贵州野生白及生长土壤的化学特性及微量元素特征分析

张家春，林昌虎，杨钧屹，李朝桢，王 永，杨加文，戚燕强*

(1.贵州省植物园，贵州 贵阳 550004；2.贵州医科大学，贵州 贵阳 550025；3.中国药科大学，江苏 南京 211198)

【研究意义】白及[Bletillastriata(Thunb.)Reichb.f.]为兰科白及属多年生草本植物[1]，以干燥块茎入药，为我国传统常用中药材。性苦、涩、甘，微寒，入归肺、肝、胃经，具有止血收敛、消肿生肌之功效[2]。临床上主要用于治疗吐血、衄血、外伤出血、便血、咯血、烫灼伤、溃疡疼痛、手足皲裂、痈疮肿毒、肛裂等出血性疾病，且疗效显著[3]。药理实验证明，白及有抗菌、抗炎、促进伤口愈合、抗肿瘤、抗纤维化、抗氧化、载体、抗溃疡、促进细胞生长等药理活性。白及的化学成分主要包括联苄类、二氢菲类、联菲类、联菲醚类、菲并吡喃类、联苄葡萄糖苷类、甾体、三萜等[4]。白及多糖作为白及的主要药用成分，是一种优良的生物高分子材料和性能优良的药用辅料，在生物医药、保健食品、纺织印染、特种涂料和日用化工等方面具有巨大的商业利用价值[5-6]。随着对白及的开发利用，白及已从传统的中药材发展成为一种药、食、工业、保健兼具观赏的特种经济植物。白及用量日趋增多，但野生白及资源的量越来越少，为了满足市场的需求和保护野生资源，有必要加大对白及的人工栽培。【前人研究进展】微量元素是一切中药材的基本组成成分，是中药材性效量化的物质基础。微量元素作为中药材有效成分，同时也参与中药材生长过程中一些生理代谢活动，对中药材药效成分的形成和累积有着关键作用，最终影响中药材的品质与药效[7-8]。土壤作为中药材生长的主要场所，中药材中的微量元素种类及含量与其生长的土壤微量元素有关，土壤中微量元素对中药材优良品质的形成都有很大的相关性[9-10]。【本研究切入点】目前，针对白及的研究主要集中在白及种质资源、化学成分及药理等方面[11]，对白及生长土壤方面的研究较少，特别是白及野生生长土壤方面的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】为此，本研究从综合考虑土壤对中药材品质影响的角度，对贵州野生白及生长土壤的有效态微量元素含量进行调查，评价野生白及生长土壤微量元素有效态含量的丰缺水平及其有效性，并通过相关性分析找到影响野生白及生长土壤有效态微量元素的土壤化学制约因素，明确白及栽培的适生土壤环境，为白及人工栽培的土壤环境选择提供参考，进而为生产高品质白及提供基础资料。

1 材料与方法

1.1 土样来源

结合前期大量调查，野生白及生长土壤样品采样地选择在贵州省贵阳市、施秉县、习水县、大方县、普定县及桐梓县6个地区。贵阳市属亚热带湿润温和型气候，其采样地为花溪区党武乡松柏村(东经106°34′29″、北纬26°23′49″，海拔1200 m)；施秉县属亚热带湿润季风气侯，选取2个采样点，采样地分别为城关镇西地村(东经108°8′22″、北纬27°4′29″，海拔761 m)和马号乡汇元哨村(东经108°20′35″、北纬26°54′40″，海拔973 m)；习水县属亚热带湿润季风气候，其采样地为良村镇羊化村(东经106°27′38″、北纬28°17′11″，海拔809 m)；大方县属亚热带湿润季风气候，其采样地为凤山镇联兴村(东经105°28′22″、北纬27°8′4″，海拔1768 m)。普定县属亚热带季风湿润气候，选取2个采样点，采样地分别为百岩镇邓双前村(东经105°49′44″、北纬26°20′44″，海拔1420 m)和百岩镇魏旗村(东经105°50′37″、北纬26°17′44″，海拔1380 m)；桐梓县属中亚热带高原季风湿润性气候，其采样地为容光镇联龙村(东经106°17′7″、北纬28°6′6″，海拔398 m)。

