CN105419810A

CN105419810A - 一种降低三七中砷含量的土壤改良剂及其制备方法和应用

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Publication number: CN105419810A
Application number: CN201510744456.3A
Authority: CN
Inventors: 米艳华; 陈璐; 黎其万; 杜丽娟; 刘艳芳
Original assignee: INSTITUTE OF QUALITY STANDARD AND DETECTION TECHNOLOGY YUNNAN ACADEMY OF AGRICULTURAL SCIENCES
Current assignee: INSTITUTE OF QUALITY STANDARD AND DETECTION TECHNOLOGY YUNNAN ACADEMY OF AGRICULTURAL SCIENCES
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-11-05
Publication date: 2016-03-23

Abstract

本发明公开一种降低三七中砷含量的土壤改良剂及其制备方法和应用。主要技术方案为：所述降低三七中砷含量的土壤改良剂由A物料和B物料分装组成，A物料为生石灰，B物料的成分为油枯、细火土、微晶化磷矿粉和膨胀蛭石按油枯：细火土：微晶化磷矿粉：膨胀蛭石的重量比为26：50：11：11混合均匀，堆沤5～6个月，即得B物料。施用本发明改良剂后，三七主根、须根、剪口中砷含量均得到大幅度降低，且使三七所有的地下部分包括须根、剪口砷含量均在《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》砷限量之内。应用本发明改良剂，其三七产量不仅没有降低，还保障了三七产品的安全质量。其改良剂成本低廉，取材方便，制备简单，使用简便，易于推广。

Description

一种降低三七中砷含量的土壤改良剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属土壤改良技术领域，具体涉及降低药用植物三七中砷含量的土壤改良剂。

背景技术

三七[Panaxnotoginseng(Burk.)F.H.Chen]是临床常用的传统珍贵中药，其药用活性成分含量高和种类多，具有散瘀止血，消肿定痛等功效。三七起源于2500万年前第三纪古热带的残遗植物，它对环境的要求极为苛刻，在生理生态上对环境的适应能力很低，其适宜生长区域仅局限于北纬23°30′附近的中高海拔地区，主要在我国云南省境内。其中文山州人工栽培历史已有400多年，其三七年产量占我国总产量的85％以上，是中国和全世界三七主产区和道地产区。

中药材重金属含量超标是影响中药出口、中药进入国际市场的主要制约因素之一。中药中有害重金属元素通常指铅(Pb)，镉(Cd)，汞(Hg)，砷(As)，铜(Cu)，铬(Cr)等，国际上通常监控的有Pb，Cd，Hg，As四种元素。当前，国际上进口中药材和中成药的国家和地区对中药材、中成药的重金属含量都提出了严格要求，如新加坡要求进口的中药材和中成药中铅的含量低于20ppm、汞低于0.5ppm、铜低于159ppm。美国禁止含有汞、铅等重金属的中药材与中成药销售。德国药品法规定：草药成品药物必须符合与其它成品药物相同的质量、安全和疗效标准，进口原料药材需要检测重金属、农残、微生物等指标。中药制剂在美国被列为健康食品范畴，对有害元素As、Hg、Pb等含量严格控制。日本、韩国、新加坡等亚洲国家，虽确定了中药的药品地位，但进口药材时法律要求进行等同于欧洲的有关重金属、农残、微生物等指标的法检。我国也明确的规定，中草药制成的注射剂中重金属含量不得超过0.15ppm，其它药品中不得超过20ppm。

