贵州典型何首乌种植基地土壤重金属含量及污染评价

黄文粤，赵璐玥，张清海，王道平，方 慧，何腾兵，林昌虎*

(1．贵州大学 农学院,贵州 贵阳550001；2．贵州医科大学,贵州 贵阳550001；3．贵州科学城天然产物化学重点实验室,贵州 贵阳550001)

0 引言

一直以来，中药材都备受人们喜爱，每种药材都有着不同的功效，适合国人的体质，也最适合中国人养生保健.另外作为药品，中药副作用小，纯天然的，治标治本[1].但是，随着现代工业化的迅速发展，土壤重金属污染也越来越严重，重金属不易降解，易在生物体内富集，有一定的迁移性，对人体危害极大[2,3].土壤污染也影响到中药材，中药材的安全性和质量已经成为人们持续关注的焦点[4,5].赵连华等[6]以《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》作为依据，对近年来的数据进行了对比分析，发现我国铅(Pb)、汞(Hg)、砷(As)、铜(Cu)、镉(Cd)等5种重金属的污染率分别为9.66%、13.00%、9.32%、16.09%、26.35%.中药材的安全问题已刻不容缓，要想能够有效地控制中药材的重金属含量，就要从中药材生长的土壤环境入手，所以分析中药材产地土壤重金属含量尤为重要[7].

贵州省地处云贵高原，有着独特的地理条件和湿润温暖的天气，适宜种植中药材，是我国四大中药材种植产地之一[8].但是由于对贵州矿产资源和煤炭的开采与利用，也使贵州土壤重金属污染日益严重[9]，各种植地的土壤受到一定程度的污染[8,10,11]，但不同地区存在着一定的差异.何首乌可补益精血、乌须发、强筋骨、补肝肾，是常见贵细中药材[12]，在贵州的分布较广.对贵州省典型何首乌种植基地土壤重金属含量情况进行调查，能更好地把控何首乌的质量，为中药材产地土壤重金属研究提供依据.

1 材料与方法

1.1 样品采集

选取贵州2个典型的何首乌种植基地——都匀市王司镇中药材种植基地和施秉县双井镇龙塘村何首乌种植基地，采样S多点混合法取样，取样深度为0～20 cm，样品质量为1 kg左右，共取样品40个，其中都匀28个，施秉12个.把采集到的样品用洁净的布袋运回实验室，自然风干后剔除石块及植物根系等杂物，再过筛备用.

1.2 土壤重金属指标的测定

根据《中华人民共和国药典》2005版对重金属规定的项目，决定对何首乌两个种植基地pH值，8种重金属(Cd、Cr、Cu、Co、Zn、Hg、Pb、As)含量进行测定.pH值采用玻璃电极法进行测定[13]，Cd、Cr、Cu、Co、Zn、Pb等5种重金属采用原子吸收光谱法进行测定[14]，As、Hg采用原子荧光光谱法进行测定[15].

1.3 土壤重金属质量安全评价方法

1.3.1 土壤中重金属含量

通过对各土壤样品进行分析测定，测得各土壤样品中8种重金属含量，再与贵州省背景值进行比较，得出各重金属具体污染情况.

1.3.2 单项污染指数法

单项污染指数法能够准确判断出土壤环境中主要的污染因子，能够很好地表现出各种重金属的污染情况，也是目前国内最普遍使用的评价方法，单项污染指数计算公式为：

Pi=Ci/Si.

