何首烏和種植土壤重金屬含量特征及其相關性研究

羅文敏+林昌虎+楊萬云等

摘要：通過野外調查和室內分析相結合的方法，研究了貴州省三穗縣何首烏及其種植地土壤中重金屬As、Cd、Hg、Pb和Cu的含量特征，對何首烏和土壤中重金屬污染程度進行科學評價，然后利用灰色關聯度法研究何首烏和土壤中重金屬的相關關系。結果表明，何首烏產地土壤中Pb、As含量很低，處于清潔級別，Cd、Hg和Cu含量較高，超標現象相對普遍，但土壤重金屬總體上多數處于尚清潔水平；藥材何首烏中各重金屬含量均達到標準要求，不存在重金屬污染情況；相關分析表明，何首烏中Hg與土壤中Hg含量顯著相關，其他重金屬相關性不明顯。

關鍵詞：土壤；何首烏；重金屬評價；相關性

中圖分類號：S567.23+9 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）18-4354-04

近年來植物藥在國際市場逐漸升溫，傳統醫藥在日益受到人們青睞的同時，其質量與安全性也成為公眾關注的焦點[1，2]，尤其是中草藥的重金屬超標問題日益凸顯，它是造成中藥質量下降的重要因素之一，并成為制約中藥走向世界、打入國際中草藥市場的主要屏障[3]。藥材中Hg、Cd、Pb、Cu和As等重金屬易被人體吸收，當蓄積到一定量時可引起神經、內分泌、肝、腎功能受損，出現嚴重的中毒癥狀，減少藥材中重金屬污染是確保人們安全用藥的前提[4]。因此，藥材中重金屬污染問題已引起很多學者的關注，褚卓棟等[5]研究了河北省中草藥種植區土壤及草藥中重金屬含量狀況并進行了評價，表明不同草藥對重金屬吸收和累積呈現出不同特性。薛朝金等[6]研究了半夏與土壤中重金屬含量相關性，研究發現半夏對土壤中的鎘具有明顯富集作用。秦樊鑫等[7]對貴州省遵義市11個GAP基地的中藥材重金屬含量進行了調查與評價。楊春等[8]對黔東南州太子參種植土壤中重金屬進行了含量測定和污染評價。但是總體來看，中藥材重金屬研究尚處于起步階段，尤其是關于藥材及其種植土壤中重金屬的相關性研究較少，本研究以貴州省新興的何首烏種植大縣——三穗縣為例，探討何首烏及其種植土壤中重金屬含量特征及兩者的相關性，為何首烏中重金屬來源分析及控制措施的制定提供科技依據。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集及制備

2012年12月，在三穗縣雪洞鎮3個何首烏種植基地，按照系統隨機法布點取樣，每個基地采集地表0～20 cm的土壤樣品各5個，并一一對應采集土壤上種植的何首烏全株分別裝入布袋，編號，帶回實驗室備用。

土壤樣品的制備：將土樣自然風干，剔除植物殘體和石塊，用木棍壓碎，混勻，并用四分法取壓碎樣，過孔徑 1 mm（18 目）尼龍篩。過篩后的樣品充分攪拌混勻，再采用四分法取2份，一份裝袋存放，另一份用瑪瑙研缽研磨到全部過孔徑0.15 mm （100目） 篩，裝袋備用。

何首烏樣品的制備：用自來水沖洗除去何首烏上的泥土等附著物，切除藥用部位以外的部分，分別用蒸餾水、去離子水沖洗3遍，晾干水分，在烘箱中 80℃烘至恒重，中藥材粉碎機（塑料內膽，不銹鋼刀片）粉碎后備用。

土壤樣品及藥材樣品均采用HNO3-H2O2高壓密閉抽提消煮，用原子熒光測定砷（As），用冷原子吸收法測定汞（Hg），石墨爐原子吸收光譜儀（AASVario 6）測定鎘（Cd）、鉛（Pb）和銅（Cu）。土壤分析過程加入國家標準土壤樣品（GSS-2，GSS-5） 進行分析質量控制，所用水均為二次去離子水，試劑采用優級純，測定結果精密度滿足所用方法的允許值。

