不同林下益智果實及環(huán)境土壤中銅 鎘 鉛污染綜合評價

楊瑛，王德立，張興翠，敖蘇

(1.中國醫(yī)學科學院 藥用植物研究所 海南分所，海南 海口，570311；2.西南大學 農學與生物科技學院，重慶 400700；3.海南出入境檢驗檢疫局，海南 海口 570311；4.海南省外來有害生物預警與檢疫防控工程技術研究中心，海南 海口 570311)

益智AlpiniaoxyphyllaMiq為姜科Zingiberaceae山姜屬AlpiniaRoxb.多年生草本植物，是一種常用中藥，為“四大南藥”之一[1]。生于陰濕的密林或疏林下，主產于海南，廣東、廣西、云南等地有少量分布[2]。益智以干燥果實入藥，具有溫脾止瀉，攝唾涎、固精縮尿等功效，用于腎虛遺尿，小便頻數，遺精白濁，脾寒泄瀉，腹中冷痛，口多唾涎。益智不僅具有較高的藥用價值，還是中國衛(wèi)生部公布的藥食同源的植物資源之一。現(xiàn)代研究表明益智果實中含有的主要化學成分有：萜類、甾醇類、二苯庚烷類、黃酮類、酚類等成分[3]。藥理研究表明[4-5]，益智果實主要有神經保護、抗癌、強心、舒張血管、抗氧化和提高免疫力等作用。

中藥安全是當前中藥原料生產最重要的質量要求，主要包括農殘、有害微生物、重金屬等，其中重金屬含量成為藥材和其他經濟作物質量安全的重要指標，在原料生產中它們與土壤、水源、空氣、農藥及肥料使用等密切相關。在藥材中含量甚微，但對人體危害巨大。多項研究成果表明[6-8]，重金屬對人體的正常新陳代謝和生理作用都有毒害，過量重金屬在身體內積累將導致不同類型的中毒性腎病、神經系統(tǒng)受損，甚至致癌等。Pb對神經系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和造血系統(tǒng)等都有毒性作用；Cd對人體有致畸、致癌、致突變等毒性作用；Cu雖然是人體必須元素，但較高濃度的Cu具有溶血作用，能引起肝、腎良性壞死[9]。因此，重金屬成為評價中藥材質量的重要指標之一。

益智作為海南特殊南藥，全國95%以上的益智產自于海南島。在海南野生益智極為稀少，已被廣泛種植于橡膠、檳榔等經濟林下和次生林下，總面積約25萬畝(1畝≈666.7 m2)。不同林地類型的種植園受到不同種植模式、管理水平、施肥情況和病蟲害防治方法的影響，可能會導致部分種植園內土壤重金屬含量及益智果實重金屬含量超標，從而影響藥材品質。為弄清海南不同林地類型土壤重金屬含量情況及益智果實對重金屬的儲存或富集能力，明確優(yōu)質益智生產的適宜種植環(huán)境，本文采用原子吸收光譜法對采自益智主產區(qū)8個地區(qū)6種林下的益智果實及其實生土壤中銅、鎘、鉛3種重金屬的含量進行測定，并討論不同地區(qū)不同林地對益智果實重金屬含量的影響，為今后開展益智的規(guī)范化種植、質量評價以及資源的合理利用提供理論依據。

1 材料與儀器

1.1 材料采集

供試的益智果實及土壤材料采集地點、林地類型等見表1。

1.2 試劑及儀器

AA-7000原子吸收分光光度計(日本島津，工作參 數見表1.1)；空心陰極燈(北京有色金屬研究院)；FA系列電子天平，(精確到0.000 1，上海精天電子儀器有限公司)；DHG-9245A型電熱恒溫鼓風干燥箱(上海一恒科技有限公司)；海能SH220石墨消解儀(北京中顯恒業(yè)儀器儀表有限公司)；實驗室超純水機(上海泰和儀器有限公司)；HNO3、HClO4及HF均為分析純；銅Cu、鉛Pb、鎘Cd的標準儲備液的質量濃度為1000 μg·mL-1，使用時，逐漸稀釋到標準系列。

表1 益智果實及土壤采集地區(qū)以及林地類型(均為3份)

