貴州野生小檗屬植物土壤與植株微量元素相關性及富集特征

王 永，戚燕強，張家春，韓見宇，董 燕，熊鵬飛

(貴州省植物園，貴州 貴陽 550004)

【研究意義】探明貴州野生小檗屬植物土壤和植株(根)中微量元素含量及其富集特征,可為其種植和開發具有重要的實際意義?！厩叭搜芯窟M展】小檗屬隸屬于小檗科，該屬植物全世界分布范圍較廣，其中中國約有250種，但主產于西部和西南部[1]。貴州是中國小檗屬植物的分布中心之一，據統計貴州小檗屬為44種1變種，貴州特有小檗屬有8種[2]。小檗屬植物因盛產中國傳統的中藥材植物而著稱，主要以根、皮入藥，具有清熱解毒、止瀉等功效，主治濕熱泄瀉、腸炎、黃疸、目赤紅腫、咽痛等癥狀。小檗屬植物有效成分有小檗堿、藥根堿等生物堿，這類生物堿及小檗堿具有消炎抗菌、降血壓、降血脂、抗腫瘤、降血糖等藥理活性[3]。隨著人們對小檗屬藥用價值認識的不斷加深，市場對小檗屬植物的需求量不斷加大，為滿足市場不斷增加的需求量，人工種植成了小檗屬市場需求量的主要來源?！颈狙芯壳腥朦c】微量元素作為中藥材有效成分組成，本身也參與中藥材中多種生理代謝活動，影響其根系營養、有機體的正常代謝，對中藥材活性成分的形成和累積有著關鍵作用，最終影響中藥材的品質[4-5]。土壤作為中藥材生產的物質基礎，中藥材中的微量元素種類和含量與中藥材生長的土壤微量元素有關，土壤中各種微量元素對中藥材優良品質的形成都有很大的相關性[6-7]?！緮M解決的關鍵問題】研究貴州野生小檗屬土壤和植株中微量元素含量特征和相關關系，探明貴州野生小檗屬植株(根)微量元素的富集特征。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究在貴州威寧縣、六盤水市、盤州市及安順市平壩區進行。威寧彝族回族苗族自治縣介于北緯26°49′～26°53′、東經 104°12′～104°18′，屬亞熱帶季風氣候，年均溫11.2 ℃，年降水量739 mm。六盤水市介于北緯25°19′～26°55′、東經104°18′～105°42′，屬北亞熱帶季風濕潤氣候區，年均溫13～14 ℃，年降水量1200～1500 mm。盤州市介于北緯25°19′～26°17′、東經104°17′～104°57′，屬亞熱帶高原季風氣候，年均溫15.2 ℃，年降水量1390 mm。安順市平壩區介于北緯26°26′、東經106°16′，屬亞熱帶濕潤型季風氣候，年均氣溫13.3 ℃，年降水量1450 mm。

1.2 樣品的采集與制備

用GPS對每個土壤及植株樣品進行定位，土壤樣品采集0～20 cm的表層土，每個樣品均為貴州野生小檗屬生長土壤5個樣點充分混合后用四分法反復取舍而成的組合樣；每個土壤樣品重1 kg，采集時剔除植物殘體、大礫石等非土壤物質，共采集土壤樣品10個。采集土壤樣品的同時，采集對應點生長環境下貴州野生小檗屬植株的根樣品，共采集10個根樣。

將采集的土壤樣品裝入清潔的布袋帶回實驗室，倒入干凈的塑料膜上自然曬干，將風干樣品充分混勻后用四分法取一半用瑪瑙缽研磨，另一半作為實驗備用樣品保存。土壤樣品按照不同要求研磨過尼龍篩，將過篩樣品置于密封袋中并作好標簽，放入干燥器中保存備用。貴州野生小檗屬植株(根)樣品去除塵土，經 65 ℃烘干后，用粉碎機粉碎，過60目篩，將過篩樣品置于密封袋中并作好標簽，放入干燥器中保存備用。

