CN114606005A

CN114606005A - 一种种植药用植物的方法

Info

Publication number: CN114606005A
Application number: CN202210269978.2A
Authority: CN
Inventors: 吴宏伟; 尼鲁法·乔杜里; 黄子峰; 王宇辰
Original assignee: Hong Kong University of Science and Technology HKUST
Current assignee: Hong Kong University of Science and Technology HKUST
Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2022-06-10
Also published as: CN111040767A

Abstract

本发明涉及药用植物领域,提供了一种种植药用植物的方法。该方法将种植药用植物的土壤与土壤改良剂接触，以得到经改良的土壤，其中所述土壤改良剂仅由高炉渣构成，以及使药用植物在经改良的土壤中生长。本发明提供的种植方法能够减少药用植物对受污染土壤中的重金属的吸收，同时提高药用植物的产量和质量，包括减少所述药用植物对重金属的吸收、减少重金属在所述药用植物中的累积、促进药用植物在土壤中生长和/或增加药用植物的有效部位的生物量。

Description

一种种植药用植物的方法

本申请是申请日为2019年10月15日、申请号为201910978590.8、发明名称为《土壤改良剂、提高药用植物的质量的方法和应用以及种植药用植物的方法》的分案申请。

技术领域

本发明涉及药用植物领域，特别涉及一种种植药用植物的方法。

背景技术

药用植物(中草药)，是我国医药学的一个重要组成部分，在治疗疾病方面具有特效、安全等优点(项等，2001)。半夏，是常见的一种中草药，为多年生草本植物，原产于中国、韩国和日本。其块茎因其止吐、止咳、止痛和镇静的功效而被中医使用了一千多年(Hu和Tao,2005)。此外，研究还表明半夏具有抗焦虑、抗癌和抗炎的功效(Wang等,2008)。如今，半夏已经在包括中国和日本在内的许多亚洲国家内广泛使用。太子参，由于含有环肽类、糖苷类、挥发性物质、脂肪酸及酯类等化学成分，具有保护心肌、增强免疫力、抗氧化、抗应激、治疗糖尿病及止咳等药理作用,是儿科临床组方常用中药(Fu等，2012)。为了满足市场需求，半夏以及太子参在我国得到广泛的栽培，栽培的位置主要分布在我国的东部和南部地区，如贵州省(Zhang等,2013)。

然而，目前药用植物的种植受到土壤污染的影响，因为中国的农业用地很多受到重金属污染(Zhong等,2017)。对于农业土壤，镉污染的最常见来源之一是被持续施用的镉污染磷肥(Rao等,2018)。特别是，参照世界卫生组织(WHO)的建议，中草药产品(半夏、太子参)的镉浓度允许限值为0.3mg/kg(WHO,2007)。

已经提出采用粉煤灰和生石灰(CaO)的混合物来改善重金属对土壤的污染(Dermatas和Meng 2003)。此外，被多种重金属污染的土壤也通常通过植物修复而得到缓解(Hu等,2014；Li等,2018)。

然而，这些土壤添加剂对于在受污染土壤中种植的草本植物(特别是药用植物)的影响仍缺乏了解。有不少学者对如何促进药用植物生长的方法进行了研究，以半夏的研究为例(Peng等,2007；Xue等,2007；Wang等,2009),Xue等(2007)研究发现浓度为0.5mmol L^-1的水杨酸适合半夏的生长，表现为使块茎鲜重增加。Wang等(2009)研究发现添加0.2mg的2，4-二氯苯氧乙酸、吲哚-3-乙酸或α-萘乙酸诱导半夏的叶柄和叶片的块茎诱导率分别高达100％和96％。吴玉香等(2017)研究了氮磷钾肥的最佳配比以促进太子参药用成分的含量。任建国等(2019)发现了多功能菌肥的施用能改善太子参块根的品质，提高其药用价值。但是，这些研究是在未受重金属等污染的土壤中进行，仍然缺乏在受污染的土壤中提高种植药用植物的质量的研究。

