產地生態環境要素與中藥品質相關性研究

銀玲，彭月，劉榮，陳鴻平，趙梓辰，劉友平

生態環境要素作為影響中藥材品質的一個主要因素，并作為道地藥材形成的源頭，一直以來是研究的重點，但基于生態環境要素的多樣性，它也是研究的一個難點。生態環境要素包括很多方面，如土壤、氣候條件、灌溉水源、空氣質量等，現行GAP就要求中藥材產地的生態環境應符合國家標準，其中包括《大氣環境質量標準》、《農田灌溉水質標準》、《土壤環境質量標準》等[1]，其中每個標準分為若干檢測指標，如土壤環境標準中對土壤質地、土壤肥力、土壤酸堿性、土壤重金屬含量均作了相應的規定，這足以見得生態環境因素對中藥材質量影響的多樣性和復雜性。因此，本研究就生態環境因素與中藥材相關性研究報道進行綜述，同時研究了不同產地川芎藥材指標成分與產地氣候因子的相關性，以求為中藥材道地性研究及中藥材質量的控制及中藥材GAP基地建設提供一定參考。

1 生態環境要素與中藥品質相關性研究現狀

1.1 土壤因素對中藥材質量影響

因地制宜是農業生產必須遵循的一個原則，很大程度上說明了土壤對于作物的重要性，中藥材種植和農業生產相同，同樣需要因地制宜，選擇適合的土壤環境種植中藥材方可收獲優質藥材。有報道指出土壤環境因子是當歸道地性形成的主導因子[2]。土壤環境因子對藥材的影響是多方面的，包括土壤肥力、質地、酸堿性等，各因素間還存在交互作用。

1.1.1 土壤質地 土壤質地是影響土壤肥力的一個關鍵因素，決定著土壤的蓄水、保水、保溫等性能，與栽培作物的質量息息相關。如黃芪是深根性多年生藥用植物，在土層深厚的黃土層上栽培，不但產量高，而且質量好；澤瀉等水生藥材適合生長在粘質多濕潤的土壤中；薄荷生長在砂質土壤中，其揮發油含量高[3]；金銀花栽培于砂質土壤中質量最佳[4]。謝寶東等[5]研究了土壤水分因子對銀杏葉片黃酮和內酯含量的影響后得出，土壤適度缺水有利于黃酮和內酯類物質的積累，土壤水分過足不能有效地提高銀杏葉黃酮和內酯的含量。

1.1.2 土壤肥力 作物產量高低、品質優劣與土壤自身肥力密不可分，土壤肥力可細分為土壤中氮、磷、鉀、鈣等礦質元素含量及土壤有機質含量。土壤有機質是指土壤中含碳的有機化合物，土壤有機質在土壤中經過一系列的轉化亦可分解出作物所需的礦質元素，為作物生長提供養分。

牛艷等[6]對不同產地枸杞β-胡蘿卜素含量與土壤肥力因子的相關性進行研究發現，過高的土壤肥力雖然有利于提高枸杞產量，但對枸杞中β-胡蘿卜素含量具有一定限制作用。伍慶等[7]對影響杜仲有效成分的主導土壤因子進行篩選，最終得出杜仲葉中綠原酸含量的主要影響因子是土壤有機質，蘆丁含量的主要影響因子是土壤全磷、有機質，槲皮素含量的主導因子主要有有機質、有效磷等，山萘酚含量的最大影響因子為有機質。魏東華等[8]測定不同土壤營養條件下栽培黃芩中黃芩苷的含量后得出，不同氮、磷、鉀配比對黃芩含量影響較大。漆小雪等[9]分析測定青蒿素含量與土壤、植株養分含量的關系，發現青蒿素含量與土壤中鈣的含量有顯著的正相關關系。由此可看出土壤養分因子對中藥材有效成分含量有很大影響。

1.1.3 土壤無機元素 土壤中無機元素作用重大，它不僅影響植物的根系營養及生理代謝活動，促進植物的生長，還是藥材中藥效成分的構成因子，影響藥材有效成分的形成和積累，最終影響藥材品質[10]。

