藥用植物芍藥土壤理化性質(zhì)研究進(jìn)展及展望

董 燕，韓見宇，張家春，張清海，孫 超，周 穎

(貴州省植物園，貴陽(yáng) 550001)

中藥材生產(chǎn)講求道地性，中藥材藥效成分的形成和積累與地質(zhì)背景系統(tǒng)有密切關(guān)系[1]。隨地質(zhì)條件的不同表現(xiàn)出產(chǎn)量、外觀及藥效成分的差異，具體表現(xiàn)為氣候、土壤和生物等的差異性[2]。土壤作為中藥材生長(zhǎng)的主要場(chǎng)所，中藥材生長(zhǎng)所需養(yǎng)分主要來(lái)源于土壤，同時(shí)土壤的水、肥、氣、熱會(huì)影響中藥材的生長(zhǎng)。芍藥為毛茛科芍藥屬植物芍藥的干燥根，在中國(guó)有悠久的栽培歷史，有養(yǎng)血調(diào)經(jīng)、斂陰止汗、柔肝止痛、平抑肝陽(yáng)的功效，臨床用于治療血虛萎黃、月經(jīng)不調(diào)、自汗、盜汗、肋痛、腹痛、四肢攣痛、頭痛眩暈等。主產(chǎn)浙江、安徽、四川等地，此外，山東、貴州、湖南、湖北、甘肅、陜西、河南、云南等地亦產(chǎn)。本研究綜合考慮土壤與中藥材品質(zhì)的關(guān)系，總結(jié)藥用植物芍藥土壤方面的研究?jī)?nèi)容，并進(jìn)行了展望，為高品質(zhì)和純凈的芍藥生產(chǎn)提供基礎(chǔ)資料。

1 芍藥土壤物理性質(zhì)研究進(jìn)展

土壤物理性質(zhì)是土壤基本性質(zhì)之一，目前研究發(fā)現(xiàn)的與中藥材內(nèi)在品質(zhì)有關(guān)的物理性質(zhì)主要包含土壤質(zhì)地、土壤容重、土壤孔隙度及土壤持水量。吳克寧等研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)道地懷山藥品質(zhì)影響最顯著的為土壤質(zhì)地[3]。不同中藥材對(duì)土壤質(zhì)地的要求有較大的差異，玄參適宜石灰?guī)r類重壤[4]，青蒿則適合在粉砂質(zhì)壤土和粘壤土中生長(zhǎng)[5]，薄荷生長(zhǎng)在砂質(zhì)土壤中其揮發(fā)油含量高[6]，金銀花栽培于砂質(zhì)土壤中質(zhì)量最佳[7]。楊莉等研究發(fā)現(xiàn)，冬蟲夏草種植密集區(qū)相較于稀疏區(qū)土壤孔隙度大、滲透性好，形成適宜冬蟲夏草生長(zhǎng)的土壤環(huán)境，其中土壤容重為0.68 g/cm3，土壤含水量為40%～50%，大于2 mm的礫石含量占9.79%，0.5～2 mm的砂粒占39.52%[8]。土壤物理性質(zhì)是影響羌活生長(zhǎng)和分布的主要因素之一，野生寬葉羌活分布區(qū)土壤容重較大，寬葉羌活中羌活醇、異歐前胡素含量與土壤容重呈現(xiàn)較好的正相關(guān)[9]。芍藥土壤物理性質(zhì)方面研究目前較缺乏，陳智忠[10]從園林綠化角度對(duì)牡丹單作、芍藥單作、牡丹和芍藥混作進(jìn)行調(diào)查，芍藥單作土壤容重為1.41 g/cm3，土壤孔隙度為44.6%。

2 芍藥土壤化學(xué)性質(zhì)研究進(jìn)展

中藥材的生長(zhǎng)離不開肥料，肥料不僅能提供給中藥材生長(zhǎng)所必需的養(yǎng)分，為優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)，而且還可以改良土壤，提高土壤肥力。土壤作為中藥材生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，是中藥材生長(zhǎng)所需養(yǎng)分的主要來(lái)源，同時(shí)對(duì)中藥材施肥要根據(jù)中藥材生長(zhǎng)的土壤環(huán)境質(zhì)量的綜合情況合理施肥。土壤酸堿度是土壤的重要化學(xué)性質(zhì)之一，對(duì)土壤肥力及植物生長(zhǎng)影響很大，大多數(shù)中藥材喜中性或微酸、微堿，以適應(yīng)中藥材生長(zhǎng)及質(zhì)量的要求。土壤pH值是衡量土壤酸堿度的重要指標(biāo)，魏東華等[11]研究了黑龍江的7個(gè)赤芍野生樣地，土壤pH值在5.7～6.4之間，屬弱酸性，而赤芍生長(zhǎng)的最佳pH值范圍為6.5～7.5。袁小鳳等研究表明，杭白芍根際土壤呈酸性，種植杭白芍能顯著降低土壤酸度，并且隨著栽培年份的增加，pH逐漸上升，酸度逐漸下降[12]。

