Undersøgelse af virkningerne af kalkbehandling på indhold, udbytte og kvalitet af fem tungmetaller i Chuanxiong
Chuanxiong er det tørrede rhizom af Ligusticum chuanxiong Hort., en plante i skærmplantefamilien. Det er en vigtig blodaktiverende og smertelindrende urt i traditionel kinesisk medicin, kendt som "Qi-medicin i blodet". Den fremmer blodcirkulationen, fordriver vind og lindrer smerter. Den bruges ofte til brystsmerter, menstruationsforstyrrelser, hovedpine og vindfugtighedssmerter. De aktive ingredienser i Chuanxiong omfatter hovedsageligt laktoner, fenoliske syrer og alkaloider, såsom ferulinsyre, ligustilid A, ligustilid I, Z-ligustilid, ferulinsyre fyrrebarkester og klorogensyre. Moderne farmakologiske undersøgelser har vist, at Ligusticum chuanxiong har flere effekter, herunder antiinflammatorisk, smertestillende, antitumor, hæmning af blodpladeaggregering og vasodilatation.
Ligusticum chuanxiong Hort er et berømt ægte lægemiddel, der produceres i Sichuan, og er også et almindeligt anvendt bulklagemiddel og en vigtig eksportsort. Med næsten tusind års plantehistorie produceres den hovedsageligt i Sichuan, med Dujiangyan Irrigation Project, Pengzhou, Pixian og andre steder som autentiske steder. I øjeblikket har Pengzhou og Meishan den største produktion. Den kommercielt tilgængelige Chuanxiong er alle kunstigt dyrket, og over 90% af den produceres i Sichuan. Chuanxiong er en plante med et højt indhold af tungmetallet cadmium (Cd). I de senere år har det høje indhold af tungmetaller (primært Cd) i chuanxiong haft alvorlige konsekvenser for eksportindtægterne, medicinsikkerheden, den lokale økonomiske udvikling og medicinbøndernes indkomst. Ifølge ufuldstændige statistikker overskrider Cd-indholdet i Ligusticum chuanxiong standarden med op til 87,99%. Det for høje Cd-indhold i Ligusticum chuanxiong-medicinske materialer har haft negative konsekvenser for produktsikkerheden og den sunde udvikling af industrien.
Jordrensningsteknologi er en konventionel jordforbedringsmetode til at afhjælpe overdreven brug af tungmetaller i jorden. Denne teknologi involverer normalt anvendelse af ændringer for at ændre jordens fysiske og kemiske egenskaber, reducere indholdet af tilgængelige tungmetaller i jorden og mindske planternes optagelse af tungmetaller. Tidligere undersøgelser har bekræftet, at de vigtigste faktorer, der påvirker Cd-indholdet i Chuanxiong-medicinske urter, er deres Cd-berigelsesegenskaber og koncentrationen af ioniseret Cd i jorden. Kalk kan reducere Cd-indholdet i Chuanxiong-medicinske urter ved at øge jordens pH-værdi og sænke koncentrationen af ioniseret Cd i jorden. Dong et al. fandt ud af, at tværbundet aminostivelse kan binde sig til Cd2+ gennem koordination og adsorbere Cd2+ i vand. Lu et al. rapporterede, at anvendelsen af en sammensat ændring bestående af kalk, calcium-magnesiumfosfat-gødning, tørv, aktivt kul og natriumpolyacrylat ikke kun kan øge den overjordiske biomasse af vandspinat betydeligt, men også reducere indholdet af Pb og Cd i vandspinat. På nuværende tidspunkt fokuserer forskningen i metoderne til at reducere tungmetalindholdet i Chuanxiong hovedsageligt på anvendelse af jordforbedringer såsom brændt kalk, siliciumgødning og KH2PO4 NaOH-bufferopløsning alene, mens brugen af sammensatte former kun er blevet udforsket af forskningsgruppen i den tidlige fase. Baseret på forskergruppens forskning bruger denne artikel felteksperimenter til at undersøge virkningerne af en enkelt påføring af brændt kalk eller kombineret påføring med stivelse, aktivt kul, kaliumdihydrogenfosfat og natriumpolyakrylat på tungmetalindholdet, det medicinske udbytte og kvaliteten af Chuanxiong. Multivariate statistiske analysemetoder bruges til at sammenligne forskellene i forskellige indikatorer for at screene metoder, der effektivt kan reducere tungmetalindholdet i Chuanxiong og samtidig sikre udbyttet og kvaliteten af medicinske materialer og give reference til grøn produktion af høj kvalitet af Chuanxiong.