1.2 研究方法

1.2.1 土壤重金屬含量特征及評價方法

對單一重金屬評價采用單項污染指數法，對整體重金屬評價采用內梅羅綜合污染指數法[9]。單項污染指數法是目前國內普遍采用的評價方法之一，它可以判斷出環境中的主要污染因子，能較好的表征單一重金屬的污染狀況，其計算公式為：Pi=Ci/Si。式中，Pi為環境中污染物的單項污染指數；Ci為環境中污染物i的實測值；Si為污染物i的評價標準，此處采用國家土壤環境質量標準（GB 15618-1995）二級標準中的限制值。

1.2.2 何首烏重金屬含量特征及評價方法

1.2.3 何首烏與土壤中重金屬含量的相關性研究方法 采用基于區間關聯度的灰色關聯分析法研究何首烏及其種植土壤中重金屬含量間的相關性。灰理論以“部分信息已知，部分信息未知”的“小樣本”、“貧信息”不確定性系統為研究對象，通過部分信息的有效提取，實現系統整體情況的正確描述。其中灰色關聯度分析法是灰色系統的重要內容，旨在定量地比較或描述灰色系統之間或灰色系統中各因素之間，在發展過程中的相對變化情況[10]。具體分析步驟為：

1）確定參考和比較序列以及原始數據變換。此處因為探討的是土壤重金屬含量對何首烏中重金屬含量的影響，故將何首烏重金屬含量設為參考數列x0（k），k=1，2，3，…，n。可表示為x0（k）={x0（1）， x0（2），x0（3），…，x0（n）}。同理，將土壤中重金屬含量設為比較數列xi（k），表示為xi（k）={xi（1），xi（2），xi（3），…，xi（n）}，i=1，2，3，…，m。因為何首烏中As含量未檢出，表明何首烏中As含量不受土壤重金屬含量影響，它們之間相關性不強，為了評價結果的準確性，只對其他4種重金屬的相關性進行探討。

由于系統中各因素的量綱不同，對原始數據需要消除量綱，轉換為可比較的數據序列。本文采用初值化變換，即每個數列除以相應的首個原始數據，得到新的數據列即為初值化序列。

2 結果與分析

2.1 土壤重金屬含量特征及污染評價結果

根據單項污染指數評價結果（表3），基地1的Hg單項污染指數為1.15，達到輕污染水平，Cu和Cd單項污染指數分別為0.94和0.71，為尚清潔水平，As和Pb單項污染指數僅為0.07和0.05，處于清潔水平，綜合來看基地1的內梅羅綜合污染指數為0.91，重金屬污染總體處于尚清潔等級。基地2的Hg、Cd和Cu的單項污染指數分別為1.06、1.05和1.04，均為輕度污染水平，As和Pb單項污染指數僅為0.10和0.09，處于清潔水平，綜合來看基地2的內梅羅綜合污染指數為0.88，重金屬污染總體處于尚清潔等級。基地3的Cd、Cu和Hg單項污染指數分別為1.37、1.15和1.03，均為輕度污染水平，As和Pb單項污染指數僅為0.15和0.11，處于清潔水平，綜合來看基地3的內梅羅綜合污染指數為1.11，重金屬污染總體處于輕污染等級。綜合來看，研究區5種重金屬平均單項污染指數大小順序為Hg>Cd>Cu>As>Pb，其中Hg、Cd和Cu是主要的土壤重金屬污染物，而重金屬As和Pb則不存在污染情況。

2.2 何首烏重金屬污染評價結果

從圖1的檢測結果看，三個基地何首烏中重金屬Cu、Pb、As、Cd和Hg的含量以及重金屬總量均未超過《藥用植物及制劑進出口綠色標準》中的標準限值，符合進出口藥用植物重金屬含量要求。其中As的含量均未被檢出，表明何首烏中As的含量極低，As不易被何首烏塊根吸收。

