通遼市科爾沁區農作物微量元素地球化學特征研究

［關鍵詞］農作物；微量元素；地球化學；科爾沁區；通遼

微量元素在人體內含量較少，但對人體有很多作用，如維持正常的生理功能、促進身體的新陳代謝、增強體質、提高抵抗力，幫助預防和對抗疾病及促進兒童的生長發育等[1-3]。

人體微量元素的獲取主要依靠飲食[4-6]。因此，合理提高農產品微量元素水平是滿足人類微量元素營養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]。

本文詳細了解了研究區農作物的質量，并通過地球化學評價研究，篩選出了適合研究區內種植的具有開發價值的富含Se、Cu、Zn、Mo等微量元素的特色農作物。本次研究成果能為地方特色農業的發展提供參考。

1. 材料與方法

1.1研究區概況

研究區位于西遼河平原東部（圖1），涉及內蒙古通遼市科爾沁區敖力布告鎮、大林鎮、余糧堡鎮、木里圖鎮及科爾沁左翼中旗巴彥塔拉鎮、門達鎮等6 個區域共計700 km²。研究區土質肥沃、水草豐美，是國家重要商品糧基地；研究區內全部為第四系沉積物覆蓋，主要為上更新統沖積物、全新統風積物和全新統沖洪積物，全新統沖洪積物是本次工作的主要研究對象。

1.2樣品采集與分析測試

1.2.1 樣品采集

農作物樣品采集根據土壤微量元素含量情況酌情布置采樣單元，在采樣單元內選取5～20個植株，采取離地面最近的一穗，混合成樣；每種農作物樣品數量不得少于15件，樣重1kg。樣品采集后應采用四分法縮分。先將糧食進行手工脫粒，反復混合均勻，鋪成一圓形，過中心線畫十字線，把圓分為四等分，取對角線兩等分，如此繼續縮分至所需數量；并在農作物采集對應點位上，采集根系土。根系土壤樣品采集層位為0～20 cm，采樣時去除了表面雜物，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、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（＜10目）重量達500 g。

本次工作于敖力布告、大林、木里圖、余糧堡、門達、巴彥塔拉等6個研究區塊共采集農作物和土壤樣品各476件，涉及農作物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，均為通遼地區主要的大宗農作物。

1.2.2 樣品分析測試

將縮分好的樣品用無污染破碎機粉碎至20～40目，粉碎好的樣品裝紙袋，用于分析檢測。具體分析測試方法見表1。共分析農作物樣品476件，依據規范要求插入質量監控樣137件，實際分析樣品613件。實驗室通過內部質量控制，按照或嚴于相關規范要求對分析過程中準確度、精密度、重復性檢驗和異常點檢驗進行了全過程控制。各分析樣品元素報出率均滿足規范要求，重復性檢驗和異常點抽查合格率滿足規范要求，見表2。

2. 結果與分析

2.1農作物富硒特征評價

根據GB/T 22499-2008《富硒稻谷》及參考DB64/T1221-2016《寧夏富硒農產品標準》、陜西安康DB61/T556-2018《富硒含硒食品與相關產品硒含量標準》，以作物籽實中0.04 mg/kg≤Se≤0.3 mg/kg為富硒標準對研究區內所采農作物硒含量進行對比。

通過調查所采集476件農作物中硒含量與相關富硒標準對比，達到富硒標準的有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50%以上。通過調查可知，研究區內豆類作物相對更易富硒，見表3和圖2。

2.2 農作物富銅、鋅、鉬特征評價

2.2.1 農作物中銅、鋅、鉬含量特征

中國營養學會出版的《中國居民膳食營養素參考攝入量》一書中明確說明，我國成年人需攝入銅（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。

通過對調查所采集的10種農作物Cu、Zn、Mo分析數據統計顯示：黃豆、葵花中Cu、Zn含量明顯高于其他8種農作物；紅豆、黃豆、綠豆、花生中Mo含量明顯高于其他6種農作物，見表4和圖3。

