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摘 要 在“湖南省隆回县土地质量调查”项目的资助下，本研究系统地采集测试了隆回县农作物及根系土样品。采用数据统计、相关性分析等方法，分析农产品富硒及重金属含量的情况，同时着重研究了农产品与土壤中重金属含量关系。研究结果表明：隆回县农作物普遍富硒，并且每种农作物的富硒能力不同;隆回县主要农作物受到重金属污染的程度较小;土壤有机质和pH是影响作物对土壤重金属吸收累积的重要环境因素。
关键词 隆回县;富硒;农作物;重金属;元素迁移
中图分类号： P618.76 文献标志码：A
Analysis On Selenium Enrichment of Main Crops and Influencing Factors of Heavy Metals In Crop Root Soil In Longhui， Hunan
Song Jiangtao， Jia Pengyuan， Lin Zhijia， He Chencheng
（Hunan Institute of Geological Survey， Changsha Hunan 410116）
Abstract： Under the support of "land quality survey of Longhui County， Hunan Province"， the samples of crops and root soil were collected and tested systematically. The content of selenium and heavy metals in agricultural products were analyzed by means of classification statistics， correlation analysis and content distribution scatter diagram. The relationship between the content of heavy metals in agricultural products and soil was emphatically studied. The results showed that the crops in Longhui County are rich in selenium， and the ability of each kind of crops was different. The main crops in Longhui County are less polluted by heavy metals， and soil organic matter and pH are the important environmental factors that affect the absorption and accumulation of heavy metals.
Keywords： Longhui county;selenium rich; crops; heavy metal;element migration
硒作为自然界中稀少而又分散的元素，其在地壳中的丰度仅为0.13mg/kg[1]。据统计，世界上有70%以上的地区缺硒，中国有72%的县市不同程度的缺硒，其中1/3为严重缺硒区[2]。硒作为人体中必要的微量元素，不仅能起到防癌、防镉中毒，同时对砷和汞元素的毒性有显著的拮抗作用。相关研究表明人体内缺乏硒元素会引发糖尿病、心血管疾病甚至癌症等几十种疾病[3]。所以硒作为人体中必要的微量元素越来越受到人们的关注。
一直以来农作物与土壤中重金属元素的之间的关系是国内外农业生态环境领域的学者研究的重点及热点 [4-6]，同时也是土地质量评价的重要基础[7-8]。由于全球土壤受重金属元素污染越发严重 [9]，土壤重金属污染及其生态环境效应研究仍将是今后环境地球化学研究的重要课题。大量研究表明农作物对土壤重金属的吸收量、累积富集系数不仅与作物类型、品种等生物学因素有关，还与土壤中重金属元素含量以及土壤环境例如有机质、酸碱度等理化性质密切相关 [10]。
本文根据湖南省隆回县土地质量调查项目数据成果，初步分析了當地所采集的农作物硒元素的含量特征以及土壤—农作物之间重金属元素含量变化及影响关系，为隆回县农田生态环境质量的科学合理评价提供了基础依据。
1 材料与方法
1.1 样品采集与制备
2017年6—9月在隆回县全县主要的蔬菜、水果、水稻以及玉米种植区采集根系土及其农产品，共280组。样品采集用平板电脑内置GPS定位采样点，根系土样品采集按照土地质量调查评价规范要求进行采样，农作物样品主要采集果实或者籽实，蔬菜则采集其可食用的叶子。所有野外采样按相关照规范要求进行，并且由湖南省自然资源厅组织专家进行野外验收。
1.2 分析方法