徐繼振等[11]研究鉬、錳、鋅、硼對當歸的影響發現，鉬、錳、鋅、硼均有一定的增產效果，其中鉬作用最大，施加鉬、錳微肥能提高當歸中揮發油、多糖、阿魏酸含量，從而提高藥材質量。趙曼茜等[12]報道，黃芩對土壤中的P、Zn，Se元素有一定的富集，而藥材中黃芩苷的含量與P成顯著正相關，因此黃芩藥材中黃芩苷含量間接與土壤無機元素呈相關關系。金航等[13]分析探討三七藥材道地性與土壤微量元素的關系發現，道地產區土壤中硅含量高而銅和鎘含量低；道地產區三七中鋅和錳含量高。三七藥材與土壤中的鐵和鋇元素呈極顯著正相關，與錨、錳、硼、鉛元素呈顯著正相關。褚必海等[14]在研究澤瀉有效成分與土壤元素的關系時發現土壤中鉀元素對其2,3-乙酰澤瀉醇B含量有很大影響。由此得出土壤元素不僅是藥材中無機元素的來源，同時還影響著藥材有效成分的積累，亦是道地藥材的重要成因之一。

1.1.4 土壤酸堿性 土壤酸堿性對土壤的肥力特性有著深刻的影響，每種植物生長都需要一個適宜的酸堿度范圍，若超出此范圍植物生長將受抑制。陳文霞等[10]報道黃連、胖大海、肉桂、人參等適宜于酸性土壤，而甘草、枸杞子等則適宜于堿性土壤。晁志等[15]報道益母草中生物堿含量與土壤的pH 值呈正相關，產于堿性土壤的北方地區生物堿含量約為產于酸性土壤的南方地區的兩倍。郭春秋等[16]報道，木通適宜于偏酸性環境下生長，此環境有利于有效物質的積累。

1.1.5 土壤中重金屬及農藥殘留 土壤中的重金屬含量及農藥殘留量是影響藥材安全性的重要因素，藥材重金屬含量及農殘含量是否達標是影響藥材出口的主要制約因素之一。隨著工業的快速發展，廢水廢料的排放，土壤中的重金屬逐漸超出土壤的負載能力，引起了土壤重金屬含量部分超標，從而間接導致藥材重金屬含量超標。此外，為片面求取高產量，部分地區大量使用農藥，如六六六、DDT、膨大素等，在土壤中長期保留并逐漸被藥材富集，導致藥材農藥殘留超限。

楊春等[17]通過分析黔東南州的鴨跖草、何首烏、鉤藤、金銀花等9種中藥材的重金屬污染后得出，不同藥材對各重金屬元素的富集作用不盡相同，鴨跖草、何首烏和鉤藤對土壤中Cd有明顯的富集作用，9種藥材重金屬平均污染指數為：Pb>Cd>As>Hg。付富友等[18]對部分川產藥材研究后發現重金屬污染現象較普遍，不同藥材超標程度不盡相同，并對此提出了治理方案。夏品華等[19]對貴州中藥材GAP基地土壤的重金屬和農藥殘留進行調查分析后得出，所檢測樣品均測出有不同質量比的Pb、Cd、Cu、Hg、As、六六六，部分檢出DDT，其中還有一個樣品超出《土壤環境質量標準》。由此可以看出，土壤中的重金屬及農藥殘留已嚴重威脅著中藥材的安全，必須引起足夠的重視，提出可行的解決方案，才能確保中藥材的優質、安全、質量可控。

1.2 氣候因子對中藥材質量影響

氣候對中藥材質量的影響主要通過氣溫、光照、降雨量來表達。不同藥材有不同的生長喜好，由此產生了不同的適宜生長區域。如甘草喜溫、耐熱、旱生，分布于我國東北、西北大部分地區。三七喜冬暖夏涼、怕嚴寒酷暑、喜散射光，主要分布于我國西南地區。

1.2.1 氣溫對中藥材質量的影響 中藥材的生長過程一般可分為不同階段，如育苗期、莖發期、莖膨大期、花期、果實積累期等。不同時期對于氣候條件有不同的需求。彭國照等[20]報道川芎生長發育的氣溫需求為8～30℃，最佳氣溫為14～20℃，當氣溫低于4.5℃或高于35℃，都會停止生長，其中第一年8月至次年5月氣溫對藥材質量的影響尤為關鍵。鄭小華等[21]綜合評價山茱萸氣候資源后指出，山茱萸生長在年均氣溫13～15℃環境最適宜，花期（3月底）氣溫8～15℃為佳，生長期（6～8月）氣溫18～25℃生長較快。年度極低溫和極高溫對于藥材生長也有很大影響，極溫太低或太高都可能導致藥材的死亡，文獻報道極低溫超過-17℃，將完全抑制蒼術的生長[22]。

