莎車縣巴旦木種植區(qū)土壤-植物地球化學(xué)特征相關(guān)性及環(huán)境質(zhì)量研究

王剛 馬宏超 古力娜·太來(lái)提

摘 ? 要：通過(guò)對(duì)莎車縣土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作，在研究區(qū)采集表層土壤樣3 765件、植物樣120件，對(duì)樣品中元素地球化學(xué)特征及相關(guān)性分析顯示，研究區(qū)與葉爾羌河流域土壤背景值相比呈現(xiàn)高有機(jī)質(zhì)、N，低S的特征，巴旦木呈現(xiàn)高鉀、鎂的特征，可作為人體補(bǔ)鉀、補(bǔ)鎂的食物來(lái)源。土壤中的Se，Zn和pH值與巴旦木Se，K，Sn，蛋白質(zhì)的含量存在明顯正相關(guān)性;研究區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量滿足綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量要求，非常適合綠色巴旦木產(chǎn)地的申請(qǐng)和開發(fā)。

關(guān)鍵詞：土壤;植物;地球化學(xué)特征;相關(guān)性;環(huán)境質(zhì)量

莎車縣位于新疆西南葉爾羌河沖積平原中上游，現(xiàn)有耕地面積209萬(wàn)畝，其中巴旦木種植面積92萬(wàn)畝，有“中國(guó)巴旦木之鄉(xiāng)”的美譽(yù)。一直以來(lái)，由于光熱資源豐富，有效積溫高、晝夜溫差大、無(wú)霜期長(zhǎng)，降水少、蒸發(fā)量大等自然條件，莎車縣非常適宜發(fā)展特色農(nóng)業(yè)。但受限于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)管理粗放、人均耕地少、果糧間作過(guò)度等因素，造成巴旦木產(chǎn)量低、植株過(guò)早病衰老化的問(wèn)題。

2019—2020年新疆地質(zhì)勘查基金項(xiàng)目管理中心“新疆莎車縣巴旦木特色種植區(qū)1∶5萬(wàn)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查”項(xiàng)目，針對(duì)莎車縣巴旦木種植區(qū)開展了調(diào)查工作，對(duì)研究區(qū)內(nèi)表層土壤中34項(xiàng)指標(biāo)和巴旦木果仁中18項(xiàng)指標(biāo)的地球化學(xué)特征進(jìn)行了系統(tǒng)研究。在對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量、養(yǎng)分質(zhì)量和巴旦木安全效益評(píng)價(jià)的同時(shí)，進(jìn)行了土壤-植物地球化學(xué)特征相關(guān)性分析。為莎車縣種植結(jié)構(gòu)與特色巴旦木發(fā)展布局、土地資源管護(hù)、生態(tài)文明建設(shè)等提供了重要的基礎(chǔ)地學(xué)數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于葉爾羌河平原核心區(qū)域，新疆喀什地區(qū)莎車縣境內(nèi)，調(diào)查面積410 km2，區(qū)內(nèi)地形起伏較小，平均海拔約1 231 m，屬典型大陸荒漠性氣候，日照長(zhǎng)，溫差較大，熱量充足，四季分明。年均氣溫11.4℃～12.5℃;年降水量為46.1～50.0 mm;年蒸發(fā)量2 259～2 320 mm。土地利用類型以耕地、園地為主，占研究區(qū)總面積的62.1%。土壤類型以鹽化草甸土、潮土、鹽化潮土和灌淤土為主[1]，占研究區(qū)總面積的92.1%。特色林果以巴旦木和核桃種植為主，大宗農(nóng)作物以棉花、玉米、小麥、萬(wàn)壽菊等種植為主。

2 工作方法

2.1 樣品采集

野外樣品采集按1∶5萬(wàn)土壤測(cè)量和植物樣采集兩個(gè)部分開展。其中1∶5萬(wàn)土壤測(cè)量采集0～20 cm的表層土壤樣品，平均采樣密度為9 點(diǎn)/km2。采樣過(guò)程兼顧土壤類型、成土母質(zhì)、地形地貌等特征，共采集表層土壤樣品3 765件（圖1）。植物樣采集是在前述工作的基礎(chǔ)上，針對(duì)性的采集巴旦木成熟果實(shí)樣品，采集的同時(shí)配套采集根系土壤樣，共采集植物樣（巴旦木）及根系土壤樣120 件。以上工作采用便攜式GPS測(cè)量所有采樣點(diǎn)坐標(biāo)，并進(jìn)行野外采樣編錄。樣品的采集、加工和保存等環(huán)節(jié)均嚴(yán)格按照《區(qū)域生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》（DZ/T0289-2015）執(zhí)行。