发明内容

为了解决上述的问题，本发明提供了一种种植药用植物的方法。本发明提供的种植方法可以减少重金属在药用植物中的累积，增加药用植物的有效部位的生物量。

本发明提供了一种种植药用植物的方法，步骤为：

将种植药用植物的土壤与土壤改良剂接触，以得到经改良的土壤，其中所述土壤改良剂仅由高炉渣构成，以及使药用植物在所述经改良的土壤中生长；

所述药用植物来自天南星科半夏属植物和石竹科太子参属植物中的至少一者；

所述高炉渣以质量百分比计包含：

所述高炉渣的pH值为9-12，比重为2.6-2.92g/cm³，比表面积为371-600m²/kg；所述土壤改良剂在土壤中的混合比为1质量％-5质量％；

所述种植药用植物的土壤为重金属污染的贵州红土、东北黑土、黄土或砂质土壤；所述重金属选自镉和/或铜。

优选的，所述所述高炉渣为粒化高炉矿渣粉。

优选的，所述将用于种植药用植物的土壤与土壤改良剂接触包括在土壤内或土壤之上的施用处理。

优选的，所述施用处理包括利用土壤改良剂的表面处理或利用土壤改良剂的本体处理。

优选的，所述使药用植物在所述经改良的土壤中的生长包括将药用植物的种子播种在土壤中，以及在有效的光照、水分和土壤条件下使种子发芽并且生长。

优选的，所述有效的光照的条件包括：冷白色荧光灯提供照明，光强度为100-140μmol m^-2s^-1，波段为400-700nm；每天开灯12-16小时，然后关灯8-12小时；

所述水分的条件包括：浇灌频率固定，为每天1-3次；空气湿度为50-70％；

所述土壤的条件包括：压实度为50％-70％；含水率为20-45％；pH值为4.5-6，不添加肥料。

优选的，还包括在药用植物生长之前、之中或者之后在土壤中施加肥料。

本发明具有以下至少一个优点：

本发明的土壤改良剂和方法能够减少药用植物对受污染土壤中的重金属的吸收，同时提高药用植物的质量，包括减少所述药用植物对重金属的吸收、减少重金属在所述药用植物中的累积、促进药用植物在土壤中生长和/或增加药用植物的有效部位的生物量。

本发明的土壤改良剂可以仅仅由高炉渣构成，但是仍然具有优异、甚至改善的提高药用植物的质量的效果。因此，本发明的方法和土壤改良剂能够减少成本。

本发明的土壤改良剂还具有原料易得、成本低并且毒性低的优点。与已知采用化学试剂促进植物生长的方法相比，本发明的土壤改良剂和方法采用了惰性的高炉渣，因此对药用植物和周围环境几乎不造成污染，具有绿色环保的特点。

此外，本发明的方法和土壤添加剂还能够同时减少药用植物对重金属的吸收(降低重金属在药用植物中的积累)和促进药物植物的生长特性，这是已知的化学助长剂所不具备的。

附图简要说明

图1示出了在受镉污染的土壤中添加粒化高炉矿渣粉(GGBS)对(a)半夏和(b)太子参的不同器官的镉积累的影响；

图2示出了在受镉污染的土壤中添加GGBS对(a)半夏和(b)太子参的不同器官的干生物量的影响；

图3示出了在受铜污染的土壤中添加GGBS对太子参的不同器官的铜积累的影响。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方案。下面描述的实施方案是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施方案中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

定义和一般术语

现在详细描述本发明的某些实施方案，其实例由随附的结构式和化学式说明。本发明意图涵盖所有的替代、修改和等同技术方案，它们均包括在如权利要求定义的本发明范围内。本领域技术人员应认识到，许多与本文所述类似或等同的方法和材料能够用于实践本发明。本发明绝不限于本文所述的方法和材料。在所结合的文献、专利和类似材料的一篇或多篇与本申请不同或相矛盾的情况下(包括但不限于所定义的术语、术语应用、所描述的技术，等等)，以本申请为准。

应进一步认识到，本发明的某些特征，为清楚可见，在多个独立的实施方案中进行了描述，但也可以在单个实施例中以组合形式提供。反之，本发明的各种特征，为简洁起见，在单个实施方案中进行了描述，但也可以单独或以任意适合的子组合提供。

除非另外说明，本发明所使用的所有科技术语具有与本发明所属领域技术人员的通常理解相同的含义。本发明涉及的所有专利和公开出版物通过引用方式整体并入本发明。

除非另有说明或者上下文中有明显的冲突，本文所使用的冠词“一”、“一个(种)”和“所述”旨在包括“至少一个”或“一个或多个”。因此，本文所使用的这些冠词是指一个或多于一个(即至少一个)宾语的冠词。例如，“一组分”指一个或多个组分，即可能有多于一个的组分被考虑在所述实施方案的实施方式中采用或使用。

