药用植物芍药土壤理化性质研究进展及展望

董 燕，韩见宇，张家春，张清海，孙 超，周 颖

(贵州省植物园，贵阳 550001)

中药材生产讲求道地性，中药材药效成分的形成和积累与地质背景系统有密切关系[1]。随地质条件的不同表现出产量、外观及药效成分的差异，具体表现为气候、土壤和生物等的差异性[2]。土壤作为中药材生长的主要场所，中药材生长所需养分主要来源于土壤，同时土壤的水、肥、气、热会影响中药材的生长。芍药为毛茛科芍药属植物芍药的干燥根，在中国有悠久的栽培历史，有养血调经、敛阴止汗、柔肝止痛、平抑肝阳的功效，临床用于治疗血虚萎黄、月经不调、自汗、盗汗、肋痛、腹痛、四肢挛痛、头痛眩晕等。主产浙江、安徽、四川等地，此外，山东、贵州、湖南、湖北、甘肃、陕西、河南、云南等地亦产。本研究综合考虑土壤与中药材品质的关系，总结药用植物芍药土壤方面的研究内容，并进行了展望，为高品质和纯净的芍药生产提供基础资料。

1 芍药土壤物理性质研究进展

土壤物理性质是土壤基本性质之一，目前研究发现的与中药材内在品质有关的物理性质主要包含土壤质地、土壤容重、土壤孔隙度及土壤持水量。吴克宁等研究发现，对道地怀山药品质影响最显著的为土壤质地[3]。不同中药材对土壤质地的要求有较大的差异，玄参适宜石灰岩类重壤[4]，青蒿则适合在粉砂质壤土和粘壤土中生长[5]，薄荷生长在砂质土壤中其挥发油含量高[6]，金银花栽培于砂质土壤中质量最佳[7]。杨莉等研究发现，冬虫夏草种植密集区相较于稀疏区土壤孔隙度大、渗透性好，形成适宜冬虫夏草生长的土壤环境，其中土壤容重为0.68 g/cm3，土壤含水量为40%～50%，大于2 mm的砾石含量占9.79%，0.5～2 mm的砂粒占39.52%[8]。土壤物理性质是影响羌活生长和分布的主要因素之一，野生宽叶羌活分布区土壤容重较大，宽叶羌活中羌活醇、异欧前胡素含量与土壤容重呈现较好的正相关[9]。芍药土壤物理性质方面研究目前较缺乏，陈智忠[10]从园林绿化角度对牡丹单作、芍药单作、牡丹和芍药混作进行调查，芍药单作土壤容重为1.41 g/cm3，土壤孔隙度为44.6%。

2 芍药土壤化学性质研究进展

中药材的生长离不开肥料，肥料不仅能提供给中药材生长所必需的养分，为优质高产奠定基础，而且还可以改良土壤，提高土壤肥力。土壤作为中药材生长的基础，是中药材生长所需养分的主要来源，同时对中药材施肥要根据中药材生长的土壤环境质量的综合情况合理施肥。土壤酸碱度是土壤的重要化学性质之一，对土壤肥力及植物生长影响很大，大多数中药材喜中性或微酸、微碱，以适应中药材生长及质量的要求。土壤pH值是衡量土壤酸碱度的重要指标，魏东华等[11]研究了黑龙江的7个赤芍野生样地，土壤pH值在5.7～6.4之间，属弱酸性，而赤芍生长的最佳pH值范围为6.5～7.5。袁小凤等研究表明，杭白芍根际土壤呈酸性，种植杭白芍能显著降低土壤酸度，并且随着栽培年份的增加，pH逐渐上升，酸度逐渐下降[12]。

土壤有机质是土壤固相的重要组分，土壤有机质是土壤中含碳有机物的总称，包括各种动植物残体、微生物及其分解合成的有机物质。它能够直接影响和改变土壤的一系列物理、化学和生物学性质，对土壤质量的保持与土壤养分的控制起到重要作用[13]。土壤有机质是土壤养分的重要来源，是中药材生长不可或缺的要素，而且土壤有机质还能促进土壤结构的形成，对改善土壤的渗透性和减少水分蒸发等都有明显的作用[5]。土壤有机质中含有植物生长所需的几乎所有营养元素，尤其是有机态磷，而磷又参与多种代谢过程，是核蛋白、磷脂、辅酶的主要成分，各种因子通过调节植物生长，进而影响有效成分的积累。伍庆等对影响杜仲有效成分的主导土壤因子进行筛选，发现杜仲叶中绿原酸、芦丁、槲皮素和山柰酚含量的主要影响因子均为土壤有机质[14]。黑龙江赤芍野生样地土壤有机质均在35～48 g/kg，含量较高[11]；随栽培年份增加，杭白芍根际土壤的有机质基本呈逐渐下降的趋势[12]。

