人参根、茎叶及其根际土壤中重金属污染评价及迁移能力分析

冉文倩; 彭韵洁; 王奇; 赵博雅; 张平平; 时东方; 陈丽娜; 刘春明

doi:10.19303/j.issn.1008-0384.2023.11.012

人参根、茎叶及其根际土壤中重金属污染评价及迁移能力分析

doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2023.11.012

长春师范大学中心实验室，吉林　长春　130032

基金项目: 吉林省教育厅科学研究项目（JJKH20230924KJ）

详细信息

作者简介:
冉文倩（2002 — ），女，主要从事天然药物分析研究，E-mail：3161818400@qq.com

通讯作者:
陈丽娜（1984 — ），女，博士，副研究员，主要从事天然药物分析研究，E-mail：chenlina4321@163.com

刘春明（1964 —），女，博士，教授，主要从事天然药物分析研究，E-mail：ccsf777@163.com

中图分类号: S646.9
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出版历程
- 收稿日期: 2023-06-13
- 修回日期: 2023-07-13
- 网络出版日期: 2023-11-20
- 刊出日期: 2023-11-28

Migration of Heavy Metals in Rhizosphere Soil to Ginseng Roots, Stems, and Leaves

The Central Laboratory, Changchun Normal University, Changchun, Jilin 130032, China

摘要

摘要: 目的探究人参根、茎叶及其根际土壤中重金属污染程度及迁移能力。方法对来自吉林省3个产区的15份人参样本中元素Al、V、Cr、Cd、Pb、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ba等进行分析测定，采用单因子污染指数法、内梅罗综合指数法对根际土壤元素Cd、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn等进行污染评价，分析人参不同部位对其根际土壤中重金属的富集特性及各元素间的相关性。结果人参根、茎叶及根际土壤中Al元素含量最高，根、茎叶变异系数范围分别为：12.07%～58.43%，10.02%～87.96%。根际土壤中有13份样品属于安全、清洁水平，2份属于警戒级、尚清洁水平，其中Cd元素是主要污染物。茎叶和根对各元素的富集趋势相似，BCF平均值相差较大，但均表现为对Cu、Zn、Ba、Cd的富集能力较强。结论人参种植要采取手段监测与管控单因子污染指数值最大的Cd元素含量，避免土壤镉污染。人参根、茎叶与土壤元素含量的相关性比较复杂，土壤中部分元素在植物吸收、转运过程中存在协同或拮抗作用。
- 人参 /
- 土壤 /
- 重金属 /
- 污染 /
- 富集
Abstract: Objective Heavy metal pollution in rhizosphere soil and its migration to the roots, stems, and leaves of ginseng plants grown on the land were studied. Methods Contents of Al, V, Cr, Cd, Pb, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, and Ba in randomly collected 15 batches of ginseng specimens from three producing areas in Jilin Province were analyzed. Pollution of rhizosphere soil by Cd, Pb, Cr, Cu, Ni, and Zn was evaluated using the single factor pollution index and Nemerow composite index methods. Accumulation of heavy metals in different parts of a ginseng plant was correlated with the pollution on the corresponding soil. Results Of all the tested heavy metals, Al in the roots and stems/leaves of the ginseng plants was the highest pollutant in content. The variation coefficient on the roots ranged 12.07-58.43% and that on the stems and leaves 10.02-87.96%. Out of 15 rhizosphere soil samples, 13 were considered safe and clean, and two moderately clean with due warning, which contained a high level of Cd. The ginseng roots and stems/leaves were similar in accumulating the pollutants but significantly different on mean BCFs and all high on Cu, Zn, Ba, and Cd. Conclusion It is crucial that ginseng be cultivated on land with stringent control on heavy metal pollution for safe consumption. Constant monitoring the soil conditions to avoid a high single factor pollution index on Cd was particularly important. The relationship between the heavy metals in ginseng plants and rhizosphere soil was complex, as certain synergistic and/or antagonistic effects might interfere with the absorption and transport of the harmful elements.
- Ginseng /
- soil /
- heavy metals /
- pollution /
- accumulation

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图 1 人参采样点示意图

Figure 1. Schematic diagram of ginseng sampling sites

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图 2 人参根与茎叶元素间的相关性

Figure 2. Correlation between elements in roots and stems/leaves of a ginseng plant

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图 3 人参茎叶与根际土壤元素间的相关性

Figure 3. Correlation between elements in ginseng stems/leaves and rhizosphere soil

