廣西羅漢果產區土壤鉛的地球化學特征

何方永，曾其國，彭培好

（1.成都理工大學生態資源與景觀研究所，四川成都610059；2.成都大學旅游文化產業學院，四川成都610106，3.成都師范學院生物科學系，四川成都610041）

0 引言

重金屬元素在巖石－土壤－植物系統的累積與遷移受地層條件影響［1－2］，了解不同地層條件下土壤－農作物中重金屬含量與污染狀況，有助于篩選優質地質背景區種植農產品，提高經濟效益。鉛是一種毒性較大的重金屬，可通過土壤－植物系統致使植物生長緩慢并通過食物鏈進入人體威脅人類健康［3］。因此，鉛在土壤－作物系統中的累積及效應受到廣泛關注。羅漢果主產于廣西永福、臨桂和龍勝等縣，為廣西著名土特產品，少數學者對羅漢果中重金屬銅和鎘的含量進行了分析，評價了羅漢果的藥用安全性［4］，但關于不同地層條件下土壤－羅漢果系統中鉛的分布與污染研究尚未有報道。據此，本研究通過實地采樣，分析廣西羅漢果產區不同地層下土壤－羅漢果系統中鉛含量特征，運用地質累積指數法評價羅漢果產區土壤鉛污染程度，運用單項指數污染法評價了羅漢果根、莖、葉、果的鉛污染程度，為羅漢果的開發利用提供理論依據。

1 研究方法

研究區位于桂北龍勝縣、臨桂縣、永?？h。根據區域地質志，研究區主要地層為元古界上板溪群（P）；震旦系并層，未分（湘桂邊境組Z）；前寒武紀混合花崗巖（γ2）；寒武系清溪組（∈q）；寒武系邊溪組（∈b）；泥盆系蓮花山組與那高嶺組并層（D1）；泥盆系郁江組與東崗嶺階并層（D2）；白堊系紅色碎屑巖（K）等［5］。

1.1 樣品采集

根據研究區地質圖并結合野外考察選擇代表性羅漢果種植地，于8個地層土壤表層采集土壤樣品，采集深度約為表層0～60 cm的土柱，以采樣點為中心，于30 m半徑范圍內采集5個點的土柱并合為1件樣品，每件土壤樣品1 kg，土壤樣品經過前處理、風干、磨細過160目尼龍篩。土壤中重金屬元素鉛的檢測方法為電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS），原子發射光譜法（AES）檢出限為0.02μg／m L；在土壤采樣點，選取100 cm×100 cm的樣方進行羅漢果采樣，樣地與地邊距離在1 m以上，采樣羅漢果植株應健康，無病蟲害，采集羅漢果根、莖、葉、果4個不同器官的植物樣品，貼上標簽，存于保鮮袋中迅速冷藏待測。以原子熒光法測定羅漢果不同器官中鉛含量，檢出限為0.001μg／mL［6］。

1.2 評價方法與標準

采用地質累積指數評價羅漢果產區土壤鉛污染程度。地質累積指數又叫Muller指數，是德國海德堡大學Muller教授于20世紀60年代提出的一種用于研究水環境沉積物中重金屬元素污染狀況的評價方法，并逐漸應用于其他沉積物重金屬污染程度評價［7］。地質累積指數側重于反映單個元素的污染程度，屬于單項污染指數［8］。其計算公式如下：

式中，Igeo為地質累積指數；Cn為元素n的實測值，mg／kg；1.5為修正指數，是考慮到區域巖石差異可能引起背景值的波動而設的；Bn為地球化學背景值，mg／kg，本研究將該值取為廣西A層土壤鉛元素背景中位值19.5 mg／kg。地質累積指數通過級別劃分確定污染程度，廣泛使用的分級標準是Forstner提出的7級劃分法，具體劃分標準見文獻［8］。

采用單項污染指數評價農產品或植物重金屬污染程度。計算公式為：

式中，Pi為污染物i的單項污染指數；ci為被測對象中污染物i實測值；si為污染物的評價標準。鉛的評價標準采用對外貿易經濟合作部《藥用植物及制劑進出口綠色行業標準》，其限量值標準≤0.2 mg／kg。當Pi≤1為非污染；當1≤Pi＜2時為輕度污染；當2≤Pi＜3時為中度污染；當Pi＞3時為重度污染［8］。