注：1～6分別表示：次生林、小葉桉、橡膠林、檳榔林、膽木林、松樹林。

1.3 測試條件

選定的儀器工作條件見表2：

表2 火焰原子吸收光譜法的工作條件

2 方法

2.1 標準溶液制備

2%硝酸溶液：精密移取16 mL硝酸，置500 mL量瓶中，加水稀釋并定容至刻度，作為標準溶液的稀釋劑。

標準溶液配制：取Cu、Cd、Pb單元素標準溶液各5 mL，分別置于50 mL容量瓶中，以稀釋劑定容至刻度，配制成各元素濃度均為100 μg·mL-1的標準母液(0～5 ℃貯存)。

精密吸取標準母液適量，用稀釋劑稀釋，配制成不同濃度的標準測試液，見表3。

表3 標準溶液濃度配制表 μg·mL-1

2.2 待測液制備

2.2.1 益智果實 精準稱取樣品1 g左右于消解管中，加入10 mL HNO3和HClO4的混合溶液(硝酸∶高氯酸=3∶1)，封口浸泡過夜。消解儀升溫程序設定見表4，消煮到溶液無色或清亮后繼續(xù)加熱，至消解管中的溶液剩余量為2～3 mL，放冷。將消解液轉入50 mL容量瓶中，用少量2%硝酸洗滌消解管3次，洗液合并于容量瓶中，用2%硝酸稀釋至刻度，搖勻，即得。重復3次，同時取3支空白消煮管，僅加10 mL HNO3和HClO4的混合溶液，做空白對照。

表4 石墨消解儀升溫程序設定

2.2.2 土壤 精確稱取樣品0.5 g左右于消解管中，加入10 mL HNO3浸泡過夜，放置于石墨消解儀中，先60 ℃消煮30 min；然后待溶液冷卻加入3 mL HF，升溫至160 ℃保持120 min；再次待溶液冷卻后加入1 mL HClO4，升溫至200 ℃保持150 min；最后直至溶液澄清透明，剩余2～3 mL即消煮完全，將消解液轉入50 mL容量瓶中，用少量2%硝酸洗滌消解管3次，洗液合并于50 mL容量瓶中，用2%硝酸稀釋至刻度，搖勻，即得，重復3次。同時取空白管只加酸不加樣品，做空白試驗。

3 結果與分析

3.1 標準曲線繪制

將銅Cu、鉛Pb、鎘Cd的標準液稀釋成適宜濃度的系列工作液見表3，按表1儀器的條件分別測定，結果見表5。由表5可知，3種元素的濃度及相應的吸收波長呈線性關系。

表5 元素標準曲線、重復性、精密度試驗結果

3.2 重復性試驗

取相同益智樣品1.000 g，平行測定3份，分別計算RSD值，結果見表5。

3.3 精密度試驗

取各元素的標準溶液，分別重復測定6次，計算RSD值，結果見表5。

3.4 回收率試驗

精密稱取益智果實粉末0.500 0 g共6份，3份用于樣品含量測定，3份加入標準溶液進行加標測定，結果見表6。

表6 加標回收試驗結果

由表5、6可知，Cu、Cd、Pb標樣在一定范圍內線性關系良好，精密度試驗中各元素RSD值為0.62%～1.08%，重復試驗中各元素RSD值為1.81%～2.38%，回收率試驗中各元素平均回收率為98.24%～101.54%，RSD值為1.35%～3.88%，說明原子吸收光譜測定Cu、Cd、Pb的方法精密度好，重現(xiàn)性好，可以采用。

3.5 測定結果

3.5.1 益智土壤及果實中重金屬含量及分析 經過處理的待測樣品Cu、Pb、Cd元素根據表1儀器工作條件，使用原子吸收分光光度法測定吸光度，每個樣本重復3次；根據表5標準曲線計算各樣品中Cu、Pb及Cd元素含量，結果見表7。

