贵州野生小檗属植物土壤与植株微量元素相关性及富集特征

王 永，戚燕强，张家春，韩见宇，董 燕，熊鹏飞

(贵州省植物园，贵州 贵阳 550004)

【研究意义】探明贵州野生小檗属植物土壤和植株(根)中微量元素含量及其富集特征,可为其种植和开发具有重要的实际意义。【前人研究进展】小檗属隶属于小檗科，该属植物全世界分布范围较广，其中中国约有250种，但主产于西部和西南部[1]。贵州是中国小檗属植物的分布中心之一，据统计贵州小檗属为44种1变种，贵州特有小檗属有8种[2]。小檗属植物因盛产中国传统的中药材植物而著称，主要以根、皮入药，具有清热解毒、止泻等功效，主治湿热泄泻、肠炎、黄疸、目赤红肿、咽痛等症状。小檗属植物有效成分有小檗碱、药根碱等生物碱，这类生物碱及小檗碱具有消炎抗菌、降血压、降血脂、抗肿瘤、降血糖等药理活性[3]。随着人们对小檗属药用价值认识的不断加深，市场对小檗属植物的需求量不断加大，为满足市场不断增加的需求量，人工种植成了小檗属市场需求量的主要来源。【本研究切入点】微量元素作为中药材有效成分组成，本身也参与中药材中多种生理代谢活动，影响其根系营养、有机体的正常代谢，对中药材活性成分的形成和累积有着关键作用，最终影响中药材的品质[4-5]。土壤作为中药材生产的物质基础，中药材中的微量元素种类和含量与中药材生长的土壤微量元素有关，土壤中各种微量元素对中药材优良品质的形成都有很大的相关性[6-7]。【拟解决的关键问题】研究贵州野生小檗属土壤和植株中微量元素含量特征和相关关系，探明贵州野生小檗属植株(根)微量元素的富集特征。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究在贵州威宁县、六盘水市、盘州市及安顺市平坝区进行。威宁彝族回族苗族自治县介于北纬26°49′～26°53′、东经 104°12′～104°18′，属亚热带季风气候，年均温11.2 ℃，年降水量739 mm。六盘水市介于北纬25°19′～26°55′、东经104°18′～105°42′，属北亚热带季风湿润气候区，年均温13～14 ℃，年降水量1200～1500 mm。盘州市介于北纬25°19′～26°17′、东经104°17′～104°57′，属亚热带高原季风气候，年均温15.2 ℃，年降水量1390 mm。安顺市平坝区介于北纬26°26′、东经106°16′，属亚热带湿润型季风气候，年均气温13.3 ℃，年降水量1450 mm。

1.2 样品的采集与制备

用GPS对每个土壤及植株样品进行定位，土壤样品采集0～20 cm的表层土，每个样品均为贵州野生小檗属生长土壤5个样点充分混合后用四分法反复取舍而成的组合样；每个土壤样品重1 kg，采集时剔除植物残体、大砾石等非土壤物质，共采集土壤样品10个。采集土壤样品的同时，采集对应点生长环境下贵州野生小檗属植株的根样品，共采集10个根样。

将采集的土壤样品装入清洁的布袋带回实验室，倒入干净的塑料膜上自然晒干，将风干样品充分混匀后用四分法取一半用玛瑙钵研磨，另一半作为实验备用样品保存。土壤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作好标签，放入干燥器中保存备用。贵州野生小檗属植株(根)样品去除尘土，经 65 ℃烘干后，用粉碎机粉碎，过60目筛，将过筛样品置于密封袋中并作好标签，放入干燥器中保存备用。

1.3 样品测定方法

土壤中微量元素Fe、Cu、Mo、Mn、Zn含量参照文献[8-9]中的方法进行测定，有效态含量参照文献[9]中的方法进行测定，野生小檗属植株(根)样品中Fe、Cu、Mo、Mn、Zn含量参照文献[10]中的方法进行测定。

1.4 数据分析

用SPSS17.0进行差异显著性及相关性分析，其他数据统计与分析处理用Excel表格进行处理。

富集系数=植物体内的某元素的含量/土壤中某元素含量

2 结果与分析

2.1 土壤微量元素的全量特征

从表1看出，不同种小檗属野生土壤中同种土壤微量元素全量呈显著差异。土壤微量元素Cu全量最高值为巴东小檗野生土壤，最低值是毕节小檗野生土壤，最大值约为最小值的6倍，表现为巴东小檗>永思小檗>威宁小檗>易门小檗>平坝小檗>古宗金花小檗>壮刺小檗>毕节小檗。土壤微量元素Fe全量为永思小檗>威宁小檗>古宗金花小檗>易门小檗>壮刺小檗>平坝小檗>毕节小檗。土壤微量元素Mn全量为威宁小檗>永思小檗>古宗金花小檗>毕节小檗>壮刺小檗>巴东小檗>易门小檗>平坝小檗，威宁小檗土壤微量元素Mn全量是平坝小檗的19倍。土壤微量元素Mo全量为壮刺小檗>威宁小檗>平坝小檗>毕节小檗>巴东小檗>永思小檗>古宗金花小檗>易门小檗。威宁小檗土壤微量元素Zn全量约为平坝小檗的20倍，总体表现为威宁小檗>永思小檗>毕节小檗>易门小檗>壮刺小檗>平坝小檗>巴东小檗>古宗金花小檗。不同土壤微量元素在同种小檗属土壤中全量不同，其中毕节小檗、易门小檗、威宁小檗、永思小檗及壮刺小檗生长土壤中微量元素为Fe>Mn>Zn>Cu>Mo，巴东小檗、古宗金花小檗及平坝小檗生长土壤中微量元素为Fe>Mn>Cu>Zn>Mo。

