山東沂南富硒土壤微量元素含量與水果品質關系

＊康鵬宇 劉傳朋,2,3* 王偉德 肖丙建 馮愛平 姚永林 趙玉巖

（1.山東省第七地質礦產勘查院 山東 276006 2.山東省金剛石成礦機理與探測重點實驗室 山東 276006 3.山東省金剛石成礦機理與探測院士工作站 山東 276006 4.吉林大學地球探測科學與技術學院 吉林 130026）

從生物學角度講，必需微量元素是指占生物體總質量0.01%以下，且生物體所必需的一些元素。這些元素在土壤中缺少或不能被植物利用時，植物生長不良。從環境角度講，土壤中的Hg、Cd、Pb、Cr、As、Cu、Zn、Ni八種重金屬是土壤中較為常見的元素，又對生物具有明顯的毒性效應。其中Cu、Zn既是生命必須的營養元素，又是重金屬元素，適量對生物體有益，過量則有害[1]。近年來，土壤中微量元素元素和農作物中微量元素的研究越來越受重視。MALIK等[2]對伊斯蘭堡的土壤和野生植物中的重金屬富集進行了研究。潘峰等[3]研究了土壤以及小麥、蘋果、油菜中Cu、Ni、Cd、Pb、Cr、Zn六種微量金屬元素質量分數及其在植物體內的轉移、富集能力。本研究選擇土壤富硒明顯的沂南地區雙堠鎮作為典型研究區，對土壤和主要經濟作物櫻桃和西瓜進行系統采樣分析測試。利用多元數據統計手段，研究了土壤—植物系統元素富集關系，計算了土壤—水果中元素的富集系數，元素含量與其植物果實品質的相關關系，查明了對水果品質起控制作用的微量元素。

1.材料與方法

樣品采集于山東省沂南縣（118°14′E，35°28′N）。區域土壤類型以棕壤、褐土、潮土為主，其成土母質主要是殘坡積物、洪沖積物和沖積物。研究區內主要種植的經濟作物為小麥、玉米、西瓜、櫻桃、黃煙等，是山東省重要的糧、煙、瓜、果等生產基地之一。

選擇西瓜和櫻桃作為典型植物，采樣與加工方法如下：

土壤樣品：采集0～20cm的表層土壤，去除地表雜物，且5點組合取樣。樣品中除去動植物殘留體、礫石、肥料團塊及植物根系等。對于土壤類型單一、作物種類單一的區域，野外分點間距控制在30～50m；對于丘陵、梯田、山谷地區，作物種類復雜、土壤類型復雜的區域，分點間距控制在30m左右，3點組合采樣。土壤樣品風干后，使用碎樣機磨碎，過200目篩后，密封在干燥樣品袋中保存備用。

植物樣品：采集西瓜和櫻桃的全植株。在實驗室內，將植株分為根部、莖部和果實三部分，分別用水洗凈后，分別處理。根部和莖部用烘箱烘干后，用植物碎樣機粉碎，過200目篩后，密封在干燥樣品袋中保存備用。果實品質相關指標在保鮮的情況下測試，果實元素測試樣品的處理方法與根部莖部相同。

分析測試送吉林大學測試中心完成。土壤、果實中元素含量用ICP-MS測定。果實中總糖用紫外分光光度計測定。果實中總酸用滴定法測定。果實中可溶性固溶物數用顯糖度計測定。所有試驗均設有3個空白，空白方法同上。

2.結果與討論

(1)土壤、植物中元素含量特征

分析了149件西瓜、櫻桃根系土樣品中的微量元素和重金屬元素含量（圖1、圖2）。西瓜、櫻桃根系土中微量元素的含量從高到低順序為：Ti＞Mn＞F＞Sr＞V＞B＞Mo＞Ge＞Se，其土壤地球化學特征相似。該研究區域微量元素Ti的含量最高。西瓜根系土中Se含量較高，超過了山東省背景值。通過對比西瓜和櫻桃根系土中的重金屬含量，發現除As外，西瓜根系土中的重金屬含量普遍高于櫻桃根系土中的含量。西瓜和櫻桃兩種水果種植土壤中的重金屬Cr含量均較高，且遠高于其他重金屬元素含量，值得重點關注。兩種水果根系土中的重金屬Cu、Zn、Ni、Cr和Cd的含量均超過了山東省土壤背景值，而元素Pb和As的含量均低于山東省背景值。

圖1 土壤中微量元素含量

圖2 土壤中重金屬元素含量

分別分析了30件西瓜和櫻桃果實樣品中多種元素含量（圖3、圖4）。西瓜中微量元素Mn、Ge、V和K的含量較高。櫻桃中微量元素Mn、V、K、Ca和Mg的含量較高。西瓜和櫻桃中都富集微量元素Mn、V和K。對比兩種水果中元素含量發現，西瓜和櫻桃中同一種微量元素的含量具有區別。特別是兩種水果中元素Mn、V、K和Ca的含量差別較大，這表現出不同水果對元素的吸收富集能力不同。西瓜、櫻桃中7種重金屬的含量高低順序一致，均是Cr＞Cu＞Zn＞Ni＞Co＞Pb＞Cd。并且Cr、Cu和Zn元素的含量都偏高，這應與根系土中這三種元素的含量較高有關。西瓜和櫻桃中重金屬Cr、Zn、Cu、Ni和Pb的含量均是依次減少。西瓜中Cd的含量高于As的含量，櫻桃中As、Cd含量與西瓜是相反的。

