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三七及種植土壤重金屬含量特征與人體健康風險評價

孫兆帥 楊野 崔秀明 官會林 邱麗莎

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三七及種植土壤重金屬含量特征與人體健康風險評價

    作者簡介: 孫兆帥(1993?),男,安徽人,碩士生,主要從事中草藥-土壤重金屬檢測與評估,E-mail:602945872@qq.com;
    通訊作者: 官會林, ghl0871@aliyun.com ; 邱麗莎, 284231528@qq.com

The characteristics of heavy metal content and health risk assessment in Panax notoginseng and planting soil

    Corresponding author: GUAN Hui-lin, ghl0871@aliyun.com ;QIU Li-sha, 284231528@qq.com
  • 摘要: 為保障三七藥材使用重金屬安全,對云南省69個三七種植地的土壤及三七藥材中鉛(Pb)、鎘(Cd)、砷(As)、銅(Cu)4種重金屬含量進行了測定和污染評價,并進行了人體健康風險評價. 結果表明:三七種植地土壤Pb、Cd、As、Cu平均含量分別為60.8、0.57、49.44、84.27 mg·kg?1,土壤污染指數依次為Cd> Cu>As>Pb. 77.2%土壤樣品潛在環境風險指數(RI)處于輕微水平,22.8%中等水平. 三七樣品Pb、Cd、As、Cu平均含量分別為1.135、0.10、0.97、3.9 mg·kg?1,均低于藥用植物及制劑外經貿綠色行業標準和中國藥典安全標準限定值. 根據三七攝入量估算出各重金屬日攝入量(EDI)分別為0.03~7.58、0.011~1、0.058~3.1、1.1~32.3 mg·kg?1;單個重金屬危害指數(HI)和綜合危害指數(THQ)均小于1. 綜上所述,云南省三七種植土壤存在輕度和中度的重金屬污染風險,選擇三七種植地時要特別注意Cd污染程度,三七主根Pb、Cd、As、Cu平均含量未超出限定標準,按照藥典要求食用三七對人體不會造成健康風險.
  • 圖 1  采樣點

    Figure 1.  Sampling points

    表 1  農用地土壤污染風險篩選值

    Table 1.  Risk screening value for soil contamination of agricultural land mg·kg?1

    污染物項目pH≤5.55.5<pH≤6.56.5< pH≤7.5pH>7.5
    0.3 0.3 0.3 0.6
    40 40 30 25
    70 90 120 170
    50 50 100 100
    下載: 導出CSV

    表 2  農用地土壤污染風險管制值

    Table 2.  Risk control value for soil contamination of agricultural land mg·kg?1

    污染物項目pH≤5.55.5<pH≤6.56.5< pH≤7.5pH>7.5
    1.0 2.0 3.0 4.0
    200 150 120 100
    400 500 700 1000
    下載: 導出CSV

    表 3  土壤重金屬污染評價分類標準

    Table 3.  The classification standard of soil heavy metal pollution evaluation

    等級$ {P}_{i} $$ {P}_{c} $污染程度污染水平
    1$ {P}_{i} $≤ 0.7$ {P}_{c} $≤ 0.7安全無污染
    20.7 <$ {P}_{i} $≤ 10.7 <$ {P}_{c} $≤ 1預警值較適宜
    31 <$ {P}_{i} $≤ 21 <$ {P}_{c} $≤ 2輕微污染可能污染
    土壤和植物
    42 <$ {P}_{i} $≤ 32 <$ {P}_{c} $≤ 3中度污染輕微污染
    土壤和植物
    5$ {P}_{i} $> 3$ {P}_{c} $> 3嚴重污染嚴重污染
    土壤和植物
    下載: 導出CSV

    表 4  土壤重金屬背景值和毒性常數

    Table 4.  Background value and toxicity constant of heavy metals in soil

    重金屬$ {w}_{n}^{i} $/(mg·kg?1$ {T}_{r}^{i} $
    Pb 42.4 5
    Cd 0.24 30
    As 16.0 10
    Cu 47.2 5
    下載: 導出CSV

    表 5  土壤重金屬含量特征

    Table 5.  Characteristics of heavy metal content in soil mg·kg?1

    重金屬風險篩選值風險管制值最小值最大值平均值中值SD超過篩選值超過管制值
    Nw/%Nw/%
    Pb 90 500 27.2 170.7 60.8 51.7 29.7 9 13.6 0 0
    Cd 0.3 2 0.05 1.75 0.57 0.52 0.30 57 86.3 0 0
    As 40 150 5.31 144 49.44 40.4 31.9 33 50.0 0 0
    Cu 50 21 288 84.27 76.5 49.56 52 78.8
    下載: 導出CSV