2.2 分析測(cè)試

樣品分析測(cè)試工作由國(guó)土資源部烏魯木齊礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心承擔(dān)。表層土壤樣品分析測(cè)試pH，As，Cd，Cr，Hg，Pb，Ni，Zn，Cu，Co，V，Sb，Tl，Sn，N，P，K，B，Mn，Se，Mo，CaO，MgO，F(xiàn)e2O3，F(xiàn)，I，S，SiO2，有機(jī)質(zhì)、全鹽量、質(zhì)地、堿解氮、速效磷、速效鉀共34項(xiàng)指標(biāo);植物樣品分析測(cè)試As，Cd，Cr，Hg，Pb，Ni，Sn，Ca，Zn，Mg，Na，Se，P，F(xiàn)e，K，苯并[a]芘，蛋白質(zhì)，脂肪共18項(xiàng)指標(biāo);根系土樣品分析測(cè)試pH，Hg，As，Pb，Cd，Cr，Cu，Zn，Ni，Se，Ge，有機(jī)質(zhì)，堿解氮，有效磷，速效鉀，有效硼，有效鐵，有效鉬，有效銅，有效鋅，有效硫，交換性鈣和鎂，交換性鉀和鈉，Se元素形態(tài)，Se價(jià)態(tài)（Se4+，Se6+），六六六，滴滴涕，苯并[a]芘共35項(xiàng)指標(biāo)。所有的測(cè)試結(jié)果均滿足《生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)樣品分析技術(shù)要求》（DD2005-03）規(guī)定的分析準(zhǔn)確度和精密度等質(zhì)量要求，樣品分析合格率100%，異常抽查檢驗(yàn)樣的合格率99.11%。

3 ?土壤-植物地球化學(xué)特征及相關(guān)性分析

3.1 表層土壤地球化學(xué)特征

對(duì)研究區(qū)表層土壤元素或指標(biāo)的平均值與葉爾羌河流域土壤背景值進(jìn)行比較，比值變化較大的元素有：有機(jī)質(zhì)，氮，硫，比值分別為1.33，1.2，0.2（圖2），原因主要有兩個(gè)方面：①研究區(qū)是傳統(tǒng)農(nóng)耕區(qū)，土壤養(yǎng)分含量相較于整個(gè)流域相對(duì)較高;②南疆土壤鹽漬化區(qū)內(nèi)鹽類主要為硫酸鹽，因此鹽漬化區(qū)的硫含量遠(yuǎn)高于非鹽漬化區(qū)，而研究區(qū)大多屬非鹽漬化區(qū)。

研究區(qū)表層土壤元素或指標(biāo)的平均值與全國(guó)土壤A層背景值進(jìn)行比較[2]，比值為0.62～5.20，其中CaO，S，MgO等養(yǎng)分元素的含量均值為全國(guó)背景值的5.20，5.16，2.21倍，N，P，K，有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分元素的含量均值為全國(guó)背景值的1.19，1.78，0.87，0.41倍;8種重金屬元素僅Cd的背景值高于全國(guó)平均水平，達(dá)1.79倍，其余均低于全國(guó)平均水平，這與南疆地區(qū)土壤元素總體特征基本一致[3]。

