＊康鹏宇 刘传朋,2,3* 王伟德 肖丙建 冯爱平 姚永林 赵玉岩

（1.山东省第七地质矿产勘查院 山东 276006 2.山东省金刚石成矿机理与探测重点实验室 山东 276006 3.山东省金刚石成矿机理与探测院士工作站 山东 276006 4.吉林大学地球探测科学与技术学院 吉林 130026）

从生物学角度讲，必需微量元素是指占生物体总质量0.01%以下，且生物体所必需的一些元素。这些元素在土壤中缺少或不能被植物利用时，植物生长不良。从环境角度讲，土壤中的Hg、Cd、Pb、Cr、As、Cu、Zn、Ni八种重金属是土壤中较为常见的元素，又对生物具有明显的毒性效应。其中Cu、Zn既是生命必须的营养元素，又是重金属元素，适量对生物体有益，过量则有害[1]。近年来，土壤中微量元素元素和农作物中微量元素的研究越来越受重视。MALIK等[2]对伊斯兰堡的土壤和野生植物中的重金属富集进行了研究。潘峰等[3]研究了土壤以及小麦、苹果、油菜中Cu、Ni、Cd、Pb、Cr、Zn六种微量金属元素质量分数及其在植物体内的转移、富集能力。本研究选择土壤富硒明显的沂南地区双堠镇作为典型研究区，对土壤和主要经济作物樱桃和西瓜进行系统采样分析测试。利用多元数据统计手段，研究了土壤—植物系统元素富集关系，计算了土壤—水果中元素的富集系数，元素含量与其植物果实品质的相关关系，查明了对水果品质起控制作用的微量元素。

1.材料与方法

样品采集于山东省沂南县（118°14′E，35°28′N）。区域土壤类型以棕壤、褐土、潮土为主，其成土母质主要是残坡积物、洪冲积物和冲积物。研究区内主要种植的经济作物为小麦、玉米、西瓜、樱桃、黄烟等，是山东省重要的粮、烟、瓜、果等生产基地之一。

选择西瓜和樱桃作为典型植物，采样与加工方法如下：

土壤样品：采集0～20cm的表层土壤，去除地表杂物，且5点组合取样。样品中除去动植物残留体、砾石、肥料团块及植物根系等。对于土壤类型单一、作物种类单一的区域，野外分点间距控制在30～50m；对于丘陵、梯田、山谷地区，作物种类复杂、土壤类型复杂的区域，分点间距控制在30m左右，3点组合采样。土壤样品风干后，使用碎样机磨碎，过200目筛后，密封在干燥样品袋中保存备用。

植物样品：采集西瓜和樱桃的全植株。在实验室内，将植株分为根部、茎部和果实三部分，分别用水洗净后，分别处理。根部和茎部用烘箱烘干后，用植物碎样机粉碎，过200目筛后，密封在干燥样品袋中保存备用。果实品质相关指标在保鲜的情况下测试，果实元素测试样品的处理方法与根部茎部相同。

分析测试送吉林大学测试中心完成。土壤、果实中元素含量用ICP-MS测定。果实中总糖用紫外分光光度计测定。果实中总酸用滴定法测定。果实中可溶性固溶物数用显糖度计测定。所有试验均设有3个空白，空白方法同上。

2.结果与讨论

(1)土壤、植物中元素含量特征

分析了149件西瓜、樱桃根系土样品中的微量元素和重金属元素含量（图1、图2）。西瓜、樱桃根系土中微量元素的含量从高到低顺序为：Ti＞Mn＞F＞Sr＞V＞B＞Mo＞Ge＞Se，其土壤地球化学特征相似。该研究区域微量元素Ti的含量最高。西瓜根系土中Se含量较高，超过了山东省背景值。通过对比西瓜和樱桃根系土中的重金属含量，发现除As外，西瓜根系土中的重金属含量普遍高于樱桃根系土中的含量。西瓜和樱桃两种水果种植土壤中的重金属Cr含量均较高，且远高于其他重金属元素含量，值得重点关注。两种水果根系土中的重金属Cu、Zn、Ni、Cr和Cd的含量均超过了山东省土壤背景值，而元素Pb和As的含量均低于山东省背景值。

图1 土壤中微量元素含量

图2 土壤中重金属元素含量

分别分析了30件西瓜和樱桃果实样品中多种元素含量（图3、图4）。西瓜中微量元素Mn、Ge、V和K的含量较高。樱桃中微量元素Mn、V、K、Ca和Mg的含量较高。西瓜和樱桃中都富集微量元素Mn、V和K。对比两种水果中元素含量发现，西瓜和樱桃中同一种微量元素的含量具有区别。特别是两种水果中元素Mn、V、K和Ca的含量差别较大，这表现出不同水果对元素的吸收富集能力不同。西瓜、樱桃中7种重金属的含量高低顺序一致，均是Cr＞Cu＞Zn＞Ni＞Co＞Pb＞Cd。并且Cr、Cu和Zn元素的含量都偏高，这应与根系土中这三种元素的含量较高有关。西瓜和樱桃中重金属Cr、Zn、Cu、Ni和Pb的含量均是依次减少。西瓜中Cd的含量高于As的含量，樱桃中As、Cd含量与西瓜是相反的。