    表 6  三七種植土壤的污染狀況(以篩選值為標準值)

    Table 6.  Pollution of cultivated soil of Panax notoginseng (Taking the filter value as the standard value)

    重金屬APIPIRPi等級劃分
    Pi≤0.70.7<Pi≤11<Pi≤22<Pi≤3Pi>3
    Pb 0.68 0.30~1.90 49 11 9 0 0
    Cd 1.89 0.17~5.83 3 6 34 19 7
    As 1.24 0.13~3.6 21 12 25 8 3
    Cu 1.69 0.42~5.76 4 10 40 9 6
    Pc 1.95 0.50~4.48 3 4 34 23 5
    API為平均污染指數;PIR為污染指數范圍
    下載: 導出CSV

    表 7  三七栽培土壤的污染狀況(以管制值為標準值)

    Table 7.  Pollution of cultivated soil of Panax notoginseng (Taking the control value as the standard value)

    重金屬APIPIRPi等級劃分
    Pi≤0.70.7<Pi≤11<Pi≤22<Pi≤3Pi>3
    Pb0.120.05~0.34690000
    Cd0.280.03~0.88672000
    As0.330.04~0.96654000
    Cu
    Pc0.330.07~0.74672000
    API為平均污染指數;PIR為污染指數范圍
    下載: 導出CSV

    表 8  三七種植土壤重金屬單項潛在環境風險指數($ {E}_{r}^{i} $

    Table 8.  Single-element indexes of potential ecological risk in Panax notoginseng-growing soils

    重金屬最小值最大值平均值樣本頻率分布
    ${{E} }_{{r} }^{{i} }$ ≤ 4040 < ${{E} }_{{r} }^{{i} }$ ≤ 8080 < ${{E} }_{{r} }^{{i} }$ ≤ 160160 < ${{E} }_{{r} }^{{i} }$ ≤ 320${{E} }_{{r} }^{{i} }$ > 320
    輕微中等嚴重非常嚴重特別嚴重
    Pb 3.2 20.2 7.17 69 0 0 0 0
    Cd 6.2 218.75 71.02 11 37 19 2 0
    As 3.3 90 30.89 50 17 2 0 0
    Cu 2.2 30.51 8.93 69 0 0 0 0
    下載: 導出CSV

    表 9  三七種植土壤綜合潛在環境風險指數(RI)

    Table 9.  Assessments of heavy metal pollution in Panax notoginseng-growing soils by potential ecological risk

    潛在的生態
    風險度
    最小值最大值平均值綜合潛在環境風險指數
    RI ≤ 150,輕微150 < RI ≤ 300,中等300 < RI ≤ 600,嚴重RI > 600,特別嚴重
    RI21.6275.2118.1541500
    占比77.2%22.8%00
    下載: 導出CSV

    表 10  三七主根重金屬含量特征

    Table 10.  Characteristics of heavy metal content in root of panax notoginseng mg·kg?1

    重金屬安全標準最小值最大值平均值SD中位數超過標準
    樣本數占比/%
    Pb ≤5 0.03 7.58 1.135 1.14 0.88 1 1.4
    Cd ≤0.3 0.011 1 0.10 0.14 0.058 3 4.3
    As ≤2 0.058 3.1 0.97 0.67 0.91 4 5.8
    Cu ≤20 1.1 32.3 3.9 3.89 3.25 1 1.4
    安全標準參考WM / T2—2004和中國藥典(2015版).
    下載: 導出CSV

    表 11  三七重金屬健康風險評估

    Table 11.  Heavy metals risk assessment of panax notoginseng

    重金屬EDITHQTHQ>1樣本數
    范圍平均值范圍平均值
    Pb 0.005~1.137 0.17 0.001~0.334 0.05 0
    Cd 0.002~0.15 0.168 0.002~0.15 0.01 0
    As 0.009~0.465 0.147 0.014~0.78 0.25 0
    Cu 0.165~4.845 0.586 0.004~0.121 0.15 0
    HI \ \ 0.051~0.846 0.33 0
    下載: 導出CSV
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出版歷程
  • 收稿日期:  2019-12-07
  • 錄用日期:  2020-05-30
  • 網絡出版日期:  2020-06-15
  • 刊出日期:  2020-07-01

