通遼市科爾沁區(qū)農(nóng)作物微量元素地球化學(xué)特征研究

［關(guān)鍵詞］農(nóng)作物；微量元素；地球化學(xué)；科爾沁區(qū)；通遼

微量元素在人體內(nèi)含量較少，但對(duì)人體有很多作用，如維持正常的生理功能、促進(jìn)身體的新陳代謝、增強(qiáng)體質(zhì)、提高抵抗力，幫助預(yù)防和對(duì)抗疾病及促進(jìn)兒童的生長(zhǎng)發(fā)育等[1-3]。

人體微量元素的獲取主要依靠飲食[4-6]。因此，合理提高農(nóng)產(chǎn)品微量元素水平是滿足人類微量元素營(yíng)養(yǎng)健康需要的根本途徑[7-9]。利用天然富含微量元素的土壤資源、提高農(nóng)作物中微量元素含量則是一條最為理想的途徑[10]。

本文詳細(xì)了解了研究區(qū)農(nóng)作物的質(zhì)量，并通過地球化學(xué)評(píng)價(jià)研究，篩選出了適合研究區(qū)內(nèi)種植的具有開發(fā)價(jià)值的富含Se、Cu、Zn、Mo等微量元素的特色農(nóng)作物。本次研究成果能為地方特色農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供參考。

1. 材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于西遼河平原東部（圖1），涉及內(nèi)蒙古通遼市科爾沁區(qū)敖力布告鎮(zhèn)、大林鎮(zhèn)、余糧堡鎮(zhèn)、木里圖鎮(zhèn)及科爾沁左翼中旗巴彥塔拉鎮(zhèn)、門達(dá)鎮(zhèn)等6 個(gè)區(qū)域共計(jì)700 km²。研究區(qū)土質(zhì)肥沃、水草豐美，是國(guó)家重要商品糧基地；研究區(qū)內(nèi)全部為第四系沉積物覆蓋，主要為上更新統(tǒng)沖積物、全新統(tǒng)風(fēng)積物和全新統(tǒng)沖洪積物，全新統(tǒng)沖洪積物是本次工作的主要研究對(duì)象。

1.2樣品采集與分析測(cè)試

1.2.1 樣品采集

農(nóng)作物樣品采集根據(jù)土壤微量元素含量情況酌情布置采樣單元，在采樣單元內(nèi)選取5～20個(gè)植株，采取離地面最近的一穗，混合成樣；每種農(nóng)作物樣品數(shù)量不得少于15件，樣重1kg。樣品采集后應(yīng)采用四分法縮分。先將糧食進(jìn)行手工脫粒，反復(fù)混合均勻，鋪成一圓形，過中心線畫十字線，把圓分為四等分，取對(duì)角線兩等分，如此繼續(xù)縮分至所需數(shù)量；并在農(nóng)作物采集對(duì)應(yīng)點(diǎn)位上，采集根系土。根系土壤樣品采集層位為0～20 cm，采樣時(shí)去除了表面雜物，用鐵鍬挖取地表20 cm深處的土柱，用竹片去除與金屬采樣器接觸的部分土壤，樣品中棄去動(dòng)、植物殘留體、礫石塊等。0～20 cm上下用竹板均勻刮取采集。土壤樣品原始重量大于1000 g，保證截取的粒級(jí)（＜10目）重量達(dá)500 g。

本次工作于敖力布告、大林、木里圖、余糧堡、門達(dá)、巴彥塔拉等6個(gè)研究區(qū)塊共采集農(nóng)作物和土壤樣品各476件，涉及農(nóng)作物10種，分別為高粱、谷子、紅豆、花生、黃豆、辣椒、綠豆、水稻、向日葵、小麥，均為通遼地區(qū)主要的大宗農(nóng)作物。