1.2 试验方法

1.2.1 样品采集与制备 采用GPS定位，对贵州野生白及生长土壤样品进行采样，每个样品均为采样地野生白及生长土壤的5个样点组合而成的混合样，充分混合后用四分法反复取舍，最后保留1 kg作为采样地野生白及生长土壤样品，共采集野生白及生长土壤样品8个。将采集的野生白及生长土壤样品装入干净布袋带回实验室，倒入干净的塑料膜上，均匀铺开，自然晾晒后把土块压碎，除去石砾、残根等杂物，再置于阴凉通风处自然晾干。土壤样品自然晾干后充分混匀，按对角线四分取土法分取50 %样品保存备用，另50 %样品研磨后先过2 mm尼龙网筛，然后取20 g左右经玛瑙研钵研细过0.15 mm尼龙网筛，充分混合均匀待用。

1.2.2 土壤测定方法 土壤pH采用电极电位法(土水比1∶2.5)测定，有机质含量采用高温外加热重铬酸钾氧化-容量法测定，全氮含量采用半微量凯氏法测定，全磷含量采用酸溶-钼锑抗比色法测定，全钾含量采用NaOH熔融-火焰光度法测定，碱解氮采用碱解扩散法测定，有效磷采用盐酸-氟化氨提取-钼锑抗比色法测定，速效钾采用乙酸铵浸提-火焰分光光度法，土壤Mn、Cu、Zn、Fe有效态含量采用EDTA浸提-原子吸收分光光度计法测定[12]。

1.2.3 土壤微量元素有效性评价 野生白及土壤有效态微量元素有效性评价采用单因子指数法和内梅罗综合指数法。单因子污染指数法表达式：

Pi=Ci/Si。

表1 土壤微量元素有效态含量分级标准

式中，Pi为土壤中微量元素i的有效性指数，Ci为微量元素i的实测含量，Si为i种微量元素的临界值。

内梅罗综合污染指数法计算公式：

式中，P综为土壤微量元素综合有效性指数；Pi((max)为单项微量元素的最大有效性指数。

参照全国第二次土壤普查中土壤微量元素有效态含量分级标准(表1)[13]，对贵州野生白及生长土壤有效态微量元素丰富水平进行评价。

2 结果与分析

2.1 野生白及生长土壤的化学特性

2.1.1 土壤pH和有机质含量 从表2看出，贵州施秉县、贵阳市、习水县、大方县、普定县及桐梓县6个地区野生白及生长土壤的pH不同，其范围在7.65～7.99。其中，桐梓县野生白及生长土壤pH最大，施秉县野生白及生长土壤pH最小，但差异不显著。6个地区野生白及生长土壤pH均大于7.5，表明野生白及生长的土壤属于弱碱性。

贵州野生白及生长土壤有机质含量为26.86～280.58 g/kg，平均为112.47 g/kg，6个地区野生白及生长土壤有机质含量差异显著。野生白及生长土壤的有机质含量以大方县最高，桐梓县最低。

2.1.2 土壤氮磷钾全量特征 贵州野生白及生长土壤全氮含量为1.55～14.44 g/kg，平均为6.04 g/kg；全磷含量为0.47～0.99 g/kg，平均为0.70 g/kg；全钾含量为1.89～19.52 g/kg，平均为7.60 g/kg。土壤全氮、全磷及全钾含量在6个地区间差异显著。土壤全氮含量大方县最高，桐梓县最低；全磷含量普定县最高，习水县最低；全钾含量以习水县最高，施秉县最低(表2)。

2.1.3 土壤氮磷钾有效态特征 贵州野生白及生长土壤碱解氮含量为99～641 mg/kg，平均为340 mg/kg；有效磷含量为2.40～18.75 mg/kg，平均为6.84 mg/kg；速效钾含量为70～122 mg/kg，平均为97 mg/kg。贵州野生白及生长土壤碱解氮含量在6个地区间差异显著。大方县土壤碱解氮含量最高，桐梓县最低；有效磷含量以大方县最高，桐梓县最低；速效钾含量以贵阳市最高，桐梓县最低。