三七及種植土壤重金屬含量特征與人體健康風險評價

    作者簡介:孫兆帥(1993?),男,安徽人,碩士生,主要從事中草藥-土壤重金屬檢測與評估,E-mail:602945872@qq.com
    通訊作者: 官會林, ghl0871@aliyun.com
    通訊作者: 邱麗莎, 284231528@qq.com
  • 1. 云南師范大學 云南省農村能源工程重點實驗室,云南 昆明 650500
  • 2. 昆明理工大學 生命科學與技術學院,云南 昆明 650500
  • 3. 昆明理工大學 分析測試中心,云南 昆明 650500

摘要: 為保障三七藥材使用重金屬安全,對云南省69個三七種植地的土壤及三七藥材中鉛(Pb)、鎘(Cd)、砷(As)、銅(Cu)4種重金屬含量進行了測定和污染評價,并進行了人體健康風險評價. 結果表明:三七種植地土壤Pb、Cd、As、Cu平均含量分別為60.8、0.57、49.44、84.27 mg·kg?1,土壤污染指數依次為Cd> Cu>As>Pb. 77.2%土壤樣品潛在環境風險指數(RI)處于輕微水平,22.8%中等水平. 三七樣品Pb、Cd、As、Cu平均含量分別為1.135、0.10、0.97、3.9 mg·kg?1,均低于藥用植物及制劑外經貿綠色行業標準和中國藥典安全標準限定值. 根據三七攝入量估算出各重金屬日攝入量(EDI)分別為0.03~7.58、0.011~1、0.058~3.1、1.1~32.3 mg·kg?1;單個重金屬危害指數(HI)和綜合危害指數(THQ)均小于1. 綜上所述,云南省三七種植土壤存在輕度和中度的重金屬污染風險,選擇三七種植地時要特別注意Cd污染程度,三七主根Pb、Cd、As、Cu平均含量未超出限定標準,按照藥典要求食用三七對人體不會造成健康風險.

English Abstract

  • 三七為五加科人參屬植物三七(Panax notoginseng(Burk.)F.H.Chen)的干燥根和根莖,主要種植于云南和廣西[1],除有止血散瘀的藥效外,對一些心、腦血管疾病也有很好的療效[2]. 然而,隨著全球醫藥市場對三七需求的逐年增加,有關三七重金屬污染的報道時有出現,引起了廣大消費者和監管部門的高度關注[3]. 閻秀蘭[4]等研究發現種植地土壤中的重金屬含量過高是影響中藥用藥安全的重要因素. 因此,綜合研究土壤–三七系統中的重金屬污染風險對三七藥材的重金屬安全具有重要的理論與現實意義.

    土壤重金屬污染風險研究主要可以分為兩大類,即指數法與模型法. 指數法較為常用,其主要包括單項污染指數法、內梅洛綜合污染指數法、地累積指數法和潛在生態風險評估法等. 如袁紅明[5]等使用單項污染指數法對江蘇鹽城大豐濱海濕地表層沉積物重金屬含量特征進行了研究,結果表明江蘇鹽城大豐濱海濕地的表層沉積物中各項重金屬含量均偏高,呈明顯的點源污染的特征. 虞敏達[6]等采用內梅羅污染指數法對農田土壤進行生態風險評價,結果表明研究區域整體內梅羅污染指數為0.46,污染等級為安全. 張連科[7]等利用地累積指數法分析了包頭市城區不同功能分區土壤的重金屬污染水平,結果表明城區土壤中重金屬污染地累積指數平均值最高,重金屬元素中Pb和Cd呈現出中度污染.

    不同中藥材對不同重金屬污染物的吸收能力存在較大差異[8]. 因此,常用某中藥材所富集的特定重金屬元素的超標率來評價該中藥材的重金屬污染情況. 如劉麗等[9]對50個批次紅花中Pb、Cd、As、Hg含量進行研究,結果表明Pb、Cd、Hg的超標率分別為4%、12%、14%,總超標率為22%,具有一定重金屬污染風險. 孟萌[10]等對不同產地丹參As、Hg、Pb、Cd含量進行測定,研究結果表明,丹參藥材中As、Hg含量不存在超標現象,Pb含量個別超標,Cd含量超標嚴重,所檢測藥材超標率達100%.

