柳文广

(福建省地质调查研究院，福建 福州 350013)

前 言

畲族是我国一个古老的少数民族，多居住于我国东南部的山区中，属亚热带湿润季风气候，气候温和，冬暖春早，无霜期长，雨量充沛，自然条件有利于药用植物生长繁殖。畲族药用植物种类繁多，资源丰富，畲药研究团队曾收集畲药1600个品种，病名450个、处方1016个[1]，其中常用畲药植物520种，主要分布在我国东南部海拔200～1500 m，畲族特有药用植物11种，分属于144个科，312个属、494种、2个亚种、17个变种、3个类型和1个栽培变种。

中华畲药种植培育基地位于宁德市北山村，背靠“八仙境”和上金贝景区，莲花山北坡，海拔130～240 m，奇峰异石林立，生态环境优美，畲族传统中草药资源丰富。2010年以来，利用山地种植30多种中草药，面积200多亩，同时建立了多达200多种的畲药盆景培育基地，目前基地实现规模化种植的中草药品种主要有牛奶树、六月雪、黄栀、铁皮石斛等。

土壤质量是指土壤在生态系统的范围内，维持生物的生产能力、保护环境质量及促进动植物健康的能力[2]，土壤质量无法直接测量，但可通过某些重要影响因子反映其优劣[3]。本文从土壤养分与环境地球化学两个可量化的指标上评价土壤质量。而中草药重金属等微量元素的生物学作用、生理功能和临床应用研究逐渐成为新的课题。开展中华畲药种植培育基地的土壤养分和环境指标含量特征研究，科学量化土壤地球化学质量，旨在服务于畲药的种植培育、临床功效、开发利用等研究。在种植培育时，通过研究土壤质量、调节土壤环境条件，以改良畲药的药理药性，为我国畲药事业的传承与发展提供基础研究数据。

1 材料与方法

本次研究选取的样品有：均匀分布于面积约0.54 km2种植基地的表层土壤样品10个(图1)，规模化种植地的中草药、茶叶等农作物7个，配套根际土壤样品7个，采样时间安排在无风晴天，避开病虫害及农药化肥施用期，农作物为生长成熟期。

1.1 采样背景

1.1.1地质背景 主要发育早白垩世肉红色少斑中细粒正长花岗岩(K1Mξγ)，岩石风化强烈，风化带厚度大于2 m。据1∶25万福州市幅区调报告：属玛坑超单元宁德岩体，岩石主要由钾长石(45～55%)、斜长石(15～25%)、石英(25～33%)组成，不含或少含黑云母(0～2%)，玛坑超单元中Pb的平均含量为32.84×10-6，相比酸性岩维氏值20×10-6较富集，Cr为16.94×10-6，相对略低。

1.1.2土壤类型 耕种黄壤位于低山缓坡地上，黄壤土耕层较深厚，质地较粘重，土壤脱硅富铝化和生物富集两个过程较弱，土壤粘粒(<0.002 mm)部分的硅铝率和硅铁率较高。周边根际土壤样品测试结果：pH为4.46，有机质23.7 g·kg-1，全氮1.20 mg·kg-1，全钾14.30 mg·kg-1，全磷401.75 mg·kg-1，全铁30.7 mg·kg-1，速效钾128.63 mg·kg-1，有效磷11.49 mg·kg-1，碱解氮117.58 mg·kg-1。

1.2 样品布设与采集方法

1.2.1农作物样品 重金属的富集达到一定程度不仅降低农作物的产量和质量，并且严重威胁生态系统和人类的安全[4]。因此本次采集规模化种植的白牛奶、红牛奶、满天星三种代表性的药用植物进行测试，其中规模最大的白牛奶选用2个样品，另在基地周边环绕的茶园、果园采集茶叶样品1个，脐橙1个，蜜柚1个作为对比。