圖3 水果中微量元素含量

圖4 水果中重金屬元素含量

西瓜和櫻桃果實樣品的Se元素平均含量分別為0.007μg/g和0.009μg/g。參考《四川省富硒農產品含量要求》等標準，西瓜和櫻桃樣品均滿足富硒農產品要求。與綠色食品西甜瓜（NY/T 427-2016）相比，雙堠西瓜和櫻桃各元素含量均不高于其標準的上限值，屬于綠色食品。對比相同微量元素在不同水果中的含量，發現西瓜中元素Mo、Se、Ge、B和V元素的含量高于櫻桃中。其余西瓜中的微量元素含量小于櫻桃中的含量。

(2)水果品質特征

分別分析了30件西瓜和櫻桃樣品的可溶性固形物含量。西瓜和櫻桃樣品的平均可溶性固形物分別為9.06%和14.15%，說明這兩種水果的成熟情況較好。西瓜和櫻桃的總糖含量均較高，總酸含量很低，說明水果口感偏甜。兩種水果的N含量較高，P含量較低，這可能與施用的化肥有關。

(3)西瓜和櫻桃的元素生物富集能力

生物富集系數越高，表明植物體內對該元素的富集程度越高，同時也說明植物對該種元素從土壤向體內的遷移能力越強[4-5]。研究表明，西瓜對元素Cd、Mo、Se、Ge和Mg的生物富集系數，以及櫻桃對元素Cu、Cd、Mo、Se、Ge和Mg的生物富集系數都大于1，表明西瓜和櫻桃易富集這幾種元素。從生物富集系數的大小分析，西瓜對Se、Ge和Mg元素的富集系數都較大，櫻桃對Ge元素的富集系數較大。說明西瓜和櫻桃對Se、Ge和Mg三種元素的遷移能力較強，從而導致他們在水果果實中的富集能力較強。

(4)果實品質與微量元素含量的關系

分析西瓜、櫻桃中可溶性固形物、總糖、總酸、N、P共5項營養成分指標與Ca、Na、Mg、Mo、Se、Ge、V、Mn等微量元素指標的相關性（表1）。西瓜營養成分與某些微量元素含量呈較弱或者中等的相關性。可溶性固形物與Mg、Se和Ge元素呈正相關關系，與其他元素呈負相關關系；總糖與Na、Mg、Se、Ge和Mn元素呈正相關關系；總酸與Ca、Na、Mg、Mo和V元素含量呈正相關關系；N含量Ca、Na、Mo、V、Mn呈正相關關系；P含量與Ca、Na、Mg、Mo、Ge呈正相關關系。可以看出不同微量元素對西瓜不同營養成分有一定相關性。Mg、Se、Ge元素可能會促進西瓜可溶性固形物和總糖的吸收。而Se、Ge元素則可能會抑制西瓜的酸和N含量。推測，如果提高櫻桃對元素Na、Mo、Se的吸收，則可能提高櫻桃的可溶性固形物和總糖，降低總酸，這是一種提高櫻桃品質的方法。元素Na、Mg、Mo、Ge元素或許可以促進櫻桃對N和P的吸收。可以考慮利用這種相關性提高水果品質。如為了使西瓜中的可溶性固形物和總糖含量增加，總酸含量減少，可以適當的添加Se和Ge元素；為了使櫻桃中的可溶性固形物和總糖含量增加，總酸含量減少，可以適當的添加Na、Mo、Se元素。

表1 西瓜和櫻桃品質與微量元素的相關性

(5)西瓜和櫻桃品質與重金屬元素含量關系

分析了重金屬Zn、Pb、Cd的含量與西瓜的可溶性固形物含量之間具有弱的相關關系。元素Co和Cd與西瓜中的總糖也是弱正相關的。重金屬Cu、Cr、Zn、Ni、Co、Pb、Cd的含量與櫻桃的總酸、N和P弱負相關，即這7種重金屬中的大多數重金屬的含量或許會抑制櫻桃總酸、N和P的含量。

3.結論

（1）研究區西瓜果實樣品中Se、Ge元素富集系數平均值分別為35.51%、185.9%，櫻桃果實樣品中Se、Ge元素富集系數平均值分別為11.15%、81.8%，說明兩類果實對Se、Ge元素的生物富集效應明顯。且果實樣品中Se、Ge元素含量均滿足富硒農產品和綠色食品要求。

（2）研究區西瓜、櫻桃果實品質與特定微量元素含量具有弱或中等的相關性。或許可以考慮利用這種相關性，通過增施特殊元素以提高水果品質。但是，其有效性需要通過進一步的種植試驗來進行驗證。