三七Panax notoginseng (Burk.) F. H. Chen 是我国传统珍贵药用植物，对心血管系统、血液系统、免疫系统、中枢神经系统等均具有重要疗效^[1]。三七起源于2500万年前第三纪古热带残遗植物，生理生态上对环境适应能力很低，仅局限于北纬23.5°附近的中高海拔地区，主要分布于我国云南文山州境内^[2]。云南文山州种植三七历史迄今已有400余年，年产量达900万 kg，约占全世界三七市场的90%以上，是中国乃至世界著名的“三七之乡”。

土壤重金属污染是我国环境污染中面积最广，危害最大的环境问题之一^[3]。环境保护部曾对3.6万 hm²的基本农田保护区进行土壤重金属调查，发现超标率达12.1%^[4]。目前，珠江三角洲约有40%的农田菜地土壤存在重金属污染，西江流域的土壤重金属污染甚至已达60%—70%，农田重金属污染问题已引起人们的广泛关注^[5]。云南文山州作为我国重要的矿区，富含锌、铜、锡、砷等(非)金属矿，土壤重金属背景值相对较高^{[6, 7]}。近年来，随着采矿区域的无序扩张以及含重金属农药的大量使用，三七种植区土壤重金属污染问题日益严重，已对三七药品安全及国际贸易产生了严重威胁^[8]。

目前，三七研究主要集中于药用活性领域，其重金属污染研究仍处于起步阶段^{[2, 9]}。江滨等首次提出三七中的重金属主要来源于附着在表面的浮土^[10]。郝南明等和冯光泉等通过野外调查发现，三七中砷、镉等污染可能主要来源于其特殊的重金属吸收、累积机制^{[8, 11]}。Yan等通过多年长期定位实验，揭示了砷在土壤-三七系统内的迁移和转化规律，并评估了三七砷污染对人体的健康风险^[12]。然而目前对于三七中其他重金属的吸收、累积规律及其对人体的健康风险仍然缺乏有效研究，三七重金属污染研究滞后将阻碍相关控制技术的发展。

本研究通过调查云南文山三七种植区土壤及三七中的重金属污染现状，揭示三七中Cd、Cr、Cu、Pb等重金属的的吸收和累积规律，并评估其对人体的健康风险，以期为有效解决三七重金属污染问题、保障三七药物安全提供科学依据。

云南文山州三七种植区海拔约为1000—1800 m，土壤为疏松红壤或棕红壤，环境温暖而阴湿，年平均气温12.8—18.1 ℃。随机选取16个典型三七种植地块，在每个地块随机采集三七样品10—15株，同时采集相对应的表层土壤(0—20 cm)。取样点以GPS精确定位，具体采样点分布见图 1。新鲜三七采集后用自来水冲洗干净，洗去根部泥土，并用细毛刷清洗，再用去离子水冲洗。将三七植株分成主根、须根、茎、叶等不同部位，105 ℃下杀青处理30 min，然后于60 ℃条件下烘干24 h至恒重，烘干后的三七样品经玛瑙研钵磨碎后置于封口袋中保存。将土壤样品自然风干后，剔除样品中植物根系、有机残渣以及可见侵入体，用木质工具碾碎并用玛瑙研钵研磨，分别过20 目和100 目尼龙筛，待测。

图 1 云南文山三七种植区调查点分布示意图 Fig. 1 Sampling sites in P. notoginseng planting area in Wenshan county,Yunnan Province

图选项

土壤样品采用美国国家环保局推荐的USEPA3050B方法消煮待测^[13]，植物样品采用HNO₃-HClO₄法消煮^[14]。用电感耦合等离子发射光谱法(ICP-OES)测定待测液中的Cd、Cr、Cu、Pb 4种重金属含量。分析过程所用试剂均为优级纯，土壤样品和植物样品的分析过程中分别采用国家标准参比物质(土壤：GBW07404；植物：GBW07603)进行分析质量控制，标样测定结果均在参比物质允许误差范围内。

数据采用Microsoft Excel 2003及SPSS 12.0 for Windows软件进行统计分析。

(1)土壤重金属污染评估

本研究以综合污染指数法为评价模式^[15]，用《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)的土壤重金属二级标准对文山州三七种植区土壤Cd、Cr、Cu、Pb环境质量进行评价。