(1)

式(1)中：Pi为污染物的单项污染指数；Ci为土壤污染物的实测浓度；Si为土壤污染物的参考值，采用国家土壤环境质量标准(GB 15618-1995)二级标准中的限制值)[17].当Pi≤1时,表示土壤未受污染物i污染;当1

1.3.3 内梅罗综合污染指数法

单项污染指数法虽然能表征单一重金属在土壤环境中的污染情况，但是不能反映整个土壤环境的重金属污染情况，环境污染也往往是很多种重金属共同污染导致的.为了反映出土壤环境的综合污染情况，采用内梅罗综合污染指数法进行评价[16].综合污染指数法公式为：

(2)

式(2)中：P综为土壤内梅罗综合污染指数；(Ci/Si)max为单项污染指数最大值；(Ci/Si)ave为单项污染指数平均值；Ci/Si为单项污染指数.当P综≤0.7时，清洁；当0.73时，重度污染.

2 结果与分析

2.1 何首乌产地土壤pH值及土壤重金属含量

对何首乌都匀、施秉两个种植基地的土壤进行分析，结果见表1.

表1 何首乌种植基地土壤pH值Tab. 1 The pH value of soil in the planting base ofPolygonum multiflorum

由表1可知：都匀何首乌种植基地土壤pH最大值为6.49，最小值为4.92，平均值为5.5；施秉种植基地pH最大值为6.68，最小值为5.33，平均值为6.29；两地平均值为5.73，施秉比都匀pH值略高，但均为酸性土壤.

都匀何首乌种植基地土壤中，Cu、Zn、Co、As、Cr、Cd、Pb、Hg的平均值分别为52.82、202.70、10.49、31.45、80.8、0.48、64.34、0.39 mg/kg.与贵州省重金属背景值对比可知，Cu、Co、Cr均未超过背景值，其余五种重金属Zn、As、Cd、Pb、Hg均高于背景值，超标率分别达到了57.14%、50.00%、100.00%、96.43%、53.57%.

施秉何首乌种植基地土壤中，Cu、Zn、Co、As、Cr、Cd、Pb、Hg的平均值分别为13.65、65.31、7.08、23.19、61.21、0.35、32.37、0.06 mg/kg.与贵州省重金属背景值相比，Cu、Zn、Co、Cr、Hg均未超过背景值；As和Pb虽然平均值未超过背景值，但最大值超过了背景值，说明该地区存在局部的As和Pb污染，超标率分别为25.00%和16.67%；Cd高于背景值，超标率为66.67%.

表2 何首乌种植基地土壤重金属含量(mg/kg)Tab. 2 The content of heavy metals in soil of Polygonum multiflorum planting base

2.2 何首乌产地重金属污染评价

选取《土壤环境质量标准》中农田土壤重金属第二级质量标准作为阈值，利用单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法，对研究区土壤质量进行评价，结果见表3、表4.

都匀何首乌种植基地土壤重金属Cu、Co、Cr单项污染指数均小于1，说明该何首乌产地土壤并未受到Cu、Co、Cr等3种重金属的污染；Zn的单项污染指数的范围为0.30～1.78，无污染和轻微污染所占比例分别为42.86%和57.14%；As的单项污染指数的范围为0.71～1.40，无污染和轻微污染的比例各为50%；Cd的单项污染指数的范围为1.24～2.02，轻微污染和轻度污染所占比例分别为96.43%和3.57%；Pb的单项污染指数的范围为0.98～2.22，无污染、轻微污染和轻度污染的比例分别为7.14%、85.72%和7.14%；Hg的单项指数污染范围为0.65～2.78，无污染、轻微污染和轻度污染的比例分别为46.43%、42.86%和10.71%.从综合污染指数来看，都匀何首乌产地土壤轻度污染和中度污染所占比例分别为96.43%和3.57%，平均综合污染指数为1.41，可以看出该地区土壤受到了轻度污染.

施秉何首乌种植基地土壤重金属Cu、Zn、Co、Cr、Hg单项污染指数均小于1，这说明施秉何首乌种植基地土壤并未受到Cu、Zn、Co、Cr、Hg的污染；As的单项污染指数范围为0.56～1.03，无污染和轻微污染的所占比例分别为75%和25%；Cd的单项污染指数的范围为0.90～1.56，无污染和轻微污染的所占比例分别为25%和75%；Pb的单项污染指数的范围为0.32～1.09，无污染和轻微污染的所占比例分别83.33%和16.67%.从综合污染指数来看，施秉何首乌产地土壤施秉何首乌产地土壤清洁、尚清洁和轻度污染所占比例分别为8.33%、66.67%和25%，平均综合污染指数为0.89，可以看出施秉何首乌基地尚清洁.

