高海拔地區(qū)土壤—黨參系統(tǒng)微量元素富集特征

張家春+張珍明+劉盈盈

摘要：為了解高海拔地區(qū)黨參產(chǎn)地土壤和黨參中微量元素含量及其富集特征，對(duì)土壤和黨參中微量元素含量進(jìn)行測(cè)定，并分析土壤與黨參中微量元素含量的相關(guān)性及黨參對(duì)微量元素的富集能力。結(jié)果表明：土壤中Mn、Cu、Zn、Mo全量含量由高到低依次為Zn>Mn>Cu>Mo，土壤中Mn、Cu、Zn、Mo有效態(tài)含量由高到低依次為Mn>Zn>Cu>Mo，黨參中Mn、Cu、Zn、Mo全量含量由高到低依次為Mn>Zn>Cu>Mo。在研究區(qū)域貴州省威寧縣，以小海鎮(zhèn)土壤Mn、Cu、Zn全量最高，黑石鎮(zhèn)土壤Mo全量最高；小海鎮(zhèn)土壤Mn、Cu有效態(tài)含量最高，黑石鎮(zhèn)土壤Zn有效態(tài)含量最高，海拉鎮(zhèn)、迤那鎮(zhèn)土壤Mo有效態(tài)含量均為最高。黨參塊根中Mn、Mo含量與土壤中Mn、Mo含量呈顯著正相關(guān)，黨參塊根中Zn含量與土壤中Zn含量呈正相關(guān)，黨參塊根中Cu含量與土壤中Cu含量沒有相關(guān)性。黨參對(duì)4種微量元素的富集能力不同，對(duì)Mn具有較強(qiáng)的富集能力。

關(guān)鍵詞：微量元素；土壤；黨參；相關(guān)性；富集

中圖分類號(hào)：S567.5+30.4；S153.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2016）11-0450-03

黨參為傳統(tǒng)補(bǔ)氣藥，為桔梗科植物黨參[Codonopsis pilosula （Franch.） Nannf.]、素花黨參[Codonopsis pilosula Nannf.var.modesta （Nannf.） L.T.Shen]或川黨參（Codonopsis tangshen Oliv.）等的干燥根[1]，味甘性平，歸脾、肺經(jīng)，具有補(bǔ)中益氣、補(bǔ)養(yǎng)脾胃、潤(rùn)肺生津生血、健運(yùn)中氣等功效，主要用于治療脾肺氣虛、食少倦怠、咳嗽虛喘、氣血不足等癥[2]。黨參有效成分包括多糖、氨基酸、黨參炔苷、蒼術(shù)內(nèi)酯Ⅲ、膽堿、果糖等[3]。黨參主要分布于山西省、四川省、云南省、貴州省、湖北省、甘肅省等地區(qū)，以山西省潞黨、臺(tái)黨的品質(zhì)最好[4-5]。近年來，因黨參性能與人參極為相似，可燉湯食用，使得其銷售量與出口量逐年遞增?，F(xiàn)商品黨參主要來源栽培品，黨參栽培面積大幅增加。土壤是中藥材生長(zhǎng)和品質(zhì)形成所需營(yíng)養(yǎng)元素的最主要供給者。但目前對(duì)黨參的研究更多集中在分子生物學(xué)、有機(jī)化學(xué)成分和生理活性等方面[6-8]。研究表明，中藥的藥效與微量元素含量有著密切關(guān)系[9]，植物中微量元素含量與土壤微量元素含量之間有著良好的相關(guān)性[10-12]。貴州省黨參主產(chǎn)于黔西北高海拔地區(qū)，尤以海拔2 200 m以上地區(qū)生產(chǎn)的黨參產(chǎn)量高、品質(zhì)好。本研究以貴州省黨參大宗產(chǎn)區(qū)威寧縣為研究區(qū)域，探討高海拔地區(qū)土壤和黨參植株中微量元素含量的關(guān)系，旨在為高海拔地區(qū)黨參種植提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

貴州省威寧縣總面積6 296.3 km2，平均海拔2 200 m，是貴州省面積最大、海拔最高的縣，屬亞熱帶季風(fēng)氣候。年均溫 11.2 ℃，年均日照時(shí)數(shù)1 805.4 h，年均太陽總輻射量 4 698.4 kJ/km2，≥10 ℃的年積溫2 275 ℃，無霜期204 d，年平均降水量950.9 mm，地貌為高原丘陵盆地，地面起伏較大。威寧縣于1964年引種栽培黨參成功，現(xiàn)已推廣為貴州省大宗藥材[13]。威寧縣絕大部分土地都適宜種植黨參，但以迤那鎮(zhèn)和草海鎮(zhèn)黨參品質(zhì)較好。

