文山三七(Panax notoginseng)种植区三七与土壤中Pb、Cd、Cu和Zn的分布

生态与农村环境学报2017, 33 (4):317-323
Journal of Ecology and Rural Environment
文山三七(P a w a x)种植区三七与土壤中
Pb、Cd、C u和Z n的分布特征及评价
祖艳群，程诗丛，柯汉玲，郭先华，吴炯，李元①（云南农业大学资源与环境学院，云南昆明650201)
摘要：为了调查文山州三七（Panax notoginseng)主要种植区（丘北县、砚山县、文山县和广南县）土壤和三七P b、Cd、C u和Z n含量，通过G P S定位采集三七根区0~ 15 cm深度土壤样品和三七样品各30个，分析土壤中重金属总量和不同形态含量及三七中对应重金属含量，并进行空间分布分析。

结果表明：（1) 土壤P b、Cd、C u和Z n平均含量分别为 55. 56、0. 36、43. 53 和119. 62 m g.k g-1，超标率分别为 6. 67%、53. 3%、13. 33%和 0。

各形态 P b、Cu 和 Zn 含量表现为残渣态>有机物结合态>铁锰氧化物结合态>碳酸盐结合态>可交换态。

各形态C d含量表现为铁锰氧化物结合态>残渣态>碳酸盐结合态>有机物结合态>可交换态。

（2)三七和土壤P b、Cd、C u和Z n总量和不同形态含量均以丘北县最高，广南县最低。

（3)三七根系P b、Cd、C u和Z n平均含量分别为2.93、0.35、5.21和11. 11 m g-k g-1，三七植株各部位重金属含量表现为根系>剪口 >茎叶>花果。

调查区三七和土壤重金属含量存在空间差异，且以土壤C d污染为主，应采取一定措施降低三七C d含量。

关键词：三七；土壤；重金属；空间分布
中图分类号：X820.4 文献标志码： A 文章编号：1673-4831(2017)04-0317-07
D O I: 10.11934/j.issn.1673-4831.2017.04.004
Distribution of P b, C d, Cu and Zn in Plant of Panax notoginseng and Soil in Wenshan Prefecture, a Panax noto--Growing Region. ZU Yan-qun, CHENG Shi-cong, KE Han-ling, GUO Xian-hua, WU Jiong，LI Yuan(College of Resources and Environment, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China)
A bstract：Field investigation was conducted in order to assess the situation of Pb, Cd, Cu and Zn contamination of the
soils in some major P. notoginseng growing regions in Qiubei County, Yanshan County, Wenshan County and Guangnan County of Wenshan Prefecture, Yunnan Province and plants of P. notoginseng produced therein with the aid of GPS posi­tioning, 30 soil samples from the 0-15 cm soil layer and 30 samples of P. notoginseng plants were collected for analysis of totals and various for^ns of Pb, Cd, Cu and Zn in the soils and in various parts of the plants, their contents and distribu­tions with ArcGIS. Results sh o w- that：(1) The mean content of total Pb, Cd, Cu and Zn in the soils was 55. 56, 0. 36,
43. 53 and 119. 62 mg •k g1 , respectively, and about 6. 67%, 53. 3%, 13. 33% and 0 of the soil samples exceeded the
threshold value, respectively, for Pb, Cd, Cu and Zn set in H J/T 332-2006. Fractionations of Pb, Cu and Zn all show，an order of residue > organic matter bonded > Fe/Mn oxide bonded > carbonate bonded > exchangeable in terms of content, while that of Cd does a different one, Fe/Mn oxide bonded > residue > carbonate bonded > organic matter bonded > ex­changeable ；(2) In terms of contents of total and Pb, Cd, Cu and Zn and their fractions in the soil and P. notoginseng, Qiubei County ranked on the top, while Guangnan County at the end；and ( 3) The mean content of total Pb, Cd, Cu and Zn in the roots of P. notoginseng was 2. 93, 0. 35, 5. 21 and 11. 11 mg •k g1, respectively. Distribution of the heav^^ met­als in the plant of P. notoginseng followed a sequence of roots > rhizome > shoot > flower/ fruit. Spatial variation was quite obvious of the distribution of the heavy metals in the soil and P. notoginseng and Cd was found to be the major pollutant. It is, therefore, essential to take certain measures to reduce Cd content in P. notoginseng.
Key w ords：Panax notoginseng; soil; heavy metal; spatial distribution
土壤重金属污染对食品安全和人类健康的影 响日益受到关注[1-2],根据环境保护部2014年4月17日公布的《全国土壤污染状况调查公报》，全国土 壤污染总体超标率为16. 1%,西南和中南地区土壤 重金属污染超标范围较大，从西北到东南、从东北到西南呈现逐渐增加的趋势。