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图 4 人参根与根际土壤元素间的相关性

Figure 4. Correlation between elements in ginseng roots and rhizosphere soil

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表 1 农用地土壤污染风险筛选值

Table 1. Values for screening pollution risk on agricultural land　　　　　　　　　　　　　　　（单位：mg·kg⁻¹）

元素 Element	农用地土壤污染风险筛选值 Risk screening value of soil pollution in agricultural land
元素 Element	pH≤5.5	5.5＜pH≤6.5	6.5＜pH≤7.5	pH＞7.5
Cd	0.3	0.3	0.3	0.6
Hg	1.3	1.8	2.4	3.4
As	40	40	30	25
Pb	70	90	120	170
Cr	150	150	200	250
Cu	50	50	100	100
Ni	60	70	100	190
Zn	200	200	250	300

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表 2 内梅罗综合污染指数法对土壤环境质量评价分级标准

Table 2. Standards for classifying soil quality by Nemerow comprehensive pollution index method

综合污染指数（P_综合） Composite pollution index	污染等级 Pollution level	污染评价 Pollution assessment
P_综合≤0.7	安全 Safe	清洁 Clean
0.7＜P_综合≤1.0	警戒级 Alert level	尚清洁 Relatively clean
1.0＜P_综合≤2.0	轻度污染 Slight pollution	开始受污染 Start to be polluted
2.0＜P_综合≤3.0	中度污染 Moderate pollution	受中度污染 Moderately polluted
P_综合＞3.0	重度污染 Heavy pollution	受污染已相当严重 Heavy polluted

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表 3 人参根样本中重金属和有害元素检测结果

Table 3. Heavy metals and harmful elements detected in ginseng roots （单位：mg·kg⁻¹）

编号 Number	Al	V	Cr	Cd	Pb	Mn	Co	Ni	Cu	Zn	Ba
1-1	1475	0.65	1.20	0.11	0.04	44.06	0.19	2.74	9.85	23.12	27.00
1-2	1421	1.52	2.46	0.21	0.24	72.45	0.26	3.48	8.79	23.95	29.18
1-3	1192	0.52	1.55	0.12	0.10	100.11	0.20	2.75	10.32	21.33	17.96
1-4	1390	0.56	1.28	0.11	0	42.80	0.17	2.77	10.11	21.65	26.40
1-5	1366	1.51	1.52	0.20	0.20	70.79	0.25	3.13	8.23	22.04	26.40
2-1	904	0.26	0.17	0.14	0	77.25	0.11	2.13	7.29	14.03	14.80
2-2	1182	0.40	1.54	0.16	0.07	98.50	0.16	2.97	9.91	19.13	22.60
2-3	1252	0.54	1.41	0.19	0.15	103.32	0.20	2.54	12.15	23.97	32.26
2-4	1425	0.61	1.61	0.13	0	116.74	0.22	3.40	10.81	28.18	24.67
2-5	1197	0.40	1.39	0.18	0.08	100.83	0.16	2.97	10.02	23.57	22.40
3-1	1550	0.54	1.39	0.09	0	39.56	0.21	2.97	11.97	23.87	29.19
3-2	2002	0.78	2.32	0.13	0	92.96	0.30	3.35	9.96	23.96	35.54
3-3	1302	0.55	1.08	0.14	0	46.83	0.17	3.27	12.06	23.90	52.15
3-4	1431	0.50	1.40	0.15	0	36.39	0.16	3.19	11.52	21.91	28.32
3-5	1991	0.77	2.18	0.10	0	91.43	0.31	3.18	9.07	25.63	33.23
平均值 Average value	1405.33	0.67	1.50	0.14	0.13	75.60	0.20	2.99	10.14	22.68	28.14
标准差 Standard deviation	286.88	0.37	0.55	0.04	0.07	27.44	0.06	0.36	1.42	3.15	8.62
CV%	20.41	54.36	36.51	25.83	58.43	36.30	27.13	12.07	14.05	13.89	30.64

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表 4 人参茎叶样本中重金属和有害元素检测结果

Table 4. Heavy metals and harmful elements detected in ginseng stems/leaves （单位：mg·kg⁻¹）

