詹翼達(dá)，劉應(yīng)平，王俊

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甘洛田壩鎮(zhèn)富硒土地球化學(xué)特征及對玉米的影響

詹翼達(dá)，劉應(yīng)平，王俊

（成都理工大學(xué)，成都 610059）

2017年8月四川省地礦局開展的“甘洛縣田壩鎮(zhèn)挖夯村等11個村農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查調(diào)查評價(jià)”項(xiàng)目，對其中56件玉米樣品及配套根系土樣品的Se和重金屬含量及富集情況進(jìn)行分析。結(jié)果表明：6件玉米樣品屬于天然富硒玉米，Se在土壤呈堿性條件及富含有機(jī)質(zhì)時易于被植物吸收。該區(qū)土壤Se主要以不易被植物吸收利用的亞硒酸鹽形式存在，土壤中有機(jī)質(zhì)、N、P等營養(yǎng)組分的提高可以促進(jìn)Se在植物中的富集。研究區(qū)玉米中相關(guān)元素含量依次為 As > Cd > Pb > Hg；玉米對Cd有較強(qiáng)吸收能力，而對Pb、Hg的吸收能力較弱。

硒；地球化學(xué)；玉米；甘洛田壩鎮(zhèn)

田壩鎮(zhèn)位于四川省涼山彝族自治州甘洛縣西北部，地理坐標(biāo)，東經(jīng)102°38′～102°46′，北緯28°59′～29°04′，面積54.54km2。

2017年8月四川省地礦局開展的“甘洛縣田壩鎮(zhèn)挖夯村等11個村農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查調(diào)查評價(jià)”項(xiàng)目，對其中56件玉米樣品及配套根系土樣品進(jìn)行研究，對其Se和重金屬含量及富集情況進(jìn)行分析。圖1為該次農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查評價(jià)的區(qū)域。

1 樣品分析方法

1.1 樣品分析與數(shù)據(jù)處理

植物樣品及配套根系土樣品分析由具有國家計(jì)量認(rèn)證的成都巖礦綜合中心承擔(dān)；采用Mapgis制作示意圖，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS和Excel數(shù)據(jù)軟件處理完成。

圖1 工作區(qū)范圍及擬發(fā)展產(chǎn)業(yè)示意圖

1.2 農(nóng)作物中元素富集情況及污染評價(jià)

農(nóng)作物中元素富集情況以富集系數(shù)來評價(jià)。富集系數(shù)是指植物中某一元素含量與土壤中相應(yīng)的元素含量的比值，它在一定程度上反映出土壤—植物中元素的遷移的難易程度，可以直觀反映出元素在植物體內(nèi)的富集程度[2]。富集系數(shù)和綜合污染指數(shù)可以分別指示植物中元素的富集程度及重金屬的污染評價(jià)。

式中：BCF為農(nóng)作物中元素富集系數(shù)；Cp為農(nóng)作物中元素含量（mg/kg）；Cs為根系土含量（mg/kg）。

綜合污染指數(shù)（尼梅羅綜合污染指數(shù)法）[3]，計(jì)算公式如下：

式中：Pi為污染物i的污染指數(shù)；Ci為污染物i的實(shí)際值（mg/kg）；Si為農(nóng)作物污染物i的參考值（mg/kg）；P為綜合污染指數(shù)；Pmax為最大單項(xiàng)污染指數(shù)；Pavg為單項(xiàng)平均污染指數(shù)。

根據(jù)P和Pi的變幅，可以劃分4個污染等級：P≤1，該區(qū)無污染；1≤P≤2，該區(qū)輕度污染；2≤P≤3，該區(qū)中度污染；P≥3，該區(qū)重污染。

