何方永，曾其國，彭培好

（1.成都理工大學(xué)生態(tài)資源與景觀研究所，四川成都610059；2.成都大學(xué)旅游文化產(chǎn)業(yè)學(xué)院，四川成都610106，3.成都師范學(xué)院生物科學(xué)系，四川成都610041）

0 引言

重金屬元素在巖石－土壤－植物系統(tǒng)的累積與遷移受地層條件影響［1－2］，了解不同地層條件下土壤－農(nóng)作物中重金屬含量與污染狀況，有助于篩選優(yōu)質(zhì)地質(zhì)背景區(qū)種植農(nóng)產(chǎn)品，提高經(jīng)濟效益。鉛是一種毒性較大的重金屬，可通過土壤－植物系統(tǒng)致使植物生長緩慢并通過食物鏈進入人體威脅人類健康［3］。因此，鉛在土壤－作物系統(tǒng)中的累積及效應(yīng)受到廣泛關(guān)注。羅漢果主產(chǎn)于廣西永福、臨桂和龍勝等縣，為廣西著名土特產(chǎn)品，少數(shù)學(xué)者對羅漢果中重金屬銅和鎘的含量進行了分析，評價了羅漢果的藥用安全性［4］，但關(guān)于不同地層條件下土壤－羅漢果系統(tǒng)中鉛的分布與污染研究尚未有報道。據(jù)此，本研究通過實地采樣，分析廣西羅漢果產(chǎn)區(qū)不同地層下土壤－羅漢果系統(tǒng)中鉛含量特征，運用地質(zhì)累積指數(shù)法評價羅漢果產(chǎn)區(qū)土壤鉛污染程度，運用單項指數(shù)污染法評價了羅漢果根、莖、葉、果的鉛污染程度，為羅漢果的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 研究方法

研究區(qū)位于桂北龍勝縣、臨桂縣、永福縣。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)志，研究區(qū)主要地層為元古界上板溪群（P）；震旦系并層，未分（湘桂邊境組Z）；前寒武紀(jì)混合花崗巖（γ2）；寒武系清溪組（∈q）；寒武系邊溪組（∈b）；泥盆系蓮花山組與那高嶺組并層（D1）；泥盆系郁江組與東崗嶺階并層（D2）；白堊系紅色碎屑巖（K）等［5］。

1.1 樣品采集

根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)圖并結(jié)合野外考察選擇代表性羅漢果種植地，于8個地層土壤表層采集土壤樣品，采集深度約為表層0～60 cm的土柱，以采樣點為中心，于30 m半徑范圍內(nèi)采集5個點的土柱并合為1件樣品，每件土壤樣品1 kg，土壤樣品經(jīng)過前處理、風(fēng)干、磨細過160目尼龍篩。土壤中重金屬元素鉛的檢測方法為電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS），原子發(fā)射光譜法（AES）檢出限為0.02μg／m L；在土壤采樣點，選取100 cm×100 cm的樣方進行羅漢果采樣，樣地與地邊距離在1 m以上，采樣羅漢果植株應(yīng)健康，無病蟲害，采集羅漢果根、莖、葉、果4個不同器官的植物樣品，貼上標(biāo)簽，存于保鮮袋中迅速冷藏待測。以原子熒光法測定羅漢果不同器官中鉛含量，檢出限為0.001μg／mL［6］。

1.2 評價方法與標(biāo)準(zhǔn)

采用地質(zhì)累積指數(shù)評價羅漢果產(chǎn)區(qū)土壤鉛污染程度。地質(zhì)累積指數(shù)又叫Muller指數(shù)，是德國海德堡大學(xué)Muller教授于20世紀(jì)60年代提出的一種用于研究水環(huán)境沉積物中重金屬元素污染狀況的評價方法，并逐漸應(yīng)用于其他沉積物重金屬污染程度評價［7］。地質(zhì)累積指數(shù)側(cè)重于反映單個元素的污染程度，屬于單項污染指數(shù)［8］。其計算公式如下：

