Studie über die Auswirkungen der Kalkbehandlung auf den Gehalt, die Ausbeute und die Qualität von fünf Schwermetallen in Chuanxiong
Chuanxiong ist das getrocknete Rhizom von Ligusticum chuanxiong Hort. einer Pflanze aus der Familie der Doldenblütler. Es ist ein wichtiges blutaktivierendes und schmerzlinderndes Kraut in der traditionellen chinesischen Medizin, bekannt als "Qi-Medizin im Blut". Es fördert die Blutzirkulation, vertreibt Wind und lindert Schmerzen. Es wird häufig bei Brustschmerzen, Menstruationsbeschwerden, Kopfschmerzen und Schmerzen durch Windfeuchtigkeit eingesetzt. Zu den Wirkstoffen von Chuanxiong gehören vor allem Lactone, Phenolsäuren und Alkaloide, wie Ferulasäure, Ligustilid A, Ligustilid I, Z-Ligustilid, Ferulasäure-Kiefernrindenester und Chlorogensäure. Moderne pharmakologische Studien haben gezeigt, dass Ligusticum chuanxiong mehrere Wirkungen hat, darunter entzündungshemmende, schmerzlindernde, tumorhemmende, die Blutplättchenaggregation hemmende und gefäßerweiternde.
Ligusticum chuanxiong Hort ist ein berühmter echter Arzneistoff aus Sichuan, ein häufig verwendetes medizinisches Massenprodukt und eine wichtige Exportsorte. Mit einer fast tausendjährigen Anbaugeschichte wird sie hauptsächlich in Sichuan angebaut, wobei das Dujiangyan Bewässerungsprojekt, Pengzhou, Pixian und andere Orte als authentische Orte gelten. Gegenwärtig haben Pengzhou und Meishan die größte Produktion. Der im Handel erhältliche Chuanxiong wird ausschließlich künstlich angebaut, wobei über 90% davon in Sichuan produziert werden. Chuanxiong ist eine Pflanze, die reich an dem Schwermetall Cadmium (Cd) ist. In den letzten Jahren hat der übermäßige Schwermetallgehalt (hauptsächlich Cd) in Chuanxiong die Exporterlöse, die Arzneimittelsicherheit, die lokale wirtschaftliche Entwicklung und das Einkommen der Heilpflanzenbauern ernsthaft beeinträchtigt. Unvollständigen Statistiken zufolge überschreitet der Cd-Gehalt in Ligusticum chuanxiong die Norm um bis zu 87,99%. Der übermäßige Cd-Gehalt in Ligusticum chuanxiong-Arzneimitteln hat negative Auswirkungen auf die Produktsicherheit und die gesunde Entwicklung der Industrie.
Die Bodensanierungstechnologie ist eine konventionelle Bodenverbesserungsmethode, um die übermäßige Verwendung von Schwermetallen im Boden zu verringern. Diese Technologie beinhaltet in der Regel die Anwendung von Zusatzstoffen, um die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Bodens zu verändern, den Gehalt an verfügbaren Schwermetallen im Boden zu verringern und die Aufnahme von Schwermetallen durch Pflanzen zu reduzieren. Frühere Studien haben bestätigt, dass die wichtigsten Faktoren, die den Cd-Gehalt in Chuanxiong-Heilkräutern beeinflussen, ihre Cd-Anreicherungsmerkmale und die Konzentration von ionisiertem Cd im Boden sind. Kalk kann den Cd-Gehalt in Chuanxiong-Heilkräutern verringern, indem er den pH-Wert des Bodens erhöht und die Konzentration von ionisiertem Cd im Boden senkt. Dong et al. fanden heraus, dass vernetzte Aminostärke durch Koordination mit Cd2+ binden und Cd2+ in Wasser adsorbieren kann. Lu et al. berichteten, dass die Anwendung eines Kompositdüngers aus Kalk, Kalzium-Magnesium-Phosphat-Dünger, Torf, Aktivkohle und Natriumpolyacrylat nicht nur die oberirdische Biomasse von Wasserspinat deutlich erhöhen, sondern auch den Pb- und Cd-Gehalt im Wasserspinat verringern kann. Gegenwärtig konzentriert sich die Forschung über die Methoden zur Verringerung des Schwermetallgehalts in Chuanxiong hauptsächlich auf die Anwendung von Bodenverbesserungsmitteln wie Branntkalk, Siliziumdünger und KH2PO4-NaOH-Pufferlösung allein, während die Verwendung von zusammengesetzten Formen von der Forschungsgruppe nur in einem frühen Stadium untersucht wurde. Basierend auf den Untersuchungen der Forschungsgruppe werden in diesem Artikel anhand von Feldexperimenten die Auswirkungen der alleinigen Anwendung von Branntkalk oder der kombinierten Anwendung mit Stärke, Aktivkohle, Kaliumdihydrogenphosphat und Natriumpolyacrylat auf den Schwermetallgehalt, den medizinischen Ertrag und die Qualität von Chuanxiong untersucht. Mit Hilfe multivariater statistischer Analysemethoden werden die Unterschiede zwischen den verschiedenen Indikatoren verglichen, um Methoden zu finden, die den Schwermetallgehalt von Chuanxiong wirksam reduzieren und gleichzeitig die Ausbeute und Qualität der medizinischen Materialien gewährleisten können, und um Referenzen für eine hochwertige grüne Produktion von Chuanxiong zu liefern.

