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物探与化探  2022, Vol. 46 Issue (6): 1555-1564    DOI: 10.11720/wtyht.2022.0084
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黑龙江双阳河流域土壤—水稻—人体系统锗的分布特征、迁移转化及影响因素
梁帅1,2,3(), 戴慧敏1,2,3(), 赵君4, 刘国栋1,2,3, 刘凯1,2,3, 翟富荣5, 韩晓萌1,2,3, 魏明辉1,2,3, 张哲寰1,2,3
1.中国地质调查局 沈阳地质调查中心,辽宁 沈阳 110034
2.自然资源部 黑土地演化与生态效应重点实验室,辽宁 沈阳 110034
3.辽宁省黑土地演化与生态效应重点实验室,辽宁 沈阳 110034
4.中国地质调查局 西安地质调查中心,陕西 西安 710054
5.辽宁省地质矿产研究院有限责任公司,辽宁 沈阳 110034
Distribution characteristics, migration transformation and influencing factors of Ge in soil-rice system in Shuangyang River Basin, Heilongjiang Province
Liang Shuai1,2,3(), Dai Hui-Min1,2,3(), Zhao Jun4, Liu Guo-Dong1,2,3, Liu Kai1,2,3, Zhai Fu-Rong5, Han Xiao-Meng1,2,3, Wei Ming-Hui1,2,3, Zhang Zhe-Huan1,2,3
1. Shenyang Geological Survey Center, China Geological Survey, Shenyang 110034
2. Key Laboratory of Black Soil Evolution and Ecological Effects, Ministry of Natural Resources, Shenyang 110034
3. Key Laboratory of Black Soil Evolution and Ecological Effects, Liaoning Province, Shenyang 110034
4. Xi’an Geological Survey Center, China Geological Survey, Xi’an 110034
5. Liaoning Institute of Geology and Mineral Resources Co., Ltd., Shenyang 110034
全文: PDF(3681 KB)   HTML
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摘要 

土壤锗的自然禀赋、成因来源、生态环境效应及人体健康评估为黑土地生态地质研究的重要方向,开展土壤—水稻—人体系统中锗的分布特征、迁移转化及影响因素的定量研究,对黑土区富锗农产品开发和人体健康具有重要意义。基于双阳河流域1∶5万土地质量生态地球化学调查课题,获取成土母质、表层土壤、水稻籽实、根系土和人发等多介质的锗元素数据,运用GIS、SPSS软件对数据统计分析。结果表明:研究区表层土壤锗含量为(0.996~1.626)×10-6,平均值为1.326×10-6,高值区主要分布在双阳河北侧西北部和南侧中部;划定富锗、足锗耕地面积分别为70.55 km2、166.9 km2,具有开发绿色富锗、富硒农产品的较大潜力。成土母质是影响表层土壤锗含量的最主要因素,土壤类型和土地利用类型影响较小;偏酸性、有机质缺乏的土壤环境可能更有利于锗的富集。水稻籽实锗含量为(0.24~3.40)×10-6,平均值为1.59×10-6,达到中等和强烈摄取标准的样品分别占40%、60%,处于显著富锗水平。锗的生物吸收系数(Ax)与根系土锗含量呈显著负相关(p=-0.34),表明土壤低浓度的锗对水稻生长发育具有促进作用,高浓度的锗对水稻生长具有抑制或毒害作用;与根系土壤pH呈正相关(p=0.40),表明随土壤pH值的增大,水稻对锗元素的迁移转化能力逐步增强。研究区成年人发锗含量处于正常健康水平,但未成年女性头发锗含量显著超过参考值范围,需要开展更为详细的研究进行人体健康评估。
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梁帅
戴慧敏
赵君
刘国栋
刘凯
翟富荣
韩晓萌
魏明辉
张哲寰
关键词 ： 锗,  迁移转化,  水稻,  根系土,  人发,  人体健康,  地质调查工程    
Abstract：

Soil germanium natural endowment, genesis sources, ecological and environmental effects and human health assessment are important research directions in the ecological geology of black soil, and the quantitative study of germanium distribution characteristics, migration transformation and influencing factors in the soil-rice human system is of great significance to the development of germanium-rich agricultural products and human health in black soil areas. Based on the 1∶50,000 ecogeochemical survey of land quality in the Shuangyang River Basin, we obtained germanium and other elemental data from multi-media such as soil-forming parent material, top soil, rice seeds, root soil and human hair, and used GIS and SPSS software to statistically analyze the data. The results showed that the germanium content of the top soil ranged from 0.996×10-6 to 1.626×10-6, with an average value of 1.326×10-6, and the high value areas were mainly distributed in the northwest and central south of the north side of Shuangyang River; 70.55 km2 and 166.9 km2 of germanium-rich and germanium-sufficient arable land were delineated, which had a greater potential for developing green germanium-rich and selenium-rich agricultural products. Soil-forming parent material is the main factor affecting the germanium content of topsoil, and soil type and land use type have less influence; soil environment with acidic and organic matter deficiency may be more favorable for germanium enrichment. The germanium content of rice seeds ranged from 0.24×10-6 to 3.40×10-6, with a mean value of 1.59×10-6, and the samples meeting the moderate and strong uptake criteria accounted for 40% and 60%, respectively, and were at significantly germanium-rich levels. The germanium uptake coefficient (Ax)was significantly negatively correlated with the root soil germanium content (p=-0.34*), indicating that low concentrations of soil germanium have a promoting effect on rice growth and development, and high concentrations of germanium have an inhibitory or toxic effect on rice growth; it was positively correlated with the root soil pH (p=0.40), indicating that the migration and transformation ability of rice to germanium elements gradually increases with the increase of soil pH. Adult hair germanium levels were at normal healthy levels, but germanium levels in immature female hair significantly exceeded the reference range, and more detailed studies are needed for human health assessment.
