三七主根稳定碳同位素组成与生态因子的关系

何忠俊，梁社往，丁颖，赵江，刘义，滕娟，熊俊芬，杨志新，张仕颖，陈中坚

1. 云南农业大学资源与环境学院，云南 昆明 650201；2. 云南农业大学农学与生物技术学院，云南 昆明 650201；3. 文山县苗乡三七实业有限公司，云南 文山 663000

三七主根稳定碳同位素组成与生态因子的关系

何忠俊1，梁社往2，丁颖1，赵江1，刘义1，滕娟1，熊俊芬1，杨志新1，张仕颖1，陈中坚3

1. 云南农业大学资源与环境学院，云南 昆明 650201；2. 云南农业大学农学与生物技术学院，云南 昆明 650201；3. 文山县苗乡三七实业有限公司，云南 文山 663000

三七（Panax notoginseng）是中国传统名贵中药材，文山三七获国家地理标志保护。近年来，随着三七连作障碍的加重、道地产区租地成本增加和三七价格的上涨，三七种植区域已由云南文山道地产区向周边区域扩展，广西、广东、四川、贵州也有一定规模种植。因此，三七产地溯源和保护对三七产业的可持续发展十分必要。为探讨稳定碳同位素能否作为三七药材产地溯源的指标，基于44个不同产区3年生春三七主根样品、根际土壤样品、地理气候因子数据，采用稳定同位素质谱和等离子发射光谱质谱及常规土壤农化分析法，通过相关分析、逐步回归、通径分析和决策分析等的逐层剖析，研究了地理气候因子、土壤理化性质和肥力、主根内营养元素含量——共计49个生态指标与三七主根稳定碳同位素比率的数量关系。结果表明，7月平均温、1月最低温、纬度、经度、年均温、土壤速效锌含量、土壤全磷含量、土壤速效钾含量是影响三七主根稳定碳同位素比率的主要生态因子。这8个因子的综合影响，共同决定了三七主根稳定碳同位素比率变化的78.07%。对三七主根δ13C直接影响的顺序为：7月平均温>1月最低温>纬度>经度>年均温>土壤速效锌含量>土壤全磷含量>土壤速效钾含量。1月最低温为三七主根δ13C的最主要限制因子，土壤全磷含量是三七主根δ13C最主要的决策因子，但1月最低温、7月平均温、年均温、经度的决策系数绝对值远高于其他因子，说明三七主根δ13C主要受产地温度状况和经度的影响，这4个因子地域性很强。所以，三七主根δ13C可以作为三七主根和相关产品产地溯源的重要指标之一。

三七；主根；稳定碳同位素；生态因子

稳定同位素技术因具有示踪、整合和指示等多项功能，以及检测快速、结果准确等特点，在生态学、地球科学、植物生理生态、水循环等方面显示出独特的功能，已成为生态学研究的重要手段（林光辉，2010）。稳定碳同位素技术已成为研究植物与环境之间关系最有效的方法之一。由于植物羧化效率的不同、12C和13C在植物体内迁移速率以及外界环境的不同，不同植物体内甚至同种植物体内稳定性碳同位素比率（δ13C值）有一定的差异（马晔和刘锦春，2013）。稳定碳同位素在碳循环（周玉荣和于振良，2000）、作物水分利用效率（赵炳梓和张佳宝，2004；Zhang等，2009）、植物生理生态（易现锋，2007；Kogami等，2001；马剑英等，2008）、环境因子（气候、海拔、植株和土壤营养元素等）对植物δ13C的影响（冯虎元等，2003；李善家等，2011；Conrad和Klose，2005）等方面得到广泛应用，已显示出其独特的优势。但现有的研究主要集中在叶片和树干上，对植株地下部分δ13C的研究甚少。近 30年来，稳定碳同位素分析技术已在植源性食品产地溯源中成功应用（郭波莉等，2007a），如蜂蜜（Antje等，2010）、果汁（Jamin等，1997）、小麦（Branch等，2003）、奶酪（Camin等，2004）、茶叶（袁玉伟等，2013）等的产地溯源和真假鉴别。近年来，其在追溯动物源性食品的地理来源方面日趋活跃（郭波莉等，2007b；孙淑敏等，2010）。迄今，药用植物稳定碳同位素与生态因子之间关系的报道甚少。

