3種鈍化劑施用下川芎主要部位生長和鎘積累情況初探△

陶珊，彭芳，施田田，袁燦，張啊康，王燦，吳宇，劉健，張超*

1.四川省農業科學院 經濟作物育種栽培研究所，四川 成都 610300；2.四川大學 生命科學學院，四川 成都 610065；3.廣元市農業農村局，四川 廣元 628017

川芎為傘形科植物川芎LigusticumchuanxiongHort.的干燥根莖[1]，具有活血行氣、祛風止痛的功效，被譽為“血中氣藥”[2]。川芎作為重要的川產道地藥材，在四川種植面積超10萬畝(1畝≈666.67 m2)，年產銷量在2萬噸以上。然而近年來，川芎因檢測出重金屬鎘(Cd)含量超標而導致出口受阻[3]。已有的研究結果顯示，川芎主產區藥材Cd含量普遍超標(>0.3 mg·kg-1)。Cd以多種化學形態存在土壤中，其中易移動的活性態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]。川芎根莖對土壤中Cd有著較強的富集作用，這也是導致Cd污染的重要原因之一[6-7]。因此，修復Cd污染土壤是控制川芎Cd含量超標的一個重要途徑。

施用鈍化劑是常用的治理重金屬污染土壤的方法。其修復原理為改變土壤中重金屬的存在形態，使其鈍化，降低重金屬遷移性和植物有效性，以減小重金屬對植物的毒性[8-9]，此技術的關鍵在于鈍化劑的選擇。1977年，Naidu等[10]最先報道了在Cd污染的土壤上施用堿性物質(如石灰)，能使土壤中重金屬有效態含量降低約15%，從而使酸性土壤中可被植物利用的Cd的活性降低，減少作物對Cd的吸收。本研究選用3種鈍化劑，對Cd污染的川芎田塊進行修復改良，探索3種鈍化劑及不同施用濃度對川芎生長和品質的影響以及降Cd效果，以期獲得川芎栽培中適宜的重金屬鈍化劑和施用濃度，為解決川芎Cd含量超標問題提供科學依據。

1 材料

供試川芎材料為彭州敖平鎮的栽培品種。3種供試鈍化劑(A、B、C)均為四川大學徐恒教授課題組配制，主要成分及配比見表1。

表1 3種鈍化劑組成

2 方法

2.1 田間試驗設計

2017年9月，將A、B、C 3種鈍化劑分別設置低、中、高3種施用量，分別對應為3000 kg·hm-2(代號為A1、B1、C1)、5250 kg·hm-2(代號為A2、B2、C2)、7500 kg·hm-2(代號為A3、B3、C3)，對照組(CK)為不添加任何鈍化劑，共計10個處理。每個處理3次重復，共30個小區，隨機區組排列，小區面積20 m2。小區規劃好后，按照各處理要求撒施鈍化劑，翻地混勻，1周后待鈍化劑與土壤充分接觸后播種川芎。

2.2 樣品采集

川芎出苗后每月動態取樣，采用“五點取樣法”對各小區進行樣品采集，同一小區的樣品混合。

2.3 生長指標測定

川芎出苗后于每月20日左右分小區測定川芎株高、分蘗數、地上部分鮮質量和地下根莖鮮質量，每小區測定5株。

2.4 樣品制備

將川芎葉片和地下根莖分離，洗凈、40 ℃烘干、粉碎過60目篩，密封低溫保存備用。

2.5 主要成分測定

采用高效液相色譜法測定川芎根莖和葉片中阿魏酸、藁本內酯和洋川芎內酯A含量。

2.5.1色譜條件 Agilent Zorbax C18色譜柱(150 mm×4.0 mm，5 μm)；流動相為0.1%磷酸水(A)-乙腈(B)進行梯度洗脫(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；柱溫：30 ℃；進樣量：10 μL。阿魏酸、洋川芎內酯A、藁本內酯的檢測波長分別為321、280、321 nm。

