河北省張宣葡萄產(chǎn)區(qū)土壤地球化學(xué)特征*

魏 靜，鄭小剛，張延夕，王彩玲，劉金銅

(1．中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心，河北石家莊 050022； 2．中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049； 3．河北省地質(zhì)調(diào)查院，石家莊 050081； 4．河北省土地整理服務(wù)中心，石家莊 050051)

0 引言

葡萄的種植區(qū)劃更多學(xué)者關(guān)注氣候因素對其影響[1， 2]，而特色農(nóng)產(chǎn)品的生長具有很強(qiáng)的地域選擇性[3]，有“易地而竭，隔界不長”的現(xiàn)象，在氣候、地質(zhì)、地貌等大背景條件相似的情況下，土壤中地球化學(xué)元素含量狀況從微觀層面影響著其特殊品質(zhì)的形成。張宣葡萄早在明清時(shí)期就成為皇家貢品，以“皮薄肉腴汁豐，味道清甜爽口”而聞名，現(xiàn)已獲國家地理標(biāo)志名牌產(chǎn)品，葡萄產(chǎn)業(yè)已成為該區(qū)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)和優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。葡萄種植區(qū)地處世界葡萄栽植黃金地帶，是華北地區(qū)北部極重要的鐵、金、銀多金屬成礦集中區(qū)[4]，由于葡萄種植區(qū)的農(nóng)業(yè)地質(zhì)區(qū)位優(yōu)勢，部分學(xué)者開始探究葡萄種植區(qū)的農(nóng)業(yè)地球化學(xué)特征，對土壤中硒、銅、鋅等個(gè)別元素含量與葡萄品質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析[5， 6]。文章通過開展葡萄產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查工作，獲取土壤22項(xiàng)指標(biāo)的測試分析數(shù)據(jù)，結(jié)合地質(zhì)、地貌等地質(zhì)背景資料，對張宣葡萄產(chǎn)地進(jìn)行系統(tǒng)地土壤地球化學(xué)評價(jià)，為科學(xué)合理規(guī)劃種植區(qū)，因地制宜地?cái)U(kuò)大種植規(guī)模和保護(hù)、開發(fā)名優(yōu)特農(nóng)產(chǎn)品提供地球化學(xué)依據(jù)[7-9]。

圖1 張宣葡萄種植區(qū)分布圖

表1 樣品測試方法

序號測試方法測試指標(biāo)1重鉻酸鉀容量法有機(jī)碳2凱氏蒸餾—容量法氮3電感耦合等離子體質(zhì)譜法鎘、鉻、鎳、銅、鋅、鉛、鍶、錳、鉬4原子熒光光譜法硒、汞、砷5發(fā)射光譜法硼6粉末壓片—X射線熒光光譜法磷、硅、鐵、鉀、鈣、鎂7離子選擇電極法pH

1 評價(jià)區(qū)概況

張宣葡萄種植區(qū)主要分布在張家口市涿鹿縣、懷來縣和宣化區(qū)(圖1)，處于全球葡萄園集中分布緯度帶38～53°之間。種植面積多達(dá)3萬hm2，葡萄年產(chǎn)量可達(dá)50萬t，主要品種有白牛奶、龍眼、玫瑰等。該區(qū)氣候類型屬溫帶亞干旱大陸性季風(fēng)氣候，光照充足，雨熱同季，晝夜溫差大，年平均氣溫7.6～9.1℃，年均日照2 875h，年降水量381～420.2mm，年蒸發(fā)量1 400～2 300mm，無霜期135～140d。

地貌類型為懷涿盆地，是一個(gè)比較封閉小盆地，北靠雞鳴山，南望小五臺、東臨八達(dá)嶺。外圍山高1 000～1 500m，盆底海拔500m左右。洋河和桑干河分別從北西和南西方向進(jìn)入該區(qū)，在盆底部位匯合，再向東匯入官廳水庫。

土壤類型以褐土為主，其次是栗鈣土，沿河流水系分布的草甸土和潮土面積較少； 土壤母質(zhì)主要為殘積物、風(fēng)積黃土和沖洪積物等； 土壤質(zhì)地類型以輕壤土和砂壤土為主。

2 樣品采集及測試分析

依據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價(jià)規(guī)范》(DD2008-06)的要求， 2017年4—9月采集農(nóng)用地0～20cm土壤樣品446件，每件樣品控制面積為25hm2。分析指標(biāo)共計(jì)22項(xiàng)，具體包括有機(jī)碳、氮、磷、氧化鉀、氧化鈣、氧化鎂、銅、鋅、鉬、氧化鐵、錳、硼、二氧化硅、鍶、硒、鉛、鎘、汞、砷、鎳、鉻和pH。

樣品分析委托河北省地礦局第四地質(zhì)大隊(duì)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)，嚴(yán)格按照《生態(tài)地球化學(xué)評價(jià)樣品分析技術(shù)要求》(DD2005-03)和《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1： 250000)》(DD2005-01)規(guī)范要求執(zhí)行，制訂了詳細(xì)的土壤樣品分析質(zhì)量控制方案，通過隨機(jī)插放標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)來監(jiān)控測試結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度，分析方法詳見表1。

