成都平原北部杜仲引種馴化栽培區(qū)土壤元素特征*

王玥琳，胡冀珍，陳文德

(1.西南林業(yè)大學(xué) 生態(tài)旅游學(xué)院，云南　昆明650224；2.成都理工大學(xué)旅游與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，四川　成都610059)

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成都平原北部杜仲引種馴化栽培區(qū)土壤元素特征*

王玥琳1，胡冀珍1，陳文德2

(1.西南林業(yè)大學(xué) 生態(tài)旅游學(xué)院，云南昆明650224；2.成都理工大學(xué)旅游與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，四川成都610059)

通過對彭州和什邡杜仲主要引種馴化栽培區(qū)的土壤野外調(diào)查、樣品采集與XRF分析儀分析土壤樣品，研究其土壤元素含量與特征。結(jié)果表明：彭州—什邡研究區(qū)杜仲產(chǎn)地土壤元素含量存在較大差異，除Ca外其余14種元素彭州產(chǎn)區(qū)含量明顯高于什邡；彭州產(chǎn)區(qū)的Ca、Ti、Cr、Fe、Cu、Zn、Sr、Pb、V以及什邡產(chǎn)區(qū)的Ca、Cu、Zn、Pb、Cr含量高于中國土壤元素背景值；兩地各元素含量與克拉克值存在較大差異，除Zn、Pb以及彭州的Sr外，其他均未達(dá)到克拉克值；彭州Cu、Cr與什邡Ca相對富集，什邡Mn貧瘠；彭州土壤元素Ca分布處于分異狀態(tài)，什邡Sr、Ca處于分異狀態(tài)，其他各元素均分布均勻；彭州Cu、Cr含量符合《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級標(biāo)準(zhǔn)，Zn、Pb極接近一級標(biāo)準(zhǔn)，什邡Cu、Cr、Pb含量完全符合一級標(biāo)準(zhǔn)，Zn符合二級標(biāo)準(zhǔn)；聚類分析結(jié)果顯示，V、Fe、K在什邡和彭州土壤中化學(xué)特征相似，Cu、Zn、Cr、Pb一組以及Mn、Y一組也在兩地區(qū)土壤中化學(xué)特征相似。本研究查清了彭州、什邡兩地杜仲產(chǎn)區(qū)土壤的K、Ca、Cu等15種元素含量特征，為當(dāng)?shù)厮幉亩胖俚姆N植結(jié)構(gòu)調(diào)整提供了參考。

土壤化學(xué)特征；元素分析；杜仲；彭州；什邡

杜仲(EucommiaulmoidesOliver)為杜仲科(Eucommiaceae)杜仲屬(Eucommia)多年生落葉喬木，中國特有植物種，是第4紀(jì)冰川侵襲殘留下的樹種之一，被稱為“活化石”，列為國家二級保護(hù)植物[1～2]，其樹皮具有補(bǔ)腎、健腰、強(qiáng)筋、壯骨、安胎、降壓等功效[3]。杜仲中心產(chǎn)區(qū)集中在陜西南部、湖南西北部、四川東部及北部、云南東北部、貴州西及北部、湖北西及西北部、河南西南部[4]。什邡及彭州是杜仲主要生長區(qū)域，是杜仲引種馴化栽培中心。杜仲土壤元素的地球化學(xué)特征是決定藥材質(zhì)量及產(chǎn)量的重要元素之一，但目前國內(nèi)外對杜仲產(chǎn)地土壤化學(xué)特征的研究較少，艾訓(xùn)儒等人初步研究了杜仲對土壤營養(yǎng)元素的富集能力[5]，伍慶等人做了土壤養(yǎng)分因子對杜仲有效成分含量影響的相關(guān)研究[6]，陳文德等人對杜仲的重金屬富集能力及龍門山的杜仲產(chǎn)地土壤化學(xué)特征進(jìn)行了研究[7～8]。基于此，本文通過對四川省彭州、什邡杜仲主產(chǎn)區(qū)土壤元素含量進(jìn)行測定，掌握杜仲產(chǎn)地環(huán)境土壤特征及屬性，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)杜仲規(guī)?；N植及提高杜仲藥材道地性提供參考。

