懷山藥及其種植區土壤中重金屬污染分析

摘要：通過對溫縣懷山藥種植區土壤及懷山藥中的重金屬含量進行調查，對其污染狀況進行了評價。結果表明，土壤中重金屬均未超過《土壤環境質量標準》中的適合于農田土壤環境的二級指標中的第三類評價標準；懷山藥中除岳村鄉劉郭作村的山藥中Ｚｎ的含量略微超標外，其余重金屬元素均低于國家糧食限量標準，Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｎ含量較高，而Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｒ含量較低；土壤中主要污染因子為Ｚｎ、Ｐｂ；懷山藥中主要重金屬污染因子為Ｃｕ、Ｚｎ。

關鍵詞：懷山藥；土壤；重金屬

中圖分類號：Ｓ５６７．２３＋９；Ｘ８２５ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０11）20－4152-03

Pollution Assessment on Heavy Metals in Huai-yam and Its Planting Area Soil

ＣＨＥＮＧ Ｆｅｎ１，ＦＥＮＧ Ａｉ－ｙｕｎ２

（１．Ｊｉａｏｚｕｏ Ｔｅｃｈｎｉｃｉａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｊｉａｏｚｕｏ ４５４００２，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ；２．Ｈｅｎａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｊｉａｏｚｕｏ ４５４００３，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ Huaiｙａｍ ａｎｄ ｉｔｓ ｐｌａｎｔｉｎｇ ａｒｅａ ｓｏｉｌ ｉｎ Ｗｅｎ Ｃｏｕｎｔｙ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｓｔａｔｕｓ ｗａｓ ｅｖａｌｕａｔｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｙａｍ ｓｏｉｌ ｗｅｒｅ ｂｅｌｏｗ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ２ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｄｅｘ ２ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｑｕａｌｉｔｙ ｓｔａｎｄａｒｄ． Ｅｘｃｅｐｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ Ｚｎ ｉｎ Ｌｉｕｇｕｏｚｕｏ ｙａｍ ｗａｓ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ａｂｏｖｅ， ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｙａｍ ｗｅｒｅ ｂｅｌｏｗ ｔｈｅ ｎａｔｉｏｎａｌ ｆｏｏｄ ｌｉｍｉｔｅｄ ｓｔａｎｄａｒｄ． Ｔｈｅ ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ Ｚｎ， Ｃｕ ａｎｄ Ｍｎ ｗｅｒｅ ｈｉｇｈｅｒ， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ Ｐｂ， Ｎｉ ａｎｄ Ｃｒ ｗｅｒｅ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌｏｗ． Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｏｌｌｕｔｅｄ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｓｏｉｌ ｗｅｒｅ Ｚｎ ａｎｄ Ｐｂ， ａｎｄ ｔｈａｔ ｉｎ ｙａｍ ｗｅｒｅ Ｃｕ ａｎｄ Ｚｎ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｈｕａｉ－ｙａｍ； ｓｏｉｌ； ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ

懷山藥為薯蕷科多年生纏繞草質藤本，藥用部位為根莖，是著名的“四大懷藥”之一，具有“主治傷中、補虛羸、除寒邪熱、補中益氣力、長肌肉、久服耳目聰明、輕身不饑、延年”之功效，以古懷慶府（今河南省焦作市溫縣、沁陽市、武陟縣等沿沁河一帶）為道地產區，其產區位于焦作市南部，北依沁河，南臨黃河，屬黃沁河沖積平原區，至今已有近３ ０００年的栽培歷史，現在年種植面積穩定在０．４４７萬ｈｍ２。２００３年經國家質檢總局認定懷山藥為地域名產品保護品種。

近年來隨著工業、交通、污水灌溉及施肥的影響，使土壤受到不同程度的重金屬污染，引起中草藥重金屬超標現象［１，２］。焦作懷山藥種植區土壤是否也受到了影響、受影響的程度如何，成為人們十分關心的話題。為了保證懷山藥的產品質量，在溫縣懷山藥產區采集了土壤及懷山藥樣品，測定其中Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ主要重金屬的含量，并分析了土壤與懷山藥中重金屬的污染情況。

１材料與方法

１．１材料

根據現場調研情況和資料，溫縣全縣種植懷山藥，而以岳村鄉所產鐵棍山藥更為道地。研究在溫縣懷山藥種植區取０～２０ ｃｍ土壤樣品２８個，每個土壤樣品按梅花型布點，采集５個樣品組合而成；在岳村鄉取０～１００ ｃｍ深、間隔２０ ｃｍ的土壤樣品２０個，并在岳村鄉的土壤樣品采集點上取山藥樣品。

