宋江濤，賈朋遠(yuǎn)，林治家，賀晨騁

摘 要 在“湖南省隆回縣土地質(zhì)量調(diào)查”項(xiàng)目的資助下，本研究系統(tǒng)地采集測試了隆回縣農(nóng)作物及根系土樣品。采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、相關(guān)性分析等方法，分析農(nóng)產(chǎn)品富硒及重金屬含量的情況，同時著重研究了農(nóng)產(chǎn)品與土壤中重金屬含量關(guān)系。研究結(jié)果表明：隆回縣農(nóng)作物普遍富硒，并且每種農(nóng)作物的富硒能力不同;隆回縣主要農(nóng)作物受到重金屬污染的程度較小;土壤有機(jī)質(zhì)和pH是影響作物對土壤重金屬吸收累積的重要環(huán)境因素。

關(guān)鍵詞 隆回縣;富硒;農(nóng)作物;重金屬;元素遷移

中圖分類號： P618.76 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Analysis On Selenium Enrichment of Main Crops and Influencing Factors of Heavy Metals In Crop Root Soil In Longhui， Hunan

Song Jiangtao， Jia Pengyuan， Lin Zhijia， He Chencheng

（Hunan Institute of Geological Survey， Changsha Hunan 410116）

Abstract： Under the support of "land quality survey of Longhui County， Hunan Province"， the samples of crops and root soil were collected and tested systematically. The content of selenium and heavy metals in agricultural products were analyzed by means of classification statistics， correlation analysis and content distribution scatter diagram. The relationship between the content of heavy metals in agricultural products and soil was emphatically studied. The results showed that the crops in Longhui County are rich in selenium， and the ability of each kind of crops was different. The main crops in Longhui County are less polluted by heavy metals， and soil organic matter and pH are the important environmental factors that affect the absorption and accumulation of heavy metals.

Keywords： Longhui county;selenium rich; crops; heavy metal;element migration

硒作為自然界中稀少而又分散的元素，其在地殼中的豐度僅為0.13mg/kg[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上有70%以上的地區(qū)缺硒，中國有72%的縣市不同程度的缺硒，其中1/3為嚴(yán)重缺硒區(qū)[2]。硒作為人體中必要的微量元素，不僅能起到防癌、防鎘中毒，同時對砷和汞元素的毒性有顯著的拮抗作用。相關(guān)研究表明人體內(nèi)缺乏硒元素會引發(fā)糖尿病、心血管疾病甚至癌癥等幾十種疾病[3]。所以硒作為人體中必要的微量元素越來越受到人們的關(guān)注。

一直以來農(nóng)作物與土壤中重金屬元素的之間的關(guān)系是國內(nèi)外農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的學(xué)者研究的重點(diǎn)及熱點(diǎn) [4-6]，同時也是土地質(zhì)量評價的重要基礎(chǔ)[7-8]。由于全球土壤受重金屬元素污染越發(fā)嚴(yán)重 [9]，土壤重金屬污染及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究仍將是今后環(huán)境地球化學(xué)研究的重要課題。大量研究表明農(nóng)作物對土壤重金屬的吸收量、累積富集系數(shù)不僅與作物類型、品種等生物學(xué)因素有關(guān)，還與土壤中重金屬元素含量以及土壤環(huán)境例如有機(jī)質(zhì)、酸堿度等理化性質(zhì)密切相關(guān) [10]。

本文根據(jù)湖南省隆回縣土地質(zhì)量調(diào)查項(xiàng)目數(shù)據(jù)成果，初步分析了當(dāng)?shù)厮杉霓r(nóng)作物硒元素的含量特征以及土壤—農(nóng)作物之間重金屬元素含量變化及影響關(guān)系，為隆回縣農(nóng)田生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的科學(xué)合理評價提供了基礎(chǔ)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與制備

2017年6—9月在隆回縣全縣主要的蔬菜、水果、水稻以及玉米種植區(qū)采集根系土及其農(nóng)產(chǎn)品，共280組。樣品采集用平板電腦內(nèi)置GPS定位采樣點(diǎn)，根系土樣品采集按照土地質(zhì)量調(diào)查評價規(guī)范要求進(jìn)行采樣，農(nóng)作物樣品主要采集果實(shí)或者籽實(shí)，蔬菜則采集其可食用的葉子。所有野外采樣按相關(guān)照規(guī)范要求進(jìn)行，并且由湖南省自然資源廳組織專家進(jìn)行野外驗(yàn)收。

