陶珊，彭芳，施田田，袁灿，张啊康，王灿，吴宇，刘健，张超*

1.四川省农业科学院 经济作物育种栽培研究所，四川 成都 610300；2.四川大学 生命科学学院，四川 成都 610065；3.广元市农业农村局，四川 广元 628017

川芎为伞形科植物川芎LigusticumchuanxiongHort.的干燥根茎[1]，具有活血行气、祛风止痛的功效，被誉为“血中气药”[2]。川芎作为重要的川产道地药材，在四川种植面积超10万亩(1亩≈666.67 m2)，年产销量在2万吨以上。然而近年来，川芎因检测出重金属镉(Cd)含量超标而导致出口受阻[3]。已有的研究结果显示，川芎主产区药材Cd含量普遍超标(>0.3 mg·kg-1)。Cd以多种化学形态存在土壤中，其中易移动的活性态Cd能被植物直接吸收，是植物中Cd含量升高的主要原因[4-5]。川芎根茎对土壤中Cd有着较强的富集作用，这也是导致Cd污染的重要原因之一[6-7]。因此，修复Cd污染土壤是控制川芎Cd含量超标的一个重要途径。

施用钝化剂是常用的治理重金属污染土壤的方法。其修复原理为改变土壤中重金属的存在形态，使其钝化，降低重金属迁移性和植物有效性，以减小重金属对植物的毒性[8-9]，此技术的关键在于钝化剂的选择。1977年，Naidu等[10]最先报道了在Cd污染的土壤上施用碱性物质(如石灰)，能使土壤中重金属有效态含量降低约15%，从而使酸性土壤中可被植物利用的Cd的活性降低，减少作物对Cd的吸收。本研究选用3种钝化剂，对Cd污染的川芎田块进行修复改良，探索3种钝化剂及不同施用浓度对川芎生长和品质的影响以及降Cd效果，以期获得川芎栽培中适宜的重金属钝化剂和施用浓度，为解决川芎Cd含量超标问题提供科学依据。

1 材料

供试川芎材料为彭州敖平镇的栽培品种。3种供试钝化剂(A、B、C)均为四川大学徐恒教授课题组配制，主要成分及配比见表1。

表1 3种钝化剂组成

2 方法

2.1 田间试验设计

2017年9月，将A、B、C 3种钝化剂分别设置低、中、高3种施用量，分别对应为3000 kg·hm-2(代号为A1、B1、C1)、5250 kg·hm-2(代号为A2、B2、C2)、7500 kg·hm-2(代号为A3、B3、C3)，对照组(CK)为不添加任何钝化剂，共计10个处理。每个处理3次重复，共30个小区，随机区组排列，小区面积20 m2。小区规划好后，按照各处理要求撒施钝化剂，翻地混匀，1周后待钝化剂与土壤充分接触后播种川芎。

2.2 样品采集

川芎出苗后每月动态取样，采用“五点取样法”对各小区进行样品采集，同一小区的样品混合。

2.3 生长指标测定

川芎出苗后于每月20日左右分小区测定川芎株高、分蘖数、地上部分鲜质量和地下根茎鲜质量，每小区测定5株。

2.4 样品制备

将川芎叶片和地下根茎分离，洗净、40 ℃烘干、粉碎过60目筛，密封低温保存备用。

2.5 主要成分测定

采用高效液相色谱法测定川芎根茎和叶片中阿魏酸、藁本内酯和洋川芎内酯A含量。

2.5.1色谱条件 Agilent Zorbax C18色谱柱(150 mm×4.0 mm，5 μm)；流动相为0.1%磷酸水(A)-乙腈(B)进行梯度洗脱(0～20 min，90%～73%A；20～21 min，73%～55%A；21～45 min，55%～35%A；45～55 min，35%～90%A)；流速：1 mL·min-1；柱温：30 ℃；进样量：10 μL。阿魏酸、洋川芎内酯A、藁本内酯的检测波长分别为321、280、321 nm。