2.2.2 農作物中富銅、鋅、鉬特征評價

2.2.2.1 評價標準

因目前還沒有官方發布的農作物中富銅、富鋅、富鉬的標準，本次工作通過查閱資料，并根據成年人日進食量、農作物營養指標（食物營養成分查詢系統，見表5）與我國成年人微量元素日攝入量進行對比，暫定以下富銅、富鋅、富鉬標準對所采農作物進行評價。

a.富銅標準：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作為富銅農作物。

黃豆、綠豆、花生以銅含量15 mg/kg作為富銅農作物。

葵花以銅含量25 mg/kg作為富銅農作物。

b.富鋅標準：主要參考安徽桐城富鋅農業富鋅標準24 mg/kg 及百度百科富鋅營養米鋅含量30 mg/kg 進行取值。

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

黃豆以鋅含量40 mg/kg作為富鋅農作物。

葵花以鋅含量55 mg/kg作為富鋅農作物。

c.鉬以2.5 mg/kg作為農作物富鉬標準進行評價；參考5倍日攝取量取值。

2.2.2.2 不同農作物富銅、鋅、鉬特征評價

（1）富銅率較高的農作物為黃豆、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%，說明研究區大部分地區適合種植富銅黃豆、辣椒，局部地區適合種植富銅葵花，見圖4及表6。

（2）富鋅率較高的農作物為花生、黃豆、葵花。花生富鋅率為86.7%、黃豆富鋅率為65.2%、葵花富鋅率均為54.8%，說明研究區大部分地區適合種植富鋅黃豆、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）富鉬率較高的農作物為紅豆、花生、黃豆、綠豆。黃豆富鉬率達91.3%，紅豆富鉬率達78.3%，說明研究區適合種植富鉬黃豆、紅豆；花生富鉬率為53.3%，綠豆富鉬率為63.9%，說明研究區大部分地區適合種植富鉬花生及綠豆，見圖4及表6。

2.3土壤與農作物中微量元素含量關系

根據不同農作物種類，通過對果實與根系土壤中微量元素的含量進行對比研究，了解農作物中微量元素的吸收程度及對土壤含量的影響，見表7。

2.3.1土壤與農作物中Se元素含量關系

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

根據不同農作物籽實中硒（Se*）與對應根系土中硒含量（Se）進行相關分析研究可知，紅豆、花生、小麥籽實中硒含量隨土壤中硒含量的增加顯著上升，呈顯著正相關關系，相關系數分別為0.73、0.45、0.62；辣椒、谷子籽實中硒含量與根系土中硒含量呈弱相關關系，相關系數分別為0.27、0.25，籽實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、黃豆籽實中硒含量與土壤中硒含量相關系數均低于0.2，相關關系較差，土壤-農作物硒規律不明顯，見圖6。

綜合吸收系數及相關系數研究：農作物Se元素吸收系數與其土壤Se的相關系數存在矛盾現象，即Se吸收系數高的農作物與土壤的相關系數較低，如黃豆、綠豆、葵花等。推測農作物在吸收硒元素的時候，不僅與全量硒有關，也受土壤全量硒中有效硒占比的影響。總體上，通遼地區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，其他農作物次之。

2.3.2 土壤與農作物中Cu、Mo和Zn元素含量關系

（1）通過對比研究可知，在研究區內花生、黃豆對土壤中Cu元素吸收能力較強，吸收系數均大于1.2，說明Cu元素易在籽實中富集，元素自根系土向籽實中遷移能力較強，在通遼地區花生、黃豆等農產品中易形成富銅現象。

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

（3）花生、葵花對Zn元素吸收系數介于1.0～1.2，屬于中等吸收，較易在籽實中富集，元素自根系土向果實中遷移能力較強，在通遼地區土壤中Zn含量較高的地區農產品中易形成富鋅的現象。

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

3. 結論

（1）研究區內達到富硒標準的樣品有182件，富硒率為38%，綠豆、黃豆、葵花富硒率達50%以上，可知，研究區內豆類作物相對更易富硒。富銅農作物為黃豆、辣椒、葵花;富鋅農作物為花生、黃豆、葵花;富鉬農作物為紅豆、花生、黃豆、綠豆。總體上，4種微量元素在豆類作物中相對富集。

（2）研究發現Se吸收系數高的農作物與土壤的相關系數較低，推測農作物在吸收硒元素的時候，不僅與全量硒有關，也受土壤全量硒中有效硒占比的影響。總體上，通遼地區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）通過對比研究可知，研究區內花生、黃豆對土壤中Cu元素吸收能力較強；綠豆、黃豆、紅豆、花生、小麥對Mo元素的吸收能力非常強；花生、葵花對Zn元素中等吸收，較易在籽實中富集。總體上，富集元素自根系土向果實中遷移能力較強，在通遼地區土壤中微量元素含量較高的地區農產品中易形成富集現象。