1.2 分析方法

本次樣品均由湖南省地質(zhì)測試院測試，土壤樣品中Cr、Cd、Pb、As、Hg、pH和有機(jī)質(zhì)這7種參數(shù)指標(biāo)的測試采用以電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）為主，以原子熒光法（AFS） 、離子選擇電極法（ISE）、容量法（VOL）為輔的分析方法體系。所有樣品測試結(jié)果均通過專家驗(yàn)收。

2 結(jié)果與討論

2.1 農(nóng)作物中硒元素含量特征

參考中國食品工業(yè)協(xié)會花卉食品專業(yè)委員會2013年發(fā)布的《天然富硒食品硒含量分類標(biāo)準(zhǔn)》（試行）（HB001/T—2013），統(tǒng)計(jì)研究區(qū)樣品中的Se含量富集情況，見表1。

從表1中可以看出除去油茶富硒樣本數(shù)為0以外，其余農(nóng)作物的富硒比例都達(dá)到50%以上，尤其是采樣數(shù)量較多的水稻和玉米，它們的富硒率非常高，分別達(dá)到了94%和100%，表明隆回縣這兩種農(nóng)作物普遍富硒，而其余農(nóng)作物也表現(xiàn)出不同程度富硒。

2.2 農(nóng)作物對硒富集能力

農(nóng)作物中硒元素的含量主要來源于土壤中，農(nóng)作物從土壤吸收硒能力的大小，通常用生物吸收系數(shù)（Ax）來表示，即富集系數(shù)[11]，其反映了作物對硒的富集能力，是判定農(nóng)作物是否為富硒作物的重要指標(biāo)及參數(shù)。富集系數(shù)（Ax）的計(jì)算公式為：

Ax= ? ?農(nóng)作物硒含量 ×100%

對應(yīng)土壤硒含量

由上述公式得出隆回縣農(nóng)作物硒元素富集圖（見圖1）。從圖中可知，隆回縣農(nóng)作物對其根系土中硒元素的吸收能力是有差別的。其中水稻對硒的富集系數(shù)最大，達(dá)到了27%，農(nóng)作物對硒的富集系數(shù)大于 或等于20%的還有油菜和黃豆。而硒的富集系數(shù)小于或等于10%的農(nóng)作物包括辣椒、龍牙百合、煙葉、金銀花、油茶以及玉竹，其中玉竹的富集系數(shù)最小，為7%，對硒的富集能力最弱。

2.3 農(nóng)作物重金屬含量特征

本次工作對隆回縣農(nóng)作物中硒元素和汞、砷、鉛、鎘和鉻等五種重金屬元素含量進(jìn)行了檢測，對所得出的結(jié)果進(jìn)行評價，評價依據(jù)《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)? ?食品中污染物限量》（GB 2762—2017）和《富硒稻谷》（GB/T 22499—2008），評價標(biāo)準(zhǔn)見表2，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)得出表3。

橫向比較數(shù)據(jù)可知：所調(diào)查的農(nóng)作物As、Hg重金屬元素合格率都為100%，說明在所采集的農(nóng)作物中，As和Hg元素并不富集，但其他重金屬元素都不同程度地在農(nóng)作物中富集。但總體來說，這些主要農(nóng)作物的重金屬元素合格率都在80%以上。

縱向比較可知：所調(diào)查的農(nóng)作物中As、Hg元素合格率最高;其余三種元素Cr、Cd、Pb合格率相對較低;說明在調(diào)查區(qū)Cr、Cd、Pb三種元素相對As、Hg兩種元素較容易在農(nóng)作物中富集。

通過對隆回全縣均勻布點(diǎn)采集的主要農(nóng)作物的Cr、As、Hg、Cd、Pb含量進(jìn)行專業(yè)測試，結(jié)果表明：以玉米和水稻為主的主糧作物，除個別重金屬有超標(biāo)現(xiàn)象之外，基本上屬于綠色食品。尤其是油茶、水稻以及玉米重金屬超標(biāo)現(xiàn)象輕微。