2.5.2供试品溶液的制备 参照《中华人民共和国药典》2015年版制备川芎供试品溶液[1]。

2.6 Cd含量测定

川芎根茎和叶片中Cd含量采用石墨炉原子吸收光谱测定方法(GB 5009.15—2014)进行测定。

2.7 统计分析

应用Excel 2010进行试验数据计算整理及图表绘制，采用DPS V17.10高级版对数据进行统计分析。

3 结果

3.1 3种钝化剂对川芎生长和产量影响

对川芎收获期根茎鲜质量、地上部分鲜质量、株高和分蘖数等生长指标进行测定(表2)。结果表明，A、B、C 3种钝化剂施用后，整体上对川芎的生长都有一定的促进作用，根茎鲜质量、地上部分鲜质量、株高和分蘖数与CK相比都有所提高。其中，A钝化剂的促进作用尤其明显，将A、B、C钝化剂的3个处理水平进行平均得出，A钝化剂处理后产量(根茎鲜质量)比CK增加31.09%；C钝化剂其次，增产16.94%；B钝化剂增产15.18%。其中，A1、A2处理极显著提高川芎的产量，分别比CK提高57.44%和30.34%，C2、B1处理也显著提高了川芎的产量，分别比CK提高25.68%和24.18%。其他处理的产量均比CK有所提高，但增产不显著。

表2 不同处理对川芎生长指标影响

A1、A2、B3、C2处理能显著增加川芎地上部分鲜质量，其他处理增加地上部分鲜质量不显著。所有钝化剂处理均能增加川芎分蘖数。其中，C2处理分蘖数比CK增加了106.57%。所有钝化剂处理均能提高川芎株高，但差异无统计学意义。

3.2 3种钝化剂对川芎主要化学成分含量影响

川芎的3种主要成分(阿魏酸、洋川芎内酯A、藁本内酯)含量测定结果显示，3种钝化剂对川芎主要成分的影响不明显(表3)。所有处理中，只有A1处理对3种有效成分含量有增加效应，但增加不显著。阿魏酸、洋川芎内酯A、藁本内酯质量分数分别增加6.65%、1.44%、1.98%。

表3 川芎各处理主要成分质量分数

3.3 3种钝化剂对川芎根茎Cd含量影响

川芎根茎中Cd积累情况见图1，A、B钝化剂能降低川芎根茎中Cd含量，B钝化剂处理的川芎Cd含量平均比CK降低18.80%，A钝化剂处理的川芎Cd含量平均比CK降低8.27%，C钝化剂处理的川芎Cd含量反而比CK高。B3、B2、B1、A2、 A1、A3处理均能显著降低川芎根茎Cd含量，分别比CK降低了25.56%、18.05%、13.53%、9.77%、8.27%和6.02%。C1、C2、C3 3个处理极显著提高川芎根茎Cd含量，分别比CK提高21.05%、39.10%和77.44%。

图1 川芎根茎中重金属Cd积累情况

3.4 3种钝化剂对川芎叶片Cd含量影响

川芎叶片中Cd积累情况见图2，降Cd效果最好的是B钝化剂处理，整体比CK降低了15.92%，其次为A钝化剂处理，比CK降低了5.71%，C钝化剂处理反而增加了川芎叶片中Cd含量。B2、B3、B1、A3、A2处理极显著地降低了川芎叶片中Cd含量，分别比CK降低18.92%、17.12%、11.71%、9.01%、5.41% 。A1处理能显著降低川芎叶片中Cd含量，比CK降低2.70%。C1、C2、C3 3个处理反而极显著提高川芎叶片中Cd含量，分别比CK提高46.85%、54.95%和64.86%。

图2 川芎叶片中Cd积累情况

3.5 川芎根茎中Cd含量动态变化

通过动态取样测定结果可以看出(图3)，川芎根茎中，Cd含量在1、2月有一定降低，整体是呈逐渐上升的趋势，到收获期Cd含量达到最高值。在施用钝化剂A、B后，川芎根茎中的Cd含量在各时期相对CK都有下降。其中，施用A钝化剂的川芎在收获期根茎Cd含量比CK降低了8.27%。B钝化剂施用后效果更好，收获期根茎中镉含量比CK降低18.80%，而C钝化剂在施用后，川芎根茎中的Cd含量不降反升。