三七（Panax notoginseng）为五加科多年生草本植物，又名金不换、血参、田七等，以主根和剪口入药。生药称三七，味甘、微苦、性温。三七一般生长3年采收，分为春七和冬七，春七是采收当年不留籽的三七主根，10─11月采收；冬七为采收当年留籽，次年 1─2月采收三七的主根。与春七相比，冬七种植面积小、产量低，且体积小、密度小、表面皱缩、断面有空隙、皂苷含量低（崔秀明和雷绍武，2012；崔秀明和朱艳，2013）。目前市场上的三七药材基本是春三七块根或其粉末。三七具有止血、活血化瘀、抗疲劳、抗衰老、耐缺氧、降血糖和提高机体免疫功能等功效，对三七功用的认识也从“活血化瘀、消肿定痛”延伸到整个心脑血管系统、中枢神经系统、代谢系统等领域（崔秀明和陈中坚，2007）。云南省文山壮族苗族自治州是三七的原产地，传统种植三七已有400余年历史，种植面积、产量和质量均为全国首位，当地特殊的生态环境对三七的品质有着重要的影响（崔秀明等，2014；崔秀明和雷绍武，2012）。近年来，由于连作障碍的加剧和三七价格迅猛上扬，三七主产区已由文山向周遍的红河、昆明、大理、腾冲等地发展，广西、广东、四川、贵州的部分地区也有三七种植。市场上出现了以次充好，真假难辩的现象。道地药材形成的实质源于产地，解决药材的产地溯源问题是药材地道性研究的关键。目前中药材产地判别的方法有形态、理化鉴别及化学指纹图谱、无机元素分析等（崔秀明和陈中坚，2007），但其适用性有限，说服力不足。在发生贸易纠纷时，缺乏科学合理的仲裁依据。因此，研究三七药材稳定碳同位素组成与生态因子的关系，对三七产地溯源和道地性阐释具有实际意义。

我们首先在研究三七药用部位-主根稳定碳同位素比率与地理气候、土壤理化性质和肥力、主根内养分含量等指标（单、偏）相关性的基础上，选择相关性显著的指标与主根稳定碳同位素比率进行逐步回归、通径和决策分析，进而确定影响三七主根稳定碳同位素比率的主导生态因子及其权重，为利用稳定碳同位素指纹进行三七药材道地性研究和产地溯源提供理论依据，同时也为中药材道地性研究开辟一条新途径。

1 材料与方法

1.1 三七主要分布区采样和调查

2011年9─11月采集3年生春三七共44个样点，分别采自广东南雄1点，广西靖西4点，云南39点——主要选择文山州主产三七的文山、砚山、马关、西畴、丘北，麻栗坡6个县，红河州的蒙自、建水、石屏、弥勒、泸西、屏边等6个县。随着连作障碍的日趋严重，文山州及其周遍可供种植三七的土地越来越少，三七产区范围向昆明周边以及楚雄、大理、保山、玉溪等州（市）发展。为此，采集了曲靖市罗平，昆明市寻甸、石林、禄劝3个县，玉溪市红塔区，保山市的腾冲县等三七种植面积较大地块的三七植株和根际土壤样品。采样地基本情况见表1。

三七植株和根际土壤样品的采集用随机多点取样法，采样深度为0～20 cm。每个样点按地块东南西北中随机采集三七整株15～20株，抖下根区土壤，经充分混匀后用4分法缩分，取1 kg带回（风干、除去石块和枯枝落叶、过2、1、0.25 mm筛备用）。将植株活体样本带回实验室后，反复用自来水+洗洁精洗去泥土，用含 1%柠檬酸的蒸馏水漂洗、除去表面附着的矿质元素，最后用蒸馏水反复冲洗干净，摊开晾去附着的水分后，按花、茎叶、主根、剪口、筋条、须根分开、称鲜质量，60 ℃烘干，称干质量，粉碎过100目筛，取约2 g供同位素C测定，其余装入自封袋供矿质元素、有效成分等测定之用。