2.4 農(nóng)作物與土壤中各重金屬元素含量間的相關(guān)性分析

根據(jù)所采農(nóng)作物及其根系土的測試結(jié)果，得出農(nóng)作物與其對應(yīng)根系土的相關(guān)性（見表4）。

由表4可知：與As元素相關(guān)性較大的農(nóng)作物為黃豆和水稻，而柿子的相關(guān)性較小;與Cr元素相關(guān)性較大的為玉竹和黃豆，其中玉竹的相關(guān)性達(dá)到了0.56;與Cd元素相關(guān)性大的為辣椒、生姜和紅薯;與Pb元素相關(guān)性大的為生姜，達(dá)到了0.74。

總體來說：隆回縣所采集農(nóng)作物中的As、Cr、Cd以及Pb元素含量與其根系土中的這些元素的含量相關(guān)。

2.5 土壤—農(nóng)作物系統(tǒng)中重金屬含量關(guān)系的影響因素

2.5.1 作物種類的影響

由于每種農(nóng)作物各自的生物特性不同，其對土壤中的重金屬吸收效率以及在植物體內(nèi)對重金屬的轉(zhuǎn)化能力也是不同的，所以針對這一特性，本文對所采集的農(nóng)作物中重金屬含量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)（見表5）。

由表5可見，所采集的農(nóng)作物體內(nèi)重金屬含量差別較大，具體表現(xiàn)在：

（1）水果、糧食作物等重金屬含量較低，而蔬菜、煙葉含量較高。

（2）同類農(nóng)作物體內(nèi)的不同重金屬元素的含量差別非常大，例如根莖類蔬菜中龍牙百合Cr元素含量為1.918mg/kg，而生姜Cr含量達(dá)到了6.004mg/kg，這兩種農(nóng)作物體內(nèi)的Cr含量差別非常大。

這一結(jié)果證實(shí)了不同農(nóng)作物的類型對其土壤中重金屬元素的吸收轉(zhuǎn)化以及在農(nóng)作物體內(nèi)的累積能力是不同的。

2.5.2 土壤有機(jī)質(zhì)對富集系數(shù)的影響

以采樣量較大的水稻、玉米、龍牙百合、油菜、金銀花調(diào)查資料為依據(jù)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明農(nóng)作物根系土與對應(yīng)的農(nóng)作物之間重金屬含量常呈負(fù)相關(guān)性（見表6），甚至有的樣品之間達(dá)到了顯著負(fù)相關(guān)性水平。這一結(jié)果表明，在一定條件下土壤中有機(jī)質(zhì)的含量直接影響了農(nóng)作物吸收根系土中重金屬元素含量的能力。如圖2所示，隆回縣土壤中有機(jī)質(zhì)含量對玉米富集Cd、Pb有明顯的負(fù)相關(guān)性。

2.5.3 土壤pH對富集系數(shù)的影響

針對本次采集的隆回縣數(shù)量較多的農(nóng)產(chǎn)品，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：隆回縣土壤pH對當(dāng)?shù)剞r(nóng)產(chǎn)品的富集有重要的影響，甚至有些達(dá)到了顯著的負(fù)相關(guān)性（見表7），即土壤pH隨著堿性含量增加將大大降低對應(yīng)農(nóng)產(chǎn)品對土壤中重金屬元素的吸收能力。如圖3所示：土壤pH對龍牙百合Cd、Pb呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)性。

3 結(jié)論

（1）隆回縣農(nóng)作物普遍富硒，并且在所采樣本中玉米和紅薯的富硒率達(dá)到100%。

（2）隆回縣農(nóng)作物對硒的富集能力大小依次為水稻>黃豆>油菜>生姜>玉米>柿子>辣椒>龍牙百合>煙葉>金銀花>油茶>玉竹。

（3）隆回縣以玉米和水稻為主的主糧作物，受到重金屬污染的程度較小，基本上屬于綠色食品。尤其是水稻，重金屬超標(biāo)現(xiàn)象輕微，這為當(dāng)?shù)亻_發(fā)綠色富硒水稻提供了依據(jù)。

（4）隆回縣所采集農(nóng)產(chǎn)品中重金屬的含量除了和自身特性相關(guān)以外，還主要受到土壤中理化性質(zhì)的影響。

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