表1 贵州野生小檗属土壤微量元素全量含量

2.2 土壤微量元素的有效量特征

从表2看出，同种小檗属野生土壤中不同土壤微量元素有效含量不同，毕节小檗土壤中表现为Mo>Fe>Mn>Cu>Zn，易门小檗表现为Fe>Zn>Mo>Mn>Cu，威宁小檗表现为Mo>Mn>Fe>Cu>Zn，巴东小檗表现为Fe>Mo>Mn>Cu>Zn，永思小檗表现为Fe>Mo>Zn>Cu>Mn，古宗金花小檗表现为Zn>Fe>Mo>Mn>Cu，壮刺小檗表现为Mo>Fe>Zn>Cu>Mn，平坝小檗表现为Zn>Mn>Fe>Cu>Mo。同种土壤微量元素在不同种小檗属野生土壤中有效量呈显著差异；土壤微量元素Cu有效量最大值为毕节小檗土壤，其中毕节小檗>巴东小檗>威宁小檗>平坝小檗>壮刺小檗>永思小檗>古宗金花小檗>易门小檗；土壤微量元素Fe在巴东小檗土壤中有效含量最高，表现为巴东小檗>毕节小檗>永思小檗>威宁小檗>易门小檗>古宗金花小檗>平坝小檗>壮刺小檗；威宁小檗土壤中微量元素Mn和Mo有效量均显著高于其他小檗属土壤，土壤微量元素Mn为威宁小檗>平坝小檗>毕节小檗>巴东小檗>易门小檗>古宗金花小檗>永思小檗>壮刺小檗，土壤微量元素Mo为威宁小檗>毕节小檗>壮刺小檗>古宗金花小檗>巴东小檗>永思小檗>易门小檗>平坝小檗；土壤微量元素Zn在古宗金花小檗土壤中有效含量显著最高，表现为古宗金花小檗>平坝小檗>易门小檗>永思小檗>壮刺小檗>威宁小檗>毕节小檗>巴东小檗。

表2 不同野生小檗属土壤微量元素有效量含量

表3 贵州不同地区野生小檗属土壤的微量元素含量

2.3 不同地区小檗属土壤微量元素特征

从表3看出，不同地区小檗属野生土壤中微量元素全量与有效量的差异显著。微量元素Cu全量与有效量均以六盘水市市最高。六盘水市土壤微量元素Fe全量最大，有效量以威宁县最高。土壤微量元素Mn全量最大值在威宁县，土壤微量元素Mn全量最大值约为最小值的10倍；有效量最高地区为安顺市平坝区，土壤微量元素Mn有效量最大值约为最小值的7倍。安顺市平坝区土壤微量元素Mo全量最大，而土壤微量元素Mo有效量最大在威宁县，且土壤微量元素Mo有效量最大值约为最小值的40倍。土壤微量元素Zn全量最大值在安顺市平坝区，有效量最大值在盘州市，微量元素Zn有效量的最大值约为最小值的9倍。贵州野生小檗属不地区土壤微量元素有效量比全量的地区差异性更明显。

2.4 植株微量元素全量特征

从表4看出，贵州野生小檗属根中同种微量元素全量存在显著差异。古宗金花小檗根中微量元素Cu全量显著高于其他种小檗属，表现为古宗金花小檗>毕节小檗>壮刺小檗>易门小檗>永思小檗>威宁小檗>平坝小檗>巴东小檗。微量元素Fe全量的最大值为壮刺小檗，约为最小值平坝小檗根中的18倍，表现为壮刺小檗>古宗金花小檗>毕节小檗>威宁小檗>永思小檗>巴东小檗>易门小檗>平坝小檗。微量元素Mn和Cu的全量的最大值均在古宗金花小檗根中，表现为古宗金花小檗>毕节小檗>永思小檗>壮刺小檗>威宁小檗>巴东小檗>易门小檗>平坝小檗。壮刺小檗根中Mo全量最高，为9.82 mg/kg，约是易门小檗根中的10倍之多，表现为壮刺小檗>永思小檗>巴东小檗>毕节小檗>威宁小檗>平坝小檗>古宗金花小檗>易门小檗。微量元素Zn全量的最大值为永思小檗，约是最小值巴东小檗根中的21倍，表现为永思小檗>壮刺小檗>易门小檗>古宗金花小檗>毕节小檗>威宁小檗>平坝小檗>巴东小檗。贵州野生小檗属根中均以Fe全量含量最大，其中毕节小檗和古宗金花小檗表现为Fe>Mn>Cu>Zn>Mo，易门小檗为Fe>Cu>Zn>Mn>Mo，威宁小檗和巴东小檗为Fe>Mn>Zn>Cu>Mo，永思小檗为Fe>Zn>Mn>Cu>Mo，壮刺小檗和平坝小檗为Fe>Zn>Cu>Mn>Mo。

