何首乌和种植土壤重金属含量特征及其相关性研究

罗文敏+林昌虎+杨万云等

摘要：通过野外调查和室内分析相结合的方法，研究了贵州省三穗县何首乌及其种植地土壤中重金属As、Cd、Hg、Pb和Cu的含量特征，对何首乌和土壤中重金属污染程度进行科学评价，然后利用灰色关联度法研究何首乌和土壤中重金属的相关关系。结果表明，何首乌产地土壤中Pb、As含量很低，处于清洁级别，Cd、Hg和Cu含量较高，超标现象相对普遍，但土壤重金属总体上多数处于尚清洁水平；药材何首乌中各重金属含量均达到标准要求，不存在重金属污染情况；相关分析表明，何首乌中Hg与土壤中Hg含量显著相关，其他重金属相关性不明显。

关键词：土壤；何首乌；重金属评价；相关性

中图分类号：S567.23+9 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）18-4354-04

近年来植物药在国际市场逐渐升温，传统医药在日益受到人们青睐的同时，其质量与安全性也成为公众关注的焦点[1，2]，尤其是中草药的重金属超标问题日益凸显，它是造成中药质量下降的重要因素之一，并成为制约中药走向世界、打入国际中草药市场的主要屏障[3]。药材中Hg、Cd、Pb、Cu和As等重金属易被人体吸收，当蓄积到一定量时可引起神经、内分泌、肝、肾功能受损，出现严重的中毒症状，减少药材中重金属污染是确保人们安全用药的前提[4]。因此，药材中重金属污染问题已引起很多学者的关注，褚卓栋等[5]研究了河北省中草药种植区土壤及草药中重金属含量状况并进行了评价，表明不同草药对重金属吸收和累积呈现出不同特性。薛朝金等[6]研究了半夏与土壤中重金属含量相关性，研究发现半夏对土壤中的镉具有明显富集作用。秦樊鑫等[7]对贵州省遵义市11个GAP基地的中药材重金属含量进行了调查与评价。杨春等[8]对黔东南州太子参种植土壤中重金属进行了含量测定和污染评价。但是总体来看，中药材重金属研究尚处于起步阶段，尤其是关于药材及其种植土壤中重金属的相关性研究较少，本研究以贵州省新兴的何首乌种植大县——三穗县为例，探讨何首乌及其种植土壤中重金属含量特征及两者的相关性，为何首乌中重金属来源分析及控制措施的制定提供科技依据。

1 材料与方法

1.1 样品的采集及制备

2012年12月，在三穗县雪洞镇3个何首乌种植基地，按照系统随机法布点取样，每个基地采集地表0～20 cm的土壤样品各5个，并一一对应采集土壤上种植的何首乌全株分别装入布袋，编号，带回实验室备用。

土壤样品的制备：将土样自然风干，剔除植物残体和石块，用木棍压碎，混匀，并用四分法取压碎样，过孔径 1 mm（18 目）尼龙筛。过筛后的样品充分搅拌混匀，再采用四分法取2份，一份装袋存放，另一份用玛瑙研钵研磨到全部过孔径0.15 mm （100目） 筛，装袋备用。

何首乌样品的制备：用自来水冲洗除去何首乌上的泥土等附着物，切除药用部位以外的部分，分别用蒸馏水、去离子水冲洗3遍，晾干水分，在烘箱中 80℃烘至恒重，中药材粉碎机（塑料内胆，不锈钢刀片）粉碎后备用。

土壤样品及药材样品均采用HNO3-H2O2高压密闭抽提消煮，用原子荧光测定砷（As），用冷原子吸收法测定汞（Hg），石墨炉原子吸收光谱仪（AASVario 6）测定镉（Cd）、铅（Pb）和铜（Cu）。土壤分析过程加入国家标准土壤样品（GSS-2，GSS-5） 进行分析质量控制，所用水均为二次去离子水，试剂采用优级纯，测定结果精密度满足所用方法的允许值。

1.2 研究方法

1.2.1 土壤重金属含量特征及评价方法

对单一重金属评价采用单项污染指数法，对整体重金属评价采用内梅罗综合污染指数法[9]。单项污染指数法是目前国内普遍采用的评价方法之一，它可以判断出环境中的主要污染因子，能较好的表征单一重金属的污染状况，其计算公式为：Pi=Ci/Si。式中，Pi为环境中污染物的单项污染指数；Ci为环境中污染物i的实测值；Si为污染物i的评价标准，此处采用国家土壤环境质量标准（GB 15618-1995）二级标准中的限制值。

1.2.2 何首乌重金属含量特征及评价方法

1.2.3 何首乌与土壤中重金属含量的相关性研究方法 采用基于区间关联度的灰色关联分析法研究何首乌及其种植土壤中重金属含量间的相关性。灰理论以“部分信息已知，部分信息未知”的“小样本”、“贫信息”不确定性系统为研究对象，通过部分信息的有效提取，实现系统整体情况的正确描述。其中灰色关联度分析法是灰色系统的重要内容，旨在定量地比较或描述灰色系统之间或灰色系统中各因素之间，在发展过程中的相对变化情况[10]。具体分析步骤为：

