吉林延邊鋅元素地球化學(xué)特征及其對蘋果梨品質(zhì)的影響

楊瑩瑩+王冬艷

摘要：以吉林延邊蘋果梨主產(chǎn)區(qū)為研究區(qū)，在系統(tǒng)野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，采用單因子指數(shù)法評價土壤中Zn污染狀況，采用相關(guān)分析方法研究Zn元素的轉(zhuǎn)化吸收特征及其對蘋果梨品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，延邊蘋果梨園的表層土壤Zn元素含量缺乏，不存在Zn污染；有效態(tài)Zn含量充足，土壤肥力等級為豐富；果實中Zn含量小于果品重金屬Zn限量標(biāo)準(zhǔn)，不存在果實Zn含量超標(biāo)現(xiàn)象；Zn元素有效系數(shù)、累積系數(shù)均很低，為微弱轉(zhuǎn)化和極微弱吸收；有效Zn含量與有機(jī)質(zhì)、水解氮含量呈極顯著或顯著正相關(guān)；果實中Zn含量與土壤pH值呈極顯著負(fù)相關(guān)，與其他土壤理化性質(zhì)不存在顯著相關(guān)關(guān)系；果實中Zn含量與蘋果梨總酸含量呈顯著正相關(guān)。

關(guān)鍵詞：吉林延邊；鋅元素；地球化學(xué)特征；蘋果梨；品質(zhì)；超標(biāo)；污染

中圖分類號： S154.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2016）06-0503-03

收稿日期：2015-08-15

基金項目：中國地質(zhì)調(diào)查局項目（編號：022310200049）；吉林省自然科學(xué)基金（編號：201115042）。

作者簡介：楊瑩瑩（1991—），女，遼寧錦州人，碩士研究生，主要從事土地資源調(diào)查與評價研究。E-mail：18744016572@163.com。

通信作者：王冬艷，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事土地資源調(diào)查與評價研究。E-mail：wang-dy@jlu.edu.cn。鋅（Zn）是重金屬元素，又是植物和人體所必需的微量營養(yǎng)元素，其地位和作用相對復(fù)雜，備受國內(nèi)外專家學(xué)者的重視[1-4]。Zn元素對果樹生長起著十分重要的作用，缺Zn會抑制果樹根、莖、葉的生長發(fā)育[5-6]；增加Zn含量會提高果樹的坐果率、增大單果質(zhì)量、改善果實品質(zhì)[7]，但是，Zn含量過量又會產(chǎn)生毒害作用。目前，對Zn元素研究，或是基于其重金屬元素身份多與Cr、Ni、As、Cd等一起被研究[8-9]，或是基于其營養(yǎng)元素身份多與Cu、Fe、B、Mo等一起被研究[10-11]，鮮有對Zn元素既評價其污染風(fēng)險又研究其營養(yǎng)特征的。本研究在系統(tǒng)野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，對吉林延邊蘋果梨園進(jìn)行土壤Zn污染評價，并研究Zn元素轉(zhuǎn)化吸收特征及其對蘋果梨品質(zhì)的影響，以期為蘋果梨的種植規(guī)劃提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1樣品采集地土層概況

樣品采集地為吉林延邊蘋果梨主產(chǎn)區(qū)，其出露地層主要為第四系全新統(tǒng)地層、第三系琿春組地層、上第三系上新統(tǒng)地層、下第三系漸新-古新統(tǒng)琿春組地層、白堊系下統(tǒng)龍井組地層，土壤母質(zhì)主要為酸性巖、基性巖、中性巖、砂巖、黃土狀沉積物、沖積物等。