与所有植物一样，中药材生长需要必须的营养元素，氮、磷、钾元素的缺乏或不足都会影响药用植物的生长和内外在品质。张阳研究表明，磷与黄檗中的五种生物碱均有显著负相关[15]。林忠宁在胜红蓟的相关研究中发现，胜红蓟中的总黄酮含量与速效钾呈明显的正相关关系[16]。褚必海等在研究泽泻有效成分与土壤元素的关系时发现，土壤中钾元素对其2，3-乙酰泽泻醇B含量有很大影响[17]。有研究报道，甲基丁香油酚的含量与土壤碱解氮和速效钾的含量呈极显著正相关，而黄樟醚的含量与速效钾呈显著正相关[18]。HPLC法测定赤芍在不同土壤肥力中芍药苷的含量，发现赤芍在不同的土壤肥力条件中芍药苷的含量有一定的差别，特别是氮素和磷对药材的质量影响较大[19]。黑龙江赤芍野生样地土壤全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾等主要养分含量水平不平衡，综合肥力均属一般[11]。

3 芍药土壤微量元素研究进展

微量元素在维持人体健康中有重要作用，人体内已检出的微量元素约81种，而天然食品是人体内的微量元素最佳来源形式[20]。中药材中至少已测量到微量元素65种，微量元素已是一切中药材普遍存在的有效成分的核心组分[21]。微量元素作为中药材有效成分组成，本身也参与中药材中多种生理代谢活动，影响其根系营养、有机体的正常代谢，对中药材活性成分的形成和累积有着关键作用，最终影响中药材的品质[22-23]。三七皂苷类成分与三七根中无机元素的含量有显著相关性，其中三七总皂苷与药材中的Mg、Cr、Fe、Cu、As元素含量有显著正相关[24]。王龙研究发现，Zn、B、MO、Mn4种微量元素对冬凌草的冬凌草甲素和冬凌草迷迭香酸的合成和积累均有促进作用，得出Zn、B、Mo、Mn等微量元素有利于冬凌草的生长发育和有效成分的合成与积累[25]。土壤作为中药材生产的物质基础，中药材中的微量元素种类与含量与中药材生长的土壤微量元素有关，土壤中各种微量元素对中药材优良品质的形成都有很大的相关性[26-27]。黑龙江赤芍野生样地土壤微量元素较缺乏[11]，Ni、Cr、Se在土壤中的含量对其在赤芍药材中的含量有较大影响，而其中Ni的含量还可能影响到赤芍中芍药苷的含量[28]。

4 芍药土壤重金属研究进展

由于重金属具有生物毒性，在人体中累积达到一定程度后，会对人体健康造成危害。随着中药的广泛使用，人们对中药材中重金属含量问题越来越重视。对“浙八味”中重金属进行调查时发现，镉和铅有一定的超标[29]，川芎块茎中也存在重金属超标问题[30]，三七中砷和镉超标率分别为32.4%和29.7%[31]。中药材的重金属超标问题，对中药材的内在品质造成严重影响，是造成中药质量下降的关键因素之一。一般来说，土壤和其所产药材中的重金属元素都有很大的相关性。茅向军等测定了贵州不同地点栽培的杜仲中微量铅、砷、汞的含量，发现种植土壤与药材间砷、汞的含量基本成正相关性[32]。土壤重金属含量高，容易造成中药材重金属含量超标，所以改善土壤环境显得尤为重要。曹帅等考察芍药不同药用部位重金属含量与土壤重金属含量的相关性及亳州地区土壤的安全性，发现芍药不同药用部位与土壤重金属含量的相关性不同，亳州地区土壤处于安全级别属于清洁水平[33]。赤芍中Cd、Pb 2种元素均与芍药苷呈显著负相关，赤芍药材中Cd、Pb、Cr两两间呈显著正相关，赤芍药材与土壤中Cd、Pb、Cr呈显著正相关[28]。

5 展 望

5.1 建设野生土壤信息库

随着人们对中药认识的逐渐深入，市场上的需求量不断上升，野生中药材的量已经不能满足市场的需求，人工栽培成为中药材市场的主要来源。对野生与栽培当归生长特性的比较，发现野生当归具有较强的抗病性，野生当归中未发现麻口病和其他病害，而栽培当归中麻口病的发病率为17.5%和其他病害发病率为5.0%[34]。对栽培与野生丹参从活性成分含量角度进行品质评价，栽培种与野生种有明显区别[35]。人工栽培与野生中药材不仅在生长特性上不同，在品质上也存在差异。