综合污染指数法

(2)人体健康风险评估：根据样品中Cd、Cr、Cu、Pb含量的测定结果，参照1993年FAO/WHO规定的Cd、Cu、Pb每日允许摄入量(allowable daily intake,ADI)60、12000、214 μg/d以及中国营养学会Cr安全摄入量最大值200 μg/d(以体重60 kg计)，并考虑医学上推荐的三七每日的最大摄入剂量10 g，评估人体对三七的摄入量的风险。

日摄入量(μg/d)=三七中重金属浓度(μg/g)×三七摄入量(g/d)

日摄入量占ADI百分比(%)=每日摄入量(μg/d)/ADI值(μg/d)

三七种植区土壤重金属含量及分布见表 1。由《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)的土壤重金属二级标准可知，三七种植区存在较为严重的土壤Cd、Cr、Cu污染，样品超标率分别为75%、38%、50%，土壤Pb浓度均远低于限量标准(250 mg/kg)。褚卓栋等认为，土壤重金属浓度概率分布若符合正态分布，则表明该元素来源于成土母质，不符合则可能来源于人类活动^[15]。本研究通过Shapiro-Wilk test分析发现，土壤中Pb的P值为0.085(大于0.05)，其含量符合正态分布，表明种植区土壤Pb主要来源于成土母质；而Cd、Cr、Cu的P值分别为0.004、0.02、0.03(均小于0.05)，这3种金属含量不符合正态分布，原因可能是人类活动导致元素富集，使概率分布偏移。

以《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)二级标准作为评价标准，土壤重金属单项污染指数法和综合污染指数法评价，结果如表 2所示。所有采样点中，Cd单项污染，重度污染级占31%、轻度污染占44%、13%处于警戒限、12%为清洁级；Cr单项污染，轻度污染占38%、43%处于警戒限、19%为清洁级；Cu单项污染，轻度污染占50%、50%为清洁级；而Pb则均处于清洁级。一般而言，土壤中Cd主要来源于锌、铅矿的采冶、精炼等，而Cu、Cr则主要来源于铜、铬矿石采冶、化工、农药等^{[16, 17]}。冯光泉等调查发现，三七种植区土壤重金属含量符合GAP(Good Agricultural Practices)对栽培土壤的要求^[8]。曾鸿超等通过对3年生三七种植区调查发现，土壤主要存在Cu(超标率达50%)，而Cd含量则均低于限量标准^[18]。本研究结果发现，三七种植区已出现比较严重的Cd、Cr、Cu等多种重金属污染。表明，近年来云南文山州矿产资源的不合理开发、矿业活动的无序扩张以及含重金属农药的大规模使用^[8]，已导致三七种植区土壤重金属污染范围不断扩大、污染程度不断加剧。

通过分析综合污染指数发现，丘北县5个采样点中，4个采样点出现重度污染，1个出现轻度污染；文山县6个采样点中，1个采样点出现中度污染、3个出现轻度污染、1个处于警戒限、1个为清洁；砚山县2个采样点中，1个采样点出现轻度污染、一个为清洁；马关县3个采样点中，2个采样点处于警戒限、1个为清洁。本次调查的文山州4县重金属污染程度依次表现为丘北县>文山县>砚山县>马关县。

本文对三七重金属污染评估主要参照了《药用植物及制剂外经贸绿色行业标准》(WM/T2—2004)，其Cd、Cu、Pb的限量标准分别为0.3、20、5 mg/kg。然而上述标准并未对Cr浓度提出限量要求，因此本文同时参照了《NSF International Draft Standard 》(173—2001)，其Cr限量标准为0.2 mg/kg。本研究发现，三七种植区植株各部位均存在较为严重的Cd、Cr、Pb污染(表 3)。其中须根、主根、茎、叶Cd超标率分别为100%、81%、94%、94%，Cr超标率分别为100%、100%、75%、100%，Pb超标率分别为63%、50%、25%、38%，而Cu则均达标。王朝梁和崔秀明等调查发现，种植区三七除Cu、Zn含量偏高外，其余指标均属正常范围，已达绿色药材标准^[2]。冯光泉等调查发现，种植区部分三七样品出现Cd、Pb等重金属超标的现象^[19]。近年来，由于国内外需求量剧增、文山耕地有限、三七连作障碍等原因，使得部分重金属含量超标区域也被应用于三七种植，从而导致三七重金属污染问题凸显^{[20, 21]}。本研究结果表明，三七种植区植株已存在较为严重的Cd、Cr、Pb等重金属污染，对人体健康及国际贸易造成威胁。