术语“包含”或者“包括”为开放式表达，即包括本发明所指明的内容，但并不排除其他方面的内容。

术语“由…构成或够…组成”为封闭式表达，即仅仅由该内容组成或者构成，排除其他方面的内容。

“药用植物”是指其至少一部分可以具有医疗效果的植物，特别是指中草药植物，例如半夏、太子参、人参、党参、黄芪和枸杞等。

“土壤改良剂”是指适用于受污染土壤的添加剂，其包含高炉矿渣颗粒或者由高炉矿渣颗粒构成。

“污染土壤”是指被重金属(特别是镉和/或铜)污染的土壤。

提高药用植物的质量是指相比于未使用土壤改良剂的情况，使药用植物的至少一个方面得到提高，包括但是不限于减少所述药用植物对重金属的吸收、减少重金属在所述药用植物中的累积、促进药用植物在土壤中生长和/或增加药用植物的有效部位的生物量。

促进药用植物在土壤中生长是指相比于未使用土壤改良剂的情况，增加药用植物的有效器官的生物量、平均干重、平均直径和/或平均体积，特别是指减少重金属累积的同时增加药用植物的有效器官的生物量。

“将土壤改良剂与种植药用植物的土壤接触”包括将土壤改良剂添加到目标土壤中，将土壤改良剂施加到目标土壤的表面上和/或将土壤改良剂与目标土壤颗粒预先混合，然后在混合物中种植药用植物。

本发明涉及用以提高药用植物的质量的土壤改良剂及其应用和使用方法。土壤改良剂可以施加到受重金属污染的土壤的表面或者添加到受重金属污染的土壤中。由此，本发明能够促进在受重金属污染的土壤中生长的药用植物的生长，同时减少该药用植物中重金属的累积。

在一个方面中，本发明提供了一种提高药用植物的质量的方法，包括将用以种植药用植物的土壤与土壤改良剂接触的步骤。土壤改良剂可以包含高炉渣或者由高炉渣构成。

将用以种植药用植物的土壤与土壤改良剂接触包括将土壤改良剂添加到目标土壤中，将土壤改良剂施加到目标土壤的表面上和/或将土壤改良剂与目标土壤颗粒预先混合，然后在混合物中种植药用植物。

提高药用植物的质量包括减少所述药用植物对重金属的吸收、减少重金属在所述药用植物中的累积、促进药用植物在土壤中生长和/或增加药用植物的有效部位的生物量。

优选地，提高药物植物的质量是指同时减少重金属在所述药用植物中的累积、促进药用植物在土壤中生长并且增加药用植物的有效部位的生物量。

在另一个方面中，本发明还提供了土壤改良剂用以促进药用植物在土壤中生长的应用。土壤改良剂可以包含高炉渣或者由高炉渣构成。

在又一个方面中，本发明还提供了一种种植药用植物的方法，包括下列步骤：

将用于种植药用植物的土壤与土壤改良剂接触，以得到经改良的土壤，其中所述土壤改良剂包含高炉渣，以及使药用植物在经改良的土壤中生长。

使药用植物在经改良的土壤中生长包括将药用植物的种子播种在土壤中或者与土壤混合，以及在有效的光照、水分和土壤条件下使种子发芽并且生长。

种植药用植物的方法还可以包括在药用植物生长之前、之中或者之后在土壤中施加肥料的步骤。

对用于种植药用植物的土壤不做限定，其可以包括适于植物生长的任何土壤。在一个方面中，土壤可以是受重金属污染的土壤。重金属包括镉、钴、铬、铜、汞、锰、铅、镍和锌。通常，当药用植物在受污染的土壤中种植时，其生长和品质都受到不利影响，例如重金属含量提高并且生长受限。

受重金属污染的土壤优选为受镉和/或铜污染的土壤。更优选地，土壤可以为选自重金属污染的贵州红土、东北黑土、黄土以及砂质土壤中的至少一者。

在美国，用以种植的土壤主要为沙质型土壤。然而，中国和东南亚的土壤大部分为粘土型。粘质土壤的平均粒度较小，因而其孔径也较小，因此粘质土壤通常具有与沙质土壤不同的土壤结构。通常，粘质土壤的平均粒径(D50)小于50μm。典型地，粘质土壤的平均粒径(D50)为约25μm或小于25μm。更典型地，粘质土壤的平均粒径(D50)为约5μm或小于5μm。相反，通常沙质土壤的特征为粒径为100μm至2000μm的圆粒。