图3 水果中微量元素含量

图4 水果中重金属元素含量

西瓜和樱桃果实样品的Se元素平均含量分别为0.007μg/g和0.009μg/g。参考《四川省富硒农产品含量要求》等标准，西瓜和樱桃样品均满足富硒农产品要求。与绿色食品西甜瓜（NY/T 427-2016）相比，双堠西瓜和樱桃各元素含量均不高于其标准的上限值，属于绿色食品。对比相同微量元素在不同水果中的含量，发现西瓜中元素Mo、Se、Ge、B和V元素的含量高于樱桃中。其余西瓜中的微量元素含量小于樱桃中的含量。

(2)水果品质特征

分别分析了30件西瓜和樱桃样品的可溶性固形物含量。西瓜和樱桃样品的平均可溶性固形物分别为9.06%和14.15%，说明这两种水果的成熟情况较好。西瓜和樱桃的总糖含量均较高，总酸含量很低，说明水果口感偏甜。两种水果的N含量较高，P含量较低，这可能与施用的化肥有关。

(3)西瓜和樱桃的元素生物富集能力

生物富集系数越高，表明植物体内对该元素的富集程度越高，同时也说明植物对该种元素从土壤向体内的迁移能力越强[4-5]。研究表明，西瓜对元素Cd、Mo、Se、Ge和Mg的生物富集系数，以及樱桃对元素Cu、Cd、Mo、Se、Ge和Mg的生物富集系数都大于1，表明西瓜和樱桃易富集这几种元素。从生物富集系数的大小分析，西瓜对Se、Ge和Mg元素的富集系数都较大，樱桃对Ge元素的富集系数较大。说明西瓜和樱桃对Se、Ge和Mg三种元素的迁移能力较强，从而导致他们在水果果实中的富集能力较强。

(4)果实品质与微量元素含量的关系

分析西瓜、樱桃中可溶性固形物、总糖、总酸、N、P共5项营养成分指标与Ca、Na、Mg、Mo、Se、Ge、V、Mn等微量元素指标的相关性（表1）。西瓜营养成分与某些微量元素含量呈较弱或者中等的相关性。可溶性固形物与Mg、Se和Ge元素呈正相关关系，与其他元素呈负相关关系；总糖与Na、Mg、Se、Ge和Mn元素呈正相关关系；总酸与Ca、Na、Mg、Mo和V元素含量呈正相关关系；N含量Ca、Na、Mo、V、Mn呈正相关关系；P含量与Ca、Na、Mg、Mo、Ge呈正相关关系。可以看出不同微量元素对西瓜不同营养成分有一定相关性。Mg、Se、Ge元素可能会促进西瓜可溶性固形物和总糖的吸收。而Se、Ge元素则可能会抑制西瓜的酸和N含量。推测，如果提高樱桃对元素Na、Mo、Se的吸收，则可能提高樱桃的可溶性固形物和总糖，降低总酸，这是一种提高樱桃品质的方法。元素Na、Mg、Mo、Ge元素或许可以促进樱桃对N和P的吸收。可以考虑利用这种相关性提高水果品质。如为了使西瓜中的可溶性固形物和总糖含量增加，总酸含量减少，可以适当的添加Se和Ge元素；为了使樱桃中的可溶性固形物和总糖含量增加，总酸含量减少，可以适当的添加Na、Mo、Se元素。

表1 西瓜和樱桃品质与微量元素的相关性

(5)西瓜和樱桃品质与重金属元素含量关系

分析了重金属Zn、Pb、Cd的含量与西瓜的可溶性固形物含量之间具有弱的相关关系。元素Co和Cd与西瓜中的总糖也是弱正相关的。重金属Cu、Cr、Zn、Ni、Co、Pb、Cd的含量与樱桃的总酸、N和P弱负相关，即这7种重金属中的大多数重金属的含量或许会抑制樱桃总酸、N和P的含量。

3.结论

（1）研究区西瓜果实样品中Se、Ge元素富集系数平均值分别为35.51%、185.9%，樱桃果实样品中Se、Ge元素富集系数平均值分别为11.15%、81.8%，说明两类果实对Se、Ge元素的生物富集效应明显。且果实样品中Se、Ge元素含量均满足富硒农产品和绿色食品要求。

（2）研究区西瓜、樱桃果实品质与特定微量元素含量具有弱或中等的相关性。或许可以考虑利用这种相关性，通过增施特殊元素以提高水果品质。但是，其有效性需要通过进一步的种植试验来进行验证。