立體經(jīng)營下土壤重金屬特征分析與評價

華偉平 葉宏萌 武佳慧 李 靈 張傳海 林志鑾 蔡培玲

摘 要：為了解立體經(jīng)營下土壤中的重金屬含量，以天然闊葉林、人工闊葉林、杉木林、毛竹林4種林分類型的土壤為研究對象，測定各林下土壤Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni等6種重金屬元素的含量，運用單項污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法，從單個因子和綜合污染2個方面對6種重金屬元素的含量進(jìn)行評價。結(jié)果表明，天然闊葉林、人工闊葉林、杉木林、毛竹林的土壤重金屬含量均處于安全范圍內(nèi)，土壤清潔、非污染。Zn元素含量等級高，Cd含量最低，

含量倒數(shù)第2。Zn、Pb、Ni等3種元素在不同林分中的平均含量排序存在一定的差異，天然闊葉林和毛竹林的排序相似，平均含量排序為：Ni>Cu>Pb;人工闊葉林和與杉木林的排序相似，Pb>Cu>Ni。通過6個元素平均含量在不同林分下的對比，發(fā)現(xiàn)天然林闊葉林的所有含量均低于其他林分。

關(guān)鍵詞：土壤重金屬;單項污染指數(shù)法;內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法;立體經(jīng)營

中圖分類號 X53文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 1007-7731（2020）07-0112-05

Abstract： In order to understand the content of heavy metals in the soil under three-dimensional management， the soil of four forest types including natural broad-leaved forest， artificial broad-leaved forest， Cunninghamia Lanceolata forest and Phyllostachys heterocycla forest was taken as the research object.According to the detection method， the content of six heavy metals in the soil under each forest was determined， including Cu， Zn， Pb， Cr， CD， Ni， etc.the single pollution index method and the Nemero pollution index method were used， from two aspects of single factor and comprehensive pollution Evaluation on the content of six heavy metal elements.The results showed that the contents of heavy metals in the soil of natural broad-leaved forest， artificial broad-leaved forest， Cunninghamia Lanceolata forest and Phyllostachys heterocycla forest were all in a safe range， and the soil was clean and non polluted.The content of Zn is high， Cd is the lowest and Cr is the second lowest.The average content of Zn， Pb， Ni in different stands was different.The average content of natural broad-leaved forest and moso bamboo forest was Ni > Cu > Pb， and that of artificial broad-leaved forest and Chinese fir forest was Pb > Cu > Ni.From the comparison of the average contents of six elements in different stands， it is found that all the contents of natural broad-leaved forest are lower than other stands.

Key words： Soil heavy metals; Single pollution index method; Nemerow index; Stereoscopic management

隨著化學(xué)藥品不良反應(yīng)的不斷出現(xiàn)，國內(nèi)外醫(yī)藥市場對中藥材的需求量不斷增加，中藥材的應(yīng)用領(lǐng)域也不斷增大，開發(fā)利用的途徑越來越廣泛[1-4]。作為中國傳統(tǒng)醫(yī)藥文化的重要組成部分，中藥材獨有的優(yōu)勢和特色越來越受到全世界的重視。而中藥材質(zhì)量好壞與否，將直接影響到患者的生命安全和醫(yī)療效果[5]。

《國務(wù)院關(guān)于扶持和促進(jìn)中醫(yī)藥事業(yè)發(fā)展的若干意見》中明確指出，要促進(jìn)中藥資源的可持續(xù)發(fā)展。中藥材產(chǎn)業(yè)是福建省綠色腹地的比較優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)和最具競爭力的產(chǎn)業(yè)之一，具有廣闊的發(fā)展前景。自2007年起，福建省閩北地區(qū)不斷開展類似“非木質(zhì)資源利用”的試點工作，大力推廣林果、林花和林藥等10多種林下套種的經(jīng)營方式。據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)前閩北地區(qū)林下種植面積超過6.67萬hm2、總產(chǎn)值高達(dá)11.04億元。而按照規(guī)劃，截至2020年，閩北地區(qū)林下經(jīng)濟的林地面積將達(dá)到50萬hm2，產(chǎn)值規(guī)模增長至30億元以上。