土壤作为中药材生长的场所，对中药材的生长和品质的形成具有重要的影响。乌拉甘草由于土壤类型的影响质量差异很大，碳酸黑钙土野生乌拉甘草的甘草苷含量最高，粟钙土和棕钙土居中，盐碱化草甸土和新次生盐碱化草甸土最低[36]。对栽培与野生土壤全氮、碱解氮、有效磷、有效钾、有机质及pH进行分析，发现存在有显著差异[37]。因而需根据中药材的生理需要选择适合的土壤类型，并对野生中药材生长土壤进行调查[38]，建立野生土壤信息库，找到中药材生长的最理想土壤环境，为提高人工栽培的中药材品质提供参考。

5.2 加强土壤污染物监测

高品质的中药材不仅要求其药效成分的种类及量稳定，而且对污染物来说不含或限量含有。但工业化、城市化及农药化肥的不合理使用等，使得中药材不断出现重金属超标及农药残留等问题[39-40]。土壤和其所产药材中的重金属元素都有很大的相关性，土壤重金属含量高，容易造成中药材重金属含量超标[41]。土壤作为中药材生产的基础物质，是中药材优良品质的保证，所以改善人工种植土壤环境显得尤为重要。深入开展土壤环境质量调查，掌握土壤环境的真实状况，才能够进一步推进土壤环境监管和改善。目前在中药材人工栽培过程中土壤检测的土壤污染物种类少，而土壤污染物包括无机物、有机物、化学肥料、农药、放射性物质、寄生虫、病原菌和病毒等[42]。近年来，一些土壤中新型污染物，如兽药、抗生素、溴化阻燃剂、全氟化合物[43]等也成为研究热点。

硝酸盐其代谢产物亚硝酸盐与许多的癌症发生发展有关，而人类摄入的80%以上的硝酸盐都来自于蔬菜，蔬菜是一种易于富集硝酸盐的植物[44]。蔬菜在人们的日常膳食中占有重要的地位，其质量安全问题更是涉及到每个人的健康。农业生产中造成蔬菜硝酸盐积累的原因很多，据报道，蔬菜中的硝酸盐81.2%来自蔬菜种植过程中氮肥的施用[45]。随着药食同源中药材的发展，人工栽培中肥料的使用增加了药食同源中药材中硝酸盐和亚硝酸盐累积吸收的风险，而有些中药材是容易富集硝酸盐的中药材[46]。土壤作为中药材的生长地，有必要加强土壤硝酸盐及亚硝酸盐的监测。

5.3 构建土壤质量综合评价体系

中药材的生产离不开土壤，土壤是中药材生长过程中所需水、肥、气、热的来源之一，特别是中药材生长所需营养的主要来源。但由于农业生产中的不合理利用，使得土壤退化十分严重，土壤侵蚀、肥力贫瘠、盐渍化、沼泽化、污染及酸化等问题日益严重，对农业的可持续发展和安全产生严重的影响[47]。在中药材人工栽培种植过程中，土壤质量对中药材产量与品质起着决定性作用。土壤中的营养元素给中药材的生长提供了肥力保障，但土壤中重金属元素等污染物的存在又使中药材的安全性受到严重威胁。因此，及时调查、分析和跟踪中药材种植土壤的肥力和环境质量状况，对于中药材的优质生产具有重要意义，才能保证中药材的产量和品质。土壤质量是农业可持续发展的基础，是土壤特性的综合反映，是土壤肥力质量、土壤环境质量及土壤健康质量的综合量度[48]。通过对土壤肥力评价，能够把握土壤的整体肥力质量特征，同时也是作物可持续生产必不可少的评价过程之一。土壤重金属污染评价，是制定人为原因导致土壤重金属积累的基础，有助于确定土壤重金属的来源。在提高中药材内在品质中，不仅要对其有效成分的质和量进行有效控制，而且应对中药材中有毒、有害成分也进行限量控制[49]。土壤质量是个综合的概念，土壤质量对中药材产量与品质起着决定性作用，三个方面整体的优化是中药材优质高产的保证。从土壤的肥力指标、环境指标和生物指标综合考虑，建立更适于中药材种植基地土壤质量的综合评价方法,以使评价结果更全面、客观、准确。