按中草药种植区规模等分三个采样区，多点随机采样法采集，随机选择无检疫性病虫害的植株10个以上，摘取果实、叶、根等药理部位，组合成1个样品，用清水清洗污物及灰尘，湿重大于2 kg，保鲜袋包装后当日送达实验室。茶叶、脐橙和蜜柚则采集茶叶与果实部位，其余方法与中草药相同。

1.2.2土壤样品 土壤样品分为均匀分布的10个样品和7个根际配套土壤样品。前者按照网格划分法等密度采集，即将0.54 km2面积9等分后，以土地利用类型中果园、耕地为重点进行部署，后者与农作物采样点相同。

配套土壤样品在采样植株根际附近采集，去除地表杂物，自地表垂直向下20 cm连续均匀采样，剔除动植物残留体、砾石等，将多点采集的子样等份组合为1个样品，混合均匀后在日光下晒、晾干，碾压至自然粒级状态，充分过20目尼龙筛，干重大于0.5 kg送至实验室[5]。均匀分布的土壤样品采用“S”或“X”型分别采集4～6个子样后进行等份组合。

1.3 测试方法

1.3.1土壤样品 样品性状为干粉状，各指标使用的仪器主要有：pH使用pHS-3C酸度计，F使用PXSJ-216离子计，有机质、N使用瑞士Mettle-200天平，B、Mo使用光栅摄谱仪，Hg使用XGY-1011A原子荧光光度计，Se、As使用原子荧光光谱仪，Cd、Co使用XSeriesⅡ等离子质谱仪，其余元素使用菲利普PW2440 XRF。测试质量监控pH执行LY/T 1239-1999、其余均执行DD2005-01的相关规定。

1.3.2农作物样品 Hg元素选用的测试仪器为XGY-1011A原子荧光光度计，其余元素采用XSeriesⅡ等离子质谱仪，测试质量监控均执行DD2005-03中的相关规定。

2 结果与分析

2.1 测试结果

将实验室测定的结果统计分析：以各指标平均值为基准，各指标均未偏离±3倍的标准离差范围，17个土壤样品和7个农作物样品未出现极端异常，表明采样代表性良好，测试误差较小，数据可靠，土壤样品测试成果如表2，农作物样品如表3。

表1 土壤样品测试成果统计表Tab.1 Result of soil sample test

注：指标均为全量，pH无量纲，其余单位均为mg/kg，下同。

表2 农作物样品测试成果统计表Tab.2 Result of crop sample test

2.2 土壤成分含量特征

2.2.1养分指标 全部土壤样品的pH值均小于6.5，其中小于5.0的占比82.35%，5.0～6.5之间的占比17.65。将所有样品的12个养分指标进行计算评价，根据规定的分等定级标准，其丰缺等级标准划分为五级，1～5级分别对应丰富、 较丰富、中等、较缺乏和缺乏，评价结果显示：有机质为总体稍缺(表3)，大量元素中N为适中、P为较缺乏、K为丰富。微量元素Mo、Cu丰富，Se、Zn较丰富，Mn较缺乏，F、B、Fe缺乏。

表3 土壤养分指标分等定级统计表Tab.3 Soil nutrient index grading

注：分等定级标准采用规范DZ/T 0295-2016。Cu、Zn、F同属养分与环境评价指标。

表4 部分二级标准值一览表Tab.4 List of Some Second Level Standard Values

注：二级标准值采用GB 15618-1995。

2.2.2环境指标 根据现行土壤环境质量标准的二级标准值(表4)，采用内梅罗指数法计算，评价指标小于1的样品为一、二等，低于限值，满足“保障农业生产、维护人体健康”的要求。土地利用方式分为耕地和果园两类，全部为旱地，且pH小于6.5的酸性土壤。

本次采样有6个土壤样品位于耕地中，占比35.30%，11个位于园地，占比65.7%。其中耕地部分土壤样品Cu超限，其中清洁、轻微污染与轻度污染各2个，分别占比11.76%，无中度和重度污染，总体为轻微污染；园地土壤样品全部为清洁。