1.2樣品采集

在研究區(qū)內(nèi)，穿過主要地質(zhì)單元、土壤類型，間距500 m，呈“S”形布設(shè)水平剖面，在剖面上根據(jù)實際土壤類型等因素的變化布置采樣點。（1）表層土壤樣品采集。按樹冠東、南、西、北4個方向采集土樣，采樣深度為40 cm；采樣前，將表層未分解的有機(jī)物、雜草清除，樣點土壤組成混合樣品，四分法留1 kg左右作為待測土樣。50 m范圍內(nèi)設(shè)10個采樣點，共布設(shè)采樣點116個。（2）剖面土壤樣品采集。在研究區(qū)范圍內(nèi)，選擇有代表性的采樣點布設(shè)剖面12個；采樣時，先刮去地表植物凋落物，用取土鉆分層取樣，注意防止不同層間樣品的污染；土壤分層清楚時，分層分段采集土樣，最小樣長為 30 cm，土壤分層不清楚時，取樣采用“段取”方法，即在取樣層內(nèi)，自上而下距30 cm進(jìn)行采集。根據(jù)實際土層的厚度，取土深度60～110 cm不等，分3層，每個樣品取土量為2 kg左右。（3）蘋果梨樣品采集。蘋果梨樣點布設(shè)與土壤樣品對應(yīng)，樣品編號與對應(yīng)的土壤編號相同，同一果園同一品種果樹選5～10株為代表株；每株選取大、中、小和向陽、背陰的果實共15～30個，樣品總質(zhì)量不少于5 kg。

1.3樣品測試

土壤樣品Zn全量采用X-熒光光譜儀測定；有效態(tài)Zn含量按照標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1261—1999《森林土壤有效鋅的測定》，采用全譜直讀等離子發(fā)射光譜儀測定；果實中Zn含量依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DD 2005-03《生態(tài)地球化學(xué)評價樣品分析技術(shù)要求（試行）》，采用X-熒光光譜儀測定。選取39件蘋果梨樣品測試蘋果梨品質(zhì)，指標(biāo)有總酸含量、總糖含量、可溶性固形物含量、維生素C含量、含水量、硬度共6項，總酸含量、總糖含量、可溶性固形物含量、含水量、硬度測試分別參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12456—2008《食品中總酸的測定》、GB/T 5009.8—2003《食品中蔗糖的測定》、GB/T 12295—1990《水果、蔬菜制品可溶性固形物含量的測定》、GB/T 10650—1989《鮮梨》、GB/T 8858—1988《水果、蔬菜產(chǎn)品中干物質(zhì)和水分含量測定方法》執(zhí)行，維生素C含量采用液相色譜法測定。Zn含量測定由國土資源部長春礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成，蘋果梨品質(zhì)指標(biāo)測定由國家農(nóng)業(yè)深加工產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心完成，測試數(shù)據(jù)均服從正態(tài)分布，所以統(tǒng)計時采用算數(shù)平均值。

1.4統(tǒng)計與評價

1.4.1土壤重金屬污染評價土壤重金屬污染評價常采用單因子指數(shù)法[12]，該方法運算簡單，適合區(qū)域內(nèi)單一污染物的評價。計算公式為：

Pi= Ci/Si

。

式中：Pi為土壤中污染物i的污染指數(shù)；Ci為土壤中污染物i的實測值；Si為土壤中污染物i的評價標(biāo)準(zhǔn)值，由于研究區(qū)土壤pH值主要分布在5.5～6.5之間，則研究區(qū)Zn元素土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值為200 mg/kg。Pi≤1，未污染；13重度污染。

1.4.2Zn元素轉(zhuǎn)化吸收特征Zn元素轉(zhuǎn)化、吸收特征分別用有效系數(shù)（Fi）、累積系數(shù)（Ai）來度量，有效系數(shù)為表層土壤中Zn有效態(tài)含量與全量的比值，累積系數(shù)為果實Zn含量與全量的比值[13-14]。

2結(jié)果與分析

2.1表層土壤Zn元素含量特征與污染評價

2.1.1表層土壤Zn元素全量特征由表1可見，吉林延邊蘋果梨園表層土壤的Zn全量均值為63.22 mg/kg，低于吉林省土壤背景值74.39 mg/kg和全國土壤元素背景值 74.20 mg/kg；Zn全量變異系數(shù)為0.33，屬于中等分異型，空間差異較小。

2.1.2表層土壤Zn元素有效態(tài)含量特征土壤元素以有效態(tài)形式被植物吸收利用，所以選取有效態(tài)Zn含量反映土壤的供Zn水平[15]。由表1可見，土壤表層有效態(tài)Zn含量均值為 2.32 mg/kg，根據(jù)《1 ∶ 25萬多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范》推薦的土壤肥力分級標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)有效態(tài)Zn含量在2.0～4.0 mg/kg 之間，肥力等級為豐富；變異系數(shù)為0.39，屬于中等分異型，空間差異較小，但與Zn全量相比，空間差異較為明顯，這表明有效Zn含量并不只受或不受Zn全量的影響[16-17]。