通常，土壤选自由粘质土、沙质土、粉质土、泥炭土、壤质土、白垩土以及它们的任意组合构成的组中的任意一者。以下概述了沙质土壤、粘质土壤以及其它类型土壤间的其它区别。

沙质土壤：通常，沙质土壤为砂砾质地，并且由诸如石灰岩、石英、花岗岩和页岩之类的风化岩石形成。沙质土壤可包括足量至大量的有机物质，这使得砂质土壤相对容易耕作。然而，沙质土壤容易过度排水和脱水，并且在保持水分和营养物方面存在问题。

粉质土：通常粉质土被认为是较为肥沃的土壤之一。粉质土一般由矿物质(主要为石英)和细的有机颗粒组成，并且比提供良好排水的沙质土具有更多的营养物。粉质土在干燥时，其具有平滑的质地，并且看上去像黑砂。其不明显的土壤结构意味着其在湿润时易于耕种并且能够良好地保持水分。

粘质(或黏性)土：粘质土在潮湿时通常是粘的、成块且柔软，但是，粘质土在干燥时通常会形成硬块。粘质土由非常细的颗粒构成，几乎没有空隙，因而粘质土难以耕种并且通常排水状况不好，粘质土在春天时也容易积水。蓝色或灰色粘土的透气性较差，并且必须使其变得松散以支持健康的生长。粘质土中的红色表明透气性良好并且为排水良好的“松散”土壤。由于粘土中营养物的水平较高，因此，如果排水合适的话，药用植物能够良好地生长。

泥炭土：由于泥炭土的酸性抑制了分解过程，因此其通常含有比其它土壤更多的有机物质。与其他许多土壤相比，该类土壤所包含的营养物较少，并且容易过度滞留水分。

壤质土：通常壤质土是由大致40％的砂子、40％的粉砂和20％的粘土构成的组合。壤质土可以涵盖从容易耕种的富含有机物的肥沃土壤到致密压紧的草皮的范围。通常，壤质土可排水但会滞留水汽，并且富含营养物。

白垩土：白垩土通常呈碱性，并且可包含各种大小不同的石头。该类型的土壤能很快变干，并且容易截留诸如铁和锰这样的微量元素。由于这样使得植物不能获得营养物，因此会导致植物生长不良和叶子变黄。通常认为白垩土的品质较差，需要大量施加肥料和其它土壤改良剂。

将用于种植药用植物的土壤与土壤改良剂接触的一个实施方案包括在土壤内或土壤之上的两种施用处理，一种为利用土壤改良剂的表面处理，另一种为利用土壤改良剂的本体处理。在一个实施方案中，对目标土壤区域进行了表面处理以及本体处理，这两种处理同时进行或依次进行。

在一个实施方案中，仅包括对土壤区域施加表面处理。在又另一个实施方案中，仅包括对目标土壤区域施加本体处理。

表面处理：使土壤改良剂与土壤表面接触或是将表面处理剂施加至土壤表面，表面添加剂由此形成促进药用植物生长的层。在一些实施方案中，该层可以是半渗透层。

在一个实施方案中，本文所述的表面处理通过使土壤与目标土壤区域的表层接触，从而提高了药物植物的质量。所述方法还可包括使药用植物的种子接触目标土壤区域以进入或处于目标土壤区域之中。在一个实施方案中，种子位于距离土壤表面小于1mm的深度。在另一个实施方案中，种子位于距离土壤表面小于2mm的深度。在另一个实施方案中，种子位于距离土壤表面小于4mm的深度。在又另一个实施方案中，种子位于距离土壤表面小于5mm的深度。在又另一个实施方案中，种子位于距离土壤表面小于7mm的深度。

在另一个实施方案中，以预定深度将土壤改良剂施用至或是混入目标土壤区域，从而形成“本体添加剂层”。在一些实施方案中，本体添加剂层可为至少1英寸的层；或者在其它实施方案中，为至少2英寸的层；或在其它实施方案中，为至少3英寸的层；或在其它实施方案中，为至少4英寸的层；或在其它实施方案中，为至少6英寸的层；或在其它实施方案中，为至少8英寸的层。将本体添加剂施用至或是混入目标土壤区域后，用一层未处理的土壤或不含本体添加剂的土壤覆盖“本体添加剂层”，以形成自由层(free layer)。据信，在这样的实施方案中，不期望受到理论的束缚，穿过本体添加剂层的本体添加剂可以破坏土壤中的毛细桥，由于这种毛细桥的破坏作用或阻断作用，从而抑制了水汽或水分从本体添加剂层处或从本体添加剂层下方移动至土壤表面或移动至自由层。