Co、V元素未见相关限制标准，其余Zn、Mn、Ni、As、Cd、Cr、Hg、Pb等指标全部为一等，评价均为清洁。

2.3 土壤质量评价

土壤质量是指土壤肥力质量、土壤环境质量及土壤健康质量三方面的综合量度[2]，其好坏取决于土地利用方式、生态系统类型、地理位置、土壤类型、以及土壤内部各种特征的相互作用。本次采用土地质量地球化学评价规范(DZ/T 0295-2016)，从土壤本身的养分与环境两类指标进行评价。

以土地利用现状图的图斑为评价单元，有样品的图斑采用图斑内所有样品含量平均值作为该指标的取值，无样品的图斑采用类比法赋值，参照对象为周边具有相似地质背景、土壤成因、土地利用现状等条件的图斑。养分评价依照公式①，采用N、P、K指标等级(表3)的权重之和划分5个等级(表5)，得出每个评价单元的养分等级。环境评价采用单指标最差等级赋值法，评价指标同样划分为5个等级(表5)。最后在MAPGIS系统中将各评价单元的评价结果分别进行投影，分别绘制土壤养分地球化学评价略图(图2)和土壤环境地球化学评价略图(图3)，统计表明：土壤养分评价总体中等，环境评价总体清洁(表6)。

①

式中：f养—养分评价指数；ki—N、P、K权重系数，分别为0.4、0.4、0.2；fi—单指标等级得分。

表5 土壤养分与环境等级划分标准Tab.5 Standard for classification of soil nutrients and environment

注：评价等级标准采用规范DZ/T 0295-2016。

表6 各等级评价面积占比一览表Tab.6 List of rating areas of each level

以土壤养分等级和土壤环境等级为基础，以环境评价等级权重占优将两者叠加分析，按照一定的表达式进行评价[6]，得出各评价单元的土壤质量地球化学综合等级，在MAPGIS系统中投影后绘制土壤质量地球化学评价图(图4)。统计显示：研究区以优质土壤为主，其次为良好，无劣等土壤(表6)。

2.4 中草药重金属富集特征

由于药用植物中重金属元素的作用尚无定论，国家并未制定统一的限量标准，本文仅研究中草药对土壤中重金属元素的富集作用。植物从土壤中吸收、富集的重金属，可以用富集系数来反映植物对重金属富集程度的高低或富集能力的强弱[7]。富集系数的计算方法：将每个元素在中草药中的含量除以土壤中该元素的含量，即为各重金属的富集系数。

注：1耕地；2园地；3建设用地；4林地；5土壤样品；6农作物及根际土壤样品图1 研究区采样位置图Fig1 DrawingofSamplingLocationinResearchRegion 注：1较丰富；2中等；3较缺乏；4缺乏图2 研究区土壤养分地球化学评价略图Fig2 SketchofSoilNutrientGeochemicalAssessmentinResearchRegion 注：1清洁；2轻微污染；3轻度污染；4中度污染图3 研究区土壤环境地球化学评价略图Fig3 SketchofSoilEnvironmentalGeochemicalAssessmentinResearchRegion 注：1优质；2良好；3中等；4差等图4 研究区土壤质量地球化学评价略图Fig4 SketchofSoilQualityGeochemicalAssessmentinResearchRegion

表7 农作物重金属含量一览表Tab.7 Crop Heavy Metal Content List

2.4.1重金属含量特征 测试结果显示(表7)：①各重金属含量中草药普遍最高，茶叶其次，水果中最低，且中草药多高出水果10倍。②Hg含量均为最低，中草药、茶叶为(3～6)×10-9，而水果均小于0.5×10-9。③中草药满天星的重金属含量普遍高于白牛奶和红牛奶，尤其是Pb含量高出2～40倍。

2.4.2富集特征 计算结果显示(表8)，土壤中6种重金属元素在农作物中的富集系数由高到低为：茶叶、水果：Cd>Hg(Se)>Se(Hg)>Cr>Pb>As；中草药：Cd>Se(Pb)>Pb(Se)>Hg>Cr>As。