重金屬污染是影響中藥材市場發(fā)展的主要因素之一，一旦重金屬含量超標(biāo)，將使中藥材的品質(zhì)下降，中藥材出口將受到嚴(yán)重阻礙。土壤是中藥材的生長發(fā)育中一個重要的因子，中藥材內(nèi)的重金屬大多來源于土壤[6]。為此，筆者以Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni、等6種常見重金屬為對研究象，在研究區(qū)的天然闊葉林、人工闊葉林、杉木林、毛竹林土壤開展重金屬含量特征的分析與評價，對森林立體經(jīng)營具有重要的參考意義。

1 研究區(qū)概況

研究地朱山村位于閩北地區(qū)，是南平市邵武城郊鎮(zhèn)的第4大行政村，北面有1條同青溪，全長7.8km，南面與大竹鎮(zhèn)相交，東面與高峰農(nóng)場接壤，西面與香蒲村相鄰。村部與鎮(zhèn)政府相隔3km，距離市區(qū)10km，毗鄰邵武市的經(jīng)濟開發(fā)區(qū)。四面環(huán)山，南高北低，陽光充足，雨量均衡，冬冷夏熱，四季分明，屬于閩北山地氣候。擁有林地面積約1133hm2，林地中商品林約467hm2，生態(tài)林約333hm2，森林覆蓋率高達(dá)75.2%，活立木蓄積量1.2×105m3。

2 材料與方法

2.1 供試材料 選定朱山村中藥材種植基地，林下套種了多花黃精，在天然闊葉林、人工闊葉林、杉木林、毛竹林4種林分下，選擇郁閉度在0.5左右、坡向一致的土壤取樣點，按上坡、中破、下坡等3個坡位隨機各布設(shè)4個點位。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》，以多點采樣的方法采集混合樣品，按蛇型采樣法，利用鐵鍬挖取0～30cm的土壤樣品，裝入寫好編號的樣品袋中，保留約1kg土壤。將采集的土樣置于實驗室自然風(fēng)干，而后從土樣中篩選出植物根須、小石塊等雜質(zhì)，將大塊土粒用木棍碾碎，過1mm孔徑（18目）的土壤篩。過篩后的土樣用研缽再次研磨，過孔徑0.15mm（100目）的土壤篩，最后裝入干凈干燥的玻璃瓶內(nèi)，備用。

2.2 檢測方法 按照GB/T-17141、GB/T-17139、GB/T-17138、GB/T-22105、HJ-491的標(biāo)準(zhǔn)，測定土壤中的Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni等重金屬元素。按天然闊葉林、人工闊葉林、杉木林、毛竹林4種林分類型，分上坡、中坡、下坡3個坡位檢測土壤樣品，每個樣品檢測3次，并按GBW07401進(jìn)行質(zhì)量控制[7-14]。主要設(shè)備有石墨爐原子吸收儀、火焰原子吸收儀等。

2.3 土壤重金屬評價方法 土壤重金屬評價方法主要分為單因子指數(shù)法[15]和綜合評價法[16]2類，而2類評價方法中有分別包含多種子方法。本次研究采用國內(nèi)外最普遍、常用的單項污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對立體經(jīng)營下的土壤重金屬進(jìn)行評價。其中，單項污染指數(shù)法的評價公式[17]為：

若Pi≤1.00時，土壤未受重金屬i的污染;若1.03.0時，說明土壤受到重金屬i的重污染[18]。

Pn劃分為以下6個等級，當(dāng)Pn≤0.7時，土壤污染程度評價為安全，污染水平為清潔;當(dāng)0.73.0時，評價為重污染，土壤、作物污染嚴(yán)重。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同坡位下土壤重金屬含量特征 通過對土樣樣品處理后，按照國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，分別測定不同林分類型、坡位的樣品中重金屬元素Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni的含量，并按GBW07401進(jìn)行質(zhì)量控制，測定結(jié)果如圖1～6所示。