在又另一个实施方案中，土壤改良剂封装了要种植的全部或部分种子，或者可供替代的方式是，土壤改良剂封装了全部或部分肥料或肥料颗粒。

在一个实施方案中，土壤可以包含重金属(如镉和/或铜)、有机肥料、砾石、砂砾、淤泥质和黏土中的至少一者。

如上所述，土壤改良剂可以包含高炉渣或者由高炉渣构成。高炉渣是在高炉炼铁过程中，由矿石中的脉石、燃料中的灰分和溶剂(一般是石灰石)中的非挥发组分形成的固体废物或者副产物，主要用作混凝土原料。高炉渣主要含有钙、硅、铝、镁、铁的氧化物和少量硫化物。

优选的高炉渣为粒化高炉矿渣粉(GGBS)。以质量百分比计，高炉渣包含：

优选地，所述高炉渣的pH值在9-12范围内，Gs(土壤比重)在2.6-2.92g/cm³范围内以及SSA(土壤比表面积)在371-600m²/kg范围内。

对土壤改良剂的用量没有限制，但是优选地，相对于用以种植药用植物的土壤，土壤改良剂的用量为1质量％-5质量％，优选3-5质量％。

对药用植物没有特别的限制，但是优选是中草药植物，更优选为半夏属植物和石竹科太子参属植物中的至少一种。

半夏属Pinellia Tenore，是天南星科植物。中国有5种，包括半夏、滴水珠、盾叶半夏、石蜘蛛、虎掌，南北均产，其中最重要的为半夏P.ternata(Thunb.)Breit.，块茎入药，能燥湿化痰，降逆止呕，生用消疖肿，此外虎掌P.Pedatisecta Schott的块茎亦供药用。

太子参为石竹科植物孩儿参Pseudostellaria heterophylla(Miq.)Pax exPaxet Hoffm.的干燥块根。常用于脾虚体倦，食欲不振，病后虚弱，气阴不足，自汗日渴，肺燥干咳。

其他的药用植物包括人参、党参、黄芪和枸杞等。

对于适合在偏酸性土壤中生长的中草药如人参(最适pH为5-6)、党参(最适pH为6.5-7)等，由于酸性土壤更容易溶解重金属，故而在酸性土壤中生长的中草药更容易面临重金属的危害，因此土壤改良剂在用于这些土壤时对药物植物的生长具有更好的效果；对于适合在中性或弱碱性土壤中生长的中草药如黄芪、枸杞等，由于土壤酸化日益加重，施加适当的土壤改良剂为一有效方法调节土壤pH，减少土壤重金属对植物的危害。

在种植药用植物的方法中，可以在有效的光照、水分和土壤条件下使种子发芽并且生长。

光照条件包括：冷白色荧光灯提供照明，其光源的光强度约为100-140μmol m^-2s^-1，波段在400–700nm；每天开灯12-16小时，然后关灯8-12小时，以模拟白天和夜晚。

水分条件包括：浇灌频率固定，为每天1-3次。

空气湿度控制在50-70％。

土壤条件包括压实度为50％-70％，含水率为20-45％，pH为4.5-6，不添加肥料。

在又一个方面中，本发明还提供了一种土壤改良剂，由高炉渣构成。优选的高炉渣为粒化高炉矿渣粉(GGBS)。

本发明的高炉渣可以用于促进药用植物生长，包括与未使用所述高炉渣的情况相比，增加药用植物的有效器官的平均干重、平均直径和/或平均体积。

有效器官可以选自块茎、根茎、果实和茎叶中的至少一者。

下面将结合实例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。以下例子仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实例

下述例子中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到的。

实例1

土壤制样与准备

下面将介绍本发明应用方法的细节。所用土壤由10％砾石(>2mm)，80％砂(2-0.06mm)，8％粉砂(0.06-0.002mm)和2％粘粒(<0.002mm)组成(以干重计)。根据美国统一土壤分类标准(ASTM 2017),此土壤属于粉砂砾石。最大干密度和最优含水率分别为1776kgm^-3和30％。对土壤和所使用的GGBS的物理化学性质，包括化学成分、pH、比表面积和表面官能团进行了相关检测。根据美国统一土壤分类标准中D4972-13的方法，用pH计进行pH的测定(ASTM 2018)。比表面积通过基于Brunauer-Emmett-Teller(BET)方法的比表面积分析仪测定(Macek等，2013)。通过衰减全反射傅立叶变换红外光谱(ATR-FTIR)分析表面官能团。土壤和GGBS的基本物理化学性质见表1。

