上解决中药品质参差不齐问题，研究影响药材质量的生态因子，分析二者相关性，从而综合评定生态因子对中药品质的影响力是关键。总结以往生态因子与药材质量的相关性研究不难发现，在生态因子与药材品质相关性研究工作中，土壤因子对药材品质影响的研究较深入，而气候及大气环境的影响研究较少，且大多停留在定性分析阶段，只对种植地的气候环境和大气条件做描述性评价，而并未深入分析这类因素对药材品质的确定影响力；或仅分析单一生态因子对药材品质的影响而忽略了各因子间的交互作用，如降雨量影响灌溉水、土壤质地；空气质量通过降雨也会改变土壤酸碱性等，生态因子对药材品质的影响是一个复杂的过程，单因素的分析并不能全面反应其影响力，而必须深入分析生态因子对中药材品质的影响，建立一个系统评价方法，包括单因素的作用和各因素的交互作用等。

为保证高品质中药材走向世界，加强中药材传统道地产地的保护是必不可少的，其中药材GAP基地即是方案之一，但延续中药材道地性，提高中药材品质是一项长期而艰巨的任务，首先深入分析道地药材的适宜生态环境，量化各因素对药材品质的影响力，然后建立道地药材的适宜生态环境因素水平表，再依据因素水平表寻找药材的适宜替代产地或人工建立模拟产地，同时加强传统道地产地的规范管理及保护，尽可能减小道地药材的人为污染，从而使中药产业走向国际化。

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