高海拔地区土壤—党参系统微量元素富集特征

张家春+张珍明+刘盈盈

摘要：为了解高海拔地区党参产地土壤和党参中微量元素含量及其富集特征，对土壤和党参中微量元素含量进行测定，并分析土壤与党参中微量元素含量的相关性及党参对微量元素的富集能力。结果表明：土壤中Mn、Cu、Zn、Mo全量含量由高到低依次为Zn>Mn>Cu>Mo，土壤中Mn、Cu、Zn、Mo有效态含量由高到低依次为Mn>Zn>Cu>Mo，党参中Mn、Cu、Zn、Mo全量含量由高到低依次为Mn>Zn>Cu>Mo。在研究区域贵州省威宁县，以小海镇土壤Mn、Cu、Zn全量最高，黑石镇土壤Mo全量最高；小海镇土壤Mn、Cu有效态含量最高，黑石镇土壤Zn有效态含量最高，海拉镇、迤那镇土壤Mo有效态含量均为最高。党参块根中Mn、Mo含量与土壤中Mn、Mo含量呈显著正相关，党参块根中Zn含量与土壤中Zn含量呈正相关，党参块根中Cu含量与土壤中Cu含量没有相关性。党参对4种微量元素的富集能力不同，对Mn具有较强的富集能力。

关键词：微量元素；土壤；党参；相关性；富集

中图分类号：S567.5+30.4；S153.6 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2016）11-0450-03

党参为传统补气药，为桔梗科植物党参[Codonopsis pilosula （Franch.） Nannf.]、素花党参[Codonopsis pilosula Nannf.var.modesta （Nannf.） L.T.Shen]或川党参（Codonopsis tangshen Oliv.）等的干燥根[1]，味甘性平，归脾、肺经，具有补中益气、补养脾胃、润肺生津生血、健运中气等功效，主要用于治疗脾肺气虚、食少倦怠、咳嗽虚喘、气血不足等症[2]。党参有效成分包括多糖、氨基酸、党参炔苷、苍术内酯Ⅲ、胆碱、果糖等[3]。党参主要分布于山西省、四川省、云南省、贵州省、湖北省、甘肃省等地区，以山西省潞党、台党的品质最好[4-5]。近年来，因党参性能与人参极为相似，可炖汤食用，使得其销售量与出口量逐年递增。现商品党参主要来源栽培品，党参栽培面积大幅增加。土壤是中药材生长和品质形成所需营养元素的最主要供给者。但目前对党参的研究更多集中在分子生物学、有机化学成分和生理活性等方面[6-8]。研究表明，中药的药效与微量元素含量有着密切关系[9]，植物中微量元素含量与土壤微量元素含量之间有着良好的相关性[10-12]。贵州省党参主产于黔西北高海拔地区，尤以海拔2 200 m以上地区生产的党参产量高、品质好。本研究以贵州省党参大宗产区威宁县为研究区域，探讨高海拔地区土壤和党参植株中微量元素含量的关系，旨在为高海拔地区党参种植提供理论依据。

1 研究区域概况

贵州省威宁县总面积6 296.3 km2，平均海拔2 200 m，是贵州省面积最大、海拔最高的县，属亚热带季风气候。年均温 11.2 ℃，年均日照时数1 805.4 h，年均太阳总辐射量 4 698.4 kJ/km2，≥10 ℃的年积温2 275 ℃，无霜期204 d，年平均降水量950.9 mm，地貌为高原丘陵盆地，地面起伏较大。威宁县于1964年引种栽培党参成功，现已推广为贵州省大宗药材[13]。威宁县绝大部分土地都适宜种植党参，但以迤那镇和草海镇党参品质较好。

