土壤—三七系统重金属污染调查及相关分析.doc

土壤三七系统重金属污染调查及相关分析 中国中药杂志 2014年14期打开文本图片集摘要 目的：对我国三七种植区域土壤和植株中5种重金属污染状况进行调查分析，分析重金属在土壤与三七之间的相关性，揭示三七对重金属的吸收富集特征及转运规律，为研究三七安全质量控制技术提供理论依据。方法：通过野外调查和室内分析相结合的方法，分析了我国30个不同三七产地土壤中5种重金属的含量以及三七植株不同部位重金属的含量。结果：所调查的三七种植区土壤重金属污染情况不容忽视，与国家土壤质量标准（GB15608-1995）对照分析，所调查的三七种植区土壤重金属元素污染程度依次表现为汞砷镉铬，土壤样品铅元素无超标现象。参照药用植物及制剂进出口绿色行业标准，对应的三七植株样本重金属元素超标程度依次表现为砷铅铬镉，植株样品汞元素无超标现象。5种重金属在三七植株不同部位的分布都表现为地下部含量高于地上部含量，且地下部重金属元素多集中在根条，其次是剪口；三七植株不同部位重金属的累积特征总体表现为根条剪口块根叶茎。从三七植株各部位对土壤中重金属吸收的BCF值分析来看，所有样品的BCF均铅铬镉，且三七植株部位间的重金属超标现象也有明显差异，见表2。三七植株样本数均为30，其中砷元素超标较为突出，其块根、根条、剪口、茎、叶超标率分别为20%，66.6%，33.3%，6.6%，26.6%。镉元素三七块根，根条，剪口，茎样本超标率分别为13.3%，40%，6.6%，20%，6.6%；尽管调查区域土壤中的铅含量没有超出国家土壤质量二级标准（GB 15618-1995），但对应的三七样品中部分根条和叶铅含量有超标现象，超标率分别为20%，6.6%，其余部位铅含量相对较低，无超标现象。部分土壤中样本中的汞元素含量虽然超过了土壤质量标准限定值，但对应的三七植株样品没有出现汞超标现象，说明三七对土壤中的汞具有很强的耐性。由于药用植物及制剂进出口绿色行业标准和原产地域产品标准（文山三七）（GB 19086-2003）的限量规定中没有规定铬的含量，因此，本分析中针对铬元素以2010年版中国药典药用胶囊以及使用的明胶原料，重金属铬的均不得超过2 mgkg-1为标准来进行判定分析，三七植株样本中除叶片外，其余各部位铬均有超标，块根，根条，剪口，茎超标率分别为26.6%，80%，60%，20%。总体来看，三七植株样品中超标部位主要还是地下部分，尤其是三七根条。从污染元素来看，植株超标的重金属主要是砷和镉，其次是铅和铬。2.3三七植株重金属的分布特征及富集特性重金属从土壤进入植物体的过程与植物本身的遗传特性、主动吸收功能和对元素的富集能力有关，不同的植物对重金属元素具有不同的吸收和富集特性。通过对30个植株样本分块根、根条、剪口等5个部位重金属含量进行相应的测定，从5种重金属在三七植株不同部位的分布来看，总体趋势是一致的，都表现地下部分重金属含量高于地上部分含量，见图1；5种重金属在各部位的含量表现为根条剪口块根叶茎。BCF值可大致反映植物对土壤重金属的吸收能力和富集情况，周启星认为，只有当BCF1，才有可能考虑判定该植物是否对某种重金属具有富集特征6。由于三七根系生长较浅，根系多集中在020 cm根层。因此，本研究样品中计算BCF时采用的土壤重金属浓度统一用020 cm耕层土壤浓度进行计算。从本次研究样本各重金属的富集系数来看，重金属镉表现为三七叶富集系数最大，平均值为0.935，剪口最小，平均值为0.187。铅表现为三七根条富集系数最大，平均值为0.079，茎最小，平均值为0.010。砷表现为三七根条富集系数最大，平均值为0.121，茎最小，平均值为0.011。汞表现为三七根条富集系数最大，平均值为0.173，茎最小，平均值为0.048。铬表现为三七根条富集系数最大，平均值为0.042，茎最小，平均值为0.010。综合来看，所有样本三七植株各部位对5种重金属的富集系数平均值都小于1，因此，基本上可以判定，三七并非属于重金属富集植物，见图2。2.4土壤-三七系统重金属的运转和相关分析自然环境下，重金属元素在土壤-植物系统中的迁移和吸收转运受到土壤-植物屏障的有效控制。植物通过根系从土壤中吸收重金属，并在植株体内进行再分配，由于重金属的危害性，普通植物尽量抑制重金属的吸收或避免其向地上部转运7。土壤-三七系统各部位重金属浓度主根/土壤、须根/土壤、剪口/土壤、茎/剪口和叶/茎这5项比值可在一定程度上揭示土壤中的重金属从土壤到植株以及植株各部位间的吸收转运过程4。前期研究表明，三七作为一种特殊的药用植物，重金属砷主要分布在根部，地上部中的砷含量较低，砷的地上部/地下部的转运系数通常都小于14，本次调查的样本砷元素运转系数表现为叶/茎茎/剪口剪口/土壤主根/土壤须根/土壤，与上述结论相吻合，见表3。其他4种重金属运转系数表现为铅：叶/茎茎/剪口须根/土壤主根/土壤剪口/土壤。镉：茎/剪口叶/茎须根/土壤主根/土壤剪口/土壤。汞：茎/剪口叶/茎须根/土壤主根/土壤剪口/土壤。铬：叶/茎茎/剪口剪口/土壤主根/土壤须根/土壤。主根、须根、剪口属于三七的地下部分，三个部位对土壤中的重金属转运系数均1，说明土壤中的重金属不易被三七地下部分吸收，但相关性分析表明，三七剪口的砷和铬含量与土壤中砷和铬重金属含量呈显著相关，根条的镉含量与土壤中镉含量呈显著相关，说明土壤中重金属含量的高低会影响三七地下部分对重金属的吸收程度而对地上部分影响不大；剪口和茎是连接三七地下部分和地上部分的2个部分，重金属铅、砷、铬茎/剪口均1，说明从剪口运转到茎相对容易；三七各部位间除镉表现为叶/土壤最高外，其余的4种重金属铅、砷、汞、铬均表现为根条/土壤最高，说明与其他部位比较，三七根条更易吸收土壤中的重金属。