本次样品均由湖南省地质测试院测试，土壤样品中Cr、Cd、Pb、As、Hg、pH和有机质这7种参数指标的测试采用以电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）和电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）为主，以原子荧光法（AFS） 、离子选择电极法（ISE）、容量法（VOL）为辅的分析方法体系。所有样品测试结果均通过专家验收。
2 结果与讨论
2.1 农作物中硒元素含量特征
参考中国食品工业协会花卉食品专业委员会2013年发布的《天然富硒食品硒含量分类标准》（试行）（HB001/T—2013），统计研究区样品中的Se含量富集情况，见表1。
从表1中可以看出除去油茶富硒样本数为0以外，其余农作物的富硒比例都达到50%以上，尤其是采样数量较多的水稻和玉米，它们的富硒率非常高，分别达到了94%和100%，表明隆回县这两种农作物普遍富硒，而其余农作物也表现出不同程度富硒。 2.2 农作物对硒富集能力
农作物中硒元素的含量主要来源于土壤中，农作物从土壤吸收硒能力的大小，通常用生物吸收系数（Ax）来表示，即富集系数[11]，其反映了作物对硒的富集能力，是判定农作物是否为富硒作物的重要指标及参数。富集系数（Ax）的计算公式为：
Ax= 农作物硒含量 ×100%
对应土壤硒含量
由上述公式得出隆回县农作物硒元素富集图（见图1）。从图中可知，隆回县农作物对其根系土中硒元素的吸收能力是有差别的。其中水稻对硒的富集系数最大，达到了27%，农作物对硒的富集系数大于 或等于20%的还有油菜和黄豆。而硒的富集系数小于或等于10%的农作物包括辣椒、龙牙百合、烟叶、金银花、油茶以及玉竹，其中玉竹的富集系数最小，为7%，对硒的富集能力最弱。
2.3 农作物重金属含量特征
本次工作对隆回县农作物中硒元素和汞、砷、铅、镉和铬等五种重金属元素含量进行了检测，对所得出的结果进行评价，评价依据《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）和《富硒稻谷》（GB/T 22499—2008），评价标准见表2，根据标准得出表3。
横向比较数据可知：所调查的农作物As、Hg重金属元素合格率都为100%，说明在所采集的农作物中，As和Hg元素并不富集，但其他重金属元素都不同程度地在农作物中富集。但总体来说，这些主要农作物的重金属元素合格率都在80%以上。
纵向比较可知：所调查的农作物中As、Hg元素合格率最高;其余三种元素Cr、Cd、Pb合格率相对较低;说明在调查区Cr、Cd、Pb三种元素相对As、Hg两种元素较容易在农作物中富集。
通过对隆回全县均匀布点采集的主要农作物的Cr、As、Hg、Cd、Pb含量进行专业测试，结果表明：以玉米和水稻为主的主粮作物，除个别重金属有超标现象之外，基本上属于绿色食品。尤其是油茶、水稻以及玉米重金属超标现象轻微。
2.4 农作物与土壤中各重金属元素含量间的相关性分析
根据所采农作物及其根系土的测试结果，得出农作物与其对应根系土的相关性（见表4）。
由表4可知：与As元素相关性较大的农作物为黄豆和水稻，而柿子的相关性较小;与Cr元素相关性较大的为玉竹和黄豆，其中玉竹的相关性达到了0.56;与Cd元素相关性大的为辣椒、生姜和红薯;与Pb元素相关性大的为生姜，达到了0.74。
总体来说：隆回县所采集农作物中的As、Cr、Cd以及Pb元素含量与其根系土中的这些元素的含量相关。
2.5 土壤—农作物系统中重金属含量关系的影响因素
2.5.1 作物种类的影响
由于每种农作物各自的生物特性不同，其对土壤中的重金属吸收效率以及在植物体内对重金属的转化能力也是不同的，所以针对这一特性，本文对所采集的农作物中重金属含量进行了统计（见表5）。
由表5可见，所采集的农作物体内重金属含量差别较大，具体表现在：
（1）水果、粮食作物等重金属含量较低，而蔬菜、烟叶含量较高。
（2）同类农作物体内的不同重金属元素的含量差别非常大，例如根茎类蔬菜中龙牙百合Cr元素含量为1.918mg/kg，而生姜Cr含量达到了6.004mg/kg，这两种农作物体内的Cr含量差别非常大。
这一结果证实了不同农作物的类型对其土壤中重金属元素的吸收转化以及在农作物体内的累积能力是不同的。
2.5.2 土壤有机质对富集系数的影响
以采样量较大的水稻、玉米、龙牙百合、油菜、金银花调查资料为依据，统计结果表明农作物根系土与对应的农作物之间重金属含量常呈负相关性（见表6），甚至有的样品之间达到了显著负相关性水平。这一结果表明，在一定条件下土壤中有机质的含量直接影响了农作物吸收根系土中重金属元素含量的能力。如图2所示，隆回县土壤中有机质含量对玉米富集Cd、Pb有明显的负相关性。
2.5.3 土壤pH对富集系数的影响
针对本次采集的隆回县数量较多的农产品，统计结果表明：隆回县土壤pH对当地农产品的富集有重要的影响，甚至有些达到了显著的负相关性（见表7），即土壤pH随着碱性含量增加将大大降低对应农产品对土壤中重金属元素的吸收能力。如图3所示：土壤pH对龙牙百合Cd、Pb呈现明显的正相关性。
3 结论
（1）隆回县农作物普遍富硒，并且在所采样本中玉米和红薯的富硒率达到100%。
