中药材种植区土壤重金属污染时空格局解析与防控策略研究——以薯蓣为例的气候变化适应性规划

针对中药材种植区土壤重金属(HMs)污染时空规律不明及气候变化双重威胁，研究团队通过标准偏差椭圆法(SDE)和最大熵模型(MaxEnt)整合分析2007-2024年全国744个样本数据，揭示Cd/Hg生态风险突出、污染重心向西北迁移的规律，并预测薯蓣(D. opposita)在SSP245情景下2081-2100年将迁入Cd污染区，为药用植物可持续栽培提供空间规划方法论框架。

　　

随着传统中医药全球需求激增，中药材种植面积已突破1300万亩，但土壤重金属(HMs)污染与气候变化正形成"双重绞杀"态势。工业化和农业集约化导致铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、铜(Cu)等重金属在药用植物根际土壤持续累积，不仅威胁药材品质安全，更通过食物链危害公众健康。尽管已有研究关注农田重金属污染，但中药材种植区(HMs)的全国性时空演变规律仍属空白，加之气候变暖驱使药用植物适生区迁移，传统道地产区可能面临"适宜气候与污染土壤"的空间错配危机。

针对这一科学难题，中国某研究机构团队在《Ecological Indicators》发表创新研究，首次整合标准偏差椭圆(SDE)、地累积指数(I_geo
)、潜在生态风险指数(PERI)与最大熵模型(MaxEnt)，构建"污染-气候"双胁迫下的中药材种植规划框架。研究团队系统分析2007-2024年全国25省份744个样本数据，以薯蓣(D. opposita)为模式物种，揭示重金属污染迁移规律与气候变化驱动的适生区变迁的空间耦合关系。

关键技术方法包括：1) 通过PubMed/Web of Science/CNKI检索获取744个HMs浓度样本，采用标准偏差椭圆法(SDE)分析时空迁移；2) 结合地累积指数(I_geo
)和污染负荷指数(PLI)评估五种重金属污染等级；3) 应用最大熵模型(MaxEnt)模拟当前与未来气候情景(SSP126/245/370/585)下薯蓣适生区变化；4) 利用生态风险商数法(MERMQ)量化重金属生物毒性效应。

主要研究发现：

1. 时空格局演变：污染重心呈现"东南→西北"内陆迁移趋势，2019-2024年新增青海、新疆等西部采样点。地累积指数显示Cd污染最严重(11.83%达强污染)，Hg次之(14.38%)，四大地域污染强度为南方药材区>北方>西北>藏区。

2. 元素特异性迁移：五种重金属迁移轨迹各异，Cd呈现持续西北迁移特征，在HTL(黑河-腾冲线)西北侧三个时段污染持续加重，而东南侧呈现"先升后降"趋势，反映西部工业化承接政策的环境代价。

3. 生态风险差异：潜在生态风险指数(PERI)显示Cd与Hg风险最高，平均效应区间中值商数(MERMQ)表明南方药材区21%样本存在生物毒性风险，线性回归证实生态风险与生物效应显著相关(R²
   =0.703)。

4. 气候适应性预测：MaxEnt模型(AUC=0.898)显示薯蓣适生区将向西北扩张33-100万km²
   ，但SSP245情景下2081-2100年适生区质心(CoM)将与Cd污染区重叠，形成"气候适宜但土壤有毒"的种植陷阱。

研究结论强调，重金属污染与气候变化的复合效应要求重构中药材种植战略。建议采取"分区治理"策略：南方重点管控工业排放与农用投入品，西北推进原位固化修复；同时建立"MaxEnt-PLI"双因子选址模型，将薯蓣等药用植物种植向SSP370情景预测的清洁适生区转移。该研究首创的"时空污染+气候迁移"分析框架，为全球气候变化背景下的药用植物资源可持续利用提供了可推广的方法论范式。