所有样本5种重金属叶/茎的比值都1，说明重金属在三七地上部分的迁移能力相对较强，三七茎部的重金属很容易转运到叶部。3讨论调查区域土壤和三七重金属含量均存在超标现象，土壤样本超标较为严重的重金属元素主要是汞、砷、镉、铬；超标率分别为73.3%，66.7%，60%，33.3%。除镉之外，汞、砷、铅、铬其余4种重金属元素含量均表现为深层（2040 cm）土壤浓度大于耕层土壤。对照药用植物及制剂进出口绿色行业标准的限量规定，三七植株样品中超标部位主要还是表现为地下部分地上部分，尤其是三七的根条超标较为严重。从元素来看，植株超标的重金属主要是砷和镉，其次是铬和铅。结合土壤样本重金属超标现象来看，有2个问题值得深入探究，一是汞元素在土壤样本中耕层土壤和深层土壤超标率均为73.3，而植株样本却无任何超标现象；二是铅元素在土壤样本中耕层土壤和深层土壤均不超标，但三七植株样本地下部分却出现了不同程度的超标现象。科学解释这种现象的存在对修改细化现有的国家土壤质量标准（GB15618-1995），研究制订具有物种、地域特征的细化标准将具有较强的科学意义。重金属在三七植株各部位的分布存在一定的差异，总体表现为地下部重金属含量高于地上部，部位间的累积特征总体表现为：根条剪口块根叶茎。结合重金属富集植物的判定标准，药用植物三七对土壤中5种重金属均不具备富集特性，且对土壤中的汞表现出较强的耐性。前期研究表明，栽培土壤中砷含量高低与三七块根及茎叶中砷残留量存在一定的相关性；使用退菌特与三七块根中砷残留量之间存在密切关系，即使在栽培过程中只使用7次，砷残留量仍显著高于三七砷限定标准8，所调查的三七植株样品出现不同程度的重金属超标现象，基本上可以排除植物本身具备的种群及遗传特性，主要原因可能还是三七种植地土壤重金属背景值偏高以及栽培过程中施用含重金属的农药、化肥等因素所致。不同的植物对不同的重金属元素具有不同的运转规律。三七与普通植物不同，重金属在三七地上部分的迁移能力相对较强，三七茎部的重金属很容易转运到叶部。土壤中的重金属不易被三七地下部分吸收，但土壤中重金属含量的高低会影响三七地下部分对重金属的吸收程度而对地上部分的吸收量影响不大；从元素差异来看，镉和汞从地下部分运转到地上部分相对容易，而铅、砷、铬不容易从地下部分运转到地上部分；与其他部位相比，根条更易吸收土壤中的重金属。综合来看，三七体内的重金属主要来源仍然是土壤。因此，控制种植地域的土壤环境质量、减少栽培过程中外源有害物质对土壤的二次污染是研究解决三七重金属污染问题的关键。参考文献1 王朝梁，陈中坚，崔秀明，等.文山三七的原产地域产品特征J.中国中药杂志，2004，29（6）：511.2 郝南明，田洪，苟丽.三七生长初期不同部位重金属元素含量测定J.微量元素与健康研究，2004，21（5）：27.3 李卫东.文山州三七GAP种植区环境质量状况调查J.云南环境科学，2004，23（增刊1）：168.4 阎秀兰，廖晓勇，于冰冰，等. 药用植物三七对土壤中砷的累积特征及其健康风险J. 环境科学，2011，32（3）：880.5 金航，崔秀明，陈中坚，等.三七栽培土壤地质背景分区特征J.云南大学学报：自然科学版，2009，31（增刊1）：440.6 周启星，宋玉芳.污染土壤修复原理与方法M.北京：科学出版社，2004.7 Berry W L. Plant and factors influencing the use of plant analysis as a tool for biogeochemical prospectingM/Carlise D， Berry W L， Kaplan I R， et al. Mineral exploration： biogeological systems and organic matter. Prentice-Hall，Englewood Cliffs，N J. 1986：13.8 张文斌，刘云芝，冯光泉.土壤砷污染对三七药材中砷残留量的影响J.现代中药研究与实践，2003 （增刊）：32.Investigation and analysis of heavy metal pollution related tosoil-Panax notoginseng systemCHEN Lu1， MI Yan-hua1*， LIN Xin1， LIU Da-Hui2， ZENG Min3， CHEN Xiao-yan3（1. Agri-Food Quality Standard and Testing Technology Institute， Yunnan Academy of Agricultural Sciences， Kunming 650221， China；2.Medicinal Plants Institue， Yunnan Academy of Agricultural Sciences， Kunming 650223， China；3. Biotechnology and Genetic Resources Institute， Yunnan Academy of Agricultural Sciences， Kunming 650221， China）Abstract Objective： In this study，five heavy metals contamination of soil and different parts of Panax notoginseng in the plantation area was investigated. Analysis of heavy metals correlation between the planting soil and P. notoginseng； and the absorption and