表1

N.D.*＝未检出

土壤中镉含量的测定

土壤中的镉浓度根据美国环境保护局提出的SW 846方法3050进行测定(USEPA,1986)。首先将1g土壤样品与硝酸和过氧化氢混合，然后通过定量酸洗滤纸将其过滤到50mL容量瓶中。然后用1：100盐酸冲洗滤纸。过滤后，使用电感耦合等离子体光学发射光谱(ICP-OES)分析溶液中的镉浓度。土壤中镉浓度为1.5mg/kg，超过了世界卫生组织(WHO)建议的中草药和产品中重金属含量的最大允许限量(0.3mg/kg)。

盆栽试验

盆栽试验，研究了GGBS对重金属污染土壤中半夏的重金属吸收及其生长的影响。每个植物盆的外径为240mm，高度为160mm。在每个盆的底部设置六个直径为5mm的排水孔用来自由排水。盆侧面是不可渗透的，并且每个盆的顶部都与大气相连。试验在温湿度可控的植物室内进行，温度和湿度分别控制在25±1℃和60±5％。由置于盆栽上方的冷白色荧光灯提供照明，其光源的光强度约为120μmol m^-2s^-1，波段在400-700nm(相当于5.0MJm-2day-1)。之所以选择这个波段，是因为它有利于绿叶植物的生长(Ng等,2016).

添加0(对照组)、3％和5％的GGBS(以干重计)对重金属污染的土壤进行改良。通过将土壤与GGBS充分混合，制备了改良土。3％和5％GGBS改良土的土壤pH值分别为6.4和7.0，在适合半夏生长的pH范围内。盆中土壤的压实度为70％(相当于干密度为1243.2kg m^-3)。在每个盆中，将土壤分为7层压成。选择重量在4-7g之间的半夏种子种植在植物盆中，每个盆里播种7个种子。考虑到种子之间的自然差异，每个试验设置3个重复对照组，在本实验中，共研究了18个盆栽。

植物收获与植物器官中镉含量的测定

播种后，所有半夏幼苗在植物室内生长2个月。为了模拟白天和夜晚，每天开灯12小时，然后关灯12小时。为保持土壤湿润且适合半夏生长，浇灌频率固定，为每天3次，每次200mL。在试验过程中，没有添加肥料。

两个月后，半夏从盆栽中收获。用蒸馏水清洗以去除灰尘和土壤颗粒，分离半夏的叶、茎、块茎和根等不同器官。为了测定不同植物器官的鲜重和干重，将它们称重并在60℃下烘干24小时(Liang等，1989).烘干后，再次称重。对于重金属镉浓度的测定,根据Park等(2011)的方法，对烘干的植物器官进行消化。首先，在消化管中将植物器官与5mL浓硝酸(HNO₃)混合，并将其放置在通风橱中一夜。然后使用加热板将混合物逐渐加热到140℃，直到剩余混合物约1mL。将混合物溶液冷却至室温(约25℃)并加蒸馏水进行稀释。将稀释后溶液用滤纸过滤，镉的浓度通过ICP-OES测定。

根据Tabatabaeefar(2002)所述的方法，测定半夏块茎的几何平均直径和体积。简而言之，用千分尺(卡尺)测量块茎的三个相互垂直的轴a,b和c，几何平均直径定义为三个直径的三次根，(a,b和c),半夏块茎体积的测量为，将其浸入已知体积的水中，并测量被置换的水的体积。半夏块茎的体积等于排水量。

统计分析

通过统计产品与服务解决方案软件“SPSS”20(IBM)进行数据分析。处理方法(即不同植物器官中的镉浓度、干质量和体积)通过单因素方差分析(ANOVA)分析。之后通过HSD方法来确定是否显著(P值<0.05，对应95％置信度)。