從表4的評價結果可見，三個基地何首烏中Hg的對比指數都明顯高于其他幾種重金屬，依次分別達到0.97、0.82和0.70，平均達到0.83。表明重金屬Hg的含量已經接近標準限值，這估計與種植地土壤普遍存在輕度的Hg污染有關。但是整體來看，三個基地何首烏中重金屬總含量較低，重金屬總量均在標準限值的1/10～1/2。

2.3 何首烏重金屬與土壤中重金屬的相關性

應用關聯系數和關聯度公式得到計算結果（表5），可以看出，何首烏與土壤中重金屬表現出一定的相關性，其中何首烏中的Hg與土壤中Hg含量緊密相關，它們之間的關聯系數達到0.914，表明何首烏中Hg可能主要來源于種植地土壤。相較而言，其他重金屬Cu、Cd、As和Pb在何首烏和土壤中的相關性并不顯著，這可能與重金屬間產生了協同或拮抗作用有關。總體來看，土壤中重金屬對何首烏中重金屬含量影響大小順序為：Hg>Cu>Cd>As>Pb，說明何首烏主要受土壤中Hg含量影響，其次是Cu和Cd，受As和Pb的影響最小。

3 小結與討論

1）研究區土壤重金屬污染大小表現為Hg>Cd>Cu>As>Pb，其中Hg、Cd和Cu是主要的土壤重金屬污染物，而As和Pb則不存在污染情況。

2）研究區內何首烏重金屬Cu、Pb、As、Cd和Hg的含量以及重金屬總量均未超過標準限值，符合進出口藥用植物重金屬含量要求。

3）何首烏與種植土壤中重金屬表現出一定的相關性，它們之間關聯度大小順序表現為Hg>Cu>Cd>As>Pb，其中何首烏與土壤中重金屬Hg表現出顯著的相關性，其他重金屬的相關性不明顯。

致謝：感謝三穗縣科技局對樣品采集提供的幫助，感謝貴州省理化測試分析研究院對樣品含量檢測提供的幫助。

參考文獻：

[1] BARNES J. Quality efficacy and safety of complementary medicines： Fashions，facts and the future. Part 1. Regulation and quality[J]. Clin Pharmacol， 2003， 55（3）： 226-233.

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[8] 楊 春，楊金笛，成紅硯.黔東南州太子參種植土壤中重金屬含量及污染評價[J].貴州農業科學，2010，38（2）：196-198.

[9] 羅文敏，林昌虎，賈 強.貴定云霧貢茶生產基地環境質量監測與評價[J].廣東農業科學，2012（8）：164-166.

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[11] 張北贏，徐學選，劉文兆.黃土丘陵區不同土地利用的土壤水分灰色關聯度[J].生態學報，2008，28（1）：361-366.

[12] 張同娟，楊勁松，劉廣明.基于灰色關聯度法河口地區土壤鹽分影響因子分析[J].土壤通報，2010，41（4）：793-796.

2.2 何首烏重金屬污染評價結果

從圖1的檢測結果看，三個基地何首烏中重金屬Cu、Pb、As、Cd和Hg的含量以及重金屬總量均未超過《藥用植物及制劑進出口綠色標準》中的標準限值，符合進出口藥用植物重金屬含量要求。其中As的含量均未被檢出，表明何首烏中As的含量極低，As不易被何首烏塊根吸收。

從表4的評價結果可見，三個基地何首烏中Hg的對比指數都明顯高于其他幾種重金屬，依次分別達到0.97、0.82和0.70，平均達到0.83。表明重金屬Hg的含量已經接近標準限值，這估計與種植地土壤普遍存在輕度的Hg污染有關。但是整體來看，三個基地何首烏中重金屬總含量較低，重金屬總量均在標準限值的1/10～1/2。

