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(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院/云南省三七重點實驗室，云南 昆明 650050；2.河南大學(xué) 藥學(xué)院，河南 開封 475004；3.中國中醫(yī)科學(xué)院 中藥資源中心，北京 100700；4.昆明理工大學(xué) 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(tǒng)名貴中藥材之一，具有平肝熄風(fēng)、止痙等功效，云南省昭通市為其道地產(chǎn)區(qū)[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(yǎng)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]?，斂epidium 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(qū)，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(zhì)量不穩(wěn)定和農(nóng)藥殘留、重金屬超標(biāo)等問題。云南省是錫、鋅、錳、銻、鎢、鋁等礦產(chǎn)的主產(chǎn)區(qū)，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(biāo)主要歸因于藥材帶入土壤中的重金屬。符德歡等[6]發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)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(chǎn)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(biāo)風(fēng)險較高[7-9]。在種植根莖類藥材時應(yīng)充分了解土壤重金屬狀況，從而更加高效地應(yīng)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(jìn)行風(fēng)險評估能夠充分保障經(jīng)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(shù)（Pi）法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)（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(biāo)準(zhǔn)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(huán)境風(fēng)險，使用了潛在生態(tài)風(fēng)險評估法。該方法由單一重金屬潛在環(huán)境風(fēng)險指數(shù)（Eri）和綜合潛在環(huán)境風(fēng)險指數(shù)（RI）組成，考察了重金屬生物有效性、相對貢獻(xiàn)率、地理及空間分布差異等，可以綜合反映重金屬對環(huán)境的影響。綜合危害指數(shù)（THQ）法通常用來評估非致癌的潛在健康風(fēng)險，是污染物攝入量與不會造成健康風(fēng)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(fēng)險，美國環(huán)境保護(hù)署（USEPA）制定了危害指數(shù)（HI）法[11]。該方法認(rèn)為同時處于多種化學(xué)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(fēng)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(fēng)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(jìn)行了調(diào)查與評價，從而為云南省上述3 種藥材的用藥安全提供數(shù)據(jù)保障，同時也為安全種植提供技術(shù)支撐。

1 材料

1.1 樣品

在云南省范圍內(nèi)，對天麻、滇黃精和瑪咖種植土壤及該地塊種植的鮮藥材進(jìn)行采樣，同時收集該地區(qū)加工后的藥材進(jìn)行測試。所采藥材樣品由昆明理工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)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?，斂Ш偷狳S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(yōu)普系列超純水器（成都超純科技有限公司）；450×350 型數(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(jù)《土壤質(zhì)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(zhì)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(jù)《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中鉛的測定》（GB 5009.12—2017）[15]、《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中鎘的測定》（GB 5009.15—2014）[16]、《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)[19]方法計算土壤Pi和Pc，根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對土壤污染程度進(jìn)行等級劃分，并采用潛在生態(tài)風(fēng)險評估法對藥材種植土壤進(jìn)行潛在風(fēng)險評估。

2.3 藥材重金屬污染評價

使用超標(biāo)率作為藥材重金屬污染評價指標(biāo)，其計算按參考文獻(xiàn)[19]方法?，斂Ш吞炻榈闹亟饘傧蘖繀⒄铡端幱弥参锛爸苿┩饨?jīng)貿(mào)綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》（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(fēng)險評估方法

按參考文獻(xiàn)[19]方法對瑪咖藥材的重金屬每日攝入量（EDI）及THQ 進(jìn)行計算，再通過對攝入瑪咖的單個THQ 進(jìn)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(fēng)險。

3 結(jié)果與討論

3.1 天麻種植土壤及藥材重金屬污染風(fēng)險評估

3.1.1 天麻種植土壤重金屬污染風(fēng)險評估 天麻種植土壤中，Cu 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.84～213.60 mg·kg-1，平均值為63.93 mg·kg-1；Pb 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26.90～78.00 mg·kg-1，平均為48.24 mg·kg-1；Cd 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.024～1.320 mg·kg-1，平均值為0.231 mg·kg-1；As 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)超過篩選值的樣本數(shù)12個，Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過篩選值的樣本數(shù)4 個，超標(biāo)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(zhì)量分?jǐn)?shù)均未超過管制值。

以風(fēng)險篩選值為評價標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)占比分別為96.9%和100.0%；Cu 和Cd 的0.7＜Pi≤1.0的樣品數(shù)占比分別為6.3% 和6.3%，1.0＜Pi≤2.0 的樣品數(shù)占比分別為12.5%和3.1%，2.0＜Pi≤3.0 的樣品 數(shù)占比分別為6.3%和3.1%，Pi＞3.0 的樣本數(shù)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(shù)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(fēng)險管制值為標(biāo)準(zhǔn)，使用Pi和Pc評估天麻種植地土壤重金屬風(fēng)險，結(jié)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(huán)境風(fēng)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(yán)重（80＜Eri≤160）水平均占6.3%，可見，Cd 具有一定的潛在環(huán)境風(fēng)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(yán)重和特別嚴(yán)重水平，說明大部分天麻種植土壤存在輕微和中等的環(huán)境風(fēng)險，這也與Pi的評估結(jié)果相吻合。綜合以上土壤重金屬污染評估結(jié)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(fēng)險評估 32 批天麻藥材樣本Cu 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.00～6.36 mg·kg-1，平均值為4.79 mg·kg-1；Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05～1.40 mg·kg-1，平均值為0.24 mg·kg-1；Cd 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05～0.37 mg·kg-1，平均值為0.17 mg·kg-1；As 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(biāo)樣本數(shù)分別為Cd 1 個、Cu 0 個、Pb 0 個、As 0 個，天麻中Cd 超標(biāo)率為3.1%。可見，天麻藥材中Cu、Pb、As 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于限量標(biāo)準(zhǔn)，Cd超標(biāo)現(xiàn)象也不普遍。

