天麻滇黃精和瑪咖3種云南藥材及種植土壤重金屬安全評價△

金正強，尚丙鵬，張公信，崔秀明，郭蘭萍，杜萍，楊野，邱麗莎*

1.昆明理工大學 生命科學與技術學院/云南省三七重點實驗室，云南 昆明 650050；2.河南大學 藥學院，河南 開封 475004；3.中國中醫科學院 中藥資源中心，北京 100700；4.昆明理工大學 分析測試中心，云南 昆明 650050

天麻Gastrodia elataBl.為蘭科天麻屬植物，其干燥根莖是我國傳統名貴中藥材之一，具有平肝熄風、止痙等功效，云南省昭通市為其道地產區[1]。滇黃精Polygonatum kingianumColl.et Hemsl.為百合科黃精屬多年生草本植物，干燥根莖入藥，具有補氣養陰、健脾、潤肺、益腎的功效，用于脾胃氣虛、體倦乏力、口干食少等，在云南省全境均有分布[2]。瑪咖Lepidium meyeniiWalp.是十字花科獨行菜屬1年生草本植物，有滋補強身的功用，主要種植于云南高寒山區，如麗江玉龍雪山、曲靖大海草山及昭通大山包等地[3]。近年來，隨著公眾保健意識的增強，中藥材需求量不斷增大，但集約化種植帶來藥材質量不穩定和農藥殘留、重金屬超標等問題。云南省是錫、鋅、錳、銻、鎢、鋁等礦產的主產區，其豐富的有色金屬儲備造成了耕地土壤重金屬背景值偏高[4]。Liu 等[5]研究表明，三七中重金屬超標主要歸因于藥材帶入土壤中的重金屬。符德歡等[6]發現，不同產地滇重樓中重金屬及砷（As）鹽含量有一定差異。因此，研究中藥材種植土壤的重金屬背景值、不同種植年限重金屬吸收特征及藥材重金屬空間分布特征，對了解云南省中藥材重金屬情況、保障用藥安全意義重大。天麻、滇黃精和瑪咖藥用部位均為根莖，是云南省種植面積較大、產值較高的中藥材大品種。由于塊莖與土壤接觸時間長、相對接觸面積大，重金屬超標風險較高[7-9]。在種植根莖類藥材時應充分了解土壤重金屬狀況，從而更加高效地應對重金屬安全問題。對這3 種中藥材種植土壤及藥材重金屬污染進行風險評估能夠充分保障經營者和消費者的利益。

土壤重金屬污染評價法由單因子污染指數（Pi）法和內梅羅綜合污染指數（Pc）法組成，通常用來評估土壤重金屬污染狀況。Pi法可以確定藥材種植土壤主要的重金屬污染物及其危害程度，是重金屬含量實測值與污染物評價標準值的比值；Pc兼顧了Pi平均值和最高值，可以突出污染較重的重金屬污染物的作用。本研究為評估藥材種植土壤重金屬潛在環境風險，使用了潛在生態風險評估法。該方法由單一重金屬潛在環境風險指數（Eri）和綜合潛在環境風險指數（RI）組成，考察了重金屬生物有效性、相對貢獻率、地理及空間分布差異等，可以綜合反映重金屬對環境的影響。綜合危害指數（THQ）法通常用來評估非致癌的潛在健康風險，是污染物攝入量與不會造成健康風險的最大攝入量的比值[10]。為了評估多種因素引起的潛在風險，美國環境保護署（USEPA）制定了危害指數（HI）法[11]。該方法認為同時處于多種化學污染源下，即使單個污染源都低于對人體造成傷害的閾值，但多種污染的總和則可能對人體帶來潛在的健康風險。

為保證天麻、滇黃精和瑪咖用藥安全，本研究采用土壤重金屬污染評價法、潛在風險評估法和THQ 法對這3 種藥材種植土壤及其藥材重金屬含量進行了調查與評價，從而為云南省上述3 種藥材的用藥安全提供數據保障，同時也為安全種植提供技術支撐。