收集、调查、现场和实验室测定各采样点生态因子的具体指标。它们包括：透光率、坡度、坡向、经度、纬度、海拔（现测）；土壤因子（实验室测定）——容重、pH、颗粒组成，有机质、全N、全P、全K、速效养分（N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、B）含量；气象资料（年均湿度、年日照时数、年降水量、活动积温、年均温、7月最高温、7月平均温、1月最低温、1月平均温）由中国医学科学研究院药用植物研究所TCM-GIS1系统根据经纬度和海拔计算得出。

1.2 样品分析

植物样品采用 H2SO4-H2O2消煮，凯氏法测 N含量，钒钼黄比色法测P含量。植株全S含量测定，采用HNO3-HClO4消煮、比浊法测定，植株全B采用干灰化、姜黄素法测定（中国科学院南京土壤研究所，1978）。植株 K、Ca、Mg、Cu、Zn、Fe、Mn、Mo含量采用DZ/T0223-2001（电感耦合等离子体质谱（ICP-MS））方法通则进行测定，Finnigan MAT，型号为HR-ICP-MS（ElementⅠ）。

土壤理化性质的测定方法：土壤pH采用电位法，土壤有机质采用外加热重铬酸钾容量法，土壤全氮采用浓硫酸-混合加速剂消解-凯氏定氮法，土壤全磷采用碳酸钠熔融-钼锑抗比色法，土壤全钾采用氢氧化钠熔融-火焰光度法，土壤碱解氮采用碱解扩散法，土壤速效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法，土壤速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法，土壤CEC采用乙酸铵交换法，土壤交换性钙、交换性镁采用 DTPA-TEA-CaCl2缓冲液浸提-原子吸收分光光度法，土壤有效硫采用磷酸盐浸提-硫酸钡比浊法，土壤有效硼采用沸水浸提-姜黄素比色法，土壤有效钼采用草酸-草酸铵浸提法，有效铁、有效锰、有效铜、有效锌采用Mehlich 3法联合浸提-原子吸收分光光度法（鲍士旦，2005），土壤颗粒组成采用吸管法（中国科学院南京土壤研究所，1978）。

表1 采样地基本情况及三七主根δ13CTable 1 The basic condition of sampling sites and the δ13C in taproot of Panax notoginseng

1.3 主根碳稳定同位素测定

称取600～800 μg三七主根粉末，先经过Flash EA1112型元素分析仪转化为纯净的CO2气体，再经过 ConfloⅢ型稀释仪，最后进入 DELTAPlusThermo Finnigan质谱仪进行检测。具体的工作参数如下：

元素分析仪：进样器氦气吹扫流量为 200 mL·min-1，氧化炉温度为 1020 ℃，载气氦气流量为90 mL·min-1。

Conflo Ⅲ条件设定：氦气稀释压力为60 kPa，CO2参考压力为60 kPa（孙淑敏等，2010）。

质谱条件：用USGS24(δ13CPDB=-16‰)标定CO2钢瓶，用标定的钢瓶气作为标准。稳定碳同位素比率用δ13C‰表示，δ13C的相对标准为V-PDB，计算公式为：δ13C‰=(R样品/R标准-1)×1000，其中R=13C/12C。

1.4 数据处理

全部试验数据采用 EXCEL、DPSv8.01（唐启义和冯光明，2007）软件进行计算、分析。

2 结果与分析

2.1 三七主根稳定碳同位素δ13C与地理气候因子的相关性

三七主根δ13C平均值为-26.37‰，属C3植物，高于全球C3植物δ13C平均值-27.20‰（冯虎元等，2003）。表 2显示，三七栽培地域一月最低温和坡度变化范围最大，变化范围分别为 0.2～7.9 ℃和1°～40°；其次是坡向和透光率，变化范围分别为20°～652°和4.63%～24.90%。地理气候因子与三七主根δ13C比率的单相关性分析表明，主根δ13C与纬度、海拔、日照时数呈极显著正相关（P<0.01），与经度、年均湿度、年降水、活动积温、年均温、7月最高温、7月平均温、1月最低温、1月平均温呈极显著负相关（P<0.01），与坡度呈显著负相关（P<0.05）；偏相关分析表明，主根δ13C仅与经度、纬度呈显著正相关（P<0.05）。