accumulation characteristics and translocation of soil heavy metals by P. notoginseng plants was revealed. Method： Through field investigation and laboratory analytical methods， analysis of Chinas 30 different soil P. notoginseng origin and content of heavy metals in five different parts of the P. notoginseng plant content of heavy metals. Result： The results revealed that the soil heavy metals should not be neglected in the plantation area. Referring to the national soil quality standards （GB15608-1995）， the excessive degree of soil heavy metals pollution showed HgAsCdCr in the plantation area， and Pb content of soil was in the scope of the standard. Refer to Green Industry Standards for Import and Export of Medical Plants and Preparations， the excessive degree of heavy metals content of P. notoginseng plants showed AsPbCrCd， and Hg content of plants was in the scope of the standard. Concentrations of five heavy metals of underground parts of P. notoginseng plants are higher than aboveground， and heavy metals elements are more concentrated in the root， followed by the rhizome of P. notoginseng plants. Heavy metal accumulation characteristics of the different parts of the P. notoginseng of the overall performance is the rootthe rhizomethe root tuberleaves stems. From the point of view BCF value analysis of various parts of the P. notoginseng plants to absorb heavy metals in soil， BCF values of all samples were less than 1， description P. notoginseng not belong Hyperaccumulator. From the view of transportation and related analysis of the soil-P. notoginseng systems， the rhizome of P. notoginseng and the content of As and Cr in soil was significantly correlated， the root of P. notoginseng and the content of Cd in soil was significantly correlated， and no significant correlation between the other indicators. Through the analysis of transportation transfer coefficient showed： Pb， As and Cr are not easy to transport aboveground part from the underground， but Cd and Hg are relatively easy to transport stems from rhizome， the migration of five heavy metals in the aerial part is relatively strong， and heavy metal of stems is easily transported to the leaves. Conclusion： P. notoginseng does not belong to the enrichment of heavy metals in crops， especially for Hg in soil with strong patience. In survey area， the content of heavy metals of P. notoginsengs planting soil is relatively high， and the heavy metals