图3 不同钝化剂处理下川芎各生长期根茎Cd含量变化趋势

3.6 川芎叶片中Cd含量动态变化

川芎叶片中Cd含量呈现先降低后上升的趋势(图4)，A、B和CK处理叶片Cd含量在2018年3月20日降到最低，C处理叶片中Cd含量在2018年4月20日降到最低，到5月收获期所有处理叶片中Cd含量都有所上升。其中，CK在2018年3月比2017年10月时Cd含量降低了61.32%。施用A钝化剂后在2018年3月份相比2017年10月Cd含量降低了69.53%，施用B钝化剂后在2018年3月相比2017年10月Cd含量降低69.96%。

图4 不同钝化剂处理下川芎各生长期叶片Cd含量变化趋势

4 讨论

本研究中，施用3种钝化剂后，川芎根茎鲜质量、地上部分鲜质量、株高和分蘖数与CK相比都有所提高。A钝化剂对产量的促进效果相对更好，在施用中、低浓度时能极显著地提高川芎的根茎鲜质量，这与四川大学前期的川芎盆栽试验得出的结果是一致的[11]。这可能是由于3种钝化剂中的主要成分(如膨润土、生物炭、磷酸盐等)能够吸附大量可交换态重金属离子并含有丰富的土壤养分元素及微量元素，可以增加土壤有机质、提高土壤肥力，从而促进川芎的生长，提高川芎产量。而3种钝化剂对川芎的主要成分(阿魏酸、洋川芎内酯A、藁本内酯)含量没有明显的影响，说明3种钝化剂施用不会降低川芎品质。

施用A、B 2种钝化剂对川芎根茎和叶片都有一定的降Cd效果。通过动态取样结果来看，川芎根茎中重金属Cd含量在整个生长期呈逐渐上升的趋势，到收获期Cd含量达到最高值；而川芎叶片中Cd含量则呈现先降低后上升的趋势，在3—4月达到最低值。从川芎根茎Cd积累的情况来看，B钝化剂的降Cd效果最好，A钝化剂次之，按照降Cd效果排序为B3>B2>B1>A2>A1>A3；而从叶片中Cd积累的情况来看，也是B钝化剂降Cd效果最好，A钝化剂次之，按照降镉效果排序为B2>B3>B1>A3>A2>A1；C钝化剂处理后川芎根茎和叶片中Cd含量反而比CK有所增加。这可能与A、B钝化剂中的主要成分膨润土、生物炭有关。膨润土是一种以蒙脱石为主要矿物组成的黏土岩，具有较大的比表面积，对于重金属离子的吸附能力很强；而生物炭主要通过提高土壤pH来增加对重金属离子的吸附作用；两者均为吸附重金属离子的重要成分，相对来说膨润土对重金属离子的吸附能力更强[12]。徐奕等[13]研究表明，在盆栽和大田条件下，施用膨润土可降低土壤Cd交换态含量，水稻各部分Cd 含量总体上随膨润土施加量的增加而降低。本研究中，3种钝化剂中B处理的膨润土成分占比高达85%，这可能是导致B处理对川芎的降Cd 效果最佳的原因；A钝化剂中，膨润土占58%、生物炭占38%，两者占比达到96%，对川芎根茎和叶片的降Cd效果也比较明显；而C钝化剂中，膨润土占40%、生物基质和复合肥占比分别为26%、17%。何其辉等[14]研究表明，施用商品有机肥、复合肥能显著增加土壤有效态Cd含量，因此，可能是由于C钝化剂中生物基质和复合肥的施入增加了土壤中有效态Cd含量，从而导致川芎根茎和叶片中的Cd含量增加。

本研究结果表明，在川芎的实际生产中可以适当地选用膨润土占比较高的B钝化剂和A钝化剂，施用量为3000～5000 kg·hm-2。既可以对川芎产量有较好的促进作用，也能显著降低川芎药材中的Cd含量。