近年来，土壤重金属
收稿日期：2016-04-22
基金项目：国家自然科学基金（41261096,31561063)
①通信作者E-mail：liyuan@
•318-生态与农村环境学报第33卷
污染调查广泛开展，特别是西南地区土壤污染报道 较多，主要集中在矿区周边农田、城市土壤和蔬菜 生产区等[3_7]。

尤其是对于西南地区特色作物和中 药材生产区，土壤重金属污染调查倍受关注，三七 及土壤中AS含量具有明显的空间差异性，与铅锌矿 和砷矿的开采具有一定的关系[8]。

云南省文山州 为中药材三七（Paraa* )的主产区[9_1〇]，关于三七种植区土壤Pl)、Cd、C u和Z n含量空间分 布特征方面的系统研究还较缺乏。

该研究采用野 外调查的方法，对文山州主要三七种植区土壤Pb、Cd、C u和Z n总量和不同形态含量的空间分布以及 三七中重金属含量进行分析，对于三七种植的合理 布局和三七产业的可持续发展具有重要意义。

1材料与方法
1.1采样方法
在文山州三七主要种植区文山县、丘北县、砚 山县和广南县于三七成熟采收期进行大田采样，采 集三七样品及对应表层（0〜15 cm)土壤样品各30 个，每个三七或土壤样品是由同一种植大棚中的5〜 10株三七或对应根际土壤组成的混合样品。

采样 点以G P S定位,采样点纬度为23。

28,04.9"〜24° 10'36. 4"N，经度为 103°53M7.3" ~ 104°53M8.4" E，海拔为1 429〜2 021 m。

土壤基本理化特征为：pH值矣5.48±0. 75,平均全P含量为（1.27±0. 52) g-kg-1，平均速效 P 含量为（66. 87±28.24) m g-kg'平均有机质含量为（15.77±9.03) g.kg'平 均阳离子交换量（匸瓦〇为（26.74±8.84)讓〇1- kg-1，土壤质地为黏土和壤质黏土[8]。

鉴于三七的人药部位（根系和剪口）和保健茶 部位（花)作用不同,将三七植株分为根系、剪口、茎 叶和花果4个部位。

新鲜的植物样品用自来水清洗 干净后再用去离子水清洗，在105 T!下杀青30 min，然后65〜70丈烘干至恒重，待冷却后磨碎待用。

测 定根系、剪口、茎叶和花果中P b、Cd、C u和Zn含量。

土壤样品自然风干,研碎后分别过0.25和2 mm孔 径筛备用。

<0. 25 mm粒径土壤样品用于测定土壤 Pb、Cd、C u和Z n总量，<2 mm粒径土壤样品用于测 定土壤各形态P b、Cd、C u和Zn含量。

1.2 Pb、Cd、Cu和Zn含量的测定方法
土壤Pl)、Cd、C u和Z n总含量：采用王水消解，原子吸收分光光度计（4520-T F原子吸收分光光度 计，苏州）测定[11]370-380;土壤可交换态、碳酸盐结合 态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态和残渣态Pb、Cd、C u和Zn含量:米用Tessier连续浸提-原子吸收分光光度法测定[12-13];三七中Pb、Cd、C u和Z n含 量：采用硝酸消解，原子吸收分光光度计
测定[11]370-380。

