馬挨榮

(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010020 )

內(nèi)蒙古河套農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)玉米根系土和植株中有害·有益元素富集特征

馬挨榮

(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010020 )

摘要[目的]評價河套農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)玉米有害、有益元素生態(tài)效益。[方法]采集內(nèi)蒙古河套農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)玉米根系土籽實和莖葉樣品，分析了有毒有害及有益元素含量。[結(jié)果]主要有害元素在玉米籽實和莖葉中均占很小比例，大部分為低富集元素；大多數(shù)有益元素是低富集，只有N屬于強(qiáng)富集元素。研究區(qū)種植玉米的根系土中As、Pb、Cd、Hg、Cr、Cu含量均低于國家標(biāo)準(zhǔn)，符合綠色標(biāo)準(zhǔn)土壤，產(chǎn)地環(huán)境條件優(yōu)秀。[結(jié)論]研究區(qū)內(nèi)的玉米為綠色食品，適宜人畜食用。

關(guān)鍵詞玉米；適宜性；生物富集特征；評價

內(nèi)蒙古河套農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)水源豐富，光熱資源充足，是內(nèi)蒙古乃至全國的重要糧食生產(chǎn)基地，玉米是該區(qū)域主要農(nóng)作物。農(nóng)作物對元素具有比較明顯的吸附專屬性，對有害元素的吸附過量會造成有害元素超標(biāo)，影響農(nóng)作物品質(zhì)，對人類健康構(gòu)成威脅。對有益元素的專屬吸附，會使有益元素富集，有利于人類健康。玉米所需的各種礦質(zhì)養(yǎng)分主要是從土壤中吸收，土壤中的養(yǎng)分狀況直接影響玉米植株的生長發(fā)育和子粒產(chǎn)量[1-2]。

根系土是土壤中受植物根系及其生長活動影響的微域環(huán)境，具有特殊的物理、化學(xué)和生物性質(zhì)，研究根系土、植株中有害、有益元素含量及其變化，對于了解土壤-植物系統(tǒng)中重金屬的環(huán)境行為有重要意義[3]。了解土壤中礦質(zhì)元素的豐缺指標(biāo)，可以為玉米的合理施肥提供參考依據(jù)。前人研究多集中于玉米籽實有害、有益元素的分析和評價，而對根系土和植株有害、有益元素的研究較少。筆者通過測定內(nèi)蒙古河套農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)玉米根系土、籽實及莖葉樣品中的有毒有害及有益元素含量，評價了該地區(qū)玉米重金屬元素和稀土元素的富集特征，旨在為該地區(qū)環(huán)境治理和玉米種植提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1樣品采集玉米樣品的采集依據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局《局部生態(tài)地球化學(xué)評價技術(shù)要求》有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。在室內(nèi)對玉米果實加工成顆粒，莖葉晾干送交實驗室分析。玉米樣品選擇作物生長正常的地塊，選取4～5處玉米植株采集玉米樣品。樣品采集后立即將植株樣品的根、莖、葉、子粒分開，以免養(yǎng)分轉(zhuǎn)移?；靹蚝笥盟姆址s分至所需的量，保證干樣約100 g，將子粒脫粒后，混勻鋪平，用方格法和四分法縮分，取約250 g，顆粒大的籽實取500 g左右。在玉米采集相同點位，采集根系土樣品，重量大于1 000 g。

1.2測定項目與方法所有樣品均送至中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查所中心實驗室和內(nèi)蒙古自治區(qū)礦產(chǎn)實驗研究所進(jìn)行分析。玉米土壤根系土樣品測定As、B、Cd、Cu、Hg、Mn、N、P、Pb、Zn、Al2O3、CaO、Fe2O3、K2O、MgO、Na2O、SiO2、U、Th、Ce、La、Se、Co、Ni、Cr等元素全量和pH。玉米植株主要測試分析As、Se、Hg、Mn、Ni、Cu、Zn、Pb、F、Mo、Cr、Fe等全量。其中，As、Hg、Se采用原子熒光光譜法(AFS)測定， Bi、Cd、Cr、Cu、Mo、Ni、Pb、Zn、Ce、La、Y、Dy、Er、Eu、Gd、Ho、Lu、Nd、Pr、Sm、Tb、Tm、Yb采用等離子體質(zhì)普法(ICP-MS)測定；F采用離子選擇性電極(ISE)測定；N元素采用凱式法測定，；Mn、P、K2O采用等離子體光譜法(ICP-OES)測定。

