天麻滇黄精和玛咖3种云南药材及种植土壤重金属安全评价△

金正强，尚丙鹏，张公信，崔秀明，郭兰萍，杜萍，杨野，邱丽莎*

1.昆明理工大学 生命科学与技术学院/云南省三七重点实验室，云南 昆明 650050；2.河南大学 药学院，河南 开封 475004；3.中国中医科学院 中药资源中心，北京 100700；4.昆明理工大学 分析测试中心，云南 昆明 650050

天麻Gastrodia elataBl.为兰科天麻属植物，其干燥根茎是我国传统名贵中药材之一，具有平肝熄风、止痉等功效，云南省昭通市为其道地产区[1]。滇黄精Polygonatum kingianumColl.et Hemsl.为百合科黄精属多年生草本植物，干燥根茎入药，具有补气养阴、健脾、润肺、益肾的功效，用于脾胃气虚、体倦乏力、口干食少等，在云南省全境均有分布[2]。玛咖Lepidium meyeniiWalp.是十字花科独行菜属1年生草本植物，有滋补强身的功用，主要种植于云南高寒山区，如丽江玉龙雪山、曲靖大海草山及昭通大山包等地[3]。近年来，随着公众保健意识的增强，中药材需求量不断增大，但集约化种植带来药材质量不稳定和农药残留、重金属超标等问题。云南省是锡、锌、锰、锑、钨、铝等矿产的主产区，其丰富的有色金属储备造成了耕地土壤重金属背景值偏高[4]。Liu 等[5]研究表明，三七中重金属超标主要归因于药材带入土壤中的重金属。符德欢等[6]发现，不同产地滇重楼中重金属及砷（As）盐含量有一定差异。因此，研究中药材种植土壤的重金属背景值、不同种植年限重金属吸收特征及药材重金属空间分布特征，对了解云南省中药材重金属情况、保障用药安全意义重大。天麻、滇黄精和玛咖药用部位均为根茎，是云南省种植面积较大、产值较高的中药材大品种。由于块茎与土壤接触时间长、相对接触面积大，重金属超标风险较高[7-9]。在种植根茎类药材时应充分了解土壤重金属状况，从而更加高效地应对重金属安全问题。对这3 种中药材种植土壤及药材重金属污染进行风险评估能够充分保障经营者和消费者的利益。

土壤重金属污染评价法由单因子污染指数（Pi）法和内梅罗综合污染指数（Pc）法组成，通常用来评估土壤重金属污染状况。Pi法可以确定药材种植土壤主要的重金属污染物及其危害程度，是重金属含量实测值与污染物评价标准值的比值；Pc兼顾了Pi平均值和最高值，可以突出污染较重的重金属污染物的作用。本研究为评估药材种植土壤重金属潜在环境风险，使用了潜在生态风险评估法。该方法由单一重金属潜在环境风险指数（Eri）和综合潜在环境风险指数（RI）组成，考察了重金属生物有效性、相对贡献率、地理及空间分布差异等，可以综合反映重金属对环境的影响。综合危害指数（THQ）法通常用来评估非致癌的潜在健康风险，是污染物摄入量与不会造成健康风险的最大摄入量的比值[10]。为了评估多种因素引起的潜在风险，美国环境保护署（USEPA）制定了危害指数（HI）法[11]。该方法认为同时处于多种化学污染源下，即使单个污染源都低于对人体造成伤害的阈值，但多种污染的总和则可能对人体带来潜在的健康风险。

为保证天麻、滇黄精和玛咖用药安全，本研究采用土壤重金属污染评价法、潜在风险评估法和THQ 法对这3 种药材种植土壤及其药材重金属含量进行了调查与评价，从而为云南省上述3 种药材的用药安全提供数据保障，同时也为安全种植提供技术支撑。