近年来，三七中砷(As)超标问题日益严重，已经对三七的药物安全和国际贸易产生威胁。2001年7月1日，中华人民共和国对外贸易经济合作部发布了《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》(WM2-2001)，其中对砷的限量指标为≤2.0mg/kg。据不完全统计，我国有30％中草药的重金属和农药残留量不符合标准。李梅华等对我国各地生产的药材进行检测发现，56种药材中多达73％以上砷含量超过2.0mg/kg。冯江等研究显示绝大部分中药材中都含有一定量的砷，部分药材中含量还较高(冯江等，100种中药材中有害元素铅镉砷的测定和意义[J].微量元素与健康研究，2001，18(2):43-44.)。李卫东调查发现，三七种植区土壤中As浓度超过40mg/kg的样品约占总样品数量40％，三七主根、须根、茎、叶、花或果实的超标率分别为16.67％，82.67％，16.67％，40.00％和35.71％(李卫东.文山州三七GAP种植区环境质量状况调查[J].云南环境科学，2004，23(增刊1):168-170.)。陈璐等调查分析了三七植株对土壤中五种重金属元素的富集特征和植株各部位的分布规律，明确了吸收富集土壤中重金属的主要部位是三七的地下部分，且根作为主要药用部位，其安全质量的主要危害元素仍然是As.(陈璐等，土壤-三七系统重金属污染调查及相关分析[J].中国中药杂志，2014,39(14):2608-2613)。阎秀兰等研究发现，以《原产地域产品标准(文山三七)》(GB19086-2003)中规定优质三七砷的限量标准为≤1.0mg/kg，合格三七的限量指标为≤2.0mg/kg为依据，除茎以外，所取三七其他部位砷平均值均高于1.0mg/kg，主根、须根、叶、花或果实的样品超标率分别为52％、86％，76％和44％。须根、叶、花或果实的平均含量均高于2.0mg/kg，样品超标率分别为81％，57％和44％(阎秀兰，廖晓勇，于冰冰，张文斌，等.药用植物三七对土壤中砷的累积特征及其健康风险[J].环境科学，2011,32(3):880-885)。

土壤是三七生产最基本的因素，将三七种植区土壤砷含量与三七不同部位砷含量之间进行相关性检验，结果表明土壤砷含量与三七主根砷含量呈极显著的正相关关系，即随着土壤砷含量增加，三七主根砷含量也随之升高。因此，有效控制三七重金属砷含量超标问题，改变土壤环境质量最为关键，通过对农产品重金属污染控制技术中的多种方法研究，对于污染土壤来说，通过改变土壤pH值、控制土壤水分含量，施用土壤改良剂固化、吸附重金属可以有效减少重金属从土壤向作物的迁移，减少农产品对重金属的吸收和富集量。本发明通过设置三七栽培过程中施用不同的改良剂试验，比较分析不同改良剂对三七生长和主要药用部位砷含量吸收富集的影响差异和效果对比，研制出一种能有效降低三七中砷含量的土壤改良剂，为保障药用植物三七安全品质提供技术保障。

发明内容

为解决因三七种植土壤砷背景值较高，三七产品中重金属As含量超出《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》(WM2-2001)规定限量的技术问题，本发明提供一种能有效降低三七中砷含量的土壤改良剂及其制备方法和应用，以减少土壤中重金属对三七产品的危害，提高三七的安全品质，促进三七产业健康有序发展。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

1、一种降低三七中砷含量的土壤改良剂，所述降低三七中砷含量的土壤改良剂由A物料和B物料分装组成，所述A物料为生石灰，所述B物料的成分为油枯、细火土、微晶化磷矿粉和膨胀蛭石，B物料按下述方法制备得到：将收集的杂草和秸杆日晒6～8天，将经日晒的杂草和秸杆拌土覆盖于点燃的火堆上，并拍打严实，使不见明火，经4～5天后，将烧透后自然晾冷的杂草和秸杆过孔径10mm筛，取筛下物为细火土；将磷矿粉碾压磨细过800目筛的筛下物为微晶化磷矿粉；将蛭石经过850～1000℃高温焙烧后即为膨胀蛭石；将油枯用水淋湿后用塑料布盖严堆沤6天～8天使油枯分散即为经前处理的油枯，将经前处理的油枯、细火土、微晶化磷矿粉和膨胀蛭石按经前处理的油枯：细火土：微晶化磷矿粉：膨胀蛭石的重量比为26：50：11：11混合均匀，堆沤5～6个月，即得B物料。

