内蒙古河套地区小麦根系地球化学特征研究

摘要：通过采集研究区小麦根系土样品有毒有害及有益元素含量分析，结果表明：前套平原和后套平原小麦中已有元素的含量，均低于国家二级土壤标准。说明河套地区土壤环境优良。Cu、Mn、Zn、Fe2O3、MgO、CaO在小麦根系土和淋滤层土壤中都略有缺失，Mo在根系土和淋滤层土壤中发生贫化，P、Na2O在小麦根系土和淋滤层中大量富集，Pb元素在小麦根系土中略有缺失，K2O在根系土中略有富集。

关键词：小麦；根系土；地球化学特征；研究

内蒙古河套地区土壤肥沃，是内蒙古的主要农业区，也是全国重要的优质小麦生产基地。目前河套地区每年有10万吨优质小麦原粮销往国内各地，有29.131万吨本地加工生产的优质面粉畅销国内18个省市区和远销日本、蒙古、越南、俄罗斯等国家。前套平原的大黑河两岸冲积平原、后套平原的巴彦淖尔市临河区、杭锦后旗、五原一带小麦种植区，土壤类型主要为栗褐土、潮土、灌淤土和盐土。本次研究在前套地区和后套平原区共采集了62件小麦样品及其根系土壤共124件，对根系土中的有毒有害重金属和营养元素进行了评价。旨在研究河套地区小麦根系土有毒有害和有益元素含量及对人体健康的影响。

1. 小麦根系土中元素分布特征

1.1 前套小麦根系土元素分布特征

参照国家土壤环境质量二级标准（GB15618-1995见表1）。根据表2中的统计分析结果，八种重金属元素的总体含量水平如下：

①Cd：前套地区小麦种植区土壤Cd含量变化范围：80ng/g～230ng/g，最高值是最低值2.9倍，平均值为144ng/g，低于国家土壤二级标准（600ng/g），变异系数为25%，变异性较小。前套地区小麦种植区土壤中Cd低于国家一级标准，说明目前Cd未对人体和植物造成危害。Cd元素的变异性弱，表明自然来源是研究区土壤中Cd的主要来源。

②Hg：前套小麦根系土Hg含量变化范围：16.0ng/g～188.0ng/g，最高值是最低值的11.8倍，平均值40.6ng/g，接近国家土壤一级标准，远低于国家土壤二级标准（1000ng/g），变异系数98%，属于强变异。从表2中看到，除土默特右旗的MM11、MM12和包头东兴的M21处于Hg高背景区Hg含量较高，其余采样点Hg含量均在16.0μg/g～44.0μg/g范围内，平均值仅为27.84μg/g，远低于国家土壤一级标准（0.15μg/g）。

③As：小麦根系土中As含量最大值为21.1μg/g，是最小值（5.0μg/g）的4.2倍，平均值为11.0μg/g，低于国家土壤二级标准（25μg/g），变异系数为35%，变异性不强。

④Cu：研究区小麦根系土中的含量范围为16.1μg/g～34.8μg/g，最大值是最小值的2.2倍，平均值为25.1μg/g，低于国家土壤二级标准（100μg/g），Cu在小麦根系土中的变异系数为23%。

⑤Pb：前套小麦根系土中的含量范围为14.8μg/g～29.9μg/g，最大值是最小值的2.0倍，平均值为21.7μg/g，远远低于国家二级土壤标准（350μg/g），变异系数为17%。

⑥Cr：在研究区小麦根系土中Cr含量范围为43.6μg/g～91.0μg/g，最大值是最小值的2.1倍，平均值为70.4μg/g，低于国家二级土壤标准（250μg/g），变异系数为17%。

⑦Zn：在前套小麦种植区小麦根系土中Zn含量最大值为98.2μg/g，是最小值（47.2μg/g）的2.1倍，平均值69.5μg/g，低于国家二级土壤标准（300μg/g），变异系数为21%。

⑧Ni：在前套小麦根系土中的含量范围为16.3μg/g～40.8μg/g，平均值为29.4μg/g，低于国家二级土壤标准（60μg/g），变异系数为23%。

综上所述，前套小麦中国家土壤标准已有元素的含量均低于国家二级土壤标准。除Hg元素外，其他元素变异系数在17%～36%之间，变异性均不强，人为因素的影响不大；由于有三个采样点位于Hg元素高背景区，使得Hg在前套地区的变异系数为98%，为强变异。

