辽宁地区小米矿物元素与母壤矿物质的相关性研究*

赵闪闪张一凡*肖志刚 路飞 袁媛 曲凌霄 白雪 李伟娜

（沈阳师范大学粮食学院，辽宁沈阳110034）

辽宁地区小米矿物元素与母壤矿物质的相关性研究*

赵闪闪**张一凡***肖志刚 路飞 袁媛 曲凌霄 白雪 李伟娜

（沈阳师范大学粮食学院，辽宁沈阳110034）

谷子（Setaria itatica Beauv）又称粟，是我国古老栽培作物之一。小米是谷粒去壳后的产品，是我国北方人民的一种传统食品，其种植范围主要集中在北方干旱及半干旱地区。植物中矿质元素的含量和其生长的环境密切相关，不同地域土壤中矿质元素含量不同，因此不同地域来源的植物中矿质元素的含量也存在差异。电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）具有灵敏度高、分析速度快、能同时测定多种元素的优点。本文拟通过ICP-AES测定几种不同产地小米中矿质元素的含量，并分析小米中矿质元素与其母壤中矿质元素含量的相关性，旨在为小米的引种栽培提供科学的研究依据。

1　材料与方法

1.1原料

2014年9月采集辽宁省朝阳市柳城镇小米（朝谷13号）、七道泉子小米（朝谷13号）和辽宁省阜新市蒙古族自治县红帽子乡小米（辽宁1号）及其母壤样品。

VISTA-MPX电感耦合等离子体原子发射光谱，等离子体发射光谱仪；DHG-9146电热鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司；Heal Force NW超纯水系列，立新仪器有限公司；FW-100高速万能粉碎机，汇尔仪器有限公司；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器，上海锦斌实验仪器设备；TB114电子分析天平，北京赛多利斯仪器有限公司。

所有试验用玻璃仪器均为洗净后在1：9硝酸溶液中浸泡过夜后用去离子水多次冲洗，晾干备用。

1.3试剂

硝酸，广州省精细化学品工程技术研究开发中心；高氯酸，天津政成化学制品有限公司；氢氟酸，沈阳新化试剂厂；以上试剂均为优级纯。

标准储备液：混合标准液用基体匹配法配制，根据分析元素浓度的大小逐级稀释成标准系列的工作液，单标储备液购自国家标准物质研究中心，浓度均为1 μg/mL，试验用水为去离子水。

1.4试验方法

1.4.1样品预处理

相比较那些大型的水利工程而言，中小型水利工程的质量把关难度系数更大。其规模小、成本低、投入的资金少，但是要求功能齐全，因为中小型大多建设在成真周边地区，严重危及到集中人口的生活圈，因此需要很强的专业性和苛刻的施工条件，而且质量很难把控。还有就是关于中小型水利工程的质量监管体系不完整。

小米：挑出样品中的石子、杂草等杂质，然后分别依次用蒸馏水、去离子水冲洗干净，放入60 ℃烘箱中干燥1 h，用FW100高速万能粉碎机将小米磨制得到小米粉，过80目筛。

土壤：挑出土壤样品中的石子、杂草等杂质，在20 ℃～25 ℃室温下自然风干，研磨，过80目筛，备用。

1.4.2样品的消解

小米：准确称取0.500 0 g小米粉于高压消解罐中，加入混酸8 mL（硝酸∶高氯酸=4∶1），再将消解罐放入烘箱中100 ℃消解1 h，将温度升到160 ℃消解3 h，消解后得到澄清透明的溶液，在集热式恒温加热磁力搅拌器上油浴赶酸至1 mL～2 mL后，用去离子水定容至50 mL，同时做空白样。

土壤：准确称取0.300 0 g土壤样品，放于聚四氟乙烯内胆中，加入3 mL浓硝酸进行预消解，再加入2 mL高氯酸、5 mL氢氟酸，将消解罐放入烘箱中100 ℃稳定1 h后将温度升高到180 ℃消解5 h，消解后得到澄清透明溶液，在集热式恒温加热磁力搅拌器上油浴赶酸至1 mL～2 mL后，用去离子水定容至25 mL，同时做空白样。