1.3数据统计方法
采用SPSS 11.0软件进行相关性分析，显著性 水平为尸<0. 05或P<0. 01。

用Excel 2000软件对 数据进行统计分析。

土壤中Pb、Cd、C u和Z n含量 的评价标准采用HJ/T 332—2006《食用农产品产地 环境质量评价标准（旱作土壤）》中p H值矣6.5时 的相关标准值，其标准临界值分别为80、0.3、50和200 m g.kg-1。

三七中P b和C d含量的评价标准采 用GB/T 19086—2008《地理标志产品文山三七》，其标准临界值分别为5.0和0.5 m g-kg-1。

土壤Pb、Cd、C u和Z n含量的空间分布米用ArcGIS 10.2软件进行分析。

2结果与分析
2.1三七种植区土壤Pb、Cd、Cu和Z n总含量及空间分布特征
三七种植区土壤中P b含量为20. 17〜82. 98 m g-kg-1，平均值为 55. 56 m g-kg-1。

土壤中 Cd含 量为 0. 16 ~ 0.61 mg •kg-1，平均值为 0.36 mg •kg-1。

土壤中 Cu含量为 24. 3~60. 5 m g-kg-1，平均 值为43. 53 mg •kg-1。

土壤中Z n含量为82. 1 ~ 185. 0 m g-kg-1，平均值为 119. 62 m g-kg-1(图 1)。

三七种植区30个采样点中，土壤Pb、C d和Cu 含量分别有2、16和4个采样点超过HJ/T 332— 2006标准值，超标率分别为6.67%、53. 3%和 13.33%。

30个采样点土壤Z n含量均符合HJ/T 332—2006 标准。

三七种植区不同米样点土壤中Pb、Cd、C u和 Zn平均含量均表现为丘北县>文山县>砚山县>广 南县（图1)。

西南部文山县个别采样点土壤P b和 Zn含量较高。

2.2三七种植区土壤不同形态Pb、Cd、Cu和Zn 含量及空间分布特征
三七种植区土壤可交换态、碳酸盐结合态、铁 锰氧化物结合态、有机物结合态和残渣态P b平均 含量分别为4.08、6.58、9.39、13.94和21.53爪名- kg-1。

可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合 态、有机物结合态和残渣态C d平均含量为0.050、0.062、0. 125、0.054 和 0.078 m g-kg-1。

可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态 和残渣态C u平均含量分别为4.74、6.58、7.79、9. 16和15.63 m g.kg-1。

可交换态、碳酸盐结合
第4期 祖艳群等：文山二七（_P araa* raotagiraierag)种植区二七与土壤中P h、C d、C u和Z n的分布特征及评价.319-
态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态和残渣态Zn55. 38 mg .kg—1
平均含量分别为10.83、12.78、17. 03、23. 17和
图1三七种植区土壤P b、C d、C u和Z n含量的空间分布
Fig. 1 Spatial distribution of contents of total P b, C d, Cu and Zn in the soils of the Panax notoginseng plantations
三七种植区土壤Pb、C u和Z n的5种形态含量 大小为：残渣态 >有机物结合态 >铁锰氧化物结合 态>碳酸盐结合态>可交换态。

C d元素的5种形态 含量大小为:铁锰氧化物结合态 > 残渣态 >碳酸盐结 合态〉有机物结合态>可交换态（图2)。

三七种植区土壤各形态P b、Cd、C u和Z n含量 以广南县最低。

碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合 态P b含量、铁锰氧化物结合态C d含量以文山县最 高，可交换态C u含量以砚山县最高，其他各形态 P b、Cd、C u和Zn含量以丘北县最高（图2)。

