道真玄参对土壤重金属元素的吸收与富集

刘红等

摘要：通过对玄参（Scrophularia ningpoensis Hemsl.）根际和非根际土壤、不同部位重金属Cr、Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb含量进行检测，分析了玄参茎、叶、块根、芽对根际土壤重金属的吸收与富集作用。结果表明，玄参根际和非根际土壤中Cd、Hg平均含量均高于限量值要求，土壤表现出一定程度的Cd和Hg污染，而玄参各部位未检测到Hg；茎、叶中Cd平均含量高于限量值，块根、芽中Cd含量低于限量值。玄参不同部位对重金属元素富集能力表现：Cr为茎>叶>芽>块根，Cu为芽>叶>茎>块根，Zn为叶>块根>茎>芽，As为叶>茎>芽=块根，Cd、Pb为叶>茎>芽>块根。

关键词：玄参（Scrophularia ningpoensis Hemsl.）；重金属；吸收；富集

中图分类号：Q949.777.8； X82 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）03-0644-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.03.034

Adsorption and Enrichment of Heavy Metal in Soil with Daozhen Radix Scrophulariae

LIU Hong1a， LIN Chang-hu2a， ZHANG Qing-hai2b， HE Teng-bing1b， LIN Shao-xia2b， ZHAO Lu-yue1b

（1.Guizhou University， a.College of Life Sciences； b.College of Agriculture， Guiyang 550025， China； 2. Guizhou Academy of Sciences， a. Office of Party Committee； b.Guizhou Academy of Instrumental Analysis， Guiyang 550001， China）

Abstracts： By measuring the content of heavy metals including Cr、Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb in rhizosphere and non-rhizosphere soil and different positions of Radix scrophulariae， the adsorption and enrichment capability of heavy metals in rhizosphere soil of stems， leaves， root tubers and shoots of Daozhen Radix scrophulariae was analyzed. Result showed that the average content of Cd， Hg was higher than the limited standards in rhizosphere and non-rhizosphere soil. The soil had Cd and Hg pollution. Hg was not found in any positions of Radix scrophulariae. The average content of Cd was higher than the limited standards in leaves and stems， lower than the limited standards in root tubers and shoots. The enrichment capability of heavy metal of Radix scrophulariae was in the order of stems>leaves>shoots>root tubers for Cr， shoots>leaves>stems>root tubers for Cu， leaves>root tubers>stems>shoots for Zn， leaves>stems>shoots=root tubers for As， leaves>stems>shoots>root tubers for Cd， Pb.

Key words：Scrophularia ningpoensis Hemsl.；heavy metal；adsorption；enrichment

玄参为传统常用中药，别名浙玄参、元玄参和乌玄参[1]。系多年生、深根性玄参科草本植物玄参（Scrophularia ningpoensis Hemsl.）的干燥根，以根入药，性寒味苦，具有凉血滋阴、清热解毒之功效，用于治疗热病伤阴、津伤便秘、目赤、咽痛等症[2]。随着中药的广泛使用，人们对中药材中重金属污染问题越来越重视[3-12]，中药材的重金属污染也是造成中药质量下降的关键因素[13]。重金属中的有害元素被人体吸收后，当蓄积到一定量时可引发免疫系统障碍、神经错乱、内分泌紊乱、肝肾等功能受损，进而引起一系列的中毒症状。据研究报道，重金属超标还可使土壤中微生物的总量大幅度降低，阻碍植物的生长和固氮作用，进一步影响作物的产量和质量[14]。

试验对贵州道真玄参基地土壤及玄参不同部位重金属的含量进行了测定，探讨了玄参不同部位对土壤重金属元素的吸收和富集能力，以期为道真玄参的生产经营提供理论支撑，并对重金属污染防治提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 采样

2012年12月在贵州省道真县阳溪镇玄参基地采集玄参样品，室内试验在贵州省科学院分析测试研究院进行。

选取道真县阳溪镇玄参基地为研究区域，采集植株—土壤对应样品。采用GPS定位，在基地采集有代表性的植株样品14个，其中土壤样品分根际和非根际进行采样，共采集土壤样品28个，为避免污染，采样过程中使用木铲等工具。

1.2 样品处理

1.2.1 土壤样品的制备 将采集的样品分别放入洁净的聚乙烯塑料袋中，封装带回实验室。土壤样品置于室内自然风干，挑出石块和残枝落叶，采用四分法，并用玛瑙研钵研磨，分别过20目和100目筛备用。

