华北自然资源论文
Huabei Natural Resources075
山西治县主要农作物硒及重金属元素地球化学特征张利明，梁重阳，周晓颖
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（1.2.3.山西省地质调查院，山西 太原 030006）
摘要：长治县土地质量评估调查显示山西治县表层土壤Se含量较高，富硒农用地面积286.85km2，而Se是动物体必需的营养元素和植物有益的营养元素，故对长治县主要农作物中微量元素Se进行了分析测试。长治县是煤炭资源大县，可能会引起局部污染，故分析了重金属元素As、Cd、Cr、Hg、Pb等与人类健康相关的5种重金属元素。通过进一步分析研究得出，长治县具有发展特色富硒农产品的条件，且无重金属超标。关键词：长治县；农作物；富集系数；硒；重金属元素中图分类号：S153 文 献标识码：A文章编号：1672-7487（2019）02-75-6硒被誉为“抗癌之王”、“心脏守护神”、“天然解毒剂”，具有提升人体免疫力、延缓衰老、清除致癌物质自由基、增强人体对癌症的抵抗力和改善减缓放化疗的毒副作用。适量的硒对农作物生长和产量也有促进作用，尤其对提高谷子、小麦等作物的单产、降低空秕率有明显作用。根据资料显示长治县具有发展绿色食品的基础，长治县土地质量评估显示长治县土壤表层Se含量较为丰富，通过对该区产出的主要作物进行系统采样、分析及地球化学研究，可以对该区作物总体质量、污染状况取得初步认识[1]，在此基础上为长治县合理规划、科学种植提供信息依据，为地方经济发展提供支持服务。
2 主要农作物各元素含量特征
2.1 玉米及其根系土各元素含量特征
根系土重金属元素分析结果显示根系土中Cd最大值为1.61mg/kg,编号YM204，只有一个点位高于重金属风险筛选值，其它重金属分析指标标均低于筛选值，为清洁土壤。根系土Se平均含量为0.61mg/kg，高于长治县背景值含量0.48mg/kg，高于土壤富硒值(0.4mg/kg)，对高硒样品数进行统计，富硒根系土样品407件，占总样品数79.34%。根系土中重金属均符合清洁土壤标准。
对玉米籽实分析数据进行了统计，见表1。根据《食品安全国家标准食品中污染物限量》（GB2762-2012）规范要求，对玉米籽实中Cd、Cr、Hg、As、Pb是否高于限量值进行了计算统计，513件玉米籽实样品Cd、Hg、As、Pb、Cr最大值均低于食品污染限量值。
玉米籽实中微量元素Se平均含量0.105mg/kg，略高于玉米富硒值(0.1mg/kg),根据玉米富硒标准值，统计富硒样品数较多，富硒样品数比例46.39%，富硒土壤中玉米富硒样品数比例55.04%，说明土壤中硒含量的高低影响玉米样品富硒率。
对玉米籽实各分析指标富集程度进行了统计。图1显示玉米籽实对Se的富集系数较高，其次Hg、Cd相对其它重金属富集能力较强。对Se、Hg、Cd进行了相关分析，见图2。显示玉米籽实与根系土中Se含量呈正相关性，通过计算得出当土壤中Se含量达到0.5mg/kg时，玉米籽实可达到富硒标准。而Cd、Hg相关性差，见图3、图4。参照《食品中污染物限量》（GB2762-2012），计算得出长治县表层土壤中Cd、Hg含量远小于粗谷物食品达到污染物限量标准要求值。
1 样品采集及数据处理
1.1 样品采集
长治县土壤类型、土地利用类型、农业合作社需求等决定了地方作物种植类型，作为大宗作物玉米长治县各个区域均有分布，郝家庄镇一带主要种植小麦、黄豆、白菜等，荫城镇一带主要种植红豆，根据种植分布特征共采集玉米样品513套、小麦样品16套、红豆样品13套、白菜样品32套、西红柿9套、黄瓜8套。1.2 数据处理
本次作物采样种类较多，但样品数量差异较大，故玉米特征值以测试结果的平均值加减三倍标准差为上下界限做异常剔除，得出了长治县地区玉米籽实中硒及重金属元素的特征值：最大值、最小值、平均值、富集系数等。其它作物未进行数据剔除，计算得出作物样品硒及重金属元素的特征值，见表1。
作者简介：张利明（1982—），男，山西怀仁人，工程师，本科，毕业于中国地质大学（北京）地球化学专业，从事矿产、环境等地球化学勘查研究。（邮箱）279726988@qq.com076
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表1 长治县主要农作物中硒及重金属含量特征值统计表