    重金屬人體健康風險評價是把環境污染與人體健康聯系起來,通過量化分析,估算有害因子對人體危害發生的概率,可以直觀的表述環境污染對人體的危害程度,因此該法在土壤重金屬污染評價中具有較好的現實意義[11]. Roy等[12]對美國西弗吉尼亞州金屬冶煉廠附近土壤和植物進行了重金屬健康風險評估. 結果表明,食用該土壤中生長的胡蘿卜會導致Cd攝入量超標,可能會對成人和幼兒造成重金屬健康風險. 張文新等[13]對新疆瑪河流域土壤和蔬菜樣品的汞進行健康風險評估表明,土壤汞對兒童和成人的非致癌風險均在可接受范圍內,菊科蔬菜中汞對人體會造成非致癌風險,其余區域均在可接受范圍內.

    總體來看,當前有關土壤、中藥材重金屬污染評價的研究多集中于將土壤、土壤–中藥材的污染狀況進行單獨評價. 關于人體健康風險評價的研究常將其與土壤重金屬污染分析評價相結合,很少與土壤–中藥材重金屬污染評價相聯系. 基于前人研究,本研究將土壤、藥材、人體三者聯系成一個系統,探究重金屬污染情況. 利用單因子評價法、內梅羅綜合指數評價法和潛在生態風險評估法對土壤樣品進行重金屬污染風險評估,并分析了三七的攝入會對人體造成的重金屬健康風險. 以期為三七種植選地及藥材的重金屬阻斷提供理論依據,從而確保三七藥材使用的安全性,提高三七的經濟和社會效應.

    • 樣品采集經緯度范圍為 22.90°~26.75°N, 100.26°~105.43°E,海拔范圍為1092 ~2270 m. 共采集69份土壤樣品和三七樣品,采樣地位于云南省5個地級市和2個自治州,69個三七種植地,分別位于曲靖市、昆明市、玉溪市、麗江市、普洱市、紅河州、文山州. 采樣點詳細信息見圖1. 土壤樣品為0~20 cm耕層土壤,采用“五點法”進行取樣,混勻、風干、研磨過0.172 mm篩后用于重金屬含量測定. 三七樣品的采集為隨機選取20株,根據商品三七的加工方式進行清洗、干燥,將三七主根和須根分開,主根粉碎后用于重金屬含量測定.

      圖  1  采樣點

      Figure 1.  Sampling points

    • 根據 GB/T 17141—1997 《土壤質量 鉛、鎘的測定 石墨爐原子吸收分光光度法》[14]、GB/T 22105.2—2008《土壤質量 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》[15]和 HJ 491—2019《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》[16]的測定方法,對土壤樣品中Pb,Cd,As和Cu含量進行測定. Pb,Cd和Cu含量測定采用原子吸收光譜儀進行測定. As含量測定采用原子熒光光譜儀進行測定.

      根據GB5009.12—2017《食品安全國家標準 食品中鉛的測定》[17]、GB5009.15—2014《食品安全國家標準 食品中鎘的測定》[18]、GB5009.11—2014《食品安全國家標準 食品中總砷及無機砷的測定》[19]和GB5009.13—2017《食品安全國家標準 食品中銅的測定》[20]的測定方法,對三七樣品中Pb,Cd,As和Cu含量進行測定. Pb,Cd和Cu含量測定采用原子吸收光譜儀進行測定,As含量測定采用原子熒光光譜儀進行測定.

    • 以土壤環境質量標準GB 15618—2018《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準》[21]中風險篩選值(表1)和管制值(表2)中所規定的土壤重金屬含量為評價依據,采用單因子污染指數和內梅羅綜合污染指數對土壤質量進行評估.

      污染物項目pH≤5.55.5<pH≤6.56.5< pH≤7.5pH>7.5
      0.3 0.3 0.3 0.6
      40 40 30 25
      70 90 120 170
      50 50 100 100

      表 1  農用地土壤污染風險篩選值

      Table 1.  Risk screening value for soil contamination of agricultural land mg·kg?1

      污染物項目pH≤5.55.5<pH≤6.56.5< pH≤7.5pH>7.5
      1.0 2.0 3.0 4.0
      200 150 120 100
      400 500 700 1000

      表 2  農用地土壤污染風險管制值

      Table 2.  Risk control value for soil contamination of agricultural land mg·kg?1

      單因子污染物指數計算為:

      $ {P_i} = \frac{{{w_i}}}{{Si}}, $

      其中 $ {P}_{i} $ 為污染指數;wi為污染物i實測質量分數值(mg·kg?1),Si為污染物評價標準值.