Die Auswirkungen der Branntkalkbehandlung auf den Gehalt von fünf Schwermetallen, den Ertrag und die Qualität von Chuanxiong sind unterschiedlich, und sowohl der Herkunftsort als auch die Behandlungsmethode haben Auswirkungen auf jeden Indikator. Unter Berücksichtigung der Auswirkungen der Reduzierung von Schwermetallen (hauptsächlich Cd), des medizinischen Ertrags und der Qualität können T-1 (Branntkalk 6,67 kg/hm2) und T-2 (Branntkalk 6,67 kg/hm2+Kaliumdihydrogenphosphat 1,33 kg/hm2) als Methoden zur Reduzierung von Schwermetallen bei der Produktion von Chuanxiong in Pengzhou und Meishan eingesetzt werden. T-3 (Branntkalk 6,67kg/hm2+Stärke 6,67kg/hm2) und T-4 (Branntkalk 6,67kg/hm2+Natriumpolyacrylat 10kg/hm2) können als Methoden zur Reduzierung von Schwermetallen bei der Herstellung von Chuanxiong in Meishan bzw. Pengzhou eingesetzt werden. Die T-2-Behandlung kann den Cd- und As-Gehalt in Ligusticum chuanxiong signifikant reduzieren, den Gehalt an alkohollöslichem Extrakt und Ligustilid I in Ligusticum chuanxiong signifikant erhöhen und in gewissem Maße die Ausbeute an medizinischen Materialien verbessern; T-1, T-3 und T-4 können den Cd-Gehalt in Chuanxiong signifikant reduzieren und die Ausbeute an medizinischen Materialien erhöhen. Die oben genannten Methoden bewirken nicht nur eine Reduzierung der Schwermetalle, sondern sichern auch die Ausbeute und Qualität der medizinischen Materialien. Darüber hinaus stimmt der Cd-Reduktionseffekt der oben genannten Methode im Wesentlichen mit den von Ren, einem Mitglied des Forschungsteams, berichteten Ergebnissen überein, was darauf hindeutet, dass die Stabilität der oben genannten Methode bei der Cd-Reduktion in Chuanxiong gut ist und als Referenz für die Herstellung von Chuanxiong-Arzneimitteln mit niedrigem Cd-Gehalt in den wichtigsten Produktionsgebieten von Chuanxiong dienen kann.
Die einmalige Anwendung von Branntkalk (T-1 Branntkalk 6,67kg/m2) führte zu einer guten Cd-Reduktion in Meishan (26,85%) und Pengzhou (35,18%). Die Zugabe von Branntkalk bei der Herstellung von Chuanxiong kann den pH-Wert des Bodens erhöhen, den verfügbaren Cd-Gehalt im Boden verringern und den Cd-Gehalt in den Chuanxiong-Medizinprodukten senken. Daher ist die angemessene Erhöhung des pH-Wertes des Bodens durch die Anwendung von Bodenzusätzen wie Branntkalk eine der wirksamen Maßnahmen zur Verringerung des Cd-Gehalts in Ligusticum chuanxiong. Die Zugabe von Branntkalk erhöhte jedoch auch die Ca-Konzentration im Boden. Studien haben ergeben, dass die Ausbringung von Ca in den Boden die Aufnahme und Anreicherung von Cd durch Pflanzen wie Mais und Raps verringern kann, während die Untersuchungen von He et al. gezeigt haben, dass Ca eine gewisse aktivierende Wirkung auf Cd hat, die die Aufnahme, Akkumulation und Übertragungsfähigkeit des Schwermetalls Cd auf die oberirdischen Teile von Spartina alterniflora verbessern kann. Daher sind weitere Untersuchungen erforderlich, um zu klären, ob die Erhöhung des Ca-Gehalts im Boden während des Produktionsprozesses von Ligusticum chuanxiong die Cd-Aufnahme und -Anreicherung beeinflusst.
