玉米作物對土壤中鎳銅鋅元素富集情況的研究

谷周雷許曉慧安海波

(1.天津華北地質勘查局，河北 承德 067000；2.內蒙古民族大學農學院，內蒙古 通遼 028005)

土壤是地球表面的一層疏松的物質，由各種顆粒狀礦物質、有機物質、水分、空氣、微生物等組成，能生長植物[1]。土壤因受到采礦、工業(yè)、交通運輸、農業(yè)、生活廢物等因素影響造成了土壤污染[2,3]，土壤無法利用，造成土地荒廢，并且進入土壤的污染物質數(shù)量超過其容量和自凈能力時引起水體、生物和大氣的污染，導致農作物的產(chǎn)量、質量下降，引起農作物的污染，進而可通過食物鏈危害人體健康，因此土壤治理迫在眉睫。必須要改變土壤不良性狀、防止土地退化、恢復和提高土壤生產(chǎn)力，其中最經(jīng)濟科學的治理方式就是通過種植綠色植被進行生物修復[4,5]。玉米[6]是一種禾本科植物，由于產(chǎn)量高、品質好、適應性強等特點，目前在我國播種面積在2000萬hm2左右，僅次于稻、麥，在糧食作物中居第3位，我國玉米主要產(chǎn)區(qū)是東北、華北和西南山區(qū)。玉米的營養(yǎng)成分比較全面，含有蛋白質、脂肪、糖類、維生素、賴氨酸等，被廣泛食用。因此，我國對于玉米中重金屬等危害人體健康物質具有明確的限量規(guī)定。

Ni是人體必需的生命元素，在人體內含量極微，正常情況下，人體對鎳的日需要量為0.3mg。鎳缺乏可引起糖尿病、貧血、肝硬化、尿毒癥、腎衰、肝脂質和磷脂質代謝異常等病癥。但如果長期慢性接觸鎳元素，還會造成上消化道出血、脫發(fā)等情況，大量接觸鎳離子會出現(xiàn)慢性腎功能不全、肝功能不全等傷害。

Cu是人體健康必不可少的微量營養(yǎng)元素，也是機體內蛋白質和酶的重要組成部分，許多重要的酶需要微量銅的參與和活化，銅可以催化血紅蛋白的合成。其它含銅酶，如賴氨酰氧化酶、絡氨酸酶等對人體的生理功能也有較大的作用，賴氨酰氧化酶通過催化賴氨?；蛸嚢滨５陌被趸摪钡纫幌盗猩^程影響膠原組織的正常交聯(lián)。缺乏銅可引起賴氨酰氧化酶活性降低，導致結締組織彈性蛋白和膠原纖維交聯(lián)障礙，成熟遲緩，血管、骨骼等組織脆性增加，容易引起出血。

Zn參與了體內碳酸酐酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶等許多酶的合成及活性發(fā)揮，也與許多核酸及蛋白質的合成密不可分，可維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)代謝、骨骼代謝，保障、促進兒童體格(如身高、體重、頭圍、胸圍等)生長、大腦發(fā)育、性征發(fā)育及性成熟的正常進行。鋅過量會導致人味覺異常，出現(xiàn)吃土、吃紙等其它食物的異食癖現(xiàn)象，導致惡心、嘔吐的癥狀。嚴重的鋅中毒會導致神經(jīng)元及膠質細胞的損傷，腦功能受損，記憶力下降。

1 試驗地區(qū)概況

研究區(qū)位于河北省承德市雙橋區(qū)，土地類型屬于褐土，該地區(qū)屬于暖溫帶半濕潤、半干旱季風氣候。年平均氣溫3～17℃，年降水量400～800mm，降雨主要集中在7月中旬—8月，地貌形態(tài)主要是山區(qū)和丘陵區(qū)，山高坡陡，谷深河窄，植被以喬木、灌木、爬藤植物為主，多數(shù)集中于山區(qū)。晝夜溫差大。當?shù)睾０渭s為200～1200m，平均海拔350m，該地區(qū)屬于中溫帶大陸性氣候，研究區(qū)植被以玉米、馬鈴薯、板栗等農作物為主。