1.2.2 樣品分析測(cè)試

將縮分好的樣品用無污染破碎機(jī)粉碎至20～40目，粉碎好的樣品裝紙袋，用于分析檢測(cè)。具體分析測(cè)試方法見表1。共分析農(nóng)作物樣品476件，依據(jù)規(guī)范要求插入質(zhì)量監(jiān)控樣137件，實(shí)際分析樣品613件。實(shí)驗(yàn)室通過內(nèi)部質(zhì)量控制，按照或嚴(yán)于相關(guān)規(guī)范要求對(duì)分析過程中準(zhǔn)確度、精密度、重復(fù)性檢驗(yàn)和異常點(diǎn)檢驗(yàn)進(jìn)行了全過程控制。各分析樣品元素報(bào)出率均滿足規(guī)范要求，重復(fù)性檢驗(yàn)和異常點(diǎn)抽查合格率滿足規(guī)范要求，見表2。

2. 結(jié)果與分析

2.1農(nóng)作物富硒特征評(píng)價(jià)

根據(jù)GB/T 22499-2008《富硒稻谷》及參考DB64/T1221-2016《寧夏富硒農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)》、陜西安康DB61/T556-2018《富硒含硒食品與相關(guān)產(chǎn)品硒含量標(biāo)準(zhǔn)》，以作物籽實(shí)中0.04 mg/kg≤Se≤0.3 mg/kg為富硒標(biāo)準(zhǔn)對(duì)研究區(qū)內(nèi)所采農(nóng)作物硒含量進(jìn)行對(duì)比。

通過調(diào)查所采集476件農(nóng)作物中硒含量與相關(guān)富硒標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，達(dá)到富硒標(biāo)準(zhǔn)的有182 件，富硒率為38%，花生、小麥、紅豆富硒率在40%左右，綠豆、黃豆、葵花富硒率達(dá)50%以上。通過調(diào)查可知，研究區(qū)內(nèi)豆類作物相對(duì)更易富硒，見表3和圖2。

2.2 農(nóng)作物富銅、鋅、鉬特征評(píng)價(jià)

2.2.1 農(nóng)作物中銅、鋅、鉬含量特征

中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)出版的《中國(guó)居民膳食營(yíng)養(yǎng)素參考攝入量》一書中明確說明，我國(guó)成年人需攝入銅（Cu）1.5～3 mg/d、鋅（Zn）15～19 mg/d、鉬（Mo）0.5 mg/d來保持身體健康。

通過對(duì)調(diào)查所采集的10種農(nóng)作物Cu、Zn、Mo分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示：黃豆、葵花中Cu、Zn含量明顯高于其他8種農(nóng)作物；紅豆、黃豆、綠豆、花生中Mo含量明顯高于其他6種農(nóng)作物，見表4和圖3。

2.2.2 農(nóng)作物中富銅、鋅、鉬特征評(píng)價(jià)

2.2.2.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

因目前還沒有官方發(fā)布的農(nóng)作物中富銅、富鋅、富鉬的標(biāo)準(zhǔn)，本次工作通過查閱資料，并根據(jù)成年人日進(jìn)食量、農(nóng)作物營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)（食物營(yíng)養(yǎng)成分查詢系統(tǒng)，見表5）與我國(guó)成年人微量元素日攝入量進(jìn)行對(duì)比，暫定以下富銅、富鋅、富鉬標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所采農(nóng)作物進(jìn)行評(píng)價(jià)。

a.富銅標(biāo)準(zhǔn)：以4倍日攝取量為參考值。

高粱、紅豆、谷子、辣椒、水稻、小麥以銅含量10 mg/kg作為富銅農(nóng)作物。

黃豆、綠豆、花生以銅含量15 mg/kg作為富銅農(nóng)作物。

葵花以銅含量25 mg/kg作為富銅農(nóng)作物。

b.富鋅標(biāo)準(zhǔn)：主要參考安徽桐城富鋅農(nóng)業(yè)富鋅標(biāo)準(zhǔn)24 mg/kg 及百度百科富鋅營(yíng)養(yǎng)米鋅含量30 mg/kg 進(jìn)行取值。

高粱、谷子、紅豆、花生、辣椒、綠豆、水稻、小麥以鋅含量25mg/kg作為富鋅農(nóng)作物。

黃豆以鋅含量40 mg/kg作為富鋅農(nóng)作物。

葵花以鋅含量55 mg/kg作為富鋅農(nóng)作物。

c.鉬以2.5 mg/kg作為農(nóng)作物富鉬標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)；參考5倍日攝取量取值。