2、根据技术方案1所述降低三七中砷含量的土壤改良剂，所述膨胀蛭石的粒径为3～6mm，所述杂草和秸杆拌土时杂草：秸杆：土的重量比例为1：7：2。

3、一种降低三七中砷含量的土壤改良剂的制备方法：所述降低三七中砷含量的土壤改良剂由A物料和B物料分装组成，所述A物料为生石灰，所述B物料的成分为油枯、细火土、微晶化磷矿粉和膨胀蛭石，B物料按下述方法制备得到：将收集的杂草和秸杆日晒6～8天，将经日晒的杂草和秸杆拌土覆盖于点燃的火堆上，并拍打严实，使不见明火，经4～5天后，将烧透后自然晾冷的杂草和秸杆过孔径10mm筛，取筛下物为细火土；将磷矿粉碾压磨细过800目筛的筛下物为微晶化磷矿粉；将蛭石经过850～1000℃高温焙烧后即为膨胀蛭石；将油枯用水淋湿后用塑料布盖严堆沤6天～8天使油枯分散即为经前处理的油枯，将经前处理的油枯、细火土、微晶化磷矿粉和膨胀蛭石按经前处理的油枯：细火土：微晶化磷矿粉：膨胀蛭石的重量比为26：50：11：11混合均匀，堆沤5～6个月，即得B物料。

4、根据技术方案3所述降低三七中砷含量的土壤改良剂的制备方法，所述膨胀蛭石的粒径为3～6mm，所述杂草和秸杆拌土时杂草：秸杆：土的重量比例为1：7：2。

5、一种降低三七中砷含量的栽培方法，包括以下步骤：

(1)将技术方案1或2所述降低三七中砷含量的土壤改良剂中的A物料在整地后按A物料用量为50kg/666.7m²撒施在已经平整好的三七种植地土壤表面；

(2)三七籽条放到种植穴之后，将B物料覆盖于三七籽条上。

与现有技术比较，本发明的有益效果是：

1、本发明能有效减少三七对土壤中砷的吸收，产生了预料不到的技术效果。

本发明所提供的改良剂不仅可以向土壤提供营养元素，改善土壤的酸性环境，还可以促使重金属砷与磷元素发生拮抗效应，减少土壤中重金属砷对三七的毒害。本发明改良剂的施用方法中，先施A物料即生石灰对土壤主要起到杀菌、提高土壤pH的作用，B物料中的细火土主要保证三七籽条的接触土层不携带任何的病原菌，并且可以大量补充三七生长过程中所需的钾元素。而膨胀蛭石和微晶化磷矿粉不仅补充土壤中的磷素营养，还直接对土壤中的砷起到固定吸附、竞争吸收的作用，有效减少土壤砷向三七的迁移量。

施用本发明改良剂后,对于土壤中As平均含量为90.84mg/kg的砷中度污染土壤及土壤中As平均含量为44.30mg/kg的轻度砷污染土壤均能大幅度降低三七主根、须根、剪口中砷含量，其中，三七主根中重金属总砷含量分别平均比CK、钙镁磷肥+细火土、人畜粪尿+细火土+普钙的处理减少56.80～72.22％、35.71～64.23％和59.39～78.92％；三七须根中重金属总砷含量分别平均比CK、钙镁磷肥+细火土、人畜粪尿+细火土+普钙的处理减少45.23～72.80％、7.65～52.58％和24.03～54.65％；三七剪口中重金属总砷含量分别平均比CK、钙镁磷肥+细火土、人畜粪尿+细火土+普钙的处理减少50.69～81.35％、10.19～66.48％和51.87～70.50％，且本发明使三七所有的地下部分包括须根、剪口砷含量均在《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》砷限量之内。

2、本发明改良剂的应用不仅有效保障了三七的产量，其三七产量与现有三七产量相比不仅没有降低，还保障了三七产品的安全质量。本发明的改良剂的制备方法和使用方法均操作简便，成本低廉，取材方便，适宜在三七种植产业发展中广泛推广。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的说明，但仅是举例，并不构成对本发明的限制。以下实施例所用原料均为市售。各实施例无特殊说明的为常规方法。