      Newmerow綜合指數法不僅可以進行單個影響因子評價,還可以體現出污染最重的影響因子. 綜合污染指數計算公式如下:

      $ {P_c} = \sqrt {\left( {\dfrac{{\left( {\dfrac{{{w_i}}}{{Si}}} \right)_{{\rm{mean}}}^2 + \left( {\dfrac{{{w_i}}}{{Si}}} \right)_{\max }^2}}{2}} \right)}, $

      Pc 為綜合污染指數,${\left( {\dfrac{{{w_i}}}{{Si}}} \right)_{{\rm{mean}}}}$${\left( {\dfrac{{{w_i}}}{{Si}}} \right)_{\max }}$ 分別是采樣點單因子污染物指數的平均值和最大值. 根據國家土壤環境質量標準對土壤污染程度進行等級劃分(表3).

      等級$ {P}_{i} $$ {P}_{c} $污染程度污染水平
      1$ {P}_{i} $≤ 0.7$ {P}_{c} $≤ 0.7安全無污染
      20.7 <$ {P}_{i} $≤ 10.7 <$ {P}_{c} $≤ 1預警值較適宜
      31 <$ {P}_{i} $≤ 21 <$ {P}_{c} $≤ 2輕微污染可能污染
      土壤和植物
      42 <$ {P}_{i} $≤ 32 <$ {P}_{c} $≤ 3中度污染輕微污染
      土壤和植物
      5$ {P}_{i} $> 3$ {P}_{c} $> 3嚴重污染嚴重污染
      土壤和植物

      表 3  土壤重金屬污染評價分類標準

      Table 3.  The classification standard of soil heavy metal pollution evaluation

    • Hankanson潛在環境風險評估指數計算公式如下:

      $ {\rm{RI}} = \sum\limits_{k = 0}^n {E_r^i} = \sum\limits_{k = 0}^n {T_r^i \times \frac{{w_s^i}}{{w_n^i}}}, $

      其中RI為潛在環境風險綜合指數;$ {E}_{r}^{i} $ 是某種重金屬的潛在環境風險因子;$ {T}_{r}^{i} $ 是某種重金屬毒性常數[22];$ {w}_{s}^{i} $ 是土壤重金屬質量分數;$ {w}_{n}^{i} $ 是云南省土壤重金屬背景值[23]. 計算結果見表4.

      重金屬$ {w}_{n}^{i} $/(mg·kg?1$ {T}_{r}^{i} $
      Pb 42.4 5
      Cd 0.24 30
      As 16.0 10
      Cu 47.2 5

      表 4  土壤重金屬背景值和毒性常數

      Table 4.  Background value and toxicity constant of heavy metals in soil

    • 使用超標率作為三七重金屬污染評價指標,其計算方法如下:

      $ {w_i} = \left( {{n_i}/{N_i}} \right) \times 100\% , $

      式中:wi — 某類污染物在某種蔬菜中的超標率;

      ni — 某種蔬菜的某類污染物超標樣品數;

      Ni — 某種蔬菜采集的樣品數;

    • EDI由三七重金屬含量及三七食用量決定,其計算公式為:

      $ {\rm{EDI}} = \frac{{{E_{\rm{F}}} \times {E_{\rm{D}}} \times {F_{{\rm{IR}}}} \times w}}{{{m_{{\rm{AB}}}} \times {t_{\rm{A}}}}} \times 1\;000, $

      其中EF為食用頻率(365 d·a?1);ED為連續食用時間(約為40年,即從30歲到70歲(平均壽命));FIR為三七食用量(3~9 g·人?1·d?1,本研究取數值9[1]算). w為三七重金屬質量分數(mg·g?1);mAB是平均體重(本研究為60 kg);tA為食用非致癌物的持續時間(假設食用三七40年,365 d/a×食用年數). 1000為將mg 換算為μg的數量級比例.

    • 本研究根據Chien等[24]的方法略作修改,對食用三七帶來的重金屬THQ進行評估,其計算公式為:

      $ {\rm{THQ}} = \frac{{{\rm{EDI}}}}{{0.5{R_{\rm{f}}}D}}, $

      RfD是在無健康問題情況下,單個成年人每天最大重金屬攝入量,即單位體重每天攝入污染最大量,由世界衛生組織(WHO)和美國環保局(USEPA)所規定,單位為μg·kg?1·bw·d?1. Pb、Cd、As、Cu的RfD值分別為3.4、1、0.6、40 μg·kg?1·d-1[25]. 一般情況下設重金屬污染物通過土壤–作物–人體途徑的攝取分數約為人體實際總量的50%[26],即取1/2 RfD作該攝取途徑的極限. 當THQ <1時,表示人體的重金屬攝入量不會明顯損害身體的健康.