特征值 作物 玉米 小麦 黄瓜 西红柿 白菜 红豆 特征值 作物 玉米 小麦 白菜 黄瓜 西红柿 红豆 最大值 0.9 0.961 0.0885 0.033 0.0573 0.904 最大值 2.72 0.523 0.0225 0.0191 0.0475 0.96 Se（mg/kg） 最小值 0.018 0.113 0.0026 0.0014 0.0026 0.047 Cr（mg/kg） 最小值 0.093 0.083 0.0166 0.017 0.0131 0.269 平均值 0.148 0.227 0.0419 0.025 0.03 0.499 最大值 0.003 0.0021 0.0012 0.0004 0.0002 0.0021 平均值 0.105 0.215 0.0112 0.00 0.018 0.362 最大值 0.055 0.052 0.02 0.0143 0.0127 0.036 As（mg/kg） 最小值 0.019 0.0226 0.007 0.0013 0.0017 0.024 Hg（mg/kg） 最小值 0.002 0.0016 0.0002 0.0001 0.0001 0.016 平均值 0.002 0.0018 0.0004 0.0002 0.0002 0.0018 最大值 0.083 0.152 0.0431 0.0197 0.0127 0.1798 平均值 0.026 0.037 0.012 0.003 0.0056 0.031 最大值 0.013 0.035 0.0012 0.0273 0.0145 0.112 Cd（mg/kg） 最小值 0.002 0.007 0.0002 0.0005 0.0009 0.02 Pb（mg/kg） 最小值 0.018 0.05 0.0059 0.0043 0.007 0.0079 平均值 0.034 0.0 0.0158 0.0096 0.0104 0.0873 平均值 0.003 0.017 0.0007 0.0051 0.0062 0.063
图1 玉米籽实中各分析指标富集系数统计图图2 玉米与根系土中Se含量相关分析图
图3 玉米与根系土中Cd含量相关分析图
图4 玉米与根系土中Hg含量相关分析图
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2.2 蔬菜及其根系土各元素含量特征
根系土部分达到富硒土壤标准（>0.4mg/kg）, 白菜根系土富硒率90.62%，黄瓜根系土富硒率62.5%，西红柿根系土富硒率58.33%，重金属元素符合清洁土壤标准值。统计了蔬菜中微量元素硒及重金属特征值（见表1）。根据 《食品安全国家标准食品中污染物限量》（GB2762-2012）标准要求，蔬菜中重金属均未超标。
统计了蔬菜中重金属及微量元素Se富集系数。图5显示白菜中Se、Cd富集系数较大，其次为Hg；黄瓜中Cd、Se富集系数较高，其次为Hg；西红柿中Se富集系数较高，其次为Cd、Hg；但依据国家食品污染物限量标准[2]，白菜中Cd并未超标，说明在研究富硒白菜的同时，应研究白菜产种植区是否存在Cd污染。同时西红柿Cd富集系数也相对较高，试点区主要为大棚种植，样品数量少，仅供参考，应进一步研究其对Cd的吸收。
对新鲜蔬菜白菜、黄瓜、西红柿与根系土中Se、Cd进行了相关性分析（见图6-图10）。可见两者呈正相关性，长
治县土壤整体清洁，为规划绿色蔬菜种植，发展富绿色蔬菜，提高地方经济提供了信息条件。图6、图10显示白菜、黄瓜与根系土中Se相关系数较大，通过计算的得出当土壤中Se含量达到0.5mg/kg，白菜、黄瓜便可达到富硒蔬菜限，本次黄瓜样品较少，可作为参考，白菜样中超过30件，富硒率60.98%，可作为信息依据为当地蔬菜种植提供种植建议。通过各类蔬菜Cd相关公式计算，虽然干重Cd富集系数较大，通过相关分析统计计算显示长治县土壤中Cd含量低于蔬菜中达到食品Cd限量指标，说明长治县蔬菜不存在Cd超标现象。
2.3 小麦及其根系土各元素含量特征
长治县小麦种植于苏店镇至郝家庄镇一带，根系土均达到富硒土壤标准（>0.4mg/kg），重金属元素符合清洁土壤标准值，对小麦中微量元素及重金属元素的富集系数进行了统计。
由图12可见，小麦对Se元素的富集能力较强，高于重金属元素，富集系数0.305。其次为Cd、Hg。对小麦Se、Cd含
图5 白菜、西红柿、黄瓜、富集系数统计表
图6 白菜与根系土中Se含量相关分析图图7 白菜与根系土中Cd含量相关分析图
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图8 西红柿与根系土中Se含量相关分析图图9 西红柿与根系土中Cd含量相关分析图
图10 黄瓜与根系土中Se含量相关分析图图11 黄瓜与根系土中Cd含量相关分析图
图12 小麦中各分析指标富集系数统计柱状图
量与根系土中Se、Cd含量进行了相关分析（见图13、图14），均为正相关性。小麦中Se相关系数较小，但随着根系土中Se含量的变化小麦中Se含量有增长趋势，根据湖北恩施州((QB)Q/FFZ-01-1993)粮食中富Se含量范围为0.1-0.3mg/kg，通过趋势线公式计算得出当根系土中Se含量超