表2 地理气候因子与三七主根δ13C的相关分析Table 2 Correlation analysis between geographical and climatic factors and δ13C in taproot of Panax notoginseng

2.2 三七主根稳定碳同位素δ13C与土壤因子的相关性

表3表明，三七栽培地域土壤砾石含量、土壤交换性钙、土壤速效铜含量变异最大，变化范围分别为 0.43%～34.21%、2.16～194.06 cmol·kg-1、0.07～12.82 mg·kg-1；其次是土壤交换性镁和速效锌含量，变化范围分别为 0.04～6.75 cmol·kg-1、0.69～11.16 mg·kg-1。土壤因子与三七主根δ13C的单相关分析表明，主根δ13C与土壤w(全磷)呈极显著正相关（P<0.01），与b(CEC)、w(速效氮)呈显著正相关（P<0.05），与 w(速效锌)呈极显著负相关（P<0.01），与 w(粉)/w(黏)比值呈显著负相关（P<0.05）；偏相关分析显示，主根δ13C与 w(速效钾)呈显著正相关（P<0.05），与pH、b(CEC)呈显著负相关（P<0.05）。

表3 土壤因子与三七主根δ13C的相关分析Tble 3 Correlation analysis between soil factors and δ13C in taproot of Panax notoginseng

2.3 三七主根稳定碳同位素δ13C与主根养分因子的相关性

表4表明，三七主根内养分含量变异最大的是Mo、Fe，变化范围分别为0.009～0.473、192～3154 mg·kg-1；其次是S、Mn、Cu、B，变化范围分别为75.7～1751.88、0.53～106.63、1.58～15.3、0.31～56.60 mg·kg-1。三七主根内养分含量与主根δ13C的单相关分析表明，主根δ13C仅与主根w(Zn)呈显著负相关（P<0.05），偏相关系数均不显著。

表4 三七主根养分因子与三七主根δ13C的相关分析Table 4 Correlation analysis between nutrients and δ13C in taproot of Panax notoginseng

2.4 三七主根稳定碳同位素δ13C的主导生态因子分析

如果2个变量之间相关程度不高，拟合回归方程便没有意义。因此，相关分析往往在回归分析前进行（陈胜可，2010）。在选择评判指标时，应该选择相关性显著的指标，使回归方程收敛性更好，更能反映因变量对自变量的影响程度（唐启义和冯光明，2007）。以往关于生态因子与稳定碳同位素δ13C的研究，大多是从分析土壤或气候因子与稳定同位素δ13C的相关性进行的，主要以单相关系数高低判断其重要性大小（马剑英等，2008；冯虎元等，2003；李善家等，2011）。这种分析方法是片面的，结论也是不确切的。而且主要研究叶片稳定碳同位素δ13C与土壤、地理气候、生理生化指标的相关性（马剑英等，2008；冯虎元等，2003；李善家等，2011），而关于植物地下部分稳定碳同位素δ13C与生态因子关系的研究甚少，而且选用的土壤指标少，多以全量养分为主，不能确切反映土壤的肥力状况。在多个变量的情况下，变量之间有可能存在某种程度的相关关系，使得变量之间形成错综复杂的关系。单相关系数只是表面的、非本质的关系，因而是不可靠的。偏相关系数是排除其他因素的影响，仅研究两者之间的相关，比单相关系数更能说明两者的线性相关程度（李宗梅等，2011）。鉴于目前国内外相关研究多以单相关研究为主，本研究中，采用单相关和偏相关分析结合，进一步确证和筛选出更多对三七主根δ13C影响显著的因子。