（2）隆回县农作物对硒的富集能力大小依次为水稻>黄豆>油菜>生姜>玉米>柿子>辣椒>龙牙百合>烟叶>金银花>油茶>玉竹。
（3）隆回县以玉米和水稻为主的主粮作物，受到重金属污染的程度较小，基本上属于绿色食品。尤其是水稻，重金属超标现象轻微，这为当地开发绿色富硒水稻提供了依据。
（4）隆回县所采集农产品中重金属的含量除了和自身特性相关以外，还主要受到土壤中理化性质的影响。
参考文献/References
[1] Rudnick R L， Gao S. Composition of the continental crust[M]//Treatise on Geochemistry. Amsterdam： Elsevier， 2003： 1-64.
[2] Sharma N， Prakash R， Srivastava A， et al. Profile of selenium in soil and crops in seleniferous area of Punjab， India by neutron activation analysis[J]. Journal of radioanalytical and nuclear chemistry， 2009， 281（1）： 59-62.
[3] 李家熙， 張光弟，葛晓立，等. 人体硒缺乏与过剩的地球化学环境特征及其预测[M]. 北京： 地质出版社， 2000.
[4] 陈怀满. 土壤—植物系统中的重金属污染[M]. 北京： 科学出版社， 1996.
[5] 李家熙， 吴功建， 黄怀曾， 等. 区域地球化学与农业和健康[M]. 北京： 人民卫生出版社， 2000.
[6] 廖自基. 环境中微量重金属元素的污染危害与迁移转化[M]. 北京： 科学出版社， 1989.
[7] 周国华， 秦绪文， 董岩翔.农业地质调查中的土壤环境质量标准研究[J] .地质通报， 2005， 24（8）：721.
[8] 余剑东， 倪吾钟， 杨肖娥. 土壤重金属污染评价指标的研究进展[J]. 广东微量元素科学， 2002， 9（5）： 11-17.
[9] 周国华， 董岩翔， 刘占元， 等. 杭嘉湖地区土壤元素时空变化研究[J]. 中国地质， 2004， 31（S1）： 72-79.
[10] 周国华， 汪庆华， 董岩翔， 等. 土壤—农产品系统中重金属含量关系的影响因素分析[J]. 物探化探计算技术， 2007， 29（S1）： 226-231， 4.
[11] 何和明， 吴生. 海南岛西南地区某些药用植物微量元素的生物吸收和含量变化[J]. 中国野生植物资源， 1998， 17（4）：25-19.
关键词 隆回县;富硒;农作物;重金属;元素迁移
中图分类号： P618.76 文献标志码：A
Analysis On Selenium Enrichment of Main Crops and Influencing Factors of Heavy Metals In Crop Root Soil In Longhui， Hunan
Song Jiangtao， Jia Pengyuan， Lin Zhijia， He Chencheng
（Hunan Institute of Geological Survey， Changsha Hunan 410116）
Abstract： Under the support of "land quality survey of Longhui County， Hunan Province"， the samples of crops and root soil were collected and tested systematically. The content of selenium and heavy metals in agricultural products were analyzed by means of classification statistics， correlation analysis and content distribution scatter diagram. The relationship between the content of heavy metals in agricultural products and soil was emphatically studied. The results showed that the crops in Longhui County are rich in selenium， and the ability of each kind of crops was different. The main crops in Longhui County are less polluted by heavy metals， and soil organic matter and pH are the important environmental factors that affect the absorption and accumulation of heavy metals.
