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    农田前茬农药和重金属残留对北苍术药材质量产生的影响

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    点击次数:298 更新时间:2019年12月28日17:55:44 打印此页 关闭

    目的:明确吉林省北苍术种植农田土壤中前茬农药和重金属残留现状,评价其对北苍术药材质量形成的影响。 方法:采集不同栽培年限农田种植北苍术土壤及北苍术药材,采用气相色谱法测定农药残留,采用原子分光光度法、原子荧光光度法测定重金属残留,并分析农药与重金属残留与北苍术药材中苍术素含量的相关性。

    结果:吉林省北苍术种植农田土壤中六六六(BHC)、五氯硝基苯(PCNB)和滴滴涕(DDT)残留量均低于规定限量;土壤及北苍术药材中 Cu、Pb、Cd、As 和 Hg 残留也均低于限量标准;北苍术药材中 BHC 和 DDT 残留量高于“绿色行业标准”,BHC 超过限量值 3� 5~5� 5 倍,DDT 超过限量值 1� 5~1� 7 倍。

    相关性分析表明,农田种植北苍术土壤及北苍术药材中 α⁃BHC 的残留与苍术素含量呈显著负相关,土壤中 Pb、Cd 和 Hg 残留与苍术素含量呈显著负相关,北苍术药材中 Pb 和 Hg 残留与苍术素含量也呈显著负相关,土壤中 Cu、Pb 和 As 残留与药材中 Cu、Pb 和 As 残留呈显著正相关。 结论:吉林省柳河县安口镇北苍术种植基地的农田土壤农药、重金属污染程度低,环境质量状况良好,但北苍术药材中有机氯农药残留量较高,应在栽培中合理使用农药和化肥。有研究表明,部分中药材农药、重金属含量过高,不仅使得药材、饮片及成药的使用存在重大安全隐患,同时也制约了中药材的出口。 中药材中重金属含量与其基源植物的生长环境及生长过程密切相关,如土壤重金属含量背景,植物重金属吸收特征等。

    当前,北苍术种植地选择大多为农田地。农田土壤大多由于机械化耕作、化肥农药的大量使用、大规模单一栽培导致土壤退化,污染物大量富集。 本研究通过对吉林省柳河县安口镇北苍术种植基地前茬农田土壤及北苍术药材中农药、重金属残留进行测定,分析北苍术药材中苍术素的含量变化,在此基础上阐释北苍术种植土壤农药、重金属残留与药材质量形成的相关性,旨在评价农田土壤前茬农药、重金属残留的安全性及其对北苍术质量形成的影响,为吉林省北苍术安全规范生产及用药安全提供理论依据,也为中药材规范化栽培中合理利用农田土壤提供参考。

    1  材料与方法1� 1  种植土壤与药材采集  土壤样品和药材均采自吉林省柳河县安口镇北苍术种植基地(125°36′4� 94″E,42°12′37� 65″N,海拔 399 m)。 采集土壤为北苍术栽培地土壤(前茬为农田土壤,作物类型为玉米)。 土壤采集遵循《农田土壤环境质量检测技术规范》(NY/ T395⁃2012) 的有关准则,采用多点采集法收集 8 个样点 0~20 cm 耕作层处土壤,各样点混合均匀后用四分法取土壤 1 kg,采集的土壤晾干后,过 60 目筛并装入塑封袋中,备用。