表7 益智土壤及果實Cu、Cd、Pb測定結果 mg·kg-1

注：字母表示P值在0.05水平下差異顯著；“—”表示未檢測到。

由表7可知，不同種植園益智果實中各元素差異顯著，QZCX-1與WZSM-5的Cu含量均較高，分別為14.78、10.19 mg·kg-1；WNCX-1、WNCX-2及TCWP-1的Cd含量分別為0.12、0.12、0.1 mg·kg-1，比其他地區(qū)稍高；WNSG-3的Pb含量最高為4.61 mg·kg-1，其次是WNCX-1、QZCX-3、QZCX-1及WNSG-4，含量分別為2.68、2.37、3.21、2.45 mg·kg-1，其他地區(qū)均較低或未檢測到。不同種植園區(qū)土壤中各元素差異顯著，WNCX-2的Cu、Pb含量均最高，分別為50.99、111.74 mg·kg-1；QZCX-3、BTBC-4、BTJT-3及BTJT-4的Cd含量均較高，分別為44.46、38.33、37.90、36.56 mg·kg-1。益智果實中重金屬總量較低的是BTJT-4、TCWP-1及WZSM-3，分別為2.09、2.56、3.01 mg·kg-1；土壤中重金屬總量較低的是BTBC-3、QZXG-1及WNSG-4，分別為54.40、74.63、75.35 mg·kg-1。

3.5.2 益智土壤及果實污染程度綜合評價

3.5.2.1 評價方法 評價方法采用單因子污染指數法和Nemerow綜合污染指數法[10]。其中，單因子污染指數模型P=Ci/Si，P為污染因子i的單因子污染指數，Ci為污染因子i的實測濃度，Si為污染因子i的評價標準(國家限量標準)；Nemerow 綜合污染指數模型是一種兼顧極值或突出最大值的計權型多因子環(huán)境質量指數。其基本計算式為：

(1)

式中：Pimax為各單因子環(huán)境質量指數中最大者，Pi為土壤各污染指標指數的平值。

3.5.2.2 評價標準 根據益智栽培技術的SOP中規(guī)定[11]，土壤質量應達到國家《土壤環(huán)境質量標準》(GB15618-2008)二級或以上標準；益智果實要達到我國商務部2004年頒布的《藥用植物及制劑進出口綠色行業(yè)標準》(WM/T2-2004)限量標準，見表8。在污染等級劃分中，按照現(xiàn)行污染指數的通用等級進行區(qū)分，見表9。

表8 中藥材及土壤重金屬參考標準 mg·kg-1

表9 Nemerow評價法污染等級劃分

3.5.2.3 益智土壤及果實污染指數評價 由表10可知，土壤主要污染因子為Cd；QZXG-1、QZXG-4及WZSM-3三個種植園區(qū)Pn=0.55、0.66、0.69，均小于0.7屬于清潔土壤，其余均大于3.0屬于重度污染土壤。由表中Pn值可知，18個種植園區(qū)益智實生土壤品質優(yōu)劣：QZXG-1>QZXG-4>WZSM-3>BTBC-3>WZSM-5>WNSG-4>WNSG-3>QZXG-3>QZCX-1>WZSM-1>TCWP-1>WNCX-1>WZSM-6>WNCX-2>BTJT-4>BTJT-3>BTBC-4>QZCX-3。

表10 各種植園區(qū)益智土壤及果實Cu、Cd、Pb污染指數

益智果實主要污染因子是Cu，其次是Pb、Cd，除WNSG-3益智果實Pn=0.72屬于Ⅱ級；其余種植園區(qū)Pn均小于0.7，屬于Ⅰ級；其中，質量最佳的是BTJT-4益智果實，Pn=0.11。由表中Pn值可知，18個種植園區(qū)益智果實品質優(yōu)劣：BTJT-4>BTJT-3=QZXG-3>QZXG-1>QZXG-4=WZSM-6>WZSM-1>WZSM-3>TCWP-1>BTBC-4>BTBC-3=WNCX-2>QZCX-3>WZSM-5>WNSG-4>WNCX-1>QZCX-1>WNSG-3。

綜合土壤及果實品質考慮，QZXG-4、QZXG-1及WZSM-3更適合益智種植。

3.5.3 相關性分析 益智果實中Cu、Cd、Pb含量與土壤中Cu、Cd、Pb含量的相關性，見表11。

表11 益智果實與土壤相關性分析

注：**表示P值在0.01水平下有相關性(雙尾測驗)；Z-表示益智果實；T-表示土壤。

(1)土壤中各重金屬間的相關性，土壤中Cu含量與Cd含量呈極顯著正相關，r=0.629**，與Pb含量呈正相關，r=0.400；Cd含量與Pb含量也呈正相關，r=0.362。

(2)益智果實中各重金屬間的相關性不顯著，Cu含量與Cd含量呈負相關，與Pb含量呈正相關，r=-0.190、0.254；Cd含量與Pb含量呈正相關，r=0.163。