从贵州野生白及生长的土壤环境看，白及适生土壤呈弱碱性、有机质含量高、氮含量丰富、磷含量适中、钾含量偏低、有效态氮含量丰富、有效态磷和有效态钾含量适中。

2.2 野生白及生长土壤有效态微量元素特征

2.2.1 土壤有效态微量元素含量 从表3看出，贵州野生白及生长土壤有效铜含量为0.45～1.70 mg/kg，平均为1.05 mg/kg，贵阳市最高，施秉县最低；有效锌含量为0.83～14.66 mg/kg，平均为6.41 mg/kg，大方县最高，桐梓县最低；有效铁含量为11.80～119.85 mg/kg，平均为29.67 mg/kg，大方县最高，施秉县最低；有效锰含量为24.88～52.55 mg/kg，平均为40.74 mg/kg，6个采样地区土壤有效锰含量差异小。

表2 贵州野生白及生长土壤的理化性状

注：同列不同小写字母表示差异达显著水平(P<0.05)，下同。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significance of difference atP<0.05 level. The same as below.

表3 贵州野生白及生长土壤的有效态微量元素含量

2.2.2 土壤有效态微量元素丰富水平 对贵州野生白及生长土壤有效态微量元素丰富水平进行评价表明，野生白及生长土壤有效铜含量属高等级，有效锌含量为极高等级，有效铁含量属中等级，有效锰含量属极高等级。贵州野生白及适宜土壤微量元素有效态含量丰富的土壤环境。

2.2.3 土壤有效态微量元素有效性特征 从单因子指数(Pi)结果看，除桐梓县野生白及土壤有效锌有效性指数小于1外，其余有效性指数均大于1(表4)。贵阳市和桐梓县以土壤有效铜单因子有效性指数最大，施秉县和习水县以土壤有效锌单因子有效性指数最大，大方县以土壤有效铁单因子有效性指数最大，普定县以土壤有效锰单因子有效性指数最大。土壤有效锌和有效铁单因子有效性指数最大值均在大方县，有效铜单因子有效性指数最大值在贵阳市，有效锰单因子有效性指数最大是普定县。内梅罗综合指数(P综)法分析结果显示，大方县野生白及生长土壤有效态微量元素有效性最高，其次为普定县。

土壤有效态微量元素有效性指数大于1，表明其有效性高，从贵州野生白及生长土壤有效态微量元素有效性指数结果看，贵州野生白及生长土壤各微量元素有效性好；从不同采样地区土壤微量元素有效态综合有效性指数看，野生白及适宜微量元素有效性好的土壤环境。

2.3 野生白及生长土壤的微量元素与土壤养分含量的相关性

从表5可知，土壤有效铜和有效锰含量与土壤养分含量指标的相关性不明显，即土壤养分含量对贵州野生白及生长土壤的有效铜和有效锰没有影响。土壤有效锌及有效铁含量与土壤有机质、全氮、碱解氮及有效磷间均呈极显著正相关，说明土壤有机质、全氮、碱解氮及有效磷含量丰富，可提高土壤有效锌及有效铁含量。因此，在白及人工种植过程中，重点考虑土壤微量元素锌和铁的影响因素，即选择有机质、全氮、碱解氮及有效磷含量丰富的土壤，可以提高土壤有效锌含量，更有利于白及的生长及品质的形成。

