貴州野生小檗屬植物土壤與植株微量元素相關性及富集特征

王 永，戚燕強，張家春，韓見宇，董 燕，熊鵬飛

(貴州省植物園，貴州 貴陽 550004)

【研究意義】探明貴州野生小檗屬植物土壤和植株(根)中微量元素含量及其富集特征,可為其種植和開發(fā)具有重要的實際意義?！厩叭搜芯窟M展】小檗屬隸屬于小檗科，該屬植物全世界分布范圍較廣，其中中國約有250種，但主產(chǎn)于西部和西南部[1]。貴州是中國小檗屬植物的分布中心之一，據(jù)統(tǒng)計貴州小檗屬為44種1變種，貴州特有小檗屬有8種[2]。小檗屬植物因盛產(chǎn)中國傳統(tǒng)的中藥材植物而著稱，主要以根、皮入藥，具有清熱解毒、止瀉等功效，主治濕熱泄瀉、腸炎、黃疸、目赤紅腫、咽痛等癥狀。小檗屬植物有效成分有小檗堿、藥根堿等生物堿，這類生物堿及小檗堿具有消炎抗菌、降血壓、降血脂、抗腫瘤、降血糖等藥理活性[3]。隨著人們對小檗屬藥用價值認識的不斷加深，市場對小檗屬植物的需求量不斷加大，為滿足市場不斷增加的需求量，人工種植成了小檗屬市場需求量的主要來源?！颈狙芯壳腥朦c】微量元素作為中藥材有效成分組成，本身也參與中藥材中多種生理代謝活動，影響其根系營養(yǎng)、有機體的正常代謝，對中藥材活性成分的形成和累積有著關鍵作用，最終影響中藥材的品質(zhì)[4-5]。土壤作為中藥材生產(chǎn)的物質(zhì)基礎，中藥材中的微量元素種類和含量與中藥材生長的土壤微量元素有關，土壤中各種微量元素對中藥材優(yōu)良品質(zhì)的形成都有很大的相關性[6-7]。【擬解決的關鍵問題】研究貴州野生小檗屬土壤和植株中微量元素含量特征和相關關系，探明貴州野生小檗屬植株(根)微量元素的富集特征。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究在貴州威寧縣、六盤水市、盤州市及安順市平壩區(qū)進行。威寧彝族回族苗族自治縣介于北緯26°49′～26°53′、東經(jīng) 104°12′～104°18′，屬亞熱帶季風氣候，年均溫11.2 ℃，年降水量739 mm。六盤水市介于北緯25°19′～26°55′、東經(jīng)104°18′～105°42′，屬北亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，年均溫13～14 ℃，年降水量1200～1500 mm。盤州市介于北緯25°19′～26°17′、東經(jīng)104°17′～104°57′，屬亞熱帶高原季風氣候，年均溫15.2 ℃，年降水量1390 mm。安順市平壩區(qū)介于北緯26°26′、東經(jīng)106°16′，屬亞熱帶濕潤型季風氣候，年均氣溫13.3 ℃，年降水量1450 mm。

1.2 樣品的采集與制備

用GPS對每個土壤及植株樣品進行定位，土壤樣品采集0～20 cm的表層土，每個樣品均為貴州野生小檗屬生長土壤5個樣點充分混合后用四分法反復取舍而成的組合樣；每個土壤樣品重1 kg，采集時剔除植物殘體、大礫石等非土壤物質(zhì)，共采集土壤樣品10個。采集土壤樣品的同時，采集對應點生長環(huán)境下貴州野生小檗屬植株的根樣品，共采集10個根樣。

將采集的土壤樣品裝入清潔的布袋帶回實驗室，倒入干凈的塑料膜上自然曬干，將風干樣品充分混勻后用四分法取一半用瑪瑙缽研磨，另一半作為實驗備用樣品保存。土壤樣品按照不同要求研磨過尼龍篩，將過篩樣品置于密封袋中并作好標簽，放入干燥器中保存?zhèn)溆谩ＹF州野生小檗屬植株(根)樣品去除塵土，經(jīng) 65 ℃烘干后，用粉碎機粉碎，過60目篩，將過篩樣品置于密封袋中并作好標簽，放入干燥器中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 樣品測定方法