1.3 樣品測定方法

土壤中微量元素Fe、Cu、Mo、Mn、Zn含量參照文獻[8-9]中的方法進行測定，有效態含量參照文獻[9]中的方法進行測定，野生小檗屬植株(根)樣品中Fe、Cu、Mo、Mn、Zn含量參照文獻[10]中的方法進行測定。

1.4 數據分析

用SPSS17.0進行差異顯著性及相關性分析，其他數據統計與分析處理用Excel表格進行處理。

富集系數=植物體內的某元素的含量/土壤中某元素含量

2 結果與分析

2.1 土壤微量元素的全量特征

從表1看出，不同種小檗屬野生土壤中同種土壤微量元素全量呈顯著差異。土壤微量元素Cu全量最高值為巴東小檗野生土壤，最低值是畢節小檗野生土壤，最大值約為最小值的6倍，表現為巴東小檗>永思小檗>威寧小檗>易門小檗>平壩小檗>古宗金花小檗>壯刺小檗>畢節小檗。土壤微量元素Fe全量為永思小檗>威寧小檗>古宗金花小檗>易門小檗>壯刺小檗>平壩小檗>畢節小檗。土壤微量元素Mn全量為威寧小檗>永思小檗>古宗金花小檗>畢節小檗>壯刺小檗>巴東小檗>易門小檗>平壩小檗，威寧小檗土壤微量元素Mn全量是平壩小檗的19倍。土壤微量元素Mo全量為壯刺小檗>威寧小檗>平壩小檗>畢節小檗>巴東小檗>永思小檗>古宗金花小檗>易門小檗。威寧小檗土壤微量元素Zn全量約為平壩小檗的20倍，總體表現為威寧小檗>永思小檗>畢節小檗>易門小檗>壯刺小檗>平壩小檗>巴東小檗>古宗金花小檗。不同土壤微量元素在同種小檗屬土壤中全量不同，其中畢節小檗、易門小檗、威寧小檗、永思小檗及壯刺小檗生長土壤中微量元素為Fe>Mn>Zn>Cu>Mo，巴東小檗、古宗金花小檗及平壩小檗生長土壤中微量元素為Fe>Mn>Cu>Zn>Mo。

表1 貴州野生小檗屬土壤微量元素全量含量

2.2 土壤微量元素的有效量特征

從表2看出，同種小檗屬野生土壤中不同土壤微量元素有效含量不同，畢節小檗土壤中表現為Mo>Fe>Mn>Cu>Zn，易門小檗表現為Fe>Zn>Mo>Mn>Cu，威寧小檗表現為Mo>Mn>Fe>Cu>Zn，巴東小檗表現為Fe>Mo>Mn>Cu>Zn，永思小檗表現為Fe>Mo>Zn>Cu>Mn，古宗金花小檗表現為Zn>Fe>Mo>Mn>Cu，壯刺小檗表現為Mo>Fe>Zn>Cu>Mn，平壩小檗表現為Zn>Mn>Fe>Cu>Mo。同種土壤微量元素在不同種小檗屬野生土壤中有效量呈顯著差異；土壤微量元素Cu有效量最大值為畢節小檗土壤，其中畢節小檗>巴東小檗>威寧小檗>平壩小檗>壯刺小檗>永思小檗>古宗金花小檗>易門小檗；土壤微量元素Fe在巴東小檗土壤中有效含量最高，表現為巴東小檗>畢節小檗>永思小檗>威寧小檗>易門小檗>古宗金花小檗>平壩小檗>壯刺小檗；威寧小檗土壤中微量元素Mn和Mo有效量均顯著高于其他小檗屬土壤，土壤微量元素Mn為威寧小檗>平壩小檗>畢節小檗>巴東小檗>易門小檗>古宗金花小檗>永思小檗>壯刺小檗，土壤微量元素Mo為威寧小檗>畢節小檗>壯刺小檗>古宗金花小檗>巴東小檗>永思小檗>易門小檗>平壩小檗；土壤微量元素Zn在古宗金花小檗土壤中有效含量顯著最高，表現為古宗金花小檗>平壩小檗>易門小檗>永思小檗>壯刺小檗>威寧小檗>畢節小檗>巴東小檗。