3.2 植物地球化學(xué)特征

3.2.1 ?巴旦木營(yíng)養(yǎng)元素地球化學(xué)特征

巴旦木樣品中營(yíng)養(yǎng)元素含量均有檢出（圖3），Se含量介于0.005×10-6～0.059×10-6，均值0.018×10-6;Ca含量介于0.076×10-2～0.262×10-2，均值0.143×10-2;Sn含量介于0.016×10-6～0.055×10-6，均值0.037×10-6;Zn含量介于21.95×10-6～53.96×10-6，均值32.49×10-6;K含量介于0.48×10-2～0.88×10-2，均值0.67×10-2;Mg含量介于0.199×10-2～0.331×10-2，均值0.283×10-2;Na含量介于0.0012×10-2～0.0062×10-2，均值0.003×10-2;P含量介于0.351×10-6～0.598×10-6，均值0.018×10-6;Fe含量介于24.52×10-6～66.41×10-6，均值42.12×10-6;蛋白質(zhì)含量介于12.95×10-2～27.7×10-2，均值21.38×10-2;脂肪含量介于47.65×10-2～52.35×10-2，均值50.18×10-2。

巴旦木中營(yíng)養(yǎng)元素含量由高到低依次為：K，Mg，Ca，F(xiàn)e，Zn，Na，Sn，Se，P，與劉金榮等研究結(jié)果基本一致[4]，值得注意的是巴旦木鉀高出高鉀食物橙子（K橙子=0.16×10-2）4.2倍，巴旦木鎂高出高鎂食物花生（Mg花生=0.17×10-2）1.6倍。綜上特征，認(rèn)為莎車巴旦木可作為人體補(bǔ)鉀、補(bǔ)鎂的食物來(lái)源。

3.2.2 ?巴旦木中有毒有害元素地球化學(xué)特征

所有巴旦木樣品中Pb，苯并[a]芘含量均低于測(cè)試方法檢出限0.02×10-6、0.1×10-9，其余元素均有檢出（圖4）。As含量介于0.014×10-6～0.048×10-6，均值0.028×10-6;Cd含量介于0.002 8×10-6～0.015 0×10-6，均值0.006 3×10-6;Cr含量介于0.248×10-6～0.556×10-6，均值0.398×10-6;Hg含量介于1.80×10-9～2.55×10-9，均值2.17×10-9;Ni含量介于0.48×10-6～2.23×10-6，均值1.39×10-6。

3.3 土壤-植物元素相關(guān)性分析

3.3.1 植物富集系數(shù)特征

元素在土壤到植物體的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程中，以富集系數(shù)評(píng)價(jià)植物體對(duì)土壤中某種元素的富集能力，富集系數(shù)越大，代表該元素在植物中的富集能力越強(qiáng)。為衡量植物可食部分從根系土中吸收富集某種元素的能力，定義了富集系數(shù)，計(jì)算公式如下：

[S富集系數(shù)]=[i=1nS農(nóng)作物S根系土]÷n（[i=1，2，3，·][·][·]n）

式中，S富集系數(shù)為植物對(duì)某種元素的富集系數(shù);S農(nóng)作物為某元素在第n件植物可食部分中的含量值;S根系土為某元素在第n件生物對(duì)應(yīng)的根系土中的含量值。

由圖5可知，富集系數(shù)大于0.1的元素有Zn，K，Hg，Mg，Se表明巴旦木對(duì)上述5種元素的富集能力相對(duì)較強(qiáng)，其余元素富集系數(shù)小于0.1甚至趨于0，表明巴旦木對(duì)其余元素的富集能力較弱。對(duì)比圖3，圖4，巴旦木中的Zn，K，Mg，Se元素顯示高含量、高富集系數(shù)，而Ca顯示高含量、低富集系數(shù)，Hg顯示低含量、高富集系數(shù)，造成這種現(xiàn)象的主要原因是研究區(qū)土壤中Ca極度富集而Hg極度虧損。

3.3.2 ?土壤-植物元素相關(guān)性分析

通過(guò)對(duì)巴旦木與根系土中各元素相關(guān)性分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表1），其中巴旦木中Se與土壤中的Se，Cr，As，Zn，Hg呈顯著正相關(guān)，與土壤中的Sn，P，F(xiàn)e呈顯著負(fù)相關(guān);Sn與土壤中的Zn，pH呈顯著正相關(guān)，與土壤中的P呈顯著負(fù)相關(guān);Cr與土壤中的As呈顯著正相關(guān)，與土壤中的pH呈顯著負(fù)相關(guān);Ni與土壤中的Se，As呈顯著正相關(guān);Zn與土壤中的Zn，Cd呈顯著負(fù)相關(guān);Hg與土壤中的Zn，Cd，pH呈顯著正相關(guān)，與土壤中的K，P，F(xiàn)e呈顯著負(fù)相關(guān);K與土壤中的Zn呈顯著正相關(guān);Fe與土壤中的pH呈顯著正相關(guān)，與土壤中的Se，Zn，Cd，Hg，K呈顯著負(fù)相關(guān);蛋白質(zhì)與土壤中的pH呈顯著正相關(guān)。