实施例1本发明一种降低三七中砷含量的土壤改良剂的制备：

所述降低三七中砷含量的土壤改良剂由A物料和B物料分装组成，所述A物料为生石灰，直接包装；所述B物料的成分为油枯、细火土、微晶化磷矿粉和膨胀蛭石，B物料按下述方法制备得到：将收集的杂草和秸杆日晒6～8天，将经日晒的杂草和秸杆拌土覆盖于点燃的火堆上，并拍打严实，使之不见明火，经4～5天后，将烧透后自然晾冷的杂草和秸杆过孔径10mm筛，取筛下物为细火土，所述杂草和秸杆拌土时按杂草：秸杆：土的重量比例为1：7：2混合；将磷矿粉碾压磨细过800目筛的筛下物为微晶化磷矿粉；将蛭石经过850℃高温焙烧后即为膨胀蛭石；将油枯用水淋湿后用塑料布盖严堆沤6天使油枯分散即为经前处理的油枯，将经前处理的油枯、细火土、微晶化磷矿粉和膨胀蛭石按经前处理的油枯：细火土：微晶化磷矿粉：膨胀蛭石的重量比为26：50：11：11混合均匀，堆沤5个月即为B物料。根据需要可制成小包装土壤改良剂产品或大包装土壤改良剂产品，A物料和B物料的重量比为1：30。

实施例2本发明改良剂在云南省文山州马关县都龙镇弯子寨三七种植地降低三七中砷含量的应用

1试验情况

1.1试验地点：云南省文山州马关县弯子寨，试验土壤类型为暗棕壤，质地为粘壤，供试土壤基本理化性状见表一。试验栽培作物：三七。本发明改良剂为实施例1所制备的降低三七中砷含量的土壤改良剂。

表1实施例2试验地土壤基本理化性状

1.2试验设置：试验为田间小区试验设置，设置3个不同的处理，每个处理重复3次，每个处理试验小区长1.5m，宽1.6m，面积2.4m²，三七种植株行距为10cm×12.5cm，每小区种植三七192株，采用籽条种植。种植时间：2012年1月8日种植。处理内容见表2。

表2实施例2四个处理试验设置

1.3、试验方法：根据试验设置和处理方法布置试验。在试验布置前测定土壤中砷的含量和三七生长24个月后三七中砷的含量，观测三七生长过程中的长势情况，分析评价改良剂对降低三七中砷含量的效果，试验设置后各处理统一进行三七生长管理。

1.4指标测定方法：土壤有机质采用重铬酸钾法；pH值采用电导法；水解性氮采用碱解蒸馏法，速效养分采用原子吸收分光光度法，交换性阳离子采用醋酸铵法，砷总量分析采用氢化物原子荧光光度法进行定量测定。

1.5统计分析：试验数据采用Excel2007电子表格进行统计分析

2、结果及分析

2.1不同试验处理对三七生长发育和产量的影响

三七是一种名贵的中药材，是一种稀有的药食同源植物，是人参属植物的一种，主要分布在云南省文山州，红河州境内，广西有少量种植。具有散瘀止血，消肿定痛等功效，民间也称“金不换”。随着中药材国内市场需求和国际贸易的推进，近年来，三七种植面积增长较快，种植经济效益较高，市场前景较好，但由于种植过程中各种不合理的管理措施和种植区域土壤重金属背景值相对较高等因素导致三七产品中重金属砷超标，安全质量下降等现象。

本组试验以三七为种植作物，在传统民间种植经验的基础上，结合重金属砷形态转化原理以及部分矿物对砷的吸附、固化等作用机理，对几种改良剂降低三七中砷含量的效果进行了试验对比。由于三七籽条移栽后的生长周期一般为两年，故观测时期为三七试验处理生长后的24个月。2012年1月8日种植前测土壤中重金属砷含量，测定结果表明，试验地土壤中重金属砷含量为90.84mg/kg，属于砷中度污染土壤，经过12个月的生长，各处理三七生长状况差异逐渐明显，部分处理的三七植株地上部分长势徒长，如施有人畜粪便的处理3株高明显高于其它三个处理，但处理小区正常生长的植株较其它三个处理存活率最低，且块根相对较小，统计的主要药用部位块根和须根的产量也低于其它三个处理。

表3实施例2不同处理条件下三七的株高及产量测定

2.2不同试验处理对三七块根中砷含量的影响

重金属污染的土壤对农作物的安全品质具有较大的影响。从表4中可以看出，由于试验土壤中砷背景值含量较高，通过两年的生长，施用不同改良剂三七块根中的砷也出现了明显的差异，详见表4。

表4实施例2不同处理条件下三七中砷含量的测定结果

注：《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》(WM2-2001)中对砷的限量指标为≤2.0mg/kg。