2.3 三七中Pb、Cd、Cu和Zn含量
三七根系P b含量为0.98 ~ 4.86mg •kg—1,平 均值为2.93 mg .kg—1。

三七剪口、茎叶和花果平均 Pb含量为 3.05、1.33 和 1.17 mg .kg—1(表 1)。

三 七各部位P b含量均低于GB/T 19086—2008标准 限值。

三七根系C d含量为0.08 ~ 0.64 mg •kg—1,平均值为0.35 m g-kg—1。

三七剪口、茎叶和花果平 均C d含量为0.37、0. 11和0.09 m g-kg—1。

三七根 系和剪口 C d含量分别有3和4个样品超过标准 限值。

三七根系C u含量为2.3 ~ 12.8mg -kg—1,平均 值为5.21mg -kg—1。

剪口、茎叶和花果C u平均含量分别为6.09、3.09和1.56 mg .kg—1。

三七根系 Zn含量为 4.5 ~ 19.4 mg .kg—1,平均值为 11. 11 mg -kg—1。

剪口、茎叶和花果平均Z n含量为13.28、6.92和4.50瓜呂.让呂—1(表1)。

三七根系P b、Cd、C u和Z n含量最高值出现在 丘北,最低值均出现在广南，三七根系P b、Cd、C u和Zn含量的变异系数分别为45.3%、69. 1%、46.9% 和 32. 6%。

2.4 土壤和三七Pb、Cd、Cu和Zn含量的相关性 分析
相关分析（表2)表明，三七植株中各部位Pb、C d和Zn含量随着土壤重金属总量、交换态、碳酸盐 结合态、铁锰氧化物结合态和有机物结合态含量的 增加而显著增加。

三七植株中各部位C u含量随着 土壤C u总量、铁锰氧化物结合态和有机物结合态 含量的增加而显著增加。

3讨论
根据 GB19086—2008 和 HJ/T 332—2006 标准,所有三七样品各部位P b含量均未超过标准限 值,而土壤P b含量超标率为6.67%。

GB 19086— 2008中没有对三七Cu含量进行规定，《
中华人民共
•320.生态与农村环境学报第33卷
和国药典》（2005年版）和《药用植物及制剂进出口 绿色行业标准》规定C u限量值为20.0m g.k g_1，所 有三七样品各部位C u含量均未超过标准限值，而 土壤C u含量超标率为13.33%。

土壤P b总量与三 七P b总量超标情况不一致，其原因在于土壤中重 金属的存在形态不同，对植物的有效性也不同[12]。

Pb、C u和Z n的5种形态中以残渣态含量最高，其次 为有机物结合态和铁锰氧化物结合态含量，土壤中 的重金属有效态含量能影响三七中重金属含量，但 土壤超标率与三七样品超过标准限值的比例没有 直接对应关系，这可能与土壤中重金属形态和其他 物理化学性质有关[13]。

(a)可交换态(b)可交换态Cd(c)可交换态Cu(d)可交换态Zn
(i)铁锰氧化物结合态Pb G)铁锰氧化物结合态Cd(k)铁锰氧化物结合态Cu(1)铁锰氧化物结合态Zn
图2三七种植区土壤不同形态P b、C d、C u和Z n含量的空间分布
Fig. 2 Spatial distribution of contents of various forms of P b, C d, Cu and Zn in the soils of the P. notoginseng plantations
三七根系和剪口 C d含量分别有3和4个样品 过超标准限值，这与土壤C d含量超标率较高(53. 3%)有关。

丛源等[14]对北京市区农田土壤重 金属形态的分析发现，C d以离子交换态和铁锰氧化 物结合态为主，其次为碳酸盐结合态和有机物结合态。

重金属形态差异导致其生物有效性存在差异，铁锰氧化物结合态C d具有一定的潜在生物有效 性，这与张隆伟[5]的研究结果一致。

土壤重金属总 量与各形态含量呈显著正相关关系，土壤重金属各 形态含量还受到土壤有机质含量、黏粒含量、pH值
、
第4期 祖艳群等：文山二七（P an ax种植区二七与土壤中P b、C d、C u和Z n的分布特征及评价.321*
磷含量和阳离子交换量等的影响[8，|5-|6]。

因此，不污染问题比较突出，原因主要包括：三七种植区域能从土壤重金属总量是否超标来确定土壤是否适Cd土壤背景含量较高,属于富铅锌矿地区；与铅锌宜于三七种植,而应该考虑其存在形态和土壤其他矿开采和冶炼有关的矿业活动无序扩张，使周边大有关特征。

