隆回县以金银花与龙牙百合为主的特色中药材镉污染综合治理技术研究与应用

1 引言

镉（Cd）是农田生态系统中极具危害性的污染物，可通过作物吸收富集进入食物链。长期摄入镉超标食品，会引发肾脏损伤、骨质疏松及免疫功能障碍等健康问题。2024 年江苏省市场监督管理局抽检数据显示，药用植物镉超标率达5.8%，其中百合类产品风险尤为突出，2 批次鲜百合出现镉、汞双超标现象。

隆回县兼具农业大县与生态脆弱区双重特征。在产业发展上，其作为全球最大的灰毡毛忍冬（山银花）种植基地，产量占全国53% ；同时作为龙牙百合原产地，产量占全国 70% ，形成以金银花、龙牙百合为核心的特色中药材产业集群。2024年，该产业集群带动32万农户增收，规模化合作社达217家 ，成为乡村振兴的核心引擎。

但隆回县面临严峻的镉污染挑战。成土母质硅质岩风化及历史工矿活动，导致土壤镉本底值偏高（0.25-1.82mg/kg），干旱气候又加剧镉活化，年均土壤 pH 下降 0.03。2023 年采样分析显示，13.7% 的百合种植区土壤有效镉含量超过 0.3 mg/kg 的风险阈值。

不过，隆回县全域 87.96% 的土壤硒含量 >0.4mg/kg （均值 0.58mg/kg ），为利用硒镉拮抗原理实现降镉提供了天然优势。在“双碳”目标与食品安全战略背景下，构建科学高效的镉污染综合治理技术体系，对隆回县中药材产业发展具有重要现实意义。

2 中药材产业镉污染现状与挑战

2.1 污染风险与产业痛点

龙牙百合因鳞茎直接接触土壤且富含淀粉，对镉富集能力强。2024 年市场抽检显示，其镉超标率达 3.5%，干燥加工后镉浓度可升高 1.8 倍。金银花虽 花蕾采收，但根系生物量大（亩产鲜根 800kg^⋅ ），根系残留镉可迁移至药用部位。2020 版《药典》将金银花镉限值从 0.3mg/kg 放宽至 1mg/kg ，凸显行业治理难度。镉超标导致隆回县中药材高端市场受阻，2023 年因质量问题直接经济损失达

2.2 作物富集特性与驱动机制

气候 - 土壤交互作用显著。干旱致土壤酸化（ pH<5.5 时有效镉含量提升 30% ），氢离子置换镉离子使其活性增强。百合需水期与旱季重叠，传统漫灌使土壤镉随水迁移至鳞茎，镉吸收量增加 45%. 。金银花根系深达1.0m，其分泌的有机酸活化深层土壤镉，并加速向地上部转运。隆回县土地质量调查报告（2023 年）显示：

3 综合降镉技术策略与实践

3.1 分品种精准防控技术

3.1.1 龙牙百合

低积累品种选育。联合湖南农业大学筛选出“隆优 1 号”，鳞茎镉富集系数仅 0.28±0.03 。通过下调镉转运蛋白基因 Nramp5 表达量 62% ，经 5 代定向选育，在高镉土壤 （1.2mg/kg ）中仍能保持鳞茎镉含量 <0.2mg/ kg。

鳞茎保护技术。采用稻壳炭与菌渣覆盖，可阻隔 85% 土壤镉迁移；现蕾期喷施纳米硒溶液，激活 GSH-Px酶活性至对照3.2 倍，使鳞茎镉含量降低 52% 。

生物有机肥替代。施用紫云英有机肥，其中腐殖酸与镉形成络合物，使土壤 DTPA 提取态镉降低 27% ，还改善了土壤微生态。

3.1.2 金银花

根系阻控技术。深施硅钙镁钝化剂，提升根际pH0.8 单位，有效镉降低 52% 。钝化剂诱导植物形成硅质层，减少镉跨膜运输。

叶面硒调控。喷施富硒叶面肥，使金银花镉含量从 0.42mg/kg 降至 0.16mg/kg ，硒与镉形成无毒沉淀抑制转运。间作修复。香根草间作系统年移除镉 64.7 kg/ha，其根系分泌物（草酸、柠檬酸）促进镉解吸。香根草对镉的富集系数高达 8.7，是理想的超富集植物。长期间作可使土壤镉含量降低 15%-20%，实现污染土壤的原位修复。