表2 不同野生小檗屬土壤微量元素有效量含量

表3 貴州不同地區野生小檗屬土壤的微量元素含量

2.3 不同地區小檗屬土壤微量元素特征

從表3看出，不同地區小檗屬野生土壤中微量元素全量與有效量的差異顯著。微量元素Cu全量與有效量均以六盤水市市最高。六盤水市土壤微量元素Fe全量最大，有效量以威寧縣最高。土壤微量元素Mn全量最大值在威寧縣，土壤微量元素Mn全量最大值約為最小值的10倍；有效量最高地區為安順市平壩區，土壤微量元素Mn有效量最大值約為最小值的7倍。安順市平壩區土壤微量元素Mo全量最大，而土壤微量元素Mo有效量最大在威寧縣，且土壤微量元素Mo有效量最大值約為最小值的40倍。土壤微量元素Zn全量最大值在安順市平壩區，有效量最大值在盤州市，微量元素Zn有效量的最大值約為最小值的9倍。貴州野生小檗屬不地區土壤微量元素有效量比全量的地區差異性更明顯。

2.4 植株微量元素全量特征

從表4看出，貴州野生小檗屬根中同種微量元素全量存在顯著差異。古宗金花小檗根中微量元素Cu全量顯著高于其他種小檗屬，表現為古宗金花小檗>畢節小檗>壯刺小檗>易門小檗>永思小檗>威寧小檗>平壩小檗>巴東小檗。微量元素Fe全量的最大值為壯刺小檗，約為最小值平壩小檗根中的18倍，表現為壯刺小檗>古宗金花小檗>畢節小檗>威寧小檗>永思小檗>巴東小檗>易門小檗>平壩小檗。微量元素Mn和Cu的全量的最大值均在古宗金花小檗根中，表現為古宗金花小檗>畢節小檗>永思小檗>壯刺小檗>威寧小檗>巴東小檗>易門小檗>平壩小檗。壯刺小檗根中Mo全量最高，為9.82 mg/kg，約是易門小檗根中的10倍之多，表現為壯刺小檗>永思小檗>巴東小檗>畢節小檗>威寧小檗>平壩小檗>古宗金花小檗>易門小檗。微量元素Zn全量的最大值為永思小檗，約是最小值巴東小檗根中的21倍，表現為永思小檗>壯刺小檗>易門小檗>古宗金花小檗>畢節小檗>威寧小檗>平壩小檗>巴東小檗。貴州野生小檗屬根中均以Fe全量含量最大，其中畢節小檗和古宗金花小檗表現為Fe>Mn>Cu>Zn>Mo，易門小檗為Fe>Cu>Zn>Mn>Mo，威寧小檗和巴東小檗為Fe>Mn>Zn>Cu>Mo，永思小檗為Fe>Zn>Mn>Cu>Mo，壯刺小檗和平壩小檗為Fe>Zn>Cu>Mn>Mo。

表4 貴州野生小檗屬植株根中微量元素的全量含量

表5 貴州野生小檗屬土壤-植株(根)微量元素相關性

2.5 土壤-植株微量元素相關性

從表5可知，土壤微量元素Zn與Mn全量呈極顯著正相關，相關系數為0.95；Mn與Fe全量呈顯著正相關，其余相關性不明顯。土壤微量元素有效量中，Mn與Cu呈顯著正相關，Zn與Cu呈顯著負相關，其余相關性不明顯。小檗屬根中微量元素全量相關性Mn與Fe呈極顯著正相關，Fe與Cu、Mn與Cu均呈顯著正相關，其余相關性不明顯。