林龙勇等[|7]报道三七种植区土壤C d超面积土壤遭受C d污染;三七属多年生荫生植物，易标率为75%(超过GB 15618—1995《土壤环境质量感染各种病害，导致种植区大量使用含C d化学物标准》中限值0•3 mg•kg_1 ),其中重度污染占质；由于原产地文山州耕地有限、.三七连作障碍等31%。

三:七具有较强的C d富集能力及转运能力，三原因，三七扩张种植到部分重金属含量超标区域，七须根、主根、茎和叶C d样品超过标准限值的比例导致三:七重金属含量过高的问题日益严重[10]。

分别为100%、81%、94%和94%。

三七种植土壤Cd
表1 三七中P b、C d、C u和Z n含量
Table 1P b, C d, Cu and Zn contents in Panax notoginseng
重金属
w/(m g.k g_i)
偏度峰度变异系数/%最小值最大值平均值标准差中值
Pb茎叶0.31 2. 44 1. 330. 56 1.430.02 _-0.7042. 1剪口 1.06 4. 87 3. 05 1. 30 2. 96_0.20 _-1.4942.6
根系0. 98 4. 86 2. 93 1. 33 2. 99_0.23 --1.4645.3
花果0. 35 2. 25 1. 170. 52 1.240. 16 --0. 4644. 1 Cd茎叶0. 040. 220. 110. 040. 110. 400. 2038.3剪口0. 120. 700. 370. 140. 40_0.01 --0. 1836. 8
根系0. 080. 640. 350. 140.38_0.25 --0.3069. 1
花果0. 030. 210. 090. 040. 08 1. 18 1.2648.5 Cu茎叶0. 408. 80 3. 09 2. 02 2. 400. 990. 6965.4剪口 3. 1010. 00 6. 09 1. 92 5. 850.49 _-0. 6231.6
根系 2. 3012. 80 5. 21 2. 44 4. 70 1.23 1.7646.9
花果0. 40 3. 90 1. 560. 82 1.450. 890. 9052.3 Zn茎叶 3. 1012. 70 6. 92 2. 87 6. 450.43 _-0. 8741.5剪口 6. 8022. 5013. 28 4. 3712. 850.44 _-0. 6532.9
根系 4. 5019. 4011. 11 3. 6210. 750.37 --0. 1632.6
花果 1. 8010. 30 4. 50 2. 09 4. 300. 820.3646.5
n -30。

表2 土壤和三七中P b、C d、C u和Z n含量的相关系数
Table 2Correlation coefficient of P b,C d, Cu and Zn contents in the soil with their respective ones in Panax notoginseng
重金属植株部位土壤总量可交换态碳酸盐
结合态
铁锰氧化
物结合态
有机物
结合态
残渣态
Pb根系0. 929 * *0. 540 * *0. 638 * *0.613**0. 759 * *0. 723 * *剪口0. 904 * *0. 544 * *0. 623 * *0. 593 * *0. 755 * *0. 709 * *
茎叶0. 814**0. 665 * *0. 459 * *0. 548 * *0. 595 * *0.587 **
花果0. 832**0. 704 * *0. 531 **0. 509 * *0. 591 **0.611 ** Cd根系0. 891 **0. 674 * *0. 625 * *0. 596 * *0. 649 * *0. 429 * *剪口0. 871 **0. 620 * *0. 586 * *0. 557 * *0. 651 **0. 425 * *
茎叶0. 842 * *0. 592 * *0. 520 * *0. 479 * *0. 685 * *0. 397 * *
花果0.618**0. 347* *0. 337 * *0. 331 **0. 405 * *0. 166* Cu根系0. 806 * *0. 1100. 0320. 307 * *0. 236 * *0. 475 * *剪口0. 875 **0. 0980. 0450. 257 * *0. 242 * *0.612**
茎叶0. 825 * *0. 1200. 1220. 269 * *0. 221 **0.516**
花果0. 851 **0. 1270. 0790. 243 * *0. 236 * *0.578 ** Zn根系0.487 **0. 0620. 373 * *0. 243 * *0. 458 * *0.335 **剪口0. 828 **0. 163 *0. 443 * *0. 259 * *0. 562 * *0. 675 * *
茎叶0. 506 * *0. 234 * *0. 288 * *0. 0730. 299 * *0.368 **
花果0. 390 * *0. 162*0. 389 * *0. 199*0. 254 * *0. 170*几=30。