    • 本研究通過對攝入三七的單個THQ進行累加求和,可以計算出不同重金屬對人體健康的綜合危害指數,其公式為:

      $ {\rm{HI}} = \sum\limits_{n = 1}^{{i }}{{\rm{TH}}{{\rm{Q}}_n}} . $

      式中n為重金屬種類數量。

    • 通過分析土壤中各重金屬含量以及使用單因子污染指數(Pi)和綜合污染指數(Pc)是評估土壤重金屬污染常用的方法. 三七種植土壤重金屬含量超過篩選值(土壤樣品pH值范圍為5.37~6.29,選取pH范圍在5.5~6.5的標準)的樣本數依次為Cd>Cu>As>Pb,Pb超標率為13.6%,Cd、Cu、As超標率分別為86.3%、50.0%、78.8%(表5). 所有樣品Pb、Cd、As、Cu含量均未超過管制值. 使用單項污染指數和內梅羅綜合污染指數評估三七種植地土壤重金屬風險(以風險篩選值為標準). 各重金屬平均單項污染指數依次為Cd> Cu>As>Pb,綜合污染指數中遭受輕度及以上污染程度的樣品占樣品總數的89.9%,這說明大部分三七種植地都有著不同程度的重金屬污染(表6). 其中Pb的Pi<0.7的樣本數占比71.0%,Cd、As、Cu的 Pi>1的樣品數分別占比86.9%、52.2%、79.7%,Pi>2的占比分別為37.7%、15.9%、21.7%,可見Pb無污染樣品數占比高,Cd中度及以上污染樣品占比較高,As、Cu中度及以上污染樣品則相對較低. 這表明Pb污染程度輕微,Cd污染普遍,As、Cu污染較為普遍但污染程度不高. 以風險管制值為標準使用單項污染指數和內梅羅綜合污染指數評估三七種植地土壤重金屬風險,結果表明各重金屬平均單項污染指數均低于0.7,處于無污染程度,97%樣品的綜合污染指數表示為無污染(表7).

      重金屬風險篩選值風險管制值最小值最大值平均值中值SD超過篩選值超過管制值
      Nw/%Nw/%
      Pb 90 500 27.2 170.7 60.8 51.7 29.7 9 13.6 0 0
      Cd 0.3 2 0.05 1.75 0.57 0.52 0.30 57 86.3 0 0
      As 40 150 5.31 144 49.44 40.4 31.9 33 50.0 0 0
      Cu 50 21 288 84.27 76.5 49.56 52 78.8

      表 5  土壤重金屬含量特征

      Table 5.  Characteristics of heavy metal content in soil mg·kg?1

      重金屬APIPIRPi等級劃分
      Pi≤0.70.7<Pi≤11<Pi≤22<Pi≤3Pi>3
      Pb 0.68 0.30~1.90 49 11 9 0 0
      Cd 1.89 0.17~5.83 3 6 34 19 7
      As 1.24 0.13~3.6 21 12 25 8 3
      Cu 1.69 0.42~5.76 4 10 40 9 6
      Pc 1.95 0.50~4.48 3 4 34 23 5
      API為平均污染指數;PIR為污染指數范圍

      表 6  三七種植土壤的污染狀況(以篩選值為標準值)

      Table 6.  Pollution of cultivated soil of Panax notoginseng (Taking the filter value as the standard value)

      重金屬APIPIRPi等級劃分
      Pi≤0.70.7<Pi≤11<Pi≤22<Pi≤3Pi>3
      Pb0.120.05~0.34690000
      Cd0.280.03~0.88672000
      As0.330.04~0.96654000
      Cu
      Pc0.330.07~0.74672000
      API為平均污染指數;PIR為污染指數范圍

      表 7  三七栽培土壤的污染狀況(以管制值為標準值)

      Table 7.  Pollution of cultivated soil of Panax notoginseng (Taking the control value as the standard value)

      由于GB 15618—2018《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準》中規定當土壤中重金屬污染物的含量高于風險篩選值、等于或者低于風險管制值時,可能存在食用農產品不符合質量安全標準等土壤污染風險,原則上應當采取農藝調控、替代種植等安全利用措施. 因此,綜合兩個標準下的評估結果可以表明,三七種植地土壤As、Cu有一定程度的污染,但均未達到嚴重污染程度;Cd污染程度相對較高,但仍可控制;Pb的污染程度均處于輕微及以下,且絕大部分無污染. 前人對三七種植地土壤也進行了相關研究,如林龍勇[27]等發現三七種植土壤Cd、Cu污染程度較高,Pb無污染;閻秀蘭[4]等發現三七種植地中As有一定程度污染,Cd污染較為嚴重,Pb沒有造成污染. 本研究中Cu、As污染程度與前人研究結果相比有所降低,而Cd污染程度仍較為嚴重. 這可能是近年通過對三七種植中農藝措施的改善使As、Cu污染程度降低,但Cd污染主要來源于土壤[28],因此不易改善.