从表4中可以看出，在中度砷污染的土壤条件下种植三七，可通过选择生产投入品来减少砷从土壤向作物的转移，由于砷属于极不稳定的一类金属元素，只要土壤的pH值、有机质含量发生变化，有可能导致砷的形态发生变化，从而使土壤中砷的活性也出现相应的变化。四个试验处理相互比较，发现施用了钙镁磷肥的处理2可能是由于磷和砷的同族元素发生拮抗作用，导致三七地下部分吸收土壤中砷的量较对照有了一定的减少；而施用了人畜粪尿的处理3则有可能会加大土壤砷向三七的运转数量，具体原理还需深入研究。施用的本发明改良剂的处理4，由于试验土壤本身为酸性土壤，种植前施入一定量的生石灰可通过改变土壤pH值降低砷在土壤中的活性，且改良剂中的膨胀蛭石对土壤中重金属具有一定的吸附特性，加之传统施用的油枯和细火土能有效提高了土壤中有机质含量，协同作用使三七吸收土壤中重金属砷的量较其它处理出现明显的减少，减少幅度为：施用本发明改良剂后，三七主根中重金属总砷含量分别平均比CK、钙镁磷肥+细火土、人畜粪尿+细火土+普钙的处理减少56.80％、35.71％和59.39％。须根中重金属总砷含量分别平均比CK、钙镁磷肥+细火土、人畜粪尿+细火土+普钙的处理减少72.82％、52.58％和54.65％；剪口中重金属总砷含量分别平均比CK、钙镁磷肥+细火土、人畜粪尿+细火土+普钙的处理减少81.35％、66.48％和70.50％，产生了预料不到的技术效果，且本发明改良剂使三七所有的地下部分包括须根、剪口砷含量均在《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》砷限量之内。

实施例3本发明改良剂在文山州文山县平坝乡杜孟村三七种植地降低三七中砷含量的应用

试验情况

1.1试验地点：云南省文山州文山县平坝乡杜孟村，试验土壤类型为红壤，质地为粘壤，供试土壤基本理化性状见表5。试验栽培作物：三七。本发明改良剂为实施例1所制备的降低三七中砷含量的土壤改良剂。

表5实施例3试验地土壤基本理化性状

1.2试验设置：试验为田间小区试验设置，设置3个不同的处理，每个处理重复3次，每个处理试验小区长1.5m，宽1.6m，面积2.4m²，三七种植株行距为10cm×12.5cm，每小区种植三七192株，采用籽条种植。种植时间：2012年1月10日种植。处理内容见表6.

表6实施例3四个处理试验设置

1.3、试验方法：根据试验设置和处理方法布置试验。在试验布置前测定土壤中砷的含量和三七生长24个月后三七中砷的含量，观测三七生长过程中的长势情况，分析评价改良剂对降低三七中砷含量的效果。试验设置后各处理统一进行三七生长管理。

1.5统计分析：试验数据采用Excel2007电子表格进行统计分析

2、结果及分析

2.1不同试验处理对三七生长发育和产量的影响

2012年1月10日种植前试验地栽种土壤砷平均含量为44.30mg/kg，刚好处于重金属砷安全临界浓度范围，属轻度砷污染土壤。由于试验地位于三坡顶部，试验地本身又属于缓坡地，土壤通透性较好，水分容易控制，该试验地块的三七长势明显好于马关县都龙镇弯子寨。从表7中可以看出，经过23个月的生长，试验地整齐度较好，三七植株地上部分株高均在40cm以上，地下部分块根成长较好，须根较多，且根腐病、疫病发病率较低。统计分析各处理的差异，施用了人畜粪便的处理2株高明显高于其它三个处理。施用了本发明改良剂的处理4和三七专用复合肥的对照CK块根较其它两个处理大，导致产量也明显高于其它两个处理。