1.4.3元素含量的测定

样品经过消解后采用ICP-AES法测定其中的矿质元素，对试验条件进行了优化选择，其工作条件为：功率1.0 kW；冷却器流量15 L/min；雾化器工作气压55psi；泵率1.5 mL/min；检测器为CID检测器。利用用ICP-MS测定样品中的Zn、Fe、Mg、Cu、Ca、Mn、Cr、Cd和Ni9种元素的含量，每个样品重复测定3次，用外标法进行定量分析。

2　结果与讨论

2.1小米与土壤样品中矿质元素含量分析

不同区域小米与土壤样品中矿质元素的测定结果见表1。由表1可知，3个地区的小米均呈现出Mg含量最高，Cd含量最低的规律。阜新市和柳城镇的小米中Zn元素含量存在明显差异，且它们和七道泉子小米中Zn含量的差异性不明显；柳城镇和七道泉子的小米中Fe的含量存在显著性差异，而两地区Fe的含量与阜新市小米中Fe含量的差异性均不明显；3个地区小米Mg、Cr、Mn含量均存在显著性差异，Ni的含量无显著性差异；柳城镇和七道泉子的小米中的Cu、Ca含量无显著性差异，而两地均与阜新市小米中Cu、Ca的含量有显著性差异。

表1　不同区域小米样品矿质元素的含量

不同区域土壤中矿物元素的含量差异也较大，3个区域小米中Fe的含量均为9种矿质元素中含量最高的元素，Cd为9种矿质元素中含量最低的元素。3个地区小米中Mg的含量均高于其母壤中Mg的含量，除Mg外各地小米中的矿物元素含量均低于土壤中矿物元素含量。

2.2小米对其母壤中元素含量的富集系数

植物对土壤元素的吸收富集能力可以用富集系数（或吸收系数或累积系数）来表示。富集系数是植物体内某种元素的浓度与土壤中该元素的浓度之比。

植物对其母壤中矿物元素的吸收富集能力不仅与植物对元素的需求量有关，还与土壤中该元素的含量及形态等有关。综合考虑土壤环境及植物本身特性的吸收机制可以较好的预测植物对土壤矿物元素的富集规律。小米对土壤中矿质元素的富集系数如表2所示。由表2可知，仅阜新市和七道泉子小米对Mg元素的吸收大于1，其余的均远小于1，表明植物对这些元素的吸收富集能力较弱，由于这些区域土壤中Fe、Ca的含量过高，使得小米体内Fe、Ca的富集系数偏低。从表中还可以看出，各地小米对Cd的富集系数为0。另外，各地区的富集情况基本表现为：阜新市小米＞七道泉子小米＞柳城镇小米。

表2　小米对土壤中矿质元素的富集系数

表3　小米与其母壤中矿质元素的相关系数

2.3小米矿质元素与其母质土壤中矿质元素含量的相关性分析

采用IBM SPSS Statistics 20.0统计软件对样品中的矿质元素进行相关性分析，小米中矿质元素含量与土壤中矿质元素含量之间存在着不同程度的相关性，这种相关性是建立起小米和其母壤中关系的重要依据。由表3可知，土壤中Zn、Mn分别和小米中Cr、Cu具有显著的相关性；土壤中的Fe和小米中的Fe、Mn具有显著相关性，且均为正相关；土壤中的Ni与小米中的Mg、Ni、Cu、Ca、Mn具有显著的相关性，相关系数分别为0.979、-0.886、0.906、0.875、0.908；土壤中的Cd、Cu、Ca分别和小米中的Cr、Cu具有显著相关性；土壤中的Ca和小米中的Ca具有相关性；土壤中的Ni和小米中的Mg、Ni、Mg具有显著的相关性，相关系数分别为0.966、-0.827、0.940。

土壤中各元素对小米中相同矿物元素的相关系数如图1所示。由图1可知，土壤和小米中的Fe、Ni、Cu、Ca均有显著的相关性，且除了与Ni成显著负相关外，与其他3种元素呈显著正相关。

图1　土壤中各元素对小米中相同元素的相关系数图

土壤中各元素对小米中Zn和Ni的相关性如图2所示。由图2可知，土壤中各元素与小米中的Zn都没有显著相关性，而土壤中的Cr和Ni均与小米中的Ni呈显著负相关。

图2　土壤中各元素对小米中Zn、Ni的相关系数图

土壤中各元素对小米中Fe和Cr的相关性如图3所示。由图3可知，土壤中的Fe和小米中的Fe呈显著正相关；土壤中各元素与小米中Cr的相关系数均小于0，且土壤中的Zn、Cd、Cu、Ca、Mn与小米中的Cr呈极显著负相关。