编号 Number	Al	V	Cr	Cd	Pb	Mn	Co	Ni	Cu	Zn	Ba
1-1	2984.80	2.14	2.58	0.09	0.71	287.16	0.42	3.02	9.90	35.66	59.44
1-2	2099.19	1.58	1.90	0.18	0.67	417.75	0.42	3.38	11.57	32.98	64.70
1-3	3396.54	3.34	3.12	0.14	0.92	512.10	0.68	4.32	14.28	32.28	68.65
1-4	2989.24	2.08	2.34	0.09	0.67	298.07	0.41	2.91	9.69	33.45	60.72
1-5	2050.26	1.93	2.18	0.22	0.89	412.35	0.50	4.09	14.14	29.68	64.07
2-1	1384.90	1.02	2.16	0.41	0.59	249.32	0.23	2.62	6.85	29.08	60.60
2-2	3790.23	3.46	3.17	0.18	1.11	455.84	0.59	3.84	11.24	30.56	65.08
2-3	1457.44	0.92	2.80	0.37	1.61	188.56	0.23	2.02	7.75	30.83	66.61
2-4	1421.41	0.55	1.02	0.24	0.04	264.36	0.13	1.42	3.83	26.61	63.77
2-5	4014.67	3.02	2.51	0.12	0.87	469.18	0.51	3.20	9.14	26.19	64.62
3-1	1607.11	1.37	1.59	0.17	0.57	212.98	0.30	2.82	13.63	27.52	76.80
3-2	1663.52	1.27	1.30	0.07	0.48	354.39	0.32	3.41	11.31	28.42	60.58
3-3	2033.26	1.55	1.61	0.07	0.66	360.10	0.34	2.53	12.81	25.20	69.63
3-4	1611.22	1.17	1.28	0.13	0.41	209.90	0.25	2.25	11.57	28.62	77.60
3-5	1461.31	1.32	1.36	0.07	0.48	339.09	0.33	3.65	11.18	20.79	52.07
平均值 Average value	2264.34	1.78	2.06	0.17	0.71	335.41	0.38	3.03	10.59	29.19	65.00
标准差 Standard deviation	919.79	0.89	0.69	0.10	0.35	102.05	0.15	0.79	2.86	3.73	6.51
CV%	10.02	61.49	36.34	61.49	49.75	87.96	49.75	17.98	10.02	29.35	10.02

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表 5 人参根际土壤样本中重金属和有害元素检测结果

Table 5. Heavy metals and harmful elements detected in ginseng rhizosphere soil （单位：mg·kg⁻¹）

编号 Number	Al	V	Cr	Cd	Pb	Mn	Co	Ni	Cu	Zn	Ba
1-1	73136.93	54.80	43.90	0.56	24.07	2406.05	18.91	65.77	31.14	88.82	223.50
1-2	86154.51	44.18	33.69	0.35	16.78	2740.77	10.65	53.58	28.29	73.20	206.61
1-3	64333.74	50.93	37.37	0.28	16.68	2022.73	16.57	45.35	23.63	81.00	238.75
1-4	79783.41	52.41	40.72	0.51	35.22	2375.47	17.40	54.90	26.81	80.26	225.23
1-5	81160.59	45.12	35.58	0.27	14.33	2401.34	10.93	42.86	23.27	78.89	216.75
2-1	84922.87	40.73	35.74	0.29	13.80	2307.78	8.40	34.81	20.19	67.81	226.59
2-2	83016.45	36.49	22.66	0.20	11.95	2151.34	8.48	33.74	19.32	63.37	207.71
2-3	85159.45	43.64	27.92	0.27	13.98	2263.85	9.31	33.33	18.60	69.02	206.82
2-4	90096.30	39.37	26.04	0.29	14.46	2546.09	8.14	34.58	20.25	91.58	211.79
2-5	94330.80	44.16	33.45	0.24	14.03	2355.70	10.06	40.12	22.59	103.99	243.51
3-1	87839.36	42.30	31.29	0.25	16.20	2600.08	9.40	35.96	21.35	81.41	186.96
3-2	87511.38	37.85	30.37	0.26	16.33	2302.12	8.75	39.59	21.66	67.49	173.98
3-3	85706.23	39.04	28.46	0.24	16.42	2271.62	8.53	40.12	24.82	91.98	176.27
3-4	84904.09	41.94	31.35	0.23	15.95	3264.03	9.22	34.83	20.86	77.97	186.68
3-5	86765.80	37.57	29.33	0.23	13.81	3092.77	8.25	32.82	17.68	65.45	226.58
平均值 Average value	83654.79	43.37	32.52	0.30	16.93	2473.45	10.87	41.49	22.70	78.82	210.52