2.1.3表層土壤Zn元素污染評價結(jié)果表明，研究區(qū)污染指數(shù)Pi分布在0.13～0.56之間，小于1，所以不存在土壤Zn污染，土壤狀況良好。

2.2剖面土壤Zn元素含量特征

土壤元素在成土過程中會因自身化學(xué)性質(zhì)差異發(fā)生分異，在土壤剖面上呈現(xiàn)出不同規(guī)律，而土壤發(fā)育階段、成土環(huán)境條件的不同，也會造成元素地球化學(xué)特征的改變[18]。環(huán)境富集系數(shù)為表層土壤元素含量的實測值與深層土壤元素含量實測值之比，是衡量剖面元素地球化學(xué)特征的重要指標(biāo)[19]。由表2可見，隨剖面深度增加，剖面5 的Zn元素含量呈先增加后減少的趨勢，剖面8、剖面9的Zn元素含量呈減少趨勢，剖面11的Zn元素含量呈先減少后增加趨勢，其他8個剖面的Zn元素含量均呈增加趨勢；從環(huán)境富集系數(shù)看，12個剖面整體處于自然和弱貧化狀態(tài)，剖面5、剖面8的環(huán)境富集系數(shù)相對最大，為1.09，處于自然狀態(tài)，剖面10的環(huán)境富集系數(shù)相對最小，為0.46，處于顯著貧化狀態(tài)。這表明隨著種植業(yè)的發(fā)展，植物吸收利用了大量的Zn元素，但人類對土壤Zn元素的補充還不夠。

2.3果實Zn元素含量特征

由表1可見，果實中Zn含量均值為3.85 mg/kg，變異系數(shù)為0.28，屬于中等分異型，空間差異較小。Zn是重金屬元素，食品中含量過剩會損害人體健康，根據(jù)NY/T 423—2000《綠色食品鮮梨》果品中重金屬元素Zn的限量標(biāo)準(zhǔn)為 ≤5 mg/kg，而研究區(qū)蘋果梨樣品中Zn含量最大值為 3.99 mg/kg，因此，研究區(qū)蘋果梨果實中不存在Zn超標(biāo)現(xiàn)象，可以安全食用。

2.4Zn元素轉(zhuǎn)化吸收特征及影響因素

2.4.1Zn元素轉(zhuǎn)化吸收特征結(jié)果表明，延邊蘋果梨園Zn元素有效系數(shù)Fi∈[0.01，0.05）的占73.27%，為微弱轉(zhuǎn)化；Fi∈[0.05，0.1）的占24.14%，為中等轉(zhuǎn)化；Fi∈[0.1，+∞）的占 2.59%，為強(qiáng)烈轉(zhuǎn)化。Zn元素的累積系數(shù)Ai全部小于10，為極微弱吸收。這表明土壤中Zn元素轉(zhuǎn)化率及植物對Zn的利用率均較低，為增加果實中Zn含量，可選取一定濃度的Zn肥進(jìn)行葉面噴施，以滿足植物體對鋅的吸收利用。

2.4.2Zn元素轉(zhuǎn)化吸收的影響因素元素轉(zhuǎn)化吸收受多種因素影響，其中又以元素全量、土壤理化性質(zhì)最為顯著[20-21]。由表3可見，土壤有效Zn含量與Zn全量相關(guān)性不顯著，與有效系數(shù)較低的結(jié)論一致；有機(jī)質(zhì)含量、水解氮含量與有效鋅含量呈極顯著或顯著正相關(guān)，與周國華等研究結(jié)論[22-23]一致；pH值、陽離子交換量與土壤有效Zn含量不存在顯著相關(guān)關(guān)系，與唐麗靜等研究結(jié)論[24]一致；果實中Zn含量與Zn全量相關(guān)性不顯著，與累積系數(shù)較低的結(jié)論一致；果實中Zn含量與pH值呈極顯著負(fù)相關(guān)。