图3　土壤中各元素对小米中Fe、Cr的相关系数图

土壤中各元素对小米中Mg和Mn的相关性如图4所示。由图4可知，土壤中的Ni与小米中的Mg、Mn呈极显著正相关，土壤中的Fe和Cr与小米中的Mn呈显著性正相关。

图4　土壤中各元素对小米中Mg、Mn的相关系数图

土壤中各元素对小米中Cd、Cu、Ca的相关系数关系如图5所示。由图5可知，图中土壤中各元素对小米中Cu、Ca相关系数大致相同，且相关系数均大于0，而小米中的Cd与土壤中各个元素间的相关系数均为0。土壤中的Zn、Cr、Cu和小米中的Cu呈显著正相关，土壤中的Cr、Ca和小米中的Ca具有显著相关关系，且均为正相关。

图5　土壤中各元素对小米中Cd、Cu、Ca的相关系数图

3　结论

植物中矿质元素的含量和其生长的环境密切相关，不同地域土壤中矿质元素含量有其不同的特征，因此不同地域来源的植物中元素的含量存在差异。研究的3种小米中矿物元素含量存在一定差异，但是同种小米中不同矿物元素的含量大小顺序基本相同。

研究结果表明，除Mg外，土壤中9种矿物元素的含量均高于相应产地小米中的相应矿物元素的含量，但是不同产地不同种类矿物元素的吸收系数也不尽相同，其中小米对土壤中Cr的吸收最低为0，这是因为小米植株对土壤中矿质元素的吸收是多种因素综合作用的结果，其不仅与土壤中矿质元素的含量有关，还与土壤的温度、土壤的通气状况、土壤溶液浓度、土壤的pH值等有关。

在小米及其母壤中矿质元素的相关性分析中，小米中的Mg、Cr、Cu等元素与其母壤中多种矿物元素间存在显著的相关性。将小米及其母壤的矿质理化指标和矿物质含量与现代统计技术相结合，能否区分不同产地生产的小米，还需进一步对各种不同产地的小米及其母质土壤中的矿质元素进行系统的研究。

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The correlation study between Liaoning regional mineral elements of millet and it's parent soil*

ZHAO Shanshan**ZHANG Yifan***XIAO Zhigang LU Fei YUAN Yuan QU Lingxiao BAI Xue LI Weina
（Department of food science，college of grain science and technology，Liaoning Shenyang 110034，China）

为了分析小米和其母质土壤中矿物元素的相关性，分别以辽宁省阜新蒙古族自治县红帽子乡、辽宁省朝阳市柳城镇和七道泉子3个区域的小米及其母质土壤为研究对象，采用电感耦合等离子原子发射光谱法（ICP-AES）测定样品中的矿物元素含量，并用IBM SPSS Statistics 20.0进行相关性分析。结果表明，除Mg外，小米中其他8种矿物元素的含量均低于其母壤中相应的矿物元素含量，小米对土壤中矿物元素的吸收能力普遍较弱，土壤中Zn、Cr、Cd、Ni、Ca、Mn的含量与小米中多个元素含量显著相关。

电感耦合等离子原子发射光谱；矿质元素；小米；土壤；相关性

The aim of the paper is to study the correlation between mineral elements of millet and it's parent soil. Millet sample were collected from three different areas located in fuxin city and chaoyang city ，Liaoning province. Mineral element content in millet were measured by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry（ICP-AES） and data analysis was done by IBM SPSS Statistics 20.0 correlation analysis. Results showed that except Mg，other 8 kinds of mineral element content in millet were lower than that of it's parent soils. Generally，it could be found that the absorption of mineral element in soil was weak，but it was clear that the content of Zn、Cr、Cd、Ni、Ca、Mn in the soil were significantly correlated with the content of these elements in millet.

ICP-AES；mineral elements；millet；soil；the correlation

TS212.2

A

1673-6044（2016）01-0015-05

10.3969/j.issn.1673-6044.2016.01.006

沈阳师范大学大学生创新基金项目（2014016622015）。

**赵闪闪，女，1992年出生，沈阳师范大学粮食学院在读本科。

***张一凡，通讯作者，E-mail：Even.home@163.com.

2016-01-11