1　研究區(qū)概況

彭州市(103°10′～103°40′E，30°54′～31°26′N)位于成都平原中北部，屬神秘的北緯30°地區(qū)。地處成都平原與龍門山過渡地帶，山、丘、壩俱全，形成了“五山、一水、四分壩”的自然格局。什邡市(103°47′～104°16′E，31°01′～31°37′N)位于成都市西北部與德陽市西南部之間，面積864km2，海拔大部分高于4 000m。區(qū)域內(nèi)水系較為發(fā)達(dá)，屬于沱江水系，大多為西北流向東南。彭州—什邡研究區(qū)土壤主要為黃壤、紫色土。氣候?qū)儆趤啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，冬季氣溫低，夏季多暴雨，氣候溫濕，雨量充沛。年平均氣溫為13.6℃，7～8月最熱，月平均氣溫可達(dá)23℃，1月最冷，平均氣溫為3.7℃，年平均降雨量為938.95mm，降雨多集中在7～9月。

2　材料與方法

2.1土壤樣品采集

在調(diào)查區(qū)內(nèi)，針對杜仲藥材物種，設(shè)立典型調(diào)查樣地30個，樣地面積10m×10m，并詳細(xì)填寫相應(yīng)的樣地調(diào)查表。在布設(shè)的典型樣地內(nèi)采集土壤，同一樣地采集1套土樣，采樣點(diǎn)均利用GPS進(jìn)行定位。每個樣品均在挖取的1m×1m土壤剖面，采集0～20cm土層的土柱，取樣重1～1.5kg，用聚乙烯塑料袋盛裝，系緊袋口編號后，備用。

2.2研究方法

2.2.1杜仲土壤元素的含量

樣品測定使用DELTA手持式XRF分析儀，儀器采用4WX射線管，200μA電流，檢測前挖取新鮮土壤剖面，進(jìn)行儀器校正，完成后開始測定樣品元素含量。根據(jù)前期資料查詢，本次檢測土壤中K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、Rb、Sr、Zr、Ba、Pb、Y等與杜仲相關(guān)的15種地球化學(xué)元素。

2.2.2杜仲土壤元素的濃集系數(shù)特征

濃集系數(shù)(k)表示土壤元素的含量特征，為營養(yǎng)元素的平均含量與對應(yīng)的中國土壤元素背景值的比值。k>1.5為相對富集，k<0.5為顯著貧瘠，0.5

2.2.3杜仲土壤元素的變異系數(shù)特征

土壤元素的變異系數(shù)分析方法參照盛奇[11]。變異系數(shù)越小說明元素分布越均勻，反之則越不均勻，且在局部范圍可能存在相對富集或貧瘠狀態(tài)。

2.2.4土壤元素的等級

本研究根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[12]選取Cu、Cr、Zn、Pb 4種重金屬元素作為有害元素，研究其在土壤中的含量是否符合環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或是否造成污染。

2.2.5土壤元素聚類分析

按照某些相似性或差異性指標(biāo)，定量地確定土壤樣本之間的親疏關(guān)系，并按這種親疏關(guān)系程度對樣本進(jìn)行聚類，將性質(zhì)相近的歸為一類，將性質(zhì)差別較大的歸入不同的類[13]。

