遼寧地區(qū)小米礦物元素與母壤礦物質的相關性研究*

趙閃閃張一凡*肖志剛 路飛 袁媛 曲凌霄 白雪 李偉娜

（沈陽師范大學糧食學院，遼寧沈陽110034）

遼寧地區(qū)小米礦物元素與母壤礦物質的相關性研究*

趙閃閃**張一凡***肖志剛 路飛 袁媛 曲凌霄 白雪 李偉娜

（沈陽師范大學糧食學院，遼寧沈陽110034）

谷子（Setaria itatica Beauv）又稱粟，是我國古老栽培作物之一。小米是谷粒去殼后的產(chǎn)品，是我國北方人民的一種傳統(tǒng)食品，其種植范圍主要集中在北方干旱及半干旱地區(qū)。植物中礦質元素的含量和其生長的環(huán)境密切相關，不同地域土壤中礦質元素含量不同，因此不同地域來源的植物中礦質元素的含量也存在差異。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）具有靈敏度高、分析速度快、能同時測定多種元素的優(yōu)點。本文擬通過ICP-AES測定幾種不同產(chǎn)地小米中礦質元素的含量，并分析小米中礦質元素與其母壤中礦質元素含量的相關性，旨在為小米的引種栽培提供科學的研究依據(jù)。

1　材料與方法

1.1原料

2014年9月采集遼寧省朝陽市柳城鎮(zhèn)小米（朝谷13號）、七道泉子小米（朝谷13號）和遼寧省阜新市蒙古族自治縣紅帽子鄉(xiāng)小米（遼寧1號）及其母壤樣品。

VISTA-MPX電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜，等離子體發(fā)射光譜儀；DHG-9146電熱鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司；Heal Force NW超純水系列，立新儀器有限公司；FW-100高速萬能粉碎機，匯爾儀器有限公司；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，上海錦斌實驗儀器設備；TB114電子分析天平，北京賽多利斯儀器有限公司。

所有試驗用玻璃儀器均為洗凈后在1：9硝酸溶液中浸泡過夜后用去離子水多次沖洗，晾干備用。

1.3試劑

硝酸，廣州省精細化學品工程技術研究開發(fā)中心；高氯酸，天津政成化學制品有限公司；氫氟酸，沈陽新化試劑廠；以上試劑均為優(yōu)級純。

標準儲備液：混合標準液用基體匹配法配制，根據(jù)分析元素濃度的大小逐級稀釋成標準系列的工作液，單標儲備液購自國家標準物質研究中心，濃度均為1 μg/mL，試驗用水為去離子水。

1.4試驗方法

1.4.1樣品預處理

相比較那些大型的水利工程而言，中小型水利工程的質量把關難度系數(shù)更大。其規(guī)模小、成本低、投入的資金少，但是要求功能齊全，因為中小型大多建設在成真周邊地區(qū)，嚴重危及到集中人口的生活圈，因此需要很強的專業(yè)性和苛刻的施工條件，而且質量很難把控。還有就是關于中小型水利工程的質量監(jiān)管體系不完整。

小米：挑出樣品中的石子、雜草等雜質，然后分別依次用蒸餾水、去離子水沖洗干凈，放入60 ℃烘箱中干燥1 h，用FW100高速萬能粉碎機將小米磨制得到小米粉，過80目篩。

土壤：挑出土壤樣品中的石子、雜草等雜質，在20 ℃～25 ℃室溫下自然風干，研磨，過80目篩，備用。

1.4.2樣品的消解

小米：準確稱取0.500 0 g小米粉于高壓消解罐中，加入混酸8 mL（硝酸∶高氯酸=4∶1），再將消解罐放入烘箱中100 ℃消解1 h，將溫度升到160 ℃消解3 h，消解后得到澄清透明的溶液，在集熱式恒溫加熱磁力攪拌器上油浴趕酸至1 mL～2 mL后，用去離子水定容至50 mL，同時做空白樣。

土壤：準確稱取0.300 0 g土壤樣品，放于聚四氟乙烯內膽中，加入3 mL濃硝酸進行預消解，再加入2 mL高氯酸、5 mL氫氟酸，將消解罐放入烘箱中100 ℃穩(wěn)定1 h后將溫度升高到180 ℃消解5 h，消解后得到澄清透明溶液，在集熱式恒溫加熱磁力攪拌器上油浴趕酸至1 mL～2 mL后，用去離子水定容至25 mL，同時做空白樣。

1.4.3元素含量的測定

樣品經(jīng)過消解后采用ICP-AES法測定其中的礦質元素，對試驗條件進行了優(yōu)化選擇，其工作條件為：功率1.0 kW；冷卻器流量15 L/min；霧化器工作氣壓55psi；泵率1.5 mL/min；檢測器為CID檢測器。利用用ICP-MS測定樣品中的Zn、Fe、Mg、Cu、Ca、Mn、Cr、Cd和Ni9種元素的含量，每個樣品重復測定3次，用外標法進行定量分析。