重金属从土壤进入植物体的过程与植物本身的遗传特性、主动吸收功能和对元素的富集能力有关^[6]。生物富集系数(BCF)常被用来评价有机体吸收和富集化学物质的能力^[22]。冯光泉等研究发现，三七对土壤Cd有一定的吸收和富集能力，而对Pb则主要表现为根表皮的吸附^[19]。本研究中，三七各部位Cd的BCF均大于1，而Cr、Cu、Pb则均远小于1(表 4)，表现出了三七较强的Cd富集特征。转运系数(TF)常被用来评估化学物质的在植物体内的迁移能力^[23]。由于重金属的危害性，普通植物一般尽量抑制其吸收或避免其向地上部转运^[24]。阎秀兰等和Yan等研究均发现，三七具有较强的向叶部转运砷的能力^{[6, 12]}。本研究中，Cd、Cu、Pb平均转运系数均大于1，而Cr则远小于1，表明三七体内可能存在着较强的Cd、Cu、Pb向地上部转运能力。

本研究拟分别参照1993年FAO/WHO规定的Cd、Cu、Pb每日允许摄入量、中国营养学会规定的Cr安全摄入量及人体对重金属的每日摄入量估算值，综合评价三七各部位对人体重金属暴露的健康风险。图 2表示三七不同部位重金属每日摄入量占ADI的比值。结果发现，三七不同部位Cd、Cr、Cu、Pb对人体的摄入风险贡献依次为8.67%—24.67%、1.90%—14.40%、0.38%—0.79%、13.46%—46.40%，主要表现为Pb>Cd>Cr>Cu。阎秀兰等研究发现，文山州种植区三七的砷日摄入量占ADI比值平均为12.83%，最高可达45.87%^[6]。本研究结果表明，种植区三七也存在较高的Pb、Cd、Cr摄入风险，而Cu目前还未发现明显的健康风险。

图 2 三七不同部位重金属日摄入量占ADI的百分比 Fig. 2 Percent of the average ingestion rates of heavy metal from different part of P. notoginseng with ADI

图选项

主根是三七主要药用部位，因此本研究将三七主根各重金属日摄入量占ADI比值与土壤重金属浓度进行拟合(图 3)。研究发现，Cd、Cr、Cu 3种重金属具有较好的拟合性(拟合系数分别为0.7067、0.6222、0.5682)，相关性极显著(P值分别为0.841^**、0.789^**、0.753^**，^**表示在0.01水平(双侧)上显著相关)。说明随着土壤Cd、Cr、Cu浓度的增加，三七主根对人体的摄入风险也随之增加，且当土壤浓度分别达到0.3、150、50 mg/kg以上时，每日摄入量占ADI的比值分别达到4.77%、10.89%、0.42%。此外，本研究中，Pb的拟合性较差，拟合系数仅为0.0218，表明三七中Pb可能不仅仅来源于土壤，还可能来源于交通污染、含Pb农药的喷施等^[25]。

图 3 三七主根中不同重金属每日摄入量占ADI的百分比 Fig. 3 Percent of the average ingestion rates of heavy metal from P. notoginseng with ADI

图选项

(1)云南文山三七种植区土壤已出现较为严重的Cd、Cr、Cu污染问题，其4个主产县的污染程度依次表现为丘北县>文山县>砚山县>马关县。

(2)种植区三七存在较为严重的Cd、Cr、Pb超标现象，而Cu含量则均低于相关标准；三七具有较强的Cd富集能力及 Cd、Cu转运能力。

(3)种植区三七具有较高的Cd、Cr、Pb人体摄入风险，Cu的摄入风险则不明显；随着土壤Cd、Cr、Cu浓度的增加，三七主根对人体的摄入风险也随之增加。