    • 污染指數法可以對土壤重金屬污染狀況進行評價,但不能反應重金屬對環境的毒害程度,潛在環境風險評估法由單一重金屬潛在環境風險指數($ {E}_{r}^{i} $)和綜合潛在環境風險指數(RI)組成,考察了重金屬生物有效性、相對貢獻率、地理及空間分布差異等,可以綜合反映重金屬對環境的影響,因此本研究還使用潛在環境風險評估法來評估三七種植土壤的重金屬風險. 研究結果表明Pb、Cu潛在環境風險指數($ {E}_{r}^{i} $)均處于輕微水平,因此在選擇三七種植地時可以減少對土壤Pb、Cu的重視程度;As潛在環境風險指數($ {E}_{r}^{i} $)大部分處于輕微水平,中等水平和嚴重水平占25.8%和3%,可見As具有一定的潛在環境風險,需要在選擇三七種植地時特別重視;Cd潛在環境風險指數($ {E}_{r}^{i} $)有51.5%處于中等水平,28.8%處于嚴重水平,有3%處于非常嚴重水平,因此選擇三七種植地時必須遠離Cd污染的地區(表8).

      重金屬最小值最大值平均值樣本頻率分布
      ${{E} }_{{r} }^{{i} }$ ≤ 4040 < ${{E} }_{{r} }^{{i} }$ ≤ 8080 < ${{E} }_{{r} }^{{i} }$ ≤ 160160 < ${{E} }_{{r} }^{{i} }$ ≤ 320${{E} }_{{r} }^{{i} }$ > 320
      輕微中等嚴重非常嚴重特別嚴重
      Pb 3.2 20.2 7.17 69 0 0 0 0
      Cd 6.2 218.75 71.02 11 37 19 2 0
      As 3.3 90 30.89 50 17 2 0 0
      Cu 2.2 30.51 8.93 69 0 0 0 0

      表 8  三七種植土壤重金屬單項潛在環境風險指數($ {E}_{r}^{i} $

      Table 8.  Single-element indexes of potential ecological risk in Panax notoginseng-growing soils

      與重金屬Pi平均值順序Cd> Cu>As>Pb不同,重金屬 $ {E}_{r}^{i} $ 平均值依次為Cd> As> Cu> Pb,這可能是由于不同重金屬的毒性常數($ {T}_{r}^{i} $)不同,該值越大越能誘導Pi值較低的重金屬的值增加,類似結果在前人研究中也有報道. 如Guo W等[29]研究表明天津東江港附近沉積物中As污染狀況較Hg、Cd更為嚴重,但As潛在生態風險卻低于Hg、Cd;Min 等[30]研究表明鋅浸出渣中Zn污染程度高于Cd,但Zn的潛在生態風險卻沒有Cd高. 本研究結果表明重金屬毒性常數在潛在環境風險評估中具有重要作用,其中Cd和As的毒性常數較大,所以其潛在環境風險指數也較高.

      RI表示每種重金屬值的總和,有77.2%樣品的綜合污染水平RI值處于輕微水平,22.8%樣品處于中等水平,無樣品處于嚴重和特別嚴重水平,說明云南省大部分三七種植土壤存在輕微和中等的環境風險,這也與污染指數的評估結果相吻合(表9).

      潛在的生態
      風險度
      最小值最大值平均值綜合潛在環境風險指數
      RI ≤ 150,輕微150 < RI ≤ 300,中等300 < RI ≤ 600,嚴重RI > 600,特別嚴重
      RI21.6275.2118.1541500
      占比77.2%22.8%00

      表 9  三七種植土壤綜合潛在環境風險指數(RI)

      Table 9.  Assessments of heavy metal pollution in Panax notoginseng-growing soils by potential ecological risk