2 研究區(qū)玉米中Se含量特征

2.1 玉米Se含量水平

研究區(qū)玉米中Se含量變化范圍0.013~0.071mg/kg，平均值為0.028mg/kg，變異系數(shù)為41.03%（表1）。根據(jù)《富硒稻谷》（GB/T 22499—2008）[4]規(guī)定，玉米中檢驗(yàn)結(jié)果Se含量在0.04~0.30 mg/kg之間的，判定為富Se玉米；檢驗(yàn)結(jié)果Se含量小于0.04mg/kg 的，判定為非富硒玉米。研究區(qū)10%（6件）的玉米屬于富硒玉米，90%（50件）玉米樣品低于0.04mg/kg。分布如圖1所示，富Se玉米產(chǎn)地主要與三疊系—二疊系頁巖夾粉砂巖、少許灰?guī)r、白云巖成土母巖有關(guān)，對本區(qū)規(guī)劃發(fā)展天然綠色富Se農(nóng)產(chǎn)品具有重要意義。玉米平均值小于富Se標(biāo)準(zhǔn)0.04 mg/kg，屬于非富Se玉米。

表1 研究區(qū)玉米和根系土Se及根系土中其他元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)表

圖2 富Se土地資源分布圖

研究區(qū)玉米根系土Se含量在0.053 mg/kg和0.652 mg/kg之間，平均值為0.141 mg/kg，值得注意的是，其平均值低于中國表層土壤Se元素平均值[5]0.290mg/kg和世界土壤表層平均值[6]0.20mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差為0.106mg/kg，變異系數(shù)為38.8%。富硒土壤（含量大于0.4mg/kg）主要分布于洼裂村，巖性為二疊系—志留系的玄武巖、頁巖夾粉砂巖、少許灰?guī)r、白云巖；適量Se土壤主要分布于洼裂村、曙光村、大田村（圖2）。

2.2 玉米Se含量與土壤性質(zhì)和組分的關(guān)系

根系土含Se量與玉米含Se量對比如圖3所示，可以看出，隨著前者含量的增加，玉米含Se量呈無規(guī)律的上下波動。表3也表示出兩者只在0.05水平上呈中度相關(guān)，說明根系土Se含量并不是控制玉米Se含量的最主要因素1。

從表2可知，富集系數(shù)與根系土Se全量（p<0.01。 r=-0.584）成顯著負(fù)相關(guān)且與富集系數(shù)與pH（p<0.05，r=0.281）呈顯著正相關(guān)。這是因?yàn)樵趬A性條件下，Se以硒酸鹽形式存在，易被植物吸收利用；中酸性條件下，Se以亞硒酸鹽形式存在，且亞硒酸鹽遷移淋溶作用較弱，植物不容易吸收利用。所以由于Se的各種形態(tài)在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化，Se的存在形式?jīng)Q定了自身的有效程度。所以當(dāng)土壤呈中酸性時，根系土中Se的有效性較低，富集系數(shù)也隨之降低[8]。該區(qū)土壤pH在4.3~8.4之間，絕大部分屬于中酸性土壤，玉米根系土中Se主要以不易被玉米吸收的亞硒酸鹽形式存在；根系土Se含量與有機(jī)質(zhì)（p<0.01，r=0.611）呈顯著正相關(guān)，其原因有兩種可能，一是土壤有效Se可以通過土壤有機(jī)質(zhì)分解、釋放，二是在土壤有機(jī)質(zhì)的腐解過程中，其中間產(chǎn)物以及某些合成產(chǎn)物有益于Se的活化[9]；根系土有機(jī)質(zhì)與富集系數(shù)（p<0.01, r=0.656）存在顯著負(fù)相關(guān)，原因是在中、酸性土壤中，大量Se元素由于被有機(jī)質(zhì)通過靜電引力吸附而無法想玉米植株中遷移；富集系數(shù)與根系土中Ｎ（p<0.05, r=-0.333）、P（p<0.05, r=-0.239）成顯著負(fù)相關(guān)，說明大量使用含高氮、磷的肥料并不利于玉米對土壤中Se的吸收。

圖3 玉米含Se量與根系土含Se量對比圖

3 研究區(qū)玉米中重金屬特征

3.1 玉米中重金屬含量

玉米籽實(shí)中As、Cd、Hg、Pb含量變化范圍分別為0.009 ~ 0.085mg/kg、0.002 ~0.059mg/kg、0.001~0.007mg/kg和0.027~ 0.059mg/kg，其平均值為1.84mg/kg、17.68mg/kg、0.013mg/kg、0.011mg/kg、0.002mg/kg和0.037mg/kg。與《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)視頻中污染物限量》（GB2762- 2017）[12]相比，56件樣品均未超標(biāo)。