1 材料

1.1 樣品

在云南省范圍內，對天麻、滇黃精和瑪咖種植土壤及該地塊種植的鮮藥材進行采樣，同時收集該地區加工后的藥材進行測試。所采藥材樣品由昆明理工大學生命科學與技術學院崔秀明研究員鑒定為天麻Gastrodia elataBl.、滇黃精Polygonatum kingianumColl.et Hemsl.和瑪咖Lepidium meyeniiWalp.的根。共采集18 份瑪咖土壤樣品和63 份瑪咖藥材樣品（N26°69′～27°83′，E99°70′～100°27′，海拔為2305～3380 m）、15份滇黃精土壤樣品和24份滇黃精藥材樣品（N22°77′～27°66′，E98°72′～104°03′，海拔為916～2371 m）、32份天麻土壤樣品和32份天麻藥材樣品（N27°37′～28°21′，E103°59′～104°37′，海拔為408～1793 m）。所采的土壤樣品pH為5.5～6.5。

運用5 點采樣法在每個采樣點中隨機采集15 株植物樣作為混合樣，凈制后干燥粉碎，用于重金屬含量測定。瑪咖和滇黃精種植土壤樣品為0～20 cm耕層土壤，混勻，陰干，研磨過100 目篩后用于重金屬含量測定。天麻種植土壤樣品主要收集藥材塊根附近土壤。

1.2 儀器

PEAA800 型原子吸收光譜儀（美國Perkin Elmer 公司）；AFS-F69B5 型原子熒光光譜儀（湖北匯瑞通光電科技有限公司）；MDS-6G 型號微波消解儀（中國SINEO 公司）；UPT-I-20T 型優普系列超純水器（成都超純科技有限公司）；450×350 型數顯電熱板（天津市萊悅納格實驗室儀器銷售有限公司）。

1.3 試藥

銅（Cu）、鉛（Pb）、鎘（Cd）和As 標準溶液（100 μg·L-1，國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院）。

2 方法

2.1 重金屬測量方法

根據《土壤質量鉛、鎘的測定石墨爐原子吸收分光光度法：土壤中鎘的測定》（GB/T 17141—1997）[12]、《土壤質量總汞、總砷、總鉛的測定原子熒光法第2 部分：土壤中總砷的測定》（GB/T 22105.2—2008）[13]和《土壤和沉積物銅、鋅、鉛、鎳、鉻的測定火焰原子吸收分光光度法：土壤中銅和鉛的測定》（HJ 491—2019）[14]測定土壤樣品中Pb、Cd、As 和Cu 含量。根據《食品安全國家標準食品中鉛的測定》（GB 5009.12—2017）[15]、《食品安全國家標準食品中鎘的測定》（GB 5009.15—2014）[16]、《食品安全國家標準食品中總砷及無機砷的測定》（GB 5009.11—2014）[17]和《食品安全國家標準食品中銅的測定》（GB 5009.13—2017）[18]測定藥材中Pb、Cd、As和Cu含量。

2.2 土壤重金屬污染評價方法

采用參考文獻[19]方法計算土壤Pi和Pc，根據土壤環境質量標準對土壤污染程度進行等級劃分，并采用潛在生態風險評估法對藥材種植土壤進行潛在風險評估。

2.3 藥材重金屬污染評價

使用超標率作為藥材重金屬污染評價指標，其計算按參考文獻[19]方法。瑪咖和天麻的重金屬限量參照《藥用植物及制劑外經貿綠色行業標準》（WM/T 2—2004）[20]，具體為As 2.0 mg·kg-1、Cd 0.3 mg·kg-1、Pb 5.0 mg·kg-1、Cu 20.0 mg·kg-1。滇黃精各重金屬的限量參照《中華人民共和國藥典》（以下簡稱《中國藥典》）2020 年版，具體為As 2.0 mg·kg-1、Cd 1.0 mg·kg-1、Pb 5.0 mg·kg-1、Cu 20.0 mg·kg-1[21]。

2.4 瑪咖藥材健康風險評估方法

按參考文獻[19]方法對瑪咖藥材的重金屬每日攝入量（EDI）及THQ 進行計算，再通過對攝入瑪咖的單個THQ 進行累加求和，計算出不同重金屬對人體健康的綜合HI，以此評估瑪咖藥材的健康風險。