与水果、茶叶相比，中草药重金属富集程度主要呈现以下特征：①中草药各重金属富集普遍最高，茶叶其次，水果中最低。②Cd富集均为最高，As均为最低，但不同类型作物相差较大。其中Cd中草药为2～8，茶叶其次，水果仅0.1～0.3；As中草药(3～10)×10-3，茶叶其次，水果仅(0.4～0.6)×10-3。③除Cd和As外，其他元素富集系数相差较大，中草药多为0.02～0.20，水果多为0.001～0.03。④富集系数超过1的仅有中草药中的Cd元素。

表8 土壤重金属元素在农作物中的富集系数Tab.8 Enrichment Coefficient of Soil Heavy Metal Element in Crops

2.4.3富集因素分析 从生物地球化学角度看，植物中重金属元素的积累，与元素的地球化学分布、迁移、地质背景及土壤母质的化学成分、性质有关[7]。中草药Cd元素的富集系数均大于1，表明中草中Cd元素的含量超过土壤中的含量，该元素在植物体内具有生物积累作用，且红牛奶的积累作用大于白牛奶。所有农作物的As元素的富集程度均最低，值域小于0.01，表明土壤中的As元素较少进入植物体内。

Cd、Pb等重金属元素是植物体不需要的元素，但许多植物都能从水和土壤中摄取并在体内积累，积累量取决于成土母岩含量、根际环境的元素形态与植物的吸附能力。土壤中重金属以水溶态、交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态及结晶态等多种形态存在，其中水溶态和可交换态是普通植物吸收重金属的主要来源[8]，而影响有效态含量的环境条件主要有根际pH、Eh、微生物群系等。如降低pH值可以增加土壤重金属的溶解与释放，提高重金属(Cd、Zn、Ni、Mn、Pb、Cu)的生物有效性，而碱化作用能提高As、Cr、Mo、Se等移动性[9]。氧化还原地位影响着土壤中变价金属元素如Mn、Hg、Cr、As的溶解与固定，进而影响吸附其表面的其他重金属生物可利用性，如在缺Fe和Cu条件下，豌豆植物的根系通过专性原生质膜结合的金属还原酶还原Fe和Cu，增加植物对Fe、Cu、Mn、Mg的吸收[10]，植物对土壤中重金属元素的吸附主要通过根系完成，其积累作用的适应能力也通过根系得以体现，根系的活化与解毒机制决定了植物体内重金属元素的种类、含量高低、吸附能力、迁移速度等[11]。药用植物根际的固氮菌、解磷菌、铁细菌和硫细菌等微生物可促进植物转化和吸收各种元素[12]，而改变根际微生物生态，从而影响根际营养循环，也可以妨碍植物的生长和发育[13]，根际微生物群落结构失调及病原菌数量增加还能造成药用植物连作障碍[14]。因此，研究植物的根际土壤环境条件有助于改良中草药对重金属元素的吸附能力，在种植培育上优胜劣汰。

3 结 论

中华畲药基地土壤总体呈酸性、有机质稍缺、N适中、P较缺乏、K丰富，微量元素Mo、Cu丰富，Se、Zn较丰富，Mn较缺乏，F、B、Fe缺乏。养分等级中等，环境等级清洁，土壤质量以优质为主，无劣等，适宜规模化种植中草药，发展优势特色农业，推动“福建省级非物质文化遗产”畲药的传承与发展。

茶叶、水果的富集系数由高到低为：Cd>Hg(Se)>Se(Hg)>Cr>Pb>As；中草药：Cd>Se(Pb)>Pb(Se)>Hg>Cr>As。部分重金属元素在中草药体内的积累量取决于成土母岩含量、根际环境的元素形态与植物的吸附能力，研究土壤质量与根际pH、Eh、微生物群系等环境条件，在中草药种植培育时可达到减少中草药重金属元素含量的目的。

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