2.2.2.2 不同農(nóng)作物富銅、鋅、鉬特征評(píng)價(jià)

（1）富銅率較高的農(nóng)作物為黃豆、辣椒、葵花。黃豆富銅率為82.6%、辣椒富銅率為66.7%、葵花富銅率為32.1%，說明研究區(qū)大部分地區(qū)適合種植富銅黃豆、辣椒，局部地區(qū)適合種植富銅葵花，見圖4及表6。

（2）富鋅率較高的農(nóng)作物為花生、黃豆、葵花?；ㄉ讳\率為86.7%、黃豆富鋅率為65.2%、葵花富鋅率均為54.8%，說明研究區(qū)大部分地區(qū)適合種植富鋅黃豆、花生及葵花；紅豆、綠豆、小麥富鋅率在30%左右，說明局部地區(qū)適合種植富鋅紅豆、綠豆及小麥，見圖4及表6。

（3）富鉬率較高的農(nóng)作物為紅豆、花生、黃豆、綠豆。黃豆富鉬率達(dá)91.3%，紅豆富鉬率達(dá)78.3%，說明研究區(qū)適合種植富鉬黃豆、紅豆；花生富鉬率為53.3%，綠豆富鉬率為63.9%，說明研究區(qū)大部分地區(qū)適合種植富鉬花生及綠豆，見圖4及表6。

2.3土壤與農(nóng)作物中微量元素含量關(guān)系

根據(jù)不同農(nóng)作物種類，通過對(duì)果實(shí)與根系土壤中微量元素的含量進(jìn)行對(duì)比研究，了解農(nóng)作物中微量元素的吸收程度及對(duì)土壤含量的影響，見表7。

2.3.1土壤與農(nóng)作物中Se元素含量關(guān)系

通過對(duì)比研究可知，在研究區(qū)內(nèi)綠豆、黃豆、紅豆、谷子、水稻、高粱、小麥、辣椒等8類農(nóng)作物對(duì)Se元素吸收系數(shù)低，不易在果實(shí)中富集，元素自根系土向果實(shí)中遷移能力較差。僅花生、葵花吸收系數(shù)大于0.5，屬于中等吸收，說明該兩種農(nóng)作物在通遼地區(qū)土壤中Se含量適量的地區(qū)可形成富硒現(xiàn)象；紅豆、黃豆、綠豆、小麥、辣椒吸收系數(shù)介于0.3～0.5，屬于弱等吸收，說明該四種農(nóng)作物只有在土壤中Se含量較高的地區(qū)方可形成富硒現(xiàn)象；高粱、谷子、水稻Se吸收系數(shù)均在0.2左右，說明以上農(nóng)作物中不易吸收Se元素，在通遼地區(qū)不易形成農(nóng)作物中富硒現(xiàn)象，見圖5。

根據(jù)不同農(nóng)作物籽實(shí)中硒（Se*）與對(duì)應(yīng)根系土中硒含量（Se）進(jìn)行相關(guān)分析研究可知，紅豆、花生、小麥籽實(shí)中硒含量隨土壤中硒含量的增加顯著上升，呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.73、0.45、0.62；辣椒、谷子籽實(shí)中硒含量與根系土中硒含量呈弱相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.27、0.25，籽實(shí)中硒含量一定程度上受土壤中硒含量的影響；綠豆、水稻、高粱、葵花、黃豆籽實(shí)中硒含量與土壤中硒含量相關(guān)系數(shù)均低于0.2，相關(guān)關(guān)系較差，土壤-農(nóng)作物硒規(guī)律不明顯，見圖6。

