黔产山银花及其产地土壤重金属含量分析与评价

柳小兰, 张清海, 林绍霞, 何腾兵, 林昌虎,4, 高安勤,5

(1.贵州省中国科学院天然产物化学重点实验室, 贵州 贵阳 550002;2.贵州省分析测试研究院, 贵州 贵阳 550002; 3. 贵州大学 农学院, 贵州 贵阳550025; 4.贵州科学院, 贵州 贵阳 550001; 5.六盘水市农业委员会, 贵州 六盘水 553000)

黔产山银花及其产地土壤重金属含量分析与评价

柳小兰1,3, 张清海2, 林绍霞2, 何腾兵3, 林昌虎1,3,4, 高安勤3,5

(1.贵州省中国科学院天然产物化学重点实验室, 贵州 贵阳 550002;2.贵州省分析测试研究院, 贵州 贵阳 550002; 3. 贵州大学 农学院, 贵州 贵阳550025; 4.贵州科学院, 贵州 贵阳 550001; 5.六盘水市农业委员会, 贵州 六盘水 553000)

[目的] 探明黔产山银花及其产地土壤重金属污染特征，为山银花品质保障、产地土壤重金属防控及规范化种植提供指导。[方法] 以贵州山银花及其产地土壤为供试样品,采用ICP-MS测定重金属铜(Cu)、砷(As)、铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、铬(Cr)的含量,采用单因子指数法和内梅罗综合指数法进行分析评价,对黔产山银花及土壤重金属污染水平进行探讨。[结果] 结果表明:土壤中6种重金属As,Pb,Cd,Cr,Hg和Cu平均含量分别为9.79,14.30,0.10,19.89,0.12和3.81 mg/kg,均未超标;根区与非根区土壤的重金属综合污染指数分别为0.46和0.83,污染等级分别处于安全和警戒线。山银花中Cr,As,Cd,Pb,Cu平均含量分别为5.19,0.16,1.87,0.39 和6.86 mg/kg,Hg未检出;Hg,As,Pb,Cu未超标,而Cd远超出限量值,超标率为100%,山银花对Cd中具有很强的富集效应。 [结论] 研究区土壤环境质量总体适宜山银花种植。

山银花; 土壤; 重金属; 污染指数; 评价

山银花(Lonicerahypoglauca)为忍冬科(Caprifoliaceae)植物，主要是灰毡毛忍冬(LoniceramacranthoidesHand.—Mazz.)的花蕾或初开的花[1]，山银花又名忍冬花，为多年木质藤本，常绿缠绕小灌木或直立小灌木[2]，为中医的大宗用药，是国家重点治理的名贵中药材之一，具有清热解毒、凉散风热之功效，主治痈肿疔疮、喉痹、丹毒、热毒血痢、风热感冒、温病发热等症[3]。山银花不仅作为药材用于医疗，花卉用于绿化观赏，而且在食品、饲料、香精、化妆品，具有较高的经济价值[4]。但由于重金属的污染，在很大程度上阻碍了山银花GAP的生产，并直接影响到患者的安全[5]。杨春等[6]在黔东南州9种药材重金属污染评价中指出金银花未受到Hg和As的污染，但是受到Cd的中度污染。王锦芳等[7]在金银花药材中重金属铅、镉含量分析中显示，金银花药材中的铅、镉含量虽没有超标，但均有检出，表明重金属对中药材的污染相当普遍。此外，土壤是中药材生产的最基本因素，药材吸收的重金属主要来自于其生长的土壤，土壤中重金属元素含量的高低，对药材中重金属元素的含量有着直接的影响。茅向军等[8]测定了贵州不同地点栽培的杜仲中微量铅、砷、汞的含量，发现种植土壤与药材间砷、汞的含量基本成正相关性。近年国家提出了《中药材生产质量管理规范认证管理办法(试行)》其中要求对产地生态环境进行监测，包括土壤、灌溉水、大气环境等，其中土壤测试主要内容包含重金属和有害元素[9]。因此，本文对山银花土壤中的重金属和同块土地中生长的山银花内含重金属和有害元素的含量进行分析研究，以期为高产优质山银花的栽培管理以及山银花的GAP基地建设提供基础资料。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

兴仁镇位于贵州省黔东南州南部、丹寨县北部，地处东经107°45′—107°57′，北纬26°14′—26°25′，属亚热带湿润季风性气候，四季分明、冬无严寒、夏无酷暑，年平均温度15.2 ℃，年降雨量1 372.9 mm，年平均日照1 321.6 h，年平均降水量1 446.9 mm，4—10月为降雨期，占全年的75.6%。境内最高海拔1 328 m，最低海拔670 m。山银花种植区(告左万村)位于兴仁镇西部，远离城镇。该地区气候土壤适宜，土壤为发育于第四纪红色黏土及石灰岩风化物的黄壤，该基地共种植山银花2 659，每9种植150株，株行距2 m×2.5 m，不施底肥，每年3月底至4月初追肥1次。