1）确定参考和比较序列以及原始数据变换。此处因为探讨的是土壤重金属含量对何首乌中重金属含量的影响，故将何首乌重金属含量设为参考数列x0（k），k=1，2，3，…，n。可表示为x0（k）={x0（1）， x0（2），x0（3），…，x0（n）}。同理，将土壤中重金属含量设为比较数列xi（k），表示为xi（k）={xi（1），xi（2），xi（3），…，xi（n）}，i=1，2，3，…，m。因为何首乌中As含量未检出，表明何首乌中As含量不受土壤重金属含量影响，它们之间相关性不强，为了评价结果的准确性，只对其他4种重金属的相关性进行探讨。

由于系统中各因素的量纲不同，对原始数据需要消除量纲，转换为可比较的数据序列。本文采用初值化变换，即每个数列除以相应的首个原始数据，得到新的数据列即为初值化序列。

2 结果与分析

2.1 土壤重金属含量特征及污染评价结果

根据单项污染指数评价结果（表3），基地1的Hg单项污染指数为1.15，达到轻污染水平，Cu和Cd单项污染指数分别为0.94和0.71，为尚清洁水平，As和Pb单项污染指数仅为0.07和0.05，处于清洁水平，综合来看基地1的内梅罗综合污染指数为0.91，重金属污染总体处于尚清洁等级。基地2的Hg、Cd和Cu的单项污染指数分别为1.06、1.05和1.04，均为轻度污染水平，As和Pb单项污染指数仅为0.10和0.09，处于清洁水平，综合来看基地2的内梅罗综合污染指数为0.88，重金属污染总体处于尚清洁等级。基地3的Cd、Cu和Hg单项污染指数分别为1.37、1.15和1.03，均为轻度污染水平，As和Pb单项污染指数仅为0.15和0.11，处于清洁水平，综合来看基地3的内梅罗综合污染指数为1.11，重金属污染总体处于轻污染等级。综合来看，研究区5种重金属平均单项污染指数大小顺序为Hg>Cd>Cu>As>Pb，其中Hg、Cd和Cu是主要的土壤重金属污染物，而重金属As和Pb则不存在污染情况。

2.2 何首乌重金属污染评价结果

从图1的检测结果看，三个基地何首乌中重金属Cu、Pb、As、Cd和Hg的含量以及重金属总量均未超过《药用植物及制剂进出口绿色标准》中的标准限值，符合进出口药用植物重金属含量要求。其中As的含量均未被检出，表明何首乌中As的含量极低，As不易被何首乌块根吸收。

从表4的评价结果可见，三个基地何首乌中Hg的对比指数都明显高于其他几种重金属，依次分别达到0.97、0.82和0.70，平均达到0.83。表明重金属Hg的含量已经接近标准限值，这估计与种植地土壤普遍存在轻度的Hg污染有关。但是整体来看，三个基地何首乌中重金属总含量较低，重金属总量均在标准限值的1/10～1/2。

2.3 何首乌重金属与土壤中重金属的相关性

应用关联系数和关联度公式得到计算结果（表5），可以看出，何首乌与土壤中重金属表现出一定的相关性，其中何首乌中的Hg与土壤中Hg含量紧密相关，它们之间的关联系数达到0.914，表明何首乌中Hg可能主要来源于种植地土壤。相较而言，其他重金属Cu、Cd、As和Pb在何首乌和土壤中的相关性并不显著，这可能与重金属间产生了协同或拮抗作用有关。总体来看，土壤中重金属对何首乌中重金属含量影响大小顺序为：Hg>Cu>Cd>As>Pb，说明何首乌主要受土壤中Hg含量影响，其次是Cu和Cd，受As和Pb的影响最小。

3 小结与讨论

1）研究区土壤重金属污染大小表现为Hg>Cd>Cu>As>Pb，其中Hg、Cd和Cu是主要的土壤重金属污染物，而As和Pb则不存在污染情况。

2）研究区内何首乌重金属Cu、Pb、As、Cd和Hg的含量以及重金属总量均未超过标准限值，符合进出口药用植物重金属含量要求。

3）何首乌与种植土壤中重金属表现出一定的相关性，它们之间关联度大小顺序表现为Hg>Cu>Cd>As>Pb，其中何首乌与土壤中重金属Hg表现出显著的相关性，其他重金属的相关性不明显。

致谢：感谢三穗县科技局对样品采集提供的帮助，感谢贵州省理化测试分析研究院对样品含量检测提供的帮助。

参考文献：

[1] BARNES J. Quality efficacy and safety of complementary medicines： Fashions，facts and the future. Part 1. Regulation and quality[J]. Clin Pharmacol， 2003， 55（3）： 226-233.

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[6] 薛朝金，海 市，舒光明.半夏与土壤中重金属含量相关性研究[J].中药材，2010，33（3）：331-333.

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[8] 杨 春，杨金笛，成红砚.黔东南州太子参种植土壤中重金属含量及污染评价[J].贵州农业科学，2010，38（2）：196-198.