2 結果與分析

2.1 不同地層土壤鉛含量特征

表1為不同地層土壤中鉛元素含量，由表1可看出：研究區8個地層土壤中，Pb平均含量排序為：∈q＞∈b＞γ2＞Z＞D1＞D2＞K＞P，∈q地層鉛含量最高，為46.7 mg／kg，D2地層含量最低，為17.5 mg／kg，最大值為最小值的2.67倍。各地層最大值為最小值的1.05～1.49倍，表明各地層中鉛含量變化不大。就變異系數而言，γ2＞D1＞D2＞P＞∈q＞Z＞K＞∈b，其中，γ2地層最大，∈b地層最小，但均未超過30%，同樣表明各地層土壤鉛含量分布差異不大，可以推測不存在明顯的點污染，各地層土壤中鉛的來源較為一致。但8個地層的土壤Pb含量均值都大于廣西土壤背景值。將各地層土壤鉛元素平均含量與國家土壤環境質量標準比較，所有土壤樣點均未受到鉛污染，其中，∈b、∈q地層中的鉛含量達到二級標準，僅約為標準值的1／7、1／6；其余6個地層土壤中鉛含量達到國家土壤一級標準。

表1 不同地層土壤中鉛元素含量 m g／kg

2.2 羅漢果產區不同地層土壤鉛污染評價

表2為不同地層土壤鉛Muller指數評價分級，由表2可看出：羅漢果產區土壤Pb污染級別均為1級，污染程度為無污染，僅在∈q地層個別土壤樣點處為2級污染級別，土壤受到輕度污染。以均值排列，各地層Igeo值依次為∈q＞∈b＞γ2＞Z＞D1＞K＞P＞D2，∈q地層污染指數最高，D2地層的污染指數最低。桂林羅漢果產區土壤總體上無鉛污染。

表2 不同地層土壤鉛Mu ller指數評價分級

2.3 羅漢果不同器官鉛含量特征

不同地層中羅漢果不同器官鉛的含量特點見表3，由表3可看出：①不同地層中羅漢果各器官對鉛元素有不同程度的累積。羅漢果根部鉛含量為2.69～9.82 mg／kg，不同地層中含量關系為：Z＞∈q＞γ2＞∈b＞D1＞D2＞K，Z地層含量最高，K地層最低。莖部鉛含量為1.17～6.47 mg／kg，在各地層中排序為：Z＞γ2＞∈q＞∈b＞D1＞K＞D2中，Z地層含量最高，D2地層含量最低。葉部鉛含量為：3.52～ 10.7 mg／kg，地層間排序為：D1＞D2＞∈q＞∈b＞γ2＞Z＞K，D1地層最高，K地層最低。果實中鉛含量為0.001 7～0.007 6 mg／kg，地層間排序為D2＞γ2＞Z＞D1＞∈b＞P＞K＞∈q，以D2地層含量最高，∈q地層含最最低。就各器官鉛累積總量而言，大小順序依次為：Z＞D1＞∈q＞γ2＞D2＞∈b＞K＞P，Z地層最高，P地層最低。②同一地層中羅漢果各器官以果實中鉛含量最低，大多數地層中，鉛含量以葉部最高。P、∈b、D1、K、D2等5個地層中鉛含量在羅漢果各器官中的大小順序為葉＞根＞莖＞果，葉片中鉛含量最高。Z地層為：根＞莖＞葉＞果?！蕅地層為：根＞葉＞莖＞果。γ2地層為：莖＞根＞葉＞果。

表3 不同地層下羅漢果不同器官Pb含量特征 m g／kg

2.4 不同地層羅漢果不同器官對鉛的富集、轉移特征

表4 羅漢果各器官間及其與土壤鉛含量相關性分析

為了明確羅漢果各器官與土壤鉛含量及各器官間鉛含量的關系，對羅漢果各器官間及其與土壤鉛含量間進行了相關性分析，結果見表4。由表4可以看出：根、莖、果實鉛含量與土壤鉛含量相關性顯著（P＞0.05），呈正相關，但葉的鉛含量與土壤相關性不顯著，表明葉片中鉛含量除從土壤中經根部運輸而來外，還可能受到其他因素的影響。羅漢果各器官之間，根－莖鉛含量相關性極為顯著，莖－葉、莖－果相關性不顯著，表明葉、果中鉛含量受其他外界因素影響。

為進一步反映羅漢果對鉛的富集與轉移能力，計算了羅漢果地上部分對鉛的富集因數（BAC）（植物器官重金屬含量與土壤中重金屬含量的比值）和轉移因數（BTC）（植物某一器官的重金屬含量與上一承運器官的重金屬含量的比值）。BAC反映了植物對某種重金屬的富集能力，富集因數越大，表明其富集重金屬的能力越強。用BAC1、BAC2、BAC3、BAC4分別表示羅漢果根、莖、葉、果4個部位對鉛元素的富集能力。轉移因數反映了重金屬在植物體內各器官之間被吸收的能力。用BTC1（羅漢果莖中鉛含量／根部鉛含量）、BTC2（羅漢果葉中鉛含量／莖中鉛含量）、BTC3（羅漢果果實中鉛含量／莖中鉛含量）分別表示鉛在根－莖、葉－莖、莖－果實間的遷移能力。