土壤樣品在室溫條件下自然風干、研磨，四分法取樣，過１００目篩；山藥樣品經洗凈、烘干、研磨，采用四分法取樣，過１００目尼龍篩。

１．２方法

樣品的消解采用聚四氟乙烯壓力罐-微波消解。土壤樣品按比例加入ＨＣl-ＨＮＯ３-ＨＦ；山藥樣品加入ＨＮＯ３-Ｈ２Ｏ２。采用火焰原子吸收光譜法測定樣品中Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｍｎ和Ｎｉ的含量。試驗儀器為日立Ｚ－５０００型原子吸收分光光度計。

１．３評價方法及標準

１．３．１評價方法評價方法采用單因子污染指數法和Ｎｅｍｅｒｏｗ綜合污染指數法。其中，單因子污染指數模型：

Ｐｉ＝Ｃｉ／Ｌｉ

式中，Ｐｉ為重金屬ｉ的單因子污染指數；Ｃｉ為重金屬ｉ的實測濃度；Ｌｉ為重金屬ｉ的評價標準。

Ｎｅｍｅｒｏｗ綜合指數模型：

Ｐ綜合＝■

式中，Ｐ綜合為綜合污染指數；Ｐｉｍａｘ為重金屬ｉ的單項污染指數的最大值；Ｐｉａｖｅ所有重金屬單項污染指數的平均值。

１．３．２評價標準因溫縣懷山藥種植區土壤的ｐＨ值均為８．０１～８．１５，大于７．５０，因此在評價研究區土壤時選用的標準《土壤環境質量標準》適合農田土壤環境的二級指標中的第三類評價標準，簡稱二級標準。土壤重金屬綜合指標質量分級標準見表１。山藥的評價標準采用糧食限量標準。

２結果與分析

２．１表層土壤重金屬評價

２．１．１表層土壤重金屬含量評價將溫縣各鄉鎮的表層土壤重金屬的含量列于表２，并與河南省土壤重金屬含量的背景值及二級標準進行對比。由表２可以看出，懷山藥種植區土壤重金屬大多高于河南省的土壤元素背景值，但是均未超過國家農田土壤環境的二級標準。這與種植區的地理位置與灌溉水有關。灌溉水以井水為主，地下水質良好，各項水質指標符合農田灌溉水質量標準，且遠離交通干道２００ ｍ以外，周圍無污染源。研究區重金屬元素的平均含量呈現Ｍｎ＞Ｚｎ＞Ｐｂ＞Ｃｒ＞Ｎｉ＞Ｃｕ的趨勢。

２．１．２表層土壤重金屬污染狀況評價從表３可以看出，研究區土壤中重金屬的單因子污染指數的大小次序為Ｚｎ＞Ｐｂ＞Ｎｉ＞Ｃｕ＞Ｃｒ。其中，岳村鄉、溫泉鎮、祥云鎮、番田鄉Ｚｎ的單因子污染指數大于０．７，處于警戒狀態，其余鄉鎮屬于安全水平；岳村鄉、武德鎮、番田鄉Ｐｂ的單因子污染指數小于０．７，屬于安全水平，其余各鄉鎮土壤均處于警戒狀態。

從綜合污染指數來看，研究區祥云鎮和溫泉鎮的土壤綜合污染指數分別為０．７６４、０．７６５，大于０．７，屬于警戒狀態，其他鄉鎮的土壤處于安全水平。

Ｐｂ、Ｚｎ含量在一些鄉鎮土壤中達到警戒水平，這可能與外來因素干擾有關。來源可能受化石燃料的燃燒、大氣沉降及農藥化肥的使用。王長征［３］的研究顯示，焦作煤礦區農田土壤中Ｚｎ的含量達到了重污染程度。而農用無機磷肥中Ｚｎ的含量在５０～