2　結果與討論

2.1小米與土壤樣品中礦質元素含量分析

不同區(qū)域小米與土壤樣品中礦質元素的測定結果見表1。由表1可知，3個地區(qū)的小米均呈現(xiàn)出Mg含量最高，Cd含量最低的規(guī)律。阜新市和柳城鎮(zhèn)的小米中Zn元素含量存在明顯差異，且它們和七道泉子小米中Zn含量的差異性不明顯；柳城鎮(zhèn)和七道泉子的小米中Fe的含量存在顯著性差異，而兩地區(qū)Fe的含量與阜新市小米中Fe含量的差異性均不明顯；3個地區(qū)小米Mg、Cr、Mn含量均存在顯著性差異，Ni的含量無顯著性差異；柳城鎮(zhèn)和七道泉子的小米中的Cu、Ca含量無顯著性差異，而兩地均與阜新市小米中Cu、Ca的含量有顯著性差異。

表1　不同區(qū)域小米樣品礦質元素的含量

不同區(qū)域土壤中礦物元素的含量差異也較大，3個區(qū)域小米中Fe的含量均為9種礦質元素中含量最高的元素，Cd為9種礦質元素中含量最低的元素。3個地區(qū)小米中Mg的含量均高于其母壤中Mg的含量，除Mg外各地小米中的礦物元素含量均低于土壤中礦物元素含量。

2.2小米對其母壤中元素含量的富集系數(shù)

植物對土壤元素的吸收富集能力可以用富集系數(shù)（或吸收系數(shù)或累積系數(shù)）來表示。富集系數(shù)是植物體內某種元素的濃度與土壤中該元素的濃度之比。

植物對其母壤中礦物元素的吸收富集能力不僅與植物對元素的需求量有關，還與土壤中該元素的含量及形態(tài)等有關。綜合考慮土壤環(huán)境及植物本身特性的吸收機制可以較好的預測植物對土壤礦物元素的富集規(guī)律。小米對土壤中礦質元素的富集系數(shù)如表2所示。由表2可知，僅阜新市和七道泉子小米對Mg元素的吸收大于1，其余的均遠小于1，表明植物對這些元素的吸收富集能力較弱，由于這些區(qū)域土壤中Fe、Ca的含量過高，使得小米體內Fe、Ca的富集系數(shù)偏低。從表中還可以看出，各地小米對Cd的富集系數(shù)為0。另外，各地區(qū)的富集情況基本表現(xiàn)為：阜新市小米＞七道泉子小米＞柳城鎮(zhèn)小米。

表2　小米對土壤中礦質元素的富集系數(shù)

表3　小米與其母壤中礦質元素的相關系數(shù)

2.3小米礦質元素與其母質土壤中礦質元素含量的相關性分析

采用IBM SPSS Statistics 20.0統(tǒng)計軟件對樣品中的礦質元素進行相關性分析，小米中礦質元素含量與土壤中礦質元素含量之間存在著不同程度的相關性，這種相關性是建立起小米和其母壤中關系的重要依據(jù)。由表3可知，土壤中Zn、Mn分別和小米中Cr、Cu具有顯著的相關性；土壤中的Fe和小米中的Fe、Mn具有顯著相關性，且均為正相關；土壤中的Ni與小米中的Mg、Ni、Cu、Ca、Mn具有顯著的相關性，相關系數(shù)分別為0.979、-0.886、0.906、0.875、0.908；土壤中的Cd、Cu、Ca分別和小米中的Cr、Cu具有顯著相關性；土壤中的Ca和小米中的Ca具有相關性；土壤中的Ni和小米中的Mg、Ni、Mg具有顯著的相關性，相關系數(shù)分別為0.966、-0.827、0.940。

土壤中各元素對小米中相同礦物元素的相關系數(shù)如圖1所示。由圖1可知，土壤和小米中的Fe、Ni、Cu、Ca均有顯著的相關性，且除了與Ni成顯著負相關外，與其他3種元素呈顯著正相關。

圖1　土壤中各元素對小米中相同元素的相關系數(shù)圖

土壤中各元素對小米中Zn和Ni的相關性如圖2所示。由圖2可知，土壤中各元素與小米中的Zn都沒有顯著相關性，而土壤中的Cr和Ni均與小米中的Ni呈顯著負相關。

圖2　土壤中各元素對小米中Zn、Ni的相關系數(shù)圖

土壤中各元素對小米中Fe和Cr的相關性如圖3所示。由圖3可知，土壤中的Fe和小米中的Fe呈顯著正相關；土壤中各元素與小米中Cr的相關系數(shù)均小于0，且土壤中的Zn、Cd、Cu、Ca、Mn與小米中的Cr呈極顯著負相關。