綜合吸收系數(shù)及相關(guān)系數(shù)研究：農(nóng)作物Se元素吸收系數(shù)與其土壤Se的相關(guān)系數(shù)存在矛盾現(xiàn)象，即Se吸收系數(shù)高的農(nóng)作物與土壤的相關(guān)系數(shù)較低，如黃豆、綠豆、葵花等。推測(cè)農(nóng)作物在吸收硒元素的時(shí)候，不僅與全量硒有關(guān)，也受土壤全量硒中有效硒占比的影響?？傮w上，通遼地區(qū)土壤硒含量適量的情況下，花生最易形成富硒作物，其次是紅豆與小麥，其他農(nóng)作物次之。

2.3.2 土壤與農(nóng)作物中Cu、Mo和Zn元素含量關(guān)系

（1）通過對(duì)比研究可知，在研究區(qū)內(nèi)花生、黃豆對(duì)土壤中Cu元素吸收能力較強(qiáng)，吸收系數(shù)均大于1.2，說明Cu元素易在籽實(shí)中富集，元素自根系土向籽實(shí)中遷移能力較強(qiáng)，在通遼地區(qū)花生、黃豆等農(nóng)產(chǎn)品中易形成富銅現(xiàn)象。

（2）綠豆、黃豆、紅豆、花生、小麥等5類農(nóng)作物對(duì)土壤中Mo元素的吸收能力非常強(qiáng)，尤其是綠豆、黃豆、紅豆、花生吸收系數(shù)均大于10，已屬于Mo元素的超級(jí)累性植物，在Mo元素土壤中含量較低的情況下仍較容易在籽實(shí)中富集，元素自根系土向果實(shí)中遷移能力非常強(qiáng)，在通遼地區(qū)綠豆、黃豆、紅豆、花生、小麥等5類農(nóng)產(chǎn)品中易形成富鉬的現(xiàn)象；而葵花、辣椒富集系數(shù)介于1.0～1.2，屬于中等吸收，較易在籽實(shí)中富集，元素自根系土向果實(shí)中遷移能力較強(qiáng)，在通遼地區(qū)土壤中Mo含量較高的地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品中易形成富鉬的現(xiàn)象。

（3）花生、葵花對(duì)Zn元素吸收系數(shù)介于1.0～1.2，屬于中等吸收，較易在籽實(shí)中富集，元素自根系土向果實(shí)中遷移能力較強(qiáng)，在通遼地區(qū)土壤中Zn含量較高的地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品中易形成富鋅的現(xiàn)象。

（4）高粱、谷子、水稻等農(nóng)作物對(duì)Cu、Mo、Zn等元素吸收系數(shù)均較低，在通遼地區(qū)不易形成富Cu、Mo、Zn 的農(nóng)作物。

3. 結(jié)論

（1）研究區(qū)內(nèi)達(dá)到富硒標(biāo)準(zhǔn)的樣品有182件，富硒率為38%，綠豆、黃豆、葵花富硒率達(dá)50%以上，可知，研究區(qū)內(nèi)豆類作物相對(duì)更易富硒。富銅農(nóng)作物為黃豆、辣椒、葵花;富鋅農(nóng)作物為花生、黃豆、葵花;富鉬農(nóng)作物為紅豆、花生、黃豆、綠豆?？傮w上，4種微量元素在豆類作物中相對(duì)富集。

（2）研究發(fā)現(xiàn)Se吸收系數(shù)高的農(nóng)作物與土壤的相關(guān)系數(shù)較低，推測(cè)農(nóng)作物在吸收硒元素的時(shí)候，不僅與全量硒有關(guān)，也受土壤全量硒中有效硒占比的影響?？傮w上，通遼地區(qū)土壤硒含量適量的情況下，花生最易形成富硒作物，其次是紅豆與小麥。

（3）通過對(duì)比研究可知，研究區(qū)內(nèi)花生、黃豆對(duì)土壤中Cu元素吸收能力較強(qiáng)；綠豆、黃豆、紅豆、花生、小麥對(duì)Mo元素的吸收能力非常強(qiáng)；花生、葵花對(duì)Zn元素中等吸收，較易在籽實(shí)中富集?？傮w上，富集元素自根系土向果實(shí)中遷移能力較強(qiáng)，在通遼地區(qū)土壤中微量元素含量較高的地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品中易形成富集現(xiàn)象。