2.5.2供試品溶液的制備 參照《中華人民共和國藥典》2015年版制備川芎供試品溶液[1]。

2.6 Cd含量測定

川芎根莖和葉片中Cd含量采用石墨爐原子吸收光譜測定方法(GB 5009.15—2014)進行測定。

2.7 統計分析

應用Excel 2010進行試驗數據計算整理及圖表繪制，采用DPS V17.10高級版對數據進行統計分析。

3 結果

3.1 3種鈍化劑對川芎生長和產量影響

對川芎收獲期根莖鮮質量、地上部分鮮質量、株高和分蘗數等生長指標進行測定(表2)。結果表明，A、B、C 3種鈍化劑施用后，整體上對川芎的生長都有一定的促進作用，根莖鮮質量、地上部分鮮質量、株高和分蘗數與CK相比都有所提高。其中，A鈍化劑的促進作用尤其明顯，將A、B、C鈍化劑的3個處理水平進行平均得出，A鈍化劑處理后產量(根莖鮮質量)比CK增加31.09%；C鈍化劑其次，增產16.94%；B鈍化劑增產15.18%。其中，A1、A2處理極顯著提高川芎的產量，分別比CK提高57.44%和30.34%，C2、B1處理也顯著提高了川芎的產量，分別比CK提高25.68%和24.18%。其他處理的產量均比CK有所提高，但增產不顯著。

表2 不同處理對川芎生長指標影響

A1、A2、B3、C2處理能顯著增加川芎地上部分鮮質量，其他處理增加地上部分鮮質量不顯著。所有鈍化劑處理均能增加川芎分蘗數。其中，C2處理分蘗數比CK增加了106.57%。所有鈍化劑處理均能提高川芎株高，但差異無統計學意義。

3.2 3種鈍化劑對川芎主要化學成分含量影響

川芎的3種主要成分(阿魏酸、洋川芎內酯A、藁本內酯)含量測定結果顯示，3種鈍化劑對川芎主要成分的影響不明顯(表3)。所有處理中，只有A1處理對3種有效成分含量有增加效應，但增加不顯著。阿魏酸、洋川芎內酯A、藁本內酯質量分數分別增加6.65%、1.44%、1.98%。

表3 川芎各處理主要成分質量分數

3.3 3種鈍化劑對川芎根莖Cd含量影響

川芎根莖中Cd積累情況見圖1，A、B鈍化劑能降低川芎根莖中Cd含量，B鈍化劑處理的川芎Cd含量平均比CK降低18.80%，A鈍化劑處理的川芎Cd含量平均比CK降低8.27%，C鈍化劑處理的川芎Cd含量反而比CK高。B3、B2、B1、A2、 A1、A3處理均能顯著降低川芎根莖Cd含量，分別比CK降低了25.56%、18.05%、13.53%、9.77%、8.27%和6.02%。C1、C2、C3 3個處理極顯著提高川芎根莖Cd含量，分別比CK提高21.05%、39.10%和77.44%。

圖1 川芎根莖中重金屬Cd積累情況

3.4 3種鈍化劑對川芎葉片Cd含量影響

川芎葉片中Cd積累情況見圖2，降Cd效果最好的是B鈍化劑處理，整體比CK降低了15.92%，其次為A鈍化劑處理，比CK降低了5.71%，C鈍化劑處理反而增加了川芎葉片中Cd含量。B2、B3、B1、A3、A2處理極顯著地降低了川芎葉片中Cd含量，分別比CK降低18.92%、17.12%、11.71%、9.01%、5.41% 。A1處理能顯著降低川芎葉片中Cd含量，比CK降低2.70%。C1、C2、C3 3個處理反而極顯著提高川芎葉片中Cd含量，分別比CK提高46.85%、54.95%和64.86%。

圖2 川芎葉片中Cd積累情況

3.5 川芎根莖中Cd含量動態變化

通過動態取樣測定結果可以看出(圖3)，川芎根莖中，Cd含量在1、2月有一定降低，整體是呈逐漸上升的趨勢，到收獲期Cd含量達到最高值。在施用鈍化劑A、B后，川芎根莖中的Cd含量在各時期相對CK都有下降。其中，施用A鈍化劑的川芎在收獲期根莖Cd含量比CK降低了8.27%。B鈍化劑施用后效果更好，收獲期根莖中鎘含量比CK降低18.80%，而C鈍化劑在施用后，川芎根莖中的Cd含量不降反升。