(3)果實中重金屬含量與土壤中重金屬含量相關性不顯著。

4 討論

益智為海南第一大林下經濟作物，也是海南省重要的道地中藥材之一，主要種植在橡膠林、檳榔林、次生林及其它經濟林下，雖然益智生產過程中使用農藥、化肥量較少，但對林地管理過程中需要使用較多的肥料及農藥，甚至除草劑，可能影響造成土壤污染，重金屬超標，從而影響益智品質。有研究表明[12]海南部分地區(qū)土壤中Pb、Cu、Cd等3種元素總量平均值均高于全國土壤總量平均值，其中Cd污染最為嚴重。重金屬平均值含量是判斷重金屬污染情況的方法，但更為科學的方法為單因子污染指數法和綜合評價法，后兩者更為科學和準確，如丁艷萍[13]就是利用單因子污染指數法，綜合一、二級評價標準，對土壤中Cd污染程度進行了研究。本研究也是采用這兩種方法對3種元素污染程度進行分析，明確污染等級。

根據表3.3、表3.6可知，Pb超標的種植園有WNCX-1及WNCX-2、WZSM-6、WZSM-1及BTJT-3，超標率為27.78%，其中超標最嚴重的是WNCX-2，含量為111.74 mg·kg-1；Cd未超標的種植園有QZXG-4、QZXG-1及WZSM-3，超標率為83.33%，是土壤重金屬的主要污染因子，超標最嚴重的是BTBC-4，含量為38.33 mg·kg-1；所有種植園Cu均未超標。無論土壤重金屬是否超標，益智果實中Cu、Cd、Pb三種重金屬及總量均在限量范圍內，這表明益智果實對3種重金屬富集能力較弱。因此，在選擇種植地時，應首先考慮完全符合要求的土壤，其次考慮危害程度較小的土壤。

根據表3.6可知，各種植園區(qū)益智果實的重金屬污染指數Pn均小于1.0，處于污染警戒線以下，除WNSG-3益智果實Pn=0.72>0.7，屬于Ⅱ級；其余種植園區(qū)Pn均小于0.7，屬于Ⅰ級；其中，質量最佳的是BTJT-4益智果實，Pn=0.11。土壤主要污染因子為Cd，污染指數Pn<0.7的種植園區(qū)有QZXG-4、QZXG-1及WZSM-3，其余種植園區(qū)Pn均大于3.0，屬于重度污染。除次生林外，其他林地類型在種植過程中均進行施肥、噴藥等處理，會造成一定污染。而次生林地為多年生次生林，其土壤重金屬超標可能與土壤自身重金屬含量有關，也可能與對益智施肥有關。

益智土壤中Cu、Pb、Cd 之間存在一定的相關性，其中Cu與Cd呈極顯著正相關，這與張丹[14]的研究的部分結果一致；益智土壤中重金屬與果實中重金屬相關性不顯著；益智果實中各重金屬之間相關性不顯著，這與前人的研究較為一致。陳瑤[15]研究表明，藥材中各重金屬含量之間的相關性不顯著，只有Cd 與Cu之間，呈極顯著正相關；不同種類藥材與基地土壤中重金屬 Pb、Cu、Cd含量之間也存在一定的相關性，但相關性不顯著。

綜合考慮土壤與果實受重金屬污染的程度，瓊中行干村檳榔林、瓊中行干村次生林及五指山水滿新村橡膠林是最佳的益智種植園區(qū)；其次為五指山水滿新村膽木林、保亭八村橡膠林及萬寧三更羅檳榔林種植園區(qū)。雖然土壤重金屬有超標現(xiàn)象，但益智果實中重金屬含量均符合WM/T2-2004標準，說明益智對重金屬的富集能力較弱，因此海南適宜益智栽培。但中藥材種植基地應確保土壤清潔度，各種植園區(qū)土壤質量有待提高，尤其Cd污染嚴重，應加大治理力度。

不同林地種植園區(qū)土壤重金屬污染的因素包括肥料及農藥等的使用，人類活動，不同林木對自然環(huán)境中重金屬的富集沉積等。本研究僅對種植園區(qū)土壤重金屬及益智果實重金屬的含量進行了測定分析，對造成土壤重金屬污染的原因還需進一步研究說明。

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