道真玄參對土壤重金屬元素的吸收與富集

劉紅等

摘要：通過對玄參（Scrophularia ningpoensis Hemsl.）根際和非根際土壤、不同部位重金屬Cr、Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb含量進(jìn)行檢測，分析了玄參莖、葉、塊根、芽對根際土壤重金屬的吸收與富集作用。結(jié)果表明，玄參根際和非根際土壤中Cd、Hg平均含量均高于限量值要求，土壤表現(xiàn)出一定程度的Cd和Hg污染，而玄參各部位未檢測到Hg；莖、葉中Cd平均含量高于限量值，塊根、芽中Cd含量低于限量值。玄參不同部位對重金屬元素富集能力表現(xiàn)：Cr為莖>葉>芽>塊根，Cu為芽>葉>莖>塊根，Zn為葉>塊根>莖>芽，As為葉>莖>芽=塊根，Cd、Pb為葉>莖>芽>塊根。

關(guān)鍵詞：玄參（Scrophularia ningpoensis Hemsl.）；重金屬；吸收；富集

中圖分類號：Q949.777.8； X82 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）03-0644-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.03.034

Adsorption and Enrichment of Heavy Metal in Soil with Daozhen Radix Scrophulariae

LIU Hong1a， LIN Chang-hu2a， ZHANG Qing-hai2b， HE Teng-bing1b， LIN Shao-xia2b， ZHAO Lu-yue1b

（1.Guizhou University， a.College of Life Sciences； b.College of Agriculture， Guiyang 550025， China； 2. Guizhou Academy of Sciences， a. Office of Party Committee； b.Guizhou Academy of Instrumental Analysis， Guiyang 550001， China）

Abstracts： By measuring the content of heavy metals including Cr、Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb in rhizosphere and non-rhizosphere soil and different positions of Radix scrophulariae， the adsorption and enrichment capability of heavy metals in rhizosphere soil of stems， leaves， root tubers and shoots of Daozhen Radix scrophulariae was analyzed. Result showed that the average content of Cd， Hg was higher than the limited standards in rhizosphere and non-rhizosphere soil. The soil had Cd and Hg pollution. Hg was not found in any positions of Radix scrophulariae. The average content of Cd was higher than the limited standards in leaves and stems， lower than the limited standards in root tubers and shoots. The enrichment capability of heavy metal of Radix scrophulariae was in the order of stems>leaves>shoots>root tubers for Cr， shoots>leaves>stems>root tubers for Cu， leaves>root tubers>stems>shoots for Zn， leaves>stems>shoots=root tubers for As， leaves>stems>shoots>root tubers for Cd， Pb.

Key words：Scrophularia ningpoensis Hemsl.；heavy metal；adsorption；enrichment

玄參為傳統(tǒng)常用中藥，別名浙玄參、元玄參和烏玄參[1]。系多年生、深根性玄參科草本植物玄參（Scrophularia ningpoensis Hemsl.）的干燥根，以根入藥，性寒味苦，具有涼血滋陰、清熱解毒之功效，用于治療熱病傷陰、津傷便秘、目赤、咽痛等癥[2]。隨著中藥的廣泛使用，人們對中藥材中重金屬污染問題越來越重視[3-12]，中藥材的重金屬污染也是造成中藥質(zhì)量下降的關(guān)鍵因素[13]。重金屬中的有害元素被人體吸收后，當(dāng)蓄積到一定量時可引發(fā)免疫系統(tǒng)障礙、神經(jīng)錯亂、內(nèi)分泌紊亂、肝腎等功能受損，進(jìn)而引起一系列的中毒癥狀。據(jù)研究報(bào)道，重金屬超標(biāo)還可使土壤中微生物的總量大幅度降低，阻礙植物的生長和固氮作用，進(jìn)一步影響作物的產(chǎn)量和質(zhì)量[14]。

試驗(yàn)對貴州道真玄參基地土壤及玄參不同部位重金屬的含量進(jìn)行了測定，探討了玄參不同部位對土壤重金屬元素的吸收和富集能力，以期為道真玄參的生產(chǎn)經(jīng)營提供理論支撐，并對重金屬污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣

2012年12月在貴州省道真縣陽溪鎮(zhèn)玄參基地采集玄參樣品，室內(nèi)試驗(yàn)在貴州省科學(xué)院分析測試研究院進(jìn)行。

選取道真縣陽溪鎮(zhèn)玄參基地為研究區(qū)域，采集植株—土壤對應(yīng)樣品。采用GPS定位，在基地采集有代表性的植株樣品14個，其中土壤樣品分根際和非根際進(jìn)行采樣，共采集土壤樣品28個，為避免污染，采樣過程中使用木鏟等工具。

1.2 樣品處理

1.2.1 土壤樣品的制備 將采集的樣品分別放入潔凈的聚乙烯塑料袋中，封裝帶回實(shí)驗(yàn)室。土壤樣品置于室內(nèi)自然風(fēng)干，挑出石塊和殘枝落葉，采用四分法，并用瑪瑙研缽研磨，分別過20目和100目篩備用。

1.2.2 玄參植株樣品的制備 將采集的新鮮玄參樣品沖洗干凈后，自然風(fēng)干，將莖、葉、塊根、芽分開處理，稱取各部位鮮重，分別放置于密封袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室。將樣品置于80 ℃電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，烘干至恒重，稱取各部位干樣，放于中草藥粉碎機(jī)中粉碎，過100目篩備用。

1.3 指標(biāo)測定

土壤樣品采用美國國家環(huán)保局標(biāo)準(zhǔn)方法（USEPA-3050B）消解、定容；0.2 g植株樣品分別加入5 mL硝酸、2 mL雙氧水，置于170 ℃恒溫干燥箱中加熱3 h，冷卻、定容；采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，Agilent 7500 a）進(jìn)行重金屬元素含量的測定，條件參數(shù)見表1。過20目篩土壤樣品用來測定pH，水土比為1∶2.5，pH計(jì)測定。為確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，分析過程中每批樣品設(shè)2個空白，分析過程中加入國家標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品（GSS-2、GSS-5）及國家灌木枝葉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GSV-2），進(jìn)行分析質(zhì)量控制，分析樣品重復(fù)數(shù)10%～15%，所用水均為去離子水（Milli-Q50超純水系統(tǒng)），試劑均為優(yōu)級純。

2 結(jié)果與分析

2.1 玄參土壤重金屬含量分析

由表2可知，研究區(qū)域根際土壤pH平均為5.70，非根際土壤pH平均為5.57，該區(qū)土壤屬于酸性土壤，且非根際土壤的酸性強(qiáng)于根基土壤。對照國家土壤環(huán)境二級標(biāo)準(zhǔn)值（表2），從平均值來看，根際和非根際土壤中Cd、Hg含量均高于限量值要求，其他元素含量均低于限量值；根際和非根際土壤中重金屬含量接近，無明顯差異，根際土壤中Cu、Zn、Hg平均含量大于非根際土壤。為了定量描述調(diào)查區(qū)域內(nèi)重金屬元素含量的波動程度，選用變異系數(shù)（CV）來表示變化程度的大小，按照變異程度的劃分等級：CV≥100%，強(qiáng)度變異；10%≤CV<100%，中等變異；CV﹤10%，弱變異。由表2可知，根際和非根際土壤中pH、Cr的變異系數(shù)均小于10%，屬于弱變異，其他元素變異系數(shù)在10%～100%之間，屬于中等程度變異。

2.2 玄參根際土壤重金屬元素相關(guān)性和主成分分析

對玄參根際土壤pH和重金屬元素進(jìn)行了相關(guān)分析及主成分分析，結(jié)果見表3。從表3可以看出，玄參根際土壤中，As與Cu、Hg與Cu、Hg與As、Pb與Cr、Pb與Cd具有較好的相關(guān)性，其中，As與Cu極顯著負(fù)相關(guān)、Hg與Cu顯著負(fù)相關(guān)；Hg與As、Pb與Cr、Pb與Cd顯著正相關(guān)，說明Hg與As、Pb與Cr、Pb與Cd具有同源性，pH與重金屬之間相關(guān)性不明顯。