土壤微量元素全量與有效量相關性中，只有Cu有效量與Fe全量呈顯著負相關性，其余相關性不明顯。植株根系中微量元素全量與土壤中微量元素全量相關性中，植株根系中Cu全量與土壤中Cu全量、植株中Fe全量與土壤中Cu全量均為顯著負相關；植株中Zn全量與土壤中Fe全量呈顯著正相關，植株中Mo全量與土壤中Mo全量呈極顯著正相關，其余相關性不明顯。植株中微量元素全量與土壤中微量元素有效量相關性中，只有植株Cu全量與土壤Mn有效量呈現顯著負相關，其余相關性不明顯。

2.6 植株微量元素富集特征

富集系數越高，表明植物體對該元素的富集程度越高，同時也說明植物對該種元素從土壤向體內的遷移能力越強[11-12]。從圖1看出，不同易門小檗中微量元素富集系數畢節小檗為Cu>Mo>Fe>Mn>Zn，易門小檗為Cu> Zn>Mn> Mo>Fe，威寧小檗為Cu>Fe>Mo=Mn>Zn，巴東小檗為Mo>Zn>Mn=Fe>Cu，永思小檗為Mo> Cu>Zn> Mn>Fe，古宗金花小檗為Cu> Zn>Mo> Mn>Fe，壯刺小檗為Cu> Zn>Mo> Mn>Fe，平壩小檗為Mo>Zn>

圖1 貴州野生小檗屬植株(根)微量元素的富集特征Fig.1 Enrichment characteristics of trace element in plant (root) of wild Berberis in Guizhou

Mn=Cu>Fe。微量元素Cu、Fe富集系數最大為畢節小檗，Mn為易門小檗，Mo為永思小檗，Zn為壯刺小檗，各微量元素富集系數以畢節小檗中Cu的最高且大于1。

3 結 論

研究結果表明：畢節小檗、易門小檗、威寧小檗、永思小檗及壯刺小檗野生土壤中微量元素為Fe>Mn>Zn>Cu>Mo，巴東小檗、古宗金花小檗及平壩小檗為Fe>Mn>Cu>Zn>Mo。土壤微量元素全量最高值Cu為巴東小檗土壤，Fe為永思小檗土壤，Mn表現為威寧小檗>永思小檗>古宗金花小檗>畢節小檗>壯刺小檗>巴東小檗>易門小檗>平壩小檗土壤，Mo為壯刺小檗土壤，達35.58 mg/kg，Zn為威寧小檗土壤。土壤中有效含量最高的微量元素最大值Cu為畢節小檗土壤，Fe為巴東小檗土壤，Mn和Mo為威寧小檗土壤，Zn為古宗金花小檗土壤。小檗根中微量元素全量最高Cu為古宗金花小檗根，Fe為壯刺小檗根，Mn為古宗金花小檗根，Mo為壯刺小檗根，全量為9.82 mg/kg，Zn為永思小檗根。

土壤微量元素全量Zn與Mn呈極顯著正相關，Mn與Fe呈顯著正相關；土壤微量元素有效量Mn與Cu呈顯著正相關，Zn與Cu呈顯著負相關；小檗屬根中微量元素全量Mn與Fe呈極顯著正相關，Fe與Cu和Mn與Cu呈顯著正相關；土壤微量元素Cu有效量與微量元素Fe全量呈顯著負相關，植株中微量元素Cu全量與土壤中微量元素Cu全量、植株中微量元素Fe全量與土壤中微量元素Cu全量均呈顯著負相關，植株中微量元素Zn全量與土壤中微量元素Fe全量呈現顯著正相關，植株中微量元素Mo全量與土壤中微量元素Mo全量呈現極顯著正相關，植株微量元素Cu全量與土壤微量元素Mn有效量呈現顯著負相關。畢節小檗中以微量元素Cu富集系數最高且大于1，其余微量元素富集系數均小于1。貴州野生小檗屬不同地區土壤微量元素有效量比全量的地區差異性更明顯。