1.2 药品与试剂

(1) 硝酸。GR级，德国Merck公司；

(2) 重金属标准溶液。Agilentpart#5183—4688。元素为Cu，Pb，As，Cd，Cr，Hg为单标，浓度梯度均为1，2，5，10和20 ng/ml。

(3) 内标液。Agilentpart#5188—6525，元素为Li，Sc，Ge，Lu，Bi，Rn，In，Tb100 mg/L(10%硝酸介质)。

(4) 调谐液。Agilentpart#5184—3566，元素为Li，Ge，Y，Co，Ti100 mg/L(2%硝酸介质)。

(5) 超纯水。电阻率>18.25 MΩ·cm。

1.3 仪器设备

电子天平：AL204-IC，瑞士梅特勒—托利多公司；ICP-MS：Agilent 7 500 a，美国安捷伦科技公司；超纯水系统:Milli-QSynthesis，美国MILLIPORE公司。

1.4 样品采集与制备

1.4.1 样品的采集 根据中药材种植土壤应符合土壤环境质量标准中的Ⅱ级标准[10]的要求，采用GPS定位，在研究区土壤海拔、成土母质、坡向和种植年限基本一致的条件下，在采样区内样点呈“S”字形分布，均匀的选取具有代表性的山银花植株，并于每株上均匀地、有代表性地采集山银花花蕾样品，分别装袋标识。同时在对应的山银花植株下利用木制工具采集0—20 cm的根区(距树干0.2～0.5 m)和非根区土壤样品，采样深度为0—30 cm，土壤样品重量lkg左右，将样品装入洁净聚乙烯塑料袋封装，写上编号，与此同时做好采样记录。共采集样品33个，其中山银花植株和对应的根区、非根区土壤样品各11个。

1.4.2 样品的制备 采回的山银花样品以90 ℃高温杀青30 min后，再以60 ℃的恒温将其烘干至恒重，再用玻璃研钵磨碎，过0.25 mm目尼龙筛，将过筛样品充分混匀后储存于塑料袋中备用。同时将采集的土壤样品剔除植物的根、叶、石块等异物，放在通风处自然风干后分别研磨通过0.25和2 mm筛，储存于塑料袋中备用。

1.5 样品消化

土壤样品采用美国国家环保局标准方法(USEPA-3 050 B)消解，定容。植株样品用5 ml硝酸、2 ml双氧水于高压密封罐中170 ℃消化3 h，冷却、定容。分析过程中以国家标准土壤样品(GSS-2，GSS-5)以及国家标准植株样品(GSV-2)进行分析质量控制，设定样品重复数10%～15%，每批样品设2个空白。

1.6 样品测定

采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS，Agilent 7 500 a)进行测定，条件参数为：载气流速1.17 L/min ；辅助气流速0 L/min；采样深度8.0 L/min；蠕动泵采样转速0.1 r/s；积分时间2 s；重复次数3次。

1.7 数据处理

用Excel,DPS 7.05软件对土壤及植物重金属元素等进行统计分析，再计算各指标数据的标准偏差、变异系数以及误差等，进行相关性分析。

1.8 评价方法

1.8.1 评价标准 本文主要参照中国1995年颁布施行的《土壤环境质量标准》(GB15618—1995)[11](表1)作为土壤质量评价标准；此外参照中国颁布的《药用植物及制剂外经贸绿色行业标准》(WM/T 2—2004)[12](表2)的重金属限量值评价山银花重金属污染状况。并以各个重金属含量的限制值作为比较标准，对山银花重金属含量进行安全性评价。

表1 土壤环境质量标准限值

表2 药用植物及制剂外经贸绿色行业标准

1.8.2 评价因子 根据国家《土壤环境质量标准》(GB15618—1995)和《药用植物及制剂外经贸绿色行业标准》要求，选取对土壤质量及山银花品质紧密相关的6种重金属(Cr，Cd，Cu，As，Pb，Hg)作为山银花土壤和山银花重金属的评价因子。

1.8.3 评价方法 综合指数的算法有很多种，本文采用N.L .Nemerow综合指数法进行评价，此方法兼顾了单因子污染指数平均值和最高值，具有突出污染较重的污染物的作用，能给较严重的污染物以较大的权值，并能较全面地反映出土壤环境的整体质量，从而更客观的对土壤环境质量进行评价。

单因子指数法:Pi=Ci/Si

(1)

式中：Pi——环境中污染物i的单项污染指数；Ci——环境中污染物i的实测数据；Si——污染物I的评价标准。土壤与植株重金属单因子污染指数分级标准为：若Pi≤0.7，则土壤清洁安全；若0.73.0，则土壤重度污染。