Effekten af behandling med brændt kalk på indholdet af fem tungmetaller, udbyttet og kvaliteten af Chuanxiong varierer, og både oprindelsesstedet og behandlingsmetoden har indflydelse på hver indikator. Under hensyntagen til effekten af at reducere tungmetaller (primært Cd), medicinsk udbytte og kvalitet kan T-1 (brændt kalk 6,67 kg/hm2) og T-2 (brændt kalk 6,67 kg/hm2+kaliumdihydrogenfosfat 1,33 kg/hm2) bruges som metoder til at reducere tungmetaller i produktionen af Chuanxiong i Pengzhou og Meishan. T-3 (brændt kalk 6,67 kg/hm2 + stivelse 6,67 kg/hm2) og T-4 (brændt kalk 6,67 kg/hm2 + natriumpolyacrylat 10 kg/hm2) kan bruges som metoder til at reducere tungmetaller i produktionen af Chuanxiong i henholdsvis Meishan og Pengzhou. T-2-behandling kan reducere indholdet af Cd og As i Ligusticum chuanxiong betydeligt, øge indholdet af alkoholopløseligt ekstrakt og ligustilid I i Ligusticum chuanxiong betydeligt og til en vis grad forbedre udbyttet af medicinske materialer; T-1, T-3 og T-4 kan reducere Cd-indholdet i Chuanxiong betydeligt og øge udbyttet af medicinske materialer. Ovenstående metoder opnår ikke kun effekten af at reducere tungmetaller, men sikrer også udbyttet og kvaliteten af medicinske materialer. Derudover er Cd-reduktionseffekten af ovenstående metode grundlæggende i overensstemmelse med de resultater, der er rapporteret af Ren, et medlem af forskergruppen, hvilket yderligere indikerer, at stabiliteten af ovenstående metode til reduktion af Cd i Chuanxiong er god og kan give reference til produktion af medicinske materialer med lavt Cd Chuanxiong i de vigtigste produktionsområder i Chuanxiong.
En enkelt påføring af brændt kalk (T-1 brændt kalk 6,67 kg/m2) opnåede gode Cd-reduktionseffekter i Meishan (26,85%) og Pengzhou (35,18%). Tilsætning af brændt kalk under produktionen af Chuanxiong kan øge jordens pH-værdi, reducere jordens tilgængelige Cd-indhold og sænke Cd-indholdet i Chuanxiong-medicinske materialer. I produktionen er en passende forøgelse af jordens pH-værdi gennem anvendelse af jordforbedringsmidler som f.eks. brændt kalk derfor en af de effektive foranstaltninger til at reducere Cd-indholdet i Ligusticum chuanxiong. Tilsætning af brændt kalk øgede dog også koncentrationen af Ca i jorden. Undersøgelser har vist, at tilførsel af Ca til jorden kan reducere absorptionen og berigelsen af Cd i planter som majs og raps, mens He et al.s forskning har vist, at Ca har en vis aktiverende effekt på Cd, hvilket kan forbedre absorptionen, ophobningen og overførslen af tungmetallet Cd til de overjordiske dele af Spartina alterniflora. Derfor er der behov for yderligere forskning for at afklare, om stigningen af Ca i jorden under produktionsprocessen af Ligusticum chuanxiong påvirker dens Cd-absorption og -berigelse.