式中，Igeo為地質(zhì)累積指數(shù)；Cn為元素n的實測值，mg／kg；1.5為修正指數(shù)，是考慮到區(qū)域巖石差異可能引起背景值的波動而設(shè)的；Bn為地球化學(xué)背景值，mg／kg，本研究將該值取為廣西A層土壤鉛元素背景中位值19.5 mg／kg。地質(zhì)累積指數(shù)通過級別劃分確定污染程度，廣泛使用的分級標(biāo)準(zhǔn)是Forstner提出的7級劃分法，具體劃分標(biāo)準(zhǔn)見文獻［8］。

采用單項污染指數(shù)評價農(nóng)產(chǎn)品或植物重金屬污染程度。計算公式為：

式中，Pi為污染物i的單項污染指數(shù)；ci為被測對象中污染物i實測值；si為污染物的評價標(biāo)準(zhǔn)。鉛的評價標(biāo)準(zhǔn)采用對外貿(mào)易經(jīng)濟合作部《藥用植物及制劑進出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》，其限量值標(biāo)準(zhǔn)≤0.2 mg／kg。當(dāng)Pi≤1為非污染；當(dāng)1≤Pi＜2時為輕度污染；當(dāng)2≤Pi＜3時為中度污染；當(dāng)Pi＞3時為重度污染［8］。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地層土壤鉛含量特征

表1為不同地層土壤中鉛元素含量，由表1可看出：研究區(qū)8個地層土壤中，Pb平均含量排序為：∈q＞∈b＞γ2＞Z＞D1＞D2＞K＞P，∈q地層鉛含量最高，為46.7 mg／kg，D2地層含量最低，為17.5 mg／kg，最大值為最小值的2.67倍。各地層最大值為最小值的1.05～1.49倍，表明各地層中鉛含量變化不大。就變異系數(shù)而言，γ2＞D1＞D2＞P＞∈q＞Z＞K＞∈b，其中，γ2地層最大，∈b地層最小，但均未超過30%，同樣表明各地層土壤鉛含量分布差異不大，可以推測不存在明顯的點污染，各地層土壤中鉛的來源較為一致。但8個地層的土壤Pb含量均值都大于廣西土壤背景值。將各地層土壤鉛元素平均含量與國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)比較，所有土壤樣點均未受到鉛污染，其中，∈b、∈q地層中的鉛含量達到二級標(biāo)準(zhǔn)，僅約為標(biāo)準(zhǔn)值的1／7、1／6；其余6個地層土壤中鉛含量達到國家土壤一級標(biāo)準(zhǔn)。

表1 不同地層土壤中鉛元素含量 m g／kg

2.2 羅漢果產(chǎn)區(qū)不同地層土壤鉛污染評價

表2為不同地層土壤鉛Muller指數(shù)評價分級，由表2可看出：羅漢果產(chǎn)區(qū)土壤Pb污染級別均為1級，污染程度為無污染，僅在∈q地層個別土壤樣點處為2級污染級別，土壤受到輕度污染。以均值排列，各地層Igeo值依次為∈q＞∈b＞γ2＞Z＞D1＞K＞P＞D2，∈q地層污染指數(shù)最高，D2地層的污染指數(shù)最低。桂林羅漢果產(chǎn)區(qū)土壤總體上無鉛污染。

表2 不同地層土壤鉛Mu ller指數(shù)評價分級

2.3 羅漢果不同器官鉛含量特征

不同地層中羅漢果不同器官鉛的含量特點見表3，由表3可看出：①不同地層中羅漢果各器官對鉛元素有不同程度的累積。羅漢果根部鉛含量為2.69～9.82 mg／kg，不同地層中含量關(guān)系為：Z＞∈q＞γ2＞∈b＞D1＞D2＞K，Z地層含量最高，K地層最低。莖部鉛含量為1.17～6.47 mg／kg，在各地層中排序為：Z＞γ2＞∈q＞∈b＞D1＞K＞D2中，Z地層含量最高，D2地層含量最低。葉部鉛含量為：3.52～ 10.7 mg／kg，地層間排序為：D1＞D2＞∈q＞∈b＞γ2＞Z＞K，D1地層最高，K地層最低。果實中鉛含量為0.001 7～0.007 6 mg／kg，地層間排序為D2＞γ2＞Z＞D1＞∈b＞P＞K＞∈q，以D2地層含量最高，∈q地層含最最低。就各器官鉛累積總量而言，大小順序依次為：Z＞D1＞∈q＞γ2＞D2＞∈b＞K＞P，Z地層最高，P地層最低。②同一地層中羅漢果各器官以果實中鉛含量最低，大多數(shù)地層中，鉛含量以葉部最高。P、∈b、D1、K、D2等5個地層中鉛含量在羅漢果各器官中的大小順序為葉＞根＞莖＞果，葉片中鉛含量最高。Z地層為：根＞莖＞葉＞果?！蕅地層為：根＞葉＞莖＞果。γ2地層為：莖＞根＞葉＞果。