Key words： germanium    migration transformation    rice    root soil    human hair    human health    geological survey engineering
收稿日期: 2022-02-08      修回日期: 2022-08-03      出版日期: 2022-12-20
ZTFLH:  P632  
基金资助:中国地质调查局项目“东北黑土地1∶25万土地质量地球化学调查”(121201007000161312);中国地质调查局项目“兴凯湖平原及松辽平原西部土地质量地球化学调查”(DD20190520)
通讯作者: 戴慧敏
作者简介: 梁帅(1986-),男,博士,高级工程师,从事基础地质和生态地质研究工作。Email:ls476476@163.com
引用本文:   
梁帅, 戴慧敏, 赵君, 刘国栋, 刘凯, 翟富荣, 韩晓萌, 魏明辉, 张哲寰. 黑龙江双阳河流域土壤—水稻—人体系统锗的分布特征、迁移转化及影响因素[J]. 物探与化探, 2022, 46(6): 1555-1564.
Liang Shuai, Dai Hui-Min, Zhao Jun, Liu Guo-Dong, Liu Kai, Zhai Fu-Rong, Han Xiao-Meng, Wei Ming-Hui, Zhang Zhe-Huan. Distribution characteristics, migration transformation and influencing factors of Ge in soil-rice system in Shuangyang River Basin, Heilongjiang Province. Geophysical and Geochemical Exploration, 2022, 46(6): 1555-1564.
链接本文:  
https://www.wutanyuhuatan.com/CN/10.11720/wtyht.2022.0084      或      https://www.wutanyuhuatan.com/CN/Y2022/V46/I6/1555
Fig.1  研究区区域地质简图
Fig.2  土壤类型及生态样品采集点位
指标 检出限/10-6 分析方法 指标 检出限/10-6 分析方法
As 0.5 AFS Zn 0.6 XRF
B 1 AES Si O 2 * 0.05 XRF
Cd 0.02 ICP-MS Al2 O 3 * 0.02 ICP-OES
Cr 0.90 ICP-MS TFe2 O 3 * 0.02 XRF
Cu 0.29 ICP-MS CaO* 0.03 XRF
Hg 0.0003 CV-AFS MgO* 0.03 XRF
Mn 4 XRF Na2O* 0.03 XRF
Mo 0.06 ICP-MS K2O* 0.02 ICP-OES
N 19 VOL Ge 0.059 ICP-MS
Ni 0.80 XRF Se 0.01 AFS
P 6 XRF pH 0.10 ISE
Pb 0.3 ICP-MS Corg* 0.03 VOL
Table 1  元素分析方法及检出限
范围 样本数 平均值/
10-6		 最小值/
10-6		 25%分位数/
10-6		 中值/
10-6		 75%分位数/
10-6		 最大值/
10-6		 标准差/
10-6		 变异系数 pH
研究区 2746 1.326 0.996 1.264 1.332 1.396 1.626 0.104 0.08 6.96
黑龙江[4] 52 1.600 0.700 1.500 1.600 1.800 2.200 0.150
Table 2  表层土壤锗地球化学参数统计
Fig.3  土壤锗地球化学等级分布
Fig.4  富锗及足锗耕地分布
Fig.5  土壤剖面锗含量投图
土壤
类型		 锗含量/10-6 标准
离差		 变异
系数		 样品
数
最小
值		 中位
数		 最大
值		 算术
平均值
黑土 1.00 1.35 1.63 1.35 0.10 0.07 1116
黑钙土 1.02 1.34 1.58 1.33 0.10 0.08 491
草甸土 1.00 1.30 1.59 1.30 0.11 0.08 1186
Table3  研究区不同土壤类型锗含量特征
土壤利
用方式		 锗含量/10-6 标准
偏差		 变异
系数		 样品
数
最小
值		 中位
数		 最大
值		 算术
平均值
旱田 1.00 1.33 1.63 1.32 0.10 0.08 2163
水田 1.11 1.32 1.45 1.30 0.14 0.11 177
林地 1.00 1.32 1.56 1.31 0.11 0.08 198
草地 1.08 1.28 1.58 1.28 0.11 0.09 81
Table 4  研究区不同土地利用类型锗含量特征