表2 元素間相關(guān)系數(shù)對比表

**. 在 0.01 水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)；*.在 0.05 水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)

表3 玉米中重金屬含量及富集系數(shù)表

3.2 玉米中重金屬富集系數(shù)

由于不同重金屬的性質(zhì)不同，其在土壤與農(nóng)作物間富集系數(shù)也會表現(xiàn)出差異。如表3所示，4種重金屬中Hg、Pb的富集系數(shù)最低，說明Hg、Pb在土壤中的移動能力較差，玉米吸收富集Hg、Pb的能力最弱。這是因?yàn)檫M(jìn)入土壤中Hg一般以無機(jī)態(tài)形式存在[13]，且無機(jī)汞因溶解度低，在土壤中遷移轉(zhuǎn)換能力很弱；土壤中的Pb大多集中在表土層，且很難向下移動，這是因?yàn)橥寥乐蠵b易與有機(jī)物、礦物質(zhì)結(jié)合而結(jié)合成不易溶解的物質(zhì)[14]。當(dāng)侵入農(nóng)作物組織后，Pb多數(shù)集中在農(nóng)作物根部，以 Pb3(PO4)2和PbCO3兩種形式存在，由于沉淀、鈍化或吸收等作用，被農(nóng)作物根系吸收的Pb難以向莖、葉移動，這大大提高了植物對Pb的耐性[15]。第二個原因是土壤中的有機(jī)質(zhì)含有可以吸附土壤中Pb+的腐殖質(zhì)，造成Pb在土壤中大量富集沉積[16]。

由表5可知，農(nóng)作物中Cd的富集系數(shù)最高。這是因?yàn)楫?dāng)他土壤偏酸性或處于氧化條件下，Cd呈水溶性Cd存在，溶解度增高，且易于在土壤中遷移，從而增強(qiáng)了其在土壤和農(nóng)作物之間遷移富集的能力[14]。

3.3 玉米中重金屬污染評價(jià)

當(dāng)農(nóng)作物中積累一定限量的重金屬時，植物細(xì)胞的分裂和生長會受到抑制，某些酶的活性也會被抑制或刺激[17]，不僅會影響其阻止蛋白質(zhì)的合成[18]，也會傷害其細(xì)胞膜系統(tǒng)，抑制農(nóng)作物的生長發(fā)育。并通過食物鏈最終對人體健康造成威脅。例如：Pb能與人體中多種酶相結(jié)合，影響有機(jī)體多方面的生理活動，造成全身器官累積中毒，潛在危害極大。因此，應(yīng)特別注意防止重金屬對農(nóng)田土壤的污染?？蓞⒄諊蚁嚓P(guān)標(biāo)準(zhǔn)（CB 2762-2017）結(jié)合尼梅羅綜合污染指數(shù)法對農(nóng)作物的可食部分進(jìn)行重金屬污染評價(jià)[19-20]。

表4 玉米籽實(shí)中污染系數(shù)

4 結(jié)論

1）根據(jù)《富硒稻谷》（GB/T 22499—2008）研究區(qū)10%（6件）的玉米屬于富硒玉米，且富硒玉米產(chǎn)地主要與三疊系—二疊系頁巖夾粉砂巖、少許灰?guī)r、白云巖成土母巖有關(guān)。

2）土壤呈堿性或富含有機(jī)質(zhì)的情況下，有利于植物對Se的吸收；該區(qū)土壤多為中酸性土壤，Se主要以亞硒酸鹽形式存在，不易被植物吸收利用。

3）土壤中有機(jī)質(zhì)、N、P等營養(yǎng)組分的提高可以促進(jìn)Se在植物中的富集。

4）研究區(qū)玉米中重金屬含量依次為 As > Cd > Pb > Hg，且總體而言玉米對Cd有較強(qiáng)的吸收能力，而對Pb、Hg的吸收能力較弱。

5）污染指標(biāo)評價(jià)數(shù)據(jù)表明，該區(qū)56件玉米樣品中，4種重金屬合格率均為100%，無污染。

[1] 四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局. 甘洛縣田壩鎮(zhèn)挖夯村等11個村農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查評價(jià)成果簡報(bào)[R]. 2018. .