Keywords： Longhui county;selenium rich; crops; heavy metal;element migration
硒作为自然界中稀少而又分散的元素，其在地壳中的丰度仅为0.13mg/kg[1]。据统计，世界上有70%以上的地区缺硒，中国有72%的县市不同程度的缺硒，其中1/3为严重缺硒区[2]。硒作为人体中必要的微量元素，不仅能起到防癌、防镉中毒，同时对砷和汞元素的毒性有显著的拮抗作用。相关研究表明人体内缺乏硒元素会引发糖尿病、心血管疾病甚至癌症等几十种疾病[3]。所以硒作为人体中必要的微量元素越来越受到人们的关注。
一直以来农作物与土壤中重金属元素的之间的关系是国内外农业生态环境领域的学者研究的重点及热点 [4-6]，同时也是土地质量评价的重要基础[7-8]。由于全球土壤受重金属元素污染越发严重 [9]，土壤重金属污染及其生态环境效应研究仍将是今后环境地球化学研究的重要课题。大量研究表明农作物对土壤重金属的吸收量、累积富集系数不仅与作物类型、品种等生物学因素有关，还与土壤中重金属元素含量以及土壤环境例如有机质、酸碱度等理化性质密切相关 [10]。
本文根据湖南省隆回县土地质量调查项目数据成果，初步分析了當地所采集的农作物硒元素的含量特征以及土壤—农作物之间重金属元素含量变化及影响关系，为隆回县农田生态环境质量的科学合理评价提供了基础依据。
1 材料与方法
1.1 样品采集与制备
2017年6—9月在隆回县全县主要的蔬菜、水果、水稻以及玉米种植区采集根系土及其农产品，共280组。样品采集用平板电脑内置GPS定位采样点，根系土样品采集按照土地质量调查评价规范要求进行采样，农作物样品主要采集果实或者籽实，蔬菜则采集其可食用的叶子。所有野外采样按相关照规范要求进行，并且由湖南省自然资源厅组织专家进行野外验收。
1.2 分析方法
本次样品均由湖南省地质测试院测试，土壤样品中Cr、Cd、Pb、As、Hg、pH和有机质这7种参数指标的测试采用以电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）和电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）为主，以原子荧光法（AFS） 、离子选择电极法（ISE）、容量法（VOL）为辅的分析方法体系。所有样品测试结果均通过专家验收。
2 结果与讨论
2.1 农作物中硒元素含量特征
参考中国食品工业协会花卉食品专业委员会2013年发布的《天然富硒食品硒含量分类标准》（试行）（HB001/T—2013），统计研究区样品中的Se含量富集情况，见表1。
从表1中可以看出除去油茶富硒样本数为0以外，其余农作物的富硒比例都达到50%以上，尤其是采样数量较多的水稻和玉米，它们的富硒率非常高，分别达到了94%和100%，表明隆回县这两种农作物普遍富硒，而其余农作物也表现出不同程度富硒。 2.2 农作物对硒富集能力
农作物中硒元素的含量主要来源于土壤中，农作物从土壤吸收硒能力的大小，通常用生物吸收系数（Ax）来表示，即富集系数[11]，其反映了作物对硒的富集能力，是判定农作物是否为富硒作物的重要指标及参数。富集系数（Ax）的计算公式为：
Ax= 农作物硒含量 ×100%
对应土壤硒含量
由上述公式得出隆回县农作物硒元素富集图（见图1）。从图中可知，隆回县农作物对其根系土中硒元素的吸收能力是有差别的。其中水稻对硒的富集系数最大，达到了27%，农作物对硒的富集系数大于 或等于20%的还有油菜和黄豆。而硒的富集系数小于或等于10%的农作物包括辣椒、龙牙百合、烟叶、金银花、油茶以及玉竹，其中玉竹的富集系数最小，为7%，对硒的富集能力最弱。
2.3 农作物重金属含量特征