2.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2007和SPSS 16.0軟件。

3　結(jié)果與分析

3.1杜仲土壤元素的含量

彭州、什邡兩地杜仲土壤元素含量測量結(jié)果見表1。由表1可知,兩個研究區(qū)內(nèi)土壤元素含量差異明顯，除Ca含量在什邡土壤的含量超出彭州3 000.40μg/g，其他14種元素彭州土壤的含量均大于什邡。其中相差最大的是Fe，差值達(dá)14 147.80μg/g，其次為Ti，差值為1 958.80μg/g，Rb含量在兩個地區(qū)土壤中含量相差最小，差值為3.10μg/g。彭州地區(qū)Ca、Ti、Cr、Fe、Cu、Zn、Sr、Pb、V土壤含量均達(dá)到國家土壤元素背景值，而Zr、Mn、K、Y、Rb、Ba 6種元素土壤含量均低于國家土壤元素背景值，土壤元素含量由大到小排序?yàn)镕e>Ca>K>Ti>Mn>Ba>Sr>Zr>Cr>Zn>V>Rb>Cu>Pb>Y；什邡地區(qū)Ca、Cu、Zn、Pb、Cr各元素土壤含量達(dá)國家土壤元素背景值，Ti、Mn、Fe、Rb、Ba、Sr、Y、Zr、V、K各元素含量則未達(dá)到國家土壤元素背景值，其土壤元素含量大小排序?yàn)镃a>Fe>K>Ti>Ba>Mn>Zr>Zn>Sr>Rb>Cr>V>Pb>Cu>Y。

對比克拉克值(表1)可得，彭州、什邡地區(qū)的杜仲土壤各元素含量均與克拉克值存在較大差異，且大部分元素均未達(dá)到克拉克值，只有Zn、Pb以及彭州地區(qū)的Sr超過克拉克值，且Zn含量遠(yuǎn)超克拉克值。

注：中國土壤元素背景值和克拉克值來源于《中國土壤元素背景值》[9]。

3.2杜仲土壤元素的濃集系數(shù)特征

彭州、什邡杜仲林的土壤元素濃度系數(shù)計(jì)算結(jié)果見表2。

表2　彭州-什邡杜仲土壤元素的特征值

從表2可知，彭州地區(qū)杜仲土壤的Cu(kCu=2.02)、Cr(kCr=1.95)及什邡地區(qū)杜仲土壤的Ca(kCa=1.60)相對富集，而Mn(kMn=0.47)則處于貧瘠水平，兩地區(qū)的其他元素含量均接近標(biāo)準(zhǔn)。濃集系數(shù)由大到小排序?yàn)椋号碇軨u>Cr>Zn>Sr>Ca>Pb>Ti>V>Fe>Y>Zr>K>Rb>Mn=Ba，其中Zn(kZn=1.47)、Sr(kSr=1.42)、Ca(kCa=1.41)均接近富集水平；什邡Ca>Zn>Cu>Pb>Cr>Y>Ti>V>Rb>Zr>K>Fe=Ba>Sr>Mn，Zn(kZn=1.42)同樣接近富集水平。彭州、什邡2地杜仲土壤元素濃集系數(shù)差異明顯。在彭州富集的元素Cu、Cr在什邡地區(qū)則均不富集，而在什邡富集的元素Ca在彭州則不富集。除Ca在兩地區(qū)的濃集系數(shù)為什邡大于彭州(差值為0.19)外，彭州各元素濃集系數(shù)均比什邡大，兩地區(qū)濃集系數(shù)相差最大的是Cr(差值為0.88)，Sr次之(差值為0.84)，相差最小的是Rb(差值為0.03)。由此可見，彭州地區(qū)杜仲土壤元素含量整體比什邡地區(qū)較為豐沛。

3.3杜仲土壤元素的變異系數(shù)特征

元素變異系數(shù)與均勻性等級關(guān)系見表3。

表3　杜仲土壤元素均勻程度等級分布

由表2、表3可知,彭州杜仲產(chǎn)地土壤元素除Ca(變異系數(shù)為75.69%)分布有分異外，其他元素分布均達(dá)到基本均勻及以上；什邡杜仲產(chǎn)地土壤元素中Sr和Ca處于分異狀態(tài)，其中Ca屬于強(qiáng)分異(變異系數(shù)為113.77%)，其他元素變異系數(shù)均小于45%，分布基本均勻。

3.4土壤元素的等級

根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[12](表4)和表1可知，彭州地區(qū)杜仲土壤元素中Cu、Cr含量符合二級標(biāo)準(zhǔn)，Zn、Pb雖然也屬二級標(biāo)準(zhǔn)，但已極接近一級標(biāo)準(zhǔn)；什邡地區(qū)杜仲土壤元素中Cu、Cr、Pb含量完全符合國家一級標(biāo)準(zhǔn)，Zn符合二級標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，兩調(diào)查區(qū)內(nèi)杜仲土壤生存環(huán)境良好，符合國家土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。