实施效果：2024 年干旱条件下，垄作渗灌的百合鳞茎镉含量控制在 0.15 mg/kg 以下，滴灌覆膜使金银花根系层有效镉含量降低 28% ，节水率达 40% 。

3.3 农艺创新

百合- 紫云英轮作提升土壤有机质，增加络合态镉占比；接种胶质芽孢杆菌K02 菌株，其产生的胞外多糖吸附镉离子，使土壤有效镉降低38%。

引入香根草、东南景天等超富集植物与功能微生物联合修复，香根草收割后堆肥处理形成的生物炭可二次利用；接种AM 真菌使根菌侵染率提升至 75% ，增强土壤团聚体稳定性，降低镉移动性。

4 全链条镉防控体系建设

4.1 种植端

实施土壤墒情传感器实时监测，建立磷肥镉含量准入标准 （⩽15mg/kg ），淘汰目前 23 种超标肥料；政府联合企业建立投入品溯源系统，推行有机肥替代化肥政策，确保生产资料来源可查、质量可控。

4.2 加工端

4.2.1 初加工环节

龙牙百合：三级清洗分选线去除外层鳞片（镉分布：外层0.52 mg/kg →内层0.17 mg/kg）；65℃真空干燥使镉迁移率降低至 7.3%（传统干燥为 21%）。采用低温真空干燥技术，有效抑制镉在加工过程中的重新分布。自动化分选设备通过机器视觉识别，可实现鳞片镉含量的精准分级。

金银花：微波- 气流干燥（功率8kW，风速3m/s）减少粉尘附着，产品镉残留降低 19%_∘ 该技术可实现连续化生产，干燥效率提升3 倍。干燥过程中实时监测温度与湿度，确保有效成分损失率控制在5% 以内。

4.2.1 精深加工环节

靶向脱镉：分子印迹吸附树脂（Cd² ⁺吸附容量 82.4mg/g ）使提取液镉残留降至 0.03mg/kg_⨀ 。树脂对镉离子具有特异性识别能力，可实现高效分离。动态吸附实验表明，树脂重复使用10 次后吸附性能仍保持85% 以上。4.3 溯源与市场端

接入腾讯区块链溯源平台，实现 12 个关键节点数据上链，消费者通过扫码可获取从种植到销售的全流程信息，增强产品信任度。建立产区《低镉中药材生产技术规程》，规定土壤 pH 调控≥6.0，硒肥施用 次 / 季，形成区域协同治理模式，能使区域内中药材镉超标率下降2.3 个百分点，提升了产业整体竞争力。

5 产业融合与政策保障

5.1 科技赋能平台

5.1.1 基因编辑育种。CRISPR/Cas9 敲除百合 HmNramp5 基因，T1 代植株鳞茎镉积累量下降 76%。实验室已获得稳定遗传株系，计划2026 年开展田间试验。基因编辑技术的应用为培育“零镉”品种提供了革命性手段。5.1.2 硒镉拮抗机制。硒通过上调 PCs 合成基因（PCS1）表达，促进镉 - 硒复合物液泡区隔化（谢红旗等，2025）。研究发现，硒处理后植物液泡中镉 - 硒复合物比例从 12% 提升至 45%_∘0 分子生物学研究揭示了硒镉拮抗的信号传导通路，为精准调控提供理论依据。

5.2 政策创新设计

政策组合拳有效降低了技术应用门槛，提升了农户抗风险能力，加速了科技成果转化。

5.3 推广瓶颈破解

5.3.1 降成本。锑冶炼矿渣制备钝化剂（成本 0.8 元 /kg ），较商业产品降低 40% 通过酸浸 - 煅烧工艺，将矿渣中的活性成分转化为高效钝化材料。规模化生产使钝化剂年 j^∗ 量达5000 吨，满足区域治理需求。5.3.2 利益联结。企业与合作社签订保价收购协议，对镉含量 <0.1mg/kg 的产品给予 20% 溢价。利益共享机制激发了农户参与治理的积极性，形成良性发展循环。