2 材料与方法

2.1 樣品的采集与制备

土壤微量元素采集受人为影响较大，采集土壤样品时应充分考虑地形、植被、耕作及施肥等因素的影响，远离人为干扰。采用“S”形方式采集样品，保证采样点具有典型性、代表性，同时兼顾样点空间分布的均匀性。采集时剔除植物残体、大砾石等非土壤物质，采样0～20 cm的表层土壤，每5个采样点土壤混合为1个土壤样品，共采集土壤样品15个。采集土壤样品时，采集对应点相同生长环境下党参植株样品，共采集党参植株样15个。将土壤样品分别装入干净的布袋，带回实验室晒干。取风干样品，充分混匀后采用四分法取一半样品用玛瑙钵研磨，另一半作为备用样品保存。样品按照不同要求研磨过尼龙筛，将过筛样品置于密封袋中并标注，放入干燥器中保存备用。植物样品去除尘土，经65 ℃烘干后，用粉碎机粉碎，过60目筛。

2.2 测定方法

土壤Mn、Cu、Zn、Mo全量的测定方法[14-15]：称取0.1 g风干土样（精确到0.000 2 g），放入25 mL聚四氟乙烯坩埚中，加少许水湿润，缓慢加入3 mL浓硝酸，另加1 mL高氯酸，将其放入高压密封罐中，置于烘箱中，调节至180 ℃，消解 3 h。消解完毕后，通风冷却至室温，将其转移至50 mL离心管中，以超纯水定容至刻度，摇匀上电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS）测定Mn、Cu、Zn、Mo全量。

土壤Mn、Cu、Zn、Mo有效态含量的测定[14]：称取10 g风干土样于塑料瓶中，加入EDTA浸提剂20 mL，常温下 180 r/min 振荡2 h，立即过滤，上原子吸收分光光度计测定Mn、Cu、Zn、Mo有效态含量。

党参植株Mn、Cu、Zn、Mo全量测定[16]：称取2 g党参样品于瓷皿中，置于马福炉中加热至700 ℃，保持恒温 1 h，冷却后将样品移入100 mL烧杯中，加1 mL浓HCl于电炉上加热，至全部溶解呈透明液，转移至100 mL量瓶中，用1% HCl溶液稀释，定容至刻度，作为母液备用。吸取母液10 mL于另一量瓶中，再用1% HCl溶液稀释，定容至 100 mL，待测，用 AAS-6000 型原子吸收分光光度计测定Mn、Cu、Zn、Mo全量。

3 结果与分析

3.1 土壤微量元素全量

从表1可知，高海拔地区党参产地土壤各微量元素全量平均含量不同，各微量元素全量变异系数为28.90%～50.66%，属于中等变异程度，变异系数表现为Mn>Mo>Cu>Zn。土壤全Mn含量为47.77 mg/kg，土壤全Cu含量为 7.79 mg/kg，土壤全Zn含量为61.24 mg/kg，土壤全Mo含量为0.29 mg/kg，4种微量元素全量平均含量表现为Zn>Mn>Cu>Mo。高海拔地区党参产地4种土壤微量元素全量平均含量均低于中国土壤微量元素平均含量；高海拔地区党参产地土壤微量元素Mn、Cu、Mo全量平均含量均低于世界土壤微量元素平均含量，Zn全量平均含量高于世界土壤微量元素平均含量。高海拔地区党参产地土壤各微量元素全量平均含量不同，同时相同微量元素在不同产区其全量平均含量也不同。小海镇土壤全Mn、全Cu、全Zn平均含量均最高，黑石镇土壤全Mo平均含量最高；迤那镇土壤全Mn平均含量最低，黑石镇土壤全Cu、全Zn平均含量均最低，海拉镇土壤全Mo平均含量最低。

3.2 土壤微量元素有效态含量

高海拔地区党参产地土壤4种微量元素有效态含量见表2。4种微量元素有效态平均含量表现为Mn>Zn>Cu>Mo，其中有效态Mn含量为4.81 mg/kg，有效态Zn含量为 3.40 mg/kg，有效态Cu含量为0.38 mg/kg，有效态Mo含量为0.05 mg/kg。4种微量元素有效态平均含量均属于中等变异程度，变异系数为60.00%～94.80%。高海拔地区党参产地土壤微量元素Mn、Cu、Mo有效态含量低于中国和世界土壤微量元素平均含量，Zn有效态含量高于中国和世界土壤微量元素平均含量。小海镇土壤有效Mn和有效Cu平均含量最高，黑石镇土壤有效Zn平均含量最高，海拉镇、迤那镇土壤有效Mo平均含量相同且均为最高。海拉镇土壤有效Mn和有效Zn平均含量最低，黑石镇土壤有效Cu、有效Mo平均含量最低。