利用生物富集系數(shù)(C)表征有害元素富集系數(shù)特征。

C=Cb/Cc×100%

式中，Cb為玉米籽實或莖葉中的重金屬元素濃度，Cc為根系土中的重金屬元素濃度。依據(jù)玉米籽實生物富集系數(shù)劃分等級，C1≤0.50%、0.50%4.50%分別代表低、較低、中、高富集4個級別。

2結(jié)果與分析

2.1有毒有害元素富集特征

2.1.1根系土元素含量特征。河套地區(qū)玉米種植區(qū)主要土壤類型為潮土、灌淤土、栗褐土，對比土壤中各項污染物的指標(biāo)要求(NY/T391—2000)(表1)和玉米根系土中Hg、Cd、As、Pb、F、Cr、Cu、Cr的含量，評價玉米安全性。經(jīng)測定，內(nèi)蒙古河套地區(qū)玉米根系土元素含量為As 11.10 μg/g，Hg 69.97 ng/g，Cu 24.56 μg/g，Pb 21.39 μg/g，Cr 67.61 μg/g，Cd 165.65 ng/g，F(xiàn) 594.04 μg/g[4]，對比表1可知，河套地區(qū)種植玉米的根系土中As、Pb、Cd、Hg、Cr、Cu含量均低于國家標(biāo)準(zhǔn)，符合綠色標(biāo)準(zhǔn)的土壤，說明在該區(qū)域內(nèi)土壤中重金屬元素的產(chǎn)地環(huán)境條件優(yōu)越。

表1　土壤中各項污染物的指標(biāo)要求

2.1.2籽實元素含量特征。玉米綠色食品重金屬標(biāo)準(zhǔn)(NY/T 418—2000)中規(guī)定Hg的含量上限≤10.0 ng/g，Cd≤100.0 ng/g，As≤0.4 μg/g，Pb≤0.2 μg/g，F(xiàn)≤1.0 μg/g，經(jīng)測定，除Pb含量的最大值超出國家標(biāo)準(zhǔn)外，玉米籽實中Hg、Cd、As和F含量均小于國家標(biāo)準(zhǔn)(表2)，為綠色食品，適宜人畜食用。

表2　玉米籽實元素含量特征值[7]

注：Hg、Cd單位為ng/g，其他元素

2.1.3有害元素富集系數(shù)特征。由表3可知，除了36.00%的Mo屬于低富集外，玉米籽實主要有害元素90.00%及以上屬于低富集，其中As、Hg、Mn、Ni、Cu、Pb、F、Cr、Fe的低富集率為100%。

表3玉米籽實中有害元素富集特征

Table 3Enrichment characteristics of harmful elements in corn seeds%

元素ElementsC1≤0.50%0.50%4.50%As100.00Se96.0031Hg100.00Mn100.00Ni100.00Cu100.00Zn90.0010Pb100.00F100.00Mo36.00613Cr100.00Fe100.00Cd99.001

2.1.4玉米莖葉有害元素富集特征。由表4可知，玉米莖葉中有害元素涉及低、較低、中、高富集4個級別，大部分元素屬于低富集特征，其中As、Mn、Ni、Cr的低富集率為100%，50.00%的Hg為較低富集，Mo屬于中等富集，占59.57%，較低富集占31.91%，高富集占6.38%。Fe的高富集占25.00%，在所有元素中最高。