土壤中微量元素Fe、Cu、Mo、Mn、Zn含量參照文獻[8-9]中的方法進行測定，有效態(tài)含量參照文獻[9]中的方法進行測定，野生小檗屬植株(根)樣品中Fe、Cu、Mo、Mn、Zn含量參照文獻[10]中的方法進行測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用SPSS17.0進行差異顯著性及相關性分析，其他數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析處理用Excel表格進行處理。

富集系數(shù)=植物體內(nèi)的某元素的含量/土壤中某元素含量

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤微量元素的全量特征

從表1看出，不同種小檗屬野生土壤中同種土壤微量元素全量呈顯著差異。土壤微量元素Cu全量最高值為巴東小檗野生土壤，最低值是畢節(jié)小檗野生土壤，最大值約為最小值的6倍，表現(xiàn)為巴東小檗>永思小檗>威寧小檗>易門小檗>平壩小檗>古宗金花小檗>壯刺小檗>畢節(jié)小檗。土壤微量元素Fe全量為永思小檗>威寧小檗>古宗金花小檗>易門小檗>壯刺小檗>平壩小檗>畢節(jié)小檗。土壤微量元素Mn全量為威寧小檗>永思小檗>古宗金花小檗>畢節(jié)小檗>壯刺小檗>巴東小檗>易門小檗>平壩小檗，威寧小檗土壤微量元素Mn全量是平壩小檗的19倍。土壤微量元素Mo全量為壯刺小檗>威寧小檗>平壩小檗>畢節(jié)小檗>巴東小檗>永思小檗>古宗金花小檗>易門小檗。威寧小檗土壤微量元素Zn全量約為平壩小檗的20倍，總體表現(xiàn)為威寧小檗>永思小檗>畢節(jié)小檗>易門小檗>壯刺小檗>平壩小檗>巴東小檗>古宗金花小檗。不同土壤微量元素在同種小檗屬土壤中全量不同，其中畢節(jié)小檗、易門小檗、威寧小檗、永思小檗及壯刺小檗生長土壤中微量元素為Fe>Mn>Zn>Cu>Mo，巴東小檗、古宗金花小檗及平壩小檗生長土壤中微量元素為Fe>Mn>Cu>Zn>Mo。

表1 貴州野生小檗屬土壤微量元素全量含量

2.2 土壤微量元素的有效量特征

從表2看出，同種小檗屬野生土壤中不同土壤微量元素有效含量不同，畢節(jié)小檗土壤中表現(xiàn)為Mo>Fe>Mn>Cu>Zn，易門小檗表現(xiàn)為Fe>Zn>Mo>Mn>Cu，威寧小檗表現(xiàn)為Mo>Mn>Fe>Cu>Zn，巴東小檗表現(xiàn)為Fe>Mo>Mn>Cu>Zn，永思小檗表現(xiàn)為Fe>Mo>Zn>Cu>Mn，古宗金花小檗表現(xiàn)為Zn>Fe>Mo>Mn>Cu，壯刺小檗表現(xiàn)為Mo>Fe>Zn>Cu>Mn，平壩小檗表現(xiàn)為Zn>Mn>Fe>Cu>Mo。同種土壤微量元素在不同種小檗屬野生土壤中有效量呈顯著差異；土壤微量元素Cu有效量最大值為畢節(jié)小檗土壤，其中畢節(jié)小檗>巴東小檗>威寧小檗>平壩小檗>壯刺小檗>永思小檗>古宗金花小檗>易門小檗；土壤微量元素Fe在巴東小檗土壤中有效含量最高，表現(xiàn)為巴東小檗>畢節(jié)小檗>永思小檗>威寧小檗>易門小檗>古宗金花小檗>平壩小檗>壯刺小檗；威寧小檗土壤中微量元素Mn和Mo有效量均顯著高于其他小檗屬土壤，土壤微量元素Mn為威寧小檗>平壩小檗>畢節(jié)小檗>巴東小檗>易門小檗>古宗金花小檗>永思小檗>壯刺小檗，土壤微量元素Mo為威寧小檗>畢節(jié)小檗>壯刺小檗>古宗金花小檗>巴東小檗>永思小檗>易門小檗>平壩小檗；土壤微量元素Zn在古宗金花小檗土壤中有效含量顯著最高，表現(xiàn)為古宗金花小檗>平壩小檗>易門小檗>永思小檗>壯刺小檗>威寧小檗>畢節(jié)小檗>巴東小檗。