3.3 党参植株微量元素全量

党参以根入药，从表3可以看出，高海拔地区党参块根4种微量元素中Mn含量属于强变异程度，Cu、Zn、Mo含量属于中等变异程度，变异系数从大到小依次为Mn>Mo>Zn>Cu。高海拔地区党参块根4种微量元素中Mn平均含量最大，为127.84 mg/kg，Mo平均含量最小，为0.02 mg/kg。党参块根4种微量元素全量平均含量各不相同，不同产区党参块根中微量元素平均含量也不同。黑石镇党参块根中Mn平均含量最高，党参块根中Cu、Zn、Mo平均含量最大值均在小海镇产区，党参块根4种微量元素平均含量最低均在迤那镇，迤那镇、海拉镇党参块根中Mo平均含量相等。

根据高海拔地区党参土壤和块根中微量元素全量平均含量测定结果，对高海拔地区党参土壤和块根中微量元素含量进行相关性分析，结果见表4。高海拔地区党参土壤微量元素全量与党参块根中微量元素含量具有一定关系。党参块根微量元素中Mn、Mo含量与土壤中Mn、Mo含量呈显著正相关，相关系数分别为0.52、0.56；党参块根的Zn含量与土壤中Zn含量呈正相关（相关系数为0.04），党参块根的Cu含量与土壤中Cu含量没有相关性。

3.4 党参植株微量元素富集特征

研究表明，微量元素是一切中药的基本成分，是中药有效药成分的核心组分，是传统中药理论的物质基础[17-18]。土壤作为中药材生产的物质基础，中药材植株中有效成分的含量与土壤存在一定关系。植物对某元素的富集系数可以用来评价植物对土壤中该元素的需求程度，反映了植物中某元素相对富集和贫化程度[19]。富集系数越高，表示植物对该元素的富集程度越高[20]。从图1可以看出，党参植株对4种微量元素的富集能力不同，对Mo的富集系数小于0.1，表明党参中Mo属于强烈贫化；对Cu、Zn的富集系数小于1.5，表明党参中Cu、Zn处于同一水平；对Mn的富集系数大于1.5，说明高海拔地区党参对Mn具有较强的富集能力，同时也表明Mn比Cu、Zn、Mo更容易从土壤中转移到党参植株中。

4 结论与讨论

本研究中高海拔地区党参产地土壤全Mn含量为 47.77 mg/kg，土壤全Cu含量为7.79 mg/kg，土壤全Zn含量为61.24 mg/kg，土壤全Mo含量为0.29 mg/kg。土壤微量元素全量可以反映土壤中微量元素潜在供给水平，但评价土壤微量元素有效程度更多依赖于土壤微量元素有效态含量高低。土壤微量元素的有效态含量是母质、地形、地貌、气候以及人为等各种因素综合作用的结果，土壤有效态微量元素含量更能说明土壤微量元素的供应水平。高海拔地区党参产地土壤中有效态Mn含量为4.81 mg/kg，有效态Zn含量为 3.40 mg/kg，有效态Cu含量为0.38 mg/kg，有效态Mo含量为0.05 mg/kg。本研究中有效Mn和有效Cu含量低于卢燕林等的研究结果[21]。高海拔地区党参块根中Mn平均含量最大，为127.84 mg/kg；Mo平均含量最小，为0.02 mg/kg。微量元素不但是中药疗效的物质基础之一，而且还通过与氨基酸等成分络合产生协同作用，促进吸收利用并增强其疗效。由于党参中含有丰富的微量元素和氨基酸，因而具有極为重要的食用、保健价值。党参块根中Mn、Mo含量与土壤中Mn、Mo含量呈显著正相关，相关系数分别为0.52、0.56；党参块根中的Zn含量与土壤中Zn含量呈正相关（相关系数为 0.04），党参块根中Cu含量与土壤中Cu含量没有相关性。党参对4种微量元素的富集能力不同，对Mn具有较强的富集能力。

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