3.2 滇黃精種植土壤及藥材重金屬污染風(fēng)險評估

3.2.1 滇黃精種植土壤重金屬污染風(fēng)險評估 滇黃精種植土壤中Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.00～65.00 mg·kg-1，平均值為28.67 mg·kg-1；Pb 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.6～69.5 mg·kg-1，平均值為30.5 mg·kg-1；Cd 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03～0.99 mg·kg-1，平均值為0.23 mg·kg-1；As 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)超過篩選值的樣本數(shù)分別為4 和3 個，超標(biāo)率為26.7%和20.0%；Pb 和As 均未超標(biāo)。所有樣品Cu、Pb、Cd 和As 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均未超過管制值。以風(fēng)險篩選值為評價標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)占比均為93.3%，Cu 和Cd 的1.0＜Pi≤2.0 的樣品數(shù)占比分別為20%和13.3%，Cd 的Pi＞3.0 的占比為6.7%?？梢姷狳S精種植土壤Pb 和As 質(zhì)量分?jǐn)?shù)不存在風(fēng)險，20%的種植土壤中Cu 質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(yīng)引起重視。

3.2.2 滇黃精種植土壤潛在環(huán)境風(fēng)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(yán)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(huán)境風(fēng)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(yán)重和特別嚴(yán)重水平，說明大部分滇黃精種植土壤環(huán)境安全，這也與Pi的評估結(jié)果相吻合。綜合以上土壤重金屬污染評估結(jié)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.50～6.50 mg·kg-1，平均值為3.21 mg·kg-1；Pb 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.095～0.590 mg·kg-1，平均值為0.220 mg·kg-1；Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.002 5～0.180 0 mg·kg-1，平均值為0.040 0 mg·kg-1；As 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.007～0.700 mg·kg-1，平均值為0.090 mg·kg-1。4 種重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均未超過限量標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 瑪咖種植土壤及藥材重金屬污染風(fēng)險評估

3.3.1 瑪咖種植土壤重金屬污染風(fēng)險評估 瑪咖種植土壤中Cu 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為19.81～111.66 mg·kg-1，平均值為55.62 mg·kg-1；Pb 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.39～61.98 mg·kg-1，平均值為30.88 mg·kg-1；Cd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～2.017 mg·kg-1，平均值為0.430 mg·kg-1；As質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)超過篩選值的樣本數(shù)分別為9和6個，超標(biāo)率分別為50.0%和33.3%；Pb和As均未超標(biāo)。所有樣品Cu、Pb、Cd、As質(zhì)量分?jǐn)?shù)均未超過管制值。

以風(fēng)險篩選值為評價標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)占比均為100%，Cu 和Cd 的0.7＜Pi≤1.0 的樣本數(shù)占比分別為38.9%和22.2%，1.0＜Pi≤2.0 的樣本數(shù)占比分別為38.9%和11.1%；Cu 的2.0＜Pi≤3.0 樣本數(shù)占比為11.1%?？梢姮斂ХN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(shù)的33.3%，說明瑪咖種植土壤存在著嚴(yán)重的重金屬污染問題。

3.3.2 瑪咖種植土壤潛在環(huán)境風(fēng)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(yán)重水平和非常嚴(yán)重（160＜Eri≤320）水平均占22.2%，具有較高的潛在環(huán)境風(fēng)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(yán)重和特別嚴(yán)重水平，說明瑪咖種植土壤存在中等環(huán)境風(fēng)險，這也與Pi的評估結(jié)果相吻合。綜合以上土壤重金屬污染評估結(jié)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.41～7.37 mg·kg-1，平均值為4.65 mg·kg-1；Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.015～0.630 mg·kg-1，平均值為0.091 mg·kg-1；Cd 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03～0.65 mg·kg-1，平均值為0.22 mg·kg-1；As的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.018～0.840 mg·kg-1，平均值為0.140 mg·kg-1。Cu、Pb 和As 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均未超標(biāo)；Cd 超標(biāo)樣本數(shù)為12個，超標(biāo)率為19.1%。

3.3.4 食用瑪咖的重金屬健康風(fēng)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(yuǎn)低于人類主要膳食如水稻、蔬菜等的重金屬EDI。因此，在現(xiàn)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(shù)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(fēng)險最高，Pb最小，但Cu、Pb、Cd和As的THQ 指數(shù)均小于1，說明均不會對人體造成潛在健康風(fēng)險。HI 指數(shù)反應(yīng)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(fēng)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(fēng)險。

4 結(jié)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(dāng)重視土壤Cd含量?，斂ХN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(jù)《藥用植物及制劑外經(jīng)貿(mào)綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》（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(biāo)準(zhǔn)限定范圍內(nèi)。雖然，瑪咖藥材中Cd含量存在一定程度的超標(biāo)，但由于瑪咖不是人類主要膳食，根據(jù)HI進(jìn)行評估后發(fā)現(xiàn)，根據(jù)推薦食用量長期食用瑪咖亦不存在健康風(fēng)險。