2.5蘋果梨品質(zhì)指標(biāo)含量特征及果實中Zn含量與蘋果梨品質(zhì)相關(guān)性

2.5.1蘋果梨品質(zhì)指標(biāo)含量特征總酸含量隨果實Zn的含量增加呈增加趨勢，當(dāng)果實中總酸含量超過一定濃度時，蘋果梨品質(zhì)會降低。對果實中Zn含量（x）和總酸（y）含量進(jìn)行回歸擬合，擬合結(jié)果為：y=0.065x3-0.685x2+2.377x-0.408，決定系數(shù)r2為0.225。依據(jù)NY/T 423—2000《綠色食品鮮梨》及蘋果梨自身品質(zhì)特征，優(yōu)質(zhì)蘋果梨的總酸含量應(yīng)小于3%，此時果實中Zn含量應(yīng)小于5.78 mg/kg，而果實重金屬Zn的限量標(biāo)準(zhǔn)為≤5 mg/kg，因此生產(chǎn)出的優(yōu)質(zhì)蘋果梨果實中Zn含量也必須≤5 mg/kg。由表4可見，蘋果梨總酸含量在152%～3.52%，這說明部分樣點的蘋果梨達(dá)不到優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.5.2果實中Zn含量與蘋果梨品質(zhì)相關(guān)性果實中Zn含量與蘋果梨總糖含量、總酸含量、可溶性固形物含量、含水量、維生素含量、硬度的相關(guān)系數(shù)分別為-0.133、0.377、-0.268、0.079、-0.015、0.014，除與總酸含量呈顯著正相關(guān)，與果實其他品質(zhì)指標(biāo)不存在顯著相關(guān)關(guān)系，這與玄兆業(yè)研究結(jié)論[25]一致。

3結(jié)論

吉林延邊蘋果梨園表層土壤Zn元素含量均值為 63.22 mg/kg，低于吉林省和全國土壤背景值；表層土壤Zn污染指數(shù)分布在0.13～0.56之間，土壤不存在Zn污染；剖面Zn元素富集程度整體呈自然和弱貧化狀態(tài)，延邊蘋果梨園Zn元素含量缺乏，應(yīng)進(jìn)行適量補充；Zn元素有效態(tài)含量均值為2.32 mg/kg，根據(jù)土壤肥力分級標(biāo)準(zhǔn)，肥力等級為豐富；果實中Zn含量均小于果品中重金屬Zn限量標(biāo)準(zhǔn)，不存在果實Zn含量超標(biāo)現(xiàn)象；延邊蘋果梨園Zn元素有效系數(shù)在0.01～0.05之間的占73.27%，整體為微弱轉(zhuǎn)化，Zn元素累積系數(shù)全部小于10，為極微弱吸收；有機(jī)質(zhì)、水解氮含量與有效Zn含量呈極顯著或顯著正相關(guān)，pH值、陽離子交換量與有效鋅含量不存在顯著相關(guān)關(guān)系；果實中Zn含量與pH值呈極顯著負(fù)相關(guān)，與其他土壤理化性質(zhì)不存在顯著相關(guān)關(guān)系；果實中Zn含量與總酸含量呈顯著正相關(guān)，與果實其他品質(zhì)指標(biāo)不存在顯著相關(guān)關(guān)系；參考果品評價標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)蘋果梨，其果實中Zn含量應(yīng)≤5 mg/kg。

參考文獻(xiàn)：

[1]Mousavi S R. Zinc in crop production and interaction with phosphorus[J]. Australian Journal of Applied Sciences Research，2011，5 （9）：1503-1509.

[2]Mantovi P，Bonazzi G，Maestri E，et al. Accumulation of copper and zinc from liquid manure in agricultural soils and crop plants[J]. Plant and Soil，2003，250（2）： 249-257.

[3]李娟，陳杰忠，黃永敬，等. Zn營養(yǎng)在果樹生理代謝中的作用研究進(jìn)展[J]. 果樹學(xué)報，2011，28（4）：668-673.

[4]楊定清，李任霖，雷紹榮，等. 攀西地區(qū)主要蔬菜水果基地重金屬含量及安全性評價[M]. 成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，2009：15-23.