綜合以上分析結(jié)果可知，在不影響土壤平衡和土壤環(huán)境的前提下，適當(dāng)增加土壤中Se，Zn和pH值，對(duì)提升巴旦木中Se，K，Sn，蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分的含量有一定的貢獻(xiàn)。

4 ?研究區(qū)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

4.1 ?土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

研究區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量、土壤肥力、綠色食品產(chǎn)地分級(jí)采用《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》（NY/T391-2013）[5]。該標(biāo)準(zhǔn)是目前為止對(duì)土壤評(píng)價(jià)最為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)是綠色食品產(chǎn)地申請(qǐng)的必要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

通過(guò)評(píng)價(jià)，研究區(qū)達(dá)到一級(jí)（AA級(jí)綠色食品產(chǎn)地）的面積達(dá)182.74 km2，主要分布在阿熱勒鄉(xiāng)、恰熱巴格鄉(xiāng)、依蓋爾其鎮(zhèn)一帶（圖6）。該區(qū)土壤肥力高、土壤環(huán)境質(zhì)量達(dá)標(biāo);二級(jí)（A級(jí)綠色食品產(chǎn)地）的面積達(dá)229.66 km2，主要分布在調(diào)查區(qū)伯什坎特鎮(zhèn)、阿拉買提鄉(xiāng)一帶。該區(qū)土壤肥力一般、土壤環(huán)境質(zhì)量達(dá)標(biāo);三級(jí)（其他產(chǎn)地）的面積達(dá)0.44 km2，區(qū)內(nèi)土壤環(huán)境質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，主要原因是As或Pb元素含量超標(biāo)，占比0.11%。

4.2 ?農(nóng)產(chǎn)品環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

農(nóng)產(chǎn)品環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)參照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》（GB 2762-2017），選取巴旦木中Pb，Cd，Hg，As，Cr和苯并[a]芘6個(gè)污染物指標(biāo)作為安全評(píng)價(jià)因子，通過(guò)對(duì)污染物指標(biāo)的最大值、最小值、均值和標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行對(duì)比統(tǒng)計(jì)（表2），巴旦木污染物含量遠(yuǎn)低于限值標(biāo)準(zhǔn)。因此，研究區(qū)巴旦木的安全性較高，完全能夠滿足食品生產(chǎn)、加工、銷售等需求，結(jié)合研究區(qū)綠色食品產(chǎn)地分級(jí)，莎車縣巴旦木特色種植區(qū)非常適合進(jìn)行綠色巴旦木產(chǎn)地的申請(qǐng)和開發(fā)。

5 結(jié)論與建議

（1） 研究區(qū)與葉爾羌河流域土壤背景值相比，土壤受農(nóng)耕活動(dòng)和鹽漬化程度的影響呈高有機(jī)質(zhì)氮，低硫的特征，與全國(guó)土壤A層背景值相比，總體呈現(xiàn)高CaO，S，MgO，低有機(jī)質(zhì)的特征。

（2） 研究區(qū)巴旦木具有高鉀，鎂等營(yíng)養(yǎng)元素的特征，可作為人體補(bǔ)鉀、補(bǔ)鎂的食物來(lái)源。富集系數(shù)顯示巴旦木對(duì)土壤中Zn，K，Hg，Mg，Se等元素的吸收能力較強(qiáng)。

（3） 在不影響土壤平衡和土壤環(huán)境的前提下，適當(dāng)增加或提高土壤中Se，Zn和pH值，對(duì)提升巴旦木中Se，K，Sn，蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分的含量有一定的貢獻(xiàn)。

（4） 研究區(qū)土壤、農(nóng)產(chǎn)品環(huán)境質(zhì)量滿足綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量要求，非常適合進(jìn)行綠色巴旦木產(chǎn)地的申請(qǐng)和開發(fā)。

參考文獻(xiàn)

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