N.L .Nemerow综合污染指数法：

(2)

2 结果分析

2.1 山银花产地土壤重金属含量与分布

如表3所示，研究区土壤pH值范围在4.21～4.81之间，土壤中Cr的含量范围为15.75～26.89 mg/kg，平均值为19.89 mg/kg；As的含量范围为5.46～19.83 mg/kg，平均值为9.79 mg/kg；Cd的含量范围为0.05～0.16 mg/kg，平均值为0.10 mg/kg；Hg的含量范围为0.03～0.35 mg/kg，平均值为0.12 mg/kg；Pb的含量范围为3.00～67.77 mg/kg，平均值为14.30 mg/kg；Cu的含量范围为1.72～8.78 mg/kg，平均值为3.81 mg/kg。土壤中6种重金属As，Pb，Cd，Cr和Cu低于贵州土壤背景值[14]，Hg含量略高，超贵州土壤背景值1.17倍；Cd和Hg较中国土壤背景值[15]高出1.03倍和1.85倍，As，Pb和Hg高出世界土壤背景值[15]1.63,1.19和1.85倍。

表3 山银花产地土壤土壤重金属含量特征

山银花产地土壤中As，Cd，Hg，Pb和Cu重金属元素均未超标，土壤重金属变异程度顺序为：Pb>Hg>Cu>As>Cd>Cr，变异系数分别为113.57%，65.32%，50.49%，39.26%，29.85%和16.53%，由此可知，土壤中Pb，Hg和Cu含量分布不均匀，极有可能受外源污染所致。

重金属元素Cr，As，Cd，Hg，Cu含量均表现为根区低于非根区，且差值不大；Pb则表现为根区高于非根区约3倍。这可能是山银花对Cr，As，Cd，Hg，Cu吸收富集的作用，使得根区低于非根区；Pb含量过高，可能与施肥习惯有关。山银花根系分泌物和土壤微生物对不同种重金属的吸收、迁移、富集等特征以及与土壤腐殖质的螯合或固定等也有一定关系。

2.2 山银花产地土壤重金属污染评价

以国家《土壤环境质量标准》(GB15618—1995)Ⅱ级标准作为参照标准，依据单因子污染指数(Pi)和内梅罗综合指数法(P综)对产地土壤重金属进行评价。

如表4所示，研究区土壤中Cr，As，Cd，Hg，Pb，Cu的单因子污染指数都低于0.7，属清洁安全水平。根区与非根区土壤的重金属综合污染指数分别为0.46和0.83，分别处于安全等级和警戒线，其中，Cd和Hg的贡献率较高。土壤中Cr，As，Cd，Pb，Cu均在国家Ⅱ级标准(GB15618—1995)规定范围内，样点达标率100%；两个样点土壤Hg含量超标，占样点总数的9.09%，单因子污染指数分别为1.15和1.01，达到轻度污染。在所选定的污染评价因子中，根区土壤Cd为主要影响因子，其次是Hg；非根区土壤Hg贡献最高，Cd和As次之。根区土壤综合污染指数高于非根区，表明非根区受外界干扰较大，极有可能受施肥习惯的影响。

2.3 山银花重金属含量分析与评价

通过对11个山银花样品重金属含量的测定，得到如表5结果，结合《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》要求可知，山银花花蕾中的Hg，As，Pb，Cu四种重金属元素含量均未超标。Cr和Cd的平均含量分别为5.19和1.87 mg/kg，Cd的含量远超出了相应的限量值，超标率为100%。山银花体内的重金属主要源自于其生长的土壤，而土壤中的Cd的含量均未超出土壤环境质量标准中的限定值，说明Cd在山银花中具有很强的累积效应，这与刘周莉等[16]在新发现的镉超富集植物忍冬的研究结果相一致。

3 结论与讨论

(1) 研究区土壤中6种重金属As，Pb，Cd，Cr和Cu均低于贵州土壤背景值，Hg稍高，超贵州土壤背景值1.17倍；Cd和Hg较中国土壤背景值高出1.03和1.85倍；As，Pb和Hg高出世界土壤背景值1.63，1.19和1.85倍。土壤重金属变异程度顺序为Pb>Hg>Cu>As>Cd>Cr。土壤中Pb，Hg和Cu分布不均匀，极有可能受外源污染。重金属元素Cr，As，Cd，Hg，Cu含量均表现为根区低于非根区，且差值不大；根区土壤Pb含量高于非根区约3倍。这可能是山银花对Cr，As，Cd，Hg，Cu吸收富集的作用，使得根区土壤低于非根区；Pb含量过高，可能与施肥习惯有关。山银花根系分泌物和土壤微生物对不同种重金属的吸收、迁移、富集等特征以及与土壤腐殖质的螯合或固定等也有一定关系。