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤固相的重要組分，土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中含碳有機(jī)物的總稱，包括各種動(dòng)植物殘?bào)w、微生物及其分解合成的有機(jī)物質(zhì)。它能夠直接影響和改變土壤的一系列物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)，對(duì)土壤質(zhì)量的保持與土壤養(yǎng)分的控制起到重要作用[13]。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤養(yǎng)分的重要來(lái)源，是中藥材生長(zhǎng)不可或缺的要素，而且土壤有機(jī)質(zhì)還能促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)的形成，對(duì)改善土壤的滲透性和減少水分蒸發(fā)等都有明顯的作用[5]。土壤有機(jī)質(zhì)中含有植物生長(zhǎng)所需的幾乎所有營(yíng)養(yǎng)元素，尤其是有機(jī)態(tài)磷，而磷又參與多種代謝過(guò)程，是核蛋白、磷脂、輔酶的主要成分，各種因子通過(guò)調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)，進(jìn)而影響有效成分的積累。伍慶等對(duì)影響杜仲有效成分的主導(dǎo)土壤因子進(jìn)行篩選，發(fā)現(xiàn)杜仲葉中綠原酸、蘆丁、槲皮素和山柰酚含量的主要影響因子均為土壤有機(jī)質(zhì)[14]。黑龍江赤芍野生樣地土壤有機(jī)質(zhì)均在35～48 g/kg，含量較高[11]；隨栽培年份增加，杭白芍根際土壤的有機(jī)質(zhì)基本呈逐漸下降的趨勢(shì)[12]。

與所有植物一樣，中藥材生長(zhǎng)需要必須的營(yíng)養(yǎng)元素，氮、磷、鉀元素的缺乏或不足都會(huì)影響藥用植物的生長(zhǎng)和內(nèi)外在品質(zhì)。張陽(yáng)研究表明，磷與黃檗中的五種生物堿均有顯著負(fù)相關(guān)[15]。林忠寧在勝紅薊的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，勝紅薊中的總黃酮含量與速效鉀呈明顯的正相關(guān)關(guān)系[16]。褚必海等在研究澤瀉有效成分與土壤元素的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，土壤中鉀元素對(duì)其2，3-乙酰澤瀉醇B含量有很大影響[17]。有研究報(bào)道，甲基丁香油酚的含量與土壤堿解氮和速效鉀的含量呈極顯著正相關(guān)，而黃樟醚的含量與速效鉀呈顯著正相關(guān)[18]。HPLC法測(cè)定赤芍在不同土壤肥力中芍藥苷的含量，發(fā)現(xiàn)赤芍在不同的土壤肥力條件中芍藥苷的含量有一定的差別，特別是氮素和磷對(duì)藥材的質(zhì)量影響較大[19]。黑龍江赤芍野生樣地土壤全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷和速效鉀等主要養(yǎng)分含量水平不平衡，綜合肥力均屬一般[11]。

3 芍藥土壤微量元素研究進(jìn)展

微量元素在維持人體健康中有重要作用，人體內(nèi)已檢出的微量元素約81種，而天然食品是人體內(nèi)的微量元素最佳來(lái)源形式[20]。中藥材中至少已測(cè)量到微量元素65種，微量元素已是一切中藥材普遍存在的有效成分的核心組分[21]。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(dòng)，影響其根系營(yíng)養(yǎng)、有機(jī)體的正常代謝，對(duì)中藥材活性成分的形成和累積有著關(guān)鍵作用，最終影響中藥材的品質(zhì)[22-23]。三七皂苷類成分與三七根中無(wú)機(jī)元素的含量有顯著相關(guān)性，其中三七總皂苷與藥材中的Mg、Cr、Fe、Cu、As元素含量有顯著正相關(guān)[24]。王龍研究發(fā)現(xiàn)，Zn、B、MO、Mn4種微量元素對(duì)冬凌草的冬凌草甲素和冬凌草迷迭香酸的合成和積累均有促進(jìn)作用，得出Zn、B、Mo、Mn等微量元素有利于冬凌草的生長(zhǎng)發(fā)育和有效成分的合成與積累[25]。土壤作為中藥材生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，中藥材中的微量元素種類與含量與中藥材生長(zhǎng)的土壤微量元素有關(guān)，土壤中各種微量元素對(duì)中藥材優(yōu)良品質(zhì)的形成都有很大的相關(guān)性[26-27]。黑龍江赤芍野生樣地土壤微量元素較缺乏[11]，Ni、Cr、Se在土壤中的含量對(duì)其在赤芍藥材中的含量有較大影響，而其中Ni的含量還可能影響到赤芍中芍藥苷的含量[28]。