[2] 紀(jì)玉琨，李廣賀. 作物對重金屬吸收能力的研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 25(Z1): 104- 108.

[3] 童貫和，陳錦云. 腐熟油菜秸稈、煤矸石組合的栽培基質(zhì)重金屬污染及蔬菜安全評價(jià)[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2011, 19(3): 661- 667.

[4] 富Se稻谷GB/T 22499—2008 [S].

[6] 劉錚. 中國土壤微量元素[Ｍ]. 南京: 江蘇科學(xué)技術(shù)出版社, 1996．

[6] Lisk D J. Trace metals in soils, and animals[J]. Advances in Agronomy, 1972, 24: 267- 325.

[7] 朱建明，梁小兵． 環(huán)境中Se存在形式的研究現(xiàn)狀[J]. 礦物巖石地球化學(xué)通報(bào), 2003, 22(1): 75- 81.

[8] 趙少華，宇萬太. 環(huán)境中Se的生物地球化學(xué)循環(huán)和營養(yǎng)調(diào)控及分異成因[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2005, 24(10): 1197- 1203.

[9] 李杰，鄭國東. 廣西北部灣沿海經(jīng)濟(jì)區(qū)水稻及根系土Se含量特征[J]. 地球與環(huán)境, 2013, 41(3): 226- 232.

[10] 唐玉霞，王慧敏. 河北省麥田土壤Se的含量、形態(tài)及其有效性研究[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2010, 25（增刊）：194- 197.

[11] 趙妍，宗良綱．江蘇省典型茶園土壤Se分布特性及其有效性研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 30(12): 2467-2474.

[12] GB2762-2017食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)視頻中污染物限量

[13] 邱蓉，董澤秦. 土壤汞污染及修復(fù)措施研究進(jìn)展[J]. 環(huán)?？萍? 2013, 3(19): 21-26.

[14] 李兵. 土壤中重金屬的污染與危害 [J]. 金屬世界,2005, (5): 43-53.

[15] 史宇，何玉科. 重金屬污染環(huán)境的植物修復(fù)及分子機(jī)制[J]. 植物生理與分子生物學(xué)報(bào), 2003, 29(4): 267- 274.

[16] 奚旦立，孫裕生. 環(huán)境監(jiān)測[M]. 修訂版. 北京: 高等教育出版社, 2004: 310.

[17] 李曉晨，趙麗. 南京市郊區(qū)蔬菜重金屬污染特征的研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2007, 35(30): 9650-9651.

[18] 師榮光，趙玉杰. 天津市郊蔬菜重金屬污染評價(jià)與特征分析[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 24(Z1): 169- 173.

[19] 呂愛華，尚素微. 浙江省毛竹鞭筍重金屬含量及其安全質(zhì)量評價(jià)[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 34(8): 147- 150.

Geochemical Characteristics of Se-Rich Soil in Tianba Town, Ganluo, Sichuan and Their Influence on Corn Quality

ZHAN Yi-da LIU Ying-pin WANG Jun

(College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059)

56 corn samples from the Wahang Village, Tianba Town, Ganluo, Sichuan are analyzed for Se and some heavy metallic elements. The analyses indicate that 6 samples are rich in Se. The Selenium in the studied area occurs asselenite in soil. Organic material and nitrogen as well as phosphorus in soil may promote enrichment in Se in corn. Content of the other elements in corn from the studied area is characterized by As > Cd > Pb > Hg.

selenium; geochemistry; corn; Tianba Town, Ganluo

2018-10-12

四川甘洛縣田壩鄉(xiāng)十一村土地質(zhì)量地區(qū)化學(xué)測量調(diào)查

詹翼達(dá)（1994-），男，研究生在讀，研究方向：地球化學(xué)

P595

A

1006-0995（2019）01-0026-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2019.01.006