道真玄参对土壤重金属元素的吸收与富集

道真玄参对土壤重金属元素的吸收与富集

刘红１ａ，林昌虎２ａ，张清海２ｂ，何腾兵１ｂ，林绍霞２ｂ，赵璐月１ｂ

（１．贵州大学，ａ．生命科学学院；ｂ． 农学院，贵阳５５００２５；２．贵州科学院，ａ．党委办公室；ｂ．贵州省测试分析研究院，贵阳５５０００１）

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。

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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

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。

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