[5]付春霞. 鋅對蘋果葉片結(jié)構(gòu)發(fā)育、光合及熒光特性的影響[D]. 泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[6]Tavallali V，Rahemi M，Maftoun M，et al. Zinc influence and salt stress on photosynthesis，water relations，and carbonic anhydrase activity in pistachio[J]. Scientia Horticulturae，2009，123（2）： 272-279.

[7]賈永華，李曉龍，牛銳敏，等. 葉面噴鋅對蘋果葉片生長及產(chǎn)量品質(zhì)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（12）：218-220.

[8]Huang S S，Liao Q L，Hua M，et al. Survey of heavy metal pollution and assessment of agricultural soil in Yangzhong district，Jiangsu Province，China[J]. Chemosphere，2007，67（11）： 2148-2155.

[9]李文博，王冬艷，趙一贏. 吉林省中部土壤重金屬元素環(huán)境風(fēng)險評價[J]. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2015，37（3）：346-351.

[10]劉霞，劉樹慶，孫志梅，等. 板栗土壤中微量營養(yǎng)元素地球化學(xué)特征[J]. 水土保持學(xué)報，2009，23（5）：253-256，264.

[11]Tariq M，Mott C J B. Influence of applied calcium-boron ratio on the solubility of nutrient-elements in soil[J]. Journal of Agricultural and Biological Science，2006，1（3）：1-7.

[12]郭偉，孫文惠，趙仁鑫，等. 呼和浩特市不同功能區(qū)土壤重金屬污染特征及評價[J]. 環(huán)境科學(xué)，2013，34（4）：1561-1567.

[13]賀行良，劉昌嶺，任宏波，等. 青島嶗山茶園土壤微量元素有效量及其影響因素研究[J]. 土壤通報，2008，39（5）：1131-1134.

[14]楊小琳，王冬艷，姜琦剛，等. 吉林省黑土區(qū)土壤——作物系統(tǒng)Cd元素轉(zhuǎn)化積累研究[J]. 世界地質(zhì)：英文版，2014，33（3）：687-694.

[15]王冬艷，李月芬，尚媛，等. 吉林延邊地區(qū)土壤鈣元素生態(tài)地球化學(xué)[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報：地球科學(xué)版，2011，41（1）：215-221.

[16]施憲，王東艷，李月芬，等. 吉林西部土壤微量營養(yǎng)元素有效量及其影響因素[J]. 農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)：英文版，2010，11（5）：73-76.

[17]付強(qiáng). 吉林黑土區(qū)鎘元素生態(tài)地球化學(xué)特征及其污染評價[D]. 長春：吉林大學(xué)，2014.

[18]劉爽. 吉林西部葵花種植區(qū)生態(tài)地球化學(xué)研究[D]. 長春：吉林大學(xué)，2008.

[19]廖啟林，金洋，吳新民，等. 南京地區(qū)土壤元素的人為活動環(huán)境富集系數(shù)研究[J]. 中國地質(zhì)，2005，32（1）：141-147.

[20]廖琴，南忠仁，王勝利，等. 黑河流域中部土壤微量元素有效態(tài)含量的空間變異及豐缺評價[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2012，26（2）：108-113.

[21]許黎. 浙江省北部地區(qū)農(nóng)業(yè)土壤微量元素有效態(tài)及影響因素研究[D]. 北京：中國地質(zhì)大學(xué)，2005.

[22]周國華，吳小勇，周建華. 浙北地區(qū)土壤元素有效量及其影響因素研究[J]. 第四紀(jì)研究，2005，25（3）：316-322.

[23]廖琴，南忠仁，王勝利，等. 干旱區(qū)綠洲農(nóng)田土壤微量元素有效態(tài)含量空間分布特征[J]. 環(huán)境科學(xué)研究，2011，24（3）：273-280.

[24]唐麗靜，王冬艷，李月芬，等. 吉林中部黑土區(qū)土壤-作物系統(tǒng)營養(yǎng)元素地球化學(xué)特征[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，46（5）：72-76.

[25]玄兆業(yè). 吉林延邊優(yōu)質(zhì)蘋果梨適生元素地球化學(xué)模型研究[D]. 長春：吉林大學(xué)，2008.