实例2

按照与实例1基本相同的方法种植太子参并且按照实例1相同的方法对太子参进行测定分析。

实例3

按照与实例1基本相同的方法种植太子参并且测试，不同之处在于研究GGBS对铜污染土壤的修复效果，并且按照实例1相同的方法对太子参进行测试分析。

试验结果

土壤改良剂对药用植物中重金属积累的影响

图1(a)和(b)分别显示了半夏及太子参不同器官中镉的浓度，其中CS、3％GAS和5％GAS分别代表原状镉污染土壤中添加0％(对照)、3％和5％GGBS的情况。对于试验组CS(对照组)，中草药种植在镉污染的土壤中。在所有不同处理条件下的实验组中，试验组CS中草药植物的包括叶、茎、块茎和根在内的所有器官中的平均镉浓度都是最高的，这也超过了WHO建议的中草药产品限量(0.3mg/kg)。添加3％GGBS(试验3％GAS)可显著降低半夏及太子参各植物器官中镉的平均浓度(p<0.05)，且未超过WHO标准限值(0.3mg/kg)。当添加5％GGBS(5％GAS)时，观察到类似的结果。然而，3％GAS和5％GAS情况下，半夏(图1(a))所有植物器官中的镉浓度差异不显著(p>0.05)，而太子参(图1(b))除根部(差异不显著，p>0.05)外所有植物器官中的镉浓度差异显著(p<0.05)。对于这两种中草药植物，添加3％GGBS已经可以将镉浓度显著降低到WHO标准范围内。对于半夏，添加3％和5％GGBS的情况与对照组相比，半夏叶中镉含量分别降低了48％和53％，茎中镉含量降低了60％和57％，块茎中镉含量降低了45％和50％，根中镉含量降低了63％和64％；对于太子参，添加3％和5％GGBS的情况与对照组相比，太子参叶中镉含量分别降低了69％和82％，茎中镉含量降低了78％和86％，根中镉含量降低了71％和75％。尽管添加GGBS使中草药根中镉浓度显著降低，根部镉浓度仍然在所研究的所有器官中最高。Ramos等(2002)也得到了类似的结论，根部镉含量为139mg/kg而地上部分(茎和叶)镉含量为15.7mg/kg。叶片和根中镉浓度的差异表明半夏体内镉从根到植物其他器官的运输存在一定的限制。

添加GGBS降低了中草药(半夏及太子参)器官中的镉浓度，这可能是通过官能团OH-和Si-Al-O-的吸附原理来实现的。GGBS含有官能团OH-，Si-Al-O-并将镉吸附在其表面。此外，GGBS增加了土壤pH并因此导致镉的沉淀。与对照处理相比，GGBS有助于固定土壤中的镉，从而导致GGBS改良土壤中生物有效镉的固定。因此，生长在GGBS改良土壤中的植物的镉浓度相对较低(低于世界卫生组织提出的允许限度)。本发明证明，在镉污染土壤中添加GGBS降低了半夏块茎及太子参根部种参(中药材)的镉浓度，从而提高了中草药质量。

图3示出了太子参不同器官中铜的浓度，其中CS、3％GAS和5％GAS分别代表原状铜污染土壤中添加0％(对照)、3％和5％GGBS的情况。对于对照组CS，中草药种植在铜污染的土壤中。在所有不同处理条件下的对照组中，对照组CS中草药植物的包括叶、茎、块茎和根在内的所有器官中的平均铜浓度都是最高的。GGBS的添加降低了铜在太子参不同器官中的浓度，尤其对叶和根有显著的改善效果(P<0.05)。添加3％和5％GGBS的情况与对照组相比，太子参叶中铜含量分别降低了12％和26％，茎中铜含量降低了10％和14％，根中铜含量降低了19％和21％。