选取生态因子中与三七主根稳定碳同位素δ13C（单、偏）相关性显著的因子：经度(x1)、纬度(x2)、海拔(x3)、湿度(x4)、日照(x5)、年降水量(x6)、活动积温(x7)、年均温(x8)、7月最高温(x9)、7月平均温(x10)、1月最低温(x11)、1月平均温(x12)、坡度(x13)、粉/粘(x14)、pH(x15)、CEC(x16)、全磷(x17)、速效氮(x18)、速效钾(x19)、速效锌(x20)、主根 Zn(x21)，进行逐步回归和通径分析，得出以下回归方程：

复相关系数r=0.8836，决定系数R2=0.7807，P值=0.0001，Durbin-Watson统计量d=2.6424。

上述回归方程多元相关系数为0.8836，经检验达到极显著水平。方程决定系数较高，以上8个入选因子能解释主根δ13C变异的78.07%。从入选因子看，三七主根δ13C主要受经纬度、温度状况和土壤中部分养分状况的影响。

表5 三七主根δ13C与生态因子的通径分析Table 5 Path analysis between ecological factors and δ13C in taproot of Panax notoginseng

单相关系数可以分解为直接通径系数和间接通径系数，r单=P直+p间，P直为直接通径系数，p间为间接通径系数（卜静等，2012）。通径分析（表5）表明，各入选因子对主根δ13C直接通径系数的绝对值依次为：7月平均温(x10)>1月最低温(x11)>纬度(x2)>经度(x1)>年均温(x8)>土壤速效锌含量(x20)>土壤全磷含量(x17)>土壤速效钾含量(x19)。其中1月最低温(x11)、纬度(x2)、经度(x1)、年均温(x8)、土壤全磷含量(x17)、土壤速效钾含量(x19)对主根δ13C的直接作用是正效应，7月平均温(x10)、土壤速效锌含量(x20)对主根δC的直接作用是负效应。纬度(x2)、7月平均温(x10)、土壤全磷含量(x17)、土壤速效钾含量(x19)、土壤速效锌含量(x20)对主根δ13C的直接作用大于间接作用总和；经度(x1)、年均温(x8)、1月最低温(x11)的间接作用总和大于直接作用，且方向相反，抵消了直接作用的效果，致使其对主根δ13C的净效应方向改变。间接作用主要通过经度(x1)、纬度(x2)、年均温(x8)7月平均温(x10)、1月最低温(x11)的影响而产生，其中，7月平均温(x10)、1月最低温(x11)的间接作用最大。通径分析反映出，各生态因子与主根δ13C的路径关系很复杂，需要通过决策系数来最终确定。

决策系数是反映自变量对依变量综合作用大小的参数，利用决策系数可以对通径分析结果进行明确的判断，并确定主要决定性变量和限制性变量（于建军等，2009），决策系数的计算公式为：Ri2=2Piriy-Pi2，Pi为直接通径系数，riy为单相关系数。8个入选因子的决策系数大小（表5）排序为：R172>R202>R22>R192>R12>R82>R102>R112。其中，决策系数 R172、R202、R22、R192为正值，说明土壤全磷含量(x17)、土壤速效锌含量(x20)、纬度(x2)、土壤速效钾含量(x19)为主根δ13C的主要决策因子，但绝对值均较低，以R172最大，可以认为土壤全磷含量(x17)是主根δ13C最主要的决策因子；决策系数R12、R82、R102、R112为负值，以R112最小，说明1月最低温(x11)、年均温(x8)、7月平均温(x10)、经度(x1)为主根 δ13C的主要限制因子，1月最低温(x11)为主根δ13C的最主要限制因子。决策系数Ri2绝对值大小顺序为：1月最低温 R112>7月平均温 R102>年均温 R82>经度R12，且均为负值，其余因子决策系数绝对值较小（<0.2105）。由此可知，三七主根δ13C主要受1月最低温、7月平均温、年均温和经度的制约，这几个因子具有很强地域性。因此，δ13C可以作为三七主根和相关产品的产地溯源的重要指标之一。