表4 贵州野生小檗属植株根中微量元素的全量含量

表5 贵州野生小檗属土壤-植株(根)微量元素相关性

2.5 土壤-植株微量元素相关性

从表5可知，土壤微量元素Zn与Mn全量呈极显著正相关，相关系数为0.95；Mn与Fe全量呈显著正相关，其余相关性不明显。土壤微量元素有效量中，Mn与Cu呈显著正相关，Zn与Cu呈显著负相关，其余相关性不明显。小檗属根中微量元素全量相关性Mn与Fe呈极显著正相关，Fe与Cu、Mn与Cu均呈显著正相关，其余相关性不明显。

土壤微量元素全量与有效量相关性中，只有Cu有效量与Fe全量呈显著负相关性，其余相关性不明显。植株根系中微量元素全量与土壤中微量元素全量相关性中，植株根系中Cu全量与土壤中Cu全量、植株中Fe全量与土壤中Cu全量均为显著负相关；植株中Zn全量与土壤中Fe全量呈显著正相关，植株中Mo全量与土壤中Mo全量呈极显著正相关，其余相关性不明显。植株中微量元素全量与土壤中微量元素有效量相关性中，只有植株Cu全量与土壤Mn有效量呈现显著负相关，其余相关性不明显。

2.6 植株微量元素富集特征

富集系数越高，表明植物体对该元素的富集程度越高，同时也说明植物对该种元素从土壤向体内的迁移能力越强[11-12]。从图1看出，不同易门小檗中微量元素富集系数毕节小檗为Cu>Mo>Fe>Mn>Zn，易门小檗为Cu> Zn>Mn> Mo>Fe，威宁小檗为Cu>Fe>Mo=Mn>Zn，巴东小檗为Mo>Zn>Mn=Fe>Cu，永思小檗为Mo> Cu>Zn> Mn>Fe，古宗金花小檗为Cu> Zn>Mo> Mn>Fe，壮刺小檗为Cu> Zn>Mo> Mn>Fe，平坝小檗为Mo>Zn>

图1 贵州野生小檗属植株(根)微量元素的富集特征Fig.1 Enrichment characteristics of trace element in plant (root) of wild Berberis in Guizhou

Mn=Cu>Fe。微量元素Cu、Fe富集系数最大为毕节小檗，Mn为易门小檗，Mo为永思小檗，Zn为壮刺小檗，各微量元素富集系数以毕节小檗中Cu的最高且大于1。

3 结 论

研究结果表明：毕节小檗、易门小檗、威宁小檗、永思小檗及壮刺小檗野生土壤中微量元素为Fe>Mn>Zn>Cu>Mo，巴东小檗、古宗金花小檗及平坝小檗为Fe>Mn>Cu>Zn>Mo。土壤微量元素全量最高值Cu为巴东小檗土壤，Fe为永思小檗土壤，Mn表现为威宁小檗>永思小檗>古宗金花小檗>毕节小檗>壮刺小檗>巴东小檗>易门小檗>平坝小檗土壤，Mo为壮刺小檗土壤，达35.58 mg/kg，Zn为威宁小檗土壤。土壤中有效含量最高的微量元素最大值Cu为毕节小檗土壤，Fe为巴东小檗土壤，Mn和Mo为威宁小檗土壤，Zn为古宗金花小檗土壤。小檗根中微量元素全量最高Cu为古宗金花小檗根，Fe为壮刺小檗根，Mn为古宗金花小檗根，Mo为壮刺小檗根，全量为9.82 mg/kg，Zn为永思小檗根。

土壤微量元素全量Zn与Mn呈极显著正相关，Mn与Fe呈显著正相关；土壤微量元素有效量Mn与Cu呈显著正相关，Zn与Cu呈显著负相关；小檗属根中微量元素全量Mn与Fe呈极显著正相关，Fe与Cu和Mn与Cu呈显著正相关；土壤微量元素Cu有效量与微量元素Fe全量呈显著负相关，植株中微量元素Cu全量与土壤中微量元素Cu全量、植株中微量元素Fe全量与土壤中微量元素Cu全量均呈显著负相关，植株中微量元素Zn全量与土壤中微量元素Fe全量呈现显著正相关，植株中微量元素Mo全量与土壤中微量元素Mo全量呈现极显著正相关，植株微量元素Cu全量与土壤微量元素Mn有效量呈现显著负相关。毕节小檗中以微量元素Cu富集系数最高且大于1，其余微量元素富集系数均小于1。贵州野生小檗属不同地区土壤微量元素有效量比全量的地区差异性更明显。