1.2.2 光照對中藥材質量的影響 光照是植物光合作用的必要條件，直接影響著中藥材體內初生代謝產物和次生代謝產物的積累。根據植物對于光照的趨向性不同，一般有陽生植物和陰生植物之分，因此在引種栽培時需根據植物特性選擇適合當地氣候條件的作物。近年來，有關光照與植物生長的相關性引起了業界人士的廣泛關注[23~25]，研究也越發深入，許翔鴻等[26]報道適度遮陰會減少延胡索產量，但會增加藥材中生物堿的總含量。李章田等[27]采用人工模擬日光研究光照對三七藥材的形態和光合特性，指出持續強光會導致三七葉片失水皺縮、氣孔關閉、凈光和速率下降，進而影響三七產量及次生代謝產物積累。

1.2.3 降雨量對中藥材質量的影響 降雨量對植物生長亦有較大影響，旱澇都可能導致藥材的生長停止甚至死亡。袁泉等[28]對近年我國西南地區干旱氣候對該地區藥材的影響進行了系統研究發現，近兩年西南地區干旱已造成了野生藥材產量下降30%，其中重點研究了三七、紅花、云當歸等中藥材，紅花減產超過70%，云當歸減產超過90%。在植物生長過程中，降雨量主要影響藥材花期，從而影響藥材產量和有效物質的積累[29]。因此，適度的降雨降水對中藥材品質及產量都有至關重要的作用。

1.3 灌溉水對中藥材質量的影響

藥材種植用灌溉水主要來自于河水、溝溪、湖塘和天然降水。現行對灌溉水的監測分析主要參照《綠色食品產地環境質量標準》和《水和廢水監測分析方法》。灌溉水的pH值、硫化物、氯化物、重金屬含量是影響中藥材質量的重要方面。現行的灌溉水分級標準主要參照《農田灌溉水質標準》，以各項污染物的濃度限值作為評價標準，將灌溉水分為清潔、尚清潔、污染三個等級。近年來灌溉水質對于藥材質量的影響已逐步引起了業內人士的重視，有關中藥材種植基地的水環境的研究也日益普遍[30~32]，但水環境與藥材質量的相關性并未得到透徹分析，有待進一步研究。

1.4 大氣因子對中藥材質量的影響

大氣因子對中藥材質量的影響與土壤、灌溉水、氣候因子相比較弱，主要包括空氣中二氧化硫、二氧化氮、總懸浮顆粒等因素的影響。若空氣中二氧化硫或二氧化氮含量過高，很容易形成酸雨，從而影響植被的生長發育。現行藥材種植基地空氣質量一般依據GB3095-1996《環境空氣質量標準》[33~34]，但不同中藥對空氣環境的需求有所差異，單憑環境空氣質量標準并不能全面控制空氣對中藥材的影響。

2 部分生態因子與川芎藥材品質相關性研究

2.1 川芎產地氣候因子及川芎藥材的收集

實驗所用藥材由課題組于2012年4～5月從產地自行采集，共采集川芎5大產地的25批藥材，經成都中醫藥大學盧先明教授鑒定為傘形科（Umbelliferae）植物川芎Ligusticum chuanxiong Hort.的根莖，見表1。同時從各大產地氣象部門收集了相關資料，結果見表1。

2.2 川芎藥材指標成分測定

課題組參照中國藥典2010年版川芎項下阿魏酸含量測定方法，測定了樣品中阿魏酸含量，參照中國藥典2010年版一部附錄XB鞣質測定方法測定樣品總酚酸含量，同時建立川芎多糖含量測定方法測定樣品中多糖含量，具體方法已另文發表，結果見表2。

表2 各主產地川芎藥材指標成分含量測定結果

2.3 川芎指標成分含量與部分生態因子相關性分析結果

采用SPSS13.0統計軟件對川芎指標成分含量及生態因子進行相關性分析，結果顯示川芎中阿魏酸含量與年均溫呈負相關性，其相關系數為-0.908，t檢驗顯著性概率為0.033＜0.05，拒絕零假設，而與其他生態因子無顯著相關性；但總酚酸含量與所列氣候因子均無顯著相關性；多糖含量與產地海拔高度呈顯著負相關關系，其相關系數為-0.922，t檢驗顯著性概率為0.026＜0.05，拒絕零假設，而與其他氣候因子無顯著相關性。