表3 不同地層下羅漢果不同器官Pb含量特征 m g／kg

2.4 不同地層羅漢果不同器官對鉛的富集、轉(zhuǎn)移特征

表4 羅漢果各器官間及其與土壤鉛含量相關(guān)性分析

為了明確羅漢果各器官與土壤鉛含量及各器官間鉛含量的關(guān)系，對羅漢果各器官間及其與土壤鉛含量間進行了相關(guān)性分析，結(jié)果見表4。由表4可以看出：根、莖、果實鉛含量與土壤鉛含量相關(guān)性顯著（P＞0.05），呈正相關(guān)，但葉的鉛含量與土壤相關(guān)性不顯著，表明葉片中鉛含量除從土壤中經(jīng)根部運輸而來外，還可能受到其他因素的影響。羅漢果各器官之間，根－莖鉛含量相關(guān)性極為顯著，莖－葉、莖－果相關(guān)性不顯著，表明葉、果中鉛含量受其他外界因素影響。

為進一步反映羅漢果對鉛的富集與轉(zhuǎn)移能力，計算了羅漢果地上部分對鉛的富集因數(shù)（BAC）（植物器官重金屬含量與土壤中重金屬含量的比值）和轉(zhuǎn)移因數(shù)（BTC）（植物某一器官的重金屬含量與上一承運器官的重金屬含量的比值）。BAC反映了植物對某種重金屬的富集能力，富集因數(shù)越大，表明其富集重金屬的能力越強。用BAC1、BAC2、BAC3、BAC4分別表示羅漢果根、莖、葉、果4個部位對鉛元素的富集能力。轉(zhuǎn)移因數(shù)反映了重金屬在植物體內(nèi)各器官之間被吸收的能力。用BTC1（羅漢果莖中鉛含量／根部鉛含量）、BTC2（羅漢果葉中鉛含量／莖中鉛含量）、BTC3（羅漢果果實中鉛含量／莖中鉛含量）分別表示鉛在根－莖、葉－莖、莖－果實間的遷移能力。

表5為不同地層羅漢果各器官的富集因數(shù)與轉(zhuǎn)移因數(shù)。由表5可看出：羅漢果根對鉛的富集因數(shù)在各地層的排序為Z＞γ2＞∈q＞D1＞D2＞∈b＞K＞；莖對鉛的富集因數(shù)的大小關(guān)系為Z＞γ2＞∈q＞D1＞∈b＞K＞D2＞P；葉對鉛的富集因數(shù)大小關(guān)系為D2＞D1＞P＞γ2＞Z＞∈b＞∈q＞K；果對鉛的富集因數(shù)大小關(guān)系為D2＞γ2＞Z＞D1＞P＞K＞∈b＞∈q。各地層根、莖、葉、果各器官對鉛的富集能力都較弱，其平均值分別為0.173 038、0.114 252、0.222 091、0.000 176，8個地層羅漢果植物的不同器官Pb的富集因數(shù)都小于1，說明羅漢果對鉛具有極強的耐受性。

表5 不同地層羅漢果各器官的富集因數(shù)與轉(zhuǎn)移因數(shù)