圖3 不同鈍化劑處理下川芎各生長期根莖Cd含量變化趨勢

3.6 川芎葉片中Cd含量動態變化

川芎葉片中Cd含量呈現先降低后上升的趨勢(圖4)，A、B和CK處理葉片Cd含量在2018年3月20日降到最低，C處理葉片中Cd含量在2018年4月20日降到最低，到5月收獲期所有處理葉片中Cd含量都有所上升。其中，CK在2018年3月比2017年10月時Cd含量降低了61.32%。施用A鈍化劑后在2018年3月份相比2017年10月Cd含量降低了69.53%，施用B鈍化劑后在2018年3月相比2017年10月Cd含量降低69.96%。

圖4 不同鈍化劑處理下川芎各生長期葉片Cd含量變化趨勢

4 討論

本研究中，施用3種鈍化劑后，川芎根莖鮮質量、地上部分鮮質量、株高和分蘗數與CK相比都有所提高。A鈍化劑對產量的促進效果相對更好，在施用中、低濃度時能極顯著地提高川芎的根莖鮮質量，這與四川大學前期的川芎盆栽試驗得出的結果是一致的[11]。這可能是由于3種鈍化劑中的主要成分(如膨潤土、生物炭、磷酸鹽等)能夠吸附大量可交換態重金屬離子并含有豐富的土壤養分元素及微量元素，可以增加土壤有機質、提高土壤肥力，從而促進川芎的生長，提高川芎產量。而3種鈍化劑對川芎的主要成分(阿魏酸、洋川芎內酯A、藁本內酯)含量沒有明顯的影響，說明3種鈍化劑施用不會降低川芎品質。

施用A、B 2種鈍化劑對川芎根莖和葉片都有一定的降Cd效果。通過動態取樣結果來看，川芎根莖中重金屬Cd含量在整個生長期呈逐漸上升的趨勢，到收獲期Cd含量達到最高值；而川芎葉片中Cd含量則呈現先降低后上升的趨勢，在3—4月達到最低值。從川芎根莖Cd積累的情況來看，B鈍化劑的降Cd效果最好，A鈍化劑次之，按照降Cd效果排序為B3>B2>B1>A2>A1>A3；而從葉片中Cd積累的情況來看，也是B鈍化劑降Cd效果最好，A鈍化劑次之，按照降鎘效果排序為B2>B3>B1>A3>A2>A1；C鈍化劑處理后川芎根莖和葉片中Cd含量反而比CK有所增加。這可能與A、B鈍化劑中的主要成分膨潤土、生物炭有關。膨潤土是一種以蒙脫石為主要礦物組成的黏土巖，具有較大的比表面積，對于重金屬離子的吸附能力很強；而生物炭主要通過提高土壤pH來增加對重金屬離子的吸附作用；兩者均為吸附重金屬離子的重要成分，相對來說膨潤土對重金屬離子的吸附能力更強[12]。徐奕等[13]研究表明，在盆栽和大田條件下，施用膨潤土可降低土壤Cd交換態含量，水稻各部分Cd 含量總體上隨膨潤土施加量的增加而降低。本研究中，3種鈍化劑中B處理的膨潤土成分占比高達85%，這可能是導致B處理對川芎的降Cd 效果最佳的原因；A鈍化劑中，膨潤土占58%、生物炭占38%，兩者占比達到96%，對川芎根莖和葉片的降Cd效果也比較明顯；而C鈍化劑中，膨潤土占40%、生物基質和復合肥占比分別為26%、17%。何其輝等[14]研究表明，施用商品有機肥、復合肥能顯著增加土壤有效態Cd含量，因此，可能是由于C鈍化劑中生物基質和復合肥的施入增加了土壤中有效態Cd含量，從而導致川芎根莖和葉片中的Cd含量增加。

本研究結果表明，在川芎的實際生產中可以適當地選用膨潤土占比較高的B鈍化劑和A鈍化劑，施用量為3000～5000 kg·hm-2。既可以對川芎產量有較好的促進作用，也能顯著降低川芎藥材中的Cd含量。