由表4可知，當(dāng)選擇3個主成分時，累積貢獻(xiàn)率可達(dá)到70%以上，符合主成分分析要求。表5結(jié)果顯示，對第1主成分作用大的有As（-0.927）、Cu（0.920）、Hg（-0.780）、Cr（0.666）；對第2主成分作用大的有Pb（0.894）、Cd（0.842）、Zn（-0.666）；對第3主成分作用大的有pH（0.968）。在分析中，抽樣適度測定值為0.413（表6）（通常認(rèn)為該值應(yīng)該在0.5以上為好[15]），這樣8個指標(biāo)全部覆蓋，顯示不出“主成分”。

2.3 玄參植株重金屬含量分布

由表7可知，從平均值來看，參照《藥用植物及制劑外經(jīng)貿(mào)綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（WM-T2-2004）》，Cu、As含量均低于限量值要求，莖、葉中Cd平均含量高于限量值，塊根、芽中Cd含量低于限量值；Pb含量除了葉以外，其他部位含量低于限量值要求；Cr平均含量表現(xiàn)為莖>葉>芽>塊根，Cu平均含量表現(xiàn)為芽>葉>莖>塊根；Zn平均含量表現(xiàn)為葉>塊根>莖>芽；As平均含量表現(xiàn)為葉>莖>塊根>芽；Cd、Pb平均含量表現(xiàn)為葉>莖>芽>塊根。

2.4 玄參不同部位對根際土壤重金屬的富集能力

植物富集的重金屬元素主要來自于土壤，富集系數(shù)的大小反映了植株對某種重金屬元素富集能力的大小[16-18]。玄參各部位重金屬元素富集系數(shù)=玄參各部位某重金屬元素的含量/土壤中某重金屬元素的含量。表8結(jié)果表明，不同重金屬在植株中的吸收遷移能力差異較大，莖表現(xiàn)為Cd>Zn>Cr>Cu>Pb>As；葉表現(xiàn)為Cd>Zn>Cr>Pb>Cu>As；塊根表現(xiàn)為Zn>Cd>Cu>Cr>As>Pb；芽表現(xiàn)為Zn>Cd>Cu> Cr>Pb>As。不同部位對重金屬元素富集能力大小表現(xiàn)：Cr為莖>葉>芽>塊根；Cu為芽>葉>莖>塊根；Zn為葉>塊根>莖>芽；As為葉>莖>芽=塊根；Cd、Pb為葉>莖>芽>塊根。

3 小結(jié)與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，玄參根際和非根際土壤中Cd、Hg平均含量均高于限量值要求，土壤表現(xiàn)出一定程度的Cd和Hg污染，根際和非根際土壤中重金屬含量接近，無明顯差異。

根際土壤重金屬相關(guān)分析及主成分分析表明，Hg與As、Pb與Cr、Pb與Cd具有同源性，pH與重金屬之間相關(guān)性不明顯。此外，Hg與As、Pb與Cd、As與Cu、Hg與Cu之間不僅有較好的相關(guān)性，而且也是作用大的元素（As、Hg、Cu、Pb、Cd的載荷分別為 -0.927、-0.780、0.920、0.894、0.842）。

玄參不同部位重金屬含量差異性較為明顯，不同部位重金屬平均含量大小表現(xiàn)：Cr為莖>葉>芽>塊根，Cu為芽>葉>莖>塊根；Zn為葉>塊根>莖=芽；As為葉>莖>塊根=芽；Cd、Pb為葉>莖>芽>塊根。

不同重金屬在植株中的吸收遷移能力差異較大，莖表現(xiàn)為Cd>Zn>Cr>Cu>Pb>As；葉表現(xiàn)為Cd>Zn>Cr>Pb>Cu>As；塊根表現(xiàn)為Zn>Cd>Cu>Cr>As>Pb；芽表現(xiàn)為Zn>Cd>Cu>Cr>Pb>As。

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