2.3 何首烏重金屬與土壤中重金屬的相關性

應用關聯系數和關聯度公式得到計算結果（表5），可以看出，何首烏與土壤中重金屬表現出一定的相關性，其中何首烏中的Hg與土壤中Hg含量緊密相關，它們之間的關聯系數達到0.914，表明何首烏中Hg可能主要來源于種植地土壤。相較而言，其他重金屬Cu、Cd、As和Pb在何首烏和土壤中的相關性并不顯著，這可能與重金屬間產生了協同或拮抗作用有關。總體來看，土壤中重金屬對何首烏中重金屬含量影響大小順序為：Hg>Cu>Cd>As>Pb，說明何首烏主要受土壤中Hg含量影響，其次是Cu和Cd，受As和Pb的影響最小。

3 小結與討論

1）研究區土壤重金屬污染大小表現為Hg>Cd>Cu>As>Pb，其中Hg、Cd和Cu是主要的土壤重金屬污染物，而As和Pb則不存在污染情況。

2）研究區內何首烏重金屬Cu、Pb、As、Cd和Hg的含量以及重金屬總量均未超過標準限值，符合進出口藥用植物重金屬含量要求。

3）何首烏與種植土壤中重金屬表現出一定的相關性，它們之間關聯度大小順序表現為Hg>Cu>Cd>As>Pb，其中何首烏與土壤中重金屬Hg表現出顯著的相關性，其他重金屬的相關性不明顯。

致謝：感謝三穗縣科技局對樣品采集提供的幫助，感謝貴州省理化測試分析研究院對樣品含量檢測提供的幫助。

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2.2 何首烏重金屬污染評價結果

從圖1的檢測結果看，三個基地何首烏中重金屬Cu、Pb、As、Cd和Hg的含量以及重金屬總量均未超過《藥用植物及制劑進出口綠色標準》中的標準限值，符合進出口藥用植物重金屬含量要求。其中As的含量均未被檢出，表明何首烏中As的含量極低，As不易被何首烏塊根吸收。

從表4的評價結果可見，三個基地何首烏中Hg的對比指數都明顯高于其他幾種重金屬，依次分別達到0.97、0.82和0.70，平均達到0.83。表明重金屬Hg的含量已經接近標準限值，這估計與種植地土壤普遍存在輕度的Hg污染有關。但是整體來看，三個基地何首烏中重金屬總含量較低，重金屬總量均在標準限值的1/10～1/2。

2.3 何首烏重金屬與土壤中重金屬的相關性

應用關聯系數和關聯度公式得到計算結果（表5），可以看出，何首烏與土壤中重金屬表現出一定的相關性，其中何首烏中的Hg與土壤中Hg含量緊密相關，它們之間的關聯系數達到0.914，表明何首烏中Hg可能主要來源于種植地土壤。相較而言，其他重金屬Cu、Cd、As和Pb在何首烏和土壤中的相關性并不顯著，這可能與重金屬間產生了協同或拮抗作用有關。總體來看，土壤中重金屬對何首烏中重金屬含量影響大小順序為：Hg>Cu>Cd>As>Pb，說明何首烏主要受土壤中Hg含量影響，其次是Cu和Cd，受As和Pb的影響最小。

3 小結與討論

1）研究區土壤重金屬污染大小表現為Hg>Cd>Cu>As>Pb，其中Hg、Cd和Cu是主要的土壤重金屬污染物，而As和Pb則不存在污染情況。

2）研究區內何首烏重金屬Cu、Pb、As、Cd和Hg的含量以及重金屬總量均未超過標準限值，符合進出口藥用植物重金屬含量要求。

3）何首烏與種植土壤中重金屬表現出一定的相關性，它們之間關聯度大小順序表現為Hg>Cu>Cd>As>Pb，其中何首烏與土壤中重金屬Hg表現出顯著的相關性，其他重金屬的相關性不明顯。

致謝：感謝三穗縣科技局對樣品采集提供的幫助，感謝貴州省理化測試分析研究院對樣品含量檢測提供的幫助。

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