3 結果與討論

3.1 天麻種植土壤及藥材重金屬污染風險評估

3.1.1 天麻種植土壤重金屬污染風險評估 天麻種植土壤中，Cu 的質量分數為4.84～213.60 mg·kg-1，平均值為63.93 mg·kg-1；Pb 的質量分數為26.90～78.00 mg·kg-1，平均為48.24 mg·kg-1；Cd 的質量分數為0.024～1.320 mg·kg-1，平均值為0.231 mg·kg-1；As 的質量分數為5.13～22.55 mg·kg-1，平均值為10.78 mg·kg-1。天麻種植土壤中Cu 質量分數超過篩選值的樣本數12個，Cd質量分數超過篩選值的樣本數4 個，超標率分別為37.5%和12.5%；Pb 和As均未超過篩選值。所有土壤樣品中Cu、Pb、Cd、As質量分數均未超過管制值。

以風險篩選值為評價標準，天麻種植土壤Cu、Pb、Cd 和As 的Pi分別為0.10～4.27、0.30～0.87、0.08～4.40 和0.13～0.56，平均Pi分別為1.30、0.54、0.77 和0.27。其中，Pb 和As 的Pi≤0.7 的樣本數占比分別為96.9%和100.0%；Cu 和Cd 的0.7＜Pi≤1.0的樣品數占比分別為6.3% 和6.3%，1.0＜Pi≤2.0 的樣品數占比分別為12.5%和3.1%，2.0＜Pi≤3.0 的樣品 數占比分別為6.3%和3.1%，Pi＞3.0 的樣本數分別為7 和1，Pi＞2 的占比分別為28.1%和6.3%。可見，天麻種植土壤Pb 和As 較安全，土壤中存在較大的Cu 污染問題，Cd 輕度及以上污染較低。Pc中輕度及以上污染程度的樣品占樣品總數的46.9%，說明近50%的天麻種植地都有不同程度的重金屬污染。以風險管制值為標準，使用Pi和Pc評估天麻種植地土壤重金屬風險，結果表明，各重金屬平均單項Pi均低于0.7，全部樣品的Pc表明無污染。

3.1.2 天麻種植土壤潛在環境風險評估 天麻種植

土壤Cu、Pb、As 的Eri均處于輕微（Eri≤40）水平，因此，天麻種植地土壤Cu、Pb、As對天麻藥材重金屬安全威脅較輕；Cd的Eri大部分處于輕微水平，中等（40＜Eri≤80）水平和嚴重（80＜Eri≤160）水平均占6.3%，可見，Cd 具有一定的潛在環境風險，需要在選擇天麻種植地時特別重視（表1）。

表1 天麻種植土壤重金屬單項Eri

天麻種植土壤的RI 平均值為48.044，最大值為177.100。有96.8%樣品的RI 處于輕微水平，3.2%樣品處于中等水平，無樣品處于嚴重和特別嚴重水平，說明大部分天麻種植土壤存在輕微和中等的環境風險，這也與Pi的評估結果相吻合。綜合以上土壤重金屬污染評估結果可知，天麻種植土壤存在輕微Cd污染，不存在Cu、Pb、As污染。

3.1.3 天麻藥材中重金屬污染風險評估 32 批天麻藥材樣本Cu 的質量分數為2.00～6.36 mg·kg-1，平均值為4.79 mg·kg-1；Pb的質量分數為0.05～1.40 mg·kg-1，平均值為0.24 mg·kg-1；Cd 的質量分數為0.05～0.37 mg·kg-1，平均值為0.17 mg·kg-1；As 的質量分數為0.007～0.200 mg·kg-1，平均值為0.090 mg·kg-1。4 種重金屬的超標樣本數分別為Cd 1 個、Cu 0 個、Pb 0 個、As 0 個，天麻中Cd 超標率為3.1%。可見，天麻藥材中Cu、Pb、As 質量分數均低于限量標準，Cd超標現象也不普遍。