由表5還可看出：每個地層中，均以羅漢果葉對莖的轉(zhuǎn)移因數(shù)最大，除γ2和Z地層，其余地層轉(zhuǎn)移因數(shù)均大于1，D2層的轉(zhuǎn)移因數(shù)高達6.513 33，表明葉對莖部鉛元素的運輸能力極強。各地層中果實對莖部的轉(zhuǎn)移因數(shù)最小，大小關(guān)系為D2＞P＞D1＞K＞∈b＞γ2＞Z＞∈q，轉(zhuǎn)移因數(shù)均小于1。羅漢果莖部對根部鉛的轉(zhuǎn)移因數(shù)在各地層的排序為γ2＞K＞Z＞D1＞∈b＞∈q＞D2＞P，僅有γ2地層轉(zhuǎn)移因數(shù)大于1，表明該地層下羅漢果鉛元素在根莖之間的遷移能力最大。上述結(jié)果表明：羅漢果根 －土、莖－根、果－莖界面能有效阻止鉛元素進入羅漢果果實中，這是羅漢果果品部鉛含量極低的重要原因。羅漢果果實中鉛含量僅為莖中的0.000 91、0.000 37、0.003 16、0.001 28、0.001 66、0.001 24、0.001 48倍。

2.5 不同地層下羅漢果不同器官單項污染指數(shù)評價

有研究表明：羅漢果除果實外，其根、葉也有一定的保健和藥用價值［9－12］，因此，采用單項污染指數(shù)法對羅漢果根、莖、葉、果4個器官均進行鉛污染評價，結(jié)果見表6。由表6可看出：8個地層中羅漢果果實均未受鉛污染。僅P地層羅漢果4個器官均未受到污染，其余7個地層中均存在根、莖、葉某一器官不同程度鉛污染。其中，根部在Z、∈q、∈b、γ2地層輕度污染，Z地層根部的污染指數(shù)已逼近中度污染標(biāo)準(zhǔn)；莖部僅在Z、γ2兩個地層輕度鉛污染；∈q、∈b、γ2、D2地層葉部中度鉛污染，D1地層中度鉛污染，D2的污染指數(shù)也接近中度污染標(biāo)準(zhǔn)，這與前面羅漢果葉片中鉛含量較高及葉－莖鉛轉(zhuǎn)移因數(shù)較大的研究結(jié)果一致。

表6 羅漢果各器官單項污染指數(shù)

3 結(jié)論

廣西羅漢果產(chǎn)區(qū)8套地層土壤中，∈b、∈q地層土壤鉛含量達到二級標(biāo)準(zhǔn)，γ2、Z、D1、D2、K、P這6個地層土壤鉛含量達到國家土壤一級標(biāo)準(zhǔn)，P地層鉛含量最低，地質(zhì)累積指數(shù)均小于0，污染級別與程度為“1級”、“無污染”，廣西羅漢果產(chǎn)區(qū)各地層土壤未受鉛污染。

不同地層中羅漢果各器官對鉛元素有不同程度的累積。根、莖、葉、果鉛含量最高的地層分別為Z、Z、D1、D2；最低的地層則分別為K、D2、K、∈q。各器官鉛累積總量Z地層最高，P地層最低。同一地層中羅漢果各器官以果實中鉛含量最低，大多數(shù)地層中，鉛含量以葉部最高。

8 個地層羅漢果植物的不同器官Pb的富集因數(shù)都小于1，說明羅漢果植物對鉛具有極強的耐受性。每個地層中，均以羅漢果葉對莖的轉(zhuǎn)移因數(shù)最大，表明葉對莖部鉛元素的運輸能力極強。各地層中果實對莖部的轉(zhuǎn)移因數(shù)最小，這是羅漢果果實鉛含量極低的重要原因。

羅漢果果實單項污染指數(shù)極低，未受鉛污染，8個地層的羅漢果果實均為優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品或藥用植物。僅P地層羅漢果4個器官均未受到污染，根、莖、葉部皆可采用。其余7個地層中均存在根、莖、葉某一器官不同程度鉛污染，根部宜在D2、K、P地層中采取，P地層最優(yōu)；莖部可在除Z、γ2外的其他地層選用，其中以P地層最優(yōu)；葉部宜從Z、P、K地層選取，其中K地層最優(yōu)。

研究結(jié)果表明：廣西羅漢果產(chǎn)區(qū)羅漢果對鉛具有極強的耐受性，生態(tài)環(huán)境優(yōu)良，但其根、莖、葉卻存在程度不同的鉛污染，葉片鉛污染還可能與大氣污染有關(guān)，在大力發(fā)展羅漢果產(chǎn)業(yè)的同時應(yīng)加強監(jiān)控，維持良好生態(tài)環(huán)境，預(yù)防鉛污染的擴散。

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