过1.81mg/kg时，小麦中Se含量超标，经统计长治县土壤中有两个点位Se含量超过1.81mg/kg，位于长治县西岭、定流村砖厂附近，可能与人为活动有关，但长治县小麦主要种植区域未发现高值点，本次样品富硒率100%。Cd相关系数偏大，当土壤中Cd含量达到1.62mg/kg时，小麦中Cd含量可能超
标（食品中镉限量指标0.2mg/kg）[2]，说明在发展富Se小麦产品的同时，应注意Cd含量是否超过1.62mg/kg。2.4 红豆及其根系土各元素含量特征
统计显示根系土均达到富硒土壤标准（>0.4mg/kg）, 重金属元素符合清洁土壤标准值，本次样品富硒率100%。对红豆对微量元素及重金属元素的富集系数进行了统计。
由表2可知，红豆中各分析指标富集系数由大到小为Se、Cd、Pb、Hg、Cr、As，Se、Cd富集系数明显偏大，说明红豆对Se、Cd富集能力较强；绘制了红豆与根系土中Se、Cd相关分析图（见图15、图16），并获得出相关性趋
势线公式，通过公式计算得出当土
壤中Se含量达到0.344mg/kg时，红豆可达富硒食品标准；计算得出当土壤中Cd含量超过0.56mg/kg时，红豆中Cd含量可超过食品中镉限量指标(0.2mg/kg)，说明种植红豆时应注意种植区土壤中Cd含量是否超过0.56mg/kg。
3 长治县表层土壤硒及重金属地球化学特征
调查显示长治县Se最大值2.85mg/kg，最小值0.03mg/kg，
图13 小麦与根系土中Se含量相关分析图图15 红豆与根系土中Se含量相关分析图华北自然资源论文
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表2 各作物对微量元素及重金属元素的富集系数统计表
分析指标 红豆 Se 0.359 Cd 0.333 Hg 0.016 Cr 0.007 Pb 0.030 As 0.003 算术平均值0.49mg/kg，背景值0.481mg/kg，标准离差0.21mg/kg，变异系数0.429。图17显示长治县富硒土地面积较大，约占总农用地面积的70.7%，富硒土地分布在长治县大部，富硒土地面积286.85km2，富硒土地Se平均含量0.6mg/kg；仅长治县南部南宋乡一带以及长治县东北部西池乡、贾掌镇一带有部分区域不为富硒土壤。
图14 小麦与根系土中Cd含量相关分析图
图16 红豆与根系土中Cd含量相关分析图
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图17 长治县土壤Se地球化学等级图对长治县土壤重金属进行了综合等级划分，图18显示长治县土壤主要为一等土壤，总面积约405.22km2，占总农用地面积的99.8%；二等土地面积小，总面积约0.57km2，主要由As、Hg、Ni、Cd这4个分析指标引起；三等土壤面积很小，总面积约0.08km2，由Cd引起。说明长治县具有发展特色富硒农产品的条件，结合所采集农作物样品中硒及重金属元素分析结果及相关性分析，说明长治县在发展富硒产业的同时，应注意研究Cd的生态效应研究。
4 结论
1）统计分析显示长治县玉米、白菜、小麦、豆类等果实Se含量与根系土Se含量呈正相关性，在富硒区玉米富硒率55.04%、小麦富硒率100%，白菜富硒率60.98%，红豆富硒率100%。说明长治县具有发展绿色无污染自然富硒农产品的优势。
2）根据相关分析计算得出，当表层土壤中Se含量达到0.5mg/kg时，玉米、白菜可达富硒标准，当表层土壤中Se含量达到0.344mg/kg时，红豆可达富硒标准，说明农作物的吸收与土壤有较高继承性这一特征[3]，其它样品数量较少，可作为参考。
3）长治县作物种植特点明显，水浇地主要以玉米、白
图18 长治县土壤环境地球化学统合等级图
菜、小麦为主，旱地以玉米、谷类作物为主，根据已采集农作物显示，长治县玉米、小麦、白菜、豆类均可自然富硒，同时重金属元素均为超标，应依托市场，参照其他区域富硒农产品开发特点，扩大长治县富硒农产品开发种类。
4）长治县硒元素及重金属元素综合等级特征显示，长治县土壤以清洁为主，富硒土壤面积较大，为长治县发展特色富硒无污染产品提供了土地资源，同时在发展富硒农产品同时应收集已完成数据研究局部重金属超标点位含量是否会造成农作物污染物超限。
5）农产品的富硒程度影响因素很多，应进一步对不同类型土壤、基岩、pH等与富硒有关的因素进行研究，为富硒农产品的开发提供更为详实的数据。
参考文献：
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