指标 相关系数 指标 相关系数 指标 相关系数
SiO2 0.469** As 0.336** B 0.088**
Al2O3 0.564** Cd -0.023 F -0.096**
TFe2O3 0.539** Cr 0.373** I 0.196**
CaO -0.549** Cu 0.152** Mn 0.359**
MgO -0.341** Hg 0.090** Mo 0.353**
Na2O 0.166** Ni 0.407** S -0.514**
K2O 0.227** Pb 0.452** pH -0.519**
Zn 0.229** Corg -0.391**
Table 5  土壤锗含量与土壤理化指标相关性统计
指标 最小值 平均值 中位数 最大值 标准偏差 变异系数 黑龙江土壤背景值[4]
Ge 0.99 1.31 1.31 1.69 0.17 0.13 1.30
Se 0.14 0.26 0.26 0.43 0.05 0.04 0.20
SiO2 49.66 60.60 60.93 65.41 2.98 0.05 59.9
Al2O3 11.06 13.53 13.51 15.04 0.83 0.06 6.62
TFe2O3 3.60 4.67 4.64 5.84 0.48 0.10 2.94
CaO 1.63 4.09 3.35 12.06 2.16 0.53 1.54
MgO 1.06 1.48 1.51 1.85 0.14 0.09 0.78
K2O 1.90 2.37 2.39 2.60 0.15 0.06 0.99
Na2O 1.15 1.52 1.52 1.95 0.16 0.11 1.02
As 6.80 9.93 9.69 15.10 1.55 0.16 7.30
Cd 0.04 0.12 0.11 0.25 0.04 0.38 0.09
Cr 48.10 64.08 64.40 78.40 6.65 0.10 58.6
Cu 17.70 23.85 23.70 30.00 2.84 0.12 20.0
Hg 0.01 0.02 0.02 0.04 0.01 0.27 0.04
Ni 20.90 28.87 28.76 35.93 3.54 0.12 22.8
Pb 14.30 21.89 22.20 26.30 2.44 0.11 24.2
Zn 49.22 65.97 64.74 85.50 7.29 0.11 70.7
Mo 0.39 0.53 0.53 0.75 0.08 0.16 1.80
N 1733.7 2918.8 2922.5 4387.7 575.1 0.20 2215
P 764.0 1012.4 1005.0 1331.0 109.27 0.11 747
pH 6.07 7.96 8.06 8.77 0.45 0.06 6.60
Corg 1.91 3.22 3.22 4.91 0.62 0.19 2.41
Table 6  61件水稻根系土部分元素地球化学参数统计
元素 最小值 平均值 中位数 最大值 标准偏差 变异
系数
Ge 0.24 1.59 1.59 3.40 0.73 0.46
Se 0.02 0.03 0.03 0.06 0.01 0.20
Cu 0.87 1.69 1.73 3.62 0.54 0.32
Zn 6.98 12.16 11.92 19.18 1.98 0.16
Mo 0.10 0.25 0.24 0.51 0.10 0.39
Table 7  61件水稻籽实部分元素地球化学参数统计
Fig.6  水稻根系土及籽实锗含量分布对比
元素 Ge K2O CaO Na2O MgO Al2O3 SiO2 TFe2O3 S Corg pH
相关系数 -0.34 -0.05 2.49 0.03 -0.10 -0.03 -0.01 0.03 -0.07 0.11 0.40
元素 Se As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn B Mo
相关系数 0.16 0.13 0.21 -0.04 -0.02 0.04 -0.08 -0.05 0.02 0.02 -0.10
Table 8  水稻锗吸收系数与根系土理化指标相关性统计
性别/年龄 样本 最小值 平均值 最大值 标准差 CV/% 参考值1[35] 参考值2[36]
女/未成年 6 1.826 5.927 9.227 2.643 44.59 0.10~4.48
女/成年 19 1.084 2.542 5.805 1.599 62.90 0.41~5.69 2.2
男/未成年 3 1.519 1.762 2.175 0.359 20.37 0.12~4.56 (0.9~3.7)
男/成年 4 2.161 3.186 4.044 0.853 26.77 0.34~5.81
Table 9  人发锗含量统计参数
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