4 芍藥土壤重金屬研究進(jìn)展

由于重金屬具有生物毒性，在人體中累積達(dá)到一定程度后，會(huì)對(duì)人體健康造成危害。隨著中藥的廣泛使用，人們對(duì)中藥材中重金屬含量問(wèn)題越來(lái)越重視。對(duì)“浙八味”中重金屬進(jìn)行調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，鎘和鉛有一定的超標(biāo)[29]，川芎塊莖中也存在重金屬超標(biāo)問(wèn)題[30]，三七中砷和鎘超標(biāo)率分別為32.4%和29.7%[31]。中藥材的重金屬超標(biāo)問(wèn)題，對(duì)中藥材的內(nèi)在品質(zhì)造成嚴(yán)重影響，是造成中藥質(zhì)量下降的關(guān)鍵因素之一。一般來(lái)說(shuō)，土壤和其所產(chǎn)藥材中的重金屬元素都有很大的相關(guān)性。茅向軍等測(cè)定了貴州不同地點(diǎn)栽培的杜仲中微量鉛、砷、汞的含量，發(fā)現(xiàn)種植土壤與藥材間砷、汞的含量基本成正相關(guān)性[32]。土壤重金屬含量高，容易造成中藥材重金屬含量超標(biāo)，所以改善土壤環(huán)境顯得尤為重要。曹帥等考察芍藥不同藥用部位重金屬含量與土壤重金屬含量的相關(guān)性及亳州地區(qū)土壤的安全性，發(fā)現(xiàn)芍藥不同藥用部位與土壤重金屬含量的相關(guān)性不同，亳州地區(qū)土壤處于安全級(jí)別屬于清潔水平[33]。赤芍中Cd、Pb 2種元素均與芍藥苷呈顯著負(fù)相關(guān)，赤芍藥材中Cd、Pb、Cr兩兩間呈顯著正相關(guān)，赤芍藥材與土壤中Cd、Pb、Cr呈顯著正相關(guān)[28]。

5 展 望

5.1 建設(shè)野生土壤信息庫(kù)

隨著人們對(duì)中藥認(rèn)識(shí)的逐漸深入，市場(chǎng)上的需求量不斷上升，野生中藥材的量已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)的需求，人工栽培成為中藥材市場(chǎng)的主要來(lái)源。對(duì)野生與栽培當(dāng)歸生長(zhǎng)特性的比較，發(fā)現(xiàn)野生當(dāng)歸具有較強(qiáng)的抗病性，野生當(dāng)歸中未發(fā)現(xiàn)麻口病和其他病害，而栽培當(dāng)歸中麻口病的發(fā)病率為17.5%和其他病害發(fā)病率為5.0%[34]。對(duì)栽培與野生丹參從活性成分含量角度進(jìn)行品質(zhì)評(píng)價(jià)，栽培種與野生種有明顯區(qū)別[35]。人工栽培與野生中藥材不僅在生長(zhǎng)特性上不同，在品質(zhì)上也存在差異。

土壤作為中藥材生長(zhǎng)的場(chǎng)所，對(duì)中藥材的生長(zhǎng)和品質(zhì)的形成具有重要的影響。烏拉甘草由于土壤類型的影響質(zhì)量差異很大，碳酸黑鈣土野生烏拉甘草的甘草苷含量最高，粟鈣土和棕鈣土居中，鹽堿化草甸土和新次生鹽堿化草甸土最低[36]。對(duì)栽培與野生土壤全氮、堿解氮、有效磷、有效鉀、有機(jī)質(zhì)及pH進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)存在有顯著差異[37]。因而需根據(jù)中藥材的生理需要選擇適合的土壤類型，并對(duì)野生中藥材生長(zhǎng)土壤進(jìn)行調(diào)查[38]，建立野生土壤信息庫(kù)，找到中藥材生長(zhǎng)的最理想土壤環(huán)境，為提高人工栽培的中藥材品質(zhì)提供參考。

5.2 加強(qiáng)土壤污染物監(jiān)測(cè)