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表 6 人参根际土壤重金属污染评价

Table 6. Evaluation on heavy metal pollution of ginseng rhizosphere soil

编号 Number	单因子污染指数 Single factor pollution index						内梅罗综合污染指数 Nemerow composite pollution index	污染等级 Pollution level	污染水平 Pollution level
编号 Number	Cd	Pb	Cr	Cu	Ni	Zn	内梅罗综合污染指数 Nemerow composite pollution index	污染等级 Pollution level	污染水平 Pollution level
1-1	1.85	0.20	0.22	0.31	0.66	0.36	0.97	警戒级 Alert level	尚清洁 Relatively clean
1-2	1.16	0.14	0.17	0.28	0.54	0.29	0.62	安全 Safe	清洁 Clean
1-3	0.95	0.14	0.19	0.24	0.45	0.32	0.51	安全 Safe	清洁 Clean
1-4	1.72	0.29	0.20	0.27	0.55	0.32	0.90	警戒级 Alert level	尚清洁 Relatively clean
1-5	0.89	0.12	0.18	0.23	0.43	0.32	0.48	安全 Safe	清洁 Clean
2-1	0.95	0.11	0.18	0.20	0.35	0.27	0.51	安全 Safe	清洁 Clean
2-2	0.68	0.10	0.11	0.19	0.34	0.25	0.37	安全 Safe	清洁 Clean
2-3	0.89	0.12	0.14	0.19	0.33	0.28	0.47	安全 Safe	清洁 Clean
2-4	0.98	0.12	0.13	0.20	0.35	0.37	0.52	安全 Safe	清洁 Clean
2-5	0.81	0.12	0.17	0.23	0.40	0.42	0.44	安全 Safe	清洁 Clean
3-1	0.82	0.13	0.16	0.21	0.36	0.33	0.44	安全 Safe	清洁 Clean
3-2	0.88	0.14	0.15	0.22	0.40	0.27	0.47	安全 Safe	清洁 Clean
3-3	0.81	0.14	0.14	0.25	0.40	0.37	0.44	安全 Safe	清洁 Clean
3-4	0.77	0.13	0.16	0.21	0.35	0.31	0.42	安全 Safe	清洁 Clean
3-5	0.78	0.12	0.15	0.18	0.33	0.26	0.42	安全 Safe	清洁 Clean

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表 7 人参的BCF平均值

Table 7. Mean BCF of ginseng

采样地 Sample site	Al		V		Cr		Mn		Co		Ni		Cu		Zn		Ba		Cd
采样地 Sample site	茎叶 Stem leaf	根 Root	茎叶 Stem leaf	根 Root	茎叶 Stem leaf	根 Root	茎叶 Stem leaf	根 Root	茎叶 Stem leaf	根 Root	茎叶 Stem leaf	根 Root	茎叶 Stem leaf	根 Root	茎叶 Stem leaf	根 Root	茎叶 Stem leaf	根 Root	茎叶 Stem leaf	根 Root
J1	0.036	0.018	0.045	0.020	0.063	0.043	0.164	0.028	0.034	0.016	0.071	0.058	0.460	0.359	0.409	0.280	0.286	0.115	0.433	0.436
J2	0.027	0.014	0.045	0.011	0.083	0.045	0.141	0.043	0.038	0.019	0.074	0.080	0.386	0.501	0.380	0.278	0.294	0.108	1.002	0.637
J3	0.020	0.018	0.033	0.015	0.048	0.051	0.115	0.022	0.034	0.023	0.073	0.085	0.558	0.515	0.350	0.297	0.392	0.202	0.452	0.524

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人参根、茎叶及其根际土壤中重金属污染评价及迁移能力分析

doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2023.11.012

作者简介:
冉文倩（2002 — ），女，主要从事天然药物分析研究，E-mail：3161818400@qq.com

通讯作者:
陈丽娜（1984 — ），女，博士，副研究员，主要从事天然药物分析研究，E-mail：chenlina4321@163.com

刘春明（1964 —），女，博士，教授，主要从事天然药物分析研究，E-mail：ccsf777@163.com

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Migration of Heavy Metals in Rhizosphere Soil to Ginseng Roots, Stems, and Leaves

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doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2023.11.012

作者简介: 冉文倩（2002 — ），女，主要从事天然药物分析研究，E-mail：3161818400@qq.com

通讯作者: 陈丽娜（1984 — ），女，博士，副研究员，主要从事天然药物分析研究，E-mail：chenlina4321@163.com 刘春明（1964 —），女，博士，教授，主要从事天然药物分析研究，E-mail：ccsf777@163.com

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作者简介:
冉文倩（2002 — ），女，主要从事天然药物分析研究，E-mail：3161818400@qq.com

通讯作者:
陈丽娜（1984 — ），女，博士，副研究员，主要从事天然药物分析研究，E-mail：chenlina4321@163.com

刘春明（1964 —），女，博士，教授，主要从事天然药物分析研究，E-mail：ccsf777@163.com