表4　土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

3.5土壤元素聚類分析

什邡和彭州地區(qū)的杜仲土壤元素聚類分析圖如圖1～圖2所示，兩地區(qū)的多元素聚類分組存在一定差別。什邡地區(qū)聚類圖譜(圖1)顯示，元素大體可以分為2類，分別為Fe、Sr、Mn、Rb、Y、V、K、Ti、Zr組合和Cu、Zn、Cr、Ba、Pb、Ca組合。前者可進(jìn)一步分為Fe、Sr、Mn、Rb、Y、V、K組合和Ti、Zr組合；后者除Ca元素外，其他Cu、Zn、Cr、Ba、Pb 5種元素構(gòu)成一組。彭州區(qū)內(nèi)聚類圖譜(圖2)顯示，可分為Ca、Sr、Rb、Ba組合和V、Fe、K、Cr、Zn、Y、Zr、Pb、Cu、Ti、Mn組合。前者元素可進(jìn)一步分為Ca、Sr組合和Rb、Ba組合；后者可分為V、Fe、K組合和Cr、Zn、Y、Zr、Pb、Cu、Ti、Mn組合。

對比什邡和彭州杜仲產(chǎn)區(qū)土壤元素的聚類分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)兩者存在一定的相似性。V、Fe、K一組在什邡和彭州均聚為一類，Cu、Zn、Cr、Pb一組以及Mn、Y一組也同樣在兩個地區(qū)都聚為一類。說明這3組元素在什邡和彭州的研究區(qū)內(nèi)土壤的分布規(guī)律相似，其在土壤中受地球化學(xué)作用的影響相近。從圖1～圖2中還可看出，兩個研究區(qū)土壤元素中V、Fe、K均與Ca、Ba屬于不同的分組，且在聚類分析結(jié)果中相距較遠(yuǎn)，說明V、Fe、K與Ca、Ba關(guān)系較為疏遠(yuǎn)，其在土壤中化學(xué)特征相差較大。同樣，Cu、Zn、Cr、Pb一組在兩個研究區(qū)的聚類分析結(jié)果中也均不和Sr、Rb聚為一類，表現(xiàn)出較大的特征差異。

圖1　什邡杜仲產(chǎn)區(qū)土壤元素聚類分析圖

4　結(jié)論與討論

彭州—什邡研究區(qū)內(nèi)土壤元素含量差異較大，除Ca外，其余元素在彭州杜仲產(chǎn)區(qū)土壤內(nèi)含量均大于什邡。彭州杜仲產(chǎn)區(qū)土壤元素中Ca、Ti、Cr、Fe、Cu、Zn、Sr、Pb、V含量均高于國家土壤元素背景值，而什邡地區(qū)只有Ca、Cu、Zn、Pb、Cr 5種元素含量高于國家土壤元素背景值。在與克拉克值的比較中，兩地區(qū)的Zn、Pb以及彭州地區(qū)的Sr高于克拉克值，其余元素均低于克拉克值。

彭州杜仲產(chǎn)地土壤元素含量整體比什邡地區(qū)高。彭州產(chǎn)區(qū)土壤中Cu、Cr相對富集，且Zn、Sr、Ca均接近富集水平，而什邡杜仲產(chǎn)區(qū)土壤中只有Ca相對富集。其余元素在彭州產(chǎn)區(qū)的富集程度也高于什邡。

彭州杜仲產(chǎn)區(qū)土壤元素除Ca分布不均勻外，其余元素分布均較為均勻。什邡地區(qū)則是Sr、Ca處于分異狀態(tài)，其中Ca屬強(qiáng)分異，其余元素分布均勻或基本均勻。Ca作為植物生長所必需的營養(yǎng)元素，在什邡杜仲產(chǎn)區(qū)土壤中可能存在局部范圍相對富集或貧瘠狀態(tài)，這將不利于杜仲在該區(qū)域的生長。在對杜仲種植規(guī)劃與管理中，可施加適量的肥料以補(bǔ)充相對貧瘠的養(yǎng)分，改善該區(qū)域土壤中營養(yǎng)元素分布情況，實(shí)行科學(xué)的栽培管理措施。