Der er et tæt forhold mellem P og Cd i jorden, og fosfat kan påvirke effektiviteten af Cd ved at fremkalde adsorption og udfældning. Anvendelse af kaliumdihydrogenfosfat i jorden kan øge jordens pH-værdi, fremme dannelsen af uopløselig fosfatudfældning og hydroxylerede fosfatblycadmiummineraler og reducere effektiviteten af Cd. Der er forskningsrapporter om, at kaliumdihydrogenfosfat kan reducere ophobningen af cadmium i ris betydeligt. Blandt de seks behandlinger viste Meishan T-2 (brændt kalk 6,67 kg/hm2+kaliumdihydrogenfosfat 1,33 kg/hm2) og Pengzhou T-3 (brændt kalk 6,67 kg/hm2+stivelse 6,67 kg/hm2) en bedre Cd-reduktionseffekt end T-1, hvilket indikerer, at kombinationen af kaliumdihydrogenfosfat, stivelse og brændt kalk kan forbedre Cd-reduktionseffekten. Der er dog forskelle i effekten af de samme foranstaltninger på Cd-indholdet i Chuanxiong de to steder. Det antages, at effekten af behandling med brændt kalk på planternes cadmiumreduktion er påvirket af jordens fysisk-kemiske egenskaber. Relevant analyse og klyngeanalyse viser, at både oprindelsen og behandlingsmetoderne har en indvirkning på forskellige indikatorer, hvilket yderligere bekræfter denne hypotese. Derfor bør valget af den bedste metode til reduktion af tungmetaller skræddersys til de lokale forhold. Det indikerer også, at kombinationen af passende jordforbedringer kan opnå bedre resultater med hensyn til at reducere tungmetaller.
Forskningsresultaterne viste, at 7 ud af 14 prøver fra Chuanxiong overskred standarden for Cd-indhold med en overskridelsesrate på 50%. De 7 prøver, der overskred standarden, var alle fra Pengzhou-forsøgsområdet, hvilket er i overensstemmelse med, at baggrundsværdien for Cd i Pengzhou-jord (0,54 mg/kg) er højere end baggrundsværdien for Cd i Meishan-jord (0,22 mg/kg), og Meishan-jordens pH-værdi (7,53) er højere end Pengzhou-jordens pH-værdi (5,47). De vigtigste påvirkningsfaktorer for Cd-indholdet i Chuanxiong-medicinske urter er ikke kun den høje baggrundsværdi af Cd i jorden, men også deres egne høje Cd-berigelsesegenskaber. Denne undersøgelse viste, at Cd-indholdet i seks behandlingsgrupper af Chuanxiong i Pengzhou faldt med 15,42% til 39,05% sammenlignet med CK, men deres Cd-indhold forblev mellem 0,42 og 0,59 mg/kg. Baseret på den nuværende situation med C, der overskrider standarden i traditionelle produktionsområder af høj kvalitet i Chuanxiong, gennemfører forskerteamet screening for nye sorter af Chuanxiong beriget med lavt Cd med det formål at give flere muligheder for at løse problemet med Cd, der overskrider standarden i tungmetaller i Chuanxiong.
Gennem korrelationsanalyse af forskellige indikatorer fandt vi en signifikant negativ korrelation mellem Pb og Cd, hvilket tyder på, at Chuanxiong har konkurrencehæmning i absorptionen af Pb og Cd. Xu Zhongzhong et al. fandt det samme mønster i rapsfrø, og Cd har en signifikant hæmmende effekt på Pb-absorption og -akkumulering; Pb er signifikant positivt korreleret med ligustilid A og As i Ligusticum chuanxiong. Det spekuleres i, at Pb-indholdet i planter under vækst og udvikling af Ligusticum chuanxiong har en vis indflydelse på syntesen af ligustilid A. Der er en gensidig fremmende effekt, når Ligusticum chuanxiong absorberer As og Pb, og Hu fandt ud af, at der er en gensidig fremmende effekt, når risrødder absorberer As og Pb i ris.