3.2 滇黃精種植土壤及藥材重金屬污染風險評估

3.2.1 滇黃精種植土壤重金屬污染風險評估 滇黃精種植土壤中Cu的質量分數為1.00～65.00 mg·kg-1，平均值為28.67 mg·kg-1；Pb 的質量分數為11.6～69.5 mg·kg-1，平均值為30.5 mg·kg-1；Cd 的質量分數為0.03～0.99 mg·kg-1，平均值為0.23 mg·kg-1；As 的質量分數為2.32～38.80 mg·kg-1，平均值為13.06 mg·kg-1。滇黃精種植土壤中Cu 和Cd 質量分數超過篩選值的樣本數分別為4 和3 個，超標率為26.7%和20.0%；Pb 和As 均未超標。所有樣品Cu、Pb、Cd 和As 質量分數均未超過管制值。以風險篩選值為評價標準，滇黃精種植土壤Cu、Pb、Cd 和As 的Pi分別為0.02～1.30、0.13～0.77、0.10～3.30和0.06～0.97，平均Pi分別為0.57、0.34、0.75 和0.33。其中，Pb 和As 的Pi＜0.7 的樣本數占比均為93.3%，Cu 和Cd 的1.0＜Pi≤2.0 的樣品數占比分別為20%和13.3%，Cd 的Pi＞3.0 的占比為6.7%。可見滇黃精種植土壤Pb 和As 質量分數不存在風險，20%的種植土壤中Cu 質量分數處于輕微污染水平，土壤中Cd 存在一定的輕度和重度污染。Pc中輕度及以上污染程度的樣品占比為20.0%，說明滇黃精種植土壤重金屬污染問題應引起重視。

3.2.2 滇黃精種植土壤潛在環境風險評估 Cu、Pb、As的Eri均處于輕微水平，說明滇黃精種植土壤中Cu、Pb、As 對藥材重金屬安全威脅較輕；Cd 的為86.7%，處于輕微水平，中等水平和嚴重水平均占6.7%（表2），可見滇黃精種植土壤中Cd 具有一定的潛在環境風險，需要在選擇滇黃精種植地時給予特別重視。

表2 滇黃精種植土壤重金屬單項Eri

滇黃精種植土壤RI 平均值為42.97，最大值為149.4。所有樣品的RI 都處于輕微水平，無樣品處于中等、嚴重和特別嚴重水平，說明大部分滇黃精種植土壤環境安全，這也與Pi的評估結果相吻合。綜合以上土壤重金屬污染評估結果可知，云南省滇黃精種植土壤存在Cd 輕微污染，不存在Cu、Pb、As污染。

3.2.3 滇黃精藥材中重金屬污染情況 24 批滇黃精藥材中Cu的質量分數為1.50～6.50 mg·kg-1，平均值為3.21 mg·kg-1；Pb 的質量分數為0.095～0.590 mg·kg-1，平均值為0.220 mg·kg-1；Cd質量分數為0.002 5～0.180 0 mg·kg-1，平均值為0.040 0 mg·kg-1；As 的質量分數為0.007～0.700 mg·kg-1，平均值為0.090 mg·kg-1。4 種重金屬的質量分數均未超過限量標準。

3.3 瑪咖種植土壤及藥材重金屬污染風險評估

3.3.1 瑪咖種植土壤重金屬污染風險評估 瑪咖種植土壤中Cu 的質量分數為19.81～111.66 mg·kg-1，平均值為55.62 mg·kg-1；Pb 的質量分數為17.39～61.98 mg·kg-1，平均值為30.88 mg·kg-1；Cd的質量分數為0～2.017 mg·kg-1，平均值為0.430 mg·kg-1；As質量分數為0～2.17 mg·kg-1，平均值為0.97 mg·kg-1。瑪咖種植土壤中Cu 和Cd 質量分數超過篩選值的樣本數分別為9和6個，超標率分別為50.0%和33.3%；Pb和As均未超標。所有樣品Cu、Pb、Cd、As質量分數均未超過管制值。