表2 不同野生小檗屬土壤微量元素有效量含量

表3 貴州不同地區(qū)野生小檗屬土壤的微量元素含量

2.3 不同地區(qū)小檗屬土壤微量元素特征

從表3看出，不同地區(qū)小檗屬野生土壤中微量元素全量與有效量的差異顯著。微量元素Cu全量與有效量均以六盤水市市最高。六盤水市土壤微量元素Fe全量最大，有效量以威寧縣最高。土壤微量元素Mn全量最大值在威寧縣，土壤微量元素Mn全量最大值約為最小值的10倍；有效量最高地區(qū)為安順市平壩區(qū)，土壤微量元素Mn有效量最大值約為最小值的7倍。安順市平壩區(qū)土壤微量元素Mo全量最大，而土壤微量元素Mo有效量最大在威寧縣，且土壤微量元素Mo有效量最大值約為最小值的40倍。土壤微量元素Zn全量最大值在安順市平壩區(qū)，有效量最大值在盤州市，微量元素Zn有效量的最大值約為最小值的9倍。貴州野生小檗屬不地區(qū)土壤微量元素有效量比全量的地區(qū)差異性更明顯。

2.4 植株微量元素全量特征

從表4看出，貴州野生小檗屬根中同種微量元素全量存在顯著差異。古宗金花小檗根中微量元素Cu全量顯著高于其他種小檗屬，表現(xiàn)為古宗金花小檗>畢節(jié)小檗>壯刺小檗>易門小檗>永思小檗>威寧小檗>平壩小檗>巴東小檗。微量元素Fe全量的最大值為壯刺小檗，約為最小值平壩小檗根中的18倍，表現(xiàn)為壯刺小檗>古宗金花小檗>畢節(jié)小檗>威寧小檗>永思小檗>巴東小檗>易門小檗>平壩小檗。微量元素Mn和Cu的全量的最大值均在古宗金花小檗根中，表現(xiàn)為古宗金花小檗>畢節(jié)小檗>永思小檗>壯刺小檗>威寧小檗>巴東小檗>易門小檗>平壩小檗。壯刺小檗根中Mo全量最高，為9.82 mg/kg，約是易門小檗根中的10倍之多，表現(xiàn)為壯刺小檗>永思小檗>巴東小檗>畢節(jié)小檗>威寧小檗>平壩小檗>古宗金花小檗>易門小檗。微量元素Zn全量的最大值為永思小檗，約是最小值巴東小檗根中的21倍，表現(xiàn)為永思小檗>壯刺小檗>易門小檗>古宗金花小檗>畢節(jié)小檗>威寧小檗>平壩小檗>巴東小檗。貴州野生小檗屬根中均以Fe全量含量最大，其中畢節(jié)小檗和古宗金花小檗表現(xiàn)為Fe>Mn>Cu>Zn>Mo，易門小檗為Fe>Cu>Zn>Mn>Mo，威寧小檗和巴東小檗為Fe>Mn>Zn>Cu>Mo，永思小檗為Fe>Zn>Mn>Cu>Mo，壯刺小檗和平壩小檗為Fe>Zn>Cu>Mn>Mo。

表4 貴州野生小檗屬植株根中微量元素的全量含量

表5 貴州野生小檗屬土壤-植株(根)微量元素相關性

2.5 土壤-植株微量元素相關性

從表5可知，土壤微量元素Zn與Mn全量呈極顯著正相關，相關系數(shù)為0.95；Mn與Fe全量呈顯著正相關，其余相關性不明顯。土壤微量元素有效量中，Mn與Cu呈顯著正相關，Zn與Cu呈顯著負相關，其余相關性不明顯。小檗屬根中微量元素全量相關性Mn與Fe呈極顯著正相關，F(xiàn)e與Cu、Mn與Cu均呈顯著正相關，其余相關性不明顯。