    • 三七主根是一些中成藥制劑的主要原料,其重金屬含量超標偶有報道[31]. 因此,全面了解三七重金屬污染狀況,對三七的安全使用至關重要. 本研究中,三七主根Pb、Cd、As、Cu質量分數范圍分別為0.03~7.58 ,0.011~1 ,0.058~3.1?,1.1~32.3 mg·kg?1,平均值和中位數均低于藥用植物及制劑外經貿綠色行業標準[32](WM / T2—2004)和中國藥典[1](2015版)規定安全標準(表10),僅有少數樣本重金屬含量超過上述標準,Pb、Cd、As、Cu超標率分別為1.4%、4.3%、5.8%、1.4%. 有前人研究表明,三七樣品As、Cd含量超標較為明顯,如趙靜等[33]對云南和廣西12個產地的三七樣品的重金屬含量進行分析發現,As超標率為32.4%、Cd超標率為29.7%. 楊牧青等[34]研究了紅河州4個市縣三七種植區三七重金屬累計情況,研究結果表明,三七塊根中Cd、As超標率分別高達82.4%和58.8%. 這可能是由于采樣時間、地點以及樣品處理的方法不同導致的,由于根表面粘土的重金屬是三七重金屬的主要來源[35],洗凈三七根表泥土,就能極大限度地降低三七藥材重金屬含量. 如王麗等[36]研究表明,三七樣品經過清洗后,Pb、Cd、As、Cu含量都會有不同程度的降低. 曾彩憲等[37]的研究也表明流水沖洗三七剪口去除As、Cd、Pb、Hg的效率比銼刀打磨和清水浸泡要好. 因此,科學清洗三七對其重金屬超標現象有明顯的改善.

      重金屬安全標準最小值最大值平均值SD中位數超過標準
      樣本數占比/%
      Pb ≤5 0.03 7.58 1.135 1.14 0.88 1 1.4
      Cd ≤0.3 0.011 1 0.10 0.14 0.058 3 4.3
      As ≤2 0.058 3.1 0.97 0.67 0.91 4 5.8
      Cu ≤20 1.1 32.3 3.9 3.89 3.25 1 1.4
      安全標準參考WM / T2—2004和中國藥典(2015版).

      表 10  三七主根重金屬含量特征

      Table 10.  Characteristics of heavy metal content in root of panax notoginseng mg·kg?1

    • 計算食用三七而攝入的重金屬含量(EDI),并依此計算目標危害商(THQ)可以更準確的表達三七中重金屬對人體造成的風險,即THQ值大于1時,攝入的重金屬會對人體造成健康風險,且該指數越大則表明該重金屬對人體健康風險越大. 本研究中,食用三七攝入的Pb、Cd、As、Cu的EDI值范圍分別為0.005~1.137、0.002~0.15、0.009~0.465、0.165~4.845 μg·kg?1·d?1,均低于50%(表11). 又由于三七主根通常用于藥品和保健品,食用三七的重金屬EDI值遠低于人類主要膳食如水稻、蔬菜、水果、魚、肉、蛋和水的重金屬EDI值. 因此,在現實生活中食用三七的重金屬EDI極低. 食用三七引起的Pb、Cd、As、Cu的THQ指數平均值依次為As>Cu>Pb>Cd,且所有THQ均小于1,說明通過食用三七而攝入As潛在健康風險最高,Cd最小,但Pb、Cd、As、Cu均不會對人體造成潛在健康風險. HI指數作為各樣品THQ指數的累加值,反映食用三七攝入的四種重金屬會對人體造成的綜合健康風險,其范圍為0.051~0.846,也均小于1,這表明根據中國藥典推薦食用量食用三七,攝入的Pb、Cd、As、Cu總量不會對人體造成潛在的健康風險.

      重金屬EDITHQTHQ>1樣本數
      范圍平均值范圍平均值
      Pb 0.005~1.137 0.17 0.001~0.334 0.05 0
      Cd 0.002~0.15 0.168 0.002~0.15 0.01 0
      As 0.009~0.465 0.147 0.014~0.78 0.25 0
      Cu 0.165~4.845 0.586 0.004~0.121 0.15 0
      HI \ \ 0.051~0.846 0.33 0

      表 11  三七重金屬健康風險評估

      Table 11.  Heavy metals risk assessment of panax notoginseng

    • 本研究表明云南省三七種植土壤中Pb污染程度處于安全范圍,個別地區As、Cu污染程度達到預警值,需要加強監控防止惡化;部分地區存在中等程度的Cd污染,需要采用更科學的農藝措施和方法進行控制. 三七主根Pb、Cd、As、Cu污染程度較低,僅有少量樣品Pb、Cd、As、Cu含量超出安全限量標準,食用三七而攝入的Pb、Cd、As、Cu的THQ均低于1,4種重金屬的綜合危害指數(HI)也均低于1,又由于三七不是主要膳食,按中國藥典規定使用三七而攝入的Pb、Cd、As、Cu量不會對人體造成健康風險.

參考文獻 (37)

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