2.4 小結

從川芎藥材指標成分與生態因子相關性分析結果可以看出，川芎中阿魏酸含量隨年平均氣溫的升高而存在一定程度的下降趨勢，而川芎中多糖含量隨著產地海拔高度的增加略有降低趨勢，而其他氣候因子與指標成分含量無顯著相關性，因此在川芎引種時須首先考慮種植地的年平均氣溫、海拔高度與傳統道地產地的差異，方可達到高產、優質的效益。

3 討論及展望

隨著中藥現代化和產業化的快速發展，中藥材資源瀕危，中藥資源持續產業化和供需矛盾不斷劇烈，引種栽培成為了一種快捷的途徑，但只重視產量及地方經濟，不考慮生態適宜性的盲目引種導致了一系列問題相繼出現，如不同產地所產藥材品質參差不齊、部分新產地藥材重金屬等有害物質嚴重超標等，由此凸顯了產地生態環境要素與藥材品質相關性研究的重要性。

經過課題組前期的實地考察，發現川芎傳統道地產區的退化、工業化污染等問題逐漸嚴重，彭州地區受經濟利益的趨勢，大部分土地改建成工廠，隨即帶來了嚴重工業污染，導致中藥材質量大大下降。對于中藥材傳統產地的退化、污染等問題引起了業界人士的重視，但其解決方案的研究還相對落后，有待深入研究解決。

為從根本上解決中藥品質參差不齊問題，研究影響藥材質量的生態因子，分析二者相關性，從而綜合評定生態因子對中藥品質的影響力是關鍵。總結以往生態因子與藥材質量的相關性研究不難發現，在生態因子與藥材品質相關性研究工作中，土壤因子對藥材品質影響的研究較深入，而氣候及大氣環境的影響研究較少，且大多停留在定性分析階段，只對種植地的氣候環境和大氣條件做描述性評價，而并未深入分析這類因素對藥材品質的確定影響力；或僅分析單一生態因子對藥材品質的影響而忽略了各因子間的交互作用，如降雨量影響灌溉水、土壤質地；空氣質量通過降雨也會改變土壤酸堿性等，生態因子對藥材品質的影響是一個復雜的過程，單因素的分析并不能全面反應其影響力，而必須深入分析生態因子對中藥材品質的影響，建立一個系統評價方法，包括單因素的作用和各因素的交互作用等。

為保證高品質中藥材走向世界，加強中藥材傳統道地產地的保護是必不可少的，其中藥材GAP基地即是方案之一，但延續中藥材道地性，提高中藥材品質是一項長期而艱巨的任務，首先深入分析道地藥材的適宜生態環境，量化各因素對藥材品質的影響力，然后建立道地藥材的適宜生態環境因素水平表，再依據因素水平表尋找藥材的適宜替代產地或人工建立模擬產地，同時加強傳統道地產地的規范管理及保護，盡可能減小道地藥材的人為污染，從而使中藥產業走向國際化。

[1] 孫長生,韓見宇,楊錦綱,等.頭花蓼GAP種植基地的環境質量評價[J].中藥研究與信息,2005,7(2):27.

[2] 趙楊景,陳四保,高光耀,等.道地與非道地當歸栽培土壤的理化性質[J].中國中藥雜志,2002,27(1):19.

[3] 李光驥.中草藥栽培與植物生態研究[J].中藥材科技,1981,(1):1.

[4] 張重義,李萍,齊輝,等.金銀花道地與非道地產區地質背景及土壤理化狀況分析[J].中國中藥雜志,2003,28(2):114.

[5] 謝寶東,王華田,常立華,等.土壤水分含量對銀杏葉黃酮和內酯含量的影響[J].山東林業科技,2002,(4):1.

[6] 牛艷,許興,魏玉清,等.不同產地土壤因子與寧夏枸杞中β－胡蘿卜素關系的研究[J].農業科學研究,2005,26(2):21.

[7] 伍慶,王興寧,夏品華. 土壤養分因子對杜仲有效成分含量影響研究[J].安徽農業科學,2008,36(25):11002.