土壤微量元素全量與有效量相關性中，只有Cu有效量與Fe全量呈顯著負相關性，其余相關性不明顯。植株根系中微量元素全量與土壤中微量元素全量相關性中，植株根系中Cu全量與土壤中Cu全量、植株中Fe全量與土壤中Cu全量均為顯著負相關；植株中Zn全量與土壤中Fe全量呈顯著正相關，植株中Mo全量與土壤中Mo全量呈極顯著正相關，其余相關性不明顯。植株中微量元素全量與土壤中微量元素有效量相關性中，只有植株Cu全量與土壤Mn有效量呈現(xiàn)顯著負相關，其余相關性不明顯。

2.6 植株微量元素富集特征

富集系數(shù)越高，表明植物體對該元素的富集程度越高，同時也說明植物對該種元素從土壤向體內(nèi)的遷移能力越強[11-12]。從圖1看出，不同易門小檗中微量元素富集系數(shù)畢節(jié)小檗為Cu>Mo>Fe>Mn>Zn，易門小檗為Cu> Zn>Mn> Mo>Fe，威寧小檗為Cu>Fe>Mo=Mn>Zn，巴東小檗為Mo>Zn>Mn=Fe>Cu，永思小檗為Mo> Cu>Zn> Mn>Fe，古宗金花小檗為Cu> Zn>Mo> Mn>Fe，壯刺小檗為Cu> Zn>Mo> Mn>Fe，平壩小檗為Mo>Zn>

圖1 貴州野生小檗屬植株(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富集系數(shù)最大為畢節(jié)小檗，Mn為易門小檗，Mo為永思小檗，Zn為壯刺小檗，各微量元素富集系數(shù)以畢節(jié)小檗中Cu的最高且大于1。

3 結(jié) 論

研究結(jié)果表明：畢節(jié)小檗、易門小檗、威寧小檗、永思小檗及壯刺小檗野生土壤中微量元素為Fe>Mn>Zn>Cu>Mo，巴東小檗、古宗金花小檗及平壩小檗為Fe>Mn>Cu>Zn>Mo。土壤微量元素全量最高值Cu為巴東小檗土壤，F(xiàn)e為永思小檗土壤，Mn表現(xiàn)為威寧小檗>永思小檗>古宗金花小檗>畢節(jié)小檗>壯刺小檗>巴東小檗>易門小檗>平壩小檗土壤，Mo為壯刺小檗土壤，達35.58 mg/kg，Zn為威寧小檗土壤。土壤中有效含量最高的微量元素最大值Cu為畢節(jié)小檗土壤，F(xiàn)e為巴東小檗土壤，Mn和Mo為威寧小檗土壤，Zn為古宗金花小檗土壤。小檗根中微量元素全量最高Cu為古宗金花小檗根，F(xiàn)e為壯刺小檗根，Mn為古宗金花小檗根，Mo為壯刺小檗根，全量為9.82 mg/kg，Zn為永思小檗根。

土壤微量元素全量Zn與Mn呈極顯著正相關，Mn與Fe呈顯著正相關；土壤微量元素有效量Mn與Cu呈顯著正相關，Zn與Cu呈顯著負相關；小檗屬根中微量元素全量Mn與Fe呈極顯著正相關，F(xiàn)e與Cu和Mn與Cu呈顯著正相關；土壤微量元素Cu有效量與微量元素Fe全量呈顯著負相關，植株中微量元素Cu全量與土壤中微量元素Cu全量、植株中微量元素Fe全量與土壤中微量元素Cu全量均呈顯著負相關，植株中微量元素Zn全量與土壤中微量元素Fe全量呈現(xiàn)顯著正相關，植株中微量元素Mo全量與土壤中微量元素Mo全量呈現(xiàn)極顯著正相關，植株微量元素Cu全量與土壤微量元素Mn有效量呈現(xiàn)顯著負相關。畢節(jié)小檗中以微量元素Cu富集系數(shù)最高且大于1，其余微量元素富集系數(shù)均小于1。貴州野生小檗屬不同地區(qū)土壤微量元素有效量比全量的地區(qū)差異性更明顯。