3 張宣葡萄產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)地球化學(xué)特征

3.1 葡萄種植區(qū)土壤地球化學(xué)特征

利用MapGIS 6.7提取葡萄種植區(qū)的土壤地球化學(xué)數(shù)據(jù)，與張家口盆地土壤元素含量背景值、河北省平原區(qū)土壤元素含量背景值進(jìn)行對比分析，歸納出張宣葡萄產(chǎn)地的土壤地球化學(xué)特征。

對比分析葡萄種植區(qū)土壤元素含量均值與張家口盆地土壤元素含量均值，見表2。葡萄種植區(qū)土壤偏堿性，pH為8.63；銅、鍶、二氧化硅、氧化鉀含量水平均高于張家口盆地和河北省平原區(qū)背景值，尤以銅最為顯著，含量均值是張家口盆地背景值的2倍，是河北省平原區(qū)背景值的1.94倍，銅元素含量影響著葡萄的品質(zhì)，與葡萄的單粒重呈顯著正相關(guān)，與酒石酸呈負(fù)相關(guān)；鍶含量均值是張家口盆地背景值的1.06倍，是河北省平原區(qū)背景值的1.45倍；二氧化硅和氧化鉀含量略高于張家口盆地和河北省平原區(qū)背景值，呈現(xiàn)土壤質(zhì)地輕壤土性特征，二者與葡萄中酒石酸含量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)[10]。

表2 張宣葡萄種植區(qū)土壤元素含量背景值與張家口盆地、河北省平原區(qū)對比

指標(biāo)張宣葡萄種植區(qū)張家口盆地河北省平原區(qū)指標(biāo)張宣葡萄種植區(qū)張家口盆地河北省平原區(qū)pH8.638.478.16氧化鉀2.432.382.41汞31.5424.1337.7有機(jī)碳0.710.830.82鉛20.7820.6822.56氧化鈣5.496.324.32鎘0.140.130.15氧化鎂1.852.082.07鉻57.3268.3365.21鍶284.37267.07196鋅63.5567.3469.63錳509.24618.46588.89砷8.289.159.5鉬0.690.690.55銅44.4122.1922.95硼35.0234.0746.77鎳23.7728.4728.06硒0.120.140.19氮728.41783.411 049二氧化硅60.7358.2960.58磷932.7814.231 012.52氧化鐵3.724.494.47 注:氧化物和有機(jī)質(zhì)含量單位為%,Hg為μg/kg,pH無量綱,其他為mg/kg

種植區(qū)親鐵元素鉻、鎳、氧化鐵、錳，營養(yǎng)元素氮、有機(jī)碳，有益元素硒、氧化鎂含量相對較少，均低于張家口盆地背景值和河北省平原區(qū)背景值。其中，有機(jī)碳含量為0.71%，分別為張家口盆地背景值和河北省平原區(qū)背景值的85.87%和86.92%；硒含量為0.12mg/kg，分別為張家口盆地背景值和河北省平原區(qū)背景值的87.78%和64.68%。

3.2 葡萄種植區(qū)土壤肥力評價(jià)

土壤綜合肥力得分依照中國地質(zhì)調(diào)查局《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價(jià)規(guī)范》，在土壤全氮、全磷、全鉀單元素含量分級基礎(chǔ)上，按照式(1)計(jì)算獲取。

(1)

式(1)中，fyz為土壤綜合肥力得分；ki為氮、磷、鉀權(quán)重系數(shù)；fi為土壤氮、磷、鉀的單元素等級得分， Ⅴ級、Ⅳ級、Ⅲ級、Ⅱ級、Ⅰ級所對應(yīng)的fi得分分別為1、2、3、4、5分。

葡萄種植區(qū)土壤綜合肥力處于較缺乏狀態(tài)， 75.47%的面積為Ⅳ級； 無Ⅰ級區(qū)； Ⅱ級區(qū)總面積98hm2，占葡萄種植區(qū)總面積的0.45%； Ⅲ級區(qū)總面積3 996hm2，面積比例為18.36%； Ⅴ級區(qū)總面積1 244hm2，面積比例為5.72%。從單個(gè)營養(yǎng)元素分析，葡萄種植區(qū)主要缺乏氮，土壤中氮含量以缺乏為主， 60.28%的樣點(diǎn)土壤氮元素缺乏，缺乏或較缺乏的樣點(diǎn)所占比例高達(dá)90%； 其次為磷，土壤中磷以缺乏—較缺乏為主， 76.27%的樣點(diǎn)土壤磷處于缺乏或較缺乏狀態(tài)； 鉀元素評價(jià)結(jié)果全部為較豐富或適中。

3.3 葡萄種植區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)