[8] 魏東華,李林章,陳淑欣,等.不同土壤營養條件對黃芩苷含量的影響[J].中國實驗方劑學雜志,2010,16(12):56.

[9] 漆小雪,韋霄,蔣運生,等.青蒿素含量與土壤、植株養分含量關系的研究[J].廣西植物,2009,29(5):627.

[10] 陳文霞,談獻和. 中藥材栽培與土壤生態因子的關系[J].中國中醫藥信息雜志,2006,13(12):48.

[11] 徐繼振,劉效瑞,祁風鵬,等.鉬、鋅、錳、硼在當歸栽培中的應用效果[J].中國中藥雜志,1998,23(2):81.

[12] 趙曼茜,呂金嶸,郭蘭萍,等.土壤無機元素對黃芩無機元素及黃芩苷含量的影響[J].中國實驗方劑學雜志,2010,16(9):103.

[13] 金航,崔秀明,徐璐珊,等.三七道地與非道地產區藥材及土壤微量元素分析[J].云南大學學報(自然科學版),2008,28(2):144.

[14] 褚必海,毛善國,丁小余,等.澤瀉有效成分與生態因子的關系[J].南京師大學報(自然科學版),2007,30(2):98.

[15] 晁志,王厄舟,周秀佳.益母草藥材中生物堿含量與產地生態環境的關系[J].第一軍醫大學報,2000,20(6):504.

[16] 郭春秋,熊大勝,王繼永,等.木通引種栽培土宜分析[J].湖南農業大學學報(自然科學版),2005,31(4):364.

[17] 楊春,成紅硯,楊金笛.黔東南州9種中藥材重金屬污染評價[J].貴州農業科學,2010,38(4):231.

[18] 付富友,李敏,白志川.中藥材重金屬污染的原因和治理方法初探[J].世界科學技術-中醫藥現代化,2003,5(4):69.

[19] 夏品華,張明時,秦樊鑫,等.貴州中藥材GAP基地土壤重金屬和有機氯農藥污染調查[J].環境監測管理與技術,2008,20(1):22.

[20] 彭國照,彭俊,熊志強.四川道地中藥材川芎氣候生態適應性區劃[J].中國農業氣象,2007,28(2):178.

[21] 鄭小華,屈振江,朱琳.陜南秦巴山區中藥材氣候資源評價及區劃[J].中國農學通報,2008,24(3):390.

[22] 郭蘭萍,黃璐琦,閻洪,等.基于地理信息系統的蒼術道地藥材氣候生態特征研究[J].中國中藥雜志,2005,30(8):566.

[23] 舒英杰,周玉麗.蔬菜植物光合作用研究進展[J].長江蔬菜,2005,(10):34.

[24] 張治安,徐克章,任躍英,等.人參“最佳葉片”光照條件和光合特性的研究[J].吉林農業大學學報,1994,16(12A):62.

[25] BURQUE Z A.Leaf thickness and water deficit in plants:a tool of field studies[J].Journal of Experimental Botany,1984,38(186):109.

[26] 許翔鴻,王崢濤,余國奠.光照對延胡索生長及生物堿積累影響的初步研究[J].中藥材,2004,27(11):804.

[27] 李章田,段承俐,蕭鳳回.人工光照對一年生三七形態和光和特性的影響[J].云南農業大學學報,2009,24(5):677.

[28] 袁泉.西南干旱地區中藥材品種淺析[J].中國現代中藥,2010,12(4):44.

[29] 李鵬程.黃芪新品種94-01選育報告[J].中藥材, 2005,28(7):535.

[30] 鄒宇曉,吳娛明,廖森泰,等.中藥材桑GAP種植基地環境監測與評價[J].蠶業科學,2008,34(3):525.

[31] 陳乾平,白隆華,董青松,等.毛雞骨草種植基地環境質量評價—土壤和灌溉水質量[J].時珍國醫國藥,2009,20(1):26.

[32] 林萍.中藥材魚腥草GAP標準化生產基地環境質量現狀評價分析[J].能源與環境,2007,3:65.

[33] 王宗箎,梁一池,吳曙波,等.三明吉口天然藥用植物良種繁育基地的環境質量評價[J].三明學院學報,2007,24(4):438.

[34] 孫艷濤.擬認證葉用銀杏GAP基地空氣及灌溉水質量初評[J].現代農業科技,2010(18):248.