*表示显著相关（P<0. 05) *表示极显著相关(P<0. 01)
•322-生态与农村环境学报第33卷
三七植株各部分Pl)、Cd、C u和Z n含量均存在 一定差异，表现为根系>剪口 >茎叶>花果。

根系不 仅是三七吸收重金属的主要器官，根系吸收的重金 属也能不断地迁移到茎叶和花果中，而且三七根系 作为药用的主要部位,其对重金属的累积将对三七 安全构成一定风险m。

三七对C d的吸收和积累将 必然影响三七的药用品质和药用成分的产量。

不同采样点植株中Pb、Cd、C u和Z n含量存在 一定差异，根系重金属含量表现为丘北>文山 >砚 山> 广南，说明土壤中重金属含量是影响三七对重 金属吸收和累积的主要因素。

各形态Pb、Cd、C u和 Zn含量以广南县最低,广南县三七中重金属含量低 是由于土壤重金属含量低所致。

林龙勇等[17]研究 表明，文山州矿产资源的不合理开发以及含重金属 农药的大量使用是文山州三七种植区土壤重金属 污染的主要原因。

文山州西北部存在砷矿,矿产的 开采可能导致土壤AS和C d等重金属含量增加，使 重金属含量的空间分布表现出西北高、东南低的特 点[MS-2。

]。

碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态pb 含量以及铁锰氧化物结合态C d含量以文山县最 高，可交换态C u含量以砚山县最高,表明文山县土 壤P b和C d的潜在污染风险较大，砚山县C u的生 物有效性较大，迁移转化能力较强，存在三七重金 属含量较高的风险。

其他各形态Pb、Cd、C u和Zn 含量均以丘北县最高。

刘德义等[21]对不同产地的 甘草、地龙、百台、白术、黄芩、黄柏和大枣C u和Zn 含量差异进行研究发现，天山以南地区生产的甘草 中Zn含量最高（34. 38 m g.kg—1)，兰州生产的甘草 中Zn含量最低（14.48 m g.kg-1)，上海地龙和广东 地龙中C u和Zn含量均高于海南地龙，这可能与产 地的土壤、水质和气候等环境条件有关。

同一产地 C u和Zn含量也有差别，内蒙古野生甘草中C u和 Zn含量高于种植甘草。

因此，丘北县三七产业的发 展需要进行更加详细的调查和布局，广南县可以考 虑作为三七发展的重要基地，砚山和文山县则需要 采取一定的措施降低土壤重金属的生物有效性，减 少土壤中重金属向三七迁移的风险。

4结论
对文山三七主产区土壤和三七中Pb、Cd、C u和 Zn含量的空间分布特征开展调查，结果表明：三七 各部位P b含量均符合标准要求;三七根系和剪口 Cd含量较高;三七植株根系和剪口 Pb、Cd、C u和Zn 含量较高。

土壤Pb、C d和C u含量超标率分别为 6.67%、53. 3%和13.33%，土壤Z n含量均未超标。

土壤Pb、C u和Z n以残渣态含量最高，其次为有机 物结合态和铁锰氧化物结合态含量。

土壤 Cd形态 以铁锰氧化物结合态为主，其次为碳酸盐结合态和 有机物结合态。

土壤和三七根系Pb、Cd、C u和Zn 含量表现为丘北>文山>砚山>广南。

广南县可以作 为三七发展的重要基地，其他区域需要采取一定的 措施减少土壤重金属向三七的迁移，以保障三七的 安全生产。

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作者筒介：祖艳群（1966—），女，湖南沅江人，教授，博士，主要从事环境生态学研究。

E-m ail: zuyanqun03 @
(责任编辑：许素）。