2 樣品的采集與制備

試驗于春季農作物未耕種前采集，共選取10個點位采集土壤樣品，按照相關土壤采集規(guī)范執(zhí)行，棄去塑料、石塊等雜物，取樣品約500g，帶回實驗室進行加工，于烘箱中105℃烘干，直至恒重，將樣品用無污染球磨機加工制成粉末狀，過200目篩，以備分析使用。在秋季作物豐收的季節(jié)，進行玉米樣本的采集，選取長勢較好的玉米樣本，參照植物樣品采集規(guī)范執(zhí)行。采集好樣品后，立即將根、莖、葉、籽實等不同部位剪開，宜采用瓷質或塑料道具，禁止使用金屬類道具，防止沾污，將樣品用密封袋裝好；選取3株成熟玉米根、莖、葉、籽實分開，分別進行破碎混勻處理，確保樣品具有代表性，按照此方法完成取樣10次，共取混合樣品40份(根、莖、葉、籽實各10份)。在秋季玉米作物收割完成后，進行土壤樣品原點位復采，與春季取樣、加工、分析方法一致。

3 樣品測試

3.1 主要儀器及試劑

電感耦合等離子體質譜儀(型號：Series2)；電子天平(型號：WTC5002)；鹽酸，優(yōu)級純(型號：科密歐)；硝酸，優(yōu)級純(型號：科密歐)；高氯酸，優(yōu)級純(型號：科密歐)；氫氟酸，優(yōu)級純(型號：科密歐)；過氧化氫，分析純(型號：科密歐)；國家一級標準物質，廊坊物化探研究所；微波消解儀，(型號：MARS6)；恒溫加熱板。

3.2 檢測方法

3.2.1 土壤樣品的測定

稱取0.1g試樣，置于聚四氟乙烯燒杯中，用少量水潤濕，加入10mL濃硝酸、10mL氫氟酸和2mL高氯酸，置于250℃的電熱板上蒸發(fā)至高氯酸冒煙約3min[7,8]，取下，趁熱加入8mL王水(1+1)，加熱至溶液體積剩余2～3mL，用約10mL去離子水沖洗杯壁，冷卻后將溶液轉入250mL容量瓶中，用3%硝酸稀釋至刻度，搖勻，用電感耦合等離子體質譜儀測定Ni、Cu、Zn。

3.2.2 玉米的測定

稱取均勻樣品0.2～1.0g,置于微波消解罐中，加入2～5mL濃硝酸，放置過夜，加1～2mL過氧化氫，于微波消解儀中消解[9，10]，反應結束后，取出消解罐，冷卻后將溶液轉移至潔凈干燥的一次性塑料瓶中，稀釋至10mL，搖勻。用電感耦合等離子體質譜儀測定Ni、Cu、Zn。

4 結果分析與討論

玉米作物根、莖、葉、籽實不同部位元素富集結果統(tǒng)計參數(shù)詳見表2。

玉米根系中Ni、Cu、Zn等元素的含量明顯高于其它部位[11]，說明養(yǎng)分主要來源于根系對土壤的吸收；玉米葉中的Ni、Cu含量也遠高于莖、籽實，可能是由于葉子的光合作用需要大量養(yǎng)分元素參與；玉米籽實中Zn元素的含量較高，說明Zn元素可能是玉米籽實成長特別需要的微量元素；從極小值、極大值、標準偏差結果來看，玉米根系中Ni元素含量[12]和玉米葉Zn元素含量差異比較明顯，不確定性較大。

表1 元素總量測試結果一覽表

續(xù)表 元素總量測試結果一覽表

表2 玉米作物分析測試結果統(tǒng)計表

從圖1可知，玉米根、莖、葉、籽實對Ni、Cu元素的富集情況相近，主要集中由根遷移到葉中；玉米籽實對Zn元素富集較好[12]，遷移度較大，由根→莖→葉→籽實依次轉化。

圖1 玉米根、莖、葉、籽實富集濃度

5 結論

根據(jù)測試結果分析，土壤在玉米耕種前后Ni、Cu、Zn變化為80%～100%，說明部分元素被作物所吸收，富集至植物中，尤其是玉米作物根和葉對重金屬元素遷移、富集能力較強，可根據(jù)這一特性，參照《土壤環(huán)境質量標準》(GB15618—2008)，將玉米作為土壤污染治理的備選作物種類之一，玉米的根和葉對重金屬元素鎳遷移、富集能力較強，參照《食品中污染物限量標準》(GB 2762-2017)各相關指標，不宜人類食用，而玉米籽實中元素鎳含量較低、元素鋅富集情況較好，符合食用標準，對于部分缺鋅體質人群，可作為醫(yī)學飲食補鋅的參考食物之一。