1.2.2 玄参植株样品的制备 将采集的新鲜玄参样品冲洗干净后，自然风干，将茎、叶、块根、芽分开处理，称取各部位鲜重，分别放置于密封袋中，带回实验室。将样品置于80 ℃电热恒温鼓风干燥箱中，烘干至恒重，称取各部位干样，放于中草药粉碎机中粉碎，过100目筛备用。

1.3 指标测定

土壤样品采用美国国家环保局标准方法（USEPA-3050B）消解、定容；0.2 g植株样品分别加入5 mL硝酸、2 mL双氧水，置于170 ℃恒温干燥箱中加热3 h，冷却、定容；采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS，Agilent 7500 a）进行重金属元素含量的测定，条件参数见表1。过20目筛土壤样品用来测定pH，水土比为1∶2.5，pH计测定。为确保测试结果的准确性，分析过程中每批样品设2个空白，分析过程中加入国家标准土壤样品（GSS-2、GSS-5）及国家灌木枝叶标准物质（GSV-2），进行分析质量控制，分析样品重复数10%～15%，所用水均为去离子水（Milli-Q50超纯水系统），试剂均为优级纯。

2 结果与分析

2.1 玄参土壤重金属含量分析

由表2可知，研究区域根际土壤pH平均为5.70，非根际土壤pH平均为5.57，该区土壤属于酸性土壤，且非根际土壤的酸性强于根基土壤。对照国家土壤环境二级标准值（表2），从平均值来看，根际和非根际土壤中Cd、Hg含量均高于限量值要求，其他元素含量均低于限量值；根际和非根际土壤中重金属含量接近，无明显差异，根际土壤中Cu、Zn、Hg平均含量大于非根际土壤。为了定量描述调查区域内重金属元素含量的波动程度，选用变异系数（CV）来表示变化程度的大小，按照变异程度的划分等级：CV≥100%，强度变异；10%≤CV<100%，中等变异；CV﹤10%，弱变异。由表2可知，根际和非根际土壤中pH、Cr的变异系数均小于10%，属于弱变异，其他元素变异系数在10%～100%之间，属于中等程度变异。

2.2 玄参根际土壤重金属元素相关性和主成分分析

对玄参根际土壤pH和重金属元素进行了相关分析及主成分分析，结果见表3。从表3可以看出，玄参根际土壤中，As与Cu、Hg与Cu、Hg与As、Pb与Cr、Pb与Cd具有较好的相关性，其中，As与Cu极显著负相关、Hg与Cu显著负相关；Hg与As、Pb与Cr、Pb与Cd显著正相关，说明Hg与As、Pb与Cr、Pb与Cd具有同源性，pH与重金属之间相关性不明显。

由表4可知，当选择3个主成分时，累积贡献率可达到70%以上，符合主成分分析要求。表5结果显示，对第1主成分作用大的有As（-0.927）、Cu（0.920）、Hg（-0.780）、Cr（0.666）；对第2主成分作用大的有Pb（0.894）、Cd（0.842）、Zn（-0.666）；对第3主成分作用大的有pH（0.968）。在分析中，抽样适度测定值为0.413（表6）（通常认为该值应该在0.5以上为好[15]），这样8个指标全部覆盖，显示不出“主成分”。

2.3 玄参植株重金属含量分布

由表7可知，从平均值来看，参照《药用植物及制剂外经贸绿色行业标准（WM-T2-2004）》，Cu、As含量均低于限量值要求，茎、叶中Cd平均含量高于限量值，块根、芽中Cd含量低于限量值；Pb含量除了叶以外，其他部位含量低于限量值要求；Cr平均含量表现为茎>叶>芽>块根，Cu平均含量表现为芽>叶>茎>块根；Zn平均含量表现为叶>块根>茎>芽；As平均含量表现为叶>茎>块根>芽；Cd、Pb平均含量表现为叶>茎>芽>块根。