表5為不同地層羅漢果各器官的富集因數與轉移因數。由表5可看出：羅漢果根對鉛的富集因數在各地層的排序為Z＞γ2＞∈q＞D1＞D2＞∈b＞K＞；莖對鉛的富集因數的大小關系為Z＞γ2＞∈q＞D1＞∈b＞K＞D2＞P；葉對鉛的富集因數大小關系為D2＞D1＞P＞γ2＞Z＞∈b＞∈q＞K；果對鉛的富集因數大小關系為D2＞γ2＞Z＞D1＞P＞K＞∈b＞∈q。各地層根、莖、葉、果各器官對鉛的富集能力都較弱，其平均值分別為0.173 038、0.114 252、0.222 091、0.000 176，8個地層羅漢果植物的不同器官Pb的富集因數都小于1，說明羅漢果對鉛具有極強的耐受性。

表5 不同地層羅漢果各器官的富集因數與轉移因數

由表5還可看出：每個地層中，均以羅漢果葉對莖的轉移因數最大，除γ2和Z地層，其余地層轉移因數均大于1，D2層的轉移因數高達6.513 33，表明葉對莖部鉛元素的運輸能力極強。各地層中果實對莖部的轉移因數最小，大小關系為D2＞P＞D1＞K＞∈b＞γ2＞Z＞∈q，轉移因數均小于1。羅漢果莖部對根部鉛的轉移因數在各地層的排序為γ2＞K＞Z＞D1＞∈b＞∈q＞D2＞P，僅有γ2地層轉移因數大于1，表明該地層下羅漢果鉛元素在根莖之間的遷移能力最大。上述結果表明：羅漢果根 －土、莖－根、果－莖界面能有效阻止鉛元素進入羅漢果果實中，這是羅漢果果品部鉛含量極低的重要原因。羅漢果果實中鉛含量僅為莖中的0.000 91、0.000 37、0.003 16、0.001 28、0.001 66、0.001 24、0.001 48倍。

2.5 不同地層下羅漢果不同器官單項污染指數評價

有研究表明：羅漢果除果實外，其根、葉也有一定的保健和藥用價值［9－12］，因此，采用單項污染指數法對羅漢果根、莖、葉、果4個器官均進行鉛污染評價，結果見表6。由表6可看出：8個地層中羅漢果果實均未受鉛污染。僅P地層羅漢果4個器官均未受到污染，其余7個地層中均存在根、莖、葉某一器官不同程度鉛污染。其中，根部在Z、∈q、∈b、γ2地層輕度污染，Z地層根部的污染指數已逼近中度污染標準；莖部僅在Z、γ2兩個地層輕度鉛污染；∈q、∈b、γ2、D2地層葉部中度鉛污染，D1地層中度鉛污染，D2的污染指數也接近中度污染標準，這與前面羅漢果葉片中鉛含量較高及葉－莖鉛轉移因數較大的研究結果一致。

表6 羅漢果各器官單項污染指數

3 結論

廣西羅漢果產區8套地層土壤中，∈b、∈q地層土壤鉛含量達到二級標準，γ2、Z、D1、D2、K、P這6個地層土壤鉛含量達到國家土壤一級標準，P地層鉛含量最低，地質累積指數均小于0，污染級別與程度為“1級”、“無污染”，廣西羅漢果產區各地層土壤未受鉛污染。

不同地層中羅漢果各器官對鉛元素有不同程度的累積。根、莖、葉、果鉛含量最高的地層分別為Z、Z、D1、D2；最低的地層則分別為K、D2、K、∈q。各器官鉛累積總量Z地層最高，P地層最低。同一地層中羅漢果各器官以果實中鉛含量最低，大多數地層中，鉛含量以葉部最高。

8 個地層羅漢果植物的不同器官Pb的富集因數都小于1，說明羅漢果植物對鉛具有極強的耐受性。每個地層中，均以羅漢果葉對莖的轉移因數最大，表明葉對莖部鉛元素的運輸能力極強。各地層中果實對莖部的轉移因數最小，這是羅漢果果實鉛含量極低的重要原因。

羅漢果果實單項污染指數極低，未受鉛污染，8個地層的羅漢果果實均為優質農產品或藥用植物。僅P地層羅漢果4個器官均未受到污染，根、莖、葉部皆可采用。其余7個地層中均存在根、莖、葉某一器官不同程度鉛污染，根部宜在D2、K、P地層中采取，P地層最優；莖部可在除Z、γ2外的其他地層選用，其中以P地層最優；葉部宜從Z、P、K地層選取，其中K地層最優。

研究結果表明：廣西羅漢果產區羅漢果對鉛具有極強的耐受性，生態環境優良，但其根、莖、葉卻存在程度不同的鉛污染，葉片鉛污染還可能與大氣污染有關，在大力發展羅漢果產業的同時應加強監控，維持良好生態環境，預防鉛污染的擴散。

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