1 材料

1.1 样品

在云南省范围内，对天麻、滇黄精和玛咖种植土壤及该地块种植的鲜药材进行采样，同时收集该地区加工后的药材进行测试。所采药材样品由昆明理工大学生命科学与技术学院崔秀明研究员鉴定为天麻Gastrodia elataBl.、滇黄精Polygonatum kingianumColl.et Hemsl.和玛咖Lepidium meyeniiWalp.的根。共采集18 份玛咖土壤样品和63 份玛咖药材样品（N26°69′～27°83′，E99°70′～100°27′，海拔为2305～3380 m）、15份滇黄精土壤样品和24份滇黄精药材样品（N22°77′～27°66′，E98°72′～104°03′，海拔为916～2371 m）、32份天麻土壤样品和32份天麻药材样品（N27°37′～28°21′，E103°59′～104°37′，海拔为408～1793 m）。所采的土壤样品pH为5.5～6.5。

运用5 点采样法在每个采样点中随机采集15 株植物样作为混合样，净制后干燥粉碎，用于重金属含量测定。玛咖和滇黄精种植土壤样品为0～20 cm耕层土壤，混匀，阴干，研磨过100 目筛后用于重金属含量测定。天麻种植土壤样品主要收集药材块根附近土壤。

1.2 仪器

PEAA800 型原子吸收光谱仪（美国Perkin Elmer 公司）；AFS-F69B5 型原子荧光光谱仪（湖北汇瑞通光电科技有限公司）；MDS-6G 型号微波消解仪（中国SINEO 公司）；UPT-I-20T 型优普系列超纯水器（成都超纯科技有限公司）；450×350 型数显电热板（天津市莱悦纳格实验室仪器销售有限公司）。

1.3 试药

铜（Cu）、铅（Pb）、镉（Cd）和As 标准溶液（100 µg·L-1，国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院）。

2 方法

2.1 重金属测量方法

根据《土壤质量铅、镉的测定石墨炉原子吸收分光光度法：土壤中镉的测定》（GB/T 17141—1997）[12]、《土壤质量总汞、总砷、总铅的测定原子荧光法第2 部分：土壤中总砷的测定》（GB/T 22105.2—2008）[13]和《土壤和沉积物铜、锌、铅、镍、铬的测定火焰原子吸收分光光度法：土壤中铜和铅的测定》（HJ 491—2019）[14]测定土壤样品中Pb、Cd、As 和Cu 含量。根据《食品安全国家标准食品中铅的测定》（GB 5009.12—2017）[15]、《食品安全国家标准食品中镉的测定》（GB 5009.15—2014）[16]、《食品安全国家标准食品中总砷及无机砷的测定》（GB 5009.11—2014）[17]和《食品安全国家标准食品中铜的测定》（GB 5009.13—2017）[18]测定药材中Pb、Cd、As和Cu含量。

2.2 土壤重金属污染评价方法

采用参考文献[19]方法计算土壤Pi和Pc，根据土壤环境质量标准对土壤污染程度进行等级划分，并采用潜在生态风险评估法对药材种植土壤进行潜在风险评估。

2.3 药材重金属污染评价

使用超标率作为药材重金属污染评价指标，其计算按参考文献[19]方法。玛咖和天麻的重金属限量参照《药用植物及制剂外经贸绿色行业标准》（WM/T 2—2004）[20]，具体为As 2.0 mg·kg-1、Cd 0.3 mg·kg-1、Pb 5.0 mg·kg-1、Cu 20.0 mg·kg-1。滇黄精各重金属的限量参照《中华人民共和国药典》（以下简称《中国药典》）2020 年版，具体为As 2.0 mg·kg-1、Cd 1.0 mg·kg-1、Pb 5.0 mg·kg-1、Cu 20.0 mg·kg-1[21]。

2.4 玛咖药材健康风险评估方法

按参考文献[19]方法对玛咖药材的重金属每日摄入量（EDI）及THQ 进行计算，再通过对摄入玛咖的单个THQ 进行累加求和，计算出不同重金属对人体健康的综合HI，以此评估玛咖药材的健康风险。