5.4 金融支持创新

设立中药材绿色信贷产品。对认证基地给予 LPR 下浮 15% 的优惠利率，融资成本降低 3.2 个百分点。通过金融工具创新，2024 年累计为产业提供贷款 3.2 亿元，支持 12 个重点加工项目建设。绿色金融政策引导社会资本投入，缓解了产业升级的资金压力。

6 结论与展望

6.1 核心治理经验

6.1.1 技术协同创新。“低积累品种 + 硒调控 + 水分管理”技术包使百合达标率从 81.3% 提升至 98.6% 。多技术集成实现了对镉污染的全方位控制，形成“源头阻断- 过程调控- 末端治理”的完整技术链。6.1.2 全链条价值提升。加工环节梯度降镉使终端产品合格率提高至 99.2%， 。从种植到加工的系统防控显著提升了产品质量安全水平，同时通过品牌建设使产品溢价率提高 15%-20% 。

6.1.3 生态经济双赢。治理后土壤镉含量平均下降 35% ，生态环境得到改善；产业年产值增长 12% ，实现了环境保护与经济发展的协同共进。

6.2 未来发展方向

6.2.1 育种技术突破。2027 年前实现“零积累”百合品种区域试验，从遗传层面解决镉富集问题。结合基因编辑与传统育种技术，培育多抗优质新品种。

6.2.2 智慧治理升级。构建土壤 - 作物 - 产品镉迁移 AI 预测模型，实现污染风险的智能预警与精准防控。利用数字孪生技术模拟治理过程，优化技术方案。

6.2.3 产业深度融合。打造“雪峰山绿色药材走廊”，预计带动旅游收入年增 1.2 亿元，推动生态农业与文旅产业深度融合。开发中医药康养、农事体验等新业态，延伸产业链条。

6.2.4标准体系完善。将“隆回方案”上升为行业标准，向全国重金属污染区推广。建立国际互认的质量标准，提升中国中药材的国际竞争力。

研究说明：本文数据基于隆回县12 项田间试验（2015-2025），针对江苏、广东等地百合镉超标事件构建“产地阻控 - 加工削减 - 市场追溯”三级响应机制，对南方丘陵区中药材安全生产具有普适价值。未来将进一步深化产学研合作，持续优化治理技术，为全球重金属污染治理贡献中国智慧。

参考文献：

[1] 江苏省市场监督管理局．食品安全抽检通报[R]．2024

[2] 梁运洁．重金属镉的危害与防治[J]．茶叶频道，2023

[3] 北京中医药大学第三附属医院．体内镉升高治疗方案[EB/OL]．2024

[4] ．稻田重金属修复治理试验 [EB/OL]．2023

[5] 北海市监局．鲜百合镉超标处置通告[EB/OL]．2024

[6] 澎湃新闻．隆回中药材产业发展报告[EB/OL]．2024

[7] 蒲公英论坛．金银花重金属标准变化及应对[J]．2020

[8] 中国土壤与肥料．卷丹百合镉分布研究[J]．2023

[9] 香港食安中心．乾百合镉超标公告[EB/OL]．2017

[10] 湖南农业大学．基于 CRISPR/Cas9 的百合镉转运基因编辑技术报告 [R]．2024

[11] 谢红旗等．硒调控植物镉转运的分子机制研究[J]．中国农业科学，2025（待刊）

[12] 李志强等 . 香根草对镉污染土壤的修复机制 [J]. 环境科学学报 ， 2024， 44（2）： 567-574.

[13] 国家中药材产业技术体系. 药用植物镉污染防控技术规程 [S]. 北京 ： 中国农业出版社 ， 2023.

[14]Chen， L. et al. Selenium-modified biochar for cadmium immobilization Journal of Hazardous Materials， 2025，08： 124889.

[15] 隆回县统计局 . 特色农产品加工业发展报告 [R]. 2025.

[16] 湖南省生态环境厅. 重金属污染耕地安全利用技术指南 [Z]. 2024.

[17] 王建军等 . 分子印迹材料在中药重金属脱除中的应用进展 [J]. 中草药 ， 2024， 55（10）： 3215-3222.