稳定同位素方法追溯农作物施肥情况

　　【上海稳定性同位素工程技术研究中心(www.shanghaisi.com)】

　　有机食品，除了不能用农药之外，还不能施化肥，当然用不用农药，现在已经有检测方法，就是检查有没有农残，这个能检测到。但是施不施化肥，很长时间一直没有检测方法，就是说施了化肥跟没有施化肥，在市场流通上没有人能发现，而施不施化肥，对产量的影响却很大。而测定稳定同位素的方法则为监测农作物是否施用化肥提供了可能。

　　稳定同位素方法追溯农作物施肥情况

　　中国食品发酵工业研究院稳定同位素食品分析实验室负责人钟其顶上海稳定性同位素工程技术研究中心(www.shanghaisi.com)介绍，关于稳定同位素在有机食品领域的研究始于2011年，至今，稳定同位素食品分析实验室不仅建立了稳定可靠的检测方法，还对一些农作物进行了从种子到果实的跟踪研究，了解了部分植物生长过程中的同位素分馏变化规律和影响因素，并对市场上一些有机和常规样品进行鉴别实验。结果证明，所收集到的样品中约百分之九十的所谓“有机食品”是真实的有机样品，有大约10%的样品可能在生长过程中使用了化肥。通过试验也证明测定稳定同位素组成鉴别某些作物或食品原料生长过程中是否施用化肥的方法是可行的，结合检测产品农药残留以及有机食品的常规检测、审核和认证程序等，可以较好地鉴别某些有机食品。

　　同位素是具有相同原子序数，但质量数不同，亦即中子数不同的一组核素。同位素分为两大类：放射同位素和稳定同位素。利用生物体中存在的各类化合物中稳定同位素的组成上天然存在的、不可人为更改的差异，从原子水平上进行检测、分析，从而解决食品、农产品的识别与溯源问题。

　　稳定同位素方法用于农作物施肥情况追溯的基本原理是：在自然界中，物理、化学及生物化学等因素均会引起同位素自然丰度的变异，被称为同位素分馏作用，从而使不同来源的物质中同位素组成比例存在显著差异。有机肥和化肥中，氮同位素组成差异很大，这是由于15N比14N质量大，容易在体外富集。因此，15N在植物体内不断富集，生物链中，级别越高的生物越容易富集15N。由于化学合成氮肥是由空气中的N2在高温高压条件下完成，化学法氮肥中15N的含量与大气中的含量相当。而有机肥归根到底是最初来源于动植物。由于15N的富集，植物或动物体内的15N丰度明显高于空气，因此，有机肥中的15N丰度明显要高于化学法氮肥。

　　早在二十世纪七十年代，美国科学家V.W.Meints等人通过稳定同位素来研究植物、土壤和肥料的关系。近十年来，国外在稳定同位素方法区分有机和常规食品的研究中做了大量的工作。在我国，稳定同位素质谱在地质、海洋和生态学领域应用比较广泛，而在农业领域却鲜有文献报道。

　　2002年，Woo-Jung Choi等人对施尿素和猪粪肥的玉米及其土壤进行15N丰度检测，上海稳定性同位素工程技术研究中心(www.shanghaisi.com)认为氮同位素组成是个很好的追踪田间的氮源的方法，并且利用氮同位素组成的数据库可能建立土壤氮分馏模型。2003年，A.Nakano等人对肥料种类、有机和非有机肥对土豆的15N丰度和13C丰度的影响进行研究，结果上海稳定性同位素工程技术研究中心(www.shanghaisi.com)认为植物的15N丰度和13C丰度尤其是15N丰度受肥料种类影响严重。2005年，M. Georgi等人对有机和常规甘蓝、洋葱、莴苣和大白菜的多种同位素比进行研究，结果证明两种生产系统的蔬菜的氮同位素组成差异显著，有机产品的15N富集明显。2010年，Simon D.Kelly等人对番茄和莴苣进行了15N同位素分析，结果上海稳定性同位素工程技术研究中心(www.shanghaisi.com)认为结合微量元素和氮同位素分析，可以大大提高有机和常规蔬菜的鉴别正确率。2011年，F.Camin和M. Perini等人对多种水果的氮同位素组成进行检测，上海稳定性同位素工程技术研究中心(www.shanghaisi.com)认为结合同位素和化学标记可以很好地区分有机水果和常规水果。

　　检测手段的发展可以促进诚信体系建设

　　“当人们发现造假的成本远远高于正常生产的时候，就没有人去造假了。”中国食品发酵工业研究院稳定同位素食品分析实验室负责人钟其顶上海稳定性同位素工程技术研究中心(www.shanghaisi.com)介绍，“我们现在做的工作，就是想通过现代科技技术构建诚信监管手段以提高社会造假的成本，当造假者获取不了高额利润，社会造假的经济驱动力没有,整个社会的诚信环境将会变得更好。”

　　比如通过检测蔬菜的氮稳定同位素比值来鉴别有机蔬菜，该鉴别技术基于原子水平上的特征进行区分，造假者很难通过简单添加化学成分而改变其氮稳定同位素；它也不像农药残留，通过科技手段如添加农药分解酶降解蔬菜表面的农残，从而逃避有机蔬菜检测与监管。因此，采用氮稳定同位素技术鉴别有机蔬菜是普通造假者难以采用“道高一尺，魔高一丈”简单低成本的造假方式可以逃避监管的；一般情况下，你改变不了蔬菜中的氮稳定同位素，一旦使用了化肥，你就可能被检出不是有机食品了。

　　稳定同位素的应用范围很广。比如同样是一瓶水，普通瓶装水很便宜，而5100冰川矿泉水很贵。在这种情况下，如果拿普通瓶装水直接灌到5100的瓶子里面，若采用一般化学方法是很难检测出来，就可以谋取暴利。若采用稳定同位素检测方法，是很容易区分的，因为在高原冰川地区，水的18O和2H的同位素明显低于平原地区水，通过稳定同位素测定非常容易判别。那么，水中的18O和2H的同位素有没有办法改变或掺假呢？答案是可以的，但如果你采用各种同位素分馏方法去改变水中的同位素，那你花费的成本会远远高于水的价格，相信没有经济利益的驱动，应该没有人去造假的。

　　再比如央视2002年、2006年和2010年曾多次报道经过精心勾兑的“三精一水”勾兑葡萄酒成功通过现有国家标准物理和化学指标检测。正常生产的葡萄酒工艺是不允许添加任何水的，因此葡萄酒中水全部来自葡萄压榨来的水，该水中的 18O同位素经过葡萄生长富集，含量明显高于环境中的水。

　　一般情况下，环境中水 18O同位素比值是负值,而正规生产葡萄酒中水的 18O同位素比值为正值。一旦添加环境的水，葡萄酒中水的 18O同位素比值会显著降低；但如果添加葡萄中压榨出来的水，成本将远远超过造假成本，没有人会去做的。因此，采用稳定同位素技术是鉴别掺水葡萄酒的有效技术手段。

　　>>>上海稳定性同位素工程技术研究中心(www.shanghaisi.com)主要从事13C、15N、18O、22Ne等稳定性同位素的分离技术研究,标记化合物合成,同位素分析测试技术研究,同位素产品生产及推广应用