[9] 罗文敏，林昌虎，贾 强.贵定云雾贡茶生产基地环境质量监测与评价[J].广东农业科学，2012（8）：164-166.

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[11] 张北赢，徐学选，刘文兆.黄土丘陵区不同土地利用的土壤水分灰色关联度[J].生态学报，2008，28（1）：361-366.

[12] 张同娟，杨劲松，刘广明.基于灰色关联度法河口地区土壤盐分影响因子分析[J].土壤通报，2010，41（4）：793-796.

2.2 何首乌重金属污染评价结果

从图1的检测结果看，三个基地何首乌中重金属Cu、Pb、As、Cd和Hg的含量以及重金属总量均未超过《药用植物及制剂进出口绿色标准》中的标准限值，符合进出口药用植物重金属含量要求。其中As的含量均未被检出，表明何首乌中As的含量极低，As不易被何首乌块根吸收。

从表4的评价结果可见，三个基地何首乌中Hg的对比指数都明显高于其他几种重金属，依次分别达到0.97、0.82和0.70，平均达到0.83。表明重金属Hg的含量已经接近标准限值，这估计与种植地土壤普遍存在轻度的Hg污染有关。但是整体来看，三个基地何首乌中重金属总含量较低，重金属总量均在标准限值的1/10～1/2。

2.3 何首乌重金属与土壤中重金属的相关性

应用关联系数和关联度公式得到计算结果（表5），可以看出，何首乌与土壤中重金属表现出一定的相关性，其中何首乌中的Hg与土壤中Hg含量紧密相关，它们之间的关联系数达到0.914，表明何首乌中Hg可能主要来源于种植地土壤。相较而言，其他重金属Cu、Cd、As和Pb在何首乌和土壤中的相关性并不显著，这可能与重金属间产生了协同或拮抗作用有关。总体来看，土壤中重金属对何首乌中重金属含量影响大小顺序为：Hg>Cu>Cd>As>Pb，说明何首乌主要受土壤中Hg含量影响，其次是Cu和Cd，受As和Pb的影响最小。

3 小结与讨论

1）研究区土壤重金属污染大小表现为Hg>Cd>Cu>As>Pb，其中Hg、Cd和Cu是主要的土壤重金属污染物，而As和Pb则不存在污染情况。

2）研究区内何首乌重金属Cu、Pb、As、Cd和Hg的含量以及重金属总量均未超过标准限值，符合进出口药用植物重金属含量要求。

3）何首乌与种植土壤中重金属表现出一定的相关性，它们之间关联度大小顺序表现为Hg>Cu>Cd>As>Pb，其中何首乌与土壤中重金属Hg表现出显著的相关性，其他重金属的相关性不明显。

致谢：感谢三穗县科技局对样品采集提供的帮助，感谢贵州省理化测试分析研究院对样品含量检测提供的帮助。

参考文献：

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2.2 何首乌重金属污染评价结果

从图1的检测结果看，三个基地何首乌中重金属Cu、Pb、As、Cd和Hg的含量以及重金属总量均未超过《药用植物及制剂进出口绿色标准》中的标准限值，符合进出口药用植物重金属含量要求。其中As的含量均未被检出，表明何首乌中As的含量极低，As不易被何首乌块根吸收。

从表4的评价结果可见，三个基地何首乌中Hg的对比指数都明显高于其他几种重金属，依次分别达到0.97、0.82和0.70，平均达到0.83。表明重金属Hg的含量已经接近标准限值，这估计与种植地土壤普遍存在轻度的Hg污染有关。但是整体来看，三个基地何首乌中重金属总含量较低，重金属总量均在标准限值的1/10～1/2。

2.3 何首乌重金属与土壤中重金属的相关性

应用关联系数和关联度公式得到计算结果（表5），可以看出，何首乌与土壤中重金属表现出一定的相关性，其中何首乌中的Hg与土壤中Hg含量紧密相关，它们之间的关联系数达到0.914，表明何首乌中Hg可能主要来源于种植地土壤。相较而言，其他重金属Cu、Cd、As和Pb在何首乌和土壤中的相关性并不显著，这可能与重金属间产生了协同或拮抗作用有关。总体来看，土壤中重金属对何首乌中重金属含量影响大小顺序为：Hg>Cu>Cd>As>Pb，说明何首乌主要受土壤中Hg含量影响，其次是Cu和Cd，受As和Pb的影响最小。

3 小结与讨论

1）研究区土壤重金属污染大小表现为Hg>Cd>Cu>As>Pb，其中Hg、Cd和Cu是主要的土壤重金属污染物，而As和Pb则不存在污染情况。

2）研究区内何首乌重金属Cu、Pb、As、Cd和Hg的含量以及重金属总量均未超过标准限值，符合进出口药用植物重金属含量要求。

3）何首乌与种植土壤中重金属表现出一定的相关性，它们之间关联度大小顺序表现为Hg>Cu>Cd>As>Pb，其中何首乌与土壤中重金属Hg表现出显著的相关性，其他重金属的相关性不明显。

致谢：感谢三穗县科技局对样品采集提供的帮助，感谢贵州省理化测试分析研究院对样品含量检测提供的帮助。

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