本次工作对隆回县农作物中硒元素和汞、砷、铅、镉和铬等五种重金属元素含量进行了检测，对所得出的结果进行评价，评价依据《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）和《富硒稻谷》（GB/T 22499—2008），评价标准见表2，根据标准得出表3。
横向比较数据可知：所调查的农作物As、Hg重金属元素合格率都为100%，说明在所采集的农作物中，As和Hg元素并不富集，但其他重金属元素都不同程度地在农作物中富集。但总体来说，这些主要农作物的重金属元素合格率都在80%以上。
纵向比较可知：所调查的农作物中As、Hg元素合格率最高;其余三种元素Cr、Cd、Pb合格率相对较低;说明在调查区Cr、Cd、Pb三种元素相对As、Hg两种元素较容易在农作物中富集。
通过对隆回全县均匀布点采集的主要农作物的Cr、As、Hg、Cd、Pb含量进行专业测试，结果表明：以玉米和水稻为主的主粮作物，除个别重金属有超标现象之外，基本上属于绿色食品。尤其是油茶、水稻以及玉米重金属超标现象轻微。
2.4 农作物与土壤中各重金属元素含量间的相关性分析
根据所采农作物及其根系土的测试结果，得出农作物与其对应根系土的相关性（见表4）。
由表4可知：与As元素相关性较大的农作物为黄豆和水稻，而柿子的相关性较小;与Cr元素相关性较大的为玉竹和黄豆，其中玉竹的相关性达到了0.56;与Cd元素相关性大的为辣椒、生姜和红薯;与Pb元素相关性大的为生姜，达到了0.74。
总体来说：隆回县所采集农作物中的As、Cr、Cd以及Pb元素含量与其根系土中的这些元素的含量相关。
2.5 土壤—农作物系统中重金属含量关系的影响因素
2.5.1 作物种类的影响
由于每种农作物各自的生物特性不同，其对土壤中的重金属吸收效率以及在植物体内对重金属的转化能力也是不同的，所以针对这一特性，本文对所采集的农作物中重金属含量进行了统计（见表5）。
由表5可见，所采集的农作物体内重金属含量差别较大，具体表现在：
（1）水果、粮食作物等重金属含量较低，而蔬菜、烟叶含量较高。
（2）同类农作物体内的不同重金属元素的含量差别非常大，例如根茎类蔬菜中龙牙百合Cr元素含量为1.918mg/kg，而生姜Cr含量达到了6.004mg/kg，这两种农作物体内的Cr含量差别非常大。
这一结果证实了不同农作物的类型对其土壤中重金属元素的吸收转化以及在农作物体内的累积能力是不同的。
2.5.2 土壤有机质对富集系数的影响
以采样量较大的水稻、玉米、龙牙百合、油菜、金银花调查资料为依据，统计结果表明农作物根系土与对应的农作物之间重金属含量常呈负相关性（见表6），甚至有的样品之间达到了显著负相关性水平。这一结果表明，在一定条件下土壤中有机质的含量直接影响了农作物吸收根系土中重金属元素含量的能力。如图2所示，隆回县土壤中有机质含量对玉米富集Cd、Pb有明显的负相关性。
2.5.3 土壤pH对富集系数的影响
针对本次采集的隆回县数量较多的农产品，统计结果表明：隆回县土壤pH对当地农产品的富集有重要的影响，甚至有些达到了显著的负相关性（见表7），即土壤pH随着碱性含量增加将大大降低对应农产品对土壤中重金属元素的吸收能力。如图3所示：土壤pH对龙牙百合Cd、Pb呈现明显的正相关性。
3 结论
（1）隆回县农作物普遍富硒，并且在所采样本中玉米和红薯的富硒率达到100%。
（2）隆回县农作物对硒的富集能力大小依次为水稻>黄豆>油菜>生姜>玉米>柿子>辣椒>龙牙百合>烟叶>金银花>油茶>玉竹。
（3）隆回县以玉米和水稻为主的主粮作物，受到重金属污染的程度较小，基本上属于绿色食品。尤其是水稻，重金属超标现象轻微，这为当地开发绿色富硒水稻提供了依据。
（4）隆回县所采集农产品中重金属的含量除了和自身特性相关以外，还主要受到土壤中理化性质的影响。
参考文献/References
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