3 结果与讨论

3.1 天麻种植土壤及药材重金属污染风险评估

3.1.1 天麻种植土壤重金属污染风险评估 天麻种植土壤中，Cu 的质量分数为4.84～213.60 mg·kg-1，平均值为63.93 mg·kg-1；Pb 的质量分数为26.90～78.00 mg·kg-1，平均为48.24 mg·kg-1；Cd 的质量分数为0.024～1.320 mg·kg-1，平均值为0.231 mg·kg-1；As 的质量分数为5.13～22.55 mg·kg-1，平均值为10.78 mg·kg-1。天麻种植土壤中Cu 质量分数超过筛选值的样本数12个，Cd质量分数超过筛选值的样本数4 个，超标率分别为37.5%和12.5%；Pb 和As均未超过筛选值。所有土壤样品中Cu、Pb、Cd、As质量分数均未超过管制值。

以风险筛选值为评价标准，天麻种植土壤Cu、Pb、Cd 和As 的Pi分别为0.10～4.27、0.30～0.87、0.08～4.40 和0.13～0.56，平均Pi分别为1.30、0.54、0.77 和0.27。其中，Pb 和As 的Pi≤0.7 的样本数占比分别为96.9%和100.0%；Cu 和Cd 的0.7＜Pi≤1.0的样品数占比分别为6.3% 和6.3%，1.0＜Pi≤2.0 的样品数占比分别为12.5%和3.1%，2.0＜Pi≤3.0 的样品 数占比分别为6.3%和3.1%，Pi＞3.0 的样本数分别为7 和1，Pi＞2 的占比分别为28.1%和6.3%。可见，天麻种植土壤Pb 和As 较安全，土壤中存在较大的Cu 污染问题，Cd 轻度及以上污染较低。Pc中轻度及以上污染程度的样品占样品总数的46.9%，说明近50%的天麻种植地都有不同程度的重金属污染。以风险管制值为标准，使用Pi和Pc评估天麻种植地土壤重金属风险，结果表明，各重金属平均单项Pi均低于0.7，全部样品的Pc表明无污染。

3.1.2 天麻种植土壤潜在环境风险评估 天麻种植

土壤Cu、Pb、As 的Eri均处于轻微（Eri≤40）水平，因此，天麻种植地土壤Cu、Pb、As对天麻药材重金属安全威胁较轻；Cd的Eri大部分处于轻微水平，中等（40＜Eri≤80）水平和严重（80＜Eri≤160）水平均占6.3%，可见，Cd 具有一定的潜在环境风险，需要在选择天麻种植地时特别重视（表1）。

表1 天麻种植土壤重金属单项Eri

天麻种植土壤的RI 平均值为48.044，最大值为177.100。有96.8%样品的RI 处于轻微水平，3.2%样品处于中等水平，无样品处于严重和特别严重水平，说明大部分天麻种植土壤存在轻微和中等的环境风险，这也与Pi的评估结果相吻合。综合以上土壤重金属污染评估结果可知，天麻种植土壤存在轻微Cd污染，不存在Cu、Pb、As污染。

3.1.3 天麻药材中重金属污染风险评估 32 批天麻药材样本Cu 的质量分数为2.00～6.36 mg·kg-1，平均值为4.79 mg·kg-1；Pb的质量分数为0.05～1.40 mg·kg-1，平均值为0.24 mg·kg-1；Cd 的质量分数为0.05～0.37 mg·kg-1，平均值为0.17 mg·kg-1；As 的质量分数为0.007～0.200 mg·kg-1，平均值为0.090 mg·kg-1。4 种重金属的超标样本数分别为Cd 1 个、Cu 0 个、Pb 0 个、As 0 个，天麻中Cd 超标率为3.1%。可见，天麻药材中Cu、Pb、As 质量分数均低于限量标准，Cd超标现象也不普遍。