土壤改良剂对药用植物的生长特性的影响

图2(a)和(b)分别说明了GGBS对半夏和太子参不同器官干重的影响。对于半夏，对照组(试验CS)块茎平均干重为56mg/株。通过添加3％的GGBS(3％GAS)，使平均干重显著增加(p<0.05)，达到74mg/株。当GGBS百分比增加到5％(5％GAS)时，平均干重进一步增加到大约90mg/株；对于太子参，对照组(试验CS)根部平均干重为170mg/盆。通过添加3％的GGBS(3％GAS)，使平均干重增加到183mg/盆。当GGBS百分比增加到5％(5％GAS)时，平均干重进一步增加到大约246mg/盆。但5％GAS与3％GAS相比，半夏和太子参的增量均无显著性(p>0.05)。因此，可以添加3％的GGBS作为土壤改良剂，以促进半夏块茎及太子参根部(药用部位)的生长。其他植物器官，即叶、茎等也观察到了类似的趋势。比如半夏，对于植物叶片，添加3％GGBS(3％GAS)增加了平均干重，但增加幅度不显著(p>0.05)。当GGBS含量增加到5％时，叶片干重进一步显著增加(p<0.05)，达到大约80mg/株，而对照组的平均干重(试验CS)仅为60mg/株。对于植物茎，添加3％GGBS(3％GAS)将平均干重从约44mg/株(试验CS)显著(p<0.05)增加到略高于60mg/株。当GGBS含量增加到5％时，平均茎干重进一步显著增加(p<0.05)，达到70mg/株以上。对于半夏的植物根系，对照组的平均干重(试验CS)为16mg/株。添加3％和5％的GGBS显著增加平均根干重，分别为21和23mg/株。而3％GAS和5％GAS处理的平均根系生物量差异不显著(p>0.05)。对于太子参，添加3％GGBS(3％GAS)，叶片干重从171mg/盆增加到259mg/盆(p>0.05)，平均茎干重从97mg/盆显著增加到124mg/盆(p<0.05)。相比于3％GAS，添加5％GGBS(5％GAS)时，叶片干重进一步增加到316mg/盆(p>0.05)，平均茎干重继续显著增加到172mg/盆(p<0.05)。

除了不同器官的干重外，土壤改良剂对半夏块茎和太子参根部种参的几何平均直径和平均体积的影响见表2。对于半夏，对照组(试验CS)块茎的几何平均直径为8.30mm。添加3％的GGBS(3％GAS)使平均直径增加到9.00mm。然而此增量并不显著(p>0.05)。当GGBS百分比增加到5％时，平均直径显著增加(p<0.05)至9.70mm。平均体积也有类似的趋势。与对照组(试验CS)相比，添加3％GGBS(3％GAS)使平均体积从0.42增加到0.50mL，但差异不显著(p>0.05)。然而，当添加5％的GGBS(5％GAS)时，与对照组相比，平均体积从0.42mL增加到0.63mL(p<0.05)；对于太子参，对照组(试验CS)根部种参的几何平均直径为6.09mm。添加3％的GGBS(3％GAS)使平均直径增加到6.42mm(p>0.05)。当GGBS含量为5％(5％GAS)时，平均直径进一步增加到7.01mm(p>0.05)。就平均体积而言，与对照组(试验CS)相比，添加3％GGBS(3％GAS)使平均体积从0.245增加到0.256mL(p>0.05)，当添加5％的GGBS(5％GAS)时，与对照组相比，平均体积从0.245mL增加到0.273mL(p>0.05)。结果表明，本发明建议添加3％的GGBS以显著促进半夏块茎及太子参根部种参的生长性能，并对半夏块茎及太子参根部种参几何平均直径和平均体积也有一定的促进作用。

表2(a)GGBS对半夏管茎的平均直径和平均体积的影响

(b)GGBS对太子参根部种参的平均直径和平均体积的影响

数值表示形式为均值±SD(n＝3)，不同的小写字母表示在P<0.05时，数值之间存在显著性差异。

由于重金属的毒性作用，在CS条件下可能观察到药用植物的生长抑制，镉的毒性同时也降低了植物对铁(Fe)、氮(N)、磷(P)、钾(K)、锌(Zn)、铜(Cu)和钠(Na)的吸收的作用。这些元素对植物的生长起着重要的作用。较少的养分吸收可能也是试验组CS中药用植物的有效部分尺寸较小的一个原因。而土壤改良剂将重金属固定在土壤中，从而降低了重金属对药用植物生长的抑制作用，促进了药用植物的生长。

可以理解的是，以上实施方案仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方案，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。

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Claims

1.一种种植药用植物的方法，其特征在于，步骤为：

所述高炉渣以质量百分比计包含：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高炉渣为粒化高炉矿渣粉。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将用于种植药用植物的土壤与土壤改良剂接触包括在土壤内或土壤之上的施用处理。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述施用处理包括利用土壤改良剂的表面处理或利用土壤改良剂的本体处理。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使药用植物在所述经过改良的土壤中生长包括将药用植物的种子播种在土壤中，以及在有效的光照、水分和土壤条件下使种子发芽并且生长。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述有效的光照的条件包括：冷白色荧光灯提供照明，光强度为100-140μmol m^-2s^-1，波段为400-700nm；每天开灯12-16小时，然后关灯8-12小时；

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，还包括在药用植物生长之前、之中或者之后在土壤中施加肥料。