2.4 玄参不同部位对根际土壤重金属的富集能力

植物富集的重金属元素主要来自于土壤，富集系数的大小反映了植株对某种重金属元素富集能力的大小[16-18]。玄参各部位重金属元素富集系数=玄参各部位某重金属元素的含量/土壤中某重金属元素的含量。表8结果表明，不同重金属在植株中的吸收迁移能力差异较大，茎表现为Cd>Zn>Cr>Cu>Pb>As；叶表现为Cd>Zn>Cr>Pb>Cu>As；块根表现为Zn>Cd>Cu>Cr>As>Pb；芽表现为Zn>Cd>Cu> Cr>Pb>As。不同部位对重金属元素富集能力大小表现：Cr为茎>叶>芽>块根；Cu为芽>叶>茎>块根；Zn为叶>块根>茎>芽；As为叶>茎>芽=块根；Cd、Pb为叶>茎>芽>块根。

3 小结与讨论

试验结果表明，玄参根际和非根际土壤中Cd、Hg平均含量均高于限量值要求，土壤表现出一定程度的Cd和Hg污染，根际和非根际土壤中重金属含量接近，无明显差异。

根际土壤重金属相关分析及主成分分析表明，Hg与As、Pb与Cr、Pb与Cd具有同源性，pH与重金属之间相关性不明显。此外，Hg与As、Pb与Cd、As与Cu、Hg与Cu之间不仅有较好的相关性，而且也是作用大的元素（As、Hg、Cu、Pb、Cd的载荷分别为 -0.927、-0.780、0.920、0.894、0.842）。

玄参不同部位重金属含量差异性较为明显，不同部位重金属平均含量大小表现：Cr为茎>叶>芽>块根，Cu为芽>叶>茎>块根；Zn为叶>块根>茎=芽；As为叶>茎>块根=芽；Cd、Pb为叶>茎>芽>块根。

不同重金属在植株中的吸收迁移能力差异较大，茎表现为Cd>Zn>Cr>Cu>Pb>As；叶表现为Cd>Zn>Cr>Pb>Cu>As；块根表现为Zn>Cd>Cu>Cr>As>Pb；芽表现为Zn>Cd>Cu>Cr>Pb>As。

参考文献：

[1] 高学敏，张德芹，张建军.实用本草纲目彩色图鉴（第一卷）[M]. 北京：外文出版社，2006.

[2] 中华人民共和国药典委员会.中国药典（一部）[S].北京：化学工业出版社，2005.

[3] 李雪玲，戴 云，崔秀明，等.半夏中重金属和农药残留的测定[J].中成药，2006，28（3）：400-403.

[4] 李仕海，刘训红，曾艳萍，等.不同产地太子参中重金属含量检测[J].时珍国医国药，2007，18（8）：1825-1826.

[5] 陈怡和，祁 雄，朱 莹，等.中药房常用饮片重金属含量测定[J].中成药，2003，25（5）：405-407.

[6] 伊雄海，陆贻通.川芎等8种中药材中农药及重金属残留状况研究[J].现代中药研究与实践，2004，18（3）：7-9.

[7] 张俊青，符乃光，赖伟勇，等.海南广藿香等4种南药重金属含量研究[J].中国中药杂志，2006，31（12）：1018-1019.

[8] 冯 江，黄 鹏，周建民.100种中药材中有害元素铅 镉 砷的测定和意义[J].微量元素与健康研究，2001，18（2）：43-44.

[9] 袁 迎.3种中药重金属成分铅、镉的含量分析[J].中国药房，2007，18（6）：447-448.

[10] 叶国华.中药材重金属污染状况调查研究[J].甘肃中医，2008，21（2）：53-54.

[11] 叶国华，吕方军.21种中药材中重金属含量测定[J].辽宁中医杂志，2008，35（2）：265-266.

[12] 秦樊鑫，胡继伟，张明时，等.贵州省GAP基地26种中药材重金属含量调查与评价[J].中成药，2007，29（10）：1483-1487.

[13] 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.

[14] 李海华，刘建武，李树人，等.土壤——植物系统中重金属污染及作物富集研究进展[J].河南农业大学学报，2000，34（1）：30-34.

[15] 杨世林，徐丽珍，杜力军，等.不同产地丹参的无机元素含量及其生长土壤的理化性质[J].中国中药杂志，2004，29（9）：844-850.

[16] 毛岭峰，彭培好，陈文德.重庆地区主要作物重金属富集特征[J].生态学杂志，2009，28（6）：1117-1122.

[17] 聂发辉.关于超富集植物的新理解[J].生态环境，2005，14（1）：136-138.

[18] 张清海，陆 洋，罗 艳.贵州省典型农业区土壤重金属污染及在蔬菜中的富集研究[J].中国环境监测，2008，24（6）：73-76.