按照生態(tài)環(huán)境部/國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布的《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB15618-2018)(表3)，依據(jù)土壤pH、不同用地類型，采用不同的分級標(biāo)準(zhǔn)。其中， Ⅰ類區(qū)重金屬含量低于風(fēng)險(xiǎn)篩選值，農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)低，一般情況下可以忽略。； Ⅱ類區(qū)重金屬含量介于風(fēng)險(xiǎn)篩選值和風(fēng)險(xiǎn)管控值之間，可能存在農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)加強(qiáng)土壤環(huán)境檢測和農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同監(jiān)測，采取農(nóng)藝調(diào)控、替代種植等安全利用措施； Ⅲ類區(qū)重金屬含量高于風(fēng)險(xiǎn)管控值，農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)高，且難以通過安全利用措施降低食用農(nóng)產(chǎn)品不符合質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)等農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)，原則上應(yīng)當(dāng)采取禁止種植食用農(nóng)產(chǎn)品、退耕還林等嚴(yán)格管控措施。

土壤重金屬綜合評價(jià)指數(shù)為各單項(xiàng)指標(biāo)的最高評價(jià)指數(shù)，評價(jià)結(jié)果見圖3。葡萄種植區(qū)整體重金屬環(huán)境質(zhì)量較為清潔，無Ⅲ類區(qū)，全部重金屬元素均未超風(fēng)險(xiǎn)管制值。其中， Ⅰ類區(qū)總面積為2.16萬hm2，占葡萄種植區(qū)總面積的99.26%； Ⅱ類區(qū)總面積為160hm2，面積比例為0.74%。從單個(gè)重金屬元素含量分析，葡萄種植區(qū)主要表現(xiàn)為銅、鎘超標(biāo)，4個(gè)樣點(diǎn)銅含量高于風(fēng)險(xiǎn)篩選值，含量最高值為134mg/kg，位于宣化區(qū)境內(nèi)，葡萄種植區(qū)銅含量相對較高，主要來源于葡萄園種植區(qū)保護(hù)性殺菌劑波爾多液的施用，造成銅的局部累積，化學(xué)肥料的施用是造成鎘超標(biāo)的主要原因；1個(gè)樣點(diǎn)鎘含量高于風(fēng)險(xiǎn)篩選值，含量為0.77mg/kg，位于涿鹿縣境內(nèi)。

圖2 葡萄種植區(qū)土壤綜合肥力評價(jià) 圖3 葡萄種植區(qū)土壤環(huán)境綜合質(zhì)量評價(jià)

表3 2018年農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值與風(fēng)險(xiǎn)管制值mg/kg

序號常規(guī)項(xiàng)目土壤pH值pH≤5.55.57.51鎘風(fēng)險(xiǎn)篩選值水田0.30.40.60.8其他0.30.30.30.6風(fēng)險(xiǎn)管制值1.52.03.04.02汞風(fēng)險(xiǎn)篩選值水田0.50.50.61.0其他1.31.82.43.4風(fēng)險(xiǎn)管制值2.02.54.06.03砷風(fēng)險(xiǎn)篩選值水田30302520其他40403025風(fēng)險(xiǎn)管制值2001501201004鉛風(fēng)險(xiǎn)篩選值水田80100140240其他7090120170風(fēng)險(xiǎn)管制值4005007001 0005鉻風(fēng)險(xiǎn)篩選值水田250250300350其他150150200250風(fēng)險(xiǎn)管制值8008501 0001 3006銅風(fēng)險(xiǎn)篩選值果園150150200200其他50501001007鎳風(fēng)險(xiǎn)篩選值60701001908鋅風(fēng)險(xiǎn)篩選值200200250300 注: ①重金屬和類金屬砷均按元素總量計(jì)。②對于水旱輪作地,采用其中較嚴(yán)格的含量限值

4 結(jié)論

通過對張宣葡萄產(chǎn)區(qū)開展土壤地球化學(xué)評價(jià)，查清了該區(qū)土壤地球化學(xué)特征，與河北省平原區(qū)和張家口盆地相比，葡萄種植區(qū)土壤中銅、鍶、二氧化硅、氧化鉀含量較高，鉻、鎳、氧化鐵、錳、氮、有機(jī)碳、硒、氧化鎂含量相對較少。

(1)調(diào)查區(qū)土壤綜合肥力以較缺乏為主，占調(diào)查區(qū)總面積的75.47%， 5.72%的面積土壤綜合肥力缺乏，無豐富區(qū)，土壤綜合肥力的缺乏主要是氮、磷缺乏引起，土壤中鉀元素含量相對豐富。應(yīng)通過增施化學(xué)肥料提高土壤中氮、磷的含量，以達(dá)到提高土壤綜合肥力的效果。

(2)調(diào)查區(qū)重金屬環(huán)境質(zhì)量較為清潔，99.26%的樣點(diǎn)重金屬含量低于風(fēng)險(xiǎn)篩選值，全部樣點(diǎn)均未超風(fēng)險(xiǎn)管制值。高于風(fēng)險(xiǎn)篩選值的樣點(diǎn)主要表現(xiàn)為銅、鎘超標(biāo)，尤以銅超標(biāo)較為顯著，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，主要由于防治保護(hù)性殺菌劑-波爾多液的使用帶來銅的局部累積，需引起高度重視，避免量變引起質(zhì)變，造成環(huán)境的污染。