圖3　土壤中各元素對小米中Fe、Cr的相關系數(shù)圖

土壤中各元素對小米中Mg和Mn的相關性如圖4所示。由圖4可知，土壤中的Ni與小米中的Mg、Mn呈極顯著正相關，土壤中的Fe和Cr與小米中的Mn呈顯著性正相關。

圖4　土壤中各元素對小米中Mg、Mn的相關系數(shù)圖

土壤中各元素對小米中Cd、Cu、Ca的相關系數(shù)關系如圖5所示。由圖5可知，圖中土壤中各元素對小米中Cu、Ca相關系數(shù)大致相同，且相關系數(shù)均大于0，而小米中的Cd與土壤中各個元素間的相關系數(shù)均為0。土壤中的Zn、Cr、Cu和小米中的Cu呈顯著正相關，土壤中的Cr、Ca和小米中的Ca具有顯著相關關系，且均為正相關。

圖5　土壤中各元素對小米中Cd、Cu、Ca的相關系數(shù)圖

3　結論

植物中礦質元素的含量和其生長的環(huán)境密切相關，不同地域土壤中礦質元素含量有其不同的特征，因此不同地域來源的植物中元素的含量存在差異。研究的3種小米中礦物元素含量存在一定差異，但是同種小米中不同礦物元素的含量大小順序基本相同。

研究結果表明，除Mg外，土壤中9種礦物元素的含量均高于相應產(chǎn)地小米中的相應礦物元素的含量，但是不同產(chǎn)地不同種類礦物元素的吸收系數(shù)也不盡相同，其中小米對土壤中Cr的吸收最低為0，這是因為小米植株對土壤中礦質元素的吸收是多種因素綜合作用的結果，其不僅與土壤中礦質元素的含量有關，還與土壤的溫度、土壤的通氣狀況、土壤溶液濃度、土壤的pH值等有關。

在小米及其母壤中礦質元素的相關性分析中，小米中的Mg、Cr、Cu等元素與其母壤中多種礦物元素間存在顯著的相關性。將小米及其母壤的礦質理化指標和礦物質含量與現(xiàn)代統(tǒng)計技術相結合，能否區(qū)分不同產(chǎn)地生產(chǎn)的小米，還需進一步對各種不同產(chǎn)地的小米及其母質土壤中的礦質元素進行系統(tǒng)的研究。

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The correlation study between Liaoning regional mineral elements of millet and it's parent soil*

ZHAO Shanshan**ZHANG Yifan***XIAO Zhigang LU Fei YUAN Yuan QU Lingxiao BAI Xue LI Weina
（Department of food science，college of grain science and technology，Liaoning Shenyang 110034，China）

為了分析小米和其母質土壤中礦物元素的相關性，分別以遼寧省阜新蒙古族自治縣紅帽子鄉(xiāng)、遼寧省朝陽市柳城鎮(zhèn)和七道泉子3個區(qū)域的小米及其母質土壤為研究對象，采用電感耦合等離子原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）測定樣品中的礦物元素含量，并用IBM SPSS Statistics 20.0進行相關性分析。結果表明，除Mg外，小米中其他8種礦物元素的含量均低于其母壤中相應的礦物元素含量，小米對土壤中礦物元素的吸收能力普遍較弱，土壤中Zn、Cr、Cd、Ni、Ca、Mn的含量與小米中多個元素含量顯著相關。

電感耦合等離子原子發(fā)射光譜；礦質元素；小米；土壤；相關性

The aim of the paper is to study the correlation between mineral elements of millet and it's parent soil. Millet sample were collected from three different areas located in fuxin city and chaoyang city ，Liaoning province. Mineral element content in millet were measured by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry（ICP-AES） and data analysis was done by IBM SPSS Statistics 20.0 correlation analysis. Results showed that except Mg，other 8 kinds of mineral element content in millet were lower than that of it's parent soils. Generally，it could be found that the absorption of mineral element in soil was weak，but it was clear that the content of Zn、Cr、Cd、Ni、Ca、Mn in the soil were significantly correlated with the content of these elements in millet.

ICP-AES；mineral elements；millet；soil；the correlation

TS212.2

A

1673-6044（2016）01-0015-05

10.3969/j.issn.1673-6044.2016.01.006

沈陽師范大學大學生創(chuàng)新基金項目（2014016622015）。

**趙閃閃，女，1992年出生，沈陽師范大學糧食學院在讀本科。

***張一凡，通訊作者，E-mail：Even.home@163.com.

2016-01-11