内蒙古河套农业经济区玉米根系土和植株中有害·有益元素富集特征

马挨荣

(内蒙古自治区地质调查院，内蒙古呼和浩特 010020 )

内蒙古河套农业经济区玉米根系土和植株中有害·有益元素富集特征

马挨荣

(内蒙古自治区地质调查院，内蒙古呼和浩特 010020 )

摘要[目的]评价河套农业经济区玉米有害、有益元素生态效益。[方法]采集内蒙古河套农业经济区玉米根系土籽实和茎叶样品，分析了有毒有害及有益元素含量。[结果]主要有害元素在玉米籽实和茎叶中均占很小比例，大部分为低富集元素；大多数有益元素是低富集，只有N属于强富集元素。研究区种植玉米的根系土中As、Pb、Cd、Hg、Cr、Cu含量均低于国家标准，符合绿色标准土壤，产地环境条件优秀。[结论]研究区内的玉米为绿色食品，适宜人畜食用。

关键词玉米；适宜性；生物富集特征；评价

内蒙古河套农业经济区水源丰富，光热资源充足，是内蒙古乃至全国的重要粮食生产基地，玉米是该区域主要农作物。农作物对元素具有比较明显的吸附专属性，对有害元素的吸附过量会造成有害元素超标，影响农作物品质，对人类健康构成威胁。对有益元素的专属吸附，会使有益元素富集，有利于人类健康。玉米所需的各种矿质养分主要是从土壤中吸收，土壤中的养分状况直接影响玉米植株的生长发育和子粒产量[1-2]。

根系土是土壤中受植物根系及其生长活动影响的微域环境，具有特殊的物理、化学和生物性质，研究根系土、植株中有害、有益元素含量及其变化，对于了解土壤-植物系统中重金属的环境行为有重要意义[3]。了解土壤中矿质元素的丰缺指标，可以为玉米的合理施肥提供参考依据。前人研究多集中于玉米籽实有害、有益元素的分析和评价，而对根系土和植株有害、有益元素的研究较少。笔者通过测定内蒙古河套农业经济区玉米根系土、籽实及茎叶样品中的有毒有害及有益元素含量，评价了该地区玉米重金属元素和稀土元素的富集特征，旨在为该地区环境治理和玉米种植提供科学依据。

1材料与方法

1.1样品采集玉米样品的采集依据中国地质调查局《局部生态地球化学评价技术要求》有关规定执行。在室内对玉米果实加工成颗粒，茎叶晾干送交实验室分析。玉米样品选择作物生长正常的地块，选取4～5处玉米植株采集玉米样品。样品采集后立即将植株样品的根、茎、叶、子粒分开，以免养分转移。混匀后用四分法缩分至所需的量，保证干样约100 g，将子粒脱粒后，混匀铺平，用方格法和四分法缩分，取约250 g，颗粒大的籽实取500 g左右。在玉米采集相同点位，采集根系土样品，重量大于1 000 g。

1.2测定项目与方法所有样品均送至中国地质科学院地球物理地球化学勘查所中心实验室和内蒙古自治区矿产实验研究所进行分析。玉米土壤根系土样品测定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。玉米植株主要测试分析As、Se、Hg、Mn、Ni、Cu、Zn、Pb、F、Mo、Cr、Fe等全量。其中，As、Hg、Se采用原子荧光光谱法(AFS)测定， Bi、Cd、Cr、Cu、Mo、Ni、Pb、Zn、Ce、La、Y、Dy、Er、Eu、Gd、Ho、Lu、Nd、Pr、Sm、Tb、Tm、Yb采用等离子体质普法(ICP-MS)测定；F采用离子选择性电极(ISE)测定；N元素采用凯式法测定，；Mn、P、K2O采用等离子体光谱法(ICP-OES)测定。

利用生物富集系数(C)表征有害元素富集系数特征。

C=Cb/Cc×100%

式中，Cb为玉米籽实或茎叶中的重金属元素浓度，Cc为根系土中的重金属元素浓度。依据玉米籽实生物富集系数划分等级，C1≤0.50%、0.50%4.50%分别代表低、较低、中、高富集4个级别。