2 材料與方法

2.1 樣品的采集與制備

土壤微量元素采集受人為影響較大，采集土壤樣品時(shí)應(yīng)充分考慮地形、植被、耕作及施肥等因素的影響，遠(yuǎn)離人為干擾。采用“S”形方式采集樣品，保證采樣點(diǎn)具有典型性、代表性，同時(shí)兼顧樣點(diǎn)空間分布的均勻性。采集時(shí)剔除植物殘?bào)w、大礫石等非土壤物質(zhì)，采樣0～20 cm的表層土壤，每5個(gè)采樣點(diǎn)土壤混合為1個(gè)土壤樣品，共采集土壤樣品15個(gè)。采集土壤樣品時(shí)，采集對(duì)應(yīng)點(diǎn)相同生長(zhǎng)環(huán)境下黨參植株樣品，共采集黨參植株樣15個(gè)。將土壤樣品分別裝入干凈的布袋，帶回實(shí)驗(yàn)室曬干。取風(fēng)干樣品，充分混勻后采用四分法取一半樣品用瑪瑙缽研磨，另一半作為備用樣品保存。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標(biāo)注，放入干燥器中保存?zhèn)溆?。植物樣品去除塵土，經(jīng)65 ℃烘干后，用粉碎機(jī)粉碎，過60目篩。

2.2 測(cè)定方法

土壤Mn、Cu、Zn、Mo全量的測(cè)定方法[14-15]：稱取0.1 g風(fēng)干土樣（精確到0.000 2 g），放入25 mL聚四氟乙烯坩堝中，加少許水濕潤(rùn)，緩慢加入3 mL濃硝酸，另加1 mL高氯酸，將其放入高壓密封罐中，置于烘箱中，調(diào)節(jié)至180 ℃，消解 3 h。消解完畢后，通風(fēng)冷卻至室溫，將其轉(zhuǎn)移至50 mL離心管中，以超純水定容至刻度，搖勻上電感耦合等離子質(zhì)譜儀（ICP-MS）測(cè)定Mn、Cu、Zn、Mo全量。

土壤Mn、Cu、Zn、Mo有效態(tài)含量的測(cè)定[14]：稱取10 g風(fēng)干土樣于塑料瓶中，加入EDTA浸提劑20 mL，常溫下 180 r/min 振蕩2 h，立即過濾，上原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定Mn、Cu、Zn、Mo有效態(tài)含量。

黨參植株Mn、Cu、Zn、Mo全量測(cè)定[16]：稱取2 g黨參樣品于瓷皿中，置于馬福爐中加熱至700 ℃，保持恒溫 1 h，冷卻后將樣品移入100 mL燒杯中，加1 mL濃HCl于電爐上加熱，至全部溶解呈透明液，轉(zhuǎn)移至100 mL量瓶中，用1% HCl溶液稀釋，定容至刻度，作為母液備用。吸取母液10 mL于另一量瓶中，再用1% HCl溶液稀釋，定容至 100 mL，待測(cè)，用 AAS-6000 型原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定Mn、Cu、Zn、Mo全量。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤微量元素全量

從表1可知，高海拔地區(qū)黨參產(chǎn)地土壤各微量元素全量平均含量不同，各微量元素全量變異系數(shù)為28.90%～50.66%，屬于中等變異程度，變異系數(shù)表現(xiàn)為Mn>Mo>Cu>Zn。土壤全Mn含量為47.77 mg/kg，土壤全Cu含量為 7.79 mg/kg，土壤全Zn含量為61.24 mg/kg，土壤全Mo含量為0.29 mg/kg，4種微量元素全量平均含量表現(xiàn)為Zn>Mn>Cu>Mo。高海拔地區(qū)黨參產(chǎn)地4種土壤微量元素全量平均含量均低于中國(guó)土壤微量元素平均含量；高海拔地區(qū)黨參產(chǎn)地土壤微量元素Mn、Cu、Mo全量平均含量均低于世界土壤微量元素平均含量，Zn全量平均含量高于世界土壤微量元素平均含量。高海拔地區(qū)黨參產(chǎn)地土壤各微量元素全量平均含量不同，同時(shí)相同微量元素在不同產(chǎn)區(qū)其全量平均含量也不同。小海鎮(zhèn)土壤全Mn、全Cu、全Zn平均含量均最高，黑石鎮(zhèn)土壤全Mo平均含量最高；迤那鎮(zhèn)土壤全Mn平均含量最低，黑石鎮(zhèn)土壤全Cu、全Zn平均含量均最低，海拉鎮(zhèn)土壤全Mo平均含量最低。

3.2 土壤微量元素有效態(tài)含量

高海拔地區(qū)黨參產(chǎn)地土壤4種微量元素有效態(tài)含量見表2。4種微量元素有效態(tài)平均含量表現(xiàn)為Mn>Zn>Cu>Mo，其中有效態(tài)Mn含量為4.81 mg/kg，有效態(tài)Zn含量為 3.40 mg/kg，有效態(tài)Cu含量為0.38 mg/kg，有效態(tài)Mo含量為0.05 mg/kg。4種微量元素有效態(tài)平均含量均屬于中等變異程度，變異系數(shù)為60.00%～94.80%。高海拔地區(qū)黨參產(chǎn)地土壤微量元素Mn、Cu、Mo有效態(tài)含量低于中國(guó)和世界土壤微量元素平均含量，Zn有效態(tài)含量高于中國(guó)和世界土壤微量元素平均含量。小海鎮(zhèn)土壤有效Mn和有效Cu平均含量最高，黑石鎮(zhèn)土壤有效Zn平均含量最高，海拉鎮(zhèn)、迤那鎮(zhèn)土壤有效Mo平均含量相同且均為最高。海拉鎮(zhèn)土壤有效Mn和有效Zn平均含量最低，黑石鎮(zhèn)土壤有效Cu、有效Mo平均含量最低。