3.2 滇黄精种植土壤及药材重金属污染风险评估

3.2.1 滇黄精种植土壤重金属污染风险评估 滇黄精种植土壤中Cu的质量分数为1.00～65.00 mg·kg-1，平均值为28.67 mg·kg-1；Pb 的质量分数为11.6～69.5 mg·kg-1，平均值为30.5 mg·kg-1；Cd 的质量分数为0.03～0.99 mg·kg-1，平均值为0.23 mg·kg-1；As 的质量分数为2.32～38.80 mg·kg-1，平均值为13.06 mg·kg-1。滇黄精种植土壤中Cu 和Cd 质量分数超过筛选值的样本数分别为4 和3 个，超标率为26.7%和20.0%；Pb 和As 均未超标。所有样品Cu、Pb、Cd 和As 质量分数均未超过管制值。以风险筛选值为评价标准，滇黄精种植土壤Cu、Pb、Cd 和As 的Pi分别为0.02～1.30、0.13～0.77、0.10～3.30和0.06～0.97，平均Pi分别为0.57、0.34、0.75 和0.33。其中，Pb 和As 的Pi＜0.7 的样本数占比均为93.3%，Cu 和Cd 的1.0＜Pi≤2.0 的样品数占比分别为20%和13.3%，Cd 的Pi＞3.0 的占比为6.7%。可见滇黄精种植土壤Pb 和As 质量分数不存在风险，20%的种植土壤中Cu 质量分数处于轻微污染水平，土壤中Cd 存在一定的轻度和重度污染。Pc中轻度及以上污染程度的样品占比为20.0%，说明滇黄精种植土壤重金属污染问题应引起重视。

3.2.2 滇黄精种植土壤潜在环境风险评估 Cu、Pb、As的Eri均处于轻微水平，说明滇黄精种植土壤中Cu、Pb、As 对药材重金属安全威胁较轻；Cd 的为86.7%，处于轻微水平，中等水平和严重水平均占6.7%（表2），可见滇黄精种植土壤中Cd 具有一定的潜在环境风险，需要在选择滇黄精种植地时给予特别重视。

表2 滇黄精种植土壤重金属单项Eri

滇黄精种植土壤RI 平均值为42.97，最大值为149.4。所有样品的RI 都处于轻微水平，无样品处于中等、严重和特别严重水平，说明大部分滇黄精种植土壤环境安全，这也与Pi的评估结果相吻合。综合以上土壤重金属污染评估结果可知，云南省滇黄精种植土壤存在Cd 轻微污染，不存在Cu、Pb、As污染。

3.2.3 滇黄精药材中重金属污染情况 24 批滇黄精药材中Cu的质量分数为1.50～6.50 mg·kg-1，平均值为3.21 mg·kg-1；Pb 的质量分数为0.095～0.590 mg·kg-1，平均值为0.220 mg·kg-1；Cd质量分数为0.002 5～0.180 0 mg·kg-1，平均值为0.040 0 mg·kg-1；As 的质量分数为0.007～0.700 mg·kg-1，平均值为0.090 mg·kg-1。4 种重金属的质量分数均未超过限量标准。

3.3 玛咖种植土壤及药材重金属污染风险评估

3.3.1 玛咖种植土壤重金属污染风险评估 玛咖种植土壤中Cu 的质量分数为19.81～111.66 mg·kg-1，平均值为55.62 mg·kg-1；Pb 的质量分数为17.39～61.98 mg·kg-1，平均值为30.88 mg·kg-1；Cd的质量分数为0～2.017 mg·kg-1，平均值为0.430 mg·kg-1；As质量分数为0～2.17 mg·kg-1，平均值为0.97 mg·kg-1。玛咖种植土壤中Cu 和Cd 质量分数超过筛选值的样本数分别为9和6个，超标率分别为50.0%和33.3%；Pb和As均未超标。所有样品Cu、Pb、Cd、As质量分数均未超过管制值。