2结果与分析

2.1有毒有害元素富集特征

2.1.1根系土元素含量特征。河套地区玉米种植区主要土壤类型为潮土、灌淤土、栗褐土，对比土壤中各项污染物的指标要求(NY/T391—2000)(表1)和玉米根系土中Hg、Cd、As、Pb、F、Cr、Cu、Cr的含量，评价玉米安全性。经测定，内蒙古河套地区玉米根系土元素含量为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 594.04 μg/g[4]，对比表1可知，河套地区种植玉米的根系土中As、Pb、Cd、Hg、Cr、Cu含量均低于国家标准，符合绿色标准的土壤，说明在该区域内土壤中重金属元素的产地环境条件优越。

表1　土壤中各项污染物的指标要求

2.1.2籽实元素含量特征。玉米绿色食品重金属标准(NY/T 418—2000)中规定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≤1.0 μg/g，经测定，除Pb含量的最大值超出国家标准外，玉米籽实中Hg、Cd、As和F含量均小于国家标准(表2)，为绿色食品，适宜人畜食用。

表2　玉米籽实元素含量特征值[7]

注：Hg、Cd单位为ng/g，其他元素

2.1.3有害元素富集系数特征。由表3可知，除了36.00%的Mo属于低富集外，玉米籽实主要有害元素90.00%及以上属于低富集，其中As、Hg、Mn、Ni、Cu、Pb、F、Cr、Fe的低富集率为100%。

表3玉米籽实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玉米茎叶有害元素富集特征。由表4可知，玉米茎叶中有害元素涉及低、较低、中、高富集4个级别，大部分元素属于低富集特征，其中As、Mn、Ni、Cr的低富集率为100%，50.00%的Hg为较低富集，Mo属于中等富集，占59.57%，较低富集占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玉米茎叶中有害元素富集特征

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

%

表5玉米籽实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玉米籽实。由表5可知，玉米籽实中大多数有益及

稀土元素属低富集，只有N是属于强富集元素，其最大值达730.330 0，最小值也为5.940 0。N的富集主要是由作物从大气中吸入氮的固氮作用造成。

表6玉米茎叶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玉米茎叶。玉米茎叶中元素的富集系数特征与籽实中相近，由表6可知，大多数元素是低富集，只有N元素属于强富集的元素，强富集的样品数占96.67%。

3小结

该研究结果表明，河套地区种植玉米的根系土中As、Pb、Cd、Hg、Cr、Cu含量均低于国家标准，符合绿色标准的土壤，产地环境条件优秀。对比玉米绿色食品重金属标准，玉米籽实中各重有毒有害元素Hg、Cd、As、Pb均小于国家玉米标准。主要有害元素在玉米籽实和茎叶中均占很小比例，大部分为低富集元素。大多数有益元素是低富集，只有N属于强富集的元素。根据玉米籽实的元素含量与国家绿色食品标准对比，各元素均低于粮食中元素含量限值标准，说明河套地区玉米籽实、茎叶安全优质，对人畜健康影响相对较小，为安全食品。

参考文献

[1] 吴家富，于文，蔡德利，等.八五五农场玉米适宜性评价[J].吉林农业,2014(3)：34.

[2] 肖燕,刘凯.黄淮海平原农业用地适宜性综合评价研究:以聊城市为例[J].安徽农业科学,2010(24)：45-47.

[3] 宋吉英.玉米根系土壤中汞的变化[J].化学世界,2009(7)：412-413.

[4] 张青，黄增芳，王喜宽，等.内蒙古河套农业经济区玉米产区农业生态环境地球化学评价报告[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

基金项目内蒙古河套农业经济区生态地球化学调查项目(200414200005)。

作者简介马挨荣(1964- )，男，内蒙古呼和浩特人，高级工程师，从事水文地质环境与地质工程研究。

收稿日期2016-03-21

中图分类号S 158.4

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)12-157-02