3.3 黨參植株微量元素全量

黨參以根入藥，從表3可以看出，高海拔地區(qū)黨參塊根4種微量元素中Mn含量屬于強(qiáng)變異程度，Cu、Zn、Mo含量屬于中等變異程度，變異系數(shù)從大到小依次為Mn>Mo>Zn>Cu。高海拔地區(qū)黨參塊根4種微量元素中Mn平均含量最大，為127.84 mg/kg，Mo平均含量最小，為0.02 mg/kg。黨參塊根4種微量元素全量平均含量各不相同，不同產(chǎn)區(qū)黨參塊根中微量元素平均含量也不同。黑石鎮(zhèn)黨參塊根中Mn平均含量最高，黨參塊根中Cu、Zn、Mo平均含量最大值均在小海鎮(zhèn)產(chǎn)區(qū)，黨參塊根4種微量元素平均含量最低均在迤那鎮(zhèn)，迤那鎮(zhèn)、海拉鎮(zhèn)黨參塊根中Mo平均含量相等。

根據(jù)高海拔地區(qū)黨參土壤和塊根中微量元素全量平均含量測(cè)定結(jié)果，對(duì)高海拔地區(qū)黨參土壤和塊根中微量元素含量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表4。高海拔地區(qū)黨參土壤微量元素全量與黨參塊根中微量元素含量具有一定關(guān)系。黨參塊根微量元素中Mn、Mo含量與土壤中Mn、Mo含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.52、0.56；黨參塊根的Zn含量與土壤中Zn含量呈正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為0.04），黨參塊根的Cu含量與土壤中Cu含量沒有相關(guān)性。

3.4 黨參植株微量元素富集特征

研究表明，微量元素是一切中藥的基本成分，是中藥有效藥成分的核心組分，是傳統(tǒng)中藥理論的物質(zhì)基礎(chǔ)[17-18]。土壤作為中藥材生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，中藥材植株中有效成分的含量與土壤存在一定關(guān)系。植物對(duì)某元素的富集系數(shù)可以用來評(píng)價(jià)植物對(duì)土壤中該元素的需求程度，反映了植物中某元素相對(duì)富集和貧化程度[19]。富集系數(shù)越高，表示植物對(duì)該元素的富集程度越高[20]。從圖1可以看出，黨參植株對(duì)4種微量元素的富集能力不同，對(duì)Mo的富集系數(shù)小于0.1，表明黨參中Mo屬于強(qiáng)烈貧化；對(duì)Cu、Zn的富集系數(shù)小于1.5，表明黨參中Cu、Zn處于同一水平；對(duì)Mn的富集系數(shù)大于1.5，說明高海拔地區(qū)黨參對(duì)Mn具有較強(qiáng)的富集能力，同時(shí)也表明Mn比Cu、Zn、Mo更容易從土壤中轉(zhuǎn)移到黨參植株中。

4 結(jié)論與討論

本研究中高海拔地區(qū)黨參產(chǎn)地土壤全Mn含量為 47.77 mg/kg，土壤全Cu含量為7.79 mg/kg，土壤全Zn含量為61.24 mg/kg，土壤全Mo含量為0.29 mg/kg。土壤微量元素全量可以反映土壤中微量元素潛在供給水平，但評(píng)價(jià)土壤微量元素有效程度更多依賴于土壤微量元素有效態(tài)含量高低。土壤微量元素的有效態(tài)含量是母質(zhì)、地形、地貌、氣候以及人為等各種因素綜合作用的結(jié)果，土壤有效態(tài)微量元素含量更能說明土壤微量元素的供應(yīng)水平。高海拔地區(qū)黨參產(chǎn)地土壤中有效態(tài)Mn含量為4.81 mg/kg，有效態(tài)Zn含量為 3.40 mg/kg，有效態(tài)Cu含量為0.38 mg/kg，有效態(tài)Mo含量為0.05 mg/kg。本研究中有效Mn和有效Cu含量低于盧燕林等的研究結(jié)果[21]。高海拔地區(qū)黨參塊根中Mn平均含量最大，為127.84 mg/kg；Mo平均含量最小，為0.02 mg/kg。微量元素不但是中藥療效的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，而且還通過與氨基酸等成分絡(luò)合產(chǎn)生協(xié)同作用，促進(jìn)吸收利用并增強(qiáng)其療效。由于黨參中含有豐富的微量元素和氨基酸，因而具有極為重要的食用、保健價(jià)值。黨參塊根中Mn、Mo含量與土壤中Mn、Mo含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.52、0.56；黨參塊根中的Zn含量與土壤中Zn含量呈正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為 0.04），黨參塊根中Cu含量與土壤中Cu含量沒有相關(guān)性。黨參對(duì)4種微量元素的富集能力不同，對(duì)Mn具有較強(qiáng)的富集能力。

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