高品質(zhì)的中藥材不僅要求其藥效成分的種類及量穩(wěn)定，而且對(duì)污染物來(lái)說(shuō)不含或限量含有。但工業(yè)化、城市化及農(nóng)藥化肥的不合理使用等，使得中藥材不斷出現(xiàn)重金屬超標(biāo)及農(nóng)藥殘留等問(wèn)題[39-40]。土壤和其所產(chǎn)藥材中的重金屬元素都有很大的相關(guān)性，土壤重金屬含量高，容易造成中藥材重金屬含量超標(biāo)[41]。土壤作為中藥材生產(chǎn)的基礎(chǔ)物質(zhì)，是中藥材優(yōu)良品質(zhì)的保證，所以改善人工種植土壤環(huán)境顯得尤為重要。深入開展土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查，掌握土壤環(huán)境的真實(shí)狀況，才能夠進(jìn)一步推進(jìn)土壤環(huán)境監(jiān)管和改善。目前在中藥材人工栽培過(guò)程中土壤檢測(cè)的土壤污染物種類少，而土壤污染物包括無(wú)機(jī)物、有機(jī)物、化學(xué)肥料、農(nóng)藥、放射性物質(zhì)、寄生蟲、病原菌和病毒等[42]。近年來(lái)，一些土壤中新型污染物，如獸藥、抗生素、溴化阻燃劑、全氟化合物[43]等也成為研究熱點(diǎn)。

硝酸鹽其代謝產(chǎn)物亞硝酸鹽與許多的癌癥發(fā)生發(fā)展有關(guān)，而人類攝入的80%以上的硝酸鹽都來(lái)自于蔬菜，蔬菜是一種易于富集硝酸鹽的植物[44]。蔬菜在人們的日常膳食中占有重要的地位，其質(zhì)量安全問(wèn)題更是涉及到每個(gè)人的健康。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中造成蔬菜硝酸鹽積累的原因很多，據(jù)報(bào)道，蔬菜中的硝酸鹽81.2%來(lái)自蔬菜種植過(guò)程中氮肥的施用[45]。隨著藥食同源中藥材的發(fā)展，人工栽培中肥料的使用增加了藥食同源中藥材中硝酸鹽和亞硝酸鹽累積吸收的風(fēng)險(xiǎn)，而有些中藥材是容易富集硝酸鹽的中藥材[46]。土壤作為中藥材的生長(zhǎng)地，有必要加強(qiáng)土壤硝酸鹽及亞硝酸鹽的監(jiān)測(cè)。

5.3 構(gòu)建土壤質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)體系

中藥材的生產(chǎn)離不開土壤，土壤是中藥材生長(zhǎng)過(guò)程中所需水、肥、氣、熱的來(lái)源之一，特別是中藥材生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)的主要來(lái)源。但由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的不合理利用，使得土壤退化十分嚴(yán)重，土壤侵蝕、肥力貧瘠、鹽漬化、沼澤化、污染及酸化等問(wèn)題日益嚴(yán)重，對(duì)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和安全產(chǎn)生嚴(yán)重的影響[47]。在中藥材人工栽培種植過(guò)程中，土壤質(zhì)量對(duì)中藥材產(chǎn)量與品質(zhì)起著決定性作用。土壤中的營(yíng)養(yǎng)元素給中藥材的生長(zhǎng)提供了肥力保障，但土壤中重金屬元素等污染物的存在又使中藥材的安全性受到嚴(yán)重威脅。因此，及時(shí)調(diào)查、分析和跟蹤中藥材種植土壤的肥力和環(huán)境質(zhì)量狀況，對(duì)于中藥材的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)具有重要意義，才能保證中藥材的產(chǎn)量和品質(zhì)。土壤質(zhì)量是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，是土壤特性的綜合反映，是土壤肥力質(zhì)量、土壤環(huán)境質(zhì)量及土壤健康質(zhì)量的綜合量度[48]。通過(guò)對(duì)土壤肥力評(píng)價(jià)，能夠把握土壤的整體肥力質(zhì)量特征，同時(shí)也是作物可持續(xù)生產(chǎn)必不可少的評(píng)價(jià)過(guò)程之一。土壤重金屬污染評(píng)價(jià)，是制定人為原因?qū)е峦寥乐亟饘俜e累的基礎(chǔ)，有助于確定土壤重金屬的來(lái)源。在提高中藥材內(nèi)在品質(zhì)中，不僅要對(duì)其有效成分的質(zhì)和量進(jìn)行有效控制，而且應(yīng)對(duì)中藥材中有毒、有害成分也進(jìn)行限量控制[49]。土壤質(zhì)量是個(gè)綜合的概念，土壤質(zhì)量對(duì)中藥材產(chǎn)量與品質(zhì)起著決定性作用，三個(gè)方面整體的優(yōu)化是中藥材優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的保證。從土壤的肥力指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)和生物指標(biāo)綜合考慮，建立更適于中藥材種植基地土壤質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)方法,以使評(píng)價(jià)結(jié)果更全面、客觀、準(zhǔn)確。