Es besteht eine enge Beziehung zwischen P und Cd im Boden, und Phosphat kann die Wirksamkeit von Cd durch Adsorption und Ausfällung beeinträchtigen. Der Einsatz von Kaliumdihydrogenphosphat im Boden kann den pH-Wert des Bodens erhöhen, die Bildung von unlöslichen Phosphatausfällungen und hydroxylierten Phosphat-Blei-Cadmium-Mineralien fördern und die Wirksamkeit von Cd verringern. Es gibt Forschungsberichte, wonach Kaliumdihydrogenphosphat die Anreicherung von Cadmium in Reis erheblich reduzieren kann. Unter den sechs Behandlungen zeigten Meishan T-2 (Branntkalk 6,67 kg/hm2+Kaliumdihydrogenphosphat 1,33 kg/hm2) und Pengzhou T-3 (Branntkalk 6,67 kg/hm2+Stärke 6,67 kg/hm2) eine bessere Cd-Reduktionswirkung als T-1, was darauf hindeutet, dass die Kombination von Kaliumdihydrogenphosphat, Stärke und Branntkalk die Cd-Reduktionswirkung erhöhen kann. Die Auswirkungen der gleichen Maßnahmen auf den Cd-Gehalt von Chuanxiong sind jedoch an den beiden Standorten unterschiedlich. Es wird vermutet, dass die Wirkung der Branntkalkbehandlung auf die pflanzliche Cadmiumreduktion von den physikochemischen Eigenschaften des Bodens beeinflusst wird. Entsprechende Analysen und Clusteranalysen zeigen, dass sowohl die Herkunft als auch die Behandlungsmethoden einen Einfluss auf verschiedene Indikatoren haben, was diese Hypothese weiter bestätigt. Daher sollte die Auswahl der besten Methode zur Reduzierung von Schwermetallen auf die lokalen Bedingungen zugeschnitten sein. Es zeigt sich auch, dass die Kombination geeigneter Bodenzusätze bessere Ergebnisse bei der Reduzierung von Schwermetallen erzielen kann.
Die Forschungsergebnisse zeigten, dass 7 von 14 Proben aus Chuanxiong die Norm für den Cd-Gehalt überschritten, mit einer Überschreitungsrate von 50%. Die 7 Proben, die die Norm überschritten, stammten alle vom Versuchsstandort Pengzhou, was mit dem Hintergrundwert von Cd im Boden von Pengzhou (0,54 mg/kg) übereinstimmt, der höher ist als der Hintergrundwert von Cd im Boden von Meishan (0,22 mg/kg), und der pH-Wert des Bodens von Meishan (7,53) ist höher als der des Bodens von Pengzhou (5,47). Die wichtigsten Einflussfaktoren für den Cd-Gehalt in den Chuanxiong-Heilkräutern sind nicht nur der hohe Cd-Hintergrundwert des Bodens, sondern auch ihre eigenen hohen Cd-Anreicherungsmerkmale. In dieser Studie wurde festgestellt, dass der Cd-Gehalt in sechs Behandlungsgruppen von Chuanxiong in Pengzhou im Vergleich zu CK um 15,42% bis 39,05% abnahm, aber ihr Cd-Gehalt blieb zwischen 0,42 und 0,59 mg/kg. Ausgehend von der derzeitigen Situation, dass der C-Gehalt in den traditionellen hochwertigen Produktionsgebieten von Chuanxiong die Norm überschreitet, führt das Forschungsteam ein Screening nach neuen Sorten von Chuanxiong durch, die mit niedrigem Cd-Gehalt angereichert sind, um mehr Möglichkeiten zur Lösung des Problems der Überschreitung des Cd-Gehalts in Schwermetallen von Chuanxiong zu schaffen.
Bei der Korrelationsanalyse verschiedener Indikatoren fanden wir eine signifikante negative Korrelation zwischen Pb und Cd, was darauf hindeutet, dass Chuanxiong die Aufnahme von Pb und Cd durch Konkurrenz hemmt. Xu Zhongzhong et al. fanden das gleiche Muster bei Raps, und Cd hat eine signifikante hemmende Wirkung auf die Pb-Absorption und -Akkumulation; Pb ist signifikant positiv mit Ligustilid A und As in Ligusticum chuanxiong korreliert. Es wird vermutet, dass der Pb-Gehalt in Pflanzen während des Wachstums und der Entwicklung von Ligusticum chuanxiong einen gewissen Einfluss auf die Synthese von Ligustilid A hat. Es gibt einen wechselseitigen Förderungseffekt, wenn Ligusticum chuanxiong As und Pb absorbiert, und Hu stellte fest, dass es einen wechselseitigen Förderungseffekt gibt, wenn Reiswurzeln As und Pb in Reis absorbieren.