3 讨论

3.1 中药材道地性研究中存在的问题及稳定同位素在中药材产地溯源中的优势

道地药材形成的实质源于产地，解决中药材产地溯源问题应该成为中药材道地性研究的关键。但目前中药材道地性研究主要偏重中药材产地地质背景、气候、生态条件、人文因素等的分析，辅以形态、药效成分、分子标记、无机元素等指标（崔秀明和陈中坚，2007；黄林芳等，2013；向增旭和高山林，2008；杨生超等，2007；张重义等，2007），只是对现有公认的道地药材形成进行剖析和产区范围界定，用于产地溯源说服力不足。三七皂苷组分受栽培管理技术影响很大，在县域范围内，海拔差异不大的情况下，三七总皂苷(R1+Rg1+Rb1+Rd)含量相差悬殊（崔秀明和陈中坚，2007）。在药效成分达到药典规定指标、农残和重金属不超标的情况下，很难判定三七是来自道地产区还是非道地产区。在发生贸易纠纷时，缺乏科学、合理的判断标准。因此，急需建立一套科学合理的中药材产地溯源指标体系。在自然界中，生物体不断与外界环境进行物质交换，其体内同位素组成受气候、环境、生物代谢类型等因素的影响而发生自然分馏效应，从而使不同来源的物质中同位素自然丰度存在差异。这种差异拥有环境因子的信息，反映生物体所处的环境条件。生物体内稳定性同位素组成是物质的自然属性，可作为物质的一种“自然指纹”，区分不同来源的物质。它能为食品、中药材溯源提供一种科学的、独立的、不可改变的，以及随整个食品链流动的身份鉴定信息（郭波莉等，2007a）。植物稳定碳同位素主要由植物本身生物学特性决定，但生态环境效应可是使其变化3‰～5‰。植物稳定碳同位素在植源性食品和肉类产地溯源中已成功应用（Antje等，2010；Jamin等，1997；Branch等，2003；郭波莉等，2007b；孙淑敏等，2010）。本研究表明，三七主根稳定碳同位素可以作为三七主根和相关产品产地溯源的主要指标。

3.2 相关、逐步回归、通径和决策分析相结合的优势

国内外研究生态因子与稳定同位素或药用植物有效成分的关系多采用单一直线回归、单相关分析等方法，多注重土壤或地理气候因子中某个或几个因素对其的影响，很少涉及植物体内生态因子（马剑英等，2008；冯虎元等，2003；李善家等，2011；黄林芳等，2013；祖艳群等，2014）。实际上，药用植物次生代谢和同位素分馏受到体内和体外一系列生态因子的共同作用。本研究采用单相关和偏相关分析，研究了地理气候因子、土壤理化性质和肥力、三七主根内营养元素与三七主根稳定碳同位素组成的关系，筛选出了对三七主根δ13C影响显著的生态因子，通过逐步回归、通径、决策分析等的逐层剖析，建立了回归模型，得出了影响三七主根稳定碳同位素变化的主导因子、作用大小和方向、决定性因子和限制性因子等，为三七主根稳定碳同位素作为产地溯源指标提供了科学的依据。这种综合分析的方法在药用植物生态和道地性研究中还不多见。

4 结论

通过相关、逐步回归、通径和决策分析等的逐层剖析，筛选出了8个影响三七主根稳定碳同位素比率的主要生态因子，并明确了其作用大小和方向、决定性因子和限制性因子，建立了预测模型。对三七主根δ13C直接影响的顺序为：7月平均温>1月最低温>纬度>经度>年均温>土壤速效锌含量>土壤全磷含量>土壤速效钾含量，这 8个生态因子的综合影响，共同决定了三七主根稳定碳同位素比率变化的78.07%。在三七产地溯源中，可以将上述生态因子数值代入方程，获得三七主根稳定碳同位素比率，为三七产地溯源提供具体数值。1月最低温为三七主根δ13C的最主要限制因子，土壤全磷含量是三七主根δ13C最主要的决策因子，1月最低温、7月平均温、年均温、经度是影响三七主根δ13C的主导生态因子，这4个因子地域性很强。因此，三七主根 δ13C可以作为三七主根和相关产品产地溯源的主要指标。鉴于三七主根δ13C在一定程度上还受土壤全磷、速效锌、速效钾含量的影响，这3个因子主要受栽培管理措施和土壤背景的影响，地域特征不明显。生产实践中，可以考虑将三七主根δ13C和其它溯源指标结合使用。