彭州及什邡杜仲產(chǎn)區(qū)土壤元素中重金屬元素Cu、Cr、Zn、Pb均達(dá)到國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的二級標(biāo)準(zhǔn)及以上，符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全要求，不會對人體健康造成威脅。杜仲產(chǎn)區(qū)土壤生存環(huán)境良好，沒有受到重金屬元素的污染。聚類分析結(jié)果表明兩地區(qū)杜仲產(chǎn)區(qū)土壤元素中Cu、Cr、Zn、Pb均屬于一類，這4種元素作為有害元素在土壤中擁有相近的化學(xué)特征，分布規(guī)律相似。

雖然研究區(qū)土壤中的Cu、Cr、Zn、Pb 4種有害元素達(dá)到國家二級標(biāo)準(zhǔn)，但其含量均高于國家土壤元素背景值，Zn、Pb高于克拉克值，且都達(dá)到相對富集或接近富集水平，需要相關(guān)部門注意，防止其有害元素大量積累，造成土壤污染。為保證產(chǎn)區(qū)土壤適宜杜仲的種植和生長，需加強(qiáng)對土壤中有害元素含量監(jiān)測，切實(shí)做好防范工作，確保杜仲產(chǎn)區(qū)土壤中有害元素含量控制在安全范圍。

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Soil Element Characteristics of Eucommia ulmoides Oliver Introduction and Domestication Areas in Northern Chengdu Plain

WANG Yue-lin1,HU Ji-zhen1,CHEN Wen-de2

(1.Faculty of Ecotourism,Southwest Forestry University,Kunming Yunnan 650224,P.R.China;2.College of Tourism and the Urban and Rural Planning ,Chengdu University of Technology,Chengdu Sichuan 610059,P.R.China)

By field investigation,sample collection and XRF analysis,the soil element the characteristics of genuineEucommiaulmoidesOliver introduction and domestication areas in Pengzhou and Shifang were studied.The result showed that the soil elements contents in these two study areas were difference.Except Ca,the other 14 elements in Pengzhou were higher than Shifang, the contents of Ca,Ti,Cr,Fe,Cu,Zn,Sr,Pb in Pengzhou and the contents of Ca,Cu,Zn,Pb,Cr in Shifang were higher than the China soil background values.The soil elements contents of the both areas had significant difference with the Clark Value,and most elements contents of the both areas were lower than the Clark Value except the content of Zn and Pb of the two areas and the content of Sr of Pengzhou.Cu and Cr in Pengzhou and Ca in Shifang were relatively concentrated,and the content of Mn was poor in Shifang.The distribution of Ca in Pengzhou was heterogeneous,and the differentiation of Sr and Ca in Shifang was high,in addition,other elements of the two areas were distributed evenly.The contents of Cu and Cr reached the Soil Environmental Quality Standard II,and Zn and Pb were close to Standard I in Pengzhou.The contents of Cu,Cr,and Pb reached Standard I,and Zn meet Standard II requirements in Shifang.The cluster analysis showed that V,Fe,K had similar chemical characteristics in Pengzhou and Shifang,and the that of Cu,Zn,Cr,and Pb group and the Mn and Y group were also similar.

soil chemical characteristics;elemental analysis;EucommiaulmoidesOliver;Pengzhou;Shifang

2015-09-30

四川省教育廳自然科學(xué)重點(diǎn)項(xiàng)目(14ZA0068)，四川科技支撐計(jì)劃(2014SZ0068)，成都理工大學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃。

王玥琳(1990-)，女，碩士生，主要從事土壤元素特征分析方面的研究。E-mail：wangyuelin001@163.com

簡介：胡冀珍(1962-)，女，教授，博士，主要從事生態(tài)旅游資源與環(huán)境管理以及竹文化旅游方面的研究。

E-mail：jizhenhu0359@163.com

S 714

A

1672-8246(2016)04-0084-06

doi:10.16473/j.cnki.xblykx1972.2016.04.014