以风险筛选值为评价标准，玛咖种植土壤Cu、Pb、Cd 和As 的Pi分别 为0.39～2.23、0.19～0.69、0～6.72 和0～0.05，平均Pi分别为1.11、0.34、1.42和0.02。其中，Pb 和As 的Pi＜0.7 的样本数占比均为100%，Cu 和Cd 的0.7＜Pi≤1.0 的样本数占比分别为38.9%和22.2%，1.0＜Pi≤2.0 的样本数占比分别为38.9%和11.1%；Cu 的2.0＜Pi≤3.0 样本数占比为11.1%。可见玛咖种植土壤Pb 和As 均安全，Cu 中度及以上污染样品占比为11.1%，Cd 中度及以上污染样品占比为22.2%。Pc中轻度及以上污染程度的样品占样品总数的33.3%，说明玛咖种植土壤存在着严重的重金属污染问题。

3.3.2 玛咖种植土壤潜在环境风险评估 玛咖种植土壤Cu、Pb、As 的Eri均处于轻微水平，因此Cu、Pb、As对玛卡药材重金属安全威胁较轻；Cd的Eri严重水平和非常严重（160＜Eri≤320）水平均占22.2%，具有较高的潜在环境风险，需要在选择玛咖种植地时给予特别重视（表3）。

表3 玛咖种植土壤重金属单项Eri

玛咖种植土壤RI 最大值为266.08，平均值为63.57。77.8%样品的RI 处于轻微水平，22.2%样品处于中等水平，无样品处于严重和特别严重水平，说明玛咖种植土壤存在中等环境风险，这也与Pi的评估结果相吻合。综合以上土壤重金属污染评估结果可知，云南省玛咖种植土壤存在Cd中度污染，不存在Cu、Pb、As污染。

3.3.3 玛咖药材中重金属污染评估 63 批玛咖样本Cu 的质量分数为2.41～7.37 mg·kg-1，平均值为4.65 mg·kg-1；Pb的质量分数为0.015～0.630 mg·kg-1，平均值为0.091 mg·kg-1；Cd 的质量分数为0.03～0.65 mg·kg-1，平均值为0.22 mg·kg-1；As的质量分数为0.018～0.840 mg·kg-1，平均值为0.140 mg·kg-1。Cu、Pb 和As 质量分数均未超标；Cd 超标样本数为12个，超标率为19.1%。

3.3.4 食用玛咖的重金属健康风险评估 食用玛咖摄入的Cu、Pb、Pb、Cd的EDI分别为0.6～1.8、0.004～0.200、0.007～1.200、0.005～0.200 μg·kg-1·bw·d-1，均低于50%。由于玛咖通常用于药品和保健品，食用玛咖的重金属EDI 远低于人类主要膳食如水稻、蔬菜等的重金属EDI。因此，在现实生活中食用玛咖的重金属EDI 极低。食用玛咖引起的Cu、Pb、Cd、As 的THQ 指数分别为0.03～0.09、0.002～0.090、0.01～0.30 和0.02～0.70，其平均值为As＞Cd＞Cu＞Pb，说明通过食用玛咖而摄入As 潜在健康风险最高，Pb最小，但Cu、Pb、Cd和As的THQ 指数均小于1，说明均不会对人体造成潜在健康风险。HI 指数反应了食用玛咖摄入的4 种重金属会对人体造成的综合健康风险，其值为0.1～0.9，也均小于1，这表明按照推荐食用量长期食用玛咖，摄入的Cu、Pb、Cd、As 总量不会对人体造成潜在的健康风险。

4 结论

云南省天麻、滇黄精种植土壤存在轻微Cd 污染，不存在Cu、Pb、As污染，在选择天麻和滇黄精种植地时要适当重视土壤Cd含量。玛咖种植土壤存在Cd 中度污染，不存在Cu、Pb、As 污染，在选择玛咖种植地时，必须重视土壤Cd含量。根据《药用植物及制剂外经贸绿色行业标准》（WM/T 2—2004）和《中国药典》2020 年版对重金属限量之要求，天麻和滇黄精药材重金属均符合要求，玛咖中Cu、Pb和As含量亦均在标准限定范围内。虽然，玛咖药材中Cd含量存在一定程度的超标，但由于玛咖不是人类主要膳食，根据HI进行评估后发现，根据推荐食用量长期食用玛咖亦不存在健康风险。