3.1.1 Cu 各林分下土壤Cu元素平均含量的關(guān)系為：杉木林>人工闊葉林>毛竹林>天然闊葉林。從圖1可以看出，在3個坡位上，從上坡、中破、再到下坡，天然闊葉林下土壤的Cu元素含量呈上升趨勢，中坡與第上坡相比高52.38%，下坡則比中坡高46.88%;人工闊葉林下土壤的Cu含量先迅速上升后緩慢下降，中坡土壤的Cu元素含量比上坡將近多12倍，下坡則比中坡少3.90%;杉木林下土壤的Cu元素含量先上升25.71%，后急劇上升76.51%;毛竹林下土壤Cu元素含量呈上升趨勢，上坡比中坡下降17.39%，中坡比下坡下降17.39%。可見，在不同坡位上，Cu的分布存在差異，但天然闊葉林和毛竹林下變化差異較平緩。

3.1.2 Zn 立體經(jīng)營下土壤Zn元素含量在73.0～190mg/kg，杉木林>毛竹林>人工闊葉林>天然闊葉林，其中毛竹林土壤的Zn含量只比人工闊葉林多0.936%，兩者含量相近。從圖2可以看出，按上、中、下坡位順序，天然闊葉林下土壤的Zn含量增加，先急劇上升121.14%后上升12.14%;杉木林、毛竹林和人工闊葉林下土壤的Zn元素含量也都先急劇上升趨勢，分別上升154.79%、111.70%、71.73%，而后杉木林和毛竹林又分別上升4.79%和4.22%，人工闊葉林下降6.99%。說明Zn元素在中、下坡富集較多，且中、下坡差異較小。

3.1.3 Pb 各林分土壤的Pb元素含量平均值關(guān)系為：人工闊葉林>杉木林>毛竹林>天然闊葉林。人工闊葉林與杉木林含量相近，毛竹林與天然闊葉林平均含量相近。由圖3可知，按上、中、下坡位方向，天然闊葉林林下土壤的Pb元素含量呈下降趨勢，中坡比上坡下降25.00%，下坡比中坡下降45.45%;杉木林與人工闊葉林下土壤的Zn含量都先上升后下降，杉木林先上升8.33%后下降20%，人工闊葉林先上升4.55%后下降36.23%;毛竹林下3個坡位上的Zn元素含量變化較大，先下降74.24%，后上升111.76%。

內(nèi)梅羅污染指數(shù)法是目前國內(nèi)用于土壤環(huán)境質(zhì)量評價的主要方法，這種評價方法強調(diào)最大含量的樣品對環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生的影響[23]，所以能對研究區(qū)土壤重金屬污染程度進(jìn)行較全面的評價。供試的林分土壤的內(nèi)梅羅污染指數(shù)表明（表2），天然闊葉林、杉木林、毛竹林、人工闊葉林分下土壤的綜合污染程度都處在安全范圍，屬于清潔水平。

4 結(jié)論與討論

根據(jù)收集到的樣地材料，參照國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，測定天然闊葉林、杉木林、毛竹林、人工闊葉林分下土壤的Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni等6種重金屬元素的含量，再通過單項污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對測定結(jié)果進(jìn)行計算，得到研究區(qū)4種常見林分下土壤的重金屬含量情況：天然闊葉林、人工闊葉林、杉木林、毛竹林下土壤重金屬含量沒有超標(biāo)，土壤非污染，安全清潔，Zn元素含量等級高，Cd含量最低，Cr含量倒數(shù)第2位。其他3種元素在不同的林分中的平均含量排序存在差異，天然闊葉林和毛竹林的排序相似下，平均含量排序為：Ni>Cu>Pb;人工闊葉林和與杉木林的排序相似，平均含量排序為：Pb>Cu>Ni。但從6個元素平均含量在不同林分下的對比，發(fā)現(xiàn)天然林闊葉林的所有含量均低于其他林分。

Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni等6種重金屬在土壤中移動性弱，但在表層耕作土壤中（0～30cm），也會隨著水土流失而下移。在天然闊葉林中，土壤中大部分重金屬的含量在上坡、中破、下坡中變化幅度較小、穩(wěn)定、含量較低。這與天然林本身的生態(tài)系統(tǒng)、固持水土穩(wěn)定性強有關(guān)。根據(jù)研究結(jié)果，在天然闊葉林下，開展中藥材立體經(jīng)營生態(tài)工程應(yīng)用技術(shù)，不僅可以保障較好的藥材品質(zhì)，也提高了天然林價值，鼓勵林農(nóng)在保護(hù)天然林的情況下，開展天然林經(jīng)管活動。

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（責(zé)編：張宏民）