以風險篩選值為評價標準，瑪咖種植土壤Cu、Pb、Cd 和As 的Pi分別 為0.39～2.23、0.19～0.69、0～6.72 和0～0.05，平均Pi分別為1.11、0.34、1.42和0.02。其中，Pb 和As 的Pi＜0.7 的樣本數占比均為100%，Cu 和Cd 的0.7＜Pi≤1.0 的樣本數占比分別為38.9%和22.2%，1.0＜Pi≤2.0 的樣本數占比分別為38.9%和11.1%；Cu 的2.0＜Pi≤3.0 樣本數占比為11.1%。可見瑪咖種植土壤Pb 和As 均安全，Cu 中度及以上污染樣品占比為11.1%，Cd 中度及以上污染樣品占比為22.2%。Pc中輕度及以上污染程度的樣品占樣品總數的33.3%，說明瑪咖種植土壤存在著嚴重的重金屬污染問題。

3.3.2 瑪咖種植土壤潛在環境風險評估 瑪咖種植土壤Cu、Pb、As 的Eri均處于輕微水平，因此Cu、Pb、As對瑪卡藥材重金屬安全威脅較輕；Cd的Eri嚴重水平和非常嚴重（160＜Eri≤320）水平均占22.2%，具有較高的潛在環境風險，需要在選擇瑪咖種植地時給予特別重視（表3）。

表3 瑪咖種植土壤重金屬單項Eri

瑪咖種植土壤RI 最大值為266.08，平均值為63.57。77.8%樣品的RI 處于輕微水平，22.2%樣品處于中等水平，無樣品處于嚴重和特別嚴重水平，說明瑪咖種植土壤存在中等環境風險，這也與Pi的評估結果相吻合。綜合以上土壤重金屬污染評估結果可知，云南省瑪咖種植土壤存在Cd中度污染，不存在Cu、Pb、As污染。

3.3.3 瑪咖藥材中重金屬污染評估 63 批瑪咖樣本Cu 的質量分數為2.41～7.37 mg·kg-1，平均值為4.65 mg·kg-1；Pb的質量分數為0.015～0.630 mg·kg-1，平均值為0.091 mg·kg-1；Cd 的質量分數為0.03～0.65 mg·kg-1，平均值為0.22 mg·kg-1；As的質量分數為0.018～0.840 mg·kg-1，平均值為0.140 mg·kg-1。Cu、Pb 和As 質量分數均未超標；Cd 超標樣本數為12個，超標率為19.1%。

3.3.4 食用瑪咖的重金屬健康風險評估 食用瑪咖攝入的Cu、Pb、Pb、Cd的EDI分別為0.6～1.8、0.004～0.200、0.007～1.200、0.005～0.200 μg·kg-1·bw·d-1，均低于50%。由于瑪咖通常用于藥品和保健品，食用瑪咖的重金屬EDI 遠低于人類主要膳食如水稻、蔬菜等的重金屬EDI。因此，在現實生活中食用瑪咖的重金屬EDI 極低。食用瑪咖引起的Cu、Pb、Cd、As 的THQ 指數分別為0.03～0.09、0.002～0.090、0.01～0.30 和0.02～0.70，其平均值為As＞Cd＞Cu＞Pb，說明通過食用瑪咖而攝入As 潛在健康風險最高，Pb最小，但Cu、Pb、Cd和As的THQ 指數均小于1，說明均不會對人體造成潛在健康風險。HI 指數反應了食用瑪咖攝入的4 種重金屬會對人體造成的綜合健康風險，其值為0.1～0.9，也均小于1，這表明按照推薦食用量長期食用瑪咖，攝入的Cu、Pb、Cd、As 總量不會對人體造成潛在的健康風險。

4 結論

云南省天麻、滇黃精種植土壤存在輕微Cd 污染，不存在Cu、Pb、As污染，在選擇天麻和滇黃精種植地時要適當重視土壤Cd含量。瑪咖種植土壤存在Cd 中度污染，不存在Cu、Pb、As 污染，在選擇瑪咖種植地時，必須重視土壤Cd含量。根據《藥用植物及制劑外經貿綠色行業標準》（WM/T 2—2004）和《中國藥典》2020 年版對重金屬限量之要求，天麻和滇黃精藥材重金屬均符合要求，瑪咖中Cu、Pb和As含量亦均在標準限定范圍內。雖然，瑪咖藥材中Cd含量存在一定程度的超標，但由于瑪咖不是人類主要膳食，根據HI進行評估后發現，根據推薦食用量長期食用瑪咖亦不存在健康風險。