表7实施例3不同处理条件下三七的株高及产量测定

2.2不同试验处理对三七块根中砷含量的影响

重金属污染的土壤对农作物的安全品质具有较大的影响。从表8中可以看出，通过两年的生长，施用不同改良剂三七块根中的砷也出现了明显的差异。

表8实施例3不同处理条件下三七砷含量的测定结果

从表8中同样可以看出，在该轻度砷污染的土壤条件下种植三七，三七受砷污染的风险相对降低。但不同的农用投入品仍然可以影响三七中砷的含量。对比分析四个试验处理，不同处理三七吸收砷量的大小顺序为：人畜粪尿+细火土+普钙＞CK＞钙镁磷肥+细火土＞本发明改良剂。因此，施用本发明改良剂使三七吸收红壤中重金属砷的量较其它处理也出现明显的减少。减少幅度为：施用本发明改良剂后，三七主根中重金属总砷含量分别平均比CK、钙镁磷肥+细火土、人畜粪尿+细火土+普钙的处理减少72.22％，64.23％和78.92％；须根中重金属总砷含量分别平均比CK、钙镁磷肥+细火土、人畜粪尿+细火土+普钙的处理减少45.23％、7.64％和24.03％；剪口中重金属总砷含量分别平均比CK、钙镁磷肥+细火土、人畜粪尿+细火土+普钙的处理减少50.69％、10.19％和51.87％，产生了预料不到的技术效果，且本发明改良剂使三七所有的地下部分包括须根、剪口砷含量均在《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》砷限量之内。

Claims

1.一种降低三七中砷含量的土壤改良剂，其特征在于：所述降低三七中砷含量的土壤改良剂由A物料和B物料分装组成，所述A物料为生石灰，所述B物料的成分为油枯、细火土、微晶化磷矿粉和膨胀蛭石，B物料按下述方法制备得到：将收集的杂草和秸杆日晒6～8天，将经日晒的杂草和秸杆拌土覆盖于点燃的火堆上，并拍打严实，使不见明火，经4～5天后，将烧透后自然晾冷的杂草和秸杆过孔径10mm筛，取筛下物为细火土；将磷矿粉碾压磨细过800目筛的筛下物为微晶化磷矿粉；将蛭石经过850～1000℃高温焙烧后为膨胀蛭石；将油枯用水淋湿后用塑料布盖严堆沤6天～8天使油枯分散为经前处理的油枯，将经前处理的油枯、细火土、微晶化磷矿粉和膨胀蛭石按经前处理的油枯：细火土：微晶化磷矿粉：膨胀蛭石的重量比为26：50：11：11混合均匀，堆沤5～6个月，即得B物料。

2.根据权利要求1所述降低三七中砷含量的土壤改良剂，所述膨胀蛭石的粒径为3～6mm，所述杂草和秸杆拌土时杂草：秸杆：土的重量比例为1：7：2。

3.一种降低三七中砷含量的土壤改良剂的制备方法：所述降低三七中砷含量的土壤改良剂由A物料和B物料分装组成，所述A物料为生石灰，所述B物料的成分为油枯、细火土、微晶化磷矿粉和膨胀蛭石，B物料按下述方法制备得到：将收集的杂草和秸杆日晒6～8天，将经日晒的杂草和秸杆拌土覆盖于点燃的火堆上，并拍打严实，使不见明火，经4～5天后，将烧透后自然晾冷的杂草和秸杆过孔径10mm筛，取筛下物为细火土；将磷矿粉碾压磨细过800目筛的筛下物为微晶化磷矿粉；将蛭石经过850～1000℃高温焙烧后为膨胀蛭石；将油枯用水淋湿后用塑料布盖严堆沤6天～8天使油枯分散为经前处理的油枯，将经前处理的油枯、细火土、微晶化磷矿粉和膨胀蛭石按经前处理的油枯：细火土：微晶化磷矿粉：膨胀蛭石的重量比为26：50：11：11混合均匀，堆沤5～6个月，即得B物料。

4.根据权利要求3所述降低三七中砷含量的土壤改良剂的制备方法，所述膨胀蛭石的粒径为3～6mm，所述杂草和秸杆拌土时杂草：秸杆：土的重量比例为1：7：2。

5.一种降低三七中砷含量的栽培方法，包括以下步骤：

(1)将权利要求1或2所述降低三七中砷含量的土壤改良剂中的A物料在整地后按A物料用量为50kg/666.7m²撒施在已经平整好的三七种植地土壤表面；

(2)三七籽条放到种植穴之后，将B物料覆盖于三七籽条上。