表4玉米莖葉中有害元素富集特征

Table 4Enrichment characteristics of harmful elements in corn stems and leaf

%

表5玉米籽實中有益元素及稀土元素富集特征及最大、最小值

Table 5 Enrichment characteristics, maximum, minimum of beneficial elements and rare earth elements in corn seeds

元素Ele-ments所占比例Proportion∥%C1≤0.50%0.50%

2.2有益元素富集特征

2.2.1玉米籽實。由表5可知，玉米籽實中大多數(shù)有益及

稀土元素屬低富集，只有N是屬于強(qiáng)富集元素，其最大值達(dá)730.330 0，最小值也為5.940 0。N的富集主要是由作物從大氣中吸入氮的固氮作用造成。

表6玉米莖葉中有益元素及稀土元素富集特征

Table 6Enrichment characteristics of beneficia elements and rare earth elements in corn stems and leaf%

元素ElementsC≤0.50.54.5B53.1944.682.13Co100Ca93.336.67K43.3356.67Mg70.0030.00Na100Ce100Eu100La97.003.00Nd100Pr100Sm100Y100N3.3396.67S100Th100U100

2.2.2玉米莖葉。玉米莖葉中元素的富集系數(shù)特征與籽實中相近，由表6可知，大多數(shù)元素是低富集，只有N元素屬于強(qiáng)富集的元素，強(qiáng)富集的樣品數(shù)占96.67%。

3小結(jié)

該研究結(jié)果表明，河套地區(qū)種植玉米的根系土中As、Pb、Cd、Hg、Cr、Cu含量均低于國家標(biāo)準(zhǔn)，符合綠色標(biāo)準(zhǔn)的土壤，產(chǎn)地環(huán)境條件優(yōu)秀。對比玉米綠色食品重金屬標(biāo)準(zhǔn)，玉米籽實中各重有毒有害元素Hg、Cd、As、Pb均小于國家玉米標(biāo)準(zhǔn)。主要有害元素在玉米籽實和莖葉中均占很小比例，大部分為低富集元素。大多數(shù)有益元素是低富集，只有N屬于強(qiáng)富集的元素。根據(jù)玉米籽實的元素含量與國家綠色食品標(biāo)準(zhǔn)對比，各元素均低于糧食中元素含量限值標(biāo)準(zhǔn)，說明河套地區(qū)玉米籽實、莖葉安全優(yōu)質(zhì)，對人畜健康影響相對較小，為安全食品。

參考文獻(xiàn)

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[4] 張青，黃增芳，王喜寬，等.內(nèi)蒙古河套農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)玉米產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)評價報告[R].2009.

Study on Harmful, Beneficial Elements Enrichment Characteristics of Maize Root Soil and Plants in Hetao Agricultural Economic Zone in Inner Mongolia

MA Ai-rong

(Geological Survey Institute of the Inner Mongolia Autonomous Region, Hohhot, Inner Mongolia 010020)

Abstract[Objective] The aim was to evaluate ecological benefits of maize harmful and beneficial elements in Hetao agricultural economic zone. [Method] Maize root soil, seed, stem and leaf samples were collected from Hetao agricultural economic zone in Inner Mongolia, poisonous, harmful and beneficial element content was analyzed. [Result] The main harmful elements were accounted for a small proportion in maize seeds and stems, most of them were low enriched elements; most of the beneficial elements were low enrichment, only N belonged to strong enrichment element. The content of As, Pb, Cd, Hg, Cr, Cu and As in maize root soil was lower than the national standard, which was in accordance with the green standard, the environment conditions of producing area were excellent. [Conclusion] Maize in the study area is pollution-free food, which is suitable for the sustenance of human and animal.

Key wordsMaize; Suitability; Bio-enrichment characteristics; Evaluation

基金項目內(nèi)蒙古河套農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查項目(200414200005)。

作者簡介馬挨榮(1964- )，男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，高級工程師，從事水文地質(zhì)環(huán)境與地質(zhì)工程研究。

收稿日期2016-03-21

中圖分類號S 158.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)12-157-02