表3 都匀何首乌种植基地土壤重金属污染评价Tab. 3 Evaluation of heavy metal pollution in soil of Duyun Polygonum multiflorum planting base

表4 施秉何首乌种植基地土壤重金属污染评价Tab. 4 Evaluation of heavy metal pollution in soil of Shibing Polygonum multiflorum planting base

2.3 重金属相关性分析

表5表明了都匀种植基地重金属含量间的相关性，除Cr外Cu与其他重金属元素间均极显著相关；Zn与其他重金属均表现为负相关，其中与Cu和Hg、Pb达极显著相关水平；Co与Pb、Cu呈极显著正相关；此外，As与Cd和Pb、Hg分别达显著和极显著水平，Cd和Pb均与Hg呈显著正相关.

由表6可知施秉种植基地重金属Cu与Co、As、Cr和Cd、Pb分别呈极显著和显著正相关，Zn与Pb和Hg分别呈极显著正相关和显著负相关，Co与As和Pb彼此间达显著正相关关系，Pb与As、Cr和Cd分别呈极显著和显著相关关系，Cd与As和Cr分别呈显著和极显著相关水平，其中As与Cr彼此间也成极显著正相关关系.

表5 都匀种植基地土壤重金属相关性分析Tab. 5 Correlation analysis of heavy metals in soil of Duyun planting base

*.p<0.05；**.p<0.01

表6 施秉种植基地土壤重金属相关性分析Tab. 6 correlation analysis of heavy metals in soil of Shibing planting base

*.p<0.05；**.p<0.01

3 结论

都匀种植基地土壤重金属污染情况为Cd>Hg>Pb>As>Zn>Cr>Cu>Co，其中Cu、Co、Cr不存在污染情况，Cd、Hg、Pb是主要的污染物，Zn、As也存在一定程度的污染；施秉种植基地土壤重金属污染情况为Cd>As>Pb>Cr>Zn>Co>Hg>Cu，其中Cu、Zn、Co、Cr、Hg不存在污染，Cd是主要的污染物，As、Pb存在部分污染，但污染程度低.两个种植基地的重金属污染情况存在着一定的差异性，但两个基地的土壤中重金属Cu、Co、Cr均未超标，Cd都是最主要的污染物，都匀种植基地Cd超标率甚至达到了100%，种植出的何首乌很可能存在着Cd超标问题.就综合污染指数来看，都匀何首乌种植基地土壤均受到了轻度污染，施秉种植基地只有25%的土壤受到了轻度污染，其余土壤属于清洁和尚清洁状态.总体来说两个种植基地的土壤都有着一定程度的重金属污染，但施秉种植基地的污染程度比都匀种植基地要低，两个种植基地都应注意重金属Cd的污染问题，尽力改善土壤质量，同时应避免土壤受到的进一步污染.

都匀种植基地土壤中Cu与Co、Pb、As、Hg其他重金属元素间均极显著相关，Co和Pb,As和Pb、Hg两两呈极显著正相关，施秉种植基地土壤中Cu和Co、As、Cr均呈极显著正相关，Zn与Pb，As和Cr、Pb，Cr和Cd、Pb两两之间呈极显著正相关，再加上取样时保证了所取土壤样品的地形、母质和气候等条件的一致性，所以可以说明这些呈极显著相关性的重金属可能有相同的污染源，但具体来源是什么，还有待进一步研究分析.都匀种植基地的Cr和施秉种植基地的Hg与其他重金属之间均没有相关性，这说明它们应该有着单独的来源.