    北苍术植株(经长春中医药大学中药资源与鉴定教研室姜大成教授鉴定为北苍术正品)均为种植基地种苗区随机取样,除去地上部分和须根洗净后阴干,粉碎,过 60目筛后装入塑封袋中,备用。1� 2  试验方法1� 2� 1  农田种植北苍术土壤及其药材中有机氯农药的残留测定:参照 2015 年版中国药典四部项下农药残留测定第一法(气相色谱法)测定农田土壤及北苍术药材中有机氯的残留量。 将系列混合对照品溶液按药典规定的色谱条件进样,以峰面积 y 对进样量 x(质量浓度) 做标准曲线,得到 9种有机氯农药的线性方程及相关系数,具有良好的相关性。 见表 1。1� 2� 2  农田种植北苍术土壤及其药材中重金属的残留 测 定: 参 照 2015 年 版 中 国 药 典 四 部 ( 通 则2321)项下重金属残留测定法。 铅(Pb)、镉(Cd)采用石墨炉原子吸收分光光度法测定;铜(Cu)采用火焰原子吸收分光光度法测定;汞(Hg)、砷(As)采用原子荧光光谱法测定。 按药典规定的色谱条件进样,以吸光值y 对各元素浓度 x 绘制标准曲线,测定的相关系数均>0� 999,具有良好的相关性。 见表 2

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      北苍术药材质量的测定:参照 2015 年版中国药典一部苍术项下含量测定方法测定北苍术药材中苍术素的含量。1� 3  数据分析  数据分析采用 Microsoft Excel 及SPSS 21� 0 统计软件,北苍术种植农田土壤及其药材中有机氯及重金属含量等计量资料以均数±标准差( �x±s) 表示,连续变量相关性分析采用 Pearson法。 

    结果与分析

    2� 1  农田种植北苍术土壤及其药材中农药残留量测定  农田种植北苍术土壤中前茬有机氯残留情况见表 3。 由表可知:在原农田土壤、一年生北苍术土壤和二年生北苍术土壤中均检出 α⁃BHC、β⁃BHC 及PCNB 残留。 其中,一年生及二年生北苍术土壤中β⁃BHC、PCNB 残留与原农田土壤对比无显著差异,但一年生北苍术土壤中 α⁃BHC 残留量显著最高(1� 66 μg / kg),同时还检出少量的 o,p′⁃DDT、p,p′⁃DDD 残留,推测可能与苗期管理过程中农药和杀虫剂的使用有关。 依据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》〔7〕(GB 15618⁃2018) 对农药残留量的规定:BHC ≤0� 10 mg / kg;DDT ≤0� 10mg / kg;PCNB ≤0� 55 mg / kg。 比较分析可知,原农田土壤、一年生北苍术土壤和二年生北苍术土壤中BHC、DDT 及 PCNB 残留量均低于规定限量,说明土壤中少量 BHC、DDT 及 PCNB 残留对北苍术生长及药材质量安全风险低,土壤有机氯农药残留安全性相对较好。图片3.png

    北苍术药材中有机氯残留情况见表 3。 由表可知:在 一 年 生 和 二 年 生 北 苍 术 药 材 中 均 检 出α⁃BHC、γ⁃BHC、 p′⁃DDE, 且一年生北苍术药材中α⁃BHC、γ⁃BHC 含量略高,为 48� 84 μg / kg 和 505� 66μg / kg,同时在二年生北苍术药材中有微量β⁃BHC检出。 依据《 药用植物及制剂进出口绿色行业标准》对农药残留量的规定: BHC ≤ 0� 1 mg / kg;DDT ≤0� 1 mg / kg;PCNB ≤0� 1 mg / kg。 比较分析可知,一年生北苍术药材中 BHC(0� 554 mg / kg) ≥0� 1 mg / kg,DDT(0� 167 mg / kg) ≥0� 1 mg / kg,一年生北苍术药材的 BHC、DDT 略高出国家中药材总六六六、总滴滴涕标准; 二年生北苍术药材中 BHC(0� 351 mg / kg)≥0� 1 mg / kg,DDT(0� 148 mg / kg)≥0� 1 mg / kg,二年生北苍术药材的 BHC、DDT 略高出国家中药材总六六六、总滴滴涕标准,说明在种植过程中应加强环境监测及北苍术栽培措施规范化、安全化。 其他各项均符合国家标准,或未被检出。