3 讨 论

土壤酸碱度影响土壤有机质分解、矿质元素释放与转移、土壤营养利用以及土壤微生物活动与群落构等[16-17]，为适应生长及品质的要求，大多数中药材喜中性、微酸或微碱的土壤环境[14-15]，因此，土壤酸碱度对中药材的生长和品质形成有一定影响。贵州野生白及生长土壤的pH为7.65～7.99，属弱碱性土壤，因此，若进行人工种植白及，应选择弱碱性土壤。土壤有机质是土壤养分的重要来源，是中药材生长不可或缺的要素。谢放等[18]相关性分析得出，羌活醇、异欧前胡素与有机质呈显著正相关，且在一定范围内，有机质含量越高，越能促进宽叶羌活化学成分积累。土壤有机质亦作为土壤固相的重要组分，能够直接影响和改变土壤的物理、化学和生物学性质，改善土壤结构和渗透性，对土壤质量保持与土壤养分控制起到重要作用[19-20]。贵州野生白及生长土壤的有机质平均含量为112.47 g/kg，其土壤有机质含量极丰富，说明野生白及对土壤有机质含量要求较高。

表4 贵州野生白及生长土壤有效态微量元素有效性指数

表5 土壤微量元素含量与有机质及氮磷钾含量的相关系数

注：*、 **分别表示达显著(P<0.05)和极显著(P<0.05)相关水平。

Note: * and ** indicate significance of correlation atP<0.05 andP<0.01 level, respectively.

氮、磷、钾是中药材生长发育过程所需要的大量营养元素，影响中药材根系营养与代谢活动，促进中药材的生长发育。氮、磷、钾元素的缺乏或不足都会影响药用植物的生长和品质，最终影响中药材有效成分的组成与含量，进而影响中药材药效[21-23]。中药材生长所需要的N、P、K营养元素主要靠土壤提供，调查结果表明，贵州野生白及生长土壤的全氮、全磷含量较丰富，野生白及生长土壤全氮和土壤全磷在贵州6个采样地区均属适宜水平以上，但土壤全钾含量相对缺乏，说明野生白及生长对全氮、全磷要求较高，对全钾含量要求较低。土壤速效养分是中药材能够直接吸收的养分，其含量的高低是土壤养分供给强度的指标。贵州野生白及生长土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量较丰富，土壤养分有效性高，氮磷钾供给能力较强。

微量元素参与植物生长发育过程中多种酶和蛋白质的合成与分解，进而影响植物的生长发育[24]。土壤微量元素以化合态或游离态存在土壤中，其含量反映土壤对植物微量元素的供给水平。土壤有效态微量元素是土壤微量元素中能被植物吸收利用的部分，其含量及有效性影响植物的生长发育、产量及品质。贵州野生白及生长土壤的有效态微量元素含量丰富，表明野生白及生长要求其土壤有丰富的有效态微量元素。土壤微量元素的含量、形态和有效性与成土母质和成土过程等有关，同时还受耕作制度、施用肥料和种植作物等因素影响。研究中土壤有效锌和有效铁的影响因素为有机质、全氮、碱解氮及有效磷。

4 结 论

对贵州野生白及生长土壤的微量元素有效态与化学特性进行调查表明，适宜野生白及生长的土壤pH为7.65～7.99，属弱碱性；有机质含量为26.86～280.58 g/kg、全氮为1.55～14.44 g/kg、全磷为0.47～0.99 g/kg、全钾为1.89～19.52 g/kg；碱解氮为99～641 mg/kg、有效磷为2.40～18.75 mg/kg、速效钾为70～122 mg/kg。土壤有效铜含量为0.45～1.70 mg/kg、有效锌含量为0.83～14.66 mg/kg、有效铁含量为11.80～119.85 mg/kg、有效锰含量为24.88～52.55 mg/kg；土壤有效铜含量属高等级，有效锌含量为极高等级，有效铁含量属中等级，有效锰含量属极高等级。

除桐梓县野生白及土壤有效锌有效性指数小于1外，其余土壤有效态微量元素单因子有效性指数均大于1，同时各采样地区土壤微量元素有效态综合有效性指数均大于1；土壤有效锌及有效铁含量与土壤有机质、全氮、碱解氮及有效磷为极显著正相关。说明，土壤有机质、全氮、碱解氮及有效磷含量丰富，可提高土壤有效锌及有效铁含量。因此，在白及人工种植过程中，重点考虑土壤微量元素锌和铁的影响因素，即选择有机质、全氮、碱解氮及有效磷含量丰富的土壤，可以提高土壤有效锌含量，更有利于白及的生长及品质的形成。