1.2 后套小麦根系土元素分布特征

后套平原是河套平原主要的小麦种植区，采集35件小麦根系土壤样品对其重金属元素含量进行分析，如表3所示，与国家土壤环境质量二级标准进行比较，分析结果如下：

①Cd：根系土Cd含量范围为0.09μg/g～0.28μg/g，最大值是最小值的3.1倍，平均值为0.19μg/g，远低于国家二级土壤标准。

②Hg：根系土中Hg含量范围为15.9ng/g～112.5ng/g，最大值是最小值的7.1倍，平均含量为34.6ng/g，远低于国家二级土壤标准。

③As：根系土中As含量范围为7.6μg/g～20.0μg/g，最大值是最小值的2.6倍，平均值为15.1μg/g，低于国家土壤二级标准。

④Cu：根系土中Cu含量范围为14.7μg/g～37.5μg/g，最大值是最小值的2.6倍，平均值为28.2μg/g，低于国家二级土壤标准。

⑤Pb：根系土中Pb含量最大值为33.6μg/g，是最小值（18.0μg/g）的1.9倍，平均值为23.8μg/g，低于国家一级土壤标准。

⑥Cr：根系土中Cr含量最大值为101.8μg/g，是最小值（46.5μg/g）的2.2倍，平均值为75.8μg/g，低于国家二级土壤标准。

⑦Zn元素：根系土中Zn含量范围为42.0μg/g～99.4μg/g，

最大值是最小值的2.4倍，平均值为78.1μg/g，低于国家二级土壤标准。

⑧Ni元素：后套小麦根系土中Ni含量范围为16.2μg/g～42.3μg/g，最大值是最小值的2.6倍，平均值为32.8μg/g，低于国家二级标准。

上述元素在后套地区小麦根系土中含量均远低于国家二级标准值，最大值接近一级标准值，绝大部分元素含量未超出国家一级土壤标准值。说明后套地区土壤环境优良，后套小麦根系土的重金属含量均符合标准，未受到污染。除Hg的变异系数为49%外，其他元素的变异系数在15%～24%之间，表明土壤中Hg含量受人类活动的影响较大，其他元素受环境的影响不明显。

2. 小麦根系土、淋滤层、犁耕层土壤元素分布特征

农作物根部从表层土壤即植物根系土中吸收各种重金属元素和营养元素，根系土壤的元素组成特征直接影响其上生长的农作物的生长情况。表层土壤中的部分元素由于受到大气降水淋溶、灌溉水下渗的影响而向土壤深部即淋滤层迁移；犁耕层土壤元素的组成未受到人类活动的影响，基本与母质土壤相同。对小麦根系土、淋滤层和犁耕层土壤中的元素进行分析，对于了解小麦种植区各元素在土壤垂直剖面上的迁移规律具有重要意义。

本次研究在小麦种植区根据研究区重金属元素及营养元素的分布特征共采集了7个土壤剖面，对土壤中Cu、Mn、Mo、P、Pb、S、Zn、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O含量进行了分析（见表4）。用富集系数X表示元素在根系土和淋滤层土壤中相对于犁耕层土壤的富集规律。X>1表示元素富集，X

研究区小麦根系土、淋滤层，犁耕层土壤中各元素的分布具有以下特征：

（1）Cu、Mn、Zn、Fe2O3、MgO、CaO在小麦根系土和淋滤层土壤中都略有缺失，这可能是由小麦作物对其吸收造成的。

（2）Mo在根系土和淋滤层土壤中发生贫化，前者的贫化程度较大，表明小麦作物富集Mo的能力较强，从根系土中吸收了大量的有效Mo，造成根系土Mo贫化，淋滤层土壤中的Mo通过扩散作用进入根系土，使得淋滤层土壤中Mo也略有贫化。

（3）P、Na2O在小麦根系土和淋滤层中大量富集，由于农业土壤中P的主要来源是化肥的施用和污水灌溉，此土壤体系P的输入量已高于输出量，且根系土中的P通过淋溶作用进入淋滤层，造成淋滤层土壤富P，表明人类可以调整施肥量，使资源得到合理分配。

（4）Pb元素在小麦根系土中略有缺失，在淋滤层中略有富集。可能是因为Pb在土壤表层的吸附作用不太大，一部分水溶态的Pb被淋溶进入淋滤层。

（5）S在根系土和淋滤层中都有贫化现象。表明小麦富集S元素的能力较强。

（6）K2O在根系土中略有富集，淋滤层中略有缺失。根系土的富集是由人类施肥造成的，而小麦生长需要大量的钾，淋滤层土壤中钾的有效态部分随着土壤溶液扩散进入根系土。

3. 结论

（1）前套平原小麦中根系土Ca、Hg、As、Pb、Zn、Ni等元素的含量均低于国家二级土壤标准。除Hg元素外，其他元素变异系数在17%～36%之间，变异性均不强，人为因素的影响不大。

（2）后套地区小麦根系土中Ca、Hg、As、Pb、Zn、Ni元素含量均远低于国家二级标准值，最大值接近一级标准值，绝大部分元素含量未超出国家一级土壤标准值。说明后套地区土壤环境优良。

（3）Cu、Mn、Zn、Fe2O3、MgO、CaO在小麦根系土和淋滤层土壤中都略有缺失，Mo在根系土和淋滤层土壤中发生贫化，P、Na2O在小麦根系土和淋滤层中明显富集，Pb元素在小麦根系土中略有缺失，K2O在根系土中略有富集。