    2� 2  农田种植北苍术土壤和其药材中重金属含量的测定  农田种植北苍术土壤中前茬重金属残留情况见表 4。图片4.png结果表明:原农田土壤、一年生北苍术土壤和二年生北苍术土壤中均检出 Cu、Pb、Cd、As、Hg的残留。 其中,二年生北苍术土壤中 Cu、Pb、Cd、Hg的残留量显著高于原农田土壤和一年生北苍术土壤,残留量分别为 9� 40、1� 88、0� 28 和 32� 71 μg / kg。原农田土壤中的 As 残留量较高,为 9� 56 μg / kg(P<0� 05)。 依据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618⁃2018) 对重金属残留量的规定:Cu ≤50 mg / kg,Pb≤500 mg / kg,Cd≤2� 0 mg / kg,As≤150 mg / kg,Hg≤2� 5 mg / kg。 比较分析可知,原农田土壤、一年生北苍术土壤和二年生北苍术土壤中 Cu、Pb、Cd、As 和 Hg 的残留量均低于规定限量,说明农田种植北苍术前茬重金属残留量少,土壤污染风险低,该土壤种植北苍术重金属残留安全性相对较好。

    北苍术药材中重金属残留情况见表 4。 结果表明:在一年生、二年生北苍术药材中均检出 Cu、Pb、Cd、As、Hg 的残留。 其中二年生北苍术药材中 Cu、Hg 的残 留 量 显 著 高 于 一 年 生 北 苍 术 药 材 (P<0� 05),分别为 6� 24 μg / kg 和 23� 35 μg / kg。 北苍术药材中的 Pb、Cd、As 含量较低。 依据《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》〔8〕对重金属限量的规定:重金属总量≤20� 0 mg / kg;Pb≤5� 0 mg / kg;Cd≤0� 3 mg / kg;Hg≤0� 2 mg / kg;Cu≤20� 0 mg / kg;As≤2� 0 mg / kg,比较分析可知北苍术中重金属的残留量均在限度范围内,说明北苍术药材重金属及有害元素污染程度较低,土壤安全性相对较好

    .图片5.png 

     注:同列不同小写字母表示P<0� 05 显著差异2� 3  农田种植北苍术土壤中农药和重金属残留对北苍术药材质量的影响2� 3� 1  农田种植北苍术土壤及北苍术药材中农药残留对北苍术药材质量的影响:农田种植北苍术土壤及药材中农药残留与北苍术药材质量的相关性结果(表 5)表明,农田种植北苍术土壤及北苍术药材中 α⁃BHC 的残留与苍术素的含量呈显著负相关,相关系数为0� 909,说明土壤及药材中α⁃BHC 残留能显著抑制苍术素的积累。β⁃BHC 残留与苍术素的含量无相关性。

     综上表明,土壤及药材中有机氯农药残留在一定程度上会抑制北苍术中苍术素的合成与积累。

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    2�3� 2  农田种植北苍术土壤中重金属残留对北苍术药材的影响:相关性结果(表 6)表明,一年生北苍术土壤中 Cu、Pb、Cd、Hg 残留均与药材中苍术素含量呈负相关,且 Pb、Cd Hg 影响均达显著水平(P<0� 05);一年生北苍术土壤中重金属残留对二年生北苍术的苍术素合成影响不显著。 一年生北苍术材中 Pb Hg 的残留与苍术素含量呈显著负相关(-0� 679,-0� 896),但与二年生北苍术中苍术素含量相关性不显著。 二年生土壤中 Cu、Pb、Cd、As 和Hg 的残留,药材中 Pb As 的残留与二年生北苍术药材中苍术素含量均呈负相关。

     综上分析可知,农田种植北苍术土壤中重金属的残留在一定程度上影响苍术素的合成,特别是 Pb、Cd Hg 残留会抑制苍术素的合成。一年生北苍术土壤中 Hg 残留与一年生北苍术药材中 Hg 残留,Cu 残留与二年生北苍术药材中 Cu残留呈极显著正相关;而 Pb、Cd Hg 残留与二年生北苍术药材中残留呈显著负相关;二年生北苍术土壤中 Pb、As 残留与在二年生药材中残留呈极显著正相关(0� 931,1� 00),Cd Hg 残留与在二年生药材残留呈极显著负相关(0� 955,0� 997),说明北苍术在生长过程中对不同重金属富集、吸收、迁移等特征不同。