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Relationships between Stable Carbon Isotopic Composition in Taproot of Panax Notoginseng and Ecological Factors

HE Zhongjun1, LIANG Shewang2, DING Ying1, ZHAO Jiang1, LIU Yi1, TENG Juan1, XIONG Junfen1, YANG Zhixin1, ZHANG Shiying1, CHEN Zhongjian3
1. College of Resource and Environment, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China; 2. College of Agronomy and Biotechnology, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China; 3. Miao Xiang Sanqi Industrial Corporation Ltd. of Wenshan County, Wenshan 663000, China

Panax notoginseng is a rare traditional medicinal herb in China, and Wenshan Panax notoginseng obtained national protected geographical indication. In recent years, with the increasing price for rent land in genuine producing area and for Panax notoginseng market, as well as the serious continuous cropping barrier, the cultivating areas of Panax notoginseng were enlarged from Wenshan to surrounding areas, Guangdong, Guangxi, Sicuan and Guizhou province also have certain area cultivation. Therefore, origin traceability and protection is of importance for sustainable development of Panax notoginseng industry. In order to explore whether stable carbon isotope can be used as an index of origin traceability for Panax notoginseng, Based on 44 taproot samples and corresponding rhizosphere soil samples of spring Panax notoginseng taken from different producing regions and cultivated for 3 years, and corresponding geographical and meteological data derived from GIS for Traditional Chinese Medicine database, adopted isotope ratio mass spectrometry (IRMS) and inductively coupled plasma spectrometry (ICP-MS) as well as regular soil-plant analyzing technique, the quantitative relationships between the stable carbon isotope ratio and 49 ecological factors including geographical and meteological data, physiochemical properties and soil fertility index, nutrient element contents in taproot of Panax notoginseng were studied using the step by step comprehensive research methods of correlation, stepwise regression, path analysis, decision analysis. The results indicated that average temperature in July, minimum temperature in January, latitude, longitude, annual average temperature, available zinc, total phosphorus, available potash in soil were the determinant ecological factors affecting the stable carbon isotope ratio in taproot of Panax notoginseng, which controlled 78.07% changes of stable carbon isotope ratio in taproot of Panax notoginseng. The direct effect of determinant ecological factors on stable carbon isotope ratio in taproot of Panax notoginseng were in the order of average temperature in July, minimum temperature in January, latitude, longitude, annual average temperature, available zinc, total phosphorus, available potash. The most main decisive factor was soil total phosphorus, while the most main limiting factor was minimum temperature in January. Nevertheless, the absolute value of decisive coefficients of minimum temperature in January, average temperature in July, annual average temperature, longitude were much higher than other factors, which showed that stable carbon isotope ratio in taproot of Panax notoginseng was mainly influenced by temperature condition and longitude of producing region. Therefore, the stable carbon isotope ratio in taproot of Panax notoginseng can use as an important index for origin traceability of taproot and related products of Panax notoginseng.

Panax notoginseng; taproot; stable carbon isotope; ecological factors

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.04.003

X142

A

1674-5906（2015）04-0561-08

何忠俊，梁社往，丁颖，赵江，刘义，滕娟，熊俊芬，杨志新，张仕颖，陈中坚. 三七主根稳定碳同位素组成与生态因子的关系[J]. 生态环境学报, 2015, 24(4): 561-568.

HE Zhongjun, LIANG Shewang, DING Ying, ZHAO Jiang, LIU Yi, TENG Juan, XIONG Junfen, YANG Zhixin, ZHANG Shiying, CHEN Zhongjian. Relationships between Stable Carbon Isotopic Composition in Taproot of Panax Notoginseng and Ecological Factors [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(4): 561-568.

云南省社会发展科技计划项目（2010CA027）

何忠俊（1962年生），男，教授，博士，主要从事药用植物栽培、同位素生态、土壤地理方面的研究。E-mail:hezhongjun@hotmail.com

2014-12-09