１ ４５０ ｍｇ／ｋｇ，某些農藥中Ｚｎ的含量也高達２５％，這些人為使用農藥化肥的因素都可以大大增加土壤中Ｚｎ的含量［４］。

２．２岳村鄉土壤及懷山藥的重金屬評價

２．２．１土壤垂直方向重金屬含量評價岳村鄉懷山藥種植區不同深度土壤重金屬含量見圖１。由圖１可知，相同深度、不同采樣點的土樣中，重金屬Ｃｕ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｒ含量相差不大，而Ｚｎ、Ｍｎ的含量相差較大。郭淑睿等［５］的研究也表明，在山藥栽培中適當增加鋅肥施用量，可促使山藥植株塊莖生長使山藥增產，同時提高山藥塊莖中粗蛋白質和鋅素的含量，提高山藥的藥用價值和營養價值。王天亮等［６］也說明了在懷山藥的田間管理中，為防炭疽病及白澀病，要用６５％的代森錳鋅５００～６００倍稀釋液進行噴灑。

所測６種重金屬在各采樣點上表現出的規律相近，即隨著深度增加，重金屬含量呈下降趨勢，重金屬主要積累在表層土壤里，主要原因是由于土壤的吸附作用。

２．２．２岳村鄉懷山藥中重金屬含量評價對懷山藥中重金屬含量與國家糧食限量標準作對比分析，結果如圖２所示。由圖２可知，除岳村鄉劉郭作村樣品中Ｚｎ略微超標外，其他重金屬均未顯示出超標現象；Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｎ含量較高，而Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｒ含量較低。

２．２．３懷山藥中重金屬污染狀況評價以國家糧食限量標準為評價標準，將４個測點懷山藥的重金屬污染指數列于表４。由表４可知，從單因子污染指數來看，劉郭作村Ｚｎ為１．01２，達到輕污染，Ｃｕ為０．７９１，達到警戒水平。綜合污染指數可以看出，除岳村鄉劉郭作村為０．７１６，達到警戒水平外，其余各點均為安全狀態。

３結論

１）按重金屬含量，溫縣懷山藥種植區九個鄉鎮土壤中Ｃｒ、Ｍｎ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ大多超過了河南省土壤元素背景值，但未超過《土壤環境質量標準》中的適合于農田土壤環境的二級標準。懷山藥種植區土壤中６種重金屬元素的平均含量由高到低，均呈現Ｍｎ＞Ｚｎ＞Ｐｂ＞Ｃｒ＞Ｎｉ＞Ｃｕ的趨勢。

２）按照污染指數，懷山藥種植區土壤中重金屬的單因子污染指數的大小次序為Ｚｎ＞Ｐｂ＞Ｎｉ＞Ｃｕ＞Ｃｒ，其中Ｚｎ的單因子污染指數均大于０．７，處于警戒狀態；從綜合污染指數看，溫泉鎮和祥云鎮土壤的綜合污染指數分別為０．７６５和０．７６４，處于警戒狀態外，其余各鄉鎮的土壤均為安全狀態。

３）岳村鄉不同深度土壤的重金屬含量進行分析，所測６種金屬在各采樣點上表現出的規律相近，即隨著深度增加，重金屬含量呈下降趨勢，重金屬主要積累在表層土壤里。

４）根據國家糧食限量標準，除岳村鄉劉郭作村的懷山藥中Ｚｎ含量略超標外，其他測點懷山藥的Ｐｂ、Ｃｒ等有害金屬未超過國家糧食限量標準。Ｚｎ達到輕污染，Ｃｕ達到警戒水平。

參考文獻：

［１］ 宗良綱，李嫦玲，郭巧生．中藥材中重金屬污染及其研究綜述［Ｊ］． 安徽農業科學，２００６，３４（３）：４９５－４９７．

［２］ 張暉芬，趙春杰．中藥材中重金屬的控制及其分析方法［Ｊ］．中藥研究與信息，２００４，６（５）：１０－１２．

［３］ 王長征．焦作市煤礦區農田土壤－作物重金屬污染狀況及關聯分析［Ｄ］．焦作：河南理工大學，２００６．

［４］ 李波，常長樂，周正賓， 等．肥料中氮、磷和有機質對土壤重金屬行為的影響及在土壤污染中的應用［Ｊ］．農業環境保護，２０００，１９（１６）：３７５－３７７．

［５］ 郭淑睿，曹桂芬，高漢義，等．微量元素鋅在山藥栽培中的應用［Ｊ］． 廣東微量元素科學，１９９８，５（９）：６８－７０．

［６］ 王天亮，白自偉，張寶華，等． 懷山藥規范化生產標準操作規程（試行）［Ｊ］．中藥研究與信息．２００５，７（３）：２９－３２．