    3  讨论与结论随着工业化和城市化进程加快,工业污染物排放、含重金属农药化肥的使用以及采用污水灌溉等导致农田农药、重金属累积和超标等环境问题日益凸显。 在吉林省柳河县安口镇北苍术种植基地调查农田土壤中检出微量 BHC、PCNB DDT 残留,但含量均低于规定限量,表明调查农田土壤农药污染程度低,使用该土壤种植北苍术药材质量安全风险低。 在北苍术药材中检出 BHC DDT 残留量高于绿色行业标准,特别是北苍术药材中 BHC 含量为 0� 351 0� 554 mg kg,超过限量值 3� 5� 倍,DDT 次之,含量为 0� 15 0� 17 mg kg,超过限量值1� 5~ 1� 倍。 农田土壤中 BHC DDT 含量不超标,而北苍术药材中 BHC DDT 超标严重,这可能与北苍术种植过程中农药和肥料不规范使用有关。此外,相关性研究表明α⁃BHC 残留与苍术素合成呈显著负相关,这也说明农药残留会抑制北苍术药材质量的形成。 靳敏等的研究结果也与本研究中相关分析的结果相似。 有研究表明,农药残留是一种极其稳定的污染,可以随生态系统循环扩大和延长作用程度,开展土壤中有机氯污染现状调查、分布特征及风险评价研究,对中药材生态安全生产具有重要意义。

    因此,为了保护生态环境,保障北苍术药材质量安全,建议规范化种植,严格执行农药登记制度,在制定质量标准过程中对北苍术农药残留进行更加全面的筛查,积累数据,重点关注常用农药,选择有针对性的农残指标,制定合理限度。在北苍术种植基地调查土壤及北苍术药材中检出微量 Cu、Pb、Cd、As Hg 残留,但含量均低于绿色行标规定限量,表明调查土壤的重金属含量安全性较高。 相关性研究结果表明北苍术种植土壤中 Pb、Cd 和 Hg 的残留与北苍术药材中苍术素的合成呈显著负相关,药材中 Pb 和 Hg 残留与苍术素含量也呈显著负相关,土壤中 Cu、Pb 和 As 残留与药材中 Cu、Pb 和 As 残留呈显著正相关。 综上所述,北苍术药材苍术素的合成易受到重金属残留干扰严重,且对 Cu、Pb 和 As 具有一定的吸收富集作用。有研究表明,金属元素可通过参与植物体内生理代谢活动,影响次生代谢产物的合成及累积。 金属元素 Zn 和 Mo 可以通过促进甘草酸生物合成关键酶基因的表达及甘草酸前体物角鲨烯的生成,最终提高甘草酸的合成累积。 北苍术对种植土壤中Cu、Pb、As 表现出较强的耐受性,但具体的作用机制还不明确。 一般认为,在 As 胁迫时,As 会促进植物对钙的吸收并储存在细胞壁中,有利于增加细胞壁的稳定性,提高耐 As 毒能力。 因此,在对中药材种植土壤中重金属安全性评价的制定和选择时,应该根据药材对重金属存在形态的吸收积累特性,对中药材种植土壤提出更加具体的要求。

    本研究对北苍术种植土壤中前茬农药和重金属残留情况综合评价表明,该调查区域的农药及重金属残留量均低于限量标准,是污染程度较低的安全性土壤;但在北苍术药材中检测出 BHC DDT 超标严重,说明人为栽培管理干扰可引起中药材农药和重金属残留,从而影响中药材药效及用药安全。今后中药材种植中应采用低毒、低残留农药,特别是减少含重金属化肥农药的使用。 此外,还应该开展中药材种植区域大气、水源等农药、重金属环境水平的调查性监测,为药材重金属污染风险控制提供依据,从本质上控制农药、重金属的来源,这对确保北苍术等中药材规范化生产十分重要。

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