表4 山银花产地土壤重金属单项、综合及分级评价结果

表5 山银花重金属元素含量及安全性评价结果

(2) 根区与非根区土壤的重金属综合污染指数分别为0.46和0.83，分别处于安全等级和警戒线。其中，Cd和Hg的贡献率较高。土壤中Cr，As，Cd，Pb，Cu均在国家Ⅱ级标准(GB15618—1995)规定范围内，样点达标率100%；两个样点土壤Hg含量超标，占样点总数的9.09%，单因子污染指数分别为1.15和1.01，达到轻度污染。在所选定的污染评价因子中，根区土壤Cd为主要影响因子，其次是Hg；非根区土壤Hg贡献最高，Cd和As次之。根区土壤综合污染指数高于非根区，表明非根区受外界干扰较大，极有可能受施肥习惯的影响。

(3) 按照《药用植物及制剂外经贸绿色行业标准》要求，11个山银花样品的重金属Hg，As，Pb，Cu均未超标，Cd远超过限量值，超标率为100%。研究发现，土壤Cd，Cu低于贵州平均水平，符合国家环境质量标准(GB15618—1995)Ⅱ级标准要求，花蕾中Cu约为土壤的两倍，Cd也约为土壤的2倍。说明山银花对Cd有超强富集作用，是一种Cd的超富集植物；但山银花对Cu的富集效应有待进一步研究。

(4) 研究区山银花种植土壤环境质量总体适宜，除局部Hg含量超标外，其余5种重金属含量均符合国家环境质量标准(GB15618—1995)Ⅱ级标准要求，这可能与基地周边环境人为活动有关。建议制定相关管理制度和保护措施，做好该区管理工作和环境保护工作，避免人为活动造成污染源引入。加强对该区重金属迁移转化规律的研究，避免土壤污染和降低山银花对Cd等重金属富集程度，从而保障山银花质量与品质，确保药用安全。

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Analysis and Assessment of Heavy Metal Content ofLoniceraHypoglaucaand Soil from its Producing Area in Guizhou Province

LIU Xiaolan1,3, ZHANG Qinghai2, LIN Shaoxia2, HE Tengbing3, LIN Changhu1,3,4, GAO Anqin3,5

(1.TheKeyLaboratoryofChemistryforNaturalProductsofGuizhouProvinceandChineseAcademyofSciences,Guiyang,Guizhou550002,China; 2.GuizhouAcademyofInstrumentalAnalysis,Guiyang,Guizhou550002,China; 3.CollegeofAgriculture,GuizhouUniversity,Guiyang,Guizhou550025,China; 4.GuizhouAcademyofSciences,Guiyang,Guizhou550001,China; 5.AgricultureCommitteeofLiuPanshui,LiuPanshui,Guizhou553000,China)

[Objective] The purpose of this study is to research the heavy metal pollution ofLonicerahypoglaucaand soil of its producing area, in order to provide guidance for quality guarantee, origin of prevention and control of soil heavy metals and good agricultural practices ofL.hypoglauca. [Methods] We collectedL.hypoglaucaand the soil samples from Guizhou Province. The contents of Cu, As, Pb, Cd, Hg, Cr were detected by the ICP-MS. Single factor pollution index and comprehensive pollution index were calculated. [Results] The average contents of As, Pb, Cd, Cr, Hg and Cu in soil were 9.79, 14.30, 0.10, 19.89, 0.12 and 3.81 mg/kg, respectively, which satisfied the requirements of national standard(GB15 618—1995). The comprehensive soil pollution indexes at root zone and non-root zone were 0.46 and 0.83, respectively, which was safe and below the warning line. The average contents of Cr, As, Cd, Pb and Cu in flower were 5.19, 0.16, 1.87, 0.39 and 6.86 mg/kg, respectively, and Hg was not detected in the flower. The content of Hg, As, Pb and Cu satisfied the requirements of national standard (WM/T 2—2004). The average content of Cd was far beyond the limited level, indicating thatL.hypoglaucahad a strong ability to concentrate Cd. [Conclusion] Soil environmental quality in the study area is suitable for plantingL.hypoglauca

Lonicerahypoglauca; soil; heavy metal; pollution index; evaluation

2014-07-30

2014-08-12

贵州省中药现代化重大专项项目“贵州地产石斛、半夏等6种中药材产地适宜性评价技术体系构建与应用示范”(黔科合重大专项字[2012]6010号); 中国科学院“西部之光”人才培养计划项目

柳小兰(1988—),女(汉族),贵州省盘县人,硕士研究生,研究方向为土壤资源保护与利用。 E-mail:952741179@qq.com。

林昌虎(1961—),男(汉族),贵州省盘县人,本科，研究员,硕士